專利名稱：濁點萃取儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種化學分析檢測的前處理儀器，具體地說，涉 及一種濁點萃取儀。
背景技術：
環境、生物、醫藥、檢疫和化工等諸多領域中低含量物質的分析 檢測一直是分析化學工作者所傾力的研究焦點。復雜基體中低含量物 質的檢測必須先進行適宜的前處理以達到濃縮樣品和祛除干擾物質 的目的，繼而，樣品以合適的濃度和狀態進入檢測分析儀器，實現準 確的定性定量分析。現有可供選擇的分離富集前處理方法除了沉淀、 共沉淀、蒸餾技術等經典技術外，目前占據主流地位的是萃取技術， 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，所有技術都有成熟的儀器設計方案和 商品化儀器。遺憾的是，現有的前處理技術有的需要消耗大量有機試
劑，對環境和實驗室工作人員帶來不良影響；有的設備和耗材成本高 以及設備購置昂貴。據估計前處理步驟所消耗的有機試劑和成本占整 個分析檢測的60%以上。
濁點萃取技術(Cloud Point Extraction, CPE)是近幾年發展起來 的綠色環保萃取技術，最早由Watanabe等用以研究從水中富集痕量 鋅，稍后CPE被廣泛應用于生物膜中蛋白質分離，濁點萃取技術進入 分析檢測領域還是近十年的事情。當非離子表面活性劑水溶液加熱超過某一溫度時，溶液出現渾濁和相分離，這種現象即為濁點現象， 此時的溫度稱為濁點溫度。靜置一段時間(或離心)后該溶液會形成兩 個透明的液相，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)，利用以上濁點現象實現的分離稱為濁點萃取，
也稱膠束媒介萃取(Micellar Mediated Extraction, MME)。這種現象是 一種可逆過程，當溫度低于濁點時，兩相消失，重新成為均一溶液。 萃取過程中相分離的原理至今仍不是很清楚，目前的研究認為表面活 性劑具有頭部親水和尾部疏水的結構，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，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點在于其對不同特征、不同性質 的溶質具有良好的溶解能力，由于濁點萃取發生在納米尺度，具有納 米效應上的高萃取率。
CPE作為一種新的萃取濃縮手段，已經成功在多領域替代傳統的 液-液萃取，與傳統方法相比，CPE優勢明顯在于①表面活性劑低毒， 常用的表面活性劑易購得且價格低;②實驗操作簡單，操作時間短(通 常10-20min);③濃縮效率可以通過改變表面活性劑的種類、濃度和 其它實驗條件自主控制；④溶劑用量少(通常低于傳統液-液萃取5-10 倍)，無須蒸發溶劑，從而避免由此造成的待分析物損失；⑤易于其 它分析儀器的聯用；⑥表面活性劑易于處理(回收利用或焚燒)。雖然 濁點萃取作為一種高效、環境有好的新型前處理方法，但影響濁點萃 取效率的試驗條件卻很多，限制了該方法的推廣和應用。這些影響濁點萃取效率的因素包括表面活性劑性質、溶液pH值、萃取時間和溫 度、離心和離子強度等。1、表面活性劑性質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表l。這兩部分的鏈 長影響表面活性劑的濁點溫度。當表面活性劑的疏水部分相同時，親 水鏈長增加，濁點溫度升高；相反疏水鏈長增加，濁點溫度下降。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，準確性 和重現性下降。
表l常用的表面活性劑
表面活性劑名稱 臨界膠束濃度濁點溫度
化學類別名商品系列名(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lecithin45
