一种环境有机物分析的加液、提取及浓缩预处理装置

1.本发明涉及有机物分析技术领域，特别是涉及一种环境有机物分析的加液、提取及浓缩预处理装置。


背景技术：

2.随着科技的发展及化学品的使用，出现了越来越多的环境污染问题，其中有很多污染是由有机物造成的，有些污染物，如多环芳烃(pahs)、多氯联苯(pcbs)、农药残留、增塑剂等有机污染物一般具有复杂的物质结构，理化性质稳定，自然状态下不易降解，并且具有生物毒性，易于生物富集，因此，对环境中有机物的研究已成为环境科学研究的热点课题之一。
3.环境有机污染物中有机农药占总体的60％，如百菌清、灭草松、呋喃丹等。其次是有机氯，如一氯甲烷、二氯甲烷、氯仿。此外还有其它常见有机污染物，其中邻苯二甲酸酯类化合物(paes)，又称为塑化剂，接触到水和油脂时，很容易溶出，由基材中迁移扩散到外环境，造成对空气、水、土壤和食品的污染，现已成为全球最普遍的环境污染物之一。美国和欧盟都将其归为优先监测的污染物。多氯联苯(pcbs)，对环境和人类健康的危害较大，世界上绝大多数国家已停止生产和使用pcbs。双酚a(bpa)，是一种重要的有机中间体，是合成聚碳酸醋、环氧树脂及聚砜等的重要原料，应用非常广泛。而bpa具有雌激素活性，它能够干扰人体正常的内分泌系统，从而影响生殖功能，导致恶性肿瘤的产生。甚至低剂量的bpa，也能使人体造成严重的损伤，故对环境中bpa的检测与控制十分重要。环境微生物是环境肥力和代谢的主要动力，也是环境有机污染物代谢周转的主要驱动者。将稳定性同位素技术应用到环境有机污染物及其内在微生物驱动机制研究，可以明确污染物的来源，追踪污染物向环境中的输入-转化-存留等过程，探明其内在的微生物作用机理，已成为当今生态学、生物地球化学和环境科学研究的共同热点。
4.目前，有机物稳定同位素检测有气相色谱-质谱联用(gc-ms)，高效液相-质谱联用(hplc-ms)以及核磁共振(nmr)等先进的仪器分析方法。然而，对有机物的分析测定，还是在于样品的前处理，是影响分析结果精密度的关键过程。而超声微波协同萃取技术已广泛应用于对环境有机物的前处理过程，其中涉及多次反复加液，氮吹浓缩与复溶等操作，需要较高的人力和时间成本。市场商品化的预处理设备多为小样品量、单功能设计，能兼容的样品量有限，设备购置费用高。
5.现有技术主要采用人工进行加液、提取及浓缩预处理，容易出现误差。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种环境有机物分析的加液、提取及浓缩预处理装置，以解决上述现有技术存在的问题，能够进行大量的样品处理，节约成本，取代目前操作过程中涉及到的多次试剂添加等人工操作，规范样品前处理流程，减少因人为操作引入的测试误差。
7.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
8.本发明提供了一种环境有机物分析的加液、提取及浓缩预处理装置，包括样品盘、压缩空气源、若干试剂瓶、真空泵和氮吹结构，所述样品盘上设置有若干组管结构，各组所述管结构包括若干浓缩瓶和若干样品瓶，所述真空泵分别与各所述浓缩瓶连通，所述压缩空气源分别与各所述试剂瓶连通，各所述试剂瓶分别与各所述样品瓶和各浓缩瓶连通，各所述样品瓶分别与各所述浓缩瓶连通，所述氮吹结构用于向所述浓缩瓶内吹入氮气。
9.优选地，还包括气缸，所述气缸的缸体与所述压缩空气源连通，所述气缸与所述压缩空气源之间的管路上设置有气动阀，所述气缸的活动端设置有密封底座，所述密封底座上设置有与所述浓缩瓶对应的浓缩压盖和与所述样品瓶对应的样品压盖，各所述浓缩压盖和所述样品压盖均采用聚四氟乙烯制成；各所述浓缩压盖上分别设置有主路管路和若干个旁路管路，所述主路管路的一端与所述真空泵连通，所述主路管路的另一端分别与各所述旁路管路的一端连接，各所述旁路管路的另一端分别伸入各所述浓缩瓶中且位于液面以上；各所述样品压盖上分别设置有加液吸液复合针，各所述加液吸液复合针的一端与各所述试剂瓶和各所述浓缩瓶连通，各所述加液吸液复合针的另一端分别伸入各所述样品瓶中且位于液面以下。
