一種制備槍頭式固相萃取柱的方法和槍頭式固相萃取柱填柱裝置與流程

本發明涉及一種制備槍頭式固相萃取柱的方法和槍頭式固相萃取柱填柱裝置。

背景技術：

1、固相萃取（solid?phase?extraction，spe）是一種用于分離和純化液體樣品中目標化合物的技術。spe具有高效分離和濃縮能力，使用少量溶劑載體即可處理復雜基質樣品，顯著提高樣品分析效率、回收率和檢測靈敏度。spe可用于環境分析（水質檢測、土壤和沉積物分析）、食品安全檢測（農藥殘留、食品添加劑和污染物）、生物醫學分析（藥物、臨床樣品）、制藥工業研究（藥物純化、藥物代謝）、法醫學檢測（毒物、痕量物質）、化妝品成分檢測（活性成分、防腐劑和污染物）等。

2、spe主要使用spe裝置來進行分離萃取，其組成主要包括容器、固相吸附劑（填料）、洗脫液、篩板（濾片）及各部位連接器。

3、spe容器主要包含小柱、吸頭、盤、管等，其中spe小柱適用于絕大多數的樣品；spe吸頭搭配自動移液工作站使用，實現自動化操作，精確控制樣品盒溶劑體積，常用于高通量篩選；spe盤屬于多孔板格式，可同時處理多個樣品，同樣適用于高通量篩選及制藥研究；spe管是目前固相萃取里體積最大的容器，適用于處理大體積樣品，適用于環境分析等。

4、spe使用的固相吸附劑是實現spe的核心組成部分，選擇合適的填料是實現有效萃取和分離提取的關鍵。目前常用的填料主要有c18（十八烷基鍵合硅膠）、c8（辛烷基鍵合硅膠）、hlb（親酯-親水高分子混合材料）、硅膠、離子交換樹脂、聚合物吸附劑等。

5、spe洗脫液用于解吸填料中的目標物質，并轉移到溶液相中進行后續分析。其具有良好溶解性、與目標物質和吸附劑極性匹配、選擇性強、兼容方法與儀器等特征。常見洗脫液按照性質分為有機溶劑（甲醇、乙腈、乙醇、異丙醇等）、水-有機溶劑混合物（水-甲醇、水-乙腈）、酸性溶液（0.1%甲酸水溶液、0.1%乙酸水溶液）、堿性溶液（0.1%氫氧化銨水溶液）及鹽溶液（磷酸鹽緩沖液）等。

6、篩板通常位于容器的頂部和底部或吸附劑的上下兩端，用于固定吸附劑和過濾樣品。篩板通常由聚乙烯（pe）或聚丙烯（pp）制成，孔徑在20~60μm之間。

7、目前spe裝置主要以人工或半自動化生產為主，容易出現填料耗時長，質量誤差大，不均勻等問題，無法滿足均一化和更高層次的sop生產要求。

8、dpx槍頭式分散固相微萃取柱是一種新型的固相萃取裝置，在移液槍頭內裝填固相萃取填料，使用移液槍進行吹吸操作，可以減少填料用量，適合小體積樣本上樣，有效減少了溶劑的用量，而且大幅度地提高了固相萃取速率，適用于高通量多樣本篩選。

9、目前市場上spe裝置均以各部件單獨生產再拼裝組合為主，此方法靈活性強，可根據后續實驗的需求選擇特定的裝置組合方式。但是在操作上無論是人工還是半自動化，費時費力，誤差較大，無法有效實現高通量，并且成本較高。市售的槍頭式固相萃取柱的規格有限，需要搭配特定的槍頭使用，也導致成本較高，而且市售spe吸頭無法滿足不同檢測的填料種類或體積的需要。除此之外，spe裝置生產過程與使用過程出現割裂，具有滯后性。市售spe吸頭的填料還需活化后才可供使用，如果采用自動化spe裝置，還需要增加活化步驟。如果選擇自制spe吸頭，由于填料體積較小，自行填料誤差較大，影響結果準確性和一致性。

