固相萃取的系统流路及其应用方法

技术领域

本发明涉及一种固相萃取的系统流路及其应用方法。

背景技术

固相萃取技术作为当前样品前处理技术的重要组成之一，在食品安全、医药卫生、环境分析等诸多领域具有广泛的应用。固相萃取过程包括柱/膜活化、上样、清洗样品瓶、淋洗、洗脱步骤。

现有全自动固相萃取仪器几乎全部采用正压上样的工作方式，以各类型泵作为样品经过柱/膜的动力部件，手动或者半自动固相萃取仪大多通过真空泵抽负压而实现负压上样。固相萃取作为一个广泛的样品前处理方法，其上样量从几毫升至几升不等，环境中水样主要包括：河流水、湖泊水、地下水、饮用水、海水、工业废水等，不同性质的水体，还存在基体效应，如地表水中的悬浮颗粒、溶胶、泥沙、藻类都会对预处理方法效率产生影响。使用全自动正压泵或者转动阀方式上样往往存在液路部件易损坏、管路及转动阀易堵塞、产生交叉污染等会产生功能失效或测试结果有偏差等问题。

现有固相萃取的收集过程也采用负压或者正压两种方式。对于手动或者半自动仪器，一般使用真空泵将瓶内抽负压而实现洗脱液从柱/膜流向收集瓶。对于全自动仪器，可通过单向阀的引入，瓶内压力降低而使单向阀打开，收集液进入收集瓶中，但若负压过低，会导致收集液爆沸，从而引起目标物质损失，且单向阀日常需要清洗维护，当脏污样品上样时，若颗粒通过柱/膜而进入单向阀中，会导致单向阀失效而漏液。对于全自动/半自动/手动固相萃取仪的正压收集过程，均需保证柱/膜严格密封，否则会导致液体泄漏，不能正常收集洗脱液，一般会设计相应的结构来保证密封，但是结构复杂，增加实验失效的风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种固相萃取的系统流路及其应用方法，实现更适用于大体积及脏污水样的固相萃取前处理过程，具体包括全自动溶剂转移、负压上样、常压收集，还包括处理过程中的喷淋样品瓶、在线过滤、在线除水等特殊需求的应用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种固相萃取的系统流路，其特征在于：转动阀上圆周设置若干个进溶剂端口、一个出溶剂端口、一个废液端口，所述转动阀的下方设置进泵端口，所述进泵端口的一端与注射泵连通，所述进泵端口的另一端与公共通道连通，所述公共通道还通过选择通道的旋转与其中一个所述进溶剂端口连通、所述出溶剂端口及所述废液端口连通，所述进溶剂端口与溶剂瓶连通，所述出溶剂端口与样品加载器连通，气路系统接入所述转动阀与所述样品加载器之间的管路；

所述样品加载器内设置若干个通道，所述样品加载器包括阀芯及阀体，所述样品加载器通过所述阀芯的旋转，进而控制所述通道的连通；

所述样品加载器下方设置膜适配器，收集对接的顶端设置上端口，所述上端口与所述膜适配器连接，所述收集对接的底端设置下端口，所述下端口与除水装置及收集瓶连接，所述收集对接上设置出液口及进液口，所述出液口及所述进液口与流路切换系统连通，所述收集对接上还设置气压平衡端口，所述气压平衡端口与外界连通，供平衡所述收集瓶内部的气压。

所述的固相萃取的系统流路，其中：所述阀体的顶端与样品瓶连通，所述阀体的顶端还设置喷淋针，并置于所述样品瓶内，所述阀体的底端还设置导流管；

所述阀体内设置纵向通道分别为主溶剂通道、喷淋通道及样品流通通道，所述主溶剂通道的底端设置溶剂接口，所述溶剂接口和所述出溶剂端口之间的管路供所述气路系统接入，所述阀体内还设置横向通道分别为活化溶剂通道及清洗溶剂通道，所述主溶剂通道分别与所述活化溶剂通道及所述清洗溶剂通道连通，所述喷淋通道与所述喷淋针连通，所述样品流通通道与所述导流管连通；

