JP2016126019A - 高圧液体クロマトグラフィおよびその他のタイプの検出のための自動試料採取および反応システム - Google Patents

Abstract

【課題】自動試料調製および試料反応のためのシステム、方法、および装置を提供する。【解決手段】自動試料採取および反応システム、ならびにこれを使用する方法が、提供される。自動試料採取および反応システムは、外部試料採取弁と流体連通しているマイクロ反応器を有する。外部試料採取弁は、始動弁に接続されており、反応器または反応器ストリームから試料を引き出すように構成されることが可能である。マイクロ反応器は、試薬弁および注入弁に接続されている。試薬弁は、試薬リザーバから試薬を引き出し、試料と反応させるためにマイクロ反応器に試薬を排出するように、構成されることが可能である。始動弁は、洗浄剤リザーバから洗浄剤を引き出し、外部試料採取弁からマイクロ反応器まで試料を移動させるために外部試料採取弁に洗浄剤を排出するように、構成されることが可能である。注入弁は、カラムまたは検出器と流体連通しており、溶媒組成ストリームの中に２次試料を排出する。【選択図】図１

Description

本明細書は、参照により本明細書に組み込まれる２０１５年１月６日出願の米国仮出願第６２／１００，２５２号の優先権の利益を主張する。

ほとんどの製造業は、プロセス反応または製造プロセスラインを評価するために、クロマトグラフィおよびその他のタイプの分離検出システムを使用する。たとえば、製薬業者は、製造バッチが仕様通りであることを保証するために、様々な時間またはプロセスラインに沿った異なる地点で試料を採取することによってそのプロセスラインを監視するために、クロマトグラフィシステムを頻繁に使用する。試料は、その一部を挙げただけでも、タンパク質、タンパク質前駆体、タンパク質断片、反応生成物、およびその他の化合物の複雑な混合物を含んでもよい。その他の製造業者は、反応が進むにつれて経時的にプロセスラインの中の同じ地点から試料を採取することで特定の生化学反応をプロファイルするために、自身のクロマトグラフィシステムを使用してもよい。

いずれの産業でも、試料は検査または別途調査されるバッチまたはフローストリームを呈することが不可欠であるので、試料の保存および輸送は特定の挑戦を呈する。輸送中、収集された試料の物理的および化学的組成における、またはこれに対する変化は、信頼できる測定のために回避されなければならない。たとえば、環境ストレス（すなわち、熱、寒さ、酸素）による試料の劣化は、間違った結果をもたらす可能性がある。さらに、測定に先立ついかなる試料調製も、最小限の試料損失で、望ましくない修正を伴わず、外部からの不純物を回避して、実行されるべきである。

分析用の試料を取得する方法は、手作業に集中する可能性がある。通常、個人がプロセスライン、反応器、反応器ストリームなどから試料を引き出す。彼または彼女は次にこれを分離検出システムまで運び、注入および分析のためにシステム内に装填する。この操作の間ずっと、試料を適切に標識するため、および文書で裏付けられた分析過程管理を保証するための注意が払われなければならず、さもなければ結果に不確実性を取り込む危険性がある。

試料が測定ステップに適した形態に変換される必要がある場合、液体クロマトグラフィシステム内への試料注入の前に、ろ過、クエンチ、希釈、または誘導体化などの試料調製がなされる。この場合、前の試料による汚染を回避するために、試料調製装置は徹底的に洗浄されなければならない。手作業による試料調製は、より多くの試料が採取される必要があるため、無駄が多く費用効率が悪くなる可能性がある。手作業による試料調製は、再現性のない結果の危険性を招き、試料分析中に発生する可能性のある誤りの源を生み出す。

たとえば、注入前の化学的誘導体化のための手作業による試料調製は、非常に時間がかかる。手作業で試料を取得した後、個人は次に、試料を１つまたは複数の試薬と完全に混合しなければならない。その後、化学反応が完了するために、特定の時間だけ、場合により何時間も、容器全体に均一に熱が加えられることを保証しながら、個人は誘導体化が行われる容器にたとえば熱を加えなければならない。各事前分析ステップは、結果の全体的な精度および信頼性に影響を及ぼす可能性がある。いくつかのケースでは、事前分析ステップにおけるばらつきは、測定されている試料の特性よりも大規模な結果における誤りを生じる可能性がある。

