CN1675530A - 抽吸和稀释样本的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种抽吸设备(50)，其将样本(52)与泵(72)隔离，从而避免了所谓的“记忆效应”问题。使用第一泵(54)将该样本抽吸到中间部分或缓冲区域(64)中。通过使用第二泵(72)将第二流体(74)抽吸到该缓冲区域中而将样本从该缓冲区域置换掉。当该样本被从该缓冲区域置换掉时，其进入到混合器(78)，在该混合器中对该样本进行分析前的稀释。该第二泵需要以高精度进行操作，从而对该样本以恒定的量进行稀释。优选地，该第二泵是高精度活塞泵。

Description

抽吸和稀释样本的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于将样本抽吸到分析设备并在分析该样本之前稀释该样本、或用于任何其它原因的方法和设备。
在本文中，参考在质谱仪中受到分析之前需经稀释的液体样本来描述本发明。然而，本发明不限于液体样本或质谱分析，且本发明同样可应用于溶解的或悬浮的样本和任何其它测试或分析设备。
背景技术
用于分析液体中微量元素的分析设备对溶解固体材料或基质(诸如CaCO3或溶解在水中的盐类或其类似物)含量较高的样本的测量能力有限。使用者所关心的微量元素通常仅占十亿分之几或更少，而基质却可占百万份之几或更高。如此高含量的基质会对分析设备造成不良影响，例如，材料可沉积于喷孔、玻璃器皿和离子光学元件上。因此，有必要在分析前稀释样本。
感应耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)通常要求总溶解固体含量小于2000mg/l，以避免这些不利的影响。溶解的固体可沉积于仪器中的组件上，例如沉积于用以采样等离子体并撇出一部分超音速喷流的锥体上，从而显著降低测试结果和任何其它随后测试的结果的可靠性。如果发生了材料沉积，那么必须在彻底地清洗仪器后才能重新开始精确测试。
测试实验室通常需要快速分析许多样本，其中每一样本的基质含量变化很大。通常，使用者将希望按预定量稀释每一样本以判定存在于每一样本中的分析物，和该样本是否可不经稀释便可加以分析。如果需要稀释，那么此初始测试可提供对稀释因子的指示，所述稀释因子是使总溶解固体含量降至仪器可接受的水平所需的。
如果每天有许多样本需要分析，那么这些人工干预就太麻烦，太耗时且成本太高。目前，一旦清洗了分析器，就重新分析会对仪器造成无法承受的溶解固体负担的样本。为了进行清洗必须停止分析，且由于疏忽而在分析器被污染后被分析的样本必须重新分析。这就需要相当多的操作员干预。这种对样本处理量的限制是我们不愿看到的，且操作员干预的成本高昂。
以前已使用过自动稀释系统，参看图1，其以高度图解的形式显示了本领域中已知的这样一种自动系统10。样本泵14将样本12从容器汲取到混合管16。相似地，稀释剂泵20将稀释剂18从单独的稀释剂容器汲取到混合管16。所述样本在混合管中与稀释剂完全混合而受到稀释。仪器泵22将稀释过的样本从混合管中汲取到仪器或分析器中(图1中未显示)。
样本泵与稀释剂泵都必须能够保持精确的流动速率以确保精确地稀释样本。如果稀释没有保持在已知的水平上且没有保持在相对严格的公差之内，那么分析结果的精度可能是不可接受的。同样，仪器流动必须保持在精确的流动速率，以确保以已知的可控制的速率将稀释过的样本抽吸到分析器的输入端。因而，所有的泵(和它们的相关流动速率)需要受到精确控制以保持精确的测试结果。
目前，使用蠕动泵来抽吸样本、稀释剂和稀释后的样本通过稀释系统。通常将50∶1的稀释剂对样本的稀释比率用于质谱分析。因此，稀释剂泵速率通常比样本泵速率大50倍。蠕动泵的流动速率的范围有限且样本泵和稀释剂泵通常以其流动速率范围的极限值工作。同样，蠕动泵的有限流动速率限制了可用来稀释样本的稀释因子；当稀释剂泵以最大流动速率工作且样本泵以最小流动速率工作时发生最大稀释。
稀释过的样本进入仪器(未显示)时应具有的速率取决于所用仪器的类型，但该速率相对较低且通常为每分钟几毫升。如果超过该速率，仪器将被稀释过的样本堵塞，这将在质谱仪中造成问题并对分析结果具有不良影响。通常，样本泵与稀释剂泵的组合流动速率远远超过仪器泵的流动速率。这是因为所有泵都具有相对相似的流动速率范围，且例如在稀释因子大于10的情况下，稀释剂泵20必须以高流动速率工作。该高流动速率通常超过分析仪器可接受的流动速率。因此，需要提供废液出口24以防止在系统中压力的累积；未抽吸到仪器中的过量的稀释过的样本流到废液容器26。在高稀释因子的情况下，流到废液容器的溶液可比进入仪器中的流量高50倍。废液容器中的材料被丢弃；因为精确的测试结果所需要的高质量稀释剂相对昂贵，所以此种损耗是测试实验室的额外经济负担。
图2中以高度图解的形式显示了本领域中已知的另一种自动抽吸系统28。注射泵31沿着第一导管30抽吸样本29以填充注射器(未显示)。关闭阀门32以防止流体从泵释放导管33进入注射器。当泵装满适当量的样本时，打开阀门且以恒定的速率拉动注射器栓塞，以提供大致由箭头Z所示方向的沿着导管33的样本流。泵中的单向阀门(未显示)防止样本在沿着导管33流动的阶段中流回容器29。
