一种中空纤维膜式液相微萃取器及其应用方法

摘要

本发明提供了一种中空纤维膜式液相微萃取器，主要包括水平放置的底座、垂直固定在底座上的萃取支架、固定在萃取支架上的中空纤维膜固定装置，其特征在于所述的中空纤维膜式液相微萃取器还包括抽气装置，所述的抽气装置位于中空纤维膜固定装置的上方、设置在与底座垂直的固定支架上；本发明装置及方法的有益效果主要体现在：1.所需有机溶剂用量少(一般为10～40μL)，可大幅提高萃取的传质速度，从而缩短萃取时间；2.萃取后，样品萃取液可直接取出，无须静置分离，简化了样品处理的步骤；3.降低干扰、提高分析灵敏度，易于实现样品的纯化和富集；4.装置简单，可同时进行不同有机萃取溶剂萃取效果的比较，简化了操作，提高了效率。

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种中空纤维膜式液相微萃取器，以及利用其进行农药残留前处理的方法。

(二)背景技术

化学农药的大量使用所造成的环境毒性问题，已引起人们的高度重视。我国是农药生产和使用的大国，尤以化学农药为主，化学农药中又主要以有机磷农药为主，有机磷农药约占我国农药使用量的70％以上。

加强对农药残留量的检测和环境毒理研究，对于合理开发和正确使用化学农药，保护生态环境，保障人类健康，避免和减少不必要的农业损失等具有重要的理论和实践意义。

目前，有机磷农药残留分析的前处理方法有许多，主要有:索式提取、液液分配、柱层析、固相萃取、固相微萃取、超临界流体萃取、加速溶剂萃取等。但在这些方法中，或多或少都存在萃取效率低、有机溶剂消耗大、对环境不友好等缺点。因此开发一种低毒、简单快速、操作方便的有机磷农残前处理方法，既能克服前处理这一瓶颈技术问题，又能促进色谱分析的飞跃发展。

液-液-液微萃取技术是近一两年中发展起来的一种先进的提取微量有机化合物残留的新技术。它包括料液相(样品)、有机相、接受相，整个萃取过程如下:料液相(样品)中的分析物首先被萃取到有机溶剂中，接着又被反萃取到受体里(如图1所示)。在不同的液相中，质子化作用和络合作用改变了分析物的化学性质，并驱动其转移。

从上述的装置图中可以看出，液-液-液微萃取存在不易控制，萃取时间长等缺点。

由于液-液-液微萃取技术是一种国际新兴前处理技术，国内外应用于饮料中农药残留分析还未见报道，如果能够将这种先进的提取方法应用在饮料中有机磷农药的多残留检测，将是此类食品中农药残留分析的一次开拓型研究与重要创新。

(三)发明内容

本发明目的在于解决液-液-液微萃取存在不易控制、小液滴易被打散、不利于操作等缺点，提供一种易于操作、萃取时间短、易于实现样品纯化富集的中空纤维膜式液相微萃取器，以及利用其进行农药残留前处理的方法。

本发明采用的技术方案是:

一种中空纤维膜式液相微萃取器，主要包括水平放置的底座、垂直固定在底座上的萃取支架、固定在萃取支架上的中空纤维膜固定装置，所述的中空纤维膜式液相微萃取器还包括抽气装置，所述的抽气装置位于中空纤维膜固定装置的上方、设置在与底座垂直的固定支架上，可沿固定支架上下移动；所述固定支架可直接固定连接在底座上，当抽气装置需要水平移动时，所述固定支架可设置在与底座固接的水平移动装置上，以实现其水平移动。

所述中空纤维膜固定装置由布置有若干两端开口的中空固定管的定位架和可脱卸地固定在中空固定管上的中空纤维膜构成，中空纤维膜固定在所述的中空固定管上时与所述的底座水平面各自垂直；所述中空固定管外径可略大于中空纤维膜内径，以便于将中空纤维膜固定，以中空纤维膜不从中空固定管上脱离为宜。