所述阀体内设置所述阀芯，所述阀芯内设置上样通道、清洗通道及活化通道，所述阀芯旋转到打开位置时，所述上样通道旋转到与所述样品流通通道同轴相通的位置，所述喷淋通道、所述清洗通道、所述清洗溶剂通道、所述主溶剂通道连通起来，所述阀芯旋转到关闭位置时，所述上样通道旋转到与所述样品流通通道不相通的位置，所述主溶剂通道、所述活化溶剂通道、所述活化通道、所述样品流通通道连通起来。

所述的固相萃取的系统流路，其中：所述气路系统包括通断阀、调压阀及气源，所述气源的顶端依次设置所述调压阀及所述通断阀，供调节气压及气体管路的启闭。

所述的固相萃取的系统流路，其中：所述膜适配器内设置液位传感器，监测液位，所述膜适配器内放入萃取膜片，在所述萃取膜片上加入过滤介质。

所述的固相萃取的系统流路，其中：所述流路切换系统包括调速阀、抽液泵、选择阀、废液选择阀、水系废液桶及有机系废液桶，所述调速阀的C端与所述出液口连通，所述调速阀的NC端与所述抽液泵的入口连通，所述抽液泵的出口与所述选择阀的C端连通，所述选择阀的NC端与所述进液口连通，所述选择阀的NO端与所述废液选择阀的C端连通，所述废液选择阀的NO端与所述水系废液桶连通，所述废液选择阀的NC端与所述有机系废液桶连通。

一种固相萃取的系统流路的应用方法，其特征在于：

当系统需求为活化时，旋转转动阀的选择通道至其中一个进溶剂端口的位置，注射泵吸取溶剂瓶中的活化溶剂，再旋转所述选择通道至出溶剂端口的位置，所述注射泵将活化溶剂推出，活化溶剂从溶剂接口进入主溶剂通道，此时，所述阀芯处于关闭状态，所述上样通道和所述样品流通通道未连通，所述喷淋通道和所述清洗溶剂通道被所述阀芯封闭，活化溶剂只能流入活化溶剂通道及活化通道，再流入所述样品流通通道的下半部分，最后通过导流管流向膜适配器中，对萃取膜片进行活化，活化溶剂穿过过滤介质和所述萃取膜片进入收集对接中，活化溶剂从上端口流经出液口，依次进入调速阀、抽液泵、选择阀，从所述选择阀的NO端流出，最后根据废液类型通过废液选择阀进入水系废液桶或者有机系废液桶，实现废液分类收集；

当系统需求为淋洗时，过程与上述的活化过程一致，选择一种溶剂对萃取膜片进行清洗；

当系统需求为上样时，所述阀芯处于打开状态，所述上样通道和所述样品流通通道连通，样品从所述样品瓶流出进入所述膜适配器，此时，所述转动阀处于关闭位，所述溶剂接口、所述主溶剂通道及所述喷淋通道虽然连通，但是样品不会从所述喷淋通道流走而损失，管路中残留的液体通过气路系统吹回所述样品瓶中，通过所述液位传感器来监测所述膜适配器的液位，并控制所述阀芯的启闭，防止所述膜适配器中样品外溢，样品中脏污颗粒被所述过滤介质拦截，样品中的有效物质被所述萃取膜片吸附，废液进入所述收集对接中，废液从所述上端口流经所述出液口，依次进入所述调速阀、所述抽液泵、所述选择阀，从所述选择阀的NO端流出，最后根据废液类型通过所述废液选择阀的NO端进入水系废液桶；

当系统需求为清洗样品瓶时，旋转所述转动阀的所述选择通道至其中一个所述进溶剂端口的位置，所述注射泵吸取所述溶剂瓶中的清洗溶剂，再旋转所述选择通道至出所述溶剂端口的位置，所述阀芯处于打开状态，再将所述气路系统打开，清洗溶剂和气体一起从所述溶剂接口进入，依次流经所述主溶剂通道、所述清洗溶剂通道、所述清洗通道、最后从所述喷淋通道进入喷淋针，进行清洗所述样品瓶操作，清洗溶剂喷淋完所述样品瓶后，清洗溶剂从所述样品流通通道，经过所述导流管进入所述膜适配器，清洗溶剂穿过所述过滤介质和所述萃取膜片，进入所述收集对接，清洗溶剂从所述上端口流经所述出液口，依次进入所述调速阀、所述抽液泵、所述选择阀，从所述选择阀的NO端流出，最后根据废液类型通过所述废液选择阀进入所述水系废液桶或者所述有机系废液桶，实现废液分类收集；