以大致为“T”或“Y”形的构造与导管33邻接的第二导管35界定了该导管的混合区域34。当仪器泵系统(例如，喷雾器)抽吸溶液时，导管35中会产生不受控制的压力下降。这会导致溶液不受控制地自混合区域34沿着导管33’流动。该流动速率为来自注射泵的受控制的溶液流动与沿着导管35的不受控制的稀释剂的流动的组合。若无法控制稀释剂的流动就会导致无法控制稀释因子。在该配置中没有仪器泵来将稀释过的样本抽吸到分析器。
依靠这种配置的系统会出现问题。例如，该系统可提供的稀释因子是有限制的，特别是在分析器需要以特殊速率抽吸稀释过的样本时。可通过提供类似于图1中显示的仪器泵和压力释放系统来克服这个问题。然而，与图1中的系统相关的问题(例如，稀释剂废弃物)现在在该系统中变得普遍起来。
在US 4,245,509(仪器实验室有限公司(InstrumentationLaboratory Inc.))和US 5,007,297(太平洋科学公司(PacificScientific Company))中揭示了本领域中已知的抽吸系统。
此外，在工作期间曝露于样本的泵部件的污染可导致随后的样本被污染，从而造成不精确的分析结果。这个所谓的“记忆效应”问题对高敏感性分析仪器特别麻烦。随着测试仪器变得更敏感，这个问题更为显著。(例如，我们已发现当使用相对不敏感的原子吸收分析仪器来测试样本时，这个问题对分析结果的影响非常小，但当使用高敏感性ICP-MS分析工具来测试样本时，这个问题将难以处理。)
同样，某些流体可损伤泵组件。这些被损伤的组件可导致不精确的流动速率，或更为严重的，它们可使泵在长时间没有修理或没有定期保养的情况下变得不可用。
目前使用蠕动泵；被抽吸的液体仅与这些泵中的导管(其可由弹性材料制成)接触。然而，如前所述，蠕动泵不具有足够的流动速率范围和足够的精确性来以足够低的流动速率分配样本溶液，以避免将有用的流体释放到废液容器中。此外，由于蠕动泵有限的有效流动速率范围，使用蠕动泵会限制可达到的稀释因子。
发明内容
本发明的一个目的是改进与现有技术相关的问题。
更确切地说，本发明提供一种将样本抽吸到分析器以供分析的泵设备，该设备包括：第一泵，其被配置成以第一流动速率将样本抽吸进缓冲区域中；和第二泵，其被配置成随后以第二流动速率将第二流体抽吸进该缓冲区域中，以促使至少一部分样本从缓冲区域转移到分析器，可操作该第二泵以使第二流动速率相比第一流动速率可受到更精确控制。
有利地，将第二流体抽吸进缓冲区域的第二泵装置与样本隔离，以使该泵装置不与样本接触且因此克服了记忆效应问题。此外，因为可以用相对高的精确度控制第二泵的流动速率，所以随后的样本稀释可达到更高水平，且这对分析结果的影响相比现有技术的系统而言更少，且我们发现这对于相对精确的分析设备(例如ICP-MS)是必要的。
本发明的实施例还可包括可在第一位置与第二位置之间移动的流动开关装置，这样配置该流动开关装置以使：(a)当该开关装置位于第一位置中时，缓冲区域与第二泵流体连通，和(b)当该开关装置位于第二位置中时，第一缓冲区域端口与出口管道连通，且第二缓冲区域端口与第一泵流体连通。
本发明的实施例还可包括一个废液管道，这样配置该废液管道以使：当该开关装置位于第一位置中时，缓冲区域也与废液管道流体连通。
本发明的实施例还可包括，当该开关装置位于第二位置中时，废液管道与第二泵流体连通，该第二泵可被配置成抽吸冲洗剂。
本发明的实施例可进一步包括，
当该开关装置位于第一位置中时，第一泵与出口管道流体连通，以便将第二流体抽吸到出口管道中，以转移其中的样本流体或第二流体。
有利地，实施例进一步包括用于将样本与稀释剂混合的混合区域，和用于从该混合区域将稀释过的样本抽吸到分析器的第三泵装置，其中，该混合区域置于出口管道与分析器之间。
本发明进一步提供一种使用抽吸系统来将用于分析的样本流体抽吸到分析仪器的方法，该抽吸系统包括：存储样本流体的缓冲区域，该缓冲区域被配置成具有至少两个端口；该方法包括：使用第一泵装置通过第一端口将第二流体抽吸到样本流体缓冲区域中，藉此将所述缓冲区域中的样本流体转移到分析器中。
有利地，当该系统进一步包括第二泵装置以及配置成供样本流体和/或到分析器中的流体流动的出口管道时，该方法还可包括使用第二泵装置将样本抽吸到缓冲区域中。
有利地，当该系统进一步包括可在第一位置与第二位置之间移动的流动开关装置时，该方法进一步提供：当该流动开关装置位于第一位置中时，使用第二泵将样本抽吸到缓冲器中，将该流动开关装置切换到第二位置处，并使用第一泵将第二流体抽吸到缓冲区域中以转移所述缓冲区域中的样本；其中该流动开关装置被这样配置以使：(a)当该开关装置位于第一位置中时，缓冲区域与第二泵流体连通，和(b)当该开关装置位于第二位置中时，第一缓冲区域端口与出口管道连通，且第二缓冲区域端口与第一泵流体连通；。
本发明进一步还提供一种防止第一泵装置被样本污染的方法，该方法包括：使用第二泵将样本置于中间区域中，通过使用第一泵装置将第二流体抽吸到该中间区域中，以将样本从该中间区域转移出。