米国特許出願公開第２０１２／０３０３１６７号明細書 欧州特許第０５３３２００号明細書 国際公開第２０１３／０４９６２２号

Ｔ Ｊｉａｎｇ Ｙ，Ｖｉａｄｙａ Ｌ，Ｔｈｅ Ｗａｔｅｒｓ ＡＣＱＵＩＴＹ（Ｒ）Ｕｌｔｒａ−Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈ ａｎｄ ｔｈｅ Ｍｉｃｒｏｍａｓｓ Ｑｕａｔｒｏ Ｐｒｅｍｉｅｒ Ｔｒｉｐｌｅ Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ， Ｄｅｃｅｍｂｅｒ， ２０１２ Ｊｅｎｓｅｎ Ｋ．Ｆ．，Ｒｅｉｚｍａｎ Ｂ．Ｊ．，Ｎｅｗｍａｎ Ｓ．Ｇ．，Ｔｏｏｌｓ ｆｏｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｉｎ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ，Ｍａｙ，２０１４ ａｔ ｐｐ．１−２ ｖａｎ Ｄｕｉｊｎ，Ｃ．Ｊ．Ｌｉｑｕｉｄ−Ｌｉｑｕｉｄ Ｍｉｃｒｏｒｅａｃｔｏｒｓ ｆｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｃａｔａｌｙｓｉｓ，Ｄｅｃｅｍｂｅｒ，２０１１，Ｃｈａｐｔｅｒ ２，ｐｐ２５−２６

自動試料調製および試料反応のためのシステム、方法、および装置が本明細書に提供される。一態様は、外部試料採取弁、外部試料採取弁と流体連通しているマイクロ反応器、およびマイクロ反応器に接続された注入弁を含む、自動試料採取および反応システムを提供する。例示的実施形態において、外部試料採取弁は、始動弁に接続されることが可能である。外部試料採取弁は、反応器または反応器ストリームから試料を引き出すように構成されることが可能である。始動弁は、外部試料採取弁に洗浄剤を排出するように構成されることが可能である。たとえば、始動弁は、洗浄剤リザーバから洗浄剤を引き出すように構成されることが可能である。マイクロ反応器は試薬弁に接続されることが可能である。たとえば、試薬弁は、試薬リザーバから試薬を引き出すように、またはマイクロ反応器内に試薬を排出するように、構成されることが可能である。いくつかの例示的実施形態において、試薬弁はマイクロ反応器に試薬を排出するように構成されることが可能であり、外部試料採取弁は、２次試料を形成するためにマイクロ反応器に試料を排出するように構成されることが可能である。マイクロ反応器はたとえばチップ、毛細管、微細構造または工業用タイプのマイクロ反応器であってもよい。いくつかの実施形態において、注入弁は、２次試料を溶媒組成ストリーム中に排出するように構成されることが可能である。別の態様において、液体クロマトグラフィシステムは、自動試料採取および反応システムを含むことができる。

いくつかの実施形態において、自動試料採取および反応システムは、外部試料採取弁およびマイクロ反応器に接続された、混合Ｔ字管を含むことができる。さらなる実施形態において、希釈剤弁が混合Ｔ字管に接続されることが可能である。たとえば、希釈剤弁は、希釈剤リザーバから希釈剤を引き出すように構成されることが可能である。また、希釈剤弁は希釈剤を混合Ｔ字管に排出するように構成されることが可能である。

第１の構成において、外部試料採取弁は、離散的な量の試料または連続的な試料を、反応器または反応器フローストリームから引き出す。第２の構成において、外部試料採取弁は引き出された試料を、試料ポンプから排出された逆流を通じて混合Ｔ字管に排出する。例示的実施形態において、自動試料採取および反応システムは、１気圧より高い圧力の下で動作することが可能であり、あるいは非加圧源から引き出すように構成されることが可能である。非加圧源から引き出すとき、システムは、少なくとも１つの外部補助試料採取弁および少なくとも１つの外部試料ポンプを含むことができる。たとえば、外部補助試料弁は外部試料ポンプに、外部試料採取弁は反応器または反応器ストリームに、接続されることが可能である。いくつかの実施形態において、自動試料採取および反応システムは、外部補助試料採取弁および外部試料採取弁に接続された、選択弁を有することができる。選択弁は、複数の外部試料採取弁に接続されることが可能である。

