CN109470876B - 用于纯化学品中的超低浓度的远程线路内浓缩的自动化系统 - Google Patents

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Abstract

描述了用于浓缩远程样品以用于分析的系统和方法。样品浓缩系统实施例包括但不限于：多个阀，至少包括第一阀、第二阀和第三阀；多个柱，至少包括第一柱和第二柱，第一柱流体耦合到第一阀，第二柱流体耦合到第二阀；以及与第三阀耦合的流量计，当多个阀处于第一流动路径配置中时，流量计与第一柱和第二柱中的每者流体耦合，以测量通过第一柱和第二柱的液体样品的量，其中多个阀包括第二流动路径配置和第三流动路径配置。

Description

用于纯化学品中的超低浓度的远程线路内浓缩的自动化系统
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2017年9月7日递交的、题为“AUTOMATEDSYSTEM FOR REMOTE INLINE CONCENTRATION OF ULTRA-LOW CONCENTRATIONS IN PURECHEMICALS”的序列号No.62/555,337的美国临时申请的权益，通过引用将该美国临时申请的全部内容并入本文中。
背景技术
在许多实验室环境中，经常必需要一次分析大量化学或生物样品。为了将这种过程简单化，对样品的操作已经机械化。这种机械化采样可以被称为自动采样，并且可以是使用自动采样设备或自动采样器来执行的。
电感耦合等离子体(ICP)光谱测定法是通常用于确定液体样品中的微量元素浓度和同位素比的分析技术。ICP光谱测定法采用电磁生成的部分电离的氩等离子体，其达到大约7000K的温度。当样品被引入等离子体时，高温使得样品原子变为电离的或发射光。由于每一种化学元素产生特征质量或发射光谱，因此测量发射的质量或光的光谱允许确定原始样品的元素组成。
可以采用样品引入系统来将液体样品引入ICP光谱测定仪器(例如，电感耦合等离子体质谱仪(ICP/ICP-MS)、电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES)等)、或其它样品检测器或分析仪器中以用于分析。例如，样品引入系统可以从容器中取出液体样品的等分部分，并且其后将等分部分运输到喷雾器，所述喷雾器将等分部分转换成适合于由ICP光谱测定仪器在等离子体中进行离子化的多相分散气溶胶。然后在喷射室中对气溶胶进行分选以去除较大的气溶胶粒子。在离开喷射室时，通过ICP-MS或ICP-AES仪器的等离子体炬组件将气溶胶引入等离子体中以用于分析。
发明内容
描述了用于浓缩远程样品以用于分析的系统和方法。样品浓缩系统实施例包括但不限于：多个阀，至少包括第一阀、第二阀和第三阀；多个柱，至少包括第一柱和第二柱，第一柱流体地耦合到第一阀，第二柱流体地耦合到第二阀；以及与第三阀耦合的流量计，当多个阀处于第一流动路径配置中时，流量计与第一柱和第二柱中的每者流体地耦合，以测量通过第一柱和第二柱的液体样品的量，其中多个阀包括第二流动路径配置和第三流动路径配置。
提供该发明内容部分，从而以简化的形式提出精选的概念，将在下文的具体实施方式部分中进一步描述所述概念。该发明内容部分不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用作对确定所要求保护的主题的范围的帮助。
附图说明
具体实施方式是参考附图进行描述的。在附图中包括的任何尺寸仅通过示例的方式提供，并且不意味着限制本公开。
图1A是根据本公开的示例性实施例的示出被配置为分析跨长距离运输的样品的系统的部分线路图。
图1B是根据本公开的示例性实施例的样品浓缩系统的环境视图。
图1C是根据本公开的示例性实施例的样品浓缩系统的环境视图。
图1D是根据本公开的示例性实施例的样品浓缩系统的环境视图。
图1E是根据本公开的示例性实施例的样品浓缩系统的环境视图。
图1F是根据本公开的示例性实施例的样品浓缩系统的环境视图。
图1G是根据本公开的示例性实施例的样品浓缩系统的环境视图。
图1H是根据本公开的示例性实施例的样品浓缩系统的环境视图。
图1I是在通过根据本公开的实施例的样品浓缩系统制备的液体样品中存在的镁的计数与浓度对比的校准曲线图。
图2A是根据本公开的示例性实施例的示出在远程采样系统中使用的远程采样设备的环境视图。
图2B是根据本公开的示例性实施例的示出在远程采样系统中使用的远程采样设备的环境视图。
图3A是根据本公开的示例性实施例的示出在分析系统中使用的分析设备的环境视图。
图3B是根据本公开的示例性实施例的示出在分析系统中使用的分析设备的环境视图。
图4是根据本公开的示例性实施例的示出在被配置为分析跨长距离运输的样品的系统内的分析系统的部分线路图。
图5是根据本公开的示例性实施例的示出可以在图4所示的分析系统内利用的检测器的部分线路图。
图6是根据本公开的示例性实施例的示出具有用于分析从远程采样系统接收的样品的多个分析设备的分析系统的环境视图。
图7是根据本公开的示例性实施例的包括样品接收线路和检测器的系统的示意性图示，所述检测器被配置为确定何时样品接收线路在检测器之间包含连续液体段。
图8是根据本公开的示例性实施例的包含通过远程采样系统获取的样品的多个段的样品传输线路的部分截面。
图9是根据本公开的示例性实施例的示出被供应到样品接收线路并通过两个检测器记录的多个液体样品段的时间线。
图10是根据本公开的示例性实施例的示出用于确定样品接收线路何时在检测器之间包含连续液体段的方法的流程图。
图11是根据本公开的示例性实施例的用于基于化学检测限制来监测并控制过程操作的控制系统的过程流程图。
图12是根据本公开的示例性实施例的并入多个远程采样系统的处理设施的原理图。
图13是根据本公开的示例性实施例的示出化学浴的金属污染随着时间推移的图表，所述图表具有表示手动采样的数据点以及利用自动系统获取的数据点。
具体实施方式
综述
确定在样品中的微量元素浓度或量可以提供对样品纯度的指示，或对样品用作试剂、反应成分等的可接受性。例如，在某些生产或制造过程(例如，采矿、冶金、半导体制造、药品加工等)中，对杂质的容忍可以是非常严格的，例如，大约十亿分之一的分数。例如，半导体工艺可以要求对在工艺化学品中的杂质的超低检测限制，包括但不限于，用于清洗晶片的超纯水(UPW)、用于干燥晶片的异丙醇(IPA)、过氧化氢(H2O2)、氨溶液(NH4OH))等。未能检测到在这种工艺化学品中的超低浓度的杂质能够诸如通过将这种杂质从溶液中沉淀出来并且沉淀到晶片上而毁坏半导体晶片(例如，诸如通过从溶液中沉淀出杂质而将金属杂质或其它导电有害物质沉积到晶片上，晶片充当杂质的浓缩器表面等)。然而，诸如电感耦合等离子体质谱仪(ICP/ICP-MS)系统的甚至高灵敏度分析设备的检测能力通常也不具有准确的分辨率以测量在样品中存在的化学品的每千万亿分之一(ppq)的低水平以用于常规分析。
因此，本公开针对用于纯化学品中存在的超低浓度化学品(例如，化学元素、分子、化合物等)的自动化线路内浓缩的系统和方法。示例性系统采用阀组件和一个或多个柱来将化学元素族浓缩成一个或多个样品，并且为用于预浓缩的分析物的洗脱的分析物保留和快速运动提供高速率，所述预浓缩的分析物用于通过电感耦合等离子体(ICP)分析系统(例如ICP-MS系统)进行的后续分析。可以在远程样品站点(例如，作为远程采样系统的部分)处，在定位为远离远程采样系统的分析系统处(例如，在具有接收远程样品的ICP-MS系统的分析系统处)、或其组合处对样品进行预浓缩。
示例性实施方式