本发明一个主要的优点大致在于一种抽吸或稀释系统，在该系统中以由高精确性泵所决定的流动速率将样本抽吸到分析仪器中，而不使该泵曝露于样本。这可以降低样本损伤或污染该泵的可能性。同样，样本的相对高精确性稀释可能需要精确的流动速率。
本发明的实施例的优点还在于提供了更易于控制且流动速率和稀释因子的精确水平更好的一种抽吸/稀释系统和方法。同样，在正常工作期间实际上没有浪费任何稀释剂。可有利地使用控制器来控制第二和第三泵的流动速率。通过相应地调整第二泵和/或第三泵的流动速率可轻易地控制一个稀释因子，该稀释因子等于第四流动速率对第二流动速率的比率。对稀释因子的控制可大体上响应来自分析设备的数据而实时发生。同样，用于提供精确的、低水平的样本流的泵组件不会曝露于由样本中所悬浮的固体所导致的潜在损伤性腐蚀物、化学腐蚀或磨损。样本溶液不会进入第二泵。
本发明的实施例的进一步优点为大量减少了操作员干预并增加了样本处理速率。该等实施例目的在于：在将样本引入分析器中之前，提供稳定且安全的样本自动稀释。样本处理速率可获得极大增加。将样本稀释到安全水平的优点还在于：通过对样本的自动稀释来在样本内在微量水平上执行具有所需精度的分析。还可通过控制样本吸取中的流动速率而相对快速地引入新的(或不同的)样本溶液到缓冲器中，从而增加样本的处理量。通过降低稀释系统所用的稀释剂的量可降低稀释样本的成本；可能仅会消耗将样本稀释到所需安全水平所需要的稀释剂量，且很少或没有稀释剂被浪费。“安全水平”指避免污染分析仪器所必要的稀释因子。
附图说明
现将参照附图，通过示例来描述本发明的一个实施例，其中：
图1为本领域中已知且如上所述的一种泵系统的示意图；
图2为本领域中已知且如上所述的一种泵系统的示意图；
图3为一种实现本发明的泵系统的示意图，该系统具有在第一位置中的一个开关；和
图4为图3的开关在第二位置中的示意图。
具体实施方式
参考图3，其以图解形式显示一个实现本发明的泵系统50。将被分析的样本52由自动取样器54沿着第一导管或样本吸取导管56从容器中汲取到一个阀门或导管流动开关58。这个实施例中使用的自动取样器在本领域中为人所熟知且其包括一个泵(未显示)和一个探针60。该探针可被移动而插入位于该探针之下的容器中的流体中。可将不同的容器放在一个回转车(未显示)上，以使得可通过探针和自动取样器泵来将不同的样本或清洗剂62汲取到泵系统中。
开关58包括六个输入/输出端口A、B、C、D、E和F，和三个分别将一个端口与另一个端口接合的内部导管或管道。开关可在两个位置之间移动，以使当移动该开关时，可将流体从一个导管流到另一个导管的流动切换为从该导管到一个不同的导管。该开关在图3中显示位于第一位置，而在图4中显示位于第二位置。
在初始或样本吸取阶段中，当将样本汲取到该系统中时，如图3中所示那样配置该开关(第一位置)，以使端口A连接到端口F、端口B连接到端口C且端口D连接到端口E。从而流体可分别在连接到端口A和F，端口B和C，以及端口D和E的导管之间流动。
第二导管或样本存储导管64连接端口E与端口B。从而，在样本吸取阶段中，通过开关端口D将样本抽出开关端口E并将样本抽进第二导管64中；所述端口执行动作以允许流体流动通过端口，并流进或流出与该端口相连的导管、管道或腔室。进入第二导管中的样本可通过端口B将第二导管中任何已经存在的流体转移到开关中。第三导管或废液管道66连接到开关的端口C(该端口C在样本吸取阶段中又连接到端口B)和废液单元68。这样，从第二导管中转移出来的流体被推动通过开关(通过端口B和C)、沿着第三导管进入排液或废液单元。
第二导管64具有足够的体积来容纳或存储测试所需要的足够样本流体。通常，对于ICP-MS装置而言，为获得充分的分析结果，单个样本需要1-10ml的体积，然而这个体积取决于进入质谱仪的样本的稀释因子。控制自动取样器从样本容器中将一定体积的样本汲取到第二导管中，所汲取样本的体积超过导管56、第二导管64和流体通过开关58所占任何体积的组合体积。这可确保样本完全充满第二导管。从而，在样本被汲取到该导管中之前，可将第二导管中的任何流体冲出第二导管64。同样，当样本更新完成时，位于样本与任何在样本吸取之前占据第二导管的流体之间的交界面现在位于第三导管66中。
现将描述泵系统的第二样本抽吸阶段，在该阶段中将样本抽吸到仪器中以供分析。一旦第二导管64已经充满足够的样本，自动取样器便停止从容器抽吸样本。将开关切换到图4中所示的第二位置处，在第二位置中端口A连接到端口B、端口C连接到端口D，且端口E连接到端口F。该开关结构现在通过开关端口A和B将第四导管或系统泵导管70连接到第二导管上的一端。第二导管连接到端口B的端部远离自动取样器，且该导管中的流体通过该端部通往废液出口(如先前所描述)。这样，因为第二导管已经全部充满样本，所以该端部容纳样本流体。
现在可操作第一系统泵72来将流体或稀释剂73从容器74抽吸到端口A中。该流体最好适于稀释样本且应具有极高水平的纯度。流体被泵72抽吸到开关(端口A)中，且由此被抽吸到第二导管的远端(端口B)中。以这种方式，第二导管64中的样本被从第二导管转移出，通过开关端口E，流出开关端口F，并转移进第五导管或开关出口导管76。沿着第五导管的流动速率(升/分钟)等于沿着第四导管70的泵流体的流动速率。当然，这是在假定流体不可压缩且导管在正常工作期间不膨胀的情况下。
