CN110411800A - 一种一体化分散固相萃取装置及样品预处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种一体化分散固相萃取装置及样品预处理方法，所述一体化分散固相萃取装置包括样品瓶、瓶塞、分离件、导管、流体导入件和吸附剂，通过瓶塞与分离件在样品瓶内部形成萃取腔与分离腔，利用压力差实现样品溶液与吸附剂的分离。本发明装置结构简单，成本低廉，易于组装，萃取方法简便安全，实现液‑固快速分离，且安全环保，适用于多种类型的固态吸附剂，有望应用于食品、环境、生物等复杂样品内痕量组分的萃取分离。

Description

一种一体化分散固相萃取装置及样品预处理方法

技术领域

本发明涉及食品、环境、生物样品组分萃取分离领域，具体地说是涉及一种一体化分散固相萃取装置及样品预处理方法。

背景技术

随着分析化学的不断发展，人们对食品、环境、生物等复杂样品体系内痕量物质检测的要求也越来越高，然而在分析过程中，由于基质样品具有多样性、复杂性和待测组分含量低等特点，在使用仪器进行测定之前，需要对样品进行适当的物理或化学预处理。目前常用的样品预处理技术有固相萃取、分散固相萃取、固相微萃取、膜分离萃取等，其中，分散固相萃取技术具有快捷、高效、成本低廉等特点，因而被广泛应用于复杂样品体系内痕量物质的检测。

分散固相萃取技术是根据传统固相萃取液固分配平衡的原理，将固体吸附剂直接加入到待测样品萃取液中，固体吸附剂颗粒可以与萃取液混合均匀得到充分接触，对目标物或者杂质进行吸附，最后通过高速离心实现固体吸附剂与目标物的分离。目前通常采用小柱萃取技术（SPE）、管尖固相萃取技术（PT-SPE）和滤头固相萃取技术（FT-SPE），其中，小柱萃取技术（SPE）需要手工装填吸附剂，难以均匀装填，使萃取分离过程中会产生较大误差，且存在吸附解吸不完全的现象，回收率较低；管尖固相萃取装置内径过小，待测样品的流通路径很窄，虽然目标物与吸附剂的接触时间增加，吸附率和回收率较高，但萃取分离时间也大幅增加，分离效率低下；滤头固相萃取装置横截面较大，吸附剂在该装置中不易均匀地平铺，难以与目标物充分接触，而且容易发生吸附剂泄露或者待测溶液泄露，该方法相对标准偏差较大，回收率不稳定。

此外，分散固相萃取方法在达到吸附平衡后，需要采用较为复杂的手段来实现吸附剂与被分析物的分离，而且由于萃取过程均在开放体系中进行，有机试剂的挥发会对分析人员健康造成危害。因此，亟需开发新型的分散固相萃取装置及其使用方法，以简单、高效、环保地对样品进行预处理。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种一体化分散固相萃取装置。

本发明的目的之二是提供一种一体化分散固相萃取装置的组装方法。

本发明的目的之三是提供一种样品预处理方法。

本发明的目的之一是这样实现的：

一种一体化分散固相萃取装置，包括：

样品瓶，在其上设置有瓶口；

瓶塞，盖设于所述样品瓶的所述瓶口处，且与瓶口内壁紧密贴合；所述瓶塞包括塞盖部和位于塞盖部下方的塞颈部，塞颈部自塞盖部向下延伸成筒状，且该筒为中空结构；在所述瓶塞上开设有第一通孔和第二通孔；

分离件，设置在所述瓶塞的所述塞颈部与所述样品瓶的瓶口内壁之间且包覆塞颈部的底面，所述分离件与所述瓶塞的所述塞颈部合围形成分离腔，所述样品瓶的内壁与所述分离件形成萃取腔；所述第一通孔与所述分离腔相连通，所述第二通孔与所述萃取腔相连通；

导管，其一端经所述第一通孔插接至所述分离腔内，用以在所述样品瓶内压力大于外部环境压力时，使液体从所述萃取腔经过所述分离件进入所述分离腔，并通过所述导管从所述样品瓶流出；

