用于樣品的溶劑提取的無泵法及設(shè)備的制造方法
【專利摘要】一種用于從樣品中提取有機(jī)分析物的設(shè)備，其包括連接到閥門裝置的第一壓縮氣體源和連接到閥門裝置的樣品提取室。使壓力調(diào)節(jié)器連接到至壓力調(diào)節(jié)器的提取室出口。壓力調(diào)節(jié)器當(dāng)壓力調(diào)節(jié)器入口處壓力低于預(yù)定壓力時(shí)阻斷流體流動(dòng)并當(dāng)高出所述預(yù)定壓力時(shí)允許流體流動(dòng)。所述設(shè)備不具有與機(jī)械泵或與除所述壓縮氣體源外的壓縮氣體源相關(guān)的操作。描述了一種使用上述設(shè)備的提取方法。
【專利說明】
用于樣品的溶劑提取的無泵法及設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] -種用于在有機(jī)溶劑中提取樣品中有機(jī)分析物的方法及設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 美國專利號(hào)5,843,311('311專利'）描述了一種用于在低于超臨界條件的高溫及 高壓下在烘箱中在提取室的非水性液體有機(jī)溶劑中從樣品中提取有機(jī)分析物的分析性方 法及設(shè)備。將該方法稱為'加速溶劑提取'。
[0003] 有機(jī)溶劑通過機(jī)械栗栗送到具有開放出口的提取室中然后關(guān)閉室并在栗壓下使 系統(tǒng)加壓。也使室在烘箱中加熱以增加壓力。或者，在將溶劑栗送到室中前，可對(duì)室預(yù)加熱。 在提取完成后，使氣罐提供的吹掃氣體流過室以排出流向收集容器的含提取分析物的溶 劑。2014年3月6日公布的美國公布號(hào)2014/0063487 Al( "487公布'）描述了一種改良的加速 溶劑提取系統(tǒng)。第21段建議，壓縮氣體源可用于栗送液體溶劑。其描述了限制管112,其產(chǎn)生 足以保持溶劑呈液態(tài)的反壓。加速溶劑提取系統(tǒng)的商業(yè)實(shí)施方案由Thermo Fisher Scientific以商標(biāo)Dionex 350Accelerated Solvent Extractor出售并在操作者手冊(cè)（文 件號(hào)065220,修訂版4,2011年12月）中有所描述。其在提取室與收集容器之間包括靜態(tài)閥， 當(dāng)超出預(yù)定壓力時(shí)，其開啟。
[0004] 這些系統(tǒng)相對(duì)于其之前用于利用有機(jī)溶劑從樣品中提取有機(jī)分析物的系統(tǒng)有顯 著改善。但是，需要降低進(jìn)行這些提取的儀器和方法的成本，及具體地講，制得便攜形式的 儀器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，提供了一種用于從樣品中提取有機(jī)分析物的設(shè)備。 該設(shè)備包括第一壓縮氣體源、第一閥門裝置、連接壓縮氣體源與第一閥門裝置的第一管道、 樣品提取室、及連接第一閥門裝置與樣品提取室的第二管道。第一閥門裝置具有阻塞從壓 縮氣體源流向樣品提取室的第一位置和允許流體流動(dòng)的第二位置。設(shè)備包括壓力調(diào)節(jié)器、 及連接樣品提取室與壓力調(diào)節(jié)器的第三管道。壓力調(diào)節(jié)器當(dāng)壓力調(diào)節(jié)器入口處壓力低于預(yù) 定壓力時(shí)阻斷流體流動(dòng)及當(dāng)壓力高于預(yù)定壓力時(shí)允許流體流動(dòng)。加熱器在操作上與樣品提 取室相關(guān)。設(shè)備不具有與連接到所述第一閥門裝置的用于液體溶劑的第四管道相關(guān)的操作 及不具有與機(jī)械栗或與不是第一壓縮氣體源的壓縮氣體源相關(guān)的操作。