同时，现在切换取样器探针，以便通过开关58且沿着第二导管66经由端口D、E、B和C将另一流体62抽吸到导管56中。另一流体最好适于清洗或冲出导管56及探针中的样本流体，从而通过将样本溶液通过导管66冲到废液容器68中来清洗这些组件，从而为下一次取样做好准备。现在第一导管通过开关端口D和C与第三导管66连通(因为该开关处于第二位置中)，以使清洗流体将样本从导管56冲入废液导管66并冲到废液处理装置68中。
通过第五导管76的样本的流动速率由样本泵72控制为流速1。样本进入第五导管端部的混合区域78，在那里与稀释剂80混合。在混合区域78处，第五导管76与第六导管或样本稀释剂导管82接合而形成单个第七导管或仪器输入导管84。该混合器是管道或导管中的“Y”或“T”形构造的接合处。还可使用更复杂的形状或构造来促进样本与稀释剂溶液的混合。混合区域的出口包括单个导管84，所述导管84设置于混合区域与第二泵86之间，该第二泵86将流体从混合区抽吸到仪器(未显示)中以供分析。
样本与稀释剂的混合过程分别发生在第五、第六和第七导管76、82和84的交界面处，该混合过程用以形成稀释过的样本。额外的混合过程还可沿着从混合器到分析器的第七导管(未显示)的一定长度发生，但混合过程应在稀释过的样本进入分析器之前完成。在接合处和沿着第五导管处样本和稀释剂的湍流作用下，并且也由于该等两种流体的扩散而发生混合。在这个实施例中，混合也可随着流体经过第二泵86而发生。
第一泵或样本泵72最好为类似于全球FIA有限公司(Global FIAInc.)所供应的milliGAT泵压头(公开于US 6,079,313中)的活塞型泵。这种泵相比蠕动泵而言可允许大得多的流动速率范围(举例而言)，且如果需要，这种泵可在作业中以恒定的或变化的流动速率连续地抽吸相对少的体积的样本。特别地，这种泵能够以高水平的准确性及精确性输送非常低的流动速率。此外，该活塞泵系统没有先前所描述的与现有技术的泵系统相关的缺点。第二泵或仪器泵与第一泵可为相同类型，或者(如果适当的话)可为蠕动泵。
通常，自动取样器也是蠕动泵。将这种泵用于样本抽吸的优点为：可将样本保持在泵管道中，从而样本不会损伤任何泵组件。然而，蠕动泵不能以所需要的精确度且以近乎无脉动的输送来分配低速率(通常为每分钟几微升)的流体。蠕动泵因此仅限于相对高的体积流动速率(每分钟几毫升)，且抽吸速率相对不精确、不准确。这些蠕动泵适于本文中所描述的应用，在该应用中样本存储器可很快被充满，且泵不受腐蚀或机械损伤的困扰。当然，这些泵并不适于将样本抽吸到混合器78，因为它们在保持精确的样本稀释因子所需的一致的流动速率中不具有相同量的可控制性。换句话说，这些不适合的泵的流动速率会变化或脉动，其变化或脉动程度可能对稀释过的样本的一致性造成危害。
稀释剂80被从稀释剂容器81汲取到第六导管82并进入混合区78中，在那里稀释剂80与样本混合，且因此稀释了样本。稀释剂在第六管道的端部进入该系统，该端部完全浸在稀释剂中以确保空气不会进入该系统。从混合器到稀释过的样本的仪器的流动可由第二泵86精确控制为流速3。因而，当流速1＜流速3时，根据下式以流动速率的流速2沿着第六管道82将稀释剂汲取到混合器中：
流速1+流速2＝流速3；
假定导管中的液体为不可压缩的。(可以以升/分钟为单位来测量该流速)。
最好通过第二泵86来保持流速3恒定，因此仪器的稀释过的样本的到达速率可为恒定的。因此，变化第一泵的流动速率可改变稀释样本的稀释因子D，其中
D＝流速2/流速1，或
D＝(流速3/流速1)-1。
所以，根据以上等式且假定流速3为恒定的，第一泵的流动速率(流速1)的降低会增加流向混合器区的稀释剂流动，且因此会增大稀释因子D。
现在提供实现本发明的泵系统如何与ICP-MS仪器一起工作的一个实例。在工作期间，在分析样本之前可通过离散的稀释因子D1例行地稀释所有样本。最初将D1设定为相对高的水平，以便在分析样本时，样本被稀释到达这样的程度，即样本中的任何溶解固体(或基质)都得以充分稀释。以这种方式，可防止或降低对分析仪器或测试结果的不利影响。通常，D1＝100。
由检查分析器结果的分析软件来判定样本中基质稀释的程度，以确定是否需要进一步稀释。并且，处理分析结果以判定测量到的分析信号的精确度。举例而言，如果分析信号太微弱，那么可能需要降低稀释因子。此外，如果分析信号太强，那么仪器可能不能以所需要的准确度测量分析浓度(在这种情况下可能需要用因子D2进行进一步的稀释)。
可通过比较来自分析器的基质信号与用来提供足够准确结果的预定最大水平来计算D2。如前所述，通过调节第一泵72的流速1来得到新的稀释因子D2。结果，由于从分析器可得到分析结果，因此可实时地控制稀释因子。