流体导入件，经所述第二通孔插接至所述萃取腔内，用以将溶液或气体输送至所述萃取腔内；以及

吸附剂，设置在所述萃取腔内。

所述塞颈部包括一体成型的直筒部与导向部，所述直筒部与所述塞盖部相连接且自所述塞盖部向下延伸，所述导向部外轮廓为倒锥台筒体。

所述样品瓶为圆颈单口瓶，容积优选1~50 mL。

优选地，所述瓶塞为橡胶塞；更优选地，所述橡胶塞的塞盖部包覆在样品瓶的瓶口及其外壁上。

所述分离件为滤膜、丝网等，优选地，所述分离件为微孔滤膜。

优选地，所述导管的内径为0.5~3 mm，以使样品瓶内液体流出，且液体的流出速度可通过流体导入件所导入的气体压力来调节。

优选地，所述流体导入件为带针头的注射器，其容积为1~50mL。

优选地，所述气体为惰性气体。

所述吸附剂的种类及用量可根据样品的性质和实际分离需求而定，优选地，吸附剂的粒径为0.3~100 μm。

本发明的目的之二是这样实现的：

一种前述一体化分散固相萃取装置的组装方法，包括如下步骤：

（a）将吸附剂置于样品瓶内；

（b）将分离件放置于样品瓶的瓶口处，并将瓶塞盖设在所述分离件上且与样品瓶的瓶口紧密贴合，使分离件与瓶塞的塞颈部之间形成分离腔，样品瓶的内壁与分离件之间形成萃取腔；

（c）将所述导管自第一通孔插接至所述分离腔内，将流体导入件自第二通孔插接至萃取腔内。

本发明的目的之三是这样实现的：

一种样品预处理方法，采用前述一体化分散固相萃取装置对样品进行预处理。

具体地，所述样品预处理方法包括如下步骤：

（a）通过流体导入件将样品溶液注入样品瓶内；

（b）将吸附剂与样品溶液快速混匀，进行充分接触；

（c）通过流体导入件将气体注入样品瓶，使样品瓶内的内部压强大于外部环境的压强，从而使样品溶液从萃取腔经过分离件进入到分离腔，再自导管流出，实现吸附剂与样品溶液的快速分离。

优选地，该样品预处理方法还可包括如下步骤：

通过流体导入件将淋洗剂注入到样品瓶内，使淋洗剂与吸附剂混匀并充分接触；

通过流体导入件将气体注入样品瓶，使样品瓶内的压强大于外部环境的压强，进而使淋洗剂自导管流出。

更优选地，该样品预处理方法还可包括如下步骤：

通过流体导入件将洗脱剂注入到样品瓶内，使洗脱剂与吸附剂混匀并充分接触；

通过流体导入件将气体注入样品瓶，使样品瓶内的压强大于外部环境的压强，进而使洗脱剂自导管流出。

本发明的一体化分散固相萃取装置通过设置萃取腔与分离腔，利用压力差来实现样品溶液与吸附剂的分离且可以通过调节样品瓶内的压力而控制分离速度，可采用超声、涡旋等手段来促进吸附剂对目标物的吸附和解吸过程，实现液-固快速分离，萃取效率高，同时，萃取过程在基本密闭的体系中进行，有效防止有机试剂挥发对操作人员健康造成伤害，安全环保。

本发明装置结构简单，成本低廉，易于组装，萃取方法简便安全，适用于亲水型吸附剂、疏水型吸附剂和亲水亲油型吸附剂等多种类型的固态吸附剂，有望应用于食品、环境、生物等复杂样品内痕量组分的萃取分离。

附图说明

图1是一体化分散固相萃取装置的使用状态示意图。

图2是一体化分散固相萃取装置的结构示意图。

图3是瓶塞的结构示意图。

图中，1、样品瓶，101、萃取腔，102、分离腔，2、瓶塞，3、分离件，4、导管，5、流体导入件，6、吸附剂。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的阐述，下述实施例仅作为说明，并不以任何方式限制本发明的保护范围。

在下述实施例中未详细描述的过程和方法是本领域公知的常规方法，实施例中所用试剂均为分析纯或化学纯，且均可市购或通过本领域普通技术人员熟知的方法制备。下述实施例均实现了本发明的目的。

如图1~3所示，本发明的一体化分散固相萃取装置包括样品瓶1、瓶塞2、分离件3、导管4、流体导入件5和吸附剂6。

样品瓶1可为单口瓶，具体容积大小根据样品量来决定。瓶塞2盖设于样品瓶1的瓶口处，且与瓶口内壁紧密贴合，以具有良好密封效果。瓶塞2的尺寸及形状可根据样品瓶1的瓶口直径而定。瓶塞2包括塞盖部和位于塞盖部下方的塞颈部，塞颈部自塞盖部向下延伸成筒状，且该筒为中空结构。