总体上参考图1A至图13，描述了被配置为分析跨长距离运输的样品的示例性系统。在示例性实施例中，在跨越远程采样系统与定位为远离远程采样系统的分析系统之间的距离运输之前、之后、或者之前和之后两者，样品被引入样品浓缩系统。系统100包括第一位置处的分析系统102。系统100还能够包括在远离第一位置的第二位置处的一个或多个远程采样系统104。例如，一个或多个远程采样系统104可以被定位为靠近化学品源，诸如化学品存储罐、化学品处理罐(例如，化学浴)、化学品运输线路或管道等(例如，第二位置)，以由分析系统102进行分析，其中分析系统102可以被定位为远离远程采样系统104，诸如用于生产设施的分析中心(例如，第一位置)。系统100还可以包括第三位置、第四位置等处的一个或多个远程采样系统104，其中第三位置和/或第四位置远离第一位置。在实施方式中，远程采样系统104的第三位置、第四位置和其它位置可以远离其它远程采样系统104的相应的其它位置。例如，一个远程采样系统104可以被定位在水管线路(例如，去离子水运输线路)，而一个或多个其它远程采样系统104可以被定位在化学品存储罐、化学品处理罐(例如，化学浴)、化学品运输线路或管道等处。在一些实施例中，系统100还可以包括第一位置处(例如，靠近分析系统102)的一个或多个远程采样系统104。例如，第一位置处的采样系统104可以包括与分析系统102耦合的自动采样器。一个或多个采样系统104可以操作用于从第一位置、第二位置、第三位置、第四位置等接收样品，并且系统100可以操作用于将样品运送到分析系统102以用于分析。
远程采样系统104可以被配置为接收样品150并且制备样品150以用于运送(例如，到分析系统102)和/或分析。在实施例中，远程采样系统104可以被设置为与分析系统102相距不同距离(例如，1米、5米、10米、30米、50米、100米、300米、1000米等)。在实施方式中，远程采样系统104可以包括远程采样设备106和样品制备设备108。样品制备设备108可以进一步包括诸如流通阀的阀148。在实施方式中，远程采样设备106可以包括被配置用于从样品流或源(例如，诸如废水、冲洗水、化学品、工业化学品等的液体，诸如空气样品和/或其中的与液体接触的污染物的气体，等)收集样品150的设备。远程采样设备106能够包括诸如泵、阀、管道、传感器等的部件，所述部件适合于从样品源采集样品，以及将样品运送一定距离到分析系统102。样品制备设备108可以包括被配置为使用稀释剂114、内标物116、载体154等来制备来自远程采样设备106的收集的样品150的设备，以便提供特定的样品浓度、加标样品、校准曲线等，并且能够利用冲洗溶液158进行冲洗。
在一些实施例中，可以使用一种或多种制备技术来制备样品150(例如，制备的样品152)以用于运送和/或分析，所述制备技术包括但不必要限于：稀释、预浓缩、添加一个或多个校准标准等。例如，粘性样品150可以在被运送到分析系统102之前(例如，以防止样品150在运送期间分离)被远程稀释(例如，通过样品制备设备108)。如本文中所描述的，已经从远程采样系统104传输的样品可以被称为样品150，其中样品150还可以指制备的样品152。在一些实施例中，可以动态地调整(例如，自动地调整)样品稀释来以期望的速率将样品150移动通过系统。例如，当样品150移动通过系统100太慢(例如，如通过从第二位置到第一位置的传输时间所测量的)时，增加被添加到特定样品或样品类型的稀释剂114。在另一个示例中，一升(1L)海水可以在被运送到分析系统102之前被远程地预浓缩。在另一个示例中，静电浓缩被用于来自空气样品的材料，以预浓缩可能的气载污染物。在一些实施例中，系统100自动地执行线路内稀释和/或校准。例如，样品制备设备108可以将一种或多种内标物添加到被运送到分析系统102的样品，以校准分析系统102。
在实施例中，示例在图1A中示出，样品制备设备108包括样品浓缩系统200，以在将制备的样品152(例如，浓缩的样品)传输到分析系统102之前将从远程采样设备106接收的样品150中存在的一种或多种化学元素浓缩。替代地或另外地，分析系统102可以包括样品浓缩系统200，以在通过本文中所描述的分析设备进行分析之前将一种或多种化学元素浓缩。虽然样品浓缩系统200被描述为浓缩化学元素以用于分析，但是要理解的是，样品浓缩系统200可以用于浓缩化学物类、离子、分子、化合物等，以用于通过分析系统102进行分析。参考图1B至图1I，示出了样品浓缩系统200的示例性实施例。在图1B和图1C中示出的样品浓缩系统200包括交换柱202、阀204和液体质量流量计206。在图1B中，阀204处于样品加载配置中，以提供在样品(例如，样品150或制备的样品152)、交换柱202和液体质量流量计206之间的流动路径。样品流经交换柱202，由此具有针对特定交换柱202的亲和力的化学元素保留在柱内，并且样品可以流动通过阀204到液体质量流量计206并且作为废弃物离开样品浓缩系统200。尽管本文中描述的柱被称为“交换柱”，但是值得注意的是，柱可以是适合于提供在感兴趣的元素或物类与那些不感兴趣的元素或物类之间的区分的任何柱。例如，交换柱可以包括但不限于阴离子交换柱、阳离子交换柱、螯合柱、色谱柱等，或其组合。液体质量流量计206测量已经通过交换柱202的样品流(例如，体积流率或质量流率)，以提供保留在交换柱202内的特定化学元素。在样品的阈值量的体积或质量已经通过交换柱202之后，样品浓缩系统200自动将阀204的配置切换到图1C中示出的洗脱配置，由此将洗脱液引入交换柱202以提供经洗脱的样品(例如，制备的样品152)，以传输到分析系统102或通过分析系统102进行分析。例如，操作阀204的控制器可以将由液体质量流量计206测量的样品的质量或体积与(例如，存储在系统存储器中、由用户指定等的)阈值相比较来确定何时充足的样品已经通过交换柱202，以将感兴趣的化学元素浓缩以用于由分析系统102进行分析。虽然图1C示出了在洗脱配置中的阀204与喷雾器208之间的流体路径，可以领会的是，这种流动路径可以是直接连接(例如，其中样品浓缩系统200被包括在分析系统102处，或者连接至其脱溶系统)，或可以诸如通过包括阀148和传输线路(例如，本文中所描述的传输线路144)而是远程连接(例如，其中样品浓缩系统200被包括在远程采样系统104处)。可以将在分析系统102处的分析结果与由液体质量流量计206测量的体积或质量进行比较，以确定在由远程采样系统104获取的样品中存在的化学元素的浓度。
参考图1D至图1H，样品浓缩系统200可以包括多个交换柱，以将各种化学元素浓缩以用于由分析系统102进行分析。例如，样品浓缩系统200被示出为具有第一交换柱210和第二交换柱212、多个阀(示出了阀214、216和218)和液体质量流量计206。交换柱可以被选择为保留与样品浓缩系统200的其它交换柱不同的化学元素。例如，第一交换柱210可以被配置为保留过渡金属化学元素(例如，螯合柱)，同时准许其它化学元素通过(例如，准许钠、钾等通过阀216)，而第二交换柱212可以被配置为保留I族和II族化学元素(例如，阳离子交换柱)。通过利用两个或更多个选择性交换柱，样品浓缩系统200可以准许在每一个交换柱中保留的化学品的快速洗脱，而不是在单个柱中的多种化学元素之间的亲和力具有差异，这可能要求较长的洗脱周期和减少的样品分析分辨率。
