專利名稱：濁點(diǎn)萃取儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種化學(xué)分析檢測(cè)的前處理儀器，具體地說(shuō)，涉 及一種濁點(diǎn)萃取儀。
背景技術(shù)：
環(huán)境、生物、醫(yī)藥、檢疫和化工等諸多領(lǐng)域中低含量物質(zhì)的分析 檢測(cè)一直是分析化學(xué)工作者所傾力的研究焦點(diǎn)。復(fù)雜基體中低含量物 質(zhì)的檢測(cè)必須先進(jìn)行適宜的前處理以達(dá)到濃縮樣品和祛除干擾物質(zhì) 的目的，繼而，樣品以合適的濃度和狀態(tài)進(jìn)入檢測(cè)分析儀器，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn) 確的定性定量分析。現(xiàn)有可供選擇的分離富集前處理方法除了沉淀、 共沉淀、蒸餾技術(shù)等經(jīng)典技術(shù)外，目前占據(jù)主流地位的是萃取技術(shù)， 包括有液-液萃取，膜萃取、固相萃取(固相微萃取)，微波萃取、加 壓溶劑萃取，超臨界流萃取等，所有技術(shù)都有成熟的儀器設(shè)計(jì)方案和 商品化儀器。遺憾的是，現(xiàn)有的前處理技術(shù)有的需要消耗大量有機(jī)試
劑，對(duì)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)室工作人員帶來(lái)不良影響；有的設(shè)備和耗材成本高 以及設(shè)備購(gòu)置昂貴。據(jù)估計(jì)前處理步驟所消耗的有機(jī)試劑和成本占整 個(gè)分析檢測(cè)的60%以上。
濁點(diǎn)萃取技術(shù)(Cloud Point Extraction, CPE)是近幾年發(fā)展起來(lái) 的綠色環(huán)保萃取技術(shù)，最早由Watanabe等用以研究從水中富集痕量 鋅，稍后CPE被廣泛應(yīng)用于生物膜中蛋白質(zhì)分離，濁點(diǎn)萃取技術(shù)進(jìn)入 分析檢測(cè)領(lǐng)域還是近十年的事情。當(dāng)非離子表面活性劑水溶液加熱超過(guò)某一溫度時(shí)，溶液出現(xiàn)渾濁和相分離，這種現(xiàn)象即為濁點(diǎn)現(xiàn)象， 此時(shí)的溫度稱為濁點(diǎn)溫度。靜置一段時(shí)間(或離心)后該溶液會(huì)形成兩 個(gè)透明的液相，小體積的表面活性劑相和水相(其中的表面活性劑濃 度接近臨界膠束濃度)，利用以上濁點(diǎn)現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)的分離稱為濁點(diǎn)萃取，
也稱膠束媒介萃取(Micellar Mediated Extraction, MME)。這種現(xiàn)象是 一種可逆過(guò)程，當(dāng)溫度低于濁點(diǎn)時(shí)，兩相消失，重新成為均一溶液。 萃取過(guò)程中相分離的原理至今仍不是很清楚，目前的研究認(rèn)為表面活 性劑具有頭部親水和尾部疏水的結(jié)構(gòu)，溶液中的表面活性劑隨著溫度 的升高其膠束尺寸增大，氫鍵的結(jié)合力不足以保持水分子連接在成醚 的氧原子上而引起的。此時(shí)，表面活性劑劇烈聚合成具有膠體尺寸的 分子聚合體。分子聚合體最重要的優(yōu)點(diǎn)在于其對(duì)不同特征、不同性質(zhì) 的溶質(zhì)具有良好的溶解能力，由于濁點(diǎn)萃取發(fā)生在納米尺度，具有納 米效應(yīng)上的高萃取率。