10、有必要開發一種可滿足高通量樣品spe處理的自動化自填柱裝置和填柱方法，可以進行精準的等量填料，且可以在填料階段同時實現活化，減少后續檢測步驟。

技術實現思路

1、為配合spe吸附柱工藝繁瑣、精密程度高等生產要求，解決人工生產效率低，品質不可控、市售spe吸頭規格有限、填料還需要活化等問題，本發明的目的在于提供一種低成本、機械化及規模化的可滿足高通量樣品spe處理的自動化生產新方法和填柱裝置，可以快速、準確、高效地生產槍頭式固相萃取柱（spe吸頭），且在生產spe吸頭同時完成填料的活化，可直接用于后續spe實驗。

2、本發明采用的技術方案是：

3、一種制備槍頭式固相萃取柱的方法，所述方法包括以下步驟：

4、（1）將固相萃取填料和甲醇混勻，制得填料混懸液，填料混懸液裝入填料混合容器中，蓋上密封蓋密封，填料混合容器用振蕩器進行震蕩，保持填料混懸液的均勻懸浮；

5、（2）將多個篩板移液槍頭放置在樣品板上，所述篩板移液槍頭的下端尖頭出口內部設有過濾篩板；填料混合容器開蓋后，使用移液裝置吸取填料混懸液，準確移液至樣品板上的篩板移液槍頭中；

6、（3）篩板移液槍頭或裝有多個篩板移液槍頭的樣品板放置到離心機中；使用離心機進行離心，使篩板移液槍頭中的填料混懸液固液分離，得到填料沉淀和溶劑；揮發溶劑甲醇，制得所述槍頭式固相萃取柱，樣品板中收集液態甲醇，抽取收集揮發的氣態甲醇，冷凝后和液態甲醇合并，純化后循環用于步驟（1）中。

7、所述步驟（1）中，甲醇的體積用量一般以填料的質量計為3~500?μl/mg。

8、固相萃取填料可采用市面上通用的spe填料或自制填料，常用的spe填料包括c18（十八烷基鍵合硅膠）、c8（辛烷基鍵合硅膠）、hlb（親酯-親水高分子混合材料）、硅膠、離子交換樹脂、聚合物吸附劑等。本發明對填料的種類不做限制。

9、所述步驟（1）中，震蕩一般為垂直振蕩，頻率為100~500次/分鐘，使填料充分懸浮于甲醇中。

10、所述步驟（2）中，所述篩板移液槍頭內的過濾篩板具有能夠使液態溶劑通過的孔或孔隙，但無法讓固相萃取填料顆粒通過。

11、篩板移液槍頭的形狀一般為錐形管，上端開口用于連接移液槍或移液接口，下端為尖頭出口。

12、所述步驟（2）中，填料混懸液的單次移液體積可以為5~200?μl，也可對同一個篩選移液槍頭進行多次移液，次數為1~10次。

13、所述步驟（2）中，所述樣品板用于放置多個篩板移液槍頭。所述樣品板包括多孔板，所述多孔板設有多個開孔，用于放置多個篩板移液槍頭，收集篩板移液槍頭下端出口流出的液態溶劑。

14、進一步，所述樣品板為頂部設有多孔板的空心容器，容器內部為空心，可收集容納篩板移液槍頭下端尖頭出口流出的液態溶劑。

15、在一個優選的實施方式中，樣品板為長方體空心容器，如長方體空心盒，長方體的頂面為多孔板，設有多個開孔，用于放置多個篩板移液槍頭，容器內部可收集盛放液態溶劑。

16、所述步驟（2）中，填料混懸液轉移結束后，優選將填料混合容器的密封蓋蓋上，保持填料混合容器密封，防止甲醇揮發。

17、所述步驟（3）中，離心轉速可以為1000~8000轉/分鐘，離心時間為1~5分鐘。

18、所述步驟（3）中，可使用鼓風機來揮發溶劑甲醇。

19、所述步驟（3）中，可采用抽氣管收集揮發的氣態甲醇，用冷凝裝置使氣態甲醇冷凝，和樣品板收集的液態甲醇合并，純化后循環用于步驟（1）中。

20、本發明方法中，通過將填料和甲醇混勻進行濕法填柱，載體溶劑甲醇也擔負起活化填料的作用，即利用甲醇在填柱時對填料進行活化，除去甲醇溶劑后，得到的槍頭式固相萃取柱無需活化即可直接進行spe檢測步驟，可直接上樣。