参考图1D，样品浓缩系统200被示为样品加载配置，由此阀214提供在样品(例如，样品150或制备的样品152)和任选的标准溶液和第一交换柱210之间的流动路径，以在通过所有其它化学元素(例如，I族和II族金属)时，将具有对交换介质的亲和力的化学元素保留在第一交换柱210内(例如，过渡金属)。阀216被流体地耦合到阀214，以接收样品并且将样品传递到第二交换柱212中，以在处于加载配置中时将对交换介质具有亲和力的化学元素保留在第二交换柱212内(例如，I族和II族金属)。阀218被流体地耦合到阀216，以接收样品并且将样品传递到液体质量流量计206中，并且作为废弃物离开样品浓缩系统200。液体质量流量计206测量已经通过第一交换柱210和第二交换柱212的样品流(例如，体积流率或质量流率)，以提供保留在相应的交换柱内的特定化学元素。在样品的阈值量的质量或体积已经通过了第一交换柱210和第二交换柱212之后，样品浓缩系统200自动将阀216和阀218的配置从加载配置(图1D中所示)切换到图1E中所示的注入配置，由此洗脱液被引入第一交换柱210，并且通过阀216(例如，绕过第二交换柱212)以提供经洗脱的样品(例如，制备的样品152)，以传输到分析系统102或由分析系统102进行分析，从而测量由第一交换柱210保留的感兴趣的化学物类(例如，过渡金属)。例如，操作阀214、216、218的控制器可以将由液体质量流量计206测量的样品的质量或体积与(例如，存储在系统存储器中、由用户指定的等)阈值相比较，以确定何时充足的样品已经通过第一交换柱210和第二交换柱，以将感兴趣的化学元素浓缩以用于由分析系统102进行分析。在洗脱来自第一交换柱210的感兴趣的化学元素之后，样品浓缩系统200将阀216的配置从注入配置切换到加载配置，以提供用于洗脱液的流体途径，以洗脱来自第二交换柱212的感兴趣的化学元素，如图1F中所示，由此提供经洗脱的样品(例如，制备的样品152)以用于传输到分析系统102或由分析系统102进行分析，从而测量由第二交换柱212保留的感兴趣化学物类(例如，I族和II族化学元素)。
参考图1G，样品浓缩系统200被示为冲洗配置，由此冲洗溶液通过阀214和阀216，绕过第一交换柱210和第二交换柱212，以流过液体质量流量计206并且作为废弃物流出。参考图1H，样品浓缩系统200被示为直接注入配置，由此样品绕过第一交换柱210和第二交换柱212中的每者以从阀218流出，以用于由分析系统102进行分析(例如，经由喷雾器208)。虽然图1E、图1F和图1H示出了在阀218与喷雾器208之间的流体路径，但是可以领会的是，这种流体路径可以是直接连接(例如，其中样品浓缩系统200被包括在分析系统102处，或者连接至其脱溶系统)，或者可以诸如通过包括阀148和传输线路(例如，本文中所描述的传输线路144)而是远程连接(例如，其中样品浓缩系统200被包括在远程采样系统104处)。可以将在分析系统102处的分析的结果与由液体质量流量计206测量的体积或质量进行比较，以确定在由远程采样系统104获取的样品中存在的化学元素的浓度。虽然样品浓缩系统200被示为具有一个和两个交换柱配置，但是可以领会的是，在样品浓缩系统200内可以实施多于两个交换柱，以提供与被保留的化学元素族不同的额外的化学元素保留，等等。
参考图1I，根据本公开的实施例示出了在由样品浓缩系统200制备的液体样品中存在的镁的计数与镁的浓度的对比的校准曲线。针对存在大约每千万亿(ppq)分之一百的镁的浓度，校准曲线包括0.9993的R值。
在本公开的实施例中，分析系统102可以包括样品收集器110和/或样品检测器130，其被配置为从耦合在分析系统102与一个或多个远程采样系统104之间的样品传输线路144收集样品150。样品收集器110和/或样品检测器130可包括诸如泵、阀、管道、端口、传感器等的部件，以接收来自远程采样系统104中的一个或多个的样品150(例如，经由一个或多个样品传输线路144)。例如，在系统100包括多个远程采样系统104的情况下，每一个远程采样系统可以包括专用样品传输线路144，以耦合到样品收集器110的单独的部分或耦合到分析系统102的单独的样品收集器110。另外，分析系统102可以包括采样设备160，其被配置为收集分析系统102本地的样品150(例如，本地自动采样器)。
分析系统102还包括至少一个分析设备112，其被配置为分析样品以确定(例如，在液体样品中的)微量元素浓度、同位素比率等。例如，分析设备112可以包括ICP光谱测定仪器，包括但不限于电感耦合等离子体质谱仪(ICP/ICP-MS)、电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES)等。在实施例中，分析系统102包括多个分析设备112(即，多于一个分析设备)。例如，系统100和/或分析系统102可以包括多个采样环路，其中每一个采样环路将样品中的一部分引入多个分析设备112。作为另一个示例，系统100和/或分析系统102可以被配置为具有多位阀，以使得单个样品可以快速且连续地被引入多个分析设备112。例如，图6示出了与分析系统102流体连通的一个远程采样系统104，其中分析系统102包括与三个分析设备耦合的多位阀600(示出为ICPMS 602、离子色谱(IC)柱604和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)606)，以用于分析从远程采样系统104接收的样品。虽然图6示出了分析系统102包括三个分析设备的实施例，但是分析系统102可以包括较少(例如，少于三个)或较多(例如，多于三个)分析设备112。在实施例中，分析设备112可以包括但不限于ICPMS(例如，用于微量金属确定)、ICPOES(例如，用于微量金属确定)、离子色谱(例如，用于阴离子和阳离子确定)、液相色谱(LC)(例如，用于有机污染物确定)、FTIR红外(例如，用于化学组成和结构信息确定)、粒子计数器(例如，用于检测未溶解的粒子)、湿度分析仪(例如，用于检测样品中的水)、气相色谱仪(GC)(例如，用于检测挥发性成分)等。在实施例中，多个分析设备112可以位于与远程采样设备104相同的位置，而系统100可以包括位于远离远程采样系统104处的一个或多个额外的分析设备112，以用于进行与由多个分析设备112执行的那些分析相比额外的或不同的样品分析。替代地或另外，多个分析设备112可以位于与远程采样系统104不同的位置。
系统100和/或分析系统102可以被配置为报告随时间推移的某一位置处的分析物浓度(下文参考图13进一步示出)。在一些实施例中，分析设备112可以被配置为检测样品150中的一种或多种微量金属。在其它实施例中，分析设备112可以被配置用于离子色谱法。例如，可以在样品150中收集离子和/或阳离子，并将其运送到色谱分析设备112。在进一步的实施例中，可以在样品中收集有机分子、蛋白质等，并且(例如，使用喷雾器156)将其运送到高分辨率飞行时间(HR-ToF)质谱仪分析设备112。因此，如本文中所描述的，系统可以用于各种应用，包括但不必要限于：药物应用(例如，利用连接至多个药物反应器的中心质谱分析设备)、对一个或多个废弃物流的废弃物监测、半导体制造设施等。例如，可以连续地监测废弃物流中的污染物，并且在检测到污染物时将废弃物流转移到罐中。作为另一个示例，经由对由链接到分析系统102的一个或多个远程采样系统104获取的样品的分析可以连续地监测一个或多个化学品流，由此可以设置针对每一个化学品流的污染限制。在检测到超出特定流的污染限制的污染物时，系统100可以提供警报。
远程采样系统104可以被配置为选择性地与至少一个样品传输线路144耦合，以使远程采样系统104可操作用于与样品传输线路144流体连通，以向样品传输线路144供应连续的液体样品段150。例如，远程采样系统104可以被配置为收集样品150，并且使用例如将远程采样系统104耦合到样品传输线144的流通阀148将样品150供应到样品传输线144。样品150到样品传输线路144的供应可以称为“投掷”。样品传输线路144可以与气体供应源146耦合，并且可以配置为将气体从第二位置(以及可能地，第三位置、第四位置等)运输到第一位置。以此方式，由远程采样系统104供应的液体样品段被收集在气体流中，并且被使用气体压力样品传输而运输到分析系统102的位置。