10.优选地，还包括电机，所述电机的动力输出端设置有丝杆，所述丝杆上设置有与所述丝杆螺纹连接的滑块，所述滑块与所述气缸的缸体连接，所述电机驱动所述丝杆转动，进而所述滑块沿所述丝杆的轴线运动，使所述气缸带动所述浓缩压盖和所述样品压盖实现平移。
11.优选地，所述真空泵与各所述第一管路之间的管路上设置有泄压阀、负压控制器和抽气阀组。
12.优选地，各所述试剂瓶分别设置有第一连接管和第二连接管；各所述第一连接管的一端位于各所述试剂瓶的液面以上，各所述第一连接管的另一端分别与所述压缩空气源连通，各所述第一连接管与所述压缩空气源之间的管路上设置有加压阀组；各所述第二连接管的一端位于各所述试剂瓶的液面以下，各所述第二连接管的另一端分别与加液器连通，各所述第二连接管与所述加液器之间的管路上分别设置有一液体流路控制阀组，所述加液器与所述各样品瓶连通。
13.优选地，所述氮吹结构包括氮气源、升降结构和若干氮吹加液复合针，若干所述氮吹加液复合针设置在氮吹支架上，所述升降结构驱动所述氮吹支架进行升降，各所述氮吹加液复合针的一端与所述氮气源连通，各所述氮吹加液复合针的另一端用于伸入至所述浓缩瓶中，各所述氮吹加液复合针的另一端设置有若干气孔。
14.优选地，还包括三通电磁阀，所述三通电磁阀的第一端与所述氮气源通过第一气管连通，所述第一气管上设置有压力控制器和流量阀，所述三通电磁阀的第二端与各所述氮吹加液复合针通过第二气管连通，所述三通电磁阀的第三端与所述压力控制器和所述流量阀之间的所述第一气管通过第三气管连通。
15.优选地，所述样品盘设置在底座上，所述样品盘上设置有第一液位传感器和第二液位传感器，所述第一液位传感器用于检测所述浓缩瓶内液体的液位，所述第二液位传感器用于检测所述样品瓶内液体的液位。
16.优选地，所述样品盘上与各所述浓缩瓶和各所述样品瓶对应的位置设置有磁力搅拌器，各所述浓缩瓶和各所述样品瓶中设置有带磁性的搅拌子。
17.优选地，所述压缩空气与所述加压阀组之间的管路上设置有压力控制器。
18.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
19.本发明通过样品盘上设置若干组管结构，实现大量样品的处理，通过压缩空气将试剂压入样品瓶，实现加液，再通过真空泵依次抽空对应的浓缩瓶，将样品瓶中的液体转移至浓缩瓶中，实现液体的转移和收集，通过氮吹结构对浓缩瓶中的液体进行氮吹，实现浓缩。本发明适合于科学研究和环境检测部门对环境样品如环境有机污染物，如邻苯二甲酸酯类化合物、多氯联苯物以及微生物代谢物，如磷脂脂肪酸的提取和浓缩等前处理流程的操作，可与气相色谱-单四极杆质谱-燃烧-稳定性同位素质谱仪(gc-ms-c-irms)配套使用，用于有机物单体化合物的定性、定量及碳同位素比率分析，实现样品的高通量、前处理。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明的环境有机物分析的加液、提取及浓缩预处理装置示意图；
22.其中：1-控制器，2-底座，3-磁力搅拌器，4-样品盘，5.1-第一液位传感器，5.2-第二液位传感器，6-真空泵，7-浓缩瓶，8-样品瓶，9-支柱，10.1-浓缩压盖，10.2-样品压盖，11-加液吸液复合针，12-密封底座，13-电机，14-气缸，15-气动阀组，16-氮吹加液复合针，17-流路控制阀组，18-固定支架，19-试剂瓶，20-氮吹支架，21-加压阀组，22-压力控制器，23-压缩空气源，24-流量阀，25-氮气源，26-三通电磁阀，27-升降控制器，28-负压控制器，29-泄压阀，30-抽气阀组，31-加液器。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.本发明的目的是提供一种环境有机物分析的加液、提取及浓缩预处理装置，以解决上述现有技术存在的问题，能够进行大量的样品处理，节约成本，取代目前操作过程中涉及到的多次试剂添加等人工操作，规范样品前处理流程，减少因人为操作引入的测试误差。
