專利名稱：一種計算機控制自動液相微萃取裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化學(xué)分析領(lǐng)域，具體涉及一種采用計算機控制的自動中空纖維膜液相微萃取裝置，用于復(fù)雜環(huán)境樣品中各種痕量有機污染物的樣品預(yù)處理。
背景技術(shù)：
隨著分析化學(xué)研究的發(fā)展，對樣品預(yù)處理技術(shù)的要求越來越高。傳統(tǒng)的樣品預(yù)處理技術(shù)主要為液-液萃取，操作繁瑣費時，且需耗用大量有毒性的有機溶劑，難以實現(xiàn)自動化。液相微萃取是一種新型的樣品預(yù)處理技術(shù)。這種技術(shù)克服了傳統(tǒng)液-液萃取技術(shù)的諸多不足，僅使用微升級甚至納升級的有機溶劑進行萃取，適應(yīng)了現(xiàn)代分析科學(xué)微型化發(fā)展的要求。將液相微萃取用于各種復(fù)雜環(huán)境樣品的預(yù)處理，集萃取、濃縮、凈化為一體，減少了樣品預(yù)處理步驟，具有操作簡單，富集倍數(shù)大，萃取效率高，便于實現(xiàn)聯(lián)用化的優(yōu)點，是一種簡單方便、環(huán)境友好型的綠色樣品預(yù)處理技術(shù)。目前大多數(shù)液相微萃取均為手動控制， 人工操作量大，重現(xiàn)性較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種計算機控制自動液相微萃取裝置，該裝置自動化程度高，操作簡便、重現(xiàn)性好，易于與檢測儀器聯(lián)用。本發(fā)明提供的一種計算機控制自動液相微萃取裝置，其特征在于，該裝置包括計算機、注射泵、切換閥、中空纖維膜、攪拌裝置、蠕動泵和超聲裝置；切換閥帶有至少五個接口，注射泵通過連接管與切換閥的第一接口連接，受體相溶液瓶和進樣瓶分別通過連接管接切換閥的第二、第三接口，中空纖維膜為U型；使用時，中空纖維膜的兩端分別通過連接管與切換閥的第四、第五接口相連；中空纖維膜的U型底部插入液體樣品瓶，液體樣品瓶放置在攪拌裝置上，吸液管的一端插入液體樣品瓶中，另一端連接蠕動泵的一端，蠕動泵另一端連接放在超聲裝置中的固體樣品瓶；計算機通過串行接口與注射泵和切換閥內(nèi)的微處理器連接。本發(fā)明的顯著優(yōu)點體現(xiàn)在(1)本發(fā)明采用的中空纖維膜具有高分子微孔膜，從而將有機溶劑和萃取液隔離開，使萃取過程在高分子膜上的孔隙中進行，因而有效防止有機溶劑乳化，保證了有機溶劑的穩(wěn)定，減小了所需有機溶劑用量。又由于高分子膜的表面孔隙多，提供了很大的接觸面積，從而提高萃取效率，節(jié)省萃取時間，同時增強了有機溶劑液體的穩(wěn)定性，具有較高的富集倍數(shù)，并且在一定程度上可以起到凈化和避免基體干擾的作用。萃取后樣品可直接進樣分析無需凈化分離，易于實現(xiàn)樣品的純化富集，提高分析靈敏度。中空纖維膜價格相對低廉，一次性使用避免交叉污染。(2)本裝置采用了高精度注射泵作為液流驅(qū)動部件，可以按比例吸取任意的體積進行分析。從而提高了液相微萃取的準(zhǔn)確性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。注射泵內(nèi)部具有微處理器，且具有易于交互的外部串行接口。通過串行通訊協(xié)議，經(jīng)過串行接口與計算機進行通訊，能夠完成控制指令和注射器狀態(tài)的反饋。(3)本裝置選用的切換閥具有六個通路，滿足了液相微萃取系統(tǒng)的液流路徑切換的需要。切換閥內(nèi)部具有微處理器，且具有易于交互的外部串行接口，通過串行通訊協(xié)議， 經(jīng)過串行接口與注射泵進行通訊，能夠完成切換液相微萃取系統(tǒng)各個液流路徑和選擇不同的液流方式，實現(xiàn)對切換閥穩(wěn)定的控制。(4)本裝置中注射泵和切換閥都具有與標(biāo)準(zhǔn)連接管相連的接口，可以實現(xiàn)良好的連接，保證氣密性。中空纖維膜與連接管相連可以實現(xiàn)裝卸，且樣品瓶設(shè)有攪拌裝置可提高萃取效率。(5)本裝置的計算機控制軟件集成與滿足了兩種串行通訊協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能，因此在本系統(tǒng)可以方便地通過串行接口，實現(xiàn)與注射泵和切換閥的通訊，完成對注射泵與切換閥的控制，從而保證每次結(jié)果的準(zhǔn)確性和重復(fù)性，減少了人為誤差。該控制軟件可以借助計算機強大的智能控制功能，對萃取過程進行動態(tài)、靜態(tài)及任意液流方式的自動控制，提高樣品萃取的精確性。


