半自动凝胶净化系统的结构与应用

(上海屹尧仪器科技发展有限公司，上海 201108)

1 引言

凝胶渗透色谱(Gel Permeation Chromatography 简称GPC )是根据溶质分子大小进行分离的色谱技术，在前处理净化样品时主要用于去除样品中的油脂、蛋白质、色素等大分子干扰物，保留目标小分子物质[1-3]，广泛应用于食品、药品、添加剂、烟草、环境等样品提取液的净化[4-5]。

凝胶净化过程通过凝胶净化系统来实现。凝胶净化系统主要分为全自动凝胶净化系统和半自动凝胶净化系统两种类型。两者除了进样方式不同以外，其它任何过程，如过柱净化、废液收集、目标物收集、流路清洗等功能均相同且为自动完成。无论是半自动还是全自动凝胶净化系统，每批次都只能净化1个样品，且净化时间基本相同，因此，半自动凝胶净化系统完全满足各实验室的工作要求。

相比于动辄几十万且体积较大的全自动凝胶净化系统，半自动凝胶净化系统一般在几万到十万左右，价格更低廉，体积更小巧。因此，在同样满足实验需求的情况下，半自动凝胶净化系统的性价比更高。为了满足那些对成本控制较高的实验室需求，上海屹尧公司开发了这款半自动凝胶净化系统。(半自动凝胶净化系统结构图如图1所示)。

图1 半自动凝胶净化系统结构图

2 结构与功能

半自动凝胶净化系统主要由手动进样模块、凝胶净化模块、检测模块以及控制模块组成，可在线实现样品的自动收集和排废、溶剂监视、流路清洗、图谱实时显示等功能，兼容各种规格玻璃或不锈钢凝胶净化柱。

2.1 手动进样模块

手动进样模块采用进样针取样后，手动注入注射阀进样器并配套凝胶净化系统所需规格的定量环，实现待净化样品的上样过程。注射阀进样器(结构图如图2所示)主要由密封垫、固定底座、手柄、定量环等部件组成。

图2 注射阀进样器结构示意图

2.2 凝胶净化模块

凝胶净化模块主要由输液泵、凝胶净化柱组成。凝胶净化系统通过手动进样模块完成待净化样品的上样动作后，再由输液泵输入流动相冲洗定量环，并带动样品经过凝胶净化柱，通过电磁阀自动切换废液和收集液，实现凝胶净化过程中的废液自动排废和目标物的自动收集。

2.2.1输液泵

凝胶净化模块中的输液泵采用双柱塞往复式串联泵，最大耐压超过3600 psi，流速范围为0.01～49.99 mL/min，同时具备压力监控和报警功能。输液泵运行过程中配套相应的压力调节器，确保整个样品净化过程中的压力始终稳定在一定的范围内。

2.2.2凝胶净化柱

凝胶净化柱兼容多种规格玻璃或不锈钢凝胶净化柱。玻璃凝胶净化柱(结构图如图3所示)分为两层，内层为装填凝胶净化填料的玻璃层，外层是带有观察窗的金属保护壳层。净化柱两端采用螺旋柱塞杆设计，两端的柱塞杆内部均采用双重全氟密封圈密封。

图3 玻璃凝胶净化柱结构图

不锈钢凝胶净化柱(结构图如图4所示)整体采用不锈钢外壳，采用匀浆法，高压装柱方式实现凝胶净化柱的装填。

图4 不锈钢凝胶净化柱结构图

2.3 检测模块

待净化样品经过凝胶净化柱净化后由检测模块检测信号，并判断出干扰物和目标物待测物各自的出峰时间，根据不同的出峰时间，完成废液的自动排放和收集液的自动收集。半自动凝胶净化系统兼容254nm的固定波长紫外检测器和190～740nm可变波长检测器，通过检测器完成信号检测，将检测到的信号传输到控制模块，并配套控制模块以色谱图的形式显示在控制面板上。

2.4 控制模块

半自动凝胶净化系统通过8寸彩色触摸屏控制。控制模块具备参数控制和数据处理两大功能，可实现对输液泵、检测器、电磁阀等部件的参数设置和控制，完成色谱图的采集、报告显示与输出等功能。半自动凝胶净化系统色谱图如图5所示。

图5 半自动凝胶净化系统界面色谱图

3 样品实例

参考标准《HJ 805-2016土壤和沉积物多环芳烃的测定气相色谱-质谱法》[6]，建立了半自动凝胶净化色谱-气相色谱/质谱联用法检测土壤中16种多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAHs)的方法。

3.1 样品提取

称取10 g(精确至0.01g)土壤样品到微波萃取罐中，加入无水硫酸钠，使样品呈流沙状，之后加入25 mL萃取液(丙酮/正己烷=1/1，V/V)，混匀，放入TOPEX+微波消解仪中，115 ℃下萃取20 min。

3.2 样品净化

萃取完毕后，将萃取液于40 ℃下浓缩，之后用二氯甲烷溶解并定容至10 mL，过0.45 μm滤膜，待凝胶色谱净化。凝胶色谱净化条件，净化柱：∅25 mm× 400 mm，内装Bio-Beads S-X3填料；检测波长：254 nm；开始收集时间：23min；结束收集时间：30min。净化完成后，净化液40℃下浓缩定容至1.0 mL，上机检测。

3.3 样品分析和结果

完成6组土壤样品的萃取、净化和分析并采用气相色谱质谱联用法对收集的样品进行16种PAHs分析并进行加标回收和精密度的计算。

土壤样品中16种PAHs标准添加平均回收率，相对标准偏差见表1。

表1 土壤样品中16种PAHs标准添加回收率及平均回收率表

土壤样品中16种PAHs的平均回收率为68.2%～90.4%，相对标准偏差为1.54%～5.05%，平均回收率满足HJ 805-2016标准中土壤加标回收率平均值范围在60%±26%～104±44%之间的要求，相对标准偏差高于HJ 805-2016标准中实验室内相对标准偏差为5%～32%的要求。

4 结论

半自动凝胶净化系统体积小巧，价格低廉，满足采用凝胶净化方法进行样品前处理需求的同时，大大降低了各实验室的采购和使用成本，尤其适合对成本控制严格的实验室。