分离件3设置在瓶塞2的塞颈部与样品瓶1的瓶口内壁之间，则分离件3与瓶塞2的塞颈部可拆卸地合围形成空腔——分离腔102。同时，在样品瓶1的内壁与分离件3之间形成萃取腔101。吸附剂6设置在萃取腔101内，吸附剂6的种类及用量可根据样品的性质和实际分离需求而定，优选地，吸附剂6的粒径为0.3~100 μm。根据吸附剂6的颗粒大小，分离件3可为滤膜、丝网等，以将吸附剂6与液体分离。

在瓶塞2上开设有第一通孔和第二通孔，第一通孔与分离腔102相连通，用以容纳导管4；第二通孔与萃取腔101相连通，用以容纳流体导入件5。导管4经由第一通孔插接至分离腔102内，且导管4插接入样品瓶1内部的一端的长度小于或等于塞颈部的长度，另一端与瓶塞2的外表面平齐或凸出瓶塞2的外表面。导管4的内径可为0.5~3 mm，以确保样品瓶1内的液体可以顺利流出。流体导入件5用以将样品溶液、淋洗剂、洗脱剂等液体或气体输送至样品瓶1内；当输送的流体为气体时，在样品瓶1内形成压力，使样品瓶1的内部压强大于外部环境的压强，则样品瓶1内的样品溶液自导管4流出。同时，可以通过改变输入样品瓶1内的气体体积来调节样品瓶1内的压力，从而控制液体的流出速度。优选地，所述气体为惰性气体，流体导入件5的容积为1~50mL。

本实施例中的样品瓶1为圆颈单口瓶，容积优选1~50 mL。瓶塞2为橡胶塞，其塞盖部包覆在样品瓶1的瓶口及其外壁上，塞颈部包括一体成型的直筒部与导向部，直筒部与塞盖部相连接且自塞盖部向下延伸，导向部外轮廓为倒锥台筒体，直筒部及导向部有一定的壁厚且其内部为中空结构。导向部用于塞盖时，塞颈部能够准确地与瓶口相配合，将瓶塞2塞至样品瓶1。在塞盖和塞颈部的壁上开设有第二通孔，用以容纳流体导入件5。分离件3为微孔滤膜，流体导入件5为注射器。

本发明的一体化分散固相萃取装置可采用下述方法组装而成：将吸附剂6置于样品瓶1内；将分离件3铺设至样品瓶1的瓶口，并将瓶塞2盖设在分离件3上且与样品瓶1的瓶口紧密贴合，则分离件3与瓶塞2的塞颈部之间形成分离腔102，样品瓶1的内部与分离件3之间形成萃取腔101；将导管4自第一通孔插接至分离腔102内，将流体导入件5自第二通孔插接至萃取腔101内。

使用该一体化分散固相萃取装置对样品进行预处理时，首先通过流体导入件5将样品溶液注入样品瓶1内，即使用注射器吸取一定量的样品溶液注入样品瓶1内的萃取腔101内；随后，对样品瓶1中的溶液进行超声、涡旋，使吸附剂6与样品溶液快速混匀进行充分接触；然后，通过流体导入件5将气体注入样品瓶1，使样品瓶1内的内部压强大于外部环境的压强，即在样品瓶1内形成正压，从而使样品溶液从萃取腔101经过分离件3进入到分离腔102再自导管4流出，实现吸附剂与样品溶液的快速分离，在导管4出口处收集预处理后的样品溶液。

为了淋洗吸附剂时，可通过流体导入件5将淋洗剂注入到样品瓶1内，再对样品瓶1中的溶液进行超声、涡旋，使淋洗剂与吸附剂6充分接触，之后通过流体导入件5将气体注入样品瓶1，使样品瓶1内的内部压强大于外部环境的压强，从而使淋洗剂自导管4流出，并收集。当采用洗脱剂洗脱吸附剂中吸附的组分时，操作步骤与淋洗剂的相同，在此不再赘述。