CPE作為一種新的萃取濃縮手段，已經(jīng)成功在多領(lǐng)域替代傳統(tǒng)的 液-液萃取，與傳統(tǒng)方法相比，CPE優(yōu)勢(shì)明顯在于①表面活性劑低毒， 常用的表面活性劑易購(gòu)得且價(jià)格低;②實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，操作時(shí)間短(通 常10-20min);③濃縮效率可以通過(guò)改變表面活性劑的種類、濃度和 其它實(shí)驗(yàn)條件自主控制；④溶劑用量少(通常低于傳統(tǒng)液-液萃取5-10 倍)，無(wú)須蒸發(fā)溶劑，從而避免由此造成的待分析物損失；⑤易于其 它分析儀器的聯(lián)用；⑥表面活性劑易于處理(回收利用或焚燒)。雖然 濁點(diǎn)萃取作為一種高效、環(huán)境有好的新型前處理方法，但影響濁點(diǎn)萃 取效率的試驗(yàn)條件卻很多，限制了該方法的推廣和應(yīng)用。這些影響濁點(diǎn)萃取效率的因素包括表面活性劑性質(zhì)、溶液pH值、萃取時(shí)間和溫 度、離心和離子強(qiáng)度等。1、表面活性劑性質(zhì)表面活性劑分子通常 由疏水和親水兩部分組成，常用的表面活性劑見(jiàn)表l。這兩部分的鏈 長(zhǎng)影響表面活性劑的濁點(diǎn)溫度。當(dāng)表面活性劑的疏水部分相同時(shí)，親 水鏈長(zhǎng)增加，濁點(diǎn)溫度升高；相反疏水鏈長(zhǎng)增加，濁點(diǎn)溫度下降。提 高表面活性劑濃度可以改善萃取效率，隨之增大，但是表面活性劑濃 度不能太低，否則表面活性劑相體積太小，萃取后難以分離，準(zhǔn)確性 和重現(xiàn)性下降。
表l常用的表面活性劑
表面活性劑名稱 臨界膠束濃度濁點(diǎn)溫度
化學(xué)類別名商品系列名(mmol/L)(。C)
聚氧乙烯脂肪醇Brij 300.02 0.062 7
Brij 350。06>100
Brij 560.00664 69
對(duì)叔辛基苯基聚已二Triton X-1000.17 0.3064 65
醇醚Triton X-l 140.20 0.3522 25
正烷基苯基聚已二醇Ponpe-7.50.0855 20
醚Ponpe-100.07 0.08562 65
兩性表面活性劑C9APS044.565
C8國(guó)lecithin45
2、溶液的pH值pH值對(duì)CPE的影響要視表面活性劑及被萃取物 的性質(zhì)而定。對(duì)非離子型表面活性劑影響不大，但如果是離子型表面活性劑體系，對(duì)其影響卻十分顯著。溶液pH值對(duì)于酸性或堿性的被 萃取物影響較大。中性分子電離后疏水性降低，與膠束的結(jié)合不如其 中性未電離時(shí)強(qiáng)。因此要獲得較好的萃取率，體系的pH應(yīng)控制在使 被萃取物處于雙電層Zeta電位為零狀態(tài)，而在萃取生物大分子如蛋 白質(zhì)時(shí)，體系的pH應(yīng)控制在等電點(diǎn)附近，此時(shí)蛋白質(zhì)具有較強(qiáng)的疏 水性，易被萃取。對(duì)于金屬離子的萃取，需要合適的配合劑與金屬離 子形成疏水性的配合物，然后萃取到表面活性劑相，pH值影響配合 物的形成，進(jìn)而影響萃取率。3、萃取時(shí)間和溫度平衡溫度和時(shí)間 對(duì)CPE的影響也要視表面活性劑及被萃取物的結(jié)構(gòu)而定。使用非離 子表面活性劑時(shí)，提高平衡溫度，萃取率增加。 一般說(shuō)來(lái)，要達(dá)到較 好的萃取率，平衡溫度至少要比表面活性劑的濁點(diǎn)溫度高出15 20°C。增長(zhǎng)平衡時(shí)間會(huì)提高萃取率，而過(guò)長(zhǎng)的平衡時(shí)間對(duì)于萃取率無(wú) 明顯影響，通常平衡時(shí)間在30min左右就具有較好的萃取率。4、離 心時(shí)間離心時(shí)間加長(zhǎng)，萃取率最初增長(zhǎng)明顯，稍后趨于穩(wěn)定。對(duì) 于濁點(diǎn)溫度較高的體系，室溫下離心過(guò)長(zhǎng)可能導(dǎo)致相分離逆轉(zhuǎn)，使萃 取率降低。5、離子強(qiáng)度離子強(qiáng)度的改變對(duì)萃取率無(wú)明顯影響。一 些惰性鹽的加入可以改變表面活性劑的濁點(diǎn)溫度，使水相的密度增 大，便于分離兩相。綜上，基于濁點(diǎn)現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)分離的濁點(diǎn)萃取技術(shù) 現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于環(huán)境、生物、醫(yī)藥、檢疫和化工等諸多領(lǐng)域，覆蓋了 有機(jī)和無(wú)機(jī)低含量物質(zhì)分析檢測(cè)的較寬領(lǐng)域，展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前 景
