CN202961966U - 一种多级组合式多壁碳纳米管固相萃取柱 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多级组合式多壁碳纳米管固相萃取柱。本实用新型包括上样管、多壁碳纳米管固相萃取头和流出管。上样管的出口位置设置有多个串联的多壁碳纳米管固相萃取头，流出管设置在末端的多壁碳纳米管固相萃取头出口。本实用新型使用多级组合多壁碳纳米管固相萃取头，可将多种碳纳米管固相萃取头任意组合，一次完成多种不同规格的碳纳米管固相组合萃取，可有效提高净化效果并节省固相萃取时间。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种化学分析测试前处理装置，尤其是一种多级组合式多壁碳纳米管固相萃取柱，主要用于水质、生物样品等分析测试前处理中的目标物净化和富集。
背景技术
固相萃取是近年发展起来一种样品预处理技术，由液固萃取和柱液相色谱技术相结合发展而来，主要用于样品的分离、纯化和浓缩，可以提高分析物的回收率，更有效的将分析物与干扰组分分离，减少样品预处理过程，操作简单、省时、省力。广泛的应用在医药、食品、环境、商检、化工等领域。
多壁碳纳米管是一种新型的碳质纳米材料，因其具有独特的机械性能、理化性质、巨大的表面积和孔体积、较强的化学稳定性等在近年来作为一种新型填料在固相萃取中开始逐渐被研究和重视。
目前多壁碳纳米管作为固相萃取填料存在以下问题：一方面，由于多壁碳纳米管的独特性质，单一多壁碳纳米管进行固相萃取选择性不强，限制了其对不同性质的多残留分析目标物的应用。第二，由于多壁碳纳米管吸附能力强，其作为固相萃取填料用量较少，仅为30-100mg。而目前商业使用的固相萃取柱一般为3mL或6mL的萃取柱，如果用于填装碳纳米管，会造成管壁材料浪费；如果进行柱串联使用，又会造成柱芯之间的死体积过大。第三，由于多壁碳纳米管吸附能力强，在固相萃取洗脱过程中需要大量的上样液或洗脱液（6-20mL）,而普通固相萃取柱仅有3-6mL的柱体积，需要多次加入上样液和洗脱液，给操作带来极大不便。上述因素限制了多壁碳纳米管作为固相萃取填料的推广使用和商品化，需要一种简单、有效的装置来解决这些问题。
发明内容
本实用新型针对现有技术的不足，提供了一种多级组合式多壁碳纳米管固相萃取柱。
多级组合式多壁碳纳米管固相萃取柱，包括上样管、多壁碳纳米管固相萃取头和流出管。上样管的出口位置设置有多个串联的多壁碳纳米管固相萃取头，流出管设置在末端的多壁碳纳米管固相萃取头出口。
所述的上样管包括进口、柱腔和出口，该柱腔的体积为10-20mL。
所述的多壁碳纳米管固相萃取头内从上至下依次设置有上筛板、多壁碳纳米管填料和下筛板，多壁碳纳米管固相萃取头整体高度为6-20mm。
所述的多壁碳纳米管固相萃取头的外壁材料均为聚乙烯或聚丙烯。
所述的上筛板和下筛板均选用多孔石英砂。
所述的多壁碳纳米管填料，其颗粒直径为10-100nm。
所述的多壁碳纳米管固相萃取头出口处的内径为5-10mm，外径为7-12mm，多壁碳纳米管固相萃取头进口处的内径为7-12mm。
本实用新型的有益效果在于：
1.使用多级组合多壁碳纳米管固相萃取头，可将多种碳纳米管固相萃取头任意组合，一次完成多种不同规格的碳纳米管固相组合萃取，可有效提高净化效果并节省固相萃取时间。
2.专用的多壁碳纳米管固相萃取头设计，可增加单位时间固相萃取流量，减少固相萃取死体积，缩短固相萃取时间。
3.固相萃取管采用大容量柱腔设计，可一次加入大体积洗脱液洗脱，避免了重复加入洗脱液的繁琐操作。
附图说明
图1是本实用新型结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步描述。