在一些实施例中，样品传输线路144中的气体可以包括惰性气体，包括但不必要限于：氮气、氩气等。在一些实施例中，样品传输线路144可以包括未分段的或具有十分之八毫米(0.8mm)的内径的最小分段的管道。然而，十分之八毫米的内径是仅作为示例来提供的，并且不意味着限制本公开。在其它实施例中，样品传输线路144可以包括大于十分之八毫米的内径和/或小于十分之八毫米的内径。在一些实施例中，样品传输线路144中的压力可以在从至少近似四(4)巴至十(10)巴的范围内。然而，该范围是仅作为示例来提供的，并且不意味着限制本公开。在其它实施例中，样品传输线路144中的压力可以大于10巴和/或小于4巴。进一步地，在一些具体的实施例中，可以调整样品传输线路144中的压力，以使样品150分散在大体上向上的方向上(例如，竖直)。这种竖直方向可以促进在比分析系统102低的位置处收集的样品的传输(例如，其中样品源和远程采样系统相对于分析系统102位于“楼下”)。
在一些示例中，样品传输线路144可以与和第一液体浴(或化学浴)流体连通的远程采样系统104以及和第二液体浴(或化学品)流体连通的分析系统102耦合。在本公开的实施例中，系统100可以包括(例如，安装在槽中的)一个或多个泄漏传感器，以防止或最小化在第一位置处和/或一个或多个远程位置(例如，第二位置、第三位置、第四位置等)处的溢出。可以使用诸如注射泵或真空泵的泵来将样品加载到采样设备106中。可以使用阀148来选择远程采样系统104处的样品150，并且可以向样品传输线路144供应样品150，所述样品传输线路144可以将样品150运送到第一位置处的分析系统102。可以使用诸如隔膜泵的另一个泵来泵送分析系统102上的排水管并且从样品传输线路144吸出样品150。
系统100可以被实施为封闭的采样系统，其中样品传输线路144中的气体和样品不暴露于周围环境。例如，壳体和/或护套可以包围系统100的一个或多个部件。在一些实施例中，可以在样品运送之间清洁远程采样系统104的一个或多个样品线路。进一步地，可以在样品150之间清洁样品传输线路144(例如，使用清洁溶液)。
样品传输线路144可以被配置为选择性地与第一位置处的样品接收线路162(例如，样品环路164)耦合，以使样品环路164可操作用于与样品传输线路144流体连通以接收连续的液体样品段。连续的液体样品段向样品环路164的运送可以被称为“捕捉”。样品环路164还被配置为选择性地与分析设备112耦合，以使样品环路164可操作用于与分析设备112流体连通以向分析设备112供应连续的液体样品段(例如，当系统100已经确定充足的液体样品段可用于由分析系统102进行分析时)。在本公开的实施例中，分析系统102可以包括一个或多个检测器，其被配置为确定样品环路164包含充足量的连续的液体样品段以用于由分析系统102进行分析。在一个示例中，充足量的连续的液体样品可以包括足够的液体样品以发送到分析设备112。充足量的连续的液体样品的另一个示例可以包括样品接收线路162中的处于第一检测器126与第二检测器128之间的连续的液体样品(例如，如在图7中所示)。在实施方式中，第一检测器126和/或第二检测器128可以包括光分析器132、光学传感器134、电导传感器136、金属传感器138、传导传感器140和/或压力传感器142。可以预期第一检测器126和/或第二检测器128可以包括其它传感器。例如，第一检测器126可以包括检测样品150何时进入样品环路164的光分析器132，并且第二检测器128可以包括检测样品环路164何时被填充的另一个光分析器132。该示例可以被称为“成功捕捉”。应当注意的是，光分析器132是仅作为示例提供的，并且不意味着限制本公开。其它示例性检测器包括但不必要限于：光学传感器、电导传感器、金属传感器、传导传感器、压力传感器等。
参考图7，描述了系统100，其可以确定何时连续的液体样品段被包含在样品接收线路162中和/或何时样品环164包含充足量的连续的液体样品段以用于(例如，由分析系统102)分析。在示例性实施例中，第一检测器126可以被配置为确定两个或更多个状态，所述状态可以表示在样品接收线路162中的第一位置处存在液体(例如，液体样品段)，在样品接收线路162中的第一位置处不存在液体等。例如，第一状态(例如，由第一逻辑电平表示，诸如高状态)可以用于表示在样品接收线路162中的第一位置处(例如，靠近第一检测器126)存在液体样品段，并且第二状态(例如，由第二逻辑电平表示，诸如低状态)可以用于表示在样品接收线路162中的第一位置处不存在液体样品段(例如，样品接收线路162中的空隙或气体)。
在一些实施例中，包括压力传感器142的第一检测器126可以用于检测在样品接收线路162中的第一位置处的液体的存在(例如，当液体存在时，通过检测在样品接收线路162中靠近第一位置处的压力的提高)。第一检测器126还可以用于检测在样品接收线路162中的第一位置处的液体的不存在(例如，通过检测在样品接收线路162中靠近第一位置处的压力的下降)。然而，压力传感器是作为示例提供的，并且不意味着限制本公开。在其它实施例中，包括光学传感器134的第一检测器126可以用于检测在样品接收线路162中的第一位置处的液体的存在(例如，当存在液体时，通过检测到在样品接收线路162中靠近第一位置处通过的光的减少)。第一检测器126还可以用于检测在样品接收线路162中的第一位置处的液体的不存在(例如，通过检测在样品接收线路162中靠近第一位置处通过的光的增加)。在这些示例中，第一检测器126可以将第一位置处的液体样品的存在报告为高状态，并且将在第一位置处的液体样品的不存在报告为低状态。
在一些实施例中，系统100还可以包括一个或多个额外的检测器，诸如第二检测器126、第三检测器等。例如，第二检测器126也可以被配置为确定两个或更多个状态，所述状态可以表示在样品接收线路162中的第二位置处存在液体(例如，液体样品段)，在样品接收线路162中的第二位置处不存在液体等。例如，第一状态(由第一逻辑电平表示，诸如高状态)可以用于表示在样品接收线路162中的第二位置处存在液体样品段(例如，靠近第二检测器126)，并且第二状态(由第二逻辑电平表示，诸如低状态)可以用于表示在样品接收线路162中的第二位置处不存在液体样品段。
在一些实施例中，包括压力传感器142的第二检测器126可以用于检测样品接收线路162中的第二位置处的液体的存在(例如，当存在液体时，通过检测在样品接收线路162中靠近第二位置处的压力的增加)。第二检测器126还可以用于检测在样品接收线路162中的第二位置处的液体的不存在(例如，通过检测在样品接收线路162中靠近第二位置处的压力的降低)。然而，压力传感器是通过示例的方式提供的，并且不意味着限制本公开。在其它实施例中，包括光学传感器134的第二检测器126可以用于检测在样品接收线路162中的第二位置处的液体的存在(例如，当存在液体时，通过检测到在样品接收线路162中靠近第二位置处通过的光的减少)。第二检测器126还可以用于检测在样品接收线路162中的第二位置处的液体的不存在(例如，通过检测到在样品接收线路162中靠近第二位置处通过的光的增加)。在这些示例中，第二检测器126可以将在第二位置处的液体样品的存在报告为高状态，并且将第二位置处的液体样品的不存在报告为低状态。
控制器118可以与一个或多个检测器126通信耦合，并且被配置为记录在样品接收线路162中的第一位置处的、在样品接收线路162中的第二位置处的、在样品接收线路162中的另一位置处等的液体。例如，控制器118使用第一检测器126来发起检测操作，并且样品接收线路162中的第一位置处的液体可以由控制器118记录(例如，当控制器118记录如由第一检测器126确定的从低到高的状态改变时)。然后，可以(例如，连续地，至少大体上连续地)监测第一检测器126，并且控制器118可以随后记录在样品接收线路162中的第一位置处不存在液体(例如，当控制器118记录如由第一检测器126确定的从高到低的状态改变时)。
类似地，控制器118还可以使用第二检测器126来发起检测操作，并且控制器118可以记录样品接收线路162中的第二位置处的液体(例如，当控制器118记录如由第二检测器126确定的从低到高的状态改变时)。然后，可以(例如，连续地，至少大体上连续地)监测第二检测器126，并且控制器118可以随后记录在样品接收线162中的第二位置处不存在液体(例如，当控制器118记录如由第二检测器126确定的从高到低的状态改变时)。
