專利名稱：一種纖維針式樣品前處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及纖維針式樣品前處理裝置，集樣品凈化、濃縮富集與解吸功能于一體，能夠與氣相色譜、液相色譜、色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀等分析儀器進行聯(lián)用。
背景技術(shù)：
色譜分析過程包括取樣、樣品制備與處理、分析測定、數(shù)據(jù)處理、總結(jié)報告五部分，通過統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)樣品處理所需的時間占整個分析過程的61%，而分析測定的時間僅占了6%，樣品制備時間竟是分析測定的10倍。因此，快速、高效的樣品前處理方法及其裝置開發(fā)，已成為色譜分析領(lǐng)域的熱點之一。固相微萃取(Solid Phase Microextraction, SPME)技術(shù)是20世紀90年代初發(fā)展的樣品前處理技術(shù)，集萃取、富集和解吸功能于一體，與傳統(tǒng)的液-液萃取樣品前處理方法相比，具有裝置簡單、易實現(xiàn)自動化聯(lián)機運行、操作簡便、耗時少、萃取富集效率高、綠色無溶劑等特點，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于氣體、液體和固體中的揮發(fā)性、半揮發(fā)性或難揮發(fā)性物質(zhì)的萃取富集，并可直接與氣相色譜、液相色譜以及色質(zhì)譜聯(lián)用儀等分析儀器聯(lián)用。1993年,美國Supelco公司看好其應(yīng)用前景,推出商品化固相微萃取裝置。商品化SPME裝置的外型如同一只微量進樣器。其實現(xiàn)萃取富集功能的核心組件是萃取頭，為一根長IOmm涂有不同吸附材料的熔融石英纖維，接在不銹鋼絲上，外套是細不銹鋼管，萃取頭可在鋼管內(nèi)滑動，細不銹鋼管可保護萃取頭穿透橡膠或塑料密封墊進行取樣或進樣。商品化SPME裝置目前存在以下缺點(I)使用過程中易損壞商品化SPME萃取頭為將涂有萃取涂層的石英纖維粘到不銹鋼絲上制作而成，作為涂層載體的石英纖維，在使用過程中非常容易折斷或脫落，因此萃取頭使用壽命短(平均30 50次/支)；(2)萃取頭組件不可重復(fù)使用商品化SPME裝置本身價格昂貴，并且主要消耗品萃取頭組件為一次性設(shè)計，一旦涂有涂層的石英纖維損壞則需要更換整套萃取頭組件，價格昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種纖維針式樣品前處理裝置，以改進公知技術(shù)中存在的缺陷。為實現(xiàn)上述目的，本性牮纖維針式樣品前處理裝置，可以與氣相色譜、液相色譜、色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀進行聯(lián)用；其中一萃取頭組件(100)，該萃取頭組件(100)中的纖維細絲(102)的一端為涂有萃取涂層的萃取頭(101)，纖維細絲(102)無萃取涂層的另一端穿過密封組件與連接螺絲(109)固定在一起，連接螺絲(109)連接到推拉桿(204)的端部；所述密封組件的結(jié)構(gòu)是一密封組件螺帽(105)與一密封組件螺絲(107)相螺合，密封墊(106)夾在密封組件螺帽和密封組件螺絲中間，該密封組件螺帽(105)的一端連接有保護針筒(103)；一套筒組件，包括一圓柱形套筒(201)和套筒螺帽(202)，該圓柱形套筒(201)的一端設(shè)有外螺紋，另一端為開口結(jié)構(gòu)，套筒螺帽(202)設(shè)有內(nèi)螺紋；套筒螺帽(202)的孔徑與密封組件螺帽(105)的外徑相當(dāng)，密封組件螺絲(107)的端部為圓盤狀結(jié)構(gòu)，圓盤的直徑與圓柱形套筒(201)的外徑相當(dāng)；推拉桿(204)位于圓柱形套筒(201)內(nèi)作上下移動，纖維細絲(102)穿過密封組件中的保護針筒(103)，萃取頭(101)在保護針筒內(nèi)滑動；密封組件螺帽(105)穿過套筒螺帽(202)的內(nèi)孔，圓柱形套筒(201)和套筒螺帽(202)通過螺紋連接，將密封組件螺絲(107)卡在圓柱形套筒的端口。