25.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
26.如图1所示：本实施例提供了一种环境有机物分析的加液、提取及浓缩预处理装置，包括样品盘4、压缩空气源23、若干试剂瓶19、真空泵6和氮吹结构，本实施例包括四个试剂瓶19，由左向右依次为第一试剂瓶、第二试剂瓶、第三试剂瓶和第四试剂瓶，样品盘4上设置有若干组管结构，各组管结构包括若干浓缩瓶7和若干样品瓶8，浓缩瓶7和样品瓶8为玻璃螺口瓶，体积为12ml，本实施例包括四个浓缩瓶7和四个样品瓶8，由左向右依次为第一浓缩瓶、第二浓缩瓶、第三浓缩瓶和第四浓缩瓶，由左向右依次为第一样品瓶、第二样品瓶、第
三样品瓶和第四样品瓶，真空泵6分别与各浓缩瓶7连通，压缩空气源23分别与各试剂瓶19连通，第一试剂瓶分别与第一样品瓶、第一浓缩瓶连通，第二试剂瓶分别与第二样品瓶、第二浓缩瓶连通，第三试剂瓶分别与第三样品瓶、第三浓缩瓶连通，第四试剂瓶分别与第四样品瓶、第四浓缩瓶连通，第一样品瓶与第一浓缩瓶连通，第二样品瓶与第二浓缩瓶连通，第三样品瓶与第三浓缩瓶连通，第四样品瓶与第四浓缩瓶连通，氮吹结构用于向浓缩瓶7内吹入氮气。
27.具体地，本实施例中，第一试剂瓶用于盛放样品提取试剂ⅰ，第二试剂瓶用于盛放样品提取试剂ⅱ，第三试剂瓶用于盛放样品浓缩复溶试剂ⅰ，第四试剂瓶用于盛放样品浓缩复溶试剂ⅱ。
28.本实施例中，样品盘4设置在底座2上，样品盘4上设置有第一液位传感器5.1和第二液位传感器5.2，第一液位传感器5.1用于检测浓缩瓶7内液体的液位，第二液位传感器5.2用于检测样品瓶8内液体的液位。第一液位传感器5.1和第二液位传感器5.2在相应的浓缩瓶7和样品瓶8内有液体时红灯亮接通，液位下降时灯灭断开，第一液位传感器5.1与真空泵6的控制阀联动，第二液位传感器5.2与氮吹的三通电磁阀26控制阀联动，第一液位传感器5.1和第二液位传感器5.2分别控制真空泵6工作和三通电磁阀26的开合。
29.本实施例中，样品盘4为64位，包括32个样品位组和32个浓缩液体位组，样品盘4上与各浓缩瓶7和各样品瓶8对应的位置设置有磁力搅拌器3，各浓缩瓶7和各样品瓶8中设置有带磁性的搅拌子。样品盘4还内置有温度控制器、热电偶、加热结构、超声波发生器、换能器和超声波控制器，本实施例还可以设置微波发生器，微波发生器可以与超声波发生器同时使用，加热结构、热电偶对与各浓缩瓶7和各样品瓶8对应，用于加热各浓缩瓶7和各样品瓶8中的液体，热电偶用于检测各浓缩瓶7和各样品瓶8中液体的温度并将信号传输至温度控制器，温度控制器根据热电偶检测的温度对加热结构进行控制，超声波发生器与换能器连接，通过调节换能器的工作频率控制超声波发生器(20khz)的超声功率(1～100％)达到控制超声强度的目的，实现对样品的超声提取。当控制温度降低时，在复位装置的作用下将加热结构开大，以提高输出温度，从而使被控制的温度达到和保持在所设定的温度范围内，复位装置由多个独立的与加热结构相连的固态继电器组成，并同时连接至温度控制器，由温度控制器控制。
30.本实施例中，还包括气缸14，气缸14的缸体与压缩空气源23连通，气缸14与压缩空气源23之间的管路上设置有气动阀，气动阀为二位五通阀，打开后气缸14向下运动，气缸14的活动端设置有密封底座12，密封底座12上设置有与浓缩瓶7对应的浓缩压盖10.1和与样品瓶8对应的样品压盖10.2，各浓缩压盖10.1和样品压盖10.2均采用聚四氟乙烯制成，浓缩压盖10.1和样品压盖10.2通过四氟密封垫将浓缩压盖10.1和样品压盖10.2的平面与外部密封；各浓缩压盖10.1上分别设置有主路管路和若干个旁路管路，主路管路的一端与真空泵6连通，主路管路的另一端分别与各旁路管路的一端连接，各旁路管路的另一端分别伸入各浓缩瓶7中5mm且位于液面以上；各样品压盖10.2上分别设置有加液吸液复合针11，各加液吸液复合针11的一端与各试剂瓶19和各浓缩瓶7连通，各加液吸液复合针11的另一端分别伸入各样品瓶8中且位于液面以下，加液吸液复合针11的底部入口设置有聚四氟乙烯半透膜，可通过溶液不能通过固体，可防止环境颗粒进入第二连接管。加液吸液复合针11下降到样品瓶8底部后，开启真空泵6，通过负压将样品瓶8中的试剂通过加液吸液复合针11转移