[0006] 在另一個(gè)實(shí)施方案中，提供一種用于從樣品中溶劑提取有機(jī)分析物的方法。該方 法包括將包含有機(jī)分析物的樣品和液體有機(jī)溶劑供應(yīng)至處于低于50PSI的壓力下的具有入 口和出口的樣品提取室，在處于那個(gè)壓力下的樣品提取室中開始將樣品有機(jī)分析物提取到 有機(jī)溶劑中，及在這些條件下完成提取，從而在流向提取室的加壓流體提供的額外壓力不 存在下對(duì)提取室加熱使其進(jìn)一步加壓。使提取室在提取完成期間保持在低于超臨界條件的 高溫及高壓下。在不使用機(jī)械栗下進(jìn)行該方法。
【附圖說明】
[0007] 圖1說明根據(jù)本發(fā)明的用于進(jìn)行溶劑提取的設(shè)備的一個(gè)實(shí)施方案。
【具體實(shí)施方式】
[0008] 本發(fā)明系統(tǒng)用于利用例如'311專利所公開的有機(jī)溶劑提取多種有機(jī)分析物。圖1 的實(shí)施方案與'487公布中圖1的實(shí)施方案類似，將其以引用的方式并入，存在明顯刪除。類 似部件由類似數(shù)字指示。文中圖1說明被設(shè)計(jì)成在樣品提取容器(室）11〇中從樣品中提取有 機(jī)分析物的固-液提取設(shè)備100。設(shè)備100可包括壓縮氣體源102、氣體閥門104、任選的氣體 止回閥106、六端口閥門124、包括例如瓶的收集容器116的收集站115、及任選的氣體壓力排 出114。在室110周圍容器中以水浴形式的熱區(qū)（加熱器118)可用于加熱室110。第一管道103 連接壓縮氣體源102與閥門124(也稱為第一閥門裝置）。第二管道105連接閥門124與提取室 110的入口。閥門124具有阻斷從壓縮氣體源102流向室110入口的第一位置和允許流體從來 源102流向室110入口的第二位置。
[0009] 將壓力調(diào)節(jié)器112設(shè)置在室110的出口與收集容器116的入口之間。如所示，調(diào)節(jié)器 112為進(jìn)行'487公布的圖1中所示的限制管116的功能的限制管。第三管道111連接室110的 出口與壓力調(diào)節(jié)器112。圖1中實(shí)施方案的所有部件也可為以引用方式并入的那篇公布中類 似數(shù)字說明的類型。在一個(gè)實(shí)施方案中，壓力調(diào)節(jié)器112當(dāng)壓力調(diào)節(jié)器入口處壓力低于預(yù)定 壓力時(shí)阻斷或減小流體流動(dòng)并當(dāng)壓力調(diào)節(jié)器入口處壓力高于預(yù)定壓力時(shí)允許流體流動(dòng)。在 另一個(gè)未顯示的實(shí)施方案中，壓力調(diào)節(jié)器為靜態(tài)閥，其當(dāng)壓力低于預(yù)定壓力時(shí)完全阻斷流 體流動(dòng)并當(dāng)壓力高出預(yù)定壓力時(shí)開啟以允許流體流動(dòng)。（此類型的調(diào)節(jié)器在上述操作者手 冊(cè)中有所描述）。第四管道113連接壓力調(diào)節(jié)器112與收集瓶116。在將分析物提取到溶劑中 后，室110中的保留溶劑可通過閥門124的閥門位置的適當(dāng)設(shè)置或通過第一閥門裝置中未顯 示的第二閥門利用來自來源102的氣流吹過室110來去除。"第一閥門裝置"涵蓋一個(gè)或多個(gè) 閥門。
[0010] 在另一個(gè)實(shí)施方案中，時(shí)間致動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器112的開啟及關(guān)閉。例如，可按經(jīng)驗(yàn)確 定提供最大回收結(jié)果的給定應(yīng)用的預(yù)定提取時(shí)間?？墒轨o態(tài)閥程式化以在提取完成后的預(yù) 定時(shí)間開啟。另一個(gè)選項(xiàng)是在多個(gè)預(yù)定時(shí)間開啟及關(guān)閉靜態(tài)閥以使提取以操作的分批模式 進(jìn)行。溶劑的流動(dòng)可基于上述方法停止或開啟并可提供改良的提取。