控制器或PC 88分别控制第一泵72和第二泵86的流动速率。沿着链路100将得自仪器分析结果的数据输入到该控制器中。分别通过链路102和104控制第一和第二泵。可沿着链路106控制自动取样器且沿着链路108控制开关。可将流动速率信息或数据从该等泵(或任何流速计；未显示)传回到控制器以供控制器使用。因此，控制器可能改变与分析器结果有关的稀释因子(如果需要的话)。举例而言，如果结果显示稀释过的样本中残留的基质对于精确分析来说太多，那么如前所述，控制器可降低第一泵的流动速率，藉此增大稀释因子。
一旦已经分析了样本并获得了所需结果，系统50便可开始对新样本的稀释过程，如下所述。控制器停止第一泵72和第二泵86且开关移动进入到初始配置中(如上所述)。重新启动泵72和86，且第一泵72接下来开始通过开关端口A和F以及第四管道70以大体上小于流速3的缓慢速率将稀释剂抽吸到第五管道76中。仪器泵86以流速3或接近流速3的流速运行，这样从容器81中抽取大量的稀释剂并以高稀释因子来稀释样本，并将其抽吸到分析器仪器中。分析器继续工作而不读取任何读数。当从第五管道76中转移出其中所有的样本时，第一泵72结束对稀释剂的抽吸。这可以通过在一段预定的时间T中以预定流动速率F抽吸第二流体或稀释剂73来控制，其中
T＞V/F
且V为开关(端口A与端口F之间)和第五管道76中的流体所占的体积。这有助于确保所有残留在第五管道中的样本被冲出且不会污染下一个用于分析的样本。可通过减小开关与混合区域之间第五管道的长度(并因此减小体积)来使T最小化。
同时，自动取样器54将新的样本汲取到系统中，而如前所述，第一和第二管道(56和64)中的所有样本已被冲掉。
在第二或样本抽吸阶段(阀门58已被切换到第二位置)期间，第一泵72大体上以流速3工作一个初始周期，直到第五管道76中的所有稀释剂73被来自第二管道64的样本流体置换。当第五管道中完全充满样本时，第一泵的流动速率将降低到流速1，且如上所述，样本稀释会因此而发生。可使用适当的等式来计算样本完全充满第五管道所需要的时间。
以这种方式，以精确稀释所需要的精确流动速率将样本抽吸到仪器中而样本不会污染或腐蚀第一泵72的组件。此外，本发明中所运用的冲洗循环极大地降低了对系统组件的污染。
判定稀释因子的一种可替换的方法可包括以已知的浓度水平为样本溶液“掺入(spike)”或“加入(lace)”一种已知物质。该掺料通常被称为内标物。对分析器结果的分析是通过所述结果中已知物质含量的降低来显示有多少样本已被稀释。当然，该已知物质应是在添加掺料之前样本或稀释剂中不存在的物质。例如，这些已知物质可能包括铑或铟。
为获得非常精确的稀释因子水平，最好对样本和稀释剂都进行掺入。举例而言，样本可掺有浓度水平为十亿分之100(ppb)的铑和浓度水平为10ppb的铟。稀释剂并不掺有铑，但可以掺有10ppb浓度水平的铟。如果以(例如)50倍来稀释样本，那么铑浓度为2ppb(稀释后)。铟的内标物仍为10ppb的浓度水平，这是因为样本和稀释剂都含有10ppb的铟。
然而，如果稀释中存在不稳定性(这种不稳定性可能是由例如混合器中的气泡或是样本与稀释剂不一致的混合所造成的)，那么铑浓度的值会变化。在气泡经过系统的情况下，铑浓度水平的读数可能为1.2ppb，下一批的读数为1.99ppb且最后一批的读数为2.0ppb。这就导致平均值为1.73ppb，或导致50∶1的预期稀释因子的误差为13.5％。可通过换算每一批的数值来对每一批进行校正；第一批的换算因子可为2/1.2，第二批的换算因子可为2/1.99且第三批的换算因子可为2/2.0。这可以消除在没有注意到稀释因子的异常情况时所测到的样本浓度水平本来会发生的任何误差。这种对内标物的掺入或使用将允许超过50∶1的稀释，而不会有微气泡或混合效应导致数据误差的风险。
此外，特别是在将样本抽吸到混合器中并将混合器中的流体抽吸到仪器中但是并不主动地将稀释剂抽吸到混合器中(即，在稀释剂容器与混合器之间的线路上没有泵，因此稀释剂的流动与样本泵和仪器泵的相对流动有关)的情况下，为稀释剂和样本掺入具有相同浓度水平的铟是有利的。当需要的稀释因子为零时会出现问题。为达成零稀释，仪器泵和样本泵都应以相同的流动速率运行。然而，如果样本泵的运行比仪器泵略快，那么一部分样本被迫进入稀释剂中，从而污染稀释剂。因此，样本泵最好以比仪器泵流动速率小大约10％的流动速率运行。以这种方式，样本仅受到轻微稀释。检测铑浓度水平就可解决或判定这个小稀释因子。
铟掺料还可用来检测和/或判定在样本电离过程中可能发生的任何变化。在ICP-MS的情况下，电离发生在等离子体喷灯(torch)中，且可通过在质谱中检测到的铟的水平来检测喷灯一致性或等离子体条件的变化。这是因为铟浓度水平应该总是10ppb，但如果检测到铟浓度水平小于该浓度，那么举例而言，可以对导致离子形成过程中的不一致性的因子进行校正。
本发明可极大地改良实现本发明的仪器的处理量，且需要更少的来自操作员的干预。此外，如果稀释因子保持在相对高的水平，那么就可以防止基质材料污染分析器的入口，从而减少清洗该仪器所需的停工时间。
上述泵系统为一种“闭合”构造，其指的是样本和稀释剂都容纳在从开关到出口的系统之中。通过保持系统闭合，上面的等式在工作期间得以保持。因此，确保稀释剂和样本在工作期间不会流出以防止空气进入系统是很重要的。
