去除溶剂或无机试剂中易挥发性有机杂质的装置及其方法与流程

本发明属于顶空固相萃取技术领域，具体涉及一种基于顶空固相萃取(HSPE)技术去除低沸点溶剂或无机试剂中易挥发性有机杂质的装置及其方法。

背景技术：

顶空固相萃取(Headspace solid phase extraction, HSPE)是指在一个密闭恒温装置中，气相和液相或固相之间达到分配平衡，用“气体”萃取样品中的易挥发性组分，紧接着用固体吸附剂吸附萃取的物质。顶空吸附分为静态顶空和动态顶空。静态顶空指的是顶空进样。主要用于测定在一定温度下可挥发以及相对比较难于前处理的样品。动态顶空指的是吹扫补集，样品中的可挥发性有机物被氮气吹扫到补集管中，选择性的吸附有机物。当这一过程结束后，将补集管迅速加热，使被吸附的有机物释放出来进入气相色谱或液相色谱进行分析。

一般的顶空分析都是通过萃取针头吸附待测物质，测定待测样品中的待测物质含量。目前已经有商业化的顶空气相色谱联用，顶空液相色谱联用，顶空质谱联用等分析仪器。然而，其处理的样品含量不大，仅是作为一种测定样品中待测物质含量的方法。

假定顶空固相微萃取的三相体系，包括液体涂层，顶空气相和均相水样，均处在理想条件下。待测组分在三相间相互迁移直至平衡。萃取过程中组分的总量应该保持恒定，即有C₀V_S=C_fV_f+ C_hV_h+ C_sV_s

式中，C₀：某组分在水样中的初始浓度；C_f， C_h， C_s：在涂层、顶空气相和水样中的平衡浓度：V_f，V_h，V_s：涂层、顶空气相和水样体积。定义涂层，顶空气相的分配系数为K_fh=C_f/C_h ，顶空气相，水样的分配系数为K_hs= C_h/C_S ，则涂层萃取的量n= C_fV_f 可以表示为: n=C₀K_fhK_hsV_fV_s/(K_fhK_hsV_f+ K_hsV_h+ V_s )。根据热力学原理，多项平衡体系中各项的化学位相等。假设组分浓度较低，可看做无限稀释溶液，顶空气相的蒸汽压有符合理想气体定律，则有K_fh=C_f/C_h =RT/K_F, K_hs= C_h/C_S =K_H/RT,式中，K_F，K_H 为组分在涂层和溶液中的亨利常数；R:气体常数；T：水样热力学温度，K。K_fh与涂层/气相分配系数K_fg相近，而K_hs与气相/样品分配系数K_gs相近，因而可有：K_fs=K_fhK_hs=K_fgK_gs=K_H/K_F ,假设顶空气相中的水分可以忽略，则涂层萃取的量n可表示为n= C₀K_hsV_fV_s/(K_fhV_f+ K_hsV_h+ V_s )。

一般工业纯的四氯化碳含有4%的二硫化碳等杂质，采用液相溶剂萃取和蒸馏除去四氯化碳中的杂质，较为费时耗材。

技术实现要素：

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种去除溶剂或无机试剂中易挥发性有机杂质的装置及其方法，该装置通过将循环管路的始端接入容器内液面上方、末端接入容器内液面以下，并通过循环管路中的抽气循环装置实现对易挥发性有机杂质的吸附去除。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种去除溶剂或无机试剂中易挥发性有机杂质的装置，其特征在于所述装置包括一用于盛装溶剂的容器，所述容器上接通有循环管路，所述循环管路的始端接入所述容器中的液面上方，末端接入所述容器中的液面下方；所述循环管路内具有一冷凝吸附装置。

所述循环管路末端设置有多孔金属材料端盖，所述多孔金属材料端盖上分布有筛孔。

所述冷凝吸附装置由吸附装置以及冷凝装置组成，所述吸附装置为一内部装填有吸附剂的玻璃管，所述玻璃管两端与所述循环管路相接通；所述冷凝装置为一冷凝管，所述冷凝管贴合设置于所述玻璃管外表面。

所述循环管路始端与所述冷凝吸附装置之间设置有抽气循环装置。

所述容器中安装有温度测量装置以及搅拌装置。

所述容器上安装有压力监测装置以及放空阀。

所述容器下安装有恒温槽。

所述循环管路中设置有流量计。

一种涉及上述任一所述去除溶剂或无机试剂中易挥发性有机杂质装置的工作方法，其特征在于所述工作方法包括如下步骤：通过所述抽气循环装置使所述循环管路始端抽取所述容器中的挥发气体进入所述循环管路，并通过所述冷凝吸附装置将所述气体冷却并吸附其中的杂质，之后所述气体经所述循环管路末端的多孔金属材料端盖通入所述溶剂中。

本发明的优点是，装置结构组成简单，易于组装，成本较低，可去除低沸点溶剂或无机试剂中的易挥发性有机杂质，除杂效率高，将其创造性的应用于工业生产上，不但扩展了顶空固相萃取的应用范围，而且降低了工业生产成本，加工过程简单，可用于大规模生产。