[0011]在一個(gè)實(shí)施方案中，第一閥門裝置（閥門124)包括未顯示的液體溶劑回路，從而已 知體積的液體溶劑可在優(yōu)選地只由壓縮氣體源102提供的壓力下從回路輸送到提取室120。 在一個(gè)特定實(shí)施方案中，閥門124將該液體溶劑供應(yīng)到室120中，除非阻斷在閥124的一處位 置。
[0012]與'487公布的圖1中所公開的系統(tǒng)相比，本發(fā)明設(shè)備不具有與連接到第一閥門裝 置（閥門124)的用于液體溶劑的管道而不是入口側(cè)管道103及出口側(cè)管道105相關(guān)的操作。 因此，本發(fā)明設(shè)備不包括'487公布的圖1中所述的連接設(shè)備與溶劑栗122的管道。本發(fā)明也 不具有與機(jī)械栗或與來源102以外的壓縮氣體源相關(guān)的操作。因此，只在氣體壓力來源102 提供的壓力下，可將液體溶劑供應(yīng)到閥門124的樣品回路然后供應(yīng)到室110。同樣，只是利用 來源102提供的壓力，可將包含分析物的溶劑從室110移除并輸送到收集瓶116?？衫脕碜?來源102的壓力以最低壓力（例如，小于10、20、30、40或50?31)將溶劑供應(yīng)到室110。也可通 過不依賴于氣體來源102供應(yīng)，如通過手動(dòng)供應(yīng)，在幾乎沒有或沒有壓力下供應(yīng)。對(duì)于手動(dòng) 供應(yīng)選項(xiàng)的溶劑體積的精確控制可通過利用校正體積玻璃器皿控制。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的溶劑提取樣品中有機(jī)分析物的方法可使用上述設(shè)備。在第一步中， 將包含有機(jī)分析物的樣品和液體有機(jī)溶劑供應(yīng)到提取室。在一個(gè)實(shí)施方案中，將液體溶劑 加入室中作為上述液體?？芍辉跉怏w供應(yīng)102的壓力下或以人工方式供應(yīng)如通過校準(zhǔn)注射 器供應(yīng)溶劑。在任意情況中，開始提取時(shí)室110內(nèi)壓力只需要足以提供溶劑。因此，在開始提 取時(shí)，室不需加壓足以進(jìn)行提取。因此，開始提取時(shí)室110的壓力可小于10、20、30、40或 50PSI。在另一個(gè)實(shí)施方案中，溶劑被吸收到例如DE基質(zhì)的適宜基質(zhì)中，然后將其引入室110 中。此時(shí)，開始提取時(shí)的壓力可為室壓。
[0014] 將樣品及溶劑引入室110中后，可在引入的低壓下，開始樣品分析物的提取。在這 些條件下，完成提取，從而通過在流入提取室的流體的額外壓力不存在下加熱使提取室進(jìn) 一步加壓。在提取期間，使室保持在低于超臨界條件的高溫及高壓下。因此，通過加熱室，而 不是通過利用機(jī)械栗或氣體壓力來源提供的氣體使室加壓提供室內(nèi)大部分壓力。用于提取 的適宜最大壓力可為小于200PSI，優(yōu)選地小于100PSI，最優(yōu)選地20至50PSI。該最大壓力可 為預(yù)定壓力以開啟閥形式的壓力調(diào)節(jié)器以允許流向收集容器116。應(yīng)注意，消除對(duì)機(jī)械栗的 需求減少提取裝置及方法的花費(fèi)，及增加提取裝置的便攜性。高溫為高于室溫的溫度值。室 溫可指當(dāng)進(jìn)行提取過程時(shí)設(shè)備外部周圍的環(huán)境溫度。適宜室溫可在約5°C與約45°C之間。高 壓為高于室壓的壓力值(例如，約14.7PSI)。
[0015]為了說明本發(fā)明，提供其實(shí)施的以下非限制性實(shí)施例。
[0016] 實(shí)施例1
[0017]此實(shí)施例描述圖1的實(shí)施方案中所述類型的設(shè)備及利用該裝置測(cè)試的樣品材料。
