Gas-Purged顶空液相微萃取系统测定挥发性和半挥发性的分析物

文摘

为了实现快速、自动、高效的提取微量化学物质样本,系统gas-purged顶空液相微萃取(GP-HS-LPME)研发基于最初的HS-LPME技术。在此系统中,半导体电容器和加热器的制冷和加热温度由单片机控制,是为了冷却热提取溶剂和样品,分别。此外,惰性气体的气体流速由质量流量控制器调整,不断引入和退出系统。在优化参数,提取实验,分别利用原始HS-LPME GP-HS-LPME系统和技术进行挥发性和半挥发性的目标化合物从同样的样品标准15多环芳烃混合物。gc - ms分析结果的两个实验表明从GP-HS-LPME获得较高的富集因子。浓缩结果表明,GP-HS-LPME系统潜力测定挥发性和半挥发性的分析物从各种各样的样本。

1。介绍

众所周知,样品处理的分析方法是一个非常重要的阶段。然而,它需要很多时间准备样品。据报道,多达80%的总时间是花在准备样品在一个完整的示例分析过程。以缩短样本分析的整个过程,有一个趋势在现代样品处理技术集成和自动化。不同的样品处理技术,顶空液相微萃取(HS-LPME),集萃取、清理,和浓度,是一种高度集成的样品处理技术近年来发展。在这种技术中,目标化合物从样品蒸发矩阵进入气相,然后浓缩的溶剂microdrop挂在微量调节注射器针头的尖端(1- - - - - -3]。由于集成的特点,简单,迅速,HS-LPME技术已被广泛用于浓缩挥发性和半挥发性的分析物从各种样本矩阵4- - - - - -9]。

HS-LPME技术、样本矩阵的温度和提取溶剂是影响浓缩效果的关键因素。一般来说,高温促进释放目标化合物从样品和加速扩散进入气相,这加速了目标化合物进入萃取溶剂。此外,低温浓缩萃取溶剂是有益的,因为低温便于目标化合物在顶部空间气相溶解提取溶剂从目标化合物的萃取溶剂的提取是一个放热过程(10- - - - - -13]。此外,在HS-LPME技术,顶部空间气相的体积有限,因为HS-LPME执行在一个封闭的系统。基于理想气体理论,得出气相中的化学物质的含量增加而增加在一个给定的温度和压力下气体体积(14),因此目标化合物的数量进入HS-LPME覆常数是由于有限的气相体积。

在实践中,为了获得一个样本矩阵的高温和低温萃取溶剂,各种加热和冷却方法。最近,主要加热方法如hydrodistillation方法,微波加热,循环热水的温度被用来增加样本矩阵。此外,循环冷水,有限公司₂冷却技术,热电冷却器被用来冷却萃取剂(15- - - - - -17]。然而,这些方法有缺点包括大型设备体积,操作不便,很难控制温度,实现在线浓缩。此外,太多的电能消耗是由于使用微波加热。

实现快速、自动、高效的提取,一个气体净化顶空液相微萃取(GP-HS-LPME)系统研究和开发,半导体电容器和加热器的设计,分别冷却热提取溶剂和样品(制冷和加热温度的范围从−5°C到室温和从室温到125°C,职责)。此外,惰性气体不断进入和退出系统为目的的加速运动目标化合物和GP-HS-LPME系统中的气相体积增加延长萃取时间。因此,目标化合物的数量在顶部空间气相富集因子是提高改善。为了评估该系统的浓缩能力,提取实验研究了15多环芳烃(多环芳烃)标准混合使用原始HS-LPME技术和GP-HS-LPME系统,分别和gc - ms技术分析了萃取溶剂。结果表明,较高的富集因子可以通过GP-HS-LPME系统相比,获得的原始HS-LPME技术。此外,GP-HS-LPME系统代表了简单的操作优势,自动化、精度控制在开采条件下,迅速的提取。

2。实验

2.1。制造半导体电容器和加热器的GP-HS-LPME系统

半导体电容器用于GP-HS-LPME,珀尔帖效应的应用程序(18,19半导体制冷,是根据热电制冷原理构造(20.]。作为显示在图的上方1的半导体电容器是由铝箱,温度传感器,铜杆,制冷片、绝缘罩、散热器、冷却风扇、微量调节注射器的括号。

作为显示在图1,制冷片热的一面是连接到散热器和冷却风扇组合生成的热量消散。一个铝框里面一列是机加工修复一个空心铜棒(外部和内部直径1.4毫米和0.5毫米铜杆,resp)。在寒冷的制冷片。为了检测当前冷凝器的温度,一个洞在铝盒的侧面加工温度传感器嵌入。保护提取过程不受环境温度的影响,有机玻璃绝缘覆盖安装的铝盒和制冷片被螺丝固定紧到散热器。两个小洞在的上、下部分分别加工绝缘罩通过铜杆。的一侧散热器、支架安装了微型注射器的微量调节注射器在适当的高度。经过连续微量调节注射器针通过括号和空心铜杆、微量调节注射器终于稳定在括号中。