いくつかの実施形態において、自動試料採取および反応システムは、始動弁、希釈剤弁、および／または試薬弁と組み合わせて動作する１つ以上のポンプを有する、ポンピングシステムを含むことができる。たとえば、ポンピングシステムは、始動弁および試薬弁と組み合わせて動作する、１つ以上のポンプを有することができる。例示的実施形態において、希釈剤ポンプは、希釈剤リザーバから希釈剤を引き出し、混合Ｔ字管に希釈剤を排出するように、構成されることが可能である。

別の態様において、溶液の定量分析の方法が提供される。このような方法の例示的実施形態は、反応器または反応器フローストリームから試料源を選択するステップと、外部試料採取弁を通じて反応器または反応器フローストリームから試料を取得するステップと、外部試料採取弁と流体連通している始動弁を通じて洗浄剤を引き出すステップと、試薬弁からマイクロ反応器へ排出される試薬と試料を反応させるステップと、注入弁の第２試料ループ内に２次試料を排出するステップと、カラムまたは検出器と流体連通している溶媒組成ストリームの中に注入弁から試料を注入するステップと、を含む。たとえば、外部試料採取弁は、第１試料ループの中に試料を引き出すように構成されることが可能である。例示的実施形態において、マイクロ反応器は外部試料採取弁と流体連通することができる。試薬弁はマイクロ反応器に接続されることが可能である。マイクロ反応器内で、２次試料が形成されることが可能である。例示的実施形態において、始動弁は、第２試料ループから外部試料採取弁へ洗浄剤を排出するように構成されることが可能である。

いくつかの実施形態において、試料は、１気圧超の圧力で動作する反応器または反応器フローストリームから取得されることが可能である。いくつかの実施形態において、試料は、１気圧以下の圧力で動作する反応器または反応器フローストリームから取得されることが可能である。たとえば、試料は、外部補助試料採取弁に接続された外部試料ポンプによって取得されることが可能である。外部ポンプはその後、試料ポンプによって提供される逆流を介して、引き出された試料をマイクロ反応器に接続された混合Ｔ字管に排出する。さらなる実施形態において、方法は、混合Ｔ字管で試料をクエンチするステップを含むことができる。いくつかの実施形態において、試薬はＭＳ活性の蛍光高速タグ付け試薬であってもよく、２次試料はＭＳ活性の蛍光生体分子であってもよい。

本発明の上記およびさらなる利点は、様々な図において類似の参照番号が類似の構造的要素および特徴を表す、添付図面と併せて以下の説明を参照することによって、より良く理解されるであろう。図面は必ずしも縮尺通りではなく、むしろ本発明の原理を説明する上で強調されている。

本明細書に提示されるマイクロ反応器とともに弁およびポンプアセンブリを利用する、自動試料採取および反応システムを示すブロック図である。 加圧試料源から試料を引き出し、試料ポンプを始動し、希釈剤および試薬を希釈剤ポンプおよび試薬ポンプの中に引き込むように構成された、自動試料採取および反応システムを示す図である。 外部補助弁が第１の構成になっている、非加圧試料源から試料を収集するように構成された自動試料採取および反応システムを示す図である。 外部補助弁が第２の構成になっている、非加圧試料源から試料を収集するように構成された自動試料採取および反応システムを示す図である。 試料を引き出して第３試料ループから混合Ｔ字管に試料を排出するために、外部試料採取弁２２が外部補助試料採取弁５４に置き換えられている、非加圧試料源から試料を収集するように構成された自動試料採取および反応システムを示す図である。 第３試料ループの中に試料を装填するために、外部試料採取弁２２が外部補助試料採取弁５４に置き換えられている、非加圧試料源から試料を収集するように構成された自動試料採取および反応システムを示す図である。 複数の非加圧試料源から試料を収集するように構成された自動試料採取および反応システムを示す図である。 複数の加圧試料源から試料を収集するように構成された自動試料採取および反応システムを示す図である。 試料を希釈するように構成された自動試料採取および反応システムを示す図である。 試料を誘導体化するように構成された自動試料採取および反応システムを示す図である。 注入弁の試料ループの中に試料を装填するように構成された自動試料採取および反応システムを示す図である。 溶媒組成ストリームの中に試料を注入するように構成された自動試料採取および反応システムを示す図である。 本明細書に記載される、自動試料採取および反応システムおよびこれを使用する方法の全体的な流れを示すフローチャートである。