附图说明

图1为本发明中顶空固相萃取装置结构示意图；

图2为本发明中冷凝吸附装置结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-2，图中标记1-17分别为：容器1、进样口2、循环管路3、抽气循环装置4、冷凝吸附装置5、流量计6、压力监测装置及放空阀7、出样口8、多孔金属材料端盖9、搅拌装置10、恒温槽11、温度测量装置12、磨口端13、出水口14、玻璃管15、进水口16、冷凝管17。

实施例：如图1所示，本实施例具体涉及一种基于顶空固相萃取(HSPE)技术去除低沸点溶剂或无机试剂中易挥发性有机杂质的装置及其工作方法，该装置的主体为容器1，其内盛装有低沸点溶剂或无机试剂，容器1可以为顶空面积较大的容器，如大的顶空瓶、烧瓶、玻璃槽、不锈钢槽等，在容器1侧面具有进样口2以及出样口8，用于进出样品,出样口8可为旋转式水龙头；容器1中设置有一搅拌装置10用于搅拌溶剂，该搅拌装置10可以为磁力搅拌器、振荡器或超声，搅拌装置10的转速为300 r/min；此外，在容器1的下方还设置有一恒温槽11用于使容器1中的溶剂保持恒温，恒温槽11可以是油浴锅、水浴槽或电热套，温度可控可调，具体按照被分析物的性质和杂质性质而变。

在容器1中设置有温度测量装置12，用于测量容器1中溶剂的温度是否为恒温；在容器1上还设置有压力监测装置及放空阀7，通过其中的压力监测装置监测容器1中的压力大小，并通过调节放空阀防止容器1内的压力过大。

如图1、2所示，容器1上接通有一循环管路3，循环管路3的始端接入容器1内并位于液面上方、末端接入容器1内并位于液面以下，在循环管路3中自始端至末端之间，依次设置有抽气循环装置4、冷凝吸附装置5、流量计6以及多孔金属材料端盖9，其中：

a.抽气循环装置4用于加速循环管路中的气体循环过程，使循环管路3的始端抽气、末端排气，从而加速冷凝吸附装置5对于杂质的吸附；

b.冷凝吸附装置5由吸附装置和冷凝装置所组成，吸附装置的主体为一可拆卸式的玻璃管15，玻璃管15的两端制成磨口塞状，构成两磨口端13，能够插入循环管路3中构成连通，并用夹子固定，以分子筛作为固定板，在玻璃管15中充填有吸附剂，吸附剂按照被吸附杂质的极性选择样品，吸附剂可以为涂覆极性吸附剂聚丙烯酸酯(PA)的硅胶等，双极性聚二甲基硅氧烷-碳分子筛，接有碳十八的硅胶球等，也可以直接用涂有非极性吸附剂聚二甲基硅氧烷(PDMS)的顶空固相萃取柱，按照被分析物质性能可做相应调整，用筛板在两端固定吸附剂；冷凝装置具体为冷凝管17，即橡胶管，冷凝管17贴紧设置于玻璃管15的外层，其内通有冷却水、液态二氧化碳或氮气，通过冷凝管17通过进水口16以及出水口14构成冷却液的循环流动，从而降低玻璃管15的温度，加大吸附装置的被吸附物含量；

c.流量计6可以是普通的气体流量计，用于实时监测循环管路3中的气体流量；

d.多孔金属材料端盖9位于循环管路3的末端，其上分布有若干筛孔，气体经多孔金属材料端盖9上的筛孔后排入溶剂中，并上升穿过液面鼓泡而出，因而两相可以充分接触，并相互作用，避免了溶剂过分扰动，增加了除杂速率。

如图1、2所示，利用本实施例中装置去除四氯化碳溶剂中易挥发性有机杂质的方法如下：

（1）首先根据实验条件，选择合适的溶剂容器，以50ml三口烧瓶作为容器1，于其内加入20ml的工业四氯化碳，将搅拌装置10的转速调节至300r/min进行搅拌，并通过在恒温槽11的作用下保持四氯化碳溶剂温度在35-45℃之间，同时通过温度测量装置12测量四氯化碳溶剂的温度；

（2）在抽气循环装置4的作用下，循环管路3的始端（短端）进行抽气，末端（长口端）上的多孔金属材料端盖9处出气，气体经冷凝吸附装置5将其内的杂质进行去除吸附，冷凝吸附装置5内的吸附剂为聚二甲基硅氧烷；在途经冷凝吸附装置5后，通过流量计6观察循环管路3内的流量；在流量计6之后，观察容器1内的压力，若压力过大则通过放空阀释放；气体最后经循环管路3的末端多孔金属材料端盖9上筛孔进入溶剂中，通过多孔金属材料端盖9有效增大了气体与溶剂的接触面积；将所得到的除杂后的四氯化碳用气质检测其中的杂质量，除杂效率可以达到0.5%。