所述的纖維針式樣品前處理裝置，其中，圓柱形套筒(201)的側(cè)面開有長形的定位螺絲移動槽(203);推拉桿(204)上設(shè)有定位螺絲(205)，該定位螺絲(205)突出在定位螺絲移動槽(203)內(nèi)，限制推拉桿(204)的移動距離。所述的纖維針式樣品前處理裝置，其中，萃取頭組件(100)中的萃取涂層直接涂到纖維細絲(102)上。所述的纖維針式樣品前處理裝置，其中，纖維細絲(102)為不銹鋼材質(zhì)，纖維細絲
(102)無萃取涂層的一端與連接螺絲(109)用膠黏劑(108)粘在一起。所述的纖維針式樣品前處理裝置，其中，密封組件的密封墊(106)為硅橡膠密封墊(106)。所述的纖維針式樣品前處理裝置，其中，密封組件螺帽(105)和密封組件螺絲
(107)為黃銅、不銹鋼或耐高溫塑料。所述的纖維針式樣品前處理裝置，其中，保護針筒(103)為不銹鋼等金屬材質(zhì)，密封組件螺帽(105)上開有小孔，保護針筒(103)插入其中，在密封組件螺帽(105)和保護針筒(103)連接處用耐高溫膠黏劑(104)固定。本發(fā)明具有如下優(yōu)點I)采用整體不銹鋼纖維細絲作為萃取涂層的載體，與商品化裝置相比，本發(fā)明中的萃取頭在操作過程中不易折斷或脫落，從而大大延長萃取頭的使用壽命。2)商品化萃取頭組件為不可拆卸設(shè)計，當(dāng)萃取頭損壞時需要更換整套萃取頭組件。本發(fā)明中的萃取頭組件設(shè)計為可拆卸結(jié)構(gòu)，當(dāng)萃取頭需要更換時，可以只更換涂有萃取涂層的纖維細絲，而無需更換整套萃取頭組件，從而大大降低使用成本。3)本發(fā)明纖維針式樣品前處理裝置，可以手動操作，也可以適配商品化的CTC自動進樣器自動操作，使用與安裝簡單、方便。


圖1A為本發(fā)明纖維針式樣品前處理裝置的整體示意圖。圖1B是圖1A中各部件的分體示意圖。圖1A和圖1B中主要標記符號說明100萃取頭組件；101萃取頭；102纖維細絲；103保護針筒；104耐高溫膠黏劑；105密封組件螺帽；106硅橡膠密封墊；107密封組件螺絲；108膠黏劑；109連接螺絲；200操作手柄；201圓柱形套筒；202套筒螺帽；203定位螺絲移動槽；204推拉桿；205定位螺絲。
圖2A為采用本發(fā)明纖維針式樣品前處理裝置萃取水樣品中六種苯系物的GC-MS色譜圖，各曲線分別是1苯，2甲苯，3乙苯，4對二甲苯，5間二甲苯，6鄰二甲苯。圖2B為樣品和實驗條件相同情況下，采用公知頂空樣品處理方法直接進樣的GC-MS色譜圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供的能與氣相色譜、液相色譜、色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀等分析儀器進行聯(lián)用的纖維針式樣品前處理裝置，由萃取頭組件和操作手柄構(gòu)成，用于實現(xiàn)對氣體、液體或固體樣品中的目標組分進行富集與凈化，可手動操作或通過自動進樣器進行操作。萃取過程中，將萃取頭推出保護針管，使其與樣品接觸進行濃縮富集，萃取完成后將萃取頭拉入保護針管；再次將萃取頭推出保護針管，通過熱解吸或溶劑解吸，將萃取頭上富集的化合物解吸下來，與分析儀器聯(lián)用進行分離檢測。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的纖維針式樣品前處理裝置由萃取頭組件和操作手柄兩部分組成。I)萃取頭組件由纖維細絲、密封組件及連接螺絲三部分組成。