[0018] 壓縮氣體源102為具有可調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)閥104的來自Airgas_NCN(Sacramento， California)的氮?dú)鈿飧住Ｈ芜x的止回閥 106獲自Upchurch Scientific/IDEX Corp(CV_ 3001及U-469，止回閥串聯(lián)筒和筒保持器，Oak Harbor，Washington)。通過使用Green PEEK 管（0.03 英寸內(nèi)徑）將6端 口閥門 124( Rheo dyne，型號(hào)1505，Upchurch Scientific/IDEX Corp,Oak Harbor,Washington)連接到氣流。6端口閥門的目的是在提取完成后引導(dǎo)用于氮 氣吹掃步驟的氣體。在一個(gè)位置中，用于吹掃目的的氣體流經(jīng)樣品容器。在另一個(gè)位置中， 阻斷氣流并繼續(xù)提取。如上所述，氣流也可用于其它目的例如將溶劑負(fù)載到提取或樣品容 器中。此可通過利用氣流的另一個(gè)6端口閥門輕易地實(shí)現(xiàn)。溫度控制器118為具有溫度控制 的水浴(Fisher Scientific，Pittsburg，PA)。樣品容器110為不銹鋼樣品柱（10x 150mm, 11 · 78mL的體積，Isolation Technologies , IDEX Health and Science ,Middleboro , Massachusetts)。如圖1所示，將樣品容器110放在溫度控制的水浴118中。利用水浴內(nèi)的不 銹鋼管(〇. 02英寸I. D.)連接樣品容器110。
[0019]限制管112為在樣品容器110的出口與收集瓶116之間使用的具有0.02英寸內(nèi)徑 X7.87英寸長(zhǎng)度的不銹鋼管，隨后為紅色PEEK管(0.005英寸內(nèi)徑X10.0英寸長(zhǎng)度）。在另一個(gè) 實(shí)施方案中，限制管被在程式化最大壓力下開啟的靜態(tài)閥替換。收集瓶116獲自Thermo Scientific Dionex(60mL,干凈的收集瓶，P/N 048784)。
[0020]分析多種固體食物樣品，例如嬰兒配方食品、蛋糕粉、及巴爾馬干酪。此工作中使 用的所有試劑為分析級(jí)，除非另外指出。將己燒，ACS級(jí)（Sigma-Aldrich，St. Louis， ]\^88〇111'；[，1]3八）、二氯甲燒，八〇3級(jí)（31區(qū)1]1&-八1(11'；[(311，31:丄01118，]\^88〇111'；[，1]3八）、甲醇]3 ：)]^級(jí) (Honeywell Burdick and Jackson,Muskegon,Michigan)、和異丙酉享（General Chemicals, Parsippany，New Jersey)用作提取溶劑。嬰兒配方食品樣品為Siffiilac? Advance?嬰兒 配方食品并獲自 Abbot Laboratories (Columbus，Ohio)。蛋糕粉為來自 Pill sbury Company (Minneapolis，Minnesota)的.Piilsbury ⑧蛋糕粉。巴爾馬干酪樣品來自 Kraf t Foods (Northfield, Illinois)。娃藻土吸附劑（ASE Prep DE)來自Thermo Scientific Dionex (Sunnyvale,Cal ifornia)〇
[0021] 實(shí)施例2
[0022] 實(shí)施例2顯示利用本發(fā)明系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)過程和步驟。
[0023]利用研缽和研杵研磨ASE? Prep DE并稱重(0.6g-1.2g)。然后，將來自以上的食物 樣品（約0.6-1.2g)放入稱量盤中并稱量至最接近0.0001克。研磨DE與固體樣品的重量比一 般為約1:1或略微更高(例如，2:1)的比率。也將固體食物樣品放入以上研缽中并利用研杵 充分研磨。將水浴118設(shè)定為100°C。切換六端口閥門以阻斷氣流。