控制器118和/或一个或多个检测器126可以包括或影响定时器的操作以提供针对系统100的某些事件的定时(例如，在特定时间在样品接收线路162中的多个位置处的液体的存在或不存在)。作为示例，控制器118可以监测在由各种检测器记录状态改变的时间，以便做出关于是否允许液体样品被导向分析系统102的确定(例如，与将液体导向废弃物或保持环路相反)。作为另一个示例，控制器118可以基于通过控制器118经由检测器126记录的状态改变来监测液体在样品接收线路162和/或样品环路164中花费的时间。
液体样品段中断&适合的液体段的确定
总体上，当在靠近相关联的分析设备(例如，分析设备旁边的自动采样器)处获取样品时，样品可以横跨在样品源与分析设备之间的全部距离而不要求大量的样品量。然而，针对样品的长距离传输，填充远程采样系统104与分析系统102之间的整个传输线路144(例如，多达数百米的样品长度)可能是禁止的或不合需要的，诸如由于关于处置未使用的样品部分、样品的粘度等的环境问题。因此，在实施例中，远程采样系统104不利用样品填充整个传输线路144，而是通过传输线路144发送表示总的传输线路144体积的一小部分的液体样品段以用于由分析系统102进行分析。例如，虽然传输线路144可以长达数百米长，但是在传送到分析系统102期间的任何给定时间处，样品可以占据传输线路144的大约一米或更少。虽然通过该线路发送液体样品段可以减少从远程样品系统104发送的样品量，但是样品可以在传送到分析系统102期间在样品传输线路144中引发气泡或间隙/空隙。这种气泡或间隙/空隙可以由于与样品的长距离传输相关联的情况(诸如在传送期间在管道之间的孔口改变)而形成，由于与用于清洁样品之间的线路的残余清洁流体的相互作用而形成，由于与线路中的残余流体的化学反应而形成，由于沿着传输线路的跨度的压差而形成，等等。例如，如图8中所示，液体样品800可以从远程采样系统104通过传输线路144发送到分析系统102所在的第一位置。由远程采样系统104获取的总样品的体积由图8中的VTOT表示。如所示，在从远程采样系统104传送期间，间隙或空隙802可以形成在传输线路144中。间隙或空隙802划分不包含用于由分析系统102进行分析的充足量或体积的样品的多个样品段804。这种样品段804可以在具有足以用于由分析系统102进行分析的体积(被示为V样品)的较大样品段806的前面和/或后面。在实施例中，由远程采样系统104收集的样品的量(例如，VTOT)被调整为提供充足量的样品150以用于由分析设备112进行分析。例如，样品150“被投掷”的量与样品150“被捕捉”的量的体积比(例如，VTOT/V样品)是至少大约一又四分之一(1.25)。然而，该比率仅通过示例的方式提供，并且不意味着限制本公开。在一些实施例中，该比率大于一又四分之一，并且在其它实施例中，该比率小于一又四分之一。在一个示例中，二又二分之一毫升(2.5mL)的样品150(例如浓硫酸或硝酸)被投掷，并且一毫升(1mL)的样品150被捕捉。在另一个示例中，一又二分之一毫升(1.5mL)的样品150被投掷，并且一毫升(1mL)的样品150被捕捉。在本公开的实施例中，调整“被投掷”的样品150的量，以说明第一位置与第二位置之间的距离、第一位置与第二位置之间的样品传输线路管道的量、在样品传输线路144中的压力等。通常，VTOT/V样品的比率可以大于一，以说明在传输期间在样品传输线路144中的间隙/空隙802和样品段804的形成。
系统100可以选择多个远程采样系统104中的哪一个远程采样系统104应当将其各自的样品传送到分析系统102(例如，“投掷”)，由此检测器126促进对是否存在充足的样品(例如，样品环路164中的V样品)来发送到分析系统102(例如，“捕捉”)的确定，或者在线路中(例如，在检测器126之间)是否存在空隙或间隙，以使得在该特定的时间不应当将样品发送到分析系统102。由于分析设备112可以分析“空白”溶液，所以如果将会存在气泡或间隙(例如，在样品环路164中)，则它们的存在可能损害样品分析的准确性，特别是如果样品在被引入到分析设备112之前将被稀释或在分析系统102处被进一步稀释。
在一些实施例中，系统100可以被配置为确定何时连续的液体样品段(例如，样品段806)被包含在样品接收线路162和/或样品环路164中，以使得系统100可以避免将间隙或空隙802或较小的样品段804传输到分析设备112。例如，系统100可以包括沿着样品接收线路162的第一位置处的第一检测器126，以及沿着样品接收线路162的第二位置(例如，第一位置的下游)处的第二检测器126。系统100还可以包括在第一检测器126与第二检测器126之间的样品环路164。在实施例中，诸如在至少两个流动路径配置之间(图3A中所示的阀148的第一流动路径配置；图3B中所示的阀148的第二流动路径配置等)可切换的多端口阀的阀可以定位在第一检测器126与样品环路164之间以及第二检测器126与样品环路164之间。在本公开的实施例中，通过同时在第一位置和第二位置两者处记录液体、而未经由第一位置处的第一检测器126记录从高到低的状态改变，系统100可以确定在样品接收线路162和/或样品环路164中包含连续的液体样品段。换句话说，液体样品已经连续地从第一检测器126传输到第二检测器126，并且通过第一检测器126检测到的状态没有改变，直到第二检测器126识别出液体样品的存在为止。
在使用两个或更多个检测器来确定何时样品接收线路在检测器之间包含连续的液体段的示例性实施方式中，在样品接收线路中接收液体段。例如，参考图7，样品接收线路162接收液体样品段。然后，通过使用第一检测器发起检测操作而在样品接收线路中的第一位置处记录液体段，所述第一检测器被配置为检测在样品接收线路中的第一位置处的液体段的存在和/或不存在。例如，参考图7，在状态从低改变为高时，第一检测器126检测到在样品接收线路162中的第一位置处的液体样品段。参考图9，在时间t1和t5可以在第一位置处检测到液体样品段。然后，在记录第一位置处的液体段之后，监测第一检测器。例如，参考图7，第一检测器126由控制器118监测，并且在状态从高改变为低时，第一检测器126检测到在样品接收线路162中的第一位置处不存在液体样品段。参考图9，在时间t1和t5开始(例如，连续地，至少大体上连续地)监测第一位置，并且在时间t3和t6可以在第一位置处检测到不存在液体样品段。
类似地，通过使用第二检测器发起检测操作来在样品接收线路中的第二位置处记录液体段，所述第二检测器被配置为检测在样品接收线路中的第二位置处的液体段的存在和/或不存在。例如，参考图7，在状态从低改变为高时，第二检测器126检测到在样品接收线路162中的第二位置处的液体样品段。参考图9，在时间t2和t7可以在第二位置处检测到液体样品段。然后，在记录第二位置处的液体段之后，监测第二检测器。例如，参考图7，第二检测器126由控制器118监测，并且在状态从高改变为低时，第二检测器126检测到在样品接收线路162中的第二位置处不存在液体样品段。参考图9，在时间t2和t7开始(例如，连续地，至少大体上连续地)监测第二位置，并且在时间t4和t8可以在第二位置处检测到不存在液体样品段。
当液体同时被记录在第一位置和第二位置两处时，连续的液体段被记录在第一检测器与第二检测器之间的样品接收线路中。例如，参考图7，当高状态表示在第一检测器126和第二检测器126中的每者处存在液体样品段时，控制器118记录样品接收线路162中的连续的液体样品段(例如，存在于第一检测器126与第二检测器126之间)。参考图9，当在第二位置处检测到液体样品段时，可以在时间t2记录连续的液体样品段。