实施例1

取10 mg疏水型商品化吸附剂填料C₁₈加入到10 mL样品瓶中，将0.22 μm尼龙微孔滤膜平铺于瓶口，将橡胶塞盖设在位于样品瓶瓶口的滤膜上，下压，使滤膜、橡胶塞和瓶口紧密贴合；将导管自位于瓶塞中央的第一通孔***分离腔；将流体导入件即带针头的1.0 mL注射器的针头沿第二通孔***萃取腔，第二通孔设置在橡胶塞的塞颈部的壁上，一体化分散固相萃取装置组装完成。

使用注射器吸取1.0 mL浓度为5 μg/mL的扑草净标液注入样品瓶，将其置于超声仪内超声处理30s，再用涡旋振荡器涡旋30s，使吸附剂与标液快速混匀进行充分接触；使用注射器吸取1.0 mL 氮气注入到样品瓶内，使其内部压强大于外部环境形成一个正压环境，使标液经过滤膜从萃取腔进入到分离腔，最后沿导管流出，实现吸附剂与样品溶液的快速分离。

吸附剂与样品溶液分离后，使用注射器吸取1.0 mL洗脱剂甲醇注入到样品瓶内，将其置于超声仪内超声处理30s，再用涡旋振荡器涡旋30s，使吸附了扑草净的C₁₈填料充分与甲醇接触，以实现快速解吸；使用注射器吸取1.0 mL氮气，注入到样品瓶内，使洗脱剂甲醇经过滤膜从萃取腔进入到分离腔，最后沿导管流出；收集洗脱剂，N₂吹干后，用1.0 mL流动相复溶，进行HPLC上机检测。

实施例2

采用与实施例1基本相同的一体化分散固相萃取装置，用10 mg亲水型商品化吸附剂填料活化硅胶取代实施例1的疏水型商品化吸附剂填料C₁₈。

使用注射器吸取1.0 mL浓度为5 μg/mL的己烯雌酚标液注入样品瓶，将其置于超声仪内超声处理30 s，再用涡旋振荡器涡旋30 s，使吸附剂与标液快速混匀进行充分接触；使用注射器吸取1.0 mL 氮气注入到样品瓶内，使其内部压强大于外部环境形成一个正压环境，使标液经过滤膜从萃取腔进入到分离腔，最后沿导管流出，实现吸附剂与样品溶液的快速分离。

吸附剂与样品溶液分离后，使用注射器吸取1.0 mL洗脱剂甲醇注入到样品瓶内，将其置于超声仪内超声处理30 s，再用涡旋振荡器涡旋30 s，使吸附了己烯雌酚的活化硅胶充分与甲醇接触，以实现快速解吸；使用注射器吸取1.0 mL 氮气注入到样品瓶内，使洗脱剂甲醇经过滤膜从萃取腔进入到分离腔最后沿导管流出；收集洗脱剂，N₂吹干后，用1.0mL流动相复溶，最后进行HPLC上机检测。

实施例3

采用与实施例1基本相同的一体化分散固相萃取装置，用10 mg亲水亲油型商品化吸附剂填料HLB取代实施例1的疏水型商品化吸附剂填料C₁₈。

使用注射器吸取1.0 mL浓度为5μg/mL的磺胺甲恶唑标液注入样品瓶，将其置于超声仪内超声处理30 s，再用涡旋振荡器涡旋30 s，使吸附剂与标液快速混匀进行充分接触；使用注射器吸取1.0 mL 氦气注入到样品瓶内，使其内部压强大于外部环境形成一个正压环境，使标液经过滤膜从萃取腔进入到分离腔，最后沿导管流出，实现吸附剂与样品溶液的快速分离。

吸附剂与样品溶液分离后，使用注射器吸取1.0 mL洗脱剂甲醇注入到样品瓶内，将其置于超声仪内超声处理30 s，再用涡旋振荡器涡旋30 s，使吸附了磺胺甲恶唑的HLB吸附剂充分与甲醇接触，以实现快速解吸；使用注射器吸取1.0 mL 氦气，注入到样品瓶内，使其内部压强大于外部环境形成一个正压体系，使洗脱剂甲醇经过滤膜从萃取腔进入到分离腔，最后沿导管流出；收集洗脱剂，N₂吹干后，用1.0 mL流动相复溶，最后进行HPLC上机检测。