圖1為計算機控制自動液相微萃取裝置的一種具體實施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖，其中 1為計算機；2為注射泵；3為切換閥；4為受體相溶液瓶；5為中空纖維膜；6為攪拌裝置；7 為液體樣品瓶；8為進樣瓶；9為廢液瓶；10為清洗液瓶；11為蠕動泵；12為固體樣品瓶；13 為超聲裝置。圖2為計算機控制部分程序流程圖。
具體實施例方式下面通過借助實施例更加詳細(xì)地說明本發(fā)明，但以下實施例僅是說明性的，本發(fā)明的保護范圍并不受這些實施例的限制。如圖1所示，本發(fā)明裝置包括計算機1、注射泵2、切換閥3、中空纖維膜5、攪拌裝置6、蠕動泵11和超聲裝置13。本實例中，代換閥為六通閥，帶有七個接口(中間一個接口，周圍六個接口)。注射泵2上帶有二通閥，二通閥的一個接口用于吸取溶液或空氣，另一個接口通過連接管與切換閥3的第一接口連接，切換閥的其它四個接口分別通過連接管與受體相溶液瓶4、進樣瓶 8、廢液瓶9和清洗液瓶10相連通，中空纖維膜5為U型；使用時，中空纖維膜5的兩端分別通過連接管接切換閥的另外二個接口，其中中空纖維膜5的U型底部插入液體樣品瓶7，液體樣品瓶7放置在攪拌裝置6上，吸液管的一端插入液體樣品瓶7中，另一端連接蠕動泵11 的一端，蠕動泵另一端連接放在超聲裝置13中的固體樣品瓶12。其中，注射泵和切換閥等執(zhí)行機構(gòu)內(nèi)部具有微處理器，自身帶有串行通訊功能，可通過與計算機的串行接口相連，接收并執(zhí)行指令。上述實例中，廢液瓶9或/和清洗液瓶10也可以不用設(shè)置，切換閥就可以少要二個接口(即采用帶五個接口的四通閥或帶六個接口的五通閥即可)，還可以根據(jù)需要增高設(shè)其它液瓶，相應(yīng)地選用對應(yīng)的切換閥。
本裝置中的計算機為通用的個人計算機；注射泵和蠕動泵可根據(jù)需要選擇不同的精度；切換閥可根據(jù)管路數(shù)的需要選擇不同的種類(四通閥、五通閥、六通閥等)；計算機控制軟件可根據(jù)需要選擇；中空纖維膜可根據(jù)測定對象選擇不同種類(聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚砜、聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯等)；攪拌裝置可以為磁力攪拌器；超聲裝置可以為超聲波清洗器；受體相溶液瓶和樣品萃取瓶可以根據(jù)樣品需要采用玻璃、塑料等材質(zhì)。本裝置可以實現(xiàn)對復(fù)雜環(huán)境液體和固體樣品的預(yù)處理，其使用過程為(1)將中空纖維膜剪成適當(dāng)長度，用溶劑超聲清洗后晾干。與連接管相連備用。(2)將安裝好的中空纖維膜放入有機溶劑浸泡，使有機溶劑充滿中空纖維膜的空隙，用濾紙吸干中空纖維膜表面。(3)液體樣品將吸干表面的中空纖維膜全部浸入樣品中，通過計算機控制液相微萃取裝置中的注射泵、切換閥，將受體相溶液注入中空纖維膜中，控制受體相的流速、停留時間及液流方式；并調(diào)節(jié)攪拌裝置的轉(zhuǎn)速與溫度進行液相微萃取。固體樣品將固體樣品中加入一定量水溶液，混勻蓋緊蓋子后放入槽式超聲裝置中進行萃取，萃取結(jié)束后，由計算機控制蠕動泵將萃取瓶中的半固體樣品完全注入液體樣品瓶內(nèi)。將液體樣品瓶置于中空纖維膜下，使中空纖維膜全部浸入樣品中，通過計算機控制液相微萃取裝置中的注射泵、切換閥，將受體相溶液注入中空纖維膜中，控制受體相的流速、停留時間及液流方式；并調(diào)節(jié)攪拌裝置的轉(zhuǎn)速與溫度進行液相微萃取。(4)萃取結(jié)束后，通過計算機控制將中空纖維膜中的受體相溶液全部注入進樣瓶中，待儀器測定；(5)定量吸入清洗溶液，推動液流清洗進樣閥及管路，以備下一次萃取。下面結(jié)合實施例進一步說明本裝置的使用方法。