所述抽气装置由与固定支架固定连接的固定件、水平设置的中空固定杆、与中空固定杆连接的抽气针筒及垂直固定连接在中空固定杆上若干抽气针头构成，所述的中空固定杆与固定件连接，所述中空固定杆一端封闭、开口端可拆卸的连接抽气针筒；所述的抽气针头下端开口，上端与中空固定杆的中空腔室、抽气针筒相贯通且气密闭，所述抽气针头排列间距与所述中空纤维膜排布相配合。所述抽气装置可通过套筒装置实现在固定支架上的上下移动。

所述中空固定杆中空部分和抽气针头内部所组成的空腔不能太大，太大的话无法将中空纤维膜中的水相萃取液抽出，通常的，所述中空固定杆中空部分为一细长管路、与抽气针头连通即可。

所述的中空固定管成排布置，所述的中空纤维膜成排布置，所述的抽气针头成排布置与所述中空纤维膜排布相配合，当抽气装置通过套筒装置向下移动，所述抽气针头可穿过所述中空固定管伸至中空纤维膜的空腔底部。

所述的中空固定管设置有相互平行的若干单元排，所述的中空纤维膜各单元排之间相互平行，所述抽气装置的固定件上设置有可供中空固定杆垂直移动的固定套筒滑槽，所述的中空固定杆可水平滑动地连接在所述的固定件的滑槽内，所述的抽气针头在中空固定杆上的布置与所述单元排的中空纤维膜的排布相配合。

具体的，所述中空纤维膜固定装置中的中空固定管可为多排，所述同一排的中空固定管之间的间距相同。所述抽气装置中抽气针头与单排中空固定管相配合，所述抽气装置设置有水平移动套筒装置，利用水平移动套筒装置可实现抽气装置对各排中空纤维膜中水相萃取液的抽取。

优选的，所述中空纤维膜为聚丙烯中空纤维膜，内径0.7～1.0mm，壁厚0.05～0.2mm，膜孔径0.45μm。

一种应用所述中空纤维膜式液相微萃取器进行农药残留前处理的方法，所述方法如下:

(1)将中空纤维膜截成4～6cm小段，用石油醚浸泡除去中空纤维膜表面杂质，干燥挥发除去石油醚，放入有机相溶剂中浸泡2～3h，取出，封闭一端，向中空部分注入水相，未封闭端固定在中空固定管上；

(2)将盛有有机磷农药待测样品溶液的容器置于中空纤维膜固定装置下方，使中空纤维膜全部浸入样品溶液中，萃取1～2h后，将抽气装置下移，使抽气针管插入第一排中空纤维膜中，将中空纤维膜中的水相萃取液抽入抽气装置的抽气针筒中，而后抽气装置通过水平移动套筒装置进行水平运动，插入第二排中空纤维膜中进行萃取，直至将所有中空纤维膜中的萃取液吸完，萃取液进行下一步农药残留检测。

萃取时，可开启搅拌器以加快其萃取速度，通过选择合适的有机溶剂，有机磷农药待测物可以选择性的从一个供方溶液萃取进入另一个受方溶液，待萃取物在供方溶液中呈离子状态，与萃取溶液结合形成非离子状态的萃取活性形式，进入中空纤维膜膜孔径中，再通过扩散作用进入受方溶液，也即中空纤维膜中的水相受体，又恢复离子状态，即完成萃取。

优选的，所述中空纤维膜固定装置中的中空固定管为3～6排，所述抽气装置中抽气针头与单排中空固定管相配合，所述抽气装置的固定件上设置有可供中空固定杆水平移动的固定滑槽，所述的中空固定杆可水平滑动地连接在所述的固定件的滑槽内；固定于同一排的中空纤维膜用同种有机相溶剂进行浸泡，萃取结束后，各排中空纤维膜中的水相萃取液各自用抽气装置抽取收集。这样，可同时进行不同有机萃取溶剂萃取效果的比较，简化了操作。

所述中空纤维膜为聚丙烯中空纤维膜，内径0.7～1.0mm，壁厚0.05～0.2mm，膜孔径0.45μm。

所述有机磷农药可为下列之一:对硫磷、甲基对硫磷、乐果、氧化乐果、马拉硫磷、敌敌畏、毒死蜱。本发明对上述有机磷农药的加标回收率为:90.4％～98.9％；最小检出浓度:0.10×10^-4mg/kg～0.74×10^-3mg/kg。