泵系统50的管道或导管组件应由适当的刚性材料制成以防止在任何压力下发生膨胀或收缩。这种膨胀或收缩是不可取的，因为它会影响样本、稀释剂和稀释过的样本所占的体积。如果膨胀或收缩的程度为可测定的或为可预测的，那么这种膨胀或收缩是可容许的。
最好应将混合器设计成可通过在导管的混合区域产生湍流来确保样本与稀释剂完全混合。
第一泵和第二泵应提供没有任何脉动的大体上连续的流动。可使用安置在各个泵的前部或后部的独立流速计来测定来自每个泵的流动速率，这些流速计具有到泵控制器的适当的反馈回路。或者，可使用内标物来测量稀释因子。如上所述，控制器可使用适当的软件程序来自动化样本的稀释和从一个样本到下一个样本的转换。使用适当软件程序的控制器可包括台式PC和流体开关装置58，该台式PC具有适当的输入和输出装置以监测和控制该等泵。
本发明的实施例所使用的样本的实例包括：饮用水、废水、海水、稀释过的酸、尿液、血液、脊髓液、溶解的固体或气体样本等。这些实例决不是全部的，且任何需要分析的液体样本都可以在被实现本发明的泵抽入分析器中之前受到稀释。当然，不同的样本需要适当的稀释剂，且对于给定样本的稀释剂的选择并不形成本发明的一部分。稀释剂可为去离子水、酒精等，但是哪种稀释剂最适合是取决于被分析的样本。
上述实施例提供了一种相对快速地且使用不精确、不均匀的流动速率泵(一般很便宜)将样本抽吸到存储器或缓冲器中的设备和方法。接下来(如果需要)使用精确的泵以相对缓慢的体积流动速率从存储器中移去或分配该样本，且使得该样本不会进入该精确泵或污染该泵的组件。以这种方式，可避免多个样本的交叉污染或泵腐蚀。
所属领域的技术人员在不背离权利要求范围的前提下，可以设想本发明的其它实施例。举例而言，已经描述的实施例使用串列的多个泵，但是使用其它抽吸系统也是可以的。同样，稀释剂80和73可容纳于相同的容器中。此外，容器62中的清洗溶液还可包括公共容器中的稀释剂80和73。

Claims (43)

1.将样本抽吸到分析器中以供分析的泵设备，包括：
第一泵，所述第一泵被设置成以第一流动速率将所述样本抽吸到一缓冲区域中，和
第二泵，所述第二泵被设置成随后以第二流动速率将第二流体抽吸到所述缓冲区域中，以使得至少一部分所述样本被从所述缓冲区域转移到分析器中，可操作所述第二泵，以使所述第二流动速率相比所述第一流动速率而言可受到更精确的控制。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括一混合器，所述混合器设置在所述缓冲区域的下游，且在位于一缓冲器出口管道上的所述分析器的上游，所述混合器被设置成在分析前将所述样本与一稀释剂混合以稀释所述样本。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，还包括第三泵，所述第三泵被设置成以第三流动速率将稀释过的样本抽吸到所述分析器中。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，以第四流动速率将所述稀释剂抽吸到所述混合器中，所述第四流动速率大体上为所述第三流动速率与所述第二流动速率之间的差值。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述第三泵被设置成将所述稀释剂抽吸到所述混合器中。
6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述缓冲区域被设置成具有一第一端口和一第二端口。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述第一泵被设置成通过所述第一端口将所述样本置于所述缓冲区域中，且所述第二泵被设置成通过所述第二端口将所述第二流体置于所述缓冲区域中。
8.根据权利要求6或7所述的设备，其特征在于，还包括
流动开关装置，其可在一第一位置与一第二位置之间移动，所述流动开关装置被这样设置以使：
(a)当所述开关装置位于所述第一位置中时，所述缓冲区域与所述第一泵流体连通，和
(b)当所述开关装置位于所述第二位置中时，所述第一缓冲区域端口与所述混合器流体连通，且第二缓冲区域端口与所述第二泵流体连通。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，还包括一废液管道，所述废液管道被这样设置以使：
当所述开关装置位于所述第一位置中时，所述缓冲区域也与所述废液管道流体连通。
10.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述开关装置被这样设置以使：
当所述开关装置位于所述第二位置中时，所述废液管道与所述第一泵流体连通，所述第一泵被设置成抽吸一冲洗剂。
11.根据权利要求8、9或10所述的设备，其特征在于，还包括：
当所述开关装置位于所述第一位置中时，所述第二泵与设置在所述混合器与所述缓冲区域之间的所述出口管道流体连通，从而可将所述第二流体抽吸到所述出口管道中，以置换其中的所述样本流体或第二流体。