[0024]通過先放置底部釉料及端蓋組裝樣品容器。將研磨DE與固體食物樣品的混合物加 入容器中。使室的底部連接到收集瓶。將溶劑傾入樣品室中。然后，組裝具有釉料的頂端蓋 以完成樣品容器110的組件。樣品室110的頂端在上游與6端口閥門124連接以完成設(shè)置。然 后，將樣品室110浸入水浴118中以提取。分析物溶于溶劑中并緩慢地流入收集瓶中。當(dāng)提取 時(shí)間結(jié)束時(shí)，切換六端口閥門以允許氮?dú)獯祾?，此將任何殘余溶劑推入收集瓶中。將包含?解樣品的液體溶劑收集在60mL收集瓶中并蒸發(fā)至干。通過在提取前(干燥及干凈的容器)及 后(溶劑蒸發(fā)后）比較收集瓶的重量，以重量分析的方式確定從食物樣品收集的脂類量。使 結(jié)果與產(chǎn)品標(biāo)簽中所列的脂肪含量比較。
[0025] 實(shí)施例3
[0026] 此實(shí)施例說明利用實(shí)施例1的設(shè)備的本發(fā)明提取系統(tǒng)的應(yīng)用。一般過程類似于實(shí) 施例2。固體樣品為嬰兒配方樣品。在此實(shí)施例中的研磨DE與固體樣品的重量比為1:1。樣品 重量為1 g。將提取的持續(xù)時(shí)間定為20分鐘。提取溶劑為以5:2:1體積比的己烷、二氯甲烷、及 甲醇。通過切換6端口閥門，在提取結(jié)束時(shí)啟用氮?dú)獯祾?60psi，進(jìn)行2分鐘）。表1顯示了脂 類回收百分比、所添加的液體溶劑體積及所收集的液體溶劑體積。
[0027] 表 1
[0029] 由觀察到的101.1 %的回收可知，利用本發(fā)明的提取方法的極佳回收是顯而易見 的。利用栗的標(biāo)準(zhǔn)ASE設(shè)置也提供類似的回收。在提取/收集期間，因溶劑的蒸發(fā)，使收集溶 劑減少。
[0030] 實(shí)施例4
[0031]此實(shí)施例說明利用實(shí)施例1的設(shè)備的本發(fā)明的提取系統(tǒng)的應(yīng)用。一般過程類似于 實(shí)施例2。此情況中的樣品為固體蛋糕粉樣品。該實(shí)施例中研磨DE與固體樣品的重量比為1: 1。樣品重量為1 g。提取的持續(xù)時(shí)間為20分鐘。提取溶劑為以5:2:1體積比的己烷、二氯甲烷、 及甲醇。通過切換6端口閥門，在提取結(jié)束時(shí)啟用氮?dú)獯祾撸?0psi，進(jìn)行2分鐘）。表2顯示了 脂類回收百分比、所添加的液體溶劑的體積及所收集的液體溶劑的體積。
[0032]表 2
[0034]由觀察到的99.87%的回收可知，利用本發(fā)明的提取方法的極佳回收是顯而易見 的。利用栗的標(biāo)準(zhǔn)ASE設(shè)置也提供類似的回收。在提取/收集期間，因溶劑的蒸發(fā)，使收集溶 劑減少。
[0035] 實(shí)施例5
[0036] 此實(shí)施例說明利用實(shí)施例1的設(shè)備的本發(fā)明的提取系統(tǒng)的應(yīng)用。一般過程類似于 實(shí)施例2。此情況中的樣品為巴爾馬干酪。該實(shí)施例中研磨DE與固體樣品的重量比為2:1。樣 品重量為0.6g。提取的持續(xù)時(shí)間為20分鐘。提取溶劑為以5:2:1體積比的己烷、二氯甲烷、及 甲醇。通過切換6端口閥門，在提取結(jié)束時(shí)啟用氮?dú)獯祾?60psi，進(jìn)行2分鐘）。表3顯示了脂 類回收百分比、所添加的液體溶劑的體積及所收集的液體溶劑的體積。
[0037] 表 3
[0039]由觀察到的100.8%的回收可知，利用本發(fā)明的提取方法的極佳回收是顯而易見 的。利用栗的標(biāo)準(zhǔn)ASE設(shè)置也提供類似的回收。在提取/收集期間，因溶劑的蒸發(fā)，使收集溶 劑減少。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于從樣品中提取有機(jī)分析物的設(shè)備，所述設(shè)備包括： (a) 壓縮氣體源， (b) 第一閥門裝置， (c) 連接所述壓縮氣體源與所述第一閥門裝置的第一管道， (d) 具有入口及出口的樣品提取室， (e) 連接所述第一閥門裝置與所述樣品提取室入口的第二管道，所述第一閥門裝置具 有阻塞從所述壓縮氣體源流向所述樣品提取室入口的第一位置及允許流體從所述壓縮氣 體源流向所述樣品提取室入口的第二位置， (f) 