固相萃取柱包括以下部分：上样管1、多壁碳纳米管固相萃取头2、流出管3。上样管1包括：进口1A，柱腔1B，及出口1C。多壁碳纳米管固相萃取头2包括：多壁碳纳米管填料2A，上筛板和下筛板2B。上样管出口1C的外径与固相萃取头2的入口内径相等，使两部分在使用时紧密嵌合。固相萃取头2下端为宽口径设计，内径为5-10mm，外径为7-12mm，固相萃取头2上端内径为7-12mm。下端外径与上端内径尺寸相等可保证多级组合使用时的紧密嵌合。柱腔1B的形状可为圆形、柱形以及任何其他可拓宽柱体积的形状，体积为10-20mL，目的是增加一次性添加上样液/淋洗液/洗脱液的体积。本多级组合碳纳米管固相萃取柱的所有构件的外壁材料均为聚乙烯或聚丙烯，筛板材料为多孔石英砂。固相萃取头的出口外径与流出管的内径相等，使两部分在使用时紧密嵌合。固相萃取头的整体高度为6-20mm。多壁碳纳米管固相萃取头中碳纳米管填料颗粒的直径为10-100nm。多级组合式碳纳米管固相萃取头可一个或多个串联组合使用。图中所示为两个多壁碳纳米固相萃取头的组合使用。
碳纳米管固相萃取头的制备方法如下：首先在空管中放入下筛板，然后放入30-100mg的多壁碳纳米管填料，轻敲管壁使填料分布均匀，然后放入上筛板，下压上筛板使填料松紧合适，填料的高度为3-10mm。
本实用新型有以下特点：
（1）使用多级组合多壁碳纳米管固相萃取头，可将多种碳纳米管固相萃取头任意组合，一次完成多种不同规格的碳纳米管固相组合萃取，可有效提高净化效果并节省固相萃取时间。
（2）将固相萃取柱进行组合设计，固相萃取头体积较小，可减少柱头死体积，同时节省材料并便于携带存放。
（3）固相萃取头下端为宽口径设计可在多级组合使用时增加单位时间的液体流量，减少死体积，提高固相高萃取速度。
（4） 固相萃取管采用大容量柱腔设计，可一次加入大体积洗脱液洗脱，避免了重复加入洗脱液的繁琐操作。
具体工作流程为：
按照实际富集分离需要的要求选择一个或多个多壁碳纳米管固相萃取头，按照图1将本各实用新型的各部件进行组装。首先用一定体积的活化剂（如3 mL甲醇、3mL水）活化多壁碳纳米固相萃取柱，然后从上样管进口1A加入样品提取液，待提取液全部流下上样管出口1C后，从进口1A加入淋洗液；待淋洗液全部流下上样管出口1C后，从进口1A一次加入洗脱液，在流出管3 下方收集洗脱液。在完成固相萃取后，通过后续浓缩、蒸干、定容步骤后进行分析测定。
实施例1鸡蛋中氯霉素残留量的碳纳米管固相萃取及检测
将60mg，40-60nm多壁碳纳米管填装到固相萃取头，高度为10 mm；使用10 mL柱腔体积的柱形上样管，将各组件按照图1顺序紧密对接，等待固相萃取使用。
取经充分匀浆后的鸡蛋样品2.0g（氯霉素加标浓度为0.2 μg/kg），用5 mL乙酸乙酯匀浆提取30 s，5000rpm离心5 min，上清液收集于50mL离心管中，重复提取一次，合并上清液。用3mL甲醇活化固相萃取柱，然后将10mL样品提取液一次性从上样管进口1A加入，待提取液全部流下上样管出口1C后，从进口1A加入6mL水作为淋洗液；待淋洗液全部流下上样管出口1C后，从进口1A一次加入8mL含1%甲酸的甲醇作为洗脱液，在流出管3 下方用玻璃离心管收集洗脱液。洗脱液45℃水浴下氮气吹干后，用1.0 mL甲醇水溶液（体积比10：90）溶解，在过0.22 μm 滤膜过滤后，用WATERS Premier XE超高效液相色谱-串联质谱仪分析。按照上述步骤平行测定5次，结果如表1所示。在低加标浓度条件下，五次测定的平均回收率为96.0%，相对标准偏差为4.15%。整个固相萃取过程所用时间为20分钟。
测定结果良好的回收率和相对标准偏差数据表明：使用本实用新型的碳纳米管固相萃取柱可有效去除杂质，有效回收以氯霉素为代表的低浓度目标物。同时，简单的操作步骤和无加压状态下20分钟即完成整个固相萃取过程，表明碳纳米管固相萃取柱操作简单、快速，具有较高的实际应用价值。