至浓缩瓶7中，实现液体的转移。
31.本实施例中，还包括电机13，电机13优选步进电机，电机13的机身设置在支柱9上，电机13的动力输出端设置有丝杆，丝杆上设置有与丝杆螺纹连接的滑块，滑块与气缸14的缸体连接，电机13驱动丝杆转动，进而滑块沿丝杆的轴线运动，使气缸14带动浓缩压盖10.1和样品压盖10.2实现平移。
32.本实施例中，真空泵6与各第一管路之间的管路上设置有泄压阀29、负压控制器28和抽气阀组30，泄压阀29为二通电磁阀，用于真空泵6的泄压放空，抽气阀组30为三通电磁阀26组，通过负压控制器28精确控制吸液抽力，通过第一液位传感器5.1和第二液位传感器5.2来控制液体转移体积。抽气阀组30和真空泵6之间还设置有二通电磁阀，用于浓缩瓶7泄压真空用，二通电磁阀打开后，浓缩瓶7内将于外界空气联通，实现泄压放空。
33.本实施例中，试剂瓶19为玻璃螺口瓶，配套有平底螺纹盖，盖内部配有四氟垫圈密封。平底螺纹盖上开有两个孔，两个直通卡套接头上套设有密封垫圈，第一连接管和第二连接管穿过平底螺纹盖上的孔，在平底螺纹盖的内部使用配套螺帽拧紧，并通过聚四氟乙烯垫将卡套接头的平面与平底螺纹盖的外平面密封；各第一连接管的一端位于各试剂瓶19的液面以上，各第一连接管均设置在固定支架18上，各第一连接管的另一端分别与压缩空气源23连通，各第一连接管与压缩空气源23之间的管路上设置有加压阀组21，加压阀组21为二位三通电磁阀26，加压阀组21打开后将试剂瓶19中的试剂压入到样品瓶8中，压缩空气与加压阀组21之间的管路上设置有压力控制器22，压缩空气经初减压及二级精密减压后，给加压阀组21供一个稳定的压力，压力范围在6-8psi；各第二连接管的一端位于各试剂瓶19的液面以下，各第二连接管的另一端分别与加液器31连通，各第二连接管与加液器31之间的管路上分别设置有一液体流路控制阀组17，液体流路控制阀组17为聚四氟乙烯二通电磁阀，加液器31与各样品瓶8连通。压缩空气通过第一连接管进入试剂瓶19中，驱动试剂瓶19中的化学试剂，使试剂瓶19中的化学试剂通过第二连接管、相应的液体流路控制阀组17和加液器31压入相应的样品瓶8中，通过精确控制压缩空气的压力来控制输送流速，通过精确控制加液的时间来控制加液量。
34.本实施例中，氮吹结构位于样品盘4的上方，氮吹结构包括氮气源25、升降结构和若干氮吹加液复合针16，本实施例中优选为32个氮吹加液复合针16，若干氮吹加液复合针16设置在氮吹支架20上，升降控制器27控制升降结构，升降结构驱动氮吹支架20进行升降，各氮吹加液复合针16的一端与氮气源25连通，各氮吹加液复合针16的另一端用于伸入至浓缩瓶7中，各氮吹加液复合针16均为聚四氟乙烯材质，各氮吹加液复合针16的另一端设置有若干气孔，保证液滴分散均匀。进行氮吹时，升降结构驱动氮吹支架20下降，氮吹加液复合针16的另一端伸入至浓缩瓶7中，并且氮吹加液复合针16的另一端与液面保持一定的高度，提高氮吹效率。通过第一液位传感器5.1控制三通电磁阀26的开合，保证液体近干后进入低流速氮吹节气模式定时吹扫，低流速氮吹节气模式为现有技术。
35.本实施例中，还包括三通电磁阀26，三通电磁阀26的第一端与氮气源25通过第一气管连通，第一气管上设置有压力控制器22和流量阀24，氮气的速度由压力控制器22和流量阀24来调节，三通电磁阀26的第二端与各氮吹加液复合针16通过第二气管连通，三通电磁阀26的第三端与压力控制器22和流量阀24之间的第一气管通过第三气管连通。每四个氮吹加液复合针16、一个三通电磁阀26、一个第一气管、一个第二气管和一个第三气管为一