增加样本矩阵的温度,金属氧化物陶瓷加热器(MCH) GP-HS-LPME系统的设计。此外,提高富集因子,引入惰性气体系统。作为显示在图的下方1加热器由铜床,电热丝,两个聚四氟乙烯帽,玻璃管,样品管,玻璃棉层,温度传感器,气体管道。一个汽缸加工铜床内放置的样品管和玻璃棉层样本放置在样品管。两个聚四氟乙烯帽是用来覆盖样品管的顶部和底部,分别。玻璃管(外部和内部直径3.7毫米和1.8毫米,职责),这是插入顶部聚四氟乙烯帽作为惰性气体的气体出口通道,使GP-HS-LPME系统成为一个开放的系统。天然气管道引入管的惰性气体被插入到样品粘在底部聚四氟乙烯帽。煤气管是连接到质量流量控制器(没有显示在图1),这是用于测量和调整气体流量的惰性气体进入系统。监控的当前温度加热器,温度传感器嵌入到铜床。妇幼保健电热丝是附加表面的铜床,以产生热量来加热样品管电流时应用。

为了达到良好的冷却效果的提取溶剂,上述铜杆在冷凝器陷入了玻璃管加热器(气体出口通道),这是接近微量调节注射器针在提取过程中。

2.2。宪法和GP-HS-LPME系统的工作原理

GP-HS-LPME系统主要由半导体电容器、加热器、开关电源、单片机、键盘、液晶显示器。采用开关电源供电系统,键盘是装备设置半导体电容器和制冷温度设置加热器的加热温度和气体流量的惰性气体,和液晶显示器用于显示上述相应的参数值。图2说明了整个系统的电气原理图。

半导体电容器由AT89C51单片机(21),数字温度传感器DS18B20机(22],fph1 - 3120数控半导体制冷片制冷片的驱动电路,开关电源,LCM141液晶模块(23),而键盘。加热器由AT89C51单片机,DS18B20温度传感器、妇幼保健电热丝,电热丝的驱动电路,PCF8591 8位A / D和D / A转换器(24),每公吨S49-32B质量流量控制器(25),开关电源、LCM141和键盘。

后设置制冷和加热温度,气体流速的惰性气体和定时时间键盘和启动GP-HS-LPME系统,通过单片机的控制,整个系统可以自动根据设置值和工作过程如下。

图3说明了GP-HS-LPME系统的控制线路图。首先,两个DS18B20温度传感器是用来测量半导体电容器和加热器的当前温度,分别;他们两个温度直接转换成两个数字电信号与12位阅读每个(对于每个DS18B20,默认采用12位分辨率和转换后的热数据存储在一个16位的暂时存储器,符号扩展二进制补码格式,标志位显示的温度是否积极的还是消极的)。接下来,两个传输数字信号,分别对DS18B20的机的接口采用AT89C51单片机通过发行读便条簿(本·)当温度转换执行的命令。然后,单片机计算错误数量通过比较两个DS18B20传感器测量的温度与设定的键盘,和PID算法求出控制变量。两个PWM(脉冲宽度调制)根据控制信号生成变量和用于驱动制冷片和妇幼保健工作的电热丝通过连接制冷片的PWM信号驱动电路和电热丝,分别。如果DS12B20传感器的温度测量值不对应于一组值,微量调节注射器针和样本管将由制冷冷却和加热块和妇幼保健电热丝,分别,最终达到和保留设置值,直到时机时间结束了。

同时,每公吨S49-32B质量流量控制器(MFC) GP-HS-LPME系统中采用惰性气体的气体流量测量和控制引入到样品管通过煤气管。检测到的气体流动模拟信号由MFC转移到一张PCF8591 /维转换8位数字信号,然后信号输入AT89C51单片机通过我²C接口。单片机计算误差量通过比较测量气体流量与设定的一个键盘,采用PID算法求出控制变量,即转化为数字控制信号由单片机和出口。将输入转化为气体流量电磁阀驱动电路(内部质量流量控制器),导出的数字控制信号应该连接到块PCF8591被转换成模拟控制信号,将连接到驱动电路和驱动气体流量电磁阀打开或闭合,以调整惰性气体的气体流量。因此,惰性气体引入到系统最终将达到并保持一组气体流速,直到时机时间结束了。