当系统需求为洗脱时，旋转所述转动阀的所述选择通道至其中一个所述进溶剂端口的位置，所述注射泵吸取所述溶剂瓶中的洗脱溶剂，再旋转所述选择通道至所述出溶剂端口的位置，所述注射泵将洗脱溶剂推出，所述阀芯处于关闭状态，洗脱溶剂从所述溶剂接口进入所述主溶剂通道，洗脱溶剂只能流入所述活化溶剂通道及所述活化通道，再流入所述样品流通通道的下半部分，最后通过所述导流管流向所述膜适配器中，对萃取膜片上吸附的物质进行洗脱，洗脱溶剂穿过所述过滤介质和所述萃取膜片，进入所述收集对接，清洗溶剂从所述上端口流经所述出液口，依次进入所述调速阀、所述抽液泵、所述选择阀，从所述选择阀的NC端进入所述进液口，从所述下端口流出，流经所述除水装置，最终进入所述收集瓶，实现在线除水。若洗脱过程中，洗脱溶剂需要清洗所述样品瓶，则可按照清洗样品瓶流程执行，但最终洗脱液需要经过所述选择阀的NC端，从而收集到所述收集瓶中。

本发明的有益效果：

(1)本发明用于固相萃取的系统流路及其应用方法，通过样品加载器流道选择进行上样，样品流通通道孔径大，脏污样品直接上样，在线过滤，无需提前过滤，解决了脏污水样堵塞系统的问题；

(2)本发明通过抽液泵和电磁阀流路切换以及收集对接流道选择，实现了全自动负压上样、常压收集，解决了全自动收集过程中正压密封不严，负压过程中单向阀密封失效及爆沸的问题，提高实验成功率；

(3)本发明将气路和液路集成，同时通过喷淋针，实现喷淋清洗样品瓶的功能，保证完全上样，解决了样品瓶样品残留的问题，从而提高样品回收率；

(4)本发明所述样品加载器可拆卸超声清洗，解决了现有方式成品转动阀样品残留、堵塞、交叉污染的问题；

(5)本发明解决了现有方式负压上样不能全自动调节流速的问题；

(6)本发明解决了现有方式不能在线除水的问题，实现了全流程自动化，提高了实验效率。

附图说明

图1为固相萃取的系统流路的示意路。

图2为样品加载器关闭状态的结构图。

图3为样品加载器打开状态的结构图。

附图标记说明：1-转动阀；101-进泵端口；102-进溶剂端口；103-出溶剂端口；104-废液端口；105-公共通道；106-选择通道；2-溶剂瓶；3-注射泵；4-气路系统；401-通断阀；402-调压阀；403-气源；5-样品瓶；6-喷淋针；7-样品加载器；8-阀芯；801-上样通道；802-清洗通道；803-活化通道；9-阀体；901-溶剂接口；902-活化溶剂通道；903-主溶剂通道；904-清洗溶剂通道；905-喷淋通道；906-样品流通通道；907-导流管；10-液位传感器；11-膜适配器；1101-萃取膜片；1102-过滤介质；12-收集对接；1201-上端口；1202-下端口；1203-出液口；1204-进液口；1205-气压平衡端口；13-除水装置；14-收集瓶；15-流路切换系统；1501-调速阀；1502-抽液泵；1503-选择阀；1504-废液选择阀；1505-水系废液桶；1506-有机系废液桶。