12.根据权利要求2或11所述的设备，其特征在于，所述混合区域包括两个或两个以上的输入管、一混合部分和一出口管，
第一输入管被设置成将所述样本流体从所述缓冲区域传送到所述混合部分，和
第二输入管被设置成将所述稀释剂传送到所述混合部分。
13.根据权利要求11或12所述的设备，其特征在于，还包括：
当所述开关装置位于所述第二位置中时，
所述第二泵被设置成以所述第二流动速率将所述样本流体抽吸通过所述混合区域，和
所述第三泵被设置成以第三流动速率抽吸稀释过的样本流体。
14.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，还包括一控制器，所述控制器用于在工作期间监测和/或调节所述第一、第二或第三泵装置中的至少一泵装置，和/或所述开关装置。
15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述控制器为一PC。
16.根据权利要求14或15所述的设备，其特征在于，所述控制器被设置成从所述分析器接收分析数据。
17.根据权利要求13和16所述的设备，其特征在于，所述第三速率大体上大于等于所述第二速率，和
其中所述控制器被设置成响应所接收的分析数据而调节所述第一和/或第三速率。
18.根据权利要求17所述的设备，其特征在于，所述控制器被设置成实时地调节所述流动速率。
19.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述分析器为一质谱仪或一感应耦合等离子体质谱仪。
20.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第二泵装置包括一活塞泵。
21.一种用于分析样本流体的分析器，其包括根据前述权利要求中任一项所述的抽吸系统。
22.根据权利要求21所述的分析器，其特征在于，所述分析器为一质谱仪或一感应耦合等离子体质谱仪。
23.一种使用抽取设备将样本流体抽吸到分析仪器中以供分析的方法，所述抽取设备包括：
临时存储所述样本流体的缓冲区域，所述缓冲区域设置有至少两个端口，
使用第一泵装置以第一流动速率通过第一端口将所述样本流体置于所述缓冲区域中，且
所述方法包括：
使用第二泵装置以第二流动速率通过第二端口将第二流体抽取到至少部分被充满的所述缓冲区域中，藉此将所述缓冲区域中的所述样本流体转移到所述分析器中，
借此所述第二泵装置相比所述第一泵装置而言可受到更精确的控制。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述设备还包括：
流动开关装置，其可在一第一位置和一第二位置之间移动，所述流动开关装置被这样设置以使：
(a)当所述开关装置位于所述第一位置中时，所述缓冲区域与所述第一泵流体连通，和
(b)当所述开关装置位于所述第二位置中时，所述第一缓冲区域端口与所述混合器流体连通，且第二缓冲区域端口与所述第二泵流体连通；
所述方法还包括：
当所述流动开关装置位于所述第一位置中时，使用所述第一泵将所述样本抽吸到所述缓冲器中，
将所述流动开关装置切换到所述第二位置，和
使用所述第二泵将所述第二流体抽吸到所述缓冲区域中，以便置换所述缓冲区域中的所述样本。
25.根据权利要求24所述的方法，特征在于，所述设备还包括一废液管道，所述废液管道被这样设置，以使当所述开关装置位于所述第一位置中时，一缓冲区域端口与废液管道流体连通，
所述方法还包括：
将所述缓冲区域中过量的流体抽吸到所述废液管道中。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，还包括：
当所述开关装置位于所述第二位置中时，所述废液管道与所述第一泵流体连通，且所述第一泵抽吸一冲洗剂。
27.根据权利要求24至26中任一项所述的方法，特征在于，所述方法还包括：
当所述开关装置位于所述第一位置中时，所述第二泵与所述出口管道流体连通，和
所述第二泵将所述第二流体抽吸到所述出口管道中，以便置换其中的所述样本流体或第二流体。
28.根据权利要求24至27中任一项所述的方法，特征在于，所述设备还包括：
混合区域，其用于将所述样本流体与一稀释剂混合，和
第三泵装置，其将稀释过的样本流体从所述混合区域抽吸到所述分析器，
其中，所述混合区域被设置在所述出口管道与所述分析器之间；
所述方法还包括：
当所述开关装置位于所述第二位置中时，
所述第二泵装置以第二流动速率将样本流体抽吸到所述缓冲区域中，
所述第三泵装置以第三流动速率抽吸所述稀释过的样本流体，和
所述第三泵装置以第四流动速率抽吸所述稀释剂，所述第四流动速率大体上等于所述第三流动速率与所述第二流动速率的差值。
29.根据权利要求24至28中任一项所述的方法，其特征在于，所述设备还包括一控制器，所述控制器监测和/或调节所述第一、第二或第三泵装置中的至少一泵装置，和/或所述开关装置。
30.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，所述控制器接收来自所述分析器的分析数据。
31.根据权利要求28和30所述的方法，其特征在于，所述第三速率大体上等于或大于所述第二速率，且