纖維細絲為不銹鋼等金屬材質(zhì)，其一端涂有萃取涂層。將纖維細絲無萃取涂層端穿過密封組件，與連接螺絲固定到一起，然后將連接螺絲固定到操作手柄的推拉桿上。萃取頭組件中的關(guān)鍵部件即密封組件為可拆卸結(jié)構(gòu)，能夠重復(fù)使用，其設(shè)計方案為將一段硅橡膠密封墊夾在一組螺帽和螺絲中間，纖維細絲穿過螺帽、硅橡膠墊和螺絲，擰緊螺帽和螺絲將硅橡膠密封墊夾緊，實現(xiàn)纖維細絲的密封。螺帽的一端連接有保護針筒，纖維細絲的萃取頭部位可以在保護針筒內(nèi)滑動。螺絲的底部為薄圓盤狀結(jié)構(gòu)，薄圓盤的尺寸與操作手柄中圓柱形套筒的外徑相當(dāng)，使密封組件卡在圓柱形套筒的端口。2)操作手柄包括推拉桿和套筒組件兩部分，推拉桿位于套筒組件內(nèi)部。操作時，用手握住操作手柄或?qū)⑵涔潭ǖ阶詣舆M樣器上，移動推拉桿即可帶動纖維細絲上下移動，使萃取頭伸出或進入保護針管。套筒組件包括圓柱形套筒和螺帽兩部分。圓柱形套筒為側(cè)面開有長形孔的圓筒狀結(jié)構(gòu)，其一端帶有外螺紋。圓柱形套筒的另一端為開口結(jié)構(gòu)，推拉桿由此端放入其中。圓柱形套筒外徑與密封組件上薄圓盤外徑相當(dāng)，密封組件卡在圓柱形套筒的螺紋端而不能進入其內(nèi)部。當(dāng)螺帽擰到圓柱形套筒的外螺紋上時，密封組件即被固定在套筒與螺帽中間，起到固定密封組件的作用。推拉桿的上端的結(jié)構(gòu)，可根據(jù)自動進樣裝置的結(jié)構(gòu)靈活設(shè)計中；下端為內(nèi)螺紋設(shè)計，其尺寸與萃取頭組件上的連接螺絲適配；其側(cè)面中間位置設(shè)計有內(nèi)螺紋，其尺寸與推拉桿定位螺絲適配。當(dāng)推拉桿組件放入圓柱形套筒后，將定位螺絲穿過定位螺絲移動槽擰到推拉桿上。定位螺絲突出于推拉桿的外壁，只能在定位螺絲移動槽內(nèi)移動，以限定推拉桿的移動范圍，防止操作過程中推拉桿不慎拉出圓柱形套筒，起到保護萃取頭的作用。以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細的描述。實施例1請結(jié)合圖1所示，是本發(fā)明纖維針式樣品前處理裝置結(jié)構(gòu)示意圖，該裝置包括萃取頭組件100和操作手柄200兩部分，其中操作手柄200由推拉桿204和套筒組件組成。
I)萃取頭組件100包括纖維細絲102、密封組件及連接螺絲109三部分組成。纖維細絲102為不銹鋼等金屬材質(zhì)，外徑為O. 05-0. 5mm ;其一端涂有萃取涂層，厚度為
O.1-200 μ m,長度為O. l-5cm。將纖維細絲102無萃取涂層端穿過密封組件與連接螺絲109用膠黏劑108粘在一起，然后將連接螺絲109連接到推拉桿204上。密封組件由四部分組成保護針筒103、螺帽105、硅橡膠密封墊106及螺絲107。螺帽105和螺絲107尺寸配套，均為黃銅、不銹鋼或耐高溫塑料等耐高溫材質(zhì)。螺帽105上開有小孔，其尺寸剛好允許保護針筒103插入其中，用耐高溫膠黏劑104將螺帽105與保護針筒103連接到一起。保護針筒103為不銹鋼等金屬材質(zhì)，內(nèi)徑為O. 4-0. 8mm，外徑為
O.6-lmm，長度為3_9cm。萃取頭101可在保護針筒103內(nèi)滑動。螺絲107的中央開有通孔，其直徑為l_3mm，底部為薄圓盤狀結(jié)構(gòu)，薄圓盤的尺寸與操作手柄中圓柱形套筒的外徑相當(dāng)，使密封組件卡在圓柱形套筒201的端口。將纖維細絲102無萃取涂層 端先穿過保護針筒103，再穿過螺帽105，后穿過硅橡膠密封墊106，最后穿過螺絲107。將螺絲107與螺帽105擰緊，硅橡膠密封墊106即被卡緊在螺絲107和螺帽105中間，實現(xiàn)纖維細絲102的密封。2)操作手柄200包括兩部分套筒組件和推拉桿204，推拉桿204位于套筒組件內(nèi)部。