如权利要求4所述的方法，其特征在于:所述有机相溶剂为下列之一或其中两种或两种以上的混合物:苯、甲苯、丙酮、三氯甲烷。

本发明方法是一种新型、高效、对环境友好的样品前处理技术，能够提供与液-液-液微萃取相媲美的灵敏度，甚至更高的富集效果。该技术集采样、萃取、浓缩为一体，减少了样品前处理的步骤，使得具有快捷、简便、操作简单等特点。与传统的前处理方法相比，该方法由于使用有机溶剂非常少，会大大提高萃取时的传质速度，缩短萃取时间，是一种高效前处理方法。通过中空纤维膜式液相微萃取器后，能有效去除有机磷农药中的干扰物质，获得较高的选择性和灵敏度。

本发明装置及方法的有益效果主要体现在:1、所需有机溶剂用量少(一般为10～40μL)，可大幅提高萃取的传质速度，从而缩短萃取时间；2、萃取后，样品萃取液可直接取出，无须静置分离，简化了样品处理的步骤；3、降低干扰、提高分析灵敏度，易于实现样品的纯化和富集；4、装置简单，可同时进行不同有机萃取溶剂萃取效果的比较，简化了操作，提高了效率。

(四)附图说明

图1为现有液-液-液微萃取装置，图中:10-微量进样器，11-样品瓶，12-搅拌器，13-搅拌磁子，14-萃取小液滴，15-有机相；

图2为本发明中空纤维膜式液相微萃取器结构示意图；1-底座，2-水平移动装置，3-抽气针筒，4-垂直移动套筒装置，5-萃取支架，6-中空固定杆，7-抽气针头，8-定位架，9-中空固定管；16-固定支架；

图3为中空纤维膜固定装置俯视示意图；

图4为抽气装置仰视示意图；

图5为底座与水平移动套筒装置俯视示意图。

(五)具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此:

实施例1:

参见附图2～5，一种中空纤维膜式液相微萃取器，主要包括底座1、与底座垂直的萃取支架5、设置于萃取支架上的中空纤维膜固定装置、抽气装置以及可使抽气装置进行垂直和水平移动的套筒装置。

所述中空纤维膜固定装置由定位架8和设置在定位架上的多个两端开口的中空固定管9构成，所述中空固定管下端用以固定中空纤维膜，所述中空固定管外径为1mm、内径0.8mm、长度2cm，所述中空固定管各自独立且与所述萃取支架平行；中空固定管设计成尖头结构，以便中空纤维膜顺利套入中空固定管中。

所述抽气装置由中空固定杆6和设置于中空固定杆上的多个抽气针头7构成，所述中空固定杆一端封闭、开口端可拆卸地连接抽气针筒3，所述固定杆中空部分(内径2mm)与所述抽气针头相贯通，所述抽气针头外径0.5mm、长度为8cm；

所述抽气装置位于所述中空纤维膜固定装置上方，所述抽气装置与所述固定支架通过套筒装置4进行滑动连接，当抽气装置向下移动，所述抽气针头可穿过所述中空固定管伸至中空纤维膜的空腔底部。

所述中空固定管为30孔(6孔×5行)，所述抽气装置的抽气针管为6孔、与单排中空固定管相配合，所述抽气装置设置有水平移动装置2，所述固定支架16垂直设置在水平移动装置2上，所述水平移动装置采用套筒装置设计，可实现抽气装置对各行中空纤维膜内水相萃取液的抽取收集。

实施例2:

准确称取甲基对硫磷(国家标物中心)标准品，溶于10mL容量瓶中，用甲醇溶解并稀释至刻度，摇匀。标准对照品的浓度为10ug/mL，储存于4℃冰箱中备用。

精确量取5、8、10、15、20、40、100uL标准对照品溶液，用甲醇稀释为5mL，制备成浓度为10^-2，1.6×10^-2，2×10^-2，3×10^-2，4×10^-2，8×10^-2，2×10^-1ug/mL标准对照品溶液。