21、本發明還提供用于制備槍頭式固相萃取柱的填柱裝置，所述裝置包括自動化移液裝置、篩板移液槍頭、工作移液槍頭、填料混合容器、振蕩器和離心機；所述篩板移液槍頭的下端尖頭出口內部設有過濾篩板；所述自動化移液裝置包括移液槍、機械臂和控制機械臂移動的移動裝置；移液槍設置在機械臂的一端，移液槍與篩板移液槍頭、移液槍與工作移液槍頭為可拆卸裝配。

22、進一步，所述移液槍設有槍頭連接件，槍頭連接件與篩板移液槍頭或工作移液槍頭的上端開口處相適配，進行可拆卸裝配。

23、所述工作移液槍頭用于吸取填料混懸液進行濕法裝柱，工作移液槍頭內部不設置過濾篩板。

24、所述篩板移液槍頭內的過濾篩板具有能夠使液態溶劑通過的孔或孔隙結構。

25、所述振蕩器設有夾具，可拆卸的固定填料混合容器。填料混合容器用于裝填填料混懸液。振蕩器用于震蕩填料混合容器，使填料混合容器內的填料混懸液保持均勻懸浮。

26、所述填料混合容器的上端開口處設有可開合的密封蓋，防止填料混懸液的溶劑揮發。在一個優選的實施方式中，填料混合容器可以為帶蓋離心管等。

27、所述自動化移液裝置還可以包括開蓋機械臂，所述開蓋機械臂用于打開和關閉填料混合容器的密封蓋。

28、所述移液槍設有移液控制裝置，移液控制裝置可精準控制液體的吸取量和排放量。

29、優選的，將移液槍和空氣泵連接，移液控制裝置控制空氣泵的吸氣或排氣，使裝配在移液槍上的工作移液槍頭進行吸液或排液，精準的控制液體的吸取量和排放量

30、所述控制機械臂移動的移動裝置可連接運動控制裝置，設置并控制機械臂的啟停和移動路徑。

31、所述機械臂可設置一個或多個，工作移液槍頭也可設置一個或多個，按照自動化程序進行并行處理。例如可設置第一機械臂，和第一工作移液槍頭裝配，吸取填料混懸液，移液至第一個篩板移液槍頭中；此時第二機械臂和第二工作移液槍頭裝配，吸取填料混懸液，移液至第二個篩板移液槍頭中，多個機械臂可以并行操作。也可設置多個填料混合容器，多個填料混合容器可以共用同一個振蕩器也可采用不同的振蕩器，多個填料混合容器可以裝填相同的填料混懸液也可以裝填不同的填料混懸液。

32、即可以同時對多個篩板移液槍頭進行相同或不同的填料混懸液的移液。

33、所述自動化移液裝置還可以設置轉移機械臂，用于將裝有填料混懸液的篩板移液槍頭轉移至離心機中。

34、進一步，所述填柱裝置包括樣品板，用于放置多個篩板移液槍頭，并且收集篩板移液槍頭下端出口流出的液態溶劑。

35、具體的，所述樣品板包括多孔板，所述多孔板設有多個開孔，用于放置多個篩板移液槍頭。

36、進一步，所述樣品板為頂部設有多孔板的空心容器，容器內部為空心，可收集容納篩板移液槍頭下端尖頭出口流出的溶劑液體。

37、在一個優選的實施方式中，樣品板為一個長方體空心容器，如長方體空心盒，長方體的頂面為多孔板，設有多個開孔，用于放置多個篩板移液槍頭，容器內部可收集盛放溶劑液體。