タンパク質およびペプチド同定および定量化、細胞培養培地のならびに食品および飼料の栄養素含有量の監視および分析を含むがこれらに限定されない、広範な用途向けの高圧液体クロマトグラフィのための自動試料採取および反応システムまたは検出器が、本明細書において提供される。バッチ反応器または連続流反応器のいずれかからの有機合成反応を相互作用させる必要性が、確認されている。分析される試料は、異なるサイズの反応器から引き出されることが可能であり、可溶性を維持するため、または検出器からの応答を維持するために、クロマトグラフィシステムの中に導入される物質の量を減少させるために、希釈を必要としてもよい。別の例において、プロセスから引き出される試料は環境的に不安定であるかも知れず、いかなる手動操作も分析の前に試料の劣化をもたらす可能性がある。別の例において、作業者と無関係に引き出される一貫性のある試料の再現性は、より再現可能な結果をもたらす。

確立されたクロマトグラフィ技術は、高速液体クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ）、超高速液体クロマトグラフィ（ＵＰＬＣ）、および超臨界流体クロマトグラフィ（ＳＦＣ）を含む。ＨＰＬＣシステムは、充填カラム内の液体クロマトグラフィに必要とされる流量を生じるために、伝統的に約１，０００ｐｓｉ（ポンド毎平方インチ）からおよそ６，０００ｐｓｉの範囲の、高圧を使用する。ＨＰＬＣとは対照的に、ＵＰＬＣシステムは、より小径の粒状物質を有するカラム、ならびに移動相をもたらすために２０，０００ｐｓｉ近い高圧を、使用する。ＳＦＣシステムは高圧縮性移動相を使用するが、これは通常、主成分として二酸化炭素（ＣＯ_２）を採用する。

本明細書に記載される自動試料採取および反応システムは、高圧液体クロマトグラフィプロセスおよび検出向けに最適化されることが可能なターンキー分析をもたらすことができる。開示されるシステムは、質量分析（ＭＳ：Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）、可変紫外／可視光（ＴＵＶ：Ｔｕｎａｂｌｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ／Ｖｉｓｉｂｌｅ）、フォトダイオードアレイ（ＰＤＡ：Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ Ａｒｒａｙ）、蒸発光散乱、多角度光散乱、屈折率、伝導率、帯電エアロゾル、化学発光窒素検出器（ＣＬＮＣ：Ｃｈｅｍｉｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｎｉｔｒｏｇｅｎ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）、電気化学円二色性、施光計、核磁気共鳴（ＮＭＲ：Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）、または蛍光（ＦＬＲ：Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ）検出器を含む、異なるタイプの検出器とともに使用されることが可能である。自動試料採取および反応システムはまた、世界中で日ごと、計器ごと、研究室ごとに同じ結果を提供する、特定用途向け技術認定にも有用である。

自動試料採取および反応システムは、外部試料採取弁、マイクロ反応器、始動弁、試薬弁、注入弁、およびポンピングシステムを備える。自動試料採取および反応システムは、混合Ｔ字管および希釈剤弁をさらに備えてもよい。ポンピングシステムは、溶媒組成ストリーム中への後の注入のために、試料、希釈剤、および／または試薬を引き出してマイクロ反応器の中に排出するために、弁と組み合わせて動作する１つ以上のポンプを有する。ポンピングシステムは、試料ポンプ、希釈剤ポンプ、および／または試薬ポンプを含んでもよい。

より具体的には、外部試料採取弁は、始動弁、混合Ｔ字管、および収集リザーバに接続されている。混合Ｔ字管は、マイクロ反応器および希釈剤弁に接続されている。マイクロ反応器は、試薬弁および注入弁に接続されている。試料はマイクロ反応器の中で、試薬、希釈剤、またはその他の化合物と反応して、第２試料ループを介して注入弁に流れる溶媒組成ストリームの中にその後排出される２次試料を形成する。２次試料と溶媒組成ストリームとの組み合わせはその後、液体クロマトグラフィカラムまたは検出器に排出される。