其中所述控制器响应所接收的分析数据而调节所述第一和/或第三速率。
32.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，所述控制器实时地调节所述流动速率。
33.一种稀释一样本流体的方法，其使用根据权利要求1至22中任一项所述的设备，和根据权利要求23至32中任一项所述的方法。
34.一种电脑程序，当其在一电脑上运行时，执行根据权利要求23至33中任一项所述的方法。
35.一种电子载体装置，其上存储了根据权利要求33所述的电脑程序。
36.一种防止第一泵装置被一样本污染的方法，所述方法包括：
使用一第二泵将所述样本置于一中间区域中，
通过使用所述第一泵装置将一第二流体抽吸到所述中间区域中，而将所述样本从所述中间区域转移出。
37.一种稀释一样本流体以供分析的稀释系统，其包括：
缓冲区域，其用于存储所述样本流体并设置有一输入端与一输出端，
第一泵装置，其用于通过所述输入端将所述样本流体抽吸到样本流体缓冲区域中，
第二泵装置，其用于通过所述输出端将一第二流体抽吸到所述缓冲区域中，
出口管道，其被设置成供所述样本流体和/或流到所述分析器的流体流动
混合区域，其将所述样本流体与一稀释剂混合，
第三泵装置，其用于将稀释过的样本流体从所述混合区域抽吸到所述分析器，和
流动开关装置，其可在一第一位置与一第二位置之间移动，所述流动开关装置被这样设置以使：
当所述开关装置位于所述第一位置中时，所述缓冲区域输入端与所述第一泵连通，且所述样本流体可被抽吸到所述缓冲区域中，和
当所述开关装置位于所述第二位置中时，所述缓冲区域输入端与所述出口管道连通，且所述缓冲区域输出端与所述第二泵连通，以使所述第二流体可被抽吸到所述缓冲区域中，以置换所述缓冲区域中的所述样本，且其中所述混合区域设置在所述出口管道与所述分析器之间。
38.一种使用稀释系统稀释样本流体以供分析的方法，该稀释系统包括：
缓冲区域，其用于存储所述样本流体并设置有一输入端和一输出端，
出口管道，其被设置成供所述样本流体和/或第二流体流动到所述分析器，
混合区域，其用于将所述样本流体与一稀释剂混合，和
第三泵装置，其被设置成将稀释过的样本流体从所述混合区域抽吸到所述分析器，所述混合区域设置在所述出口管道与所述分析器之间，和
流动开关装置，其可在一第一位置与一第二位置之间移动，所述流动开关装置被这样设置以使：当所述开关装置位于所述第一位置中时，所述缓冲区域输入端与第一泵连通，且当所述开关装置位于所述第二位置中时，所述缓冲区域输入端与所述出口管道连通，且所述缓冲区域输出端与第二泵连通；
所述方法包括：
当所述开关装置位于所述第一位置处时，使用所述第一泵装置通过所述输入端将所述样本流体抽吸到所述样本流体缓冲区域中，
将所述开关装置切换到所述第二位置处，
通过所述输出端将一流体抽吸到所述缓冲区域中，藉此将所述缓冲区域中的所述样本流体转移到所述出口管道中，
当所述开关装置位于所述第二位置中时，所述第二泵装置以第一流动速率将所述第二流体抽吸到所述缓冲区域中，以使所述样本流体以所述第一流体速率穿过所述混合区域，
所述第三泵装置以第三流动速率抽吸稀释过的样本流体，和
所述第三泵装置以第二流动速率抽吸所述稀释剂，所述第二流动速率大体上等于所述第三流动速率与所述第一流动速率的差值。
39.一种使用第一泵抽吸一流体样本通过一稀释器以分析所述稀释器下游的稀释过的流体样本的方法，所述第一泵与所述流体样本相隔离，所述方法包括：
使用一第二泵将所述流体样本置于一中间区域中，所述中间区域具有第一和第二端口，流体可通过所述端口流动，
使用所述第一泵通过所述第二端口将一第二流体引入所述中间区域中，借以将至少一部分所述流体样本通过所述第一端口从所述中间区域转移出，所述第一端口与所述稀释器流体连通，以便将该至少一部分所述流体样本从所述中间区域转移到所述稀释器中。
40.根据权利要求23至39中任一项所述的方法，其特征在于，还包括：
将一内标物置于所述样本中，所述内标物包括一已知浓度的预定物质，和
通过将所述内标物的检测到的浓度与未稀释过的样本中所述内标物的已知浓度进行比较，而确定所述样本的稀释因子。
41.根据权利要求40所述的方法，其特征在于，将一第二内标物以相同的第二浓度水平置于所述样本和所述稀释剂中，所述第二内标物包括一已知浓度的第二预定物质。
42.根据权利要求40或41所述的方法，其特征在于，还包括：
根据由所述分析器检测到的所述第一内标物的量来判定所述稀释因子，
通过将所判定的稀释因子与一预期的稀释因子进行比较，而判定一校正因子，和
使用所述校正因子来校正分析器数据。
43.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述样本和/或所述稀释剂含有一内标物，所述内标物包含一预定量的已知物质，且
通过将由所述分析器检测到的所述内标物的量与所述样本或稀释剂中的内标物的量进行比较，计算用以稀释所述样本的稀释因子。
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