采用实施例1的装置，将中空纤维膜(天津大学膜研究所)(内径0.8mm，壁厚0.1mm，膜孔径0.45μm)截成5cm的小段，共六段，用石油醚浸泡，除去中空纤维膜表面的杂质，干燥挥发除去石油醚，然后投入甲苯中浸泡2h，取出，加热封闭一端，向中空部分注入10uL水，将未封闭端固定在中空固定管上。将带有中空纤维膜的中空固定管浸没入上述制得的不同浓度的标准对照品中，萃取1h后，采用移动装置，将抽气系统的6孔抽气装置插入固定在中空固定管上的中空纤维膜，移动抽气系统，从上往下将中空纤维膜中的水相萃取液抽入抽气系统的针筒中，然后取3ul萃取液进样，记录色谱峰，以峰面积为纵坐标，以标准对照品浓度为横坐标，作出甲基对硫磷的标准曲线。

分别取100uL已知含量的样品溶液，装入不同编号的小瓶中，用甲醇稀释成10mL后，依次加入3、5、8、10、20uL对照品溶液。计算加标回收率，大约为95.3％～98.7％，由此说明95％以上标品能通过中空纤维膜扩散进水相而被萃取，再对水相萃取液进行有机磷农药残留测定，由于降低了杂质的干扰，因此可获得较为准确的数据。

实施例3:

准确称取乐果(国家标物中心)标准品，溶于10mL容量瓶中，用甲醇溶解并稀释至刻度，摇匀。标准对照品的浓度为10ug/mL，储存于4℃冰箱中备用。

精确量取10、20、30、50、100、150、250uL标准对照品溶液，用甲醇稀释为5mL，制备成浓度为2×10^-2，4×10^-2，6×10^-2，0.1，0.2，0.3，0.5ug/mL标准对照品溶液。

采用实施例1的装置，将中空纤维膜截成5cm的小段，共十二段，用石油醚浸泡，除去中空纤维膜表面的杂质，干燥挥发除去石油醚，其中六段投入甲苯中浸泡2h，其余的浸泡在苯和丙酮的混合溶液中，2h后取出，加热封闭一端，向中空纤维膜中注入3uL水，将在甲苯中浸泡的中空纤维膜固定在第一列中空固定管上，剩余的六段中空纤维膜固定在第二列中空固定管上。将带有中空纤维膜的中空固定管浸没入上述制得的不同浓度的标准对照品中，萃取1h后，抽取取10uL水相萃取液进样，记录色谱峰，以峰面积为纵坐标，以标准对照品浓度为横坐标，作出乐果的标准曲线。分别取100uL已知含量的样品溶液，装入不同编号的小瓶中，用甲醇稀释成10mL后，依次加入3、5、8、10、20uL对照品溶液。计算加标回收率，大约为93.7％～96.5％，由此说明95％以上标品能通过中空纤维膜扩散进水相而被萃取，为后续有机磷农药残留的准确测定奠定了基础。

实施例4:

准确称取马拉硫磷(国家标物中心)、乐果、甲基对硫磷标准品，溶于10mL容量瓶中，用甲醇溶解并稀释至刻度，摇匀。标准对照品的浓度为10ug/mL，储存于4℃冰箱中备用。

取三组溶液，A组中马拉硫磷、乐果、甲基对硫磷分别取50、100、150uL；B组中马拉硫磷、乐果、甲基对硫磷分别取100、50、200uL；C组中马拉硫磷、乐果、甲基对硫磷分别取150、200、100uL，均用甲醇稀释到5mL。各组中马拉硫磷、乐果、甲基对硫磷的浓度见下表:

按实施例2的操作，对混合溶液A、B、C进行高效气相分析，记录色谱峰，以峰面积为纵坐标，以标准对照品浓度为横坐标，作出A、B、C的标准曲线。取三份50uL配制的甲基对硫磷标准溶液(浓度为10ug/mL)，分别放入A、B、C溶液中，然后用甲醇稀释成10mL，采用气相分析，计算加标回收率，大约为92.9％～95.7％，由此说明95％以上标品能通过中空纤维膜扩散进水相而被萃取，为后续有机磷农药残留的准确测定奠定了基础。