本明細書に記載されるように、外部試料採取弁は２つの構成を有する。第１の構成において、外部試料採取弁は、反応器または反応器フローストリームから離散的な量の試料または連続的な試料を引き出すように構成されている。第２の構成において、外部試料採取弁は、引き出された試料を、試料ポンプから排出された洗浄剤を介して混合Ｔ字管に排出する。同様に、試薬弁も２つの構成を有する。第１の構成において、試薬弁は試薬リザーバから試薬を引き出す。第２の構成において、試薬弁は、試料と反応させるためにマイクロ反応器の中に試薬を排出する。加えて、始動弁も２つの構成を有する。第１の構成において洗浄剤は始動弁の中に引き込まれ、第２の構成において洗浄剤は始動弁から外部試料採取弁の中に排出される。同様に、注入弁も２つの構成を有する。第１の構成において、２次試料が溶媒組成ストリームの中に注入され、あるいは２次試料がまだ注入弁の第２試料ループ内に装填されていない場合には、溶媒組成ストリームは第２試料ループの中を流れる。注入弁の第２の構成において、２次試料は第２試料ループの中を流れ、溶媒組成ストリームは弁を通ってカラムまたは検出器に流出する。最後に、試料が希釈を必要とするとき、希釈剤弁が提供され、これも２つの構成を有する。第１の構成において、希釈剤弁は、希釈剤リザーバから希釈剤を引き出すように構成されている。第２の構成において、希釈剤弁は混合Ｔ字管に希釈剤を排出する。

これらの自動試料採取および反応システムは、誘導体化、クエンチ、および／またはその他のタイプの試料調製など、分析に先立つ試料調製が必要とされる、試料の連続的なオンライン分析を可能にするために、プロセスおよび分析システムを新規なフロー反応器技術と結合させる。本明細書に記載されるように、分析をトリガすることで、先行する希釈を伴ってまたは伴わずに、反応器または反応器フローストリームからマイクロ反応器の中に試料を引き込む。同じトリガで、適切な試薬をマイクロ反応器の中にポンピングさせ始めることもできる。

本明細書において使用される際に、「オンライン」とは、手作業を介在せずにほぼリアルタイムでプロセスラインから試料を取得し、そして取得されたプロセス試料を後のクロマトグラフ分析のために希釈、誘導体化、装填、および注入するために、自動試料採取および反応システムがプロセス（または製造）ラインに直接接続されることを、意味する。このためクロマトグラフ分析は、プロセスラインの継続作業と並行して行われる。ここでは製造ラインとプロセスラインは区別されない。

「アットライン」システムとは、そこから個人がプロセス試料を手作業で取得し、プロセス試料を運んで処理のためにシステムの中に載置するプロセスラインに、システムが物理的に近接しているが接続はされていないことを、意味する。

「インライン」システムとは、プロセスラインの中に物理的に組み込まれているものであって（すなわち、この例におけるクロマトグラフ分析およびプロセスライン作業は、順次処理と類似である）、使用されるプローブがプロセスと直接接触する、温度、圧力、または分光法（ラマンおよび赤外線など）などの直接リアルタイム検出プロセスを指すことも可能である。

有利なことに、本明細書に記載されるシステムおよび方法は、試料調製および分析の再現性を向上させ、操作によるばらつきを減少させ、ステップおよび作業者による試料の手動操作の数を減少させ、試料を調製するために必要とされる全体的な時間と労力を減少させ、スループットを向上させ、作業者による不正確および正確さエラーの機会を減少させる。本システムおよび方法は、検出器への注入のために試料を調製するため、あるいは希釈、クエンチ、または誘導体化を実行するために、個別の容器を必要としない。汚染が回避され、調製および分析のためにより少量の試料しか必要とされない。

また、本明細書に記載される自動試料採取および反応システムは、最適なタイミング、濃度、温度、および流量で、カラムまたは検出器の中への注入に先立つ試料調製の中断を最小限にして（すなわち、連続的な試料調製を許容して）、試料に対する複数の試薬のオンラインで同期された添加を、提供する。これらのシステムおよび方法は、１つ以上の試薬によって試料を修飾および／または変換するために、マイクロ反応器の使用を通じて、制御された環境を提供する。消費される試料の量は削減され、試料採取はプロセスをあまり妨害しない。