盡管實(shí)現(xiàn)濁點(diǎn)萃取技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室條件相對(duì)簡(jiǎn)單，但由于影響因素較多，現(xiàn)有的濁點(diǎn)萃取實(shí)驗(yàn)室方案為先在水浴鍋內(nèi)實(shí)現(xiàn)濁點(diǎn)形成， 然后在離心機(jī)上實(shí)現(xiàn)相分離，最后在冰箱內(nèi)實(shí)現(xiàn)表面活性劑相的固化 和穩(wěn)定?，F(xiàn)有方案的缺點(diǎn)主要集中在1、功能不集中。由于要實(shí)現(xiàn) 升溫，離心和降溫等功能，必須使用水浴鍋，離心機(jī)，冰箱三臺(tái)設(shè)備 以實(shí)現(xiàn)濁點(diǎn)萃取。2、濁點(diǎn)難于判斷。浸埋于水浴鍋中的試管在加溫 過(guò)程中很難觀察到濁點(diǎn)形成，即使要觀察濁點(diǎn)必須先把試管提離水浴 鍋，最大的缺點(diǎn)還在于濁點(diǎn)形成由人的肉眼判斷，往往是濁點(diǎn)形成很 久后才觀察到，由于濁點(diǎn)溫度對(duì)萃取效率影響較大，必然帶來(lái)萃取效 率的差異。3、離心前的濁點(diǎn)穩(wěn)定控制不佳。濁點(diǎn)形成后必須要脫離 水浴環(huán)境進(jìn)行離心操作，由于溫度的改變，在此過(guò)程中容易造成表面 活性劑相的復(fù)溶，影響濁點(diǎn)萃取的效率，甚至完全失敗。4、降溫過(guò)
程時(shí)間長(zhǎng)。離心后兩相分離完成后還須在4"C冰箱中冷凍，以增加表
面活性劑相的黏度以便進(jìn)行相分離。常規(guī)的冰箱體積較大降溫較慢，
增加了濁點(diǎn)萃取的時(shí)間成本。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種濁點(diǎn)萃取儀，該濁點(diǎn) 萃取儀把濁點(diǎn)萃取、離心和冷凍集合在同一儀器上面，實(shí)現(xiàn)濁點(diǎn)形成 的自動(dòng)判斷，萃取溫度下的平衡，離心以及冷凍等全功能，最終實(shí)現(xiàn) 濁點(diǎn)萃取的一體化，自動(dòng)化和智能化。
本實(shí)用新型解決上述問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是濁點(diǎn)萃取儀，包 括機(jī)體、機(jī)蓋，所述機(jī)體內(nèi)具有離心旋轉(zhuǎn)裝置和溫度控制裝置，離心 旋轉(zhuǎn)裝置包括若干個(gè)用于放置離心管的套管，所述機(jī)體內(nèi)還設(shè)有檢測(cè)離心管內(nèi)溶液濁點(diǎn)的儀器裝置。
所述儀器裝置包括設(shè)置于機(jī)體內(nèi)的光源、聚光裝置和光敏元件， 光源經(jīng)聚光裝置聚光后透過(guò)離心管內(nèi)溶液照射于光敏元件上，所述光 敏元件與控制元件連接，控制元件還與離心旋轉(zhuǎn)裝置和溫度控制裝置 連接。聚光裝置才用凸透鏡等。
所述控制元件為單片機(jī)?？刂圃部刹捎脭?shù)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)其控制 操作。
本方案在濁點(diǎn)萃取儀中實(shí)現(xiàn)濁點(diǎn)形成的自動(dòng)判斷，萃取溫度下的 平衡，離心以及冷凍等功能，將本儀器的關(guān)鍵技術(shù)分為離心，溫度控 制和濁點(diǎn)形成判斷三大功能模塊。功能模塊l:離心由于目前濁點(diǎn) 萃取后最佳的相分離手段就是離心，所以本儀器的改裝架構(gòu)基本在普 通臺(tái)式離心機(jī)上完成。結(jié)合本方案的前期試驗(yàn)結(jié)果，最大離心轉(zhuǎn)速