组。
36.本实施例还包括控制器1，各阀和真空泵6通过电线与控制器1连接，由控制器1控制它们的打开和关闭；而负压控制器28则是单独供电和自行控制。在连接好各管路后，通过控制终端编制相应的功能程序，相应的功能程序为现有技术。
37.本实施例的制作材料便宜，造价相对较低。各阀均采用防腐蚀电磁阀，各管路均采用聚四氟乙烯管道，减少有机试剂腐蚀，经久耐用。
38.本实施例使用时，气动阀组15打开，气缸14带动密封底座12将浓缩压盖10.1和样品压盖10.2下移与浓缩瓶7和样品瓶8连通。液体流路控制阀组17打开，压缩空气将相应试剂瓶19的液体压入到相应的样品瓶8中，加液完成后，加液吸液复合针11位于液面以下，样品盘4的处理程序启动(微波/超声协调提取处理程序30min：间隔5min)，处理程序为现有技术；第一液位传感器5.1启动，真空泵6联动，抽气阀组30的相应阀打开，通过负压将每个样品瓶8中的液体吸入对应的浓缩瓶7中，实现液体的转移和收集。当液面下降至第一液位传感器5.1关闭时，真空泵6自动关闭，同时泄掉浓缩瓶7中的负压，上述程序将循环三次，以上步骤结束后，启动气动阀，气缸14带动密封底座12将浓缩压盖10.1和样品压盖10.2上移与浓缩瓶7和样品瓶8断开，回到初始位置，完成样品的抽提和收集。
39.氮吹浓缩程序启动，升降控制器27控制氮吹支架20向下移动，使氮吹加液复合针16正好位于浓缩瓶7的正上方合适位置，打开氮气开关及相应的电磁阀，氮气开始吹干浓缩样品，依氮吹压力导致样品液位下降的速度，每隔一定的时间启动一次升降机构，使氮吹加液复合针16始终停于液面一定的高度，直至氮吹结束。当氮吹加液复合针16下降到设定的高度后，通过第二液位传感器5.2来控制三通电磁阀26的开合，同时液体流路控制阀组17打开，压缩空气将相应试剂瓶19的液体压入到相应的浓缩瓶7中，加液完成后，进行第二次氮吹浓缩，直至完成程控氮吹的动作，氮吹支架20向上运动抬起氮吹加液复合针16至最上部初始位置，完成氮吹浓缩的过程。
40.以上步骤实现了样品的加液、提取及浓缩预处理过程。
41.本实施例中，加液主要通过电机13定位到样品瓶8后，通过联通对应管路(气体管路或液体管路)，分别利用压缩空气的压力将试剂瓶19中液体加入到对应样品瓶8，通过调整压力大小和程序控制加液时间，实现液体的加入；通过控制阀的切换，实现不同试剂瓶19中不同液体的加入，从而实现加液；
42.提取是对加液完成后的样品瓶8，通过温度控制器进行金属浴、结合超声波控制器及磁力搅拌器3将使反应物混合均匀，使温度均匀，加快提取速度、提高提取效率，缩短时间，后续通过加液吸液复合针11将提取液转移，实现固液分离的提取；
43.浓缩预处理是通过温度控制器进行金属浴，同时通过氮吹加液复合针16通入氮气实现提取液的浓缩，通过氮吹加液复合针16进行加液，用于浓缩样品的复溶操作，从而实现浓缩预处理。
44.本实施例可实现环境样品中有机物的提取和浓缩收集。通过压缩空气将试剂压入样品瓶8中，再通过通过真空泵6抽空对应浓缩瓶7，收集提取的组分；通过在样品瓶8底部1mm左右位置设置电磁感应器，通过定位液面保证所有液体均转移完全，同时设定真空泵6工作最佳时长，保证样品瓶8中的液体完全转移至浓缩瓶7中；三通电磁阀26结合电磁感应定位保证浓缩瓶7中样品在低流速氮气保护下浓缩干燥；样品盘4可以提供微波/超声及恒
温的样品处理环境；使用防腐蚀电磁阀和聚四氟乙烯管道减少有机试剂腐蚀。采用本实施例可实现环境有机物前处理过程中的加液、提取及浓缩流程的操作，克服了繁琐的手工操作可能引入的测试误差，且装置的操作方法简单，测定结果准确。
45.本实施例可以作为前处理装置，用于环境样品中有机物的提取及浓缩预处理，使其适用于后续分子结构鉴定、组成含量分析及稳定同位素如13c丰度的检测。
46.本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。