半自動(dòng)凝膠凈化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用

(上海屹堯儀器科技發(fā)展有限公司，上海 201108)

1 引言

凝膠滲透色譜(Gel Permeation Chromatography 簡稱GPC )是根據(jù)溶質(zhì)分子大小進(jìn)行分離的色譜技術(shù)，在前處理凈化樣品時(shí)主要用于去除樣品中的油脂、蛋白質(zhì)、色素等大分子干擾物，保留目標(biāo)小分子物質(zhì)[1-3]，廣泛應(yīng)用于食品、藥品、添加劑、煙草、環(huán)境等樣品提取液的凈化[4-5]。

凝膠凈化過程通過凝膠凈化系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。凝膠凈化系統(tǒng)主要分為全自動(dòng)凝膠凈化系統(tǒng)和半自動(dòng)凝膠凈化系統(tǒng)兩種類型。兩者除了進(jìn)樣方式不同以外，其它任何過程，如過柱凈化、廢液收集、目標(biāo)物收集、流路清洗等功能均相同且為自動(dòng)完成。無論是半自動(dòng)還是全自動(dòng)凝膠凈化系統(tǒng)，每批次都只能凈化1個(gè)樣品，且凈化時(shí)間基本相同，因此，半自動(dòng)凝膠凈化系統(tǒng)完全滿足各實(shí)驗(yàn)室的工作要求。

相比于動(dòng)輒幾十萬且體積較大的全自動(dòng)凝膠凈化系統(tǒng)，半自動(dòng)凝膠凈化系統(tǒng)一般在幾萬到十萬左右，價(jià)格更低廉，體積更小巧。因此，在同樣滿足實(shí)驗(yàn)需求的情況下，半自動(dòng)凝膠凈化系統(tǒng)的性價(jià)比更高。為了滿足那些對成本控制較高的實(shí)驗(yàn)室需求，上海屹堯公司開發(fā)了這款半自動(dòng)凝膠凈化系統(tǒng)。(半自動(dòng)凝膠凈化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示)。

圖1 半自動(dòng)凝膠凈化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 結(jié)構(gòu)與功能

半自動(dòng)凝膠凈化系統(tǒng)主要由手動(dòng)進(jìn)樣模塊、凝膠凈化模塊、檢測模塊以及控制模塊組成，可在線實(shí)現(xiàn)樣品的自動(dòng)收集和排廢、溶劑監(jiān)視、流路清洗、圖譜實(shí)時(shí)顯示等功能，兼容各種規(guī)格玻璃或不銹鋼凝膠凈化柱。

2.1 手動(dòng)進(jìn)樣模塊

手動(dòng)進(jìn)樣模塊采用進(jìn)樣針取樣后，手動(dòng)注入注射閥進(jìn)樣器并配套凝膠凈化系統(tǒng)所需規(guī)格的定量環(huán)，實(shí)現(xiàn)待凈化樣品的上樣過程。注射閥進(jìn)樣器(結(jié)構(gòu)圖如圖2所示)主要由密封墊、固定底座、手柄、定量環(huán)等部件組成。

圖2 注射閥進(jìn)樣器結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 凝膠凈化模塊

凝膠凈化模塊主要由輸液泵、凝膠凈化柱組成。凝膠凈化系統(tǒng)通過手動(dòng)進(jìn)樣模塊完成待凈化樣品的上樣動(dòng)作后，再由輸液泵輸入流動(dòng)相沖洗定量環(huán)，并帶動(dòng)樣品經(jīng)過凝膠凈化柱，通過電磁閥自動(dòng)切換廢液和收集液，實(shí)現(xiàn)凝膠凈化過程中的廢液自動(dòng)排廢和目標(biāo)物的自動(dòng)收集。

2.2.1輸液泵

凝膠凈化模塊中的輸液泵采用雙柱塞往復(fù)式串聯(lián)泵，最大耐壓超過3600 psi，流速范圍為0.01～49.99 mL/min，同時(shí)具備壓力監(jiān)控和報(bào)警功能。輸液泵運(yùn)行過程中配套相應(yīng)的壓力調(diào)節(jié)器，確保整個(gè)樣品凈化過程中的壓力始終穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。