在一些实施例中，逻辑与操作可以用于确定何时在样品接收线路中记录连续的液体段，并且发起连续的液体段从样品接收线路到分析设备的传输。例如，参考图7，控制器118可以在第一检测器126和第二检测器126中的每者处的高状态上使用逻辑与操作，并且使用阀148发起样品环路164与分析设备112的选择性耦合，以使样品环路164可操作用于与分析设备112流体连通，以向分析设备112供应连续的液体样品段。在一些实施例中，控制器118可以仅确定是否切换阀148以当在第一检测器126或第二检测器126处记录从低到高的状态改变时，向分析设备112供应连续的液体样品段。在一些实施例中，在发起样品环路164与分析设备的选择性耦合之前，系统100要求第二检测器126处的高状态维持一段时间(例如，图9中所示的tΔ)。例如，控制器118和/或处理器120的定时器或定时功能可以验证第二检测器126已经维持高状态的时间段，由此一旦第二检测器126已经维持了高状态达时间tΔ(例如，阈值时间)，并且在第一检测器处于高状态的情况下，控制器118可以确定已经捕捉了充足的液体样品段(例如，图8中的段806)，并且可以切换阀148以向分析设备112供应连续的液体样品段。tΔ的持续时间可以对应于一时间段，超过该时间段则第二检测器不大可能测量空隙或气泡，该时间段可以取决于样品的流速或其它传输条件而变化。
在一些实施例中，控制器118可以监测第一检测器126处于高状态和/或低状态的定时。例如，在已知从远程采样系统104传输的样品的流体特性的实施例中，在确认或不确认第二检测器126处的高状态的情况下，可以监测第一检测器126来确定在高状态中花费的时间长度，以近似估计是否在样品接收线路162和/或样品环路164中存在充足的液体样品，以使得控制器118将样品发送到分析设备112。例如，针对样品的给定流速，可以通过监测第一检测器126已经处于高状态的时间长度来近似估计样品的体积。然而，由于在泵功能中的波动、传输的样品的类型、样品的粘度、传输的持续时间、传输的距离、周围环境温度条件、传输线路144温度条件等，样品的流速可能不是显而易见的，因此第二检测器126的功能可以是告知性的。
在本公开的实施例中，本文中所描述的系统和技术可以用于确定第一检测器126与第二检测器126之间的样品接收线路(例如，样品环路)的部分被填充而不存在气泡。例如，如参考图9所描述的，在时间t3与t5之间在第一位置处不存在液体样品可以对应于在样品接收线路162中存在气泡。当系统100已经达到在样品接收线路162中不存在气泡的条件时，控制器118切换阀148以允许样品环路164中的流体传递到分析设备112(用于进行分析或在分析之前进行样品调节)。
示例性方法
图10描绘了示例性实施方式中的过程810，其中使用两个检测器来确定何时样品接收线路在连续的液体样品段中包含充足量的样品以用于由分析系统进行分析，并且在连续的液体样品段中没有间隙或空隙。如所示，在样品接收线路中接收液体段(块812)。例如，样品接收线路162可以接收由远程采样系统104获取并且通过传送线路144传输的样品。过程810还包括利用第一检测器来记录样品接收线路中的第一位置处的液体段，所述第一检测器被配置为当其行进通过第一位置时，检测液体段的存在和/或不存在(块814)。例如，第一检测器126可以测量在样品接收线路162中的第一位置处的液体样品段的存在。参考图9，在时间t1和t5在第一位置处检测液体样品段。
接下来，在记录第一位置处的液体段之后，监测第一检测器(块816)。例如，控制器118可以监测第一检测器126，以确定在样品接收线路162中的第一位置处是否不存在液体段(例如，第一检测器126是否已经从指示检测到样品液体的高状态转变到其中没有检测到样品液体的低状态)。参考图9，在时间t1和t5开始(例如，连续地，至少大体上连续地)监测第一位置。然后，当在通过使用第二检测器执行检测操作而记录样品接收线路中的处于第一位置下游的第二位置处的液体段之前，未记录在样品接收线路中的第一位置处不存在液体段时，在样品接收线路中记录连续液体段，所述第二检测器被配置为检测第二位置处的液体段的存在和/或不存在(块818)。例如，参考图9，第一检测器126在时间t1和t5检测到存在样品流体，而第二检测器126在时间t2和t7检测到存在样品流体。在第一检测器126在第二检测器检测到样品段之前的间歇时间中未检测到不存在的情况下，只有在第一检测器处的在时间t1与t3之间的液体样品段将由第二检测器记录(在时间t2开始)。此时，控制器118可以引导阀148进行切换以将包含在样品环路164中的样品发送到分析设备112。当第一检测器126在t5记录液体样品的存在时，在第二检测器126随后在t7检测到液体样品的存在之前，第一检测器还在t6检测到不存在液体样品。这样，系统100将识别在样品环路164中存在间隙或空隙(例如，间隙/空隙802)，并且将不切换阀148以用于分析，而是允许将不适当的样品段(例如，液体段804)传递到废弃物。如本文中所描述的，在第一检测器126已经在间歇时间维持高状态之后，一旦第二检测器126已经维持高状态达某个时间段(例如，tΔ)，定时器(例如，由控制器118实施)可以用于使得阀148进行切换。
控制系统
系统100，包括其部件中的一些或所有部件，可以在计算机控制下进行操作。例如，处理器120可以与系统100包括在一起或包括在系统100中，以使用软件、固件、硬件(例如，固定逻辑电路)、手动处理或其组合来控制本文中所描述的系统的部件和功能。如本文中使用的术语“控制器”、“功能”、“服务”和“逻辑”通常表示软件、固件、硬件、或结合对系统的控制的软件、固件或硬件的组合。在软件实施方式的情况下，模块、功能或逻辑表示当在处理器(例如，中央处理单元(CPU)或多个CPU)上被执行时执行指定任务的程序代码。程序代码可以存储在一个或多个计算机可读存储器设备(例如，内部存储器和/或一个或多个有形介质)等中。本文中所描述的结构、功能、方法和技术可以在具有各种处理器的各种商业计算平台上实施。
例如，系统的一个或多个部件，诸如分析系统102、远程采样系统104、阀148、泵和/或检测器(例如，第一检测器126、第二检测器126、样品检测器130)，可以与控制器耦合，以用于控制样品150的收集、运送和/或分析。例如，控制器118可以被配置为切换将样品环路164耦合到分析系统102的阀148，并且当由第一检测器126和第二检测器126指示成功的“捕捉”时(例如，当两个传感器检测到液体时)，引导样品150从样品环路164到分析系统102。此外，控制器118可以实施用于确定“不成功的捕捉”(例如，当样品环路164未被填充有足以由分析系统102进行完整分析的样品150时)的功能。在一些实施例中，基于例如从诸如第一检测器126或第二检测器126的传感器接收的信号的信号强度的变化来确定“不成功的捕捉”。在其它实施例中，当第一检测器126已经指示样品接收线路162中的样品150并且已经经过了其中第二检测器126未指示样品接收线路162中的样品150的预定量的时间时，确定“不成功的捕捉”。
在一些实施例中，控制器118与诸如第二位置的远程位置处的指示器通信地耦合，并且在第二位置处提供何时在第一位置处接收到不充足的样品150的指示(例如，警报)。该指示可以用于(例如，自动地)发起额外的样品收集和运送。在一些实施例中，指示器向操作员提供警报(例如，经由一个或多个指示灯、经由显示器读数、其组合等)。此外，可以基于一个或多个预定的条件(例如，仅当已经错过多个样品时)对指示进行定时和/或发起。在一些实施例中，还可以基于在远程采样点处测量的条件来激活指示器。例如，第二位置处的检测器130可以用于确定何时样品150被提供到远程采样系统104，并且可以在未收集到样品150时激活指示器。