总之,通过AT89C51单片机的控制,整个系统可以实现所需的制冷和加热温度和气体流量的惰性气体快速和自动。

2.3。实验的程序

执行一个使用GP-HS-LPME萃取实验系统,操作过程如下。(1)真正的或标准样品是放在玻璃棉层内的样品管;样品管放入铜床,由两个聚四氟乙烯帽子顶部和底部。(2)玻璃管插入顶部聚四氟乙烯帽,铜杆陷入了玻璃管。煤气管,这让惰性气体,通过底部插入聚四氟乙烯帽。(3)合适的萃取溶剂添加微量调节注射器,然后是微量调节注射器插入不断通过微量调节注射器的支架和铜杆进入玻璃管。(4)微量调节注射器柱塞是抑郁和溶剂microdrop形成微量调节注射器针头的尖端,和玻璃管的高度调整,使萃取剂的microdrop定位只是填充玻璃管的地方。(5)系统应用设置合适的气体流速值,制冷和加热的温度和时间,然后提取开始。(6)设置提取时间后,溶剂microdrop收回回到微量调节注射器和微量调节注射器从系统中删除。最后,提取溶剂中微量调节注射器注入气的成分分析。

3所示。结果与讨论

3.1。优化GP-HS-LPME

gas-purged顶空液相微萃取体系应用于测定挥发性和半挥发性的化学物质。菲、蒽、荧蒽和芘作为典型的化学物质。为了获得浓缩效率高挥发性和半挥发性的从各种样品分析物,GP-HS-LPME系统中影响富集因子的参数,如气体流速、萃取溶剂的位置microdrop,玻璃管的直径,提取溶剂和样品的温度,和提取时间,系统地优化。2.7毫升最小优化条件⁻¹惰性气体的气体流速,提取溶剂microdrop填充玻璃管,内直径1.8毫米的玻璃管,−6°C和80°C的提取溶剂和温度的样本,分别提取时间20分钟。的各种参数,温度较高的萃取剂的样品和更低的温度非常适合高富集因子和还原性GF-HS-LPME技术据杨等人(2009年14];的理想值参数是容易获得的,准确地控制使用半导体电容器和一个金属氧化物陶瓷加热器发达。

3.2。GP-HS-LPME评价系统

在优化条件下,标准15多环芳烃混合物样品提取使用GP-HS-LPME系统评价的富集因子和再现性的技术。此外,在相同的优化做了对比实验参数相同的示例使用HS-LPME技术。提取溶剂的选择两个萃取实验是十二烷和萃取剂的用量控制在2μL为随后的gc - ms分析。在这项研究中,15个标准多环芳烃混合物也用来评估GP-HS-LPME系统的再现性和原始HS-LPME技术。再现性是由相对标准偏差(RSD)。从表可以看出1GP-HS-LPME浓缩效率是提高了4倍这个HS-LPME,和RSD值GP-HS-LPME系统的范围从4.56%到9.45%,这个值HS-LPME技术范围从8.96%到19.38%,这表明GP-HS-LPME显示更好的再现性。

3.3。的敏感性GP-HS-LPME挥发性和半挥发性的

为了评估敏感性GP-HS-LPME系统的挥发性和半挥发性的化学物质,覆盖广泛的标准15多环芳烃混合物的沸点(从298.9°C到561.1°C 760毫米汞柱)作为目标的化学物质,和获得的结果与这相比HS-LPME。所示的数字4(一)和4(b)表示目标化合物的色谱图,并用gc - ms分析在使用HS-LPME和GP-HS-LPME技术。共有11和9个化合物,分别检测到GP-HS-LPME HS-LPME。在图4、数字1 - 11显示11种目标化合物丰富的两种提取技术。虽然1 - 9化合物检测GP-HS-LPME和HS-LPME, GP-HS-LPME获得的强度约为3 - 4倍HS-LPME。此外,年级化合物几乎HS-LPME中发现的情况下,当他们容易发现GP-HS-LPME情况。比较两个强度值的每个目标化合物丰富HS-LPME GP-HS-LPME,可以得出的结论是,更高的浓缩效率可以通过使用获得GP-HS-LPME系统测定挥发性和半挥发性的化学物质在与HS-LPME技术的使用。

4所示。结论

与半导体电容器和加热器的使用,系统的体积减少,提高了稳定性。操作简单的优点,自动控制实验参数(条件)和高萃取效率使GP-HS-LPME系统用于浓缩挥发性和半挥发性的目标化合物从各种各样的样品。的富集因子GP-HS-LPME是3或4倍这HS-LPME的价值。此外,由于低压供电的能力(例如,一个汽车电池)和设备的小型化,GP-HS-LPME系统使得现场和在线领域从不同的样品分析物的浓缩。因此,GP-HS-LPME系统有一个前景广阔,应用于不同的目标化合物的富集不同样本矩阵在食品化学等领域,生物化学,环境化学。