具体实施方式

如图1所示一种固相萃取的系统流路，转动阀1上圆周设置若干个进溶剂端口102、一个出溶剂端口103、一个废液端口104，所述转动阀1的下方设置进泵端口101，所述进泵端口101的一端与注射泵3连通，所述进泵端口101的另一端与公共通道105连通，所述公共通道105还通过选择通道106的旋转与其中一个所述进溶剂端口102连通、所述出溶剂端口103及所述废液端口104连通，所述进溶剂端口102与溶剂瓶2连通，所述出溶剂端口103与样品加载器7连通，气路系统4接入所述转动阀1与所述样品加载器7之间的管路。

所述气路系统4包括通断阀401、调压阀402及气源403，所述气源403的顶端依次设置所述调压阀402及所述通断阀401，供调节气压及气体管路的启闭。

所述样品加载器7内设置若干个通道，所述样品加载器7包括阀芯8及阀体9，所述样品加载器7通过所述阀芯8的旋转，进而控制所述通道的连通。

所述阀体9的顶端与样品瓶5连通，所述阀体9的顶端还设置喷淋针6，并置于所述样品瓶5内，所述阀体9的底端还设置导流管907。

所述样品加载器7下方设置膜适配器11，所述膜适配器11内设置液位传感器10，监测液位，所述膜适配器11内放入萃取膜片1101，在所述萃取膜片1101上加入过滤介质1102。

收集对接12的顶端设置上端口1201，所述上端口1201与所述膜适配器11连接，所述收集对接12的底端设置下端口1202，所述下端口1202与除水装置13及收集瓶14连接，所述收集对接12上设置出液口1203及进液口1204，所述出液口1203及所述进液口1204与流路切换系统15连通，所述收集对接12上还设置气压平衡端口1205，所述气压平衡端口1205与外界连通，供平衡所述收集瓶14内部的气压。

所述流路切换系统15包括调速阀1501、抽液泵1502、选择阀1503、废液选择阀1504、水系废液桶1505及有机系废液桶1506，所述调速阀1501的C端与所述出液口1203连通，所述调速阀1501的NC端与所述抽液泵1502的入口连通，所述抽液泵1502的出口与所述选择阀1503的C端连通，所述选择阀1503的NC端与所述进液口1204连通，所述选择阀1503的NO端与所述废液选择阀1504的C端连通，所述废液选择阀1504的NO端与所述水系废液桶1505连通，所述废液选择阀1504的NC端与所述有机系废液桶1506连通。

如图2至图3所示，在所述阀体9内设置纵向通道分别为主溶剂通道903、喷淋通道905及样品流通通道906，所述溶剂接口901和所述出溶剂端口103之间的管路上接入所述气路系统4，供管路内提供气体，所述主溶剂通道903的底端设置溶剂接口901，所述阀体9内还设置横向通道分别为活化溶剂通道902及清洗溶剂通道904，所述主溶剂通道903分别与所述活化溶剂通道902及所述清洗溶剂通道904连通，所述喷淋通道905与所述喷淋针6连通，所述样品流通通道906与所述导流管907连通；

所述阀体9内设置所述阀芯8，所述阀芯8内设置上样通道801、清洗通道802及活化通道803，所述阀芯8旋转到打开位置时，所述上样通道801旋转到与所述样品流通通道906同轴相通的位置，所述喷淋通道905、所述清洗通道802、所述清洗溶剂通道904、所述主溶剂通道903连通起来，所述阀芯8旋转到关闭位置时，所述上样通道801旋转到与所述样品流通通道906不相通的位置，所述主溶剂通道903、所述活化溶剂通道902、所述活化通道803、所述样品流通通道906连通起来。

一种固相萃取的系统流路的应用方法，其特征在于：

当系统需求为活化时，旋转转动阀1的选择通道106至其中一个进溶剂端口102的位置，注射泵3吸取溶剂瓶2中的活化溶剂，再旋转所述选择通道106至出溶剂端口103的位置，所述注射泵3将活化溶剂推出，活化溶剂从溶剂接口901进入主溶剂通道903，此时，所述阀芯8处于关闭状态，所述上样通道801和所述样品流通通道906未连通，所述喷淋通道905和所述清洗溶剂通道904被所述阀芯8封闭，活化溶剂只能流入活化溶剂通道902及活化通道803，再流入所述样品流通通道906的下半部分，最后通过导流管907流向膜适配器11中，对萃取膜片1101进行活化，活化溶剂穿过所述过滤介质1102和所述萃取膜片1101进入收集对接12中，活化溶剂从上端口1201流经出液口1203，依次进入调速阀1501、抽液泵1502、选择阀1503，从所述选择阀1503的NO端流出，最后根据废液类型通过废液选择阀1504进入水系废液桶1505或者有机系废液桶1506，实现废液分类收集。