在一些实施例中，控制器118可操作用于提供针对来自不同的远程位置的样品收集和/或不同类型的样品150的不同定时。例如，可以警告控制器118何时远程采样系统104准备好将样品150运送到样品传输线路144时，并且控制器118可以发起样品150到样品传输线路144中的传输。控制器118还可以与一个或多个远程采样系统102通信地耦合，以接收(以及可能地录入/记载)与样品150相关联的识别信息，和/或控制系统100内运送样品150的顺序。例如，控制器118可以远程地将多个样品150排队并且协调它们通过样品传输线路144中的一个或多个的运送。以此方式，可以沿着多个同时进行的流动路径(例如，通过多个样品传输线路144)协调样品150的运送，可以在采集一个或多个另外的样品150的同时传输一个或多个样品150，等等。例如，图11示出了用于系统100的示例性控制流程图，其中分析系统102被示为经由两个远程采样系统104a和104b以及相关联的传输线路144a和144b与被示为样品位置900和样品位置902的两个远程样品位置流体连通。在所示的实施例中，分析系统102将命令发送到远程采样系统104a和远程采样系统104b中的每者，其分别被示为904a和904b。远程采样系统104a和远程采样系统104b均将在各自的采样位置(用于远程采样系统104a的采样位置900，用于远程采样系统104b的采样位置902)处获取的样品分别经由传输线路144a和传输线路144b传输到分析系统102。然后，分析系统102处理样品以确定其中包含的各种化学物类的量。然后，分析系统102确定化学物类的量中的任何量是否超过元素特定限制(例如，针对样品中的特定污染物的限制)。在实施例中，系统100可以设置独立地针对每一个采样位置的污染限制和针对每一个采样位置处的特定化学物类的独立的污染限制。例如，针对特定金属污染物的耐受性在处理期间可能降低，因此与上游采集的化学样品相比，下游化学样品可以具有更低的针对特定化学物类的限制。如图11所示，分析系统102确定没有化学物类超过针对由远程采样系统104a在采样位置900处获取的样品的任何元素特定限制。然后，分析系统102向CIM主机906发送指示，如908a所示，由于处理应用的操作低于元素特定限制而准许在采样位置900处继续处理应用。分析系统102已经确定在由远程采样系统104b在采样位置902处获取的样品中存在的化学物类中的至少一种超过元素特定限制(例如，针对在样品中的污染物的限制)。然后，分析系统102向CIM主机906发送指示，如908b所示，由于处理应用的操作高于元素特定限制而发送被导向采样位置902处的处理应用的警报。然后，CIM主机906基于由远程采样系统104b在采样位置902处获取的样品的分析而经由停止处理命令910将采样位置902处的处理引导到停止操作。在实施例中，可以通过SECS/GEM协议来促进在CIM主机906与系统100的部件之间的通信。在实施例中，当确定元素高于样品中针对特定样品位置的元素特定限制时，系统100可以包括上下文特定的动作，其中这种上下文特定的动作可以包括但不限于忽略警报并继续处理操作、停止处理操作、运行系统校准并且然后重新运行超限样品等。例如，在第一警报时，分析系统102可以执行校准(或另一校准)并且然后重新运行样品，然而随后的警报(例如，第二警报)将使得CIM主机906命令在引起问题的采样位置处的处理暂停操作。
控制器118可以包括处理器120、存储器122和通信接口124。处理器120提供用于控制器118的处理功能，并且可以包括任何数量的处理器、微控制器或其它处理系统、以及用于存储由控制器118存取或生成的数据和其它信息的常驻或外部存储器。处理器120可以执行实施本文中所描述的技术的一个或多个软件程序。处理器120不受形成其的材料或其中采用的处理机制的限制，并且因此，可以经由半导体和/或晶体管(例如，使用电子集成电路(IC)部件)等来实施。
存储器122是有形、计算机可读存储介质的示例，其提供存储功能以存储与控制器118的操作相关联的各种数据，诸如软件程序和/或代码段、或指导处理器120以及控制器118的可能的其它部件的其它数据，以执行本文中所描述的功能。因此，存储器122可以存储数据，例如用于操作系统100(包括其部件)的指令的程序等。应当注意的是，虽然描述了单个存储器，但是可以采用宽范围的各种类型的存储器和组合(例如，有形、非暂时性存储器)。存储器122可以与处理器120集成，可以包括独立的存储器，或者可以是两者的组合。
存储器122可以包括但不必要限于：可移除和非可移除存储器部件，诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存存储器(例如，安全数字(SD)存储卡、迷你SD存储卡和/或微SD存储卡)、磁存储器、光存储器、通用串行总线(USB)存储器设备、硬盘存储器、外部存储器等。在实施方式中，系统100和/或存储器122可以包括可移除集成电路卡(ICC)存储器，诸如由订户身份模块(SIM)卡、通用订户身份模块(USIM)卡、通用集成电路卡(UICC)提供的存储器122等。
通信接口124被可操作地配置为与系统的部件通信。例如，通信接口124可以被配置为传送用于系统100中的储存器的数据，从系统100中的储存器检索数据等。通信接口124还与处理器120通信地耦合，以促进在系统100的部件与处理器120之间的数据传输(例如，用于将从与控制器118通信地耦合的设备接收的输入传达到处理器120)。应当注意，虽然通信接口124被描述为控制器118的部件，但是通信接口124的一个或多个部件可以被实施为经由有线和/或无线连接而通信地耦合到系统100的外部部件。系统100还可以包括和/或连接到一个或多个输入/输出(I/O)设备(例如，经由通信接口124)，包括但不必要限于：显示器、鼠标、触摸板、键盘等。
通信接口124和/或处理器120可以被配置为与各种不同网络通信，所述网络包括但不必要限于：诸如3G蜂窝网络、4G蜂窝网络或全球移动通信系统(GSM)网络的广域蜂窝电话网络；诸如Wi-Fi网络(例如，使用IEEE 802.11网络标准操作的无线局域网(WLAN))的无线计算机通信网络；互联网；因特网；广域网(WAN)；局域网(LAN)；个域网(PAN)(例如，使用IEEE 802.15网络标准操作的无线个域网(WPAN))；公共电话网；外联网；内联网；等等。然而，该列表仅通过示例的方式提供，并且不意味着限制本公开。进一步地，通信接口124可以被配置为跨越不同的接入点与单个网络或多个网络通信。
示例1-示例性监测系统
通常，本文中所描述的系统100可以并入任何数量的远程采样系统104以从任何数量的采样位置取得样品。在实施方式中，在图12中示出，系统100包括定位在利用化学浴、大宗化学品、环境流出物和其它液体样品的处理设施的五个不同位置处的五个远程采样系统104(示为104A、104B、104C、104D、104E)。远程采样系统104采集不同位置处的样品以传输到定位在远离五个远程采样系统104中的每者处的分析系统102。第一远程采样系统104A定位在去离子水管道1000附近，并且以大约40米(40m)的距离(示为d5)与分析系统102间隔开。第二远程采样系统104B定位在分配阀点1002附近，并且以大约八十米(80m)的距离(示为d4)与分析系统102间隔开。第三远程采样系统104C定位在化学品供应罐1004附近，并且以大约八十米(80m)的距离(示为d3)与分析系统102间隔开。化学品供应罐1004定位在远离化学品储存罐1008处，并且被供应来自化学品储存罐1008的化学品。第四远程采样系统104D定位在化学品供应罐1006附近，并且以大约八十米(80m)的距离(示为d2)与分析系统102间隔开。化学品供应罐1006定位在远离化学品储存罐1008处，并且被供应来自化学品储存罐1008的化学品。第五远程采样系统104E定位在化学品储存罐1004附近，并且以大约三百米(300m)的距离(示为d1)与分析系统102间隔开。虽然示出了五个远程采样系统104，但是系统100可以利用多于五个远程采样系统104来监测处理设施各处(诸如在其它过程流、化学浴、大宗化学品储存、环境流出物和其它液体样品处)的超微量杂质。在实施方式中，以大约1.2米每秒(1.2m/s)的速率提供从远程采样系统104到分析系统的样品传输，提供对处理设施各处的超微量杂质的近实时分析(例如，ICPMS分析)。