實施例1采用美國Kloehn公司由步進電機推動的高精度注射泵VerSaPump6 (V6) syringe(最小抽取量為0. 104yL，精度為0.06% )；美國Kloehn公司的切換閥(六通閥)50120 Intellect valve ；串行接口 RS232 ；通用個人計算機；LabVIEW計算機控制軟件； 聚丙烯中空纖維膜(外徑1000 μ m，內(nèi)徑600 μ m，纖維膜空隙尺寸0.2 μ m)；超聲裝置為超聲清洗器；受體相溶液瓶和液體樣品瓶均采用IOOmL聚乙烯塑料瓶；萃取樣品為含全氟有機酸的水樣。具體方法如下(1)首先將中空纖維膜剪成10cm，放入丙酮中超聲清洗30min除去中空纖維膜的雜質(zhì)，干燥揮發(fā)除去丙酮后，與聚四氟乙烯連接管相連備用。(2)將安裝好的中空纖維膜放入正辛醇中浸泡5min，使正辛醇充滿中空纖維膜的空隙。(3)將IOOmL全氟有機酸水樣直接放入液體樣品瓶中，用鹽酸調(diào)節(jié)水樣pH = 2，使目標(biāo)萃取物以中性分子存在，加入磁力攪拌子后，置于磁力攪拌器托盤中央。(4)將裝有樣品的萃取瓶置于中空纖維膜下，使中空纖維膜全部浸入樣品溶液。然后通過計算機軟件LabVIEW控制注射泵及六通閥，定量吸取52 μ L乙酸銨受體相溶液(pH =11)，控制流速(lOyL/s)、靜態(tài)停留時間OOmin)，將吸取的乙酸銨溶液完全注入中空纖維膜中，并將萃取后的溶液推入進樣瓶中。萃取時，開動磁力攪拌器，調(diào)節(jié)攪拌器的轉(zhuǎn)速 (1300rpm)與溫度(20°C )，進行液相微萃取，目標(biāo)萃取物首先被萃取到正辛醇中，繼而被反萃取到乙酸銨溶液中。計算機軟件的控制流程圖如圖2所示。(5)萃取結(jié)束后，通過計算機軟件控制注射泵及六通閥，將中空纖維膜中的乙酸銨溶液全部注入進樣瓶中，待儀器測定。(6)定量吸入乙酸銨溶液作為清洗溶液，推動液流清洗進樣閥及管路，以備下一次萃取。利用本裝置可以檢測水樣中全氟有機酸的濃度范圍為0. 01-50 μ g/L;回收率范圍為80. 4-92. 9% ；相對標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍為4. 1-5. 9%0實施例2采用聚偏氟乙烯中空纖維膜(外徑800μπι，內(nèi)徑600μπι，纖維膜空隙尺寸 0.2ym)；受體相溶液瓶和液體樣品瓶均采用IOOmL聚乙烯塑料瓶；萃取樣品為水樣中的氯苯。具體方法如下(1)首先將中空纖維膜剪成15cm，放入乙醇中超聲清洗30min除去中空纖維膜的雜質(zhì)，干燥揮發(fā)除去乙醇后，與聚四氟乙烯連接管相連備用。(2)將IOOmL氯苯水樣直接放入液體樣品瓶中，加入磁力攪拌子后，置于磁力攪拌器托盤中央。(3)將裝有樣品的萃取瓶置于中空纖維膜下，使中空纖維膜全部浸入樣品溶液。然后通過計算機軟件控制注射泵及六通閥，定量吸取65 μ L的正辛醇，控制流速(10 μ L/s)、 靜態(tài)停留時間OOmin)，將吸取的正辛醇完全注入并通過中空纖維膜，并將萃取后的溶液推入進樣瓶中。開動磁力攪拌器，調(diào)節(jié)攪拌器的轉(zhuǎn)速GOOrpm)與溫度(20°C)，進行液相微萃取，目標(biāo)萃取物通過中空纖維膜的微孔被萃取到正辛醇中。計算機軟件的控制流程圖如圖 2所示。(4)萃取結(jié)束后，通過計算機軟件控制注射泵及六通閥，將中空纖維膜中的正辛醇全部注入進樣瓶中，待儀器測定。(5)定量吸入正辛醇，推動液流清洗進樣閥及管路，以備下一次萃取。利用本裝置可以檢測水樣中氯苯的濃度范圍為0. 1-40 μ g/L;回收率范圍為 80. 9-95. 7% ；相對標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍為3. 2-16. 8%。實施例3采用LONGER蠕動泵(型號BT100-2J)；聚偏氟乙烯中空纖維膜；連接管的材料均為聚四氟乙烯；受體相溶劑瓶和液體、固體樣品瓶均采用IOOmL聚乙烯塑料瓶；萃取樣品為土壤樣品中的氯苯。具體方法如下(1)首先將中空纖維膜剪成15cm，放入乙醇中超聲清洗30min除去中空纖維膜的雜質(zhì)，干燥揮發(fā)除去乙醇后，與聚四氟乙烯連接管相連備用。(2)將1. Og氯苯土壤樣品中加入10. OmL水溶液，混勻蓋緊蓋子后放入槽式超聲裝置(功率100W)中進行萃取，萃取30min后，由蠕動泵將萃取瓶中的半固體樣品完全注入液體樣品瓶內(nèi)。