8000rpm普通離心機(jī)可滿足濁點(diǎn)萃取基本要求。功能模塊2:溫度控 制表面活性劑要在一定溫度，pH值和離子強(qiáng)度的水溶液中才能形
成濁點(diǎn)，所以溫度的控制至關(guān)重要?，F(xiàn)有的兩性表面活性劑的濁點(diǎn)溫
度普遍在0'C-100'C之間(表1)，考慮到水的沸點(diǎn)和有機(jī)物的穩(wěn)定性， 再結(jié)合濁點(diǎn)形成后冷凍(4"C)可加速相分離，濁點(diǎn)萃取儀的腔內(nèi)控制溫 度應(yīng)在4XM0(TC。該儀器可實(shí)現(xiàn)4TM0(TC的快速升降溫。功能模塊
3:濁點(diǎn)的判斷濁點(diǎn)的形成是表面活性劑在一定溫度和濃度下的物
理屬性。目前主要由肉眼觀察渾濁現(xiàn)象來(lái)判斷，主觀性較強(qiáng)，但溫度 對(duì)濁點(diǎn)萃取效率卻有重要的影響，因此在儀器腔內(nèi)溫度升高的過(guò)程中 設(shè)置濁點(diǎn)形成后停止升溫的測(cè)控裝置，利用光吸收信號(hào)的增強(qiáng)作為停止升溫的信號(hào)，其原理為機(jī)體內(nèi)的光源經(jīng)聚光裝置聚光后透過(guò)離心 管內(nèi)溶液照射于光敏元件上，當(dāng)離心管內(nèi)溶液形成濁點(diǎn)時(shí)，溶液吸光 度發(fā)生變化，此時(shí)光敏元件上吸收的光信號(hào)同時(shí)發(fā)生變化，并由光信 號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，光敏元件與控制元件連接，此時(shí)控制元件控制溫度
控制裝置停止升溫，并啟動(dòng)離心旋轉(zhuǎn)裝置，如4000rpm，離心10min。 離心結(jié)束后迅速降溫到(4。C)，降溫后保持3-5分鐘，程序結(jié)束后儀器 給出濁點(diǎn)萃取結(jié)束的提示音。
綜上，本實(shí)用新型的有益效果是
1、 功能集中，能夠在一臺(tái)濁點(diǎn)萃取儀內(nèi)實(shí)現(xiàn)升溫、濁點(diǎn)檢測(cè)、 離心和降溫等功能，實(shí)現(xiàn)濁點(diǎn)萃取的一體化，自動(dòng)化和智能化操作。
2、 濁點(diǎn)判斷自動(dòng)化，機(jī)體內(nèi)的光源經(jīng)聚光裝置聚光后透過(guò)離心 管內(nèi)溶液照射于光敏元件上，當(dāng)離心管內(nèi)溶液溫度上升到所加表面活 性劑濁點(diǎn)溫度附近時(shí)，溶液中產(chǎn)生大量膠體尺寸的分子聚合體，該聚 合體對(duì)入射光線產(chǎn)生強(qiáng)烈的散射和折射效應(yīng)，此時(shí)光敏元件上接受的 光信號(hào)劇烈減少，光敏元件所產(chǎn)生光電流也隨之減少，當(dāng)該光電流下 降到平臺(tái)期即判斷為濁點(diǎn)形成，此時(shí)由單片機(jī)給出停止加熱的指令， 從而實(shí)現(xiàn)濁點(diǎn)形成的準(zhǔn)確判斷。本實(shí)用新型通過(guò)光信號(hào)的變化來(lái)判斷 是否達(dá)到濁點(diǎn)，與目前肉眼判斷濁點(diǎn)形成的操作相比更加準(zhǔn)確，且自 動(dòng)化更高。
3、 濁點(diǎn)狀態(tài)穩(wěn)定性好，由于濁點(diǎn)形成后原位進(jìn)行離心操作，且 離心過(guò)程中濁點(diǎn)溶液的環(huán)境溫度穩(wěn)定，在此過(guò)程中可以避免由于移動(dòng) 離心管造成環(huán)境溫度的改變，從而導(dǎo)致造成表面活性劑相的復(fù)溶，影響濁點(diǎn)萃取的效率，甚至濁點(diǎn)萃取失敗。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本實(shí)用新型儀器裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