具有入口及出口的壓力調(diào)節(jié)器， (g) 連接所述樣品提取室出口與所述壓力調(diào)節(jié)器的第三管道，所述壓力調(diào)節(jié)器當(dāng)所述 壓力調(diào)節(jié)器入口處壓力低于預(yù)定壓力時(shí)阻斷流體流動(dòng)并當(dāng)所述壓力調(diào)節(jié)器入口處所述壓 力高于所述預(yù)定壓力時(shí)允許流體流動(dòng)，及 (h) 操作上與所述樣品提取室相關(guān)的加熱器，所述設(shè)備不具有與連接到所述第一閥門 裝置的用于液體溶劑的第四管道相關(guān)的操作及不具有與機(jī)械栗或與除所述第一壓縮氣體 源外的壓縮氣體源相關(guān)的操作。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第一閥門裝置還包括液體溶劑回路，從而可在 所述壓縮氣體源提供的壓力下將已知體積的液體溶劑從所述溶劑回路輸送到所述提取室。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括液體溶劑回路，其具有入口和出口，所述溶劑回 路入口與所述壓縮氣體源及除非阻斷與所述提取室入口流體連通，從而在所述壓縮氣體源 提供的壓力下可將已知體積的液體溶劑從所述溶劑回路輸送到所述提取室。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括， (i) 用于收集提取到所述樣品提取室中的液體溶劑的有機(jī)樣品分析物的收集站，及 (j) 連接所述壓力調(diào)節(jié)器與所述收集站的第四管道。5. -種從樣品中溶劑提取有機(jī)分析物的方法，所述方法包括， (a) 在小于50PSI的第一壓力下將包含有機(jī)分析物的樣品和液體有機(jī)溶劑供應(yīng)到具有 入口和出口的樣品提取室中， (b) 在所述第一壓力下在所述樣品提取室中開始將所述樣品有機(jī)分析物提取到所述有 機(jī)溶劑中，及 (c) 在條件下完成所述提取，從而所述提取室通過在流向所述提取室入口的壓縮流體 提供的額外壓力不存在下對(duì)其加熱來進(jìn)一步加壓;在所述提取完成期間使所述提取室保持 在低于超臨界條件的高溫及高壓下，所述方法在不使用機(jī)械栗下進(jìn)行。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，還包括， (f)在步驟(c)后，使吹掃氣體流過所述提取室。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，還包括， (d) 當(dāng)利用與所述提取室出口流體連通的壓力調(diào)節(jié)器，所述室內(nèi)的壓力低于預(yù)定壓力 或時(shí)間時(shí)，阻斷或減少來自所述提取室出口的流動(dòng)，及 (e) 通過增加提取室壓力超出所述預(yù)定壓力以致動(dòng)所述壓力調(diào)節(jié)器，使所述含有機(jī)分 析物的有機(jī)溶劑流向收集站的流流動(dòng)或增加其流動(dòng)，在所述方法中所述含分析物的有機(jī)溶 劑的所有流動(dòng)在不使用機(jī)械栗下進(jìn)行。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述壓力調(diào)節(jié)器為閥門。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述壓力調(diào)節(jié)器為流量限制管。 1 〇.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中步驟(c)中的壓力不超過約1OOPSI。
【文檔編號(hào)】G01N1/28GK106018016SQ201610159940
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年3月21日
【發(fā)明人】K·斯里尼瓦桑, S·R·烏拉
【申請(qǐng)人】戴安公司