表1 利用多壁碳纳米管固相萃取测定鸡蛋中氯霉素的残留量结果
实施例2 水产养殖废水中阿苯达唑代谢物多残留的二级碳纳米管固相萃取及检测
分别装填10-20nm的固相萃取头（30mg,3mm）,60-100nm的固相萃取头（40mg, 6mm）。采用10-20nm多壁碳纳米管填料的固相萃取头在上部，40-60nm多壁碳纳米管填料的固相萃取头在下部的顺序进行二级组合连接，使用20 mL柱腔体积的上样管，按照图1将各组件接紧装好备用。
取经过滤的水产养殖废水（阿苯达唑亚砜、阿苯达唑砜和阿苯达唑-2-氨基砜的加标浓度均为1.0 μg/L）20.0mL经滤膜过滤后作为上样液。用3mL甲醇3mL水活化固相萃取柱，然后将20mL样品提取液一次性从上样管进口1A加入，在重力作用下，提取液会以较快速度流过固相萃取柱。待提取液全部流下上样管出口1C后，从进口1A加入3mL水和3mL甲醇作为淋洗液；待淋洗液全部流下上样管出口1C后，从进口1A一次加入15mL含3%甲酸的甲醇作为洗脱液，在流出管3 下方用玻璃离心管收集洗脱液。洗脱液经45℃氮气吹干后，用1.0mL流动相（0.2%甲酸水溶液：甲醇=90：10）溶解，在过0.22μm滤膜过滤后，用WATERS Premier XE超高效液相色谱-串联质谱仪分析。按照上述步骤平行测定3次，结果如表2所示。3次测定的平均回收率为82.1-87.4%，相对标准偏差为4.59-5.61%。整个固相萃取过程所用时间为32分钟。由于10-20nm多壁碳纳米管对阿苯达唑-2-氨基砜的吸附能力强，而60-100nm的多壁碳纳米管对阿苯达唑亚砜和阿苯达唑砜的吸附能力强，因此本实验采用两种填料的多壁碳纳米管萃取头二级串联使用，达到了较好的富集、浓缩和除杂效果。
上述实验表明，使用本实用新型的多级组合碳纳米管固相萃取柱可用于多残留分析，在大体积上样和洗脱时缩短固相萃取时间，同时，在去除杂质的同时可有效回收多种目标物，具有较高的使用价值。
表2 利用二级多壁碳纳米管固相萃取测定废水中阿苯达唑代谢物的结果
Claims (7)
1. 一种多级组合式多壁碳纳米管固相萃取柱，包括上样管、多壁碳纳米管固相萃取头和流出管，其特征在于：上样管的出口位置设置有多个串联的多壁碳纳米管固相萃取头，流出管设置在末端的多壁碳纳米管固相萃取头出口。
2.根据权利要求1所述的一种多级组合式多壁碳纳米管固相萃取柱，其特征在于：所述的上样管包括进口、柱腔和出口，该柱腔的体积为10-20mL。
3.根据权利要求1所述的一种多级组合式多壁碳纳米管固相萃取柱，其特征在于：所述的多壁碳纳米管固相萃取头内从上至下依次设置有上筛板、多壁碳纳米管填料和下筛板，多壁碳纳米管固相萃取头整体高度为6-20 mm。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的一种多级组合式多壁碳纳米管固相萃取柱，其特征在于：所述的多壁碳纳米管固相萃取头的外壁材料均为聚乙烯或聚丙烯。
5.根据权利要求3所述的一种多级组合式多壁碳纳米管固相萃取柱，其特征在于：所述的上筛板和下筛板均选用多孔石英砂。
6.根据权利要求3所述的一种多级组合式多壁碳纳米管固相萃取柱，其特征在于：所述的多壁碳纳米管填料，其颗粒直径为10-100 nm。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的一种多级组合式多壁碳纳米管固相萃取柱，其特征在于：所述的多壁碳纳米管固相萃取头出口处的内径为5-10 mm，外径为7-12mm，多壁碳纳米管固相萃取头进口处的内径为7-12mm。
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