參見(jiàn)圖l、圖2所示，本實(shí)施例的濁點(diǎn)萃取儀包括機(jī)體2、機(jī)蓋 1，所述機(jī)體2內(nèi)具有離心旋轉(zhuǎn)裝置和溫度控制裝置，離心旋轉(zhuǎn)裝置 包括若干個(gè)用于放置石英玻璃離心管6的套盤3，所述機(jī)體2內(nèi)還設(shè) 有檢測(cè)石英玻璃離心管6內(nèi)溶液濁點(diǎn)的儀器裝置；所述儀器裝置包括 設(shè)置于機(jī)體2內(nèi)的光源7、聚光裝置8和光敏元件9，光源7經(jīng)聚光 裝置8聚光后透過(guò)離心管6內(nèi)溶液照射于光敏元件9上，所述光敏元 件9與單片機(jī)連接，單片機(jī)還與離心旋轉(zhuǎn)裝置和溫度控制裝置連接； 所述機(jī)體2表面具有與控制元件連接的控制按鈕5和顯示結(jié)構(gòu)4，該 顯示結(jié)構(gòu)可以顯示濁點(diǎn)萃取儀內(nèi)相關(guān)參數(shù)的數(shù)值(如溫度，離心旋轉(zhuǎn) 裝置的轉(zhuǎn)速等)，控制按鈕可以對(duì)控制元件中弓j起相關(guān)動(dòng)作的數(shù)值進(jìn) 行調(diào)整。
權(quán)利要求1、濁點(diǎn)萃取儀，其特征在于，包括機(jī)體(2)、機(jī)蓋(1)，所述機(jī)體(2)內(nèi)具有離心旋轉(zhuǎn)裝置和溫度控制裝置，離心旋轉(zhuǎn)裝置包括若干個(gè)用于放置離心管(6)的套盤(3)，所述機(jī)體(2)內(nèi)還設(shè)有檢測(cè)離心管(6)內(nèi)溶液濁點(diǎn)形成的儀器裝置。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的濁點(diǎn)萃取儀，其特征在于，所述儀器 裝置包括設(shè)置于機(jī)體(2)內(nèi)的光源(7)、聚光裝置(8)和光敏元件(9)，光源(7)經(jīng)聚光裝置(8)聚光后透過(guò)離心管(6)內(nèi)溶液照 射于光敏元件(9)上，所述光敏元件(9)與控制元件連接，控制元 件還與離心旋轉(zhuǎn)裝置和溫度控制裝置連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的濁點(diǎn)萃取儀，其特征在于，所述控制 元件為單片機(jī)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的濁點(diǎn)萃取儀，其特征在于，所述 機(jī)體(2)表面具有與控制元件連接的控制按鈕(5)和顯示結(jié)構(gòu)(4)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的濁點(diǎn)萃取儀，其特征在 于，所述離心管(6)為石英玻璃離心管。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種濁點(diǎn)萃取儀。該濁點(diǎn)萃取儀包括機(jī)體、機(jī)蓋，所述機(jī)體內(nèi)具有離心旋轉(zhuǎn)裝置和溫度控制裝置，離心旋轉(zhuǎn)裝置包括若干個(gè)用于放置離心管的套管，所述機(jī)體內(nèi)還設(shè)有檢測(cè)離心管內(nèi)溶液濁點(diǎn)的儀器裝置。本實(shí)用新型的濁點(diǎn)萃取儀把濁點(diǎn)萃取、離心和冷凍集合在同一儀器上面，實(shí)現(xiàn)濁點(diǎn)形成的自動(dòng)判斷，濁點(diǎn)溫度下的離心以及冷凍等全功能，最終實(shí)現(xiàn)濁點(diǎn)萃取的一體化，自動(dòng)化和智能化。
文檔編號(hào)B01D11/04GK201375834SQ200920079159
公開(kāi)日2010年1月6日 申請(qǐng)日期2009年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月20日
發(fā)明者孫成均, 波 鄭 申請(qǐng)人:四川大學(xué)