本明細書に開示される方法およびシステムの利点は、他にもある。まず、試料の量は反応器から注入弁に移送されるのに十分でなければならないが、本システムおよび方法を用いると、試料採取はあまり妨害されない。これらのシステムは、試料拡散を最小化するように設計されている。逆流を利用して、試料は管状流動の中央を移動し、したがって配管の縁における試料の拡散は無駄になり、試料の体をなさない。拡散される試料の量は最小化され、試料の分散は回避される。試料はほとんど無傷のまま残る。加えて、洗浄剤中への試料の分散率が低いため、検出器に必要とされる試料の量は最小化される。

分離検出システム
図１は、本明細書に提供されるような、混合物をその抗生物質に分離させるための分離検出システム１のブロック図である。有用な分離検出システム１は、液体クロマトグラフィシステム、超臨界流体クロマトグラフィシステム、キャピラリー電気泳動、ガスクロマトグラフィシステム、質量分析計ＩＣＰ−ＭＳ／原子吸着源システム、蛍光検出、紫外線検出、紫外−可視分光法、キュベット、ＮＭＲ管、または電気機械を含む。本明細書に記載される分離検出システム１は、自動試料採取および反応システム２および溶媒送達システム８を含む。自動試料採取および反応システム２は、反応器１０または反応器フローストリーム（図示せず）と流体連通している。自動試料採取および反応システム２はまた、溶媒送達システム８とも流体連通している。溶媒送達システム８は、自動試料採取および反応システム２に溶媒組成ストリームを提供する。続いて溶媒組成ストリームは試料と組み合わせられ、クロマトグラフカラム６または検出器（図示せず）に送られて受け取られる。自動試料採取および反応システム２による分離検出システム１は、配管によって、反応器１０またはその他の容器または反応器フローストリームまたはその他のプロセスラインに直接接続されている。自動試料採取および反応システム２は、反応器１０または反応器フローストリーム（図示せず）から、試料を自動的にまたは手作業で取得する。

自動試料採取および反応システム２は、プロセスフローストリーム、反応器フローストリーム上の地点から、または反応器から直接、試料を取得することができる。自動試料採取および反応システム２は、連続的に、または製造プロセスの異なる段（場所および／または時間基準）において、試料を取得することができる。たとえば試料は、プロセスの様々な段の間に試料を誘導体化するために、異なる時間間隔で取得されることが可能である。一般的に、反応器１０またはその他の容器および／または反応器フローストリームまたはその他のプロセスラインは、製造プロセス、ビーカー反応、出口ライン（洗浄バリデーション）、反応チャンバ、および発酵反応を含む、様々なプロセス源を代表するものである。

重要なことに、自動試料採取および反応システム２は、検出器による測定のための適切な２次試料を形成するための試料調製を可能にする。通常、試料調製は、クロマトグラフおよび分光分析の主要部分である。本明細書に提供される方法およびシステムは、クロマトグラフ分析のためにカラム内へ、またはさらなる特性取りのためにＩＣＰ−ＭＳ／原子吸着源内へ、またはキュベットまたはＮＭＲ管内への注入に適した、代表的で再現可能で均質的な溶液を提供する。

本明細書に記載されるシステムおよび方法を用いて、試料調製は、あまり干渉がなく、カラムまたは機器を損傷することがなく、分析方法に適合する、アリコートを提供する。クロマトグラフィ用途において、試料は、試料保持または溶解または固定相そのものに影響を及ぼすことなく、そして検出を妨害することなく、クロマトグラフィカラム上に注入される。したがって、被分析物を濃縮すること、および／または検出の向上あるいはより良い分離のためにこれらを誘導体化することが、望ましい。分光法において試料は粒子を含まず、分光用光源に適合し、噴霧器内に流入するのに適した粘度を有するべきである。要するに、クロマトグラフィおよび分光法ならびに使用される多様な方法で用いられる、多くのタイプの試料調製プロトコルがある。しかしながら、本明細書において提供されるシステムおよび方法は、試料調製のためのほとんどのプロトコルおよび方法に適合することができる。