(3)將裝有樣品的萃取瓶置于中空纖維膜下，使中空纖維膜全部浸入樣品溶液。然后通過計算機軟件控制注射泵及六通閥，定量吸取65 μ L的正辛醇，控制流速(10 μ L/s)、 靜態(tài)停留時間OOmin)，將吸取的正辛醇完全注入并通過中空纖維膜，并將萃取后的溶液推入進樣瓶中。開動磁力攪拌器，調(diào)節(jié)攪拌器的轉(zhuǎn)速GOOrpm)與溫度(30°C)，進行液相微萃取，目標(biāo)萃取物通過中空纖維膜的微孔被萃取到正辛醇中。計算機軟件的控制流程圖如圖 2所示。 (4)萃取結(jié)束后，通過計算機軟件控制注射泵及六通閥，將中空纖維膜中的正辛醇全部注入進樣瓶中，待儀器測定。(5)定量吸入正辛醇，推動液流清洗進樣閥及管路，以備下一次萃取。利用本裝置可以檢測土樣中氯苯的濃度范圍為0. 01-1. 5 μ g/g ；回收率范圍為 72. 1-90. 7% ；相對標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍為4. 2-10. 8%.以上所述為本發(fā)明的較佳實施例而已，但本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實施例和附圖所公開的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護的范圍。
權(quán)利要求
1.一種計算機控制自動液相微萃取裝置，其特征在于，該裝置包括計算機(1)、注射泵 (2)、切換閥(3)、中空纖維膜(5)、攪拌裝置(6)、蠕動泵(11)和超聲裝置(13)；切換閥(3)帶有至少五個接口，注射泵(2)通過連接管與切換閥(3)的第一接口連接， 受體相溶液瓶(4)和進樣瓶(8)分別通過連接管接切換閥的第二、第三接口，中空纖維膜(5)為U型；使用時，中空纖維膜(5)的兩端分別通過連接管與切換閥(3)的第四、第五接口相連；中空纖維膜(5)的U型底部插入液體樣品瓶(7)，液體樣品瓶(7)放置在攪拌裝置(6)上，吸液管的一端插入液體樣品瓶(7)中，另一端連接蠕動泵(11)的一端，蠕動泵另一端連接放在超聲裝置(1 中的固體樣品瓶(1 ；計算機(1)通過串行接口與注射泵(2)和切換閥(3)內(nèi)的微處理器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種計算機控制自動液相微萃取裝置，其特征在于，該裝置還包括廢液瓶(9)，切換閥帶有六個接口，廢液瓶(9)通過連接管與切換閥的第六接口相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種計算機控制自動液相微萃取裝置，其特征在于，該裝置還包括清洗液瓶(10)，切換閥帶有六個接口，清洗液瓶(10)通過連接管與切換閥的第六接口相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種計算機控制自動液相微萃取裝置，其特征在于， 該裝置還包括廢液瓶(9)和清洗液瓶(10)，切換閥帶有七個接口，廢液瓶(9)和清洗液瓶 (10)分別通過連接管與切換閥的第六、第七接口相連。
全文摘要
本發(fā)明提供的一種計算機控制自動液相微萃取裝置，該裝置包括計算機、注射泵、切換閥、中空纖維膜、攪拌裝置、蠕動泵和超聲裝置；切換閥帶有至少四個接口，注射泵通過連接管與切換閥的第一接口連接，受體相溶液瓶和進樣瓶分別通過連接管接切換閥的其它接口，中空纖維膜為U型；使用時，中空纖維膜的兩端分別通過連接管與切換閥的另外接口相連；中空纖維膜的U型底部插入液體樣品瓶，液體樣品瓶放置在攪拌裝置上，吸液管的一端插入液體樣品瓶中，另一端連接蠕動泵的一端，蠕動泵另一端連接放在超聲裝置中的固體樣品瓶；計算機通過串行接口與注射泵和切換閥內(nèi)的微處理器連接。該裝置自動化程度高，操作簡便、重現(xiàn)性好，易于與檢測儀器聯(lián)用。
文檔編號G01N1/34GK102297795SQ20111020516
公開日2011年12月28日 申請日期2011年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月21日
發(fā)明者楊海, 梁向輝, 王力, 王琳玲, 苗竹, 陸曉華, 陳靜 申請人:華中科技大學(xué)