2.2.2凝膠凈化柱

凝膠凈化柱兼容多種規(guī)格玻璃或不銹鋼凝膠凈化柱。玻璃凝膠凈化柱(結(jié)構(gòu)圖如圖3所示)分為兩層，內(nèi)層為裝填凝膠凈化填料的玻璃層，外層是帶有觀察窗的金屬保護(hù)殼層。凈化柱兩端采用螺旋柱塞桿設(shè)計(jì)，兩端的柱塞桿內(nèi)部均采用雙重全氟密封圈密封。

圖3 玻璃凝膠凈化柱結(jié)構(gòu)圖

不銹鋼凝膠凈化柱(結(jié)構(gòu)圖如圖4所示)整體采用不銹鋼外殼，采用勻漿法，高壓裝柱方式實(shí)現(xiàn)凝膠凈化柱的裝填。

圖4 不銹鋼凝膠凈化柱結(jié)構(gòu)圖

2.3 檢測模塊

待凈化樣品經(jīng)過凝膠凈化柱凈化后由檢測模塊檢測信號，并判斷出干擾物和目標(biāo)物待測物各自的出峰時(shí)間，根據(jù)不同的出峰時(shí)間，完成廢液的自動(dòng)排放和收集液的自動(dòng)收集。半自動(dòng)凝膠凈化系統(tǒng)兼容254nm的固定波長紫外檢測器和190～740nm可變波長檢測器，通過檢測器完成信號檢測，將檢測到的信號傳輸?shù)娇刂颇K，并配套控制模塊以色譜圖的形式顯示在控制面板上。

2.4 控制模塊

半自動(dòng)凝膠凈化系統(tǒng)通過8寸彩色觸摸屏控制。控制模塊具備參數(shù)控制和數(shù)據(jù)處理兩大功能，可實(shí)現(xiàn)對輸液泵、檢測器、電磁閥等部件的參數(shù)設(shè)置和控制，完成色譜圖的采集、報(bào)告顯示與輸出等功能。半自動(dòng)凝膠凈化系統(tǒng)色譜圖如圖5所示。

圖5 半自動(dòng)凝膠凈化系統(tǒng)界面色譜圖

3 樣品實(shí)例

參考標(biāo)準(zhǔn)《HJ 805-2016土壤和沉積物多環(huán)芳烴的測定氣相色譜-質(zhì)譜法》[6]，建立了半自動(dòng)凝膠凈化色譜-氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用法檢測土壤中16種多環(huán)芳烴(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAHs)的方法。

3.1 樣品提取

稱取10 g(精確至0.01g)土壤樣品到微波萃取罐中，加入無水硫酸鈉，使樣品呈流沙狀，之后加入25 mL萃取液(丙酮/正己烷=1/1，V/V)，混勻，放入TOPEX+微波消解儀中，115 ℃下萃取20 min。

3.2 樣品凈化

萃取完畢后，將萃取液于40 ℃下濃縮，之后用二氯甲烷溶解并定容至10 mL，過0.45 μm濾膜，待凝膠色譜凈化。凝膠色譜凈化條件，凈化柱：?25 mm× 400 mm，內(nèi)裝Bio-Beads S-X3填料；檢測波長：254 nm；開始收集時(shí)間：23min；結(jié)束收集時(shí)間：30min。凈化完成后，凈化液40℃下濃縮定容至1.0 mL，上機(jī)檢測。

3.3 樣品分析和結(jié)果

完成6組土壤樣品的萃取、凈化和分析并采用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法對收集的樣品進(jìn)行16種PAHs分析并進(jìn)行加標(biāo)回收和精密度的計(jì)算。

土壤樣品中16種PAHs標(biāo)準(zhǔn)添加平均回收率，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差見表1。

表1 土壤樣品中16種PAHs標(biāo)準(zhǔn)添加回收率及平均回收率表

土壤樣品中16種PAHs的平均回收率為68.2%～90.4%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.54%～5.05%，平均回收率滿足HJ 805-2016標(biāo)準(zhǔn)中土壤加標(biāo)回收率平均值范圍在60%±26%～104±44%之間的要求，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差高于HJ 805-2016標(biāo)準(zhǔn)中實(shí)驗(yàn)室內(nèi)相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為5%～32%的要求。

4 結(jié)論

半自動(dòng)凝膠凈化系統(tǒng)體積小巧，價(jià)格低廉，滿足采用凝膠凈化方法進(jìn)行樣品前處理需求的同時(shí)，大大降低了各實(shí)驗(yàn)室的采購和使用成本，尤其適合對成本控制嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)室。