さらに、本明細書に記載される自動試料採取および反応システム２は、カラム６または検出器（図示せず）からかなりの距離に配置されることが可能である。したがって、本明細書において使用される際に、用語「遠隔」は単純に、分離している（すなわち、個別モジュール）または離れていることを意味する。用語「遠隔」は、自動試料採取および反応システム２が、カラム６または検出器（図示せず）、ならびに／あるいは反応器１０または反応器フローストリームから隔離されるかあるいは著しく離れて別途位置決めまたは配置されることを意味するように、意図されるものではない。したがって、本明細書に記載される装置および方法は、自動試料採取および反応システム２がカラム６または検出器、あるいは反応器１０または反応器フローストリームの近くまたは近傍にあるような状況を、含んでもよい。

溶媒送達システム８は、そこからポンピングシステムが配管（図示せず）を通じて液体溶媒を引き出すリザーバ４と流体連通している、低圧ポンピングシステム（図示せず）を含むことができる。低圧ポンピングシステム内で、溶媒の混合は通常、ポンプ（図示せず）の手前で行われる。溶媒送達システム８はまた、計量された割合で様々な溶媒を受けるために溶媒リザーバ４と流体連通している、ミキサ（図示せず）を有してもよい。溶媒のこの混合は吸入プロファイルにしたがって行われ、変化しないままの（アイソクラティック：ｉｓｏｃｒａｔｉｃ）または経時的に変化する（勾配）溶媒（移動相）組成を作り出す。したがって、溶媒送達システム８のポンピングシステムは、ミキサと流体連通しており、液体クロマトグラフィカラム６または検出器（図示せず）への送達のためにそこから溶媒混合物の連続流を引き出すことができる。溶媒混合物を引き出して送達するために、ポンピングシステムはたとえば、約１５，０００ｐｓｉで約０．０１０ｍｌ／分から約２ｍｌ／分の範囲の流量を提供することができる。その一方で、流量は、１０００ｐｓｉから２０，０００ｐｓｉの圧力を有する、「ナノ流」（すなわち２００ｎＬ／分の少なさ）またはＨＰＬＣ流（分析用１０ｍＬ／分および調製用２０〜５０ｍＬ／分まで）であってもよい。ポンピングシステムを実現するために使用されることが可能なポンピングシステムの例は、マサチューセッツ州ミルフォードのウォーターズコーポレーション（Ｗａｔｅｒｓ Ｃｏｒｐ．）が製造するＡＣＱＵＩＴＹ ＨＰＬＣバイナリソルベントマネージャ（Ｂｉｎａｒｙ Ｓｏｌｖｅｎｔ Ｍａｎａｇｅｒ）を含むが、これに限定されるものではない。米国特許出願公開第２０１２／０３０３１６７号のパラグラフ［００１９］を参照のこと。ポンピングシステムのその他の有用な例は、単ピストンポンプ溶媒送達システム、２重ピストン往復ポンプシステム、代替のバイナリポンプ、クォータナリポンプ溶媒送達システム、およびターナリポンプシステムを含むが、これらに限定されるものではない。

したがって、一例として、溶媒送達システム８はバイナリソルベントマネージャ（ＢＳＭ）であってもよく、これはリザーバ４から溶媒を引き出して溶媒組成ストリームを自動試料採取および送達システム２に送達するために２つの個別の直流ポンプを使用する。ここで、各ＢＳＭの２つの独立したポンプは、２つのリニア駆動アクチュエータを包含する。アクチュエータの各ペアは、正確な流量の単一溶媒を送達する、単一の往復直列ポンプを備える。２つのポンプシステムは、その２つの溶媒１８を、フィルタ／Ｔ字管ミキサで混ぜ合わせる。ここから、溶媒混合物は自動試料採取および反応システム２に流入する。分析の間に溶離液組成（および強度）が着実に変化するように、勾配溶離プログラムが一般的に使用される。これは、分離効率を向上させ、保持時間を短縮し、尾引きを最小化することによってピーク形状を改善する。たとえば２０１２年１２月の、Ｔ Ｊｉａｎｇ Ｙ，Ｖｉａｄｙａ Ｌ，Ｔｈｅ Ｗａｔｅｒｓ ＡＣＱＵＩＴＹ（Ｒ）Ｕｌｔｒａ−Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈ ａｎｄ ｔｈｅ Ｍｉｃｒｏｍａｓｓ Ｑｕａｔｒｏ Ｐｒｅｍｉｅｒ Ｔｒｉｐｌｅ Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒを参照のこと。