2、溶液的pH值pH值對CPE的影響要視表面活性劑及被萃取物 的性質而定。對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，對其影響卻十分顯著。溶液pH值對于酸性或堿性的被 萃取物影響較大。中性分子電離后疏水性降低，與膠束的結合不如其 中性未電離時強。因此要獲得較好的萃取率，體系的pH應控制在使 被萃取物處于雙電層Zeta電位為零狀態，而在萃取生物大分子如蛋 白質時，體系的pH應控制在等電點附近，此時蛋白質具有較強的疏 水性，易被萃取。對于金屬離子的萃取，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，進而影響萃取率。3、萃取時間和溫度平衡溫度和時間 對CPE的影響也要視表面活性劑及被萃取物的結構而定。使用非離 子表面活性劑時，提高平衡溫度，萃取率增加。 一般說來，要達到較 好的萃取率，平衡溫度至少要比表面活性劑的濁點溫度高出15 20°C。增長平衡時間會提高萃取率，而過長的平衡時間對于萃取率無 明顯影響，通常平衡時間在30min左右就具有較好的萃取率。4、離 心時間離心時間加長，萃取率最初增長明顯，稍后趨于穩定。對 于濁點溫度較高的體系，室溫下離心過長可能導致相分離逆轉，使萃 取率降低。5、離子強度離子強度的改變對萃取率無明顯影響。一 些惰性鹽的加入可以改變表面活性劑的濁點溫度，使水相的密度增 大，便于分離兩相。綜上，基于濁點現象實現分離的濁點萃取技術 現已廣泛應用于環境、生物、醫藥、檢疫和化工等諸多領域，覆蓋了 有機和無機低含量物質分析檢測的較寬領域，展現出了良好的應用前 景
盡管實現濁點萃取技術的實驗室條件相對簡單，但由于影響因素較多，現有的濁點萃取實驗室方案為先在水浴鍋內實現濁點形成， 然后在離心機上實現相分離，最后在冰箱內實現表面活性劑相的固化 和穩定。現有方案的缺點主要集中在1、功能不集中。由于要實現 升溫，離心和降溫等功能，必須使用水浴鍋，離心機，冰箱三臺設備 以實現濁點萃取。2、濁點難于判斷。浸埋于水浴鍋中的試管在加溫 過程中很難觀察到濁點形成，即使要觀察濁點必須先把試管提離水浴 鍋，最大的缺點還在于濁點形成由人的肉眼判斷，往往是濁點形成很 久后才觀察到，由于濁點溫度對萃取效率影響較大，必然帶來萃取效 率的差異。3、離心前的濁點穩定控制不佳。濁點形成后必須要脫離 水浴環境進行離心操作，由于溫度的改變，在此過程中容易造成表面 活性劑相的復溶，影響濁點萃取的效率，甚至完全失敗。4、降溫過
程時間長。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行相分離。常規的冰箱體積較大降溫較慢，
增加了濁點萃取的時間成本。
實用新型內容
本實用新型所要解決的技術問題是提供一種濁點萃取儀，該濁點 萃取儀把濁點萃取、離心和冷凍集合在同一儀器上面，實現濁點形成 的自動判斷，萃取溫度下的平衡，離心以及冷凍等全功能，最終實現 濁點萃取的一體化，自動化和智能化。
本實用新型解決上述問題所采用的技術方案是濁點萃取儀，包 括機體、機蓋，所述機體內具有離心旋轉裝置和溫度控制裝置，離心 旋轉裝置包括若干個用于放置離心管的套管，所述機體內還設有檢測離心管內溶液濁點的儀器裝置。
所述儀器裝置包括設置于機體內的光源、聚光裝置和光敏元件， 光源經聚光裝置聚光后透過離心管內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。控制元件也可采用數控技術實現其控制 操作。
本方案在濁點萃取儀中實現濁點形成的自動判斷，萃取溫度下的 平衡，離心以及冷凍等功能，將本儀器的關鍵技術分為離心，溫度控 制和濁點形成判斷三大功能模塊。功能模塊l:離心由于目前濁點 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基本在普 通臺式離心機上完成。結合本方案的前期試驗結果，最大離心轉速
8000rpm普通離心機可滿足濁點萃取基本要求。功能模塊2:溫度控 制表面活性劑要在一定溫度，pH值和離子強度的水溶液中才能形
成濁點，所以溫度的控制至關重要。現有的兩性表面活性劑的濁點溫
度普遍在0'C-100'C之間(表1)，考慮到水的沸點和有機物的穩定性， 再結合濁點形成后冷凍(4"C)可加速相分離，濁點萃取儀的腔內控制溫 度應在4XM0(TC。該儀器可實現4TM0(TC的快速升降溫。功能模塊