38、所述轉移機械臂也可以用于轉移樣品板至離心機中，或者設置用于轉移樣品板的轉移機械臂。

39、所述離心機可對裝有填料混懸液的篩板移液槍頭或裝有多個篩板移液槍頭的樣品板進行離心，使篩板移液槍頭中的填料沉淀，與溶劑固液分離，得到填料沉淀和溶劑。

40、本發明所述裝置還可以包括鼓風機，所述鼓風機用于揮發離心后的篩板移液槍頭中的溶劑。

41、本發明所述裝置還可以包括抽氣管和冷凝裝置，所述抽氣管用于抽取揮發的氣態溶劑，冷凝裝置用于使氣態溶劑冷凝。冷凝回收的溶劑和樣品板收集的液態溶劑合并，可循環使用。

42、本發明裝置還可以包括控制單元，用于接受用戶指令，傳達指令給運動控制裝置和移液控制裝置。

43、本發明設計自動化自填柱裝置，將填料均勻混懸于甲醇載體溶液中并活化，采用工作移液槍頭將填料-甲醇混懸液轉移至篩板移液槍頭中，離心沉淀填料，除去溶劑，在無需額外槍頭和其他裝置的支持的前提下，實現高通量spe吸頭的生產。得益于填料自填充以及填料混懸液的自動化小體積精準移液的優勢，可以設定程序，準確控制填料的裝柱量，同時載體溶液也擔負起活化填料的作用，減少處理溶劑的使用，在保證填料裝柱量準確性的基礎上高效地實現spe吸頭的生產。此外，spe吸頭因為進樣體積小，受到樣品體積限制較小，結合自動化spe裝置可同時處理多個樣本，因此spe吸頭非常適用于高通量spe實驗，將其置于96孔樣品板中生產，后續可直接進行8通道甚至是96通道的spe實驗，滿足各種高通量技術的需求，有非常大的實用價值。

44、本發明的有益效果在于：

45、1、采用全自動機械化的方式，解決市場上spe裝柱費時的問題。

46、2、采用載體溶液懸浮填料顆粒的方式，并振蕩，使得載體顆粒不會沉淀分層，保持懸浮液各部位密度一致，獲得的spe吸頭中填料質量一致性好，誤差小，解決市場上spe吸頭填料質量誤差大的問題。

47、3、本發明方法可生產96個為一單位的spe吸頭組，后續可供8通道高通量同時進行spe實驗，并且對于樣本量特別大的需求，還可以將移液系統改裝成最高96通道，實現高通量樣本檢測，解決市場上spe實驗耗時的問題。

48、4、采用自填柱裝置得到spe吸頭，并且填料質量高重現且可控，根據批量樣本進行提前計算填料用量，避免了市場上spe吸頭規格有限，處理微量樣本時浪費填料的問題。例如可能采用5mg填料規格的spe吸頭來處理10?ng-300?μg樣本，這會導致填料的浪費。本發明可以減少填料和溶劑用量，填料裝填量可低至微克級別例如5?μg，對于高通量測試而言可以大大減少價格昂貴的填料用量，從而降低運行成本，解決市場上spe成本高的問題。

49、5、解決市場上spe裝置生產與使用的割裂問題。如果想連貫spe吸頭的生產、填料活化與使用過程，只能將步驟合三為二，否則時間成本增加，不利于對樣本的高效處理過程。本發明采用自填柱工作站生產spe吸頭，填料在填裝時也同時被活化，最后將活化溶劑，也就是載體溶液揮干除去，吸頭組裝完成，同時填料活化完畢，即可對樣本直接上樣進行spe實驗，獲得目標化合物，減少了后續spe的實驗步驟，簡化實驗流程，提高實驗效率。

50、6、溶劑甲醇既起到作為載體溶液來懸浮填料顆粒的作用，同時活化了填料，并且揮干后通過抽氣管收集甲醇氣體，冷凝回收，液態甲醇通過樣品板回收，因此甲醇溶劑可循環利用，進一步降低生產成本。