实施例4

将实施例 1~3 一体化分散固相萃取技术（I-DSPE）与目前常用的固相萃取小柱萃取技术（SPE）、管尖固相萃取技术（PT-SPE）、滤头固相萃取技术（F-SPE）和传统分散固相萃取技术（DSPE）的分离效果进行对比测试：控制可变因素（吸附剂种类及用量、样品溶液浓度及上样体积、洗脱剂种类及用量、吸附方式及吸附时间和洗脱方式及洗脱时间等）均保持一致，用高效液相色谱测定萃取后样品中的目标物含量，以萃取时间、回收率及RSD值为考察指标进行了比较。测定结果见表1~3。

表1 C₁₈填料吸附扑草净

表2 活化硅胶填料吸附己烯雌酚

表3 HLB填料吸附磺胺二甲嘧啶钠

Claims (10)

1.一种一体化分散固相萃取装置，其特征在于，包括：

样品瓶，设置有瓶口；

瓶塞，盖设于所述样品瓶的所述瓶口处，且与瓶口内壁紧密贴合；所述瓶塞包括塞盖部和位于所述塞盖部下方的塞颈部，所述塞颈部自所述塞盖部向下延伸成筒状，且该筒为中空结构；在所述瓶塞上开设有第一通孔和第二通孔；

分离件，设置在所述瓶塞的所述塞颈部与所述样品瓶的瓶口内壁之间且包覆塞颈部的底面，所述分离件与所述瓶塞的所述塞颈部合围形成分离腔，所述样品瓶的内壁与所述分离件形成萃取腔；所述第一通孔与所述分离腔相连通，所述第二通孔与所述萃取腔相连通；

导管，其一端经所述第一通孔插接至所述分离腔内，用以在所述样品瓶内压力大于外部环境压力时，使液体从所述萃取腔经过所述分离件进入所述分离腔，并通过所述导管从所述样品瓶流出；

流体导入件，经所述第二通孔插接至所述萃取腔内，用以将流体输送至所述萃取腔内；以及

吸附剂，设置在所述萃取腔内。

2.根据权利要求1所述的一体化分散固相萃取装置，其特征在于，所述塞颈部包括一体成型的直筒部与导向部，所述直筒部与所述塞盖部相连接且自所述塞盖部向下延伸，所述导向部外轮廓为倒锥台筒体。

3.根据权利要求1所述的一体化分散固相萃取装置，其特征在于，所述样品瓶为圆颈单口瓶，容积为1~50 mL。

4.根据权利要求1所述的一体化分散固相萃取装置，其特征在于，所述瓶塞为橡胶塞，所述橡胶塞的塞盖部包覆在所述样品瓶的瓶口及其外壁上。

5.根据权利要求1所述的一体化分散固相萃取装置，其特征在于，所述分离件为滤膜或丝网。

6.权利要求1~5中任一项所述的一体化分散固相萃取装置的组装方法，其特征在于，包括如下步骤：

（a）将吸附剂置于样品瓶内；

（b）将分离件放置于样品瓶的瓶口处，并将瓶塞盖设在所述分离件上且与样品瓶的瓶口紧密贴合，使分离件与瓶塞的塞颈部之间形成分离腔，样品瓶的内壁与分离件之间形成萃取腔；

（c）将所述导管自第一通孔插接至所述分离腔内，将流体导入件自第二通孔插接至萃取腔内。

7.一种样品预处理方法，其特征在于，采用权利要求1~5中任一项所述的一体化分散固相萃取装置对样品进行预处理。

8.根据权利要求7所述的样品预处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

（a）通过流体导入件将样品溶液注入样品瓶内；

（b）将吸附剂与样品溶液快速混匀，充分接触；

（c）通过流体导入件将气体注入样品瓶，使样品瓶内的压强大于外部环境的压强，从而使样品溶液从萃取腔经过分离件进入分离腔，再自导管流出。

9.根据权利要求8所述的样品预处理方法，其特征在于，还包括：

通过流体导入件将淋洗剂注入到样品瓶内，使淋洗剂与吸附剂混匀并充分接触；

通过流体导入件将气体注入样品瓶，使样品瓶内的压强大于外部环境的压强，进而使淋洗剂自导管流出。

10.根据权利要求8或9所述的样品预处理方法，其特征在于，还包括：

通过流体导入件将洗脱剂注入到样品瓶内，使洗脱剂与吸附剂混匀并充分接触；

通过流体导入件将气体注入样品瓶，使样品瓶内的压强大于外部环境的压强，进而使洗脱剂自导管流出。