示例2-再现性
在实施方式中，分析系统102定位在距离远程采样系统104一百米(100m)处。远程采样系统104获取二十个离散样品，并且将它们运输到分析系统102以用于确定在二十个离散样品中的每者中存在的每一种化学物类的信号强度。每一个离散样品包括以下化学物类：锂(Li)、铍(Be)、硼(B)、钠(Na)、镁(Mg)、铝(Al)、钙(Ca)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)、锗(Ge)、锶(Sr)、银(Ag)、镉(Cd)、铟(In)、锡(Sn)、锑(Sb)、钡(Ba)、铈(Ce)、铪(Hf)、钨(W)和铅(Pb)。在通过分析系统102分析后，可以确定针对所有化学物质跨越所有二十个离散样品的相对标准偏差(RSD)小于百分之三(<3％)。因此，在分析系统102与远程采样系统104之间的一百米处的示例性系统100提供了从获取样品、将样品传输一百米到分析系统102(例如，经由传输线路144)以及利用分析系统102分析样品的可靠的再现性。
示例3-与手动采样的对比-半导体工艺示例
参考图13，提供了示出用于半导体制造工艺的化学浴(SC-1浴)的金属污染随着时间推移的图表。该图表包括示出了从在三个时间点取得的手动样品测量的金属污染的数据点的部分1100。该图表还包括示出了从来自部分1100的手动样品测量的金属污染的数据点的部分1102，其叠加在从以超出手动采样方法的采样频率(例如，频率高至少十六到十七倍)从系统100(例如从远程采样系统104)取得的样品所测量的金属污染的数据点上。如在部分1102中所示，在半导体制造过程中污染物的逐渐增加随着时间推移而发生。确定何时在特定的半导体工艺中交换化学品的使用寿命或寿命计数方法(例如，来自部分1100的手动采样技术)通常不能对金属污染随着时间推移的特殊性做出解释。这样，通常在不知道浴中的金属污染物的情况下交换化学品。这可能导致其中化学浴可以实际上提供另外的晶片处理的过度交换，但是不管怎样都被更换了(例如，导致过程正常运行时间的损失)，或者可能导致其中化学浴实际上具有不可接受的金属污染的交换不足，但是未被更换直到较晚的时间为止(例如，可能危害通过该过程生产的晶片)。如在部分1102中可见的，可以利用系统100以较高的频率自动地追踪金属污染。设置污染限制1104以在达到针对化学浴的污染物限制时警报CIM主机906。因此，系统100可以在达到污染限制1104时(例如，避免交换不足)自动地引起过程操作中的停止，而在未达到污染限制1104时允许过程继续，从而在可行时提供过程正常运行时间(例如，避免过度交换)。
结论
在实施方式中，各种分析设备可以使用本文中所描述的结构、技术、方法等。因此，尽管本文中描述了系统，但是各种分析仪器可以使用所描述的技术、方法、结构等。这些设备可以被配置为具有有限的功能(例如，薄设备)，或具有鲁棒的功能(例如，厚设备)。因此，设备的功能可能涉及设备的软件或硬件资源，例如处理能力、存储器(例如，数据存储能力)、分析能力等。
通常，本文中所描述的功能中的任何功能可以是使用硬件(例如，诸如集成电路的固定逻辑电路)、软件、固件、手动处理或其组合来实施的。因此，在上文公开内容中论述的块通常表示硬件(例如，诸如集成电路的固定逻辑电路)、软件、固件或其组合。在硬件配置的实例中，在上文公开内容中论述的各种块可以与其它功能一起被实施为集成电路。这种集成电路可以包括给定的块、系统或电路的功能中的所有功能，或者所述块、系统或电路的功能中的一部分功能。进一步地，块、系统或电路的元件可以是跨越多个集成电路实施的。这种集成电路可以包括各种集成电路，包括但不必要限于：单片集成电路、倒装芯片集成电路、多芯片模块集成电路、和/或混合信号集成电路。在软件实施方式的实例中，在上文公开内容中论述的各种块表示当在处理器上被执行时执行指定任务的可执行指令(例如，程序代码)。这些可执行指令可以存储在一个或多个有形的计算机可读介质中。在一些这种实例中，整个的系统、块或电路可以使用其软件或固件等同物来实施。在其它实例中，给定的系统、块或电路的一部分可以实施成软件或固件，而其它部分实施成硬件。
虽然已经以结构特征和/或过程操作所特定的语言描述了主题，但是应当理解的是，在所附权利要求中限定的主题不必要限制于上文所描述的具体特征或动作。相反，上文所描述的具体特征和动作是作为实施权利要求的示例性形式而公开的。

Claims (14)

1.一种用于由分析系统分析液体样品的样品浓缩系统，包括：
多个阀，至少包括第一阀、第二阀和第三阀，所述多个阀能够在不同的流动路径配置之间切换；
多个柱，至少包括第一柱和第二柱，所述第一柱和所述第二柱被配置为保持来自液体样品的至少一种感兴趣的化学品，所述第一柱流体地耦合到所述第一阀，所述第二柱流体地耦合到所述第二阀；以及
流量计，其与所述第三阀耦合，当所述多个阀处于第一流动路径配置中时，所述流量计与所述第一柱和所述第二柱中的每者流体地耦合，以测量通过所述第一柱和所述第二柱的所述液体样品的量，其中，所述多个阀包括第二流动路径配置，在所述第二流动路径配置中，所述第一柱、所述第一阀、所述第二阀和所述第三阀流体连通，并且所述第二柱和所述流量计不与所述第一柱流体连通，并且所述多个阀包括第三流动路径配置，在所述第三流动路径配置中，所述第一柱、所述第一阀、所述第二柱、所述第二阀和所述第三阀流体连通，并且所述流量计不与所述第一柱或所述第二柱流体连通。
2.根据权利要求1所述的样品浓缩系统，还包括：
控制器，其可操作地与所述流量计和所述多个阀耦合，所述控制器被配置为将由所述流量计测量的通过所述第一柱和所述第二柱的所述液体样品的所述量与样品的阈值相比较。
3.根据权利要求2所述的样品浓缩系统，其中，当由所述流量计测量的通过所述第一柱和所述第二柱的所述液体样品的所述量至少满足样品的所述阈值时，所述控制器将所述多个阀从所述第一流动路径配置切换到所述第二流动路径配置。
4.根据权利要求2所述的样品浓缩系统，还包括：
能够由所述控制器存取的计算机存储器，所述计算机存储器存储样品的所述阈值。
5.根据权利要求2所述的样品浓缩系统，还包括：
能够由所述控制器存取的用户接口，所述用户接口被配置为从用户接收样品的所述阈值。
6.根据权利要求1所述的样品浓缩系统，其中，所述第一柱是与所述第二柱不同的柱类型。
7.根据权利要求1所述的样品浓缩系统，其中，所述第一柱是螯合柱，并且其中，所述第二柱是阳离子交换柱。
8.根据权利要求1所述的样品浓缩系统，其中，所述第一柱或所述第二柱中的至少一者包括阴离子交换柱、阳离子交换柱、螯合柱、或色谱柱。
9.根据权利要求1所述的样品浓缩系统，其中，所述多个阀包括第四流动路径配置，在所述第四流动路径配置中，被引入到所述第一阀的所述液体样品在传输到所述第三阀期间绕过所述第一柱和所述第二柱中的每者。
10.根据权利要求1所述的样品浓缩系统，其中，所述第一阀包括针对所述液体样品和针对内标物的输入，所述第一阀被配置为在将所述液体样品引入到所述第一柱之前，混合所述液体样品和所述内标物。
11.根据权利要求1所述的样品浓缩系统，还包括：
与所述第三阀耦合的喷雾器，当所述多个阀处于所述第二流动路径配置中时，所述喷雾器与所述第一柱流体连通。
12.根据权利要求1所述的样品浓缩系统，还包括：
与所述第三阀耦合的喷雾器，当所述多个阀处于所述第三流动路径配置中时，所述喷雾器与所述第二柱流体连通。
13.根据权利要求1所述的样品浓缩系统，还包括：
耦合在所述第三阀与分析系统之间的传输线路，当所述多个阀处于所述第二流动路径配置中时，所述传输线路与所述第一柱流体连通。
14.根据权利要求1所述的样品浓缩系统，还包括：
耦合在所述第三阀与分析系统之间的传输线路，当所述多个阀处于所述第三流动路径配置中时，所述传输线路与所述第二柱流体连通。
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