3:濁點的判斷濁點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象來判斷，主觀性較強，但溫度 對濁點萃取效率卻有重要的影響，因此在儀器腔內溫度升高的過程中 設置濁點形成后停止升溫的測控裝置，利用光吸收信號的增強作為停止升溫的信號，其原理為機體內的光源經聚光裝置聚光后透過離心 管內溶液照射于光敏元件上，當離心管內溶液形成濁點時，溶液吸光 度發生變化，此時光敏元件上吸收的光信號同時發生變化，并由光信 號轉變為電信號，光敏元件與控制元件連接，此時控制元件控制溫度
控制裝置停止升溫，并啟動離心旋轉裝置，如4000rpm，離心10min。 離心結束后迅速降溫到(4。C)，降溫后保持3-5分鐘，程序結束后儀器 給出濁點萃取結束的提示音。
綜上，本實用新型的有益效果是
1、 功能集中，能夠在一臺濁點萃取儀內實現升溫、濁點檢測、 離心和降溫等功能，實現濁點萃取的一體化，自動化和智能化操作。
2、 濁點判斷自動化，機體內的光源經聚光裝置聚光后透過離心 管內溶液照射于光敏元件上，當離心管內溶液溫度上升到所加表面活 性劑濁點溫度附近時，溶液中產生大量膠體尺寸的分子聚合體，該聚 合體對入射光線產生強烈的散射和折射效應，此時光敏元件上接受的 光信號劇烈減少，光敏元件所產生光電流也隨之減少，當該光電流下 降到平臺期即判斷為濁點形成，此時由單片機給出停止加熱的指令， 從而實現濁點形成的準確判斷。本實用新型通過光信號的變化來判斷 是否達到濁點，與目前肉眼判斷濁點形成的操作相比更加準確，且自 動化更高。
3、 濁點狀態穩定性好，由于濁點形成后原位進行離心操作，且 離心過程中濁點溶液的環境溫度穩定，在此過程中可以避免由于移動 離心管造成環境溫度的改變，從而導致造成表面活性劑相的復溶，影響濁點萃取的效率，甚至濁點萃取失敗。
圖1是本實用新型的結構示意圖； 圖2是本實用新型儀器裝置的結構示意圖。
具體實施方式
參見圖l、圖2所示，本實施例的濁點萃取儀包括機體2、機蓋 1，所述機體2內具有離心旋轉裝置和溫度控制裝置，離心旋轉裝置 包括若干個用于放置石英玻璃離心管6的套盤3，所述機體2內還設 有檢測石英玻璃離心管6內溶液濁點的儀器裝置；所述儀器裝置包括 設置于機體2內的光源7、聚光裝置8和光敏元件9，光源7經聚光 裝置8聚光后透過離心管6內溶液照射于光敏元件9上，所述光敏元 件9與單片機連接，單片機還與離心旋轉裝置和溫度控制裝置連接； 所述機體2表面具有與控制元件連接的控制按鈕5和顯示結構4，該 顯示結構可以顯示濁點萃取儀內相關參數的數值(如溫度，離心旋轉 裝置的轉速等)，控制按鈕可以對控制元件中弓j起相關動作的數值進 行調整。
權利要求1、濁點萃取儀，其特征在于，包括機體(2)、機蓋(1)，所述機體(2)內具有離心旋轉裝置和溫度控制裝置，離心旋轉裝置包括若干個用于放置離心管(6)的套盤(3)，所述機體(2)內還設有檢測離心管(6)內溶液濁點形成的儀器裝置。
2、 根據權利要求1所述的濁點萃取儀，其特征在于，所述儀器 裝置包括設置于機體(2)內的光源(7)、聚光裝置(8)和光敏元件(9)，光源(7)經聚光裝置(8)聚光后透過離心管(6)內溶液照 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 件還與離心旋轉裝置和溫度控制裝置連接。
3、 根據權利要求2所述的濁點萃取儀，其特征在于，所述控制 元件為單片機。
4、 根據權利要求2或3所述的濁點萃取儀，其特征在于，所述 機體(2)表面具有與控制元件連接的控制按鈕(5)和顯示結構(4)。
5、 根據權利要求1至3任意一項所述的濁點萃取儀，其特征在 于，所述離心管(6)為石英玻璃離心管。
專利摘要本實用新型涉及一種濁點萃取儀。該濁點萃取儀包括機體、機蓋，所述機體內具有離心旋轉裝置和溫度控制裝置，離心旋轉裝置包括若干個用于放置離心管的套管，所述機體內還設有檢測離心管內溶液濁點的儀器裝置。本實用新型的濁點萃取儀把濁點萃取、離心和冷凍集合在同一儀器上面，實現濁點形成的自動判斷，濁點溫度下的離心以及冷凍等全功能，最終實現濁點萃取的一體化，自動化和智能化。
文檔編號B01D11/04GK201375834SQ200920079159
公開日2010年1月6日 申請日期2009年2月20日 優先權日2009年2月20日
發明者孫成均, 波 鄭 申請人:四川大學