承认

这项研究得到了国家自然科学基金的资助中国没有。21065014也没有。21027009)。

引用

1. y他和h·k·李,“液相微萃取在一滴有机溶剂通过使用传统的微量调节注射器,”分析化学,卷69,不。22日,第4640 - 4634页,1997年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. h . Kataoka、h·l .主和j . Pawliszyn“固相微萃取在食品分析中的应用”,杂志的色谱,卷880,不。1 - 2日,35 - 62年,2000页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. 大肠Psillakis和n . Kalogerakis液相微萃取的发展。”趋势分析化学,22卷,不。9日,第574 - 565页,2003年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. 江x c . Basheer j·张,h·k·李,“动态空心fiber-supported顶空液相微萃取,”杂志的色谱,卷1087,不。1 - 2、289 - 294年,2005页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. j·张,t·苏和h·k·李,“顶部空间水性液相微萃取,”分析化学,卷77,不。7,1988 - 1992年,2005页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. m . Jalali Heravi和h . Sereshti精油成分测定艾haussknechtii木香。使用同步hydrodistillation-static顶空液相microextraction-gas色谱质谱分析,“杂志的色谱,卷1160,不。1 - 2、81 - 89年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. x, c .杨任c, d .李”的重要性在顶空液相微萃取,萃取溶剂蒸气压”杂志的色谱,卷1205,不。1 - 2、182 - 185年,2008页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. j . Salafranca d Pezo, c . Nerin”评估的具体迁移到水模拟的一个新的活跃的食品包装含有精油通过一个自动多个动态中空纤维液相微萃取系统,”杂志的色谱,卷1216,不。18日,第3739 - 3731页,2009年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. c . Nerin j . Salafranca m .阿兹纳尔,r·巴特列”评论不溶解的提取分析物的技术的最新发展,”分析和分析化学,卷393,不。3、809 - 833年,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. l .赵和h·k·李”应用程序静态分析的液相微萃取有机氯农药在水里,”杂志的色谱,卷919,不。2、381 - 388年,2001页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. l .赵和h·k·李”测定苯酚在水中使用液相微萃取与反萃取与高效液相色谱相结合,“杂志的色谱,卷931,不。1 - 2、95 - 105年,2001页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. s . Shariati-Feizabadi y Yamini, n . Bahramifar”顶部空间溶剂微萃取与气相色谱测定水样中多环芳烃,”分析Chimica学报,卷489,不。1,21-31,2003页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. y Yamini, m . Hojjati m . Haji-Hosseini和m . Shamsipur”顶部空间溶剂微萃取。新方法应用于预浓缩的2-butoxyethanol水溶液为单个microdrop,”Talanta,卷62,不。2、265 - 270年,2004页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. 杨c . j .秋任c . et al .,“气流顶空液相微萃取,”杂志的色谱,卷1216,不。45岁,7694 - 7699年,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. p . a . Mosier-Boss s h·利伯曼,“使用表面增强拉曼光谱检测挥发性有机化合物的基板安装在热电冷却器,”分析Chimica学报,卷488,不。1、15 - 23,2003页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. j . El-Ali Gaudet, a·冈瑟·k·佐尔格和k·f·延森,“细胞刺激和裂解与分段微流体装置气液流,”分析化学,卷77,不。11日,第3636 - 3629页,2005年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. a . e . Sgro p·b·艾伦和d·t·赵“热电操纵水液滴微流控设备,”分析化学,卷79,不。13日,4845 - 4851年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. j·c·a·珀尔帖效应,”苏尔la caloricite des规程柯朗新式游戏体验,编年史de Chimie et de体格,56个卷,第386 - 371页,1834年。视图:谷歌学术搜索
19. d·d·l·Wijngaards s . h .香港m . Bartek和r·f·Wolffenbuttel”设计和制造的芯片上集成polySiGe和polySi珀尔帖效应装置,”传感器和执行器,卷85,不。1,第323 - 316页,2000。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
20. 即Lashkevych、o .洛杉矶弗拉戈索和y . g .展开“热电冷却pn结构特点”,国际热物理学杂志,30卷,不。2、635 - 647年,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
21. t .伊斯兰教,美国Ghosh和h·萨哈,“ANN-based信号调节和其硬件实现的纳米多孔硅相对湿度传感器,”传感器和执行器B,卷120,不。1,第141 - 130页,2006。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
22. 逃往h . Belmili s m a, m . Haddadi和c . Larbes“设计和开发数据采集系统的光伏模块描述,“可再生能源,35卷,不。7,1484 - 1492年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
23. 北京青云高科技发展公司,LCM141液晶模型用户手册,http://www.qingyun-it.com/upFiles/200908211137.pdf。
24. m .经营和a .岩田聪“PWM信号处理智能系统架构,”电脑和电子工程,23卷,不。6,393 - 405年,1997页。视图:谷歌学术搜索
25. 北京密特隆仪器公司,“每公吨S49-32B系列MFC数据表”,2009。视图:谷歌学术搜索

版权

版权©2012美华Zhang et al。这是一个开放的分布式下文章知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。