当系统需求为淋洗时，过程与上述的活化过程一致，选择一种溶剂对萃取膜片1101进行清洗。

当系统需求为上样时，所述阀芯8处于打开状态，所述上样通道801和所述样品流通通道906连通，样品从所述样品瓶5流出进入所述膜适配器11，此时，所述转动阀1处于关闭位，所述溶剂接口901、所述主溶剂通道903及所述喷淋通道905虽然连通，但是样品不会从所述喷淋通道905流走而损失，管路中残留的液体通过气路系统4吹回所述样品瓶5中，通过所述液位传感器10来监测所述膜适配器11的液位，并控制所述阀芯8的启闭，防止所述膜适配器11中样品外溢，样品中脏污颗粒被所述过滤介质1102拦截，样品中的有效物质被所述萃取膜片1101吸附，废液进入所述收集对接12中，废液从所述上端口1201流经所述出液口1203，依次进入所述调速阀1501、所述抽液泵1502、所述选择阀1503，从所述选择阀1503的NO端流出，最后根据废液类型通过所述废液选择阀1504的NO端进入水系废液桶1505，此过程中可以改变调速阀1501参数，从而控制系统流速。

当系统需求为清洗样品瓶时，旋转所述转动阀1的所述选择通道106至其中一个所述进溶剂端口102的位置，所述注射泵3吸取所述溶剂瓶2中的清洗溶剂，再旋转所述选择通道106至出所述溶剂端口103的位置，所述阀芯8处于打开状态，再将所述气路系统4打开，清洗溶剂和气体一起从所述溶剂接口901进入，依次流经所述主溶剂通道903、所述清洗溶剂通道904、所述清洗通道802、最后从所述喷淋通道905进入喷淋针6，进行清洗所述样品瓶5操作，清洗溶剂喷淋完所述样品瓶5后，清洗溶剂从所述样品流通通道906，经过所述导流管907进入所述膜适配器11，清洗溶剂穿过所述过滤介质1102和所述萃取膜片1101，进入所述收集对接12，清洗溶剂从所述上端口1201流经所述出液口1203，依次进入所述调速阀1501、所述抽液泵1502、所述选择阀1503，从所述选择阀1503的NO端流出，最后根据废液类型通过所述废液选择阀1504进入所述水系废液桶1505或者所述有机系废液桶1506，实现废液分类收集；

当系统需求为洗脱时，旋转所述转动阀1的所述选择通道106至其中一个所述进溶剂端口102的位置，所述注射泵3吸取所述溶剂瓶2中的洗脱溶剂，再旋转所述选择通道106至所述出溶剂端口103的位置，所述注射泵3将洗脱溶剂推出，所述阀芯8处于关闭状态，洗脱溶剂从所述溶剂接口901进入所述主溶剂通道903，洗脱溶剂只能流入所述活化溶剂通道902及所述活化通道803，再流入所述样品流通通道906的下半部分，最后通过所述导流管907流向所述膜适配器11中，对萃取膜片1101上吸附的物质进行洗脱，洗脱溶剂穿过所述过滤介质1102和所述萃取膜片1101，进入所述收集对接12，清洗溶剂从所述上端口1201流经所述出液口1203，依次进入所述调速阀1501、所述抽液泵1502、所述选择阀1503，从所述选择阀1503的NC端进入所述进液口1204，从所述下端口1202流出，流经所述除水装置13，最终进入所述收集瓶14，实现在线除水。若洗脱过程中，洗脱溶剂需要清洗所述样品瓶5，则可按照清洗样品瓶流程执行，但最终洗脱液需要经过所述选择阀1503的NC端，从而收集到所述收集瓶14中。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。