操作時，用手握住操作手柄200或?qū)⑵涔潭ǖ阶詣舆M樣器上，移動推拉桿204即可帶動纖維細絲102上下移動，使萃取頭101伸出或進入保護針管103。套筒組件包括圓柱形套筒201和螺帽202兩部分，是整個裝置的骨架，同時在操作過程中會接觸高溫，因此選用為金屬或工程塑料等硬質(zhì)材料。圓柱形套筒201為側(cè)面開有長形定位螺絲移動槽203的圓筒狀結(jié)構(gòu)，其一端帶有外螺紋，將螺帽201擰到此端。圓柱形套筒201的另一端為開口結(jié)構(gòu)，將推拉桿204從開口端放入圓柱形套筒201內(nèi)。圓柱形套筒201外徑與密封組件薄圓盤的外徑相當(dāng)，使密封組件卡在圓柱形套筒201的螺紋端。當(dāng)將螺帽202擰到圓柱形套筒201上時，密封組件即被固定在圓柱形套筒201與螺帽202中間。推拉桿204由于為非接觸高溫部件，因此選用金屬或工程塑料等硬質(zhì)材料作為其制作材質(zhì)。推拉桿204為中間部位擰有定位螺絲205的實心圓柱狀結(jié)構(gòu)，外徑略小于圓柱形套筒201的內(nèi)徑。推拉桿204的上端的結(jié)構(gòu)可靈活設(shè)計，與自動進樣裝置中的結(jié)構(gòu)相匹配；另一端帶有內(nèi)螺紋，其尺寸與萃取頭組件100的連接螺絲109適配，起到連接萃取頭組件100的作用。推拉桿204上的定位螺絲205突出于推拉桿204外壁l_3mm，只能在定位螺絲移動槽203內(nèi)移動，防止操作過程中推拉桿204不慎拉出圓柱形套筒201，起到保護萃取頭101的作用。本實施例中，樣品前處理步驟是首先將保護針筒103穿過樣品瓶密封墊，插入樣品瓶中，然后將萃取頭101推出保護針筒103，使其浸入樣品(浸入式萃取)或置于樣品上空(頂空式萃取)進行萃??；萃取完成后，將萃取頭101縮回保護針筒103，然后將整個裝置取出；將萃取頭101的保護針筒103穿過GC進樣口的密封墊，推出萃取頭101進行熱解析，實現(xiàn)與GC的聯(lián)用，或?qū)⑤腿☆^101浸入溶劑中解吸，將解吸液進樣，實現(xiàn)與LC的聯(lián)用。實施例2利用圖1所示本發(fā)明纖維針式樣品前處理裝置，對水中六種苯系物進行萃取富集，然后通過熱解吸方式與GC-MS進行聯(lián)用，所得GC-MS譜圖如圖2A所示。萃取樣品濃度為10ng/mL ;樣品體積20mL ;萃取方式是頂空萃取；取溫度25°C;萃取時間15min ;解吸溫度250 0C ;解吸時間3min ;色譜柱DB-FFAP 30mx0. 32mm X O. 25 μ m ;進樣口是分流進樣，分流比為1: 8 ;載氣為氦氣，載氣流速為2mL/min ;升溫程序是初始柱溫40°C，保持2min，以5°C /min的速率升到60°C，再以30°C /min的速率升到240°C，保持2min。為了進一步說明本發(fā)明纖維針式樣品前處理裝置的萃取富集效果，在樣品和實驗條件相同的情況下，采用公知的頂空采樣方法，取O. 5mL上空樣品直接進樣進行GC-MS分析，所得GC-MS譜圖如圖2B所示。圖2A和圖2B的結(jié)果表明，采用本發(fā)明纖維針式樣品前 處理裝置進行萃取富集后，目標化合物的響應(yīng)值較頂空采樣方式高10-20倍。因此，本發(fā)明纖維針式樣品前處理裝置能夠起到萃取富集的作用，從而提高目標組分的檢測靈敏度。
權(quán)利要求
1.一種纖維針式樣品前處理裝置，可以與氣相色譜、液相色譜、色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀進行聯(lián)用；其特征在于一萃取頭組件(100)，該萃取頭組件(100)中的纖維細絲(102)的一端為涂有萃取涂層的萃取頭(101)，纖維細絲(102)無萃取涂層的另一端穿過密封組件與連接螺絲(109)固定在一起，連接螺絲(109)連接到推拉桿(204)的端部；所述密封組件的結(jié)構(gòu)是一密封組件螺帽(105)與一密封組件螺絲(107)相螺合，密封墊(106)夾在密封組件螺帽和密封組件螺絲中間，該密封組件螺帽(105)的一端連接有保護針筒(103)；一套筒組件，包括一圓柱形套筒(201)和套筒螺帽(202)，該圓柱形套筒(201)的一端設(shè)有外螺紋，另一端為開口結(jié)構(gòu)，套筒螺帽(202)設(shè)有內(nèi)螺紋；套筒螺帽(202)的孔徑與密封組件螺帽(105)的外徑相當(dāng)，密封組件螺絲(107)的端部為圓盤狀結(jié)構(gòu)，圓盤的直徑與圓柱形套筒(201)的外徑相當(dāng)；推拉桿(204)位于圓柱形套筒(201)內(nèi)作上下移動，纖維細絲(102)穿過密封組件中的保護針筒(103)，萃取頭(101)在保護針筒內(nèi)滑動；密封組件螺帽(105)穿過套筒螺帽(202)的內(nèi)孔，圓柱形套筒(201)和套筒螺帽(202) 通過螺紋連接，將密封組件螺絲(107)卡在圓柱形套筒的端口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維針式樣品前處理裝置，其中，圓柱形套筒(201)的側(cè)面開有長形的定位螺絲移動槽(203);推拉桿(204)上設(shè)有定位螺絲(205)，該定位螺絲(205) 突出在定位螺絲移動槽(203)內(nèi)，限制推拉桿(204)的移動距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維針式樣品前處理裝置，其中，萃取頭組件(100)中的萃取涂層直接涂到纖維細絲(102)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維針式樣品前處理裝置，其中，纖維細絲(102)為不銹鋼材質(zhì)，纖維細絲(102)無萃取涂層的一端與連接螺絲(109)用膠黏劑(108)粘在一起。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維針式樣品前處理裝置，其中，密封組件的密封墊(106)為硅橡膠密封墊(106)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維針式樣品前處理裝置，其中，密封組件螺帽(105)和密封組件螺絲(107)為黃銅、不銹鋼或耐高溫塑料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維針式樣品前處理裝置，其中，保護針筒(103)為不銹鋼等金屬材質(zhì)，密封組件螺帽(105)上開有小孔，保護針筒(103)插入其中，在密封組件螺帽 (105)和保護針筒(103)連接處用耐高溫膠黏劑(104)固定。
全文摘要
一種纖維針式樣品前處理裝置，包括萃取頭組件和操作手柄兩部分。萃取頭組件由一端涂有萃取涂層的纖維細絲、帶保護針管的密封組件及連接螺絲組成。操作手柄由推拉桿和不銹鋼套筒組件組成，推拉桿可以在套筒中上下移動。將推拉桿由套筒組件開口端放入其內(nèi)部，將萃取頭組件的連接螺絲固定到推拉桿上，萃取頭密封組件被固定到套筒組件的螺紋端。上下移動推拉桿可以帶動纖維細絲上下移動，使萃取頭在保護針管內(nèi)上下滑動。涂有涂層的纖維細絲為一體結(jié)構(gòu)，使用過程中機械輕度高，不易折斷；萃取頭密封組件為可拆卸結(jié)構(gòu)，可單獨更換纖維細絲。
文檔編號G01N30/08GK102998399SQ201210468469
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月19日
發(fā)明者觀文娜, 高峻, 楊孟龍, 白罰利, 王聰, 楊海燕, 法蕓 申請人:中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所