分離検出システム１はまた、自動試料採取および反応システム２および溶媒送達システム８と信号通信している、データシステム１００も含んでよい。データシステム１００は、たとえば溶媒送達システム８と自動試料採取および反応システム２との間の信号通信を取り扱うためのイーサネット(登録商標）スイッチなど、プロセッサおよびスイッチ（図示せず）を有する。加えて、データシステム１００は、本明細書に記載されるように、プロセス試料を自動的に取得、希釈、クエンチ、および／または誘導体化して、処理済みのプロセス試料を溶媒組成ストリームに導入するために、自動試料採取および反応システム２によって実行される作業の様々な段階（たとえば、ポンプのオンおよびオフ、弁の回転）を実施するように、プログラムされている。さらに、ホストコンピューティングシステム１０２はデータシステム１００と通信しており、これによってユーザは、データシステムの性能に影響を与えるための様々なパラメータおよびプロファイルをダウンロードすることができる。

自動試料採取および反応システム
本明細書に記載される自動試料採取および反応システムは、濃縮反応から試料採取し、広い範囲にわたって試料を希釈することができる。たとえば、試料希釈は、１単位の試料に対して約１から９９単位の範囲の希釈剤であってもよい。しかしながら、試料の希釈範囲は、遠隔ポンプの精度に応じて、１に対して約５０００に及ぶことも可能である。自動試料採取および反応システムはまた、必要であれば、試料クエンチも可能にする。これらのシステム内で、試料はポンプと接触しないようになっており、これは厳しい条件の欠如によりポンプの寿命を延長し、汚染を防止する。自動試料採取および反応システム２は、約１００μｌの量の試料を処理することができる。

図に示されるように、分離検出システム１は、自動試料採取および反応システム２、溶媒送達システム８、およびカラム６または検出器を含む自動試料採取および反応システムは、外部試料採取弁２２、始動弁２４、希釈剤弁２６、試薬弁２８、および注入弁３０を、さらに含む。加えて、自動試料採取および反応システム２は、試料ポンプ３２、希釈剤ポンプ３４および試薬ポンプ３６、混合Ｔ字管１８、およびマイクロ反応器１２を、さらに含む。

各弁は、複数の流体ポートおよび１つ以上の流通導管を有する、個別の、独立して動作可能な回転弁である。最初に回転弁と記載されたものの、始動、試料採取、プロセス選択、および／または注入などのこれらの弁のいずれか１つ以上は、スライダ弁、ソレノイド、ピン弁を含むがこれらに限定されない、別のタイプの弁であってもよい。各流通導管は、１対の隣接する流体ポートの間に通路を提供する。任意の弁が回転するとき、その流通導管は、弁の回転方向に応じて、時計回りまたは反時計回りに運動する。この運動は、隣接する流体ポートの別のものに流通導管を切り替えるように動作し、先に接続されていた対の流体ポートから通路を外しながら、この別の対の間に流体通路を確立する。

さらに、弁は本明細書において、特に自動試料採取および反応システム２の中の試料の処理に関連する可能性があるので、その特定の構成および回転に関連して記載される場合がある。しかしながら、外部試料採取弁２２、始動弁２４、希釈剤弁２６、試薬弁２８、および注入弁３０を含む弁は、本明細書に記載されて図面に示されるのとは反対の方向に（すなわち、反時計回りではなく時計回りに、または時計回りではなく反時計回りに）各々回転することができ、それでもなお本明細書において提供される自動試料採取および希釈システム２と同じ機能性および全体的な作業を提供することができる。要するに、弁および弁の動作は、本明細書に記載される回転の仕方または特定の構成に限定されるものではない。

加えて、別途指定されない限り、流体ポートと、反応器、反応器フローストリーム、弁、ポンプ、リザーバ、および本明細書に記載されるその他の装置などの装置との間の配管接続を含むがこれらに限定されないすべての接続は、流体的であって、流体流を提供する。このような接続は通常、０．００５から０．１５０インチのサイズ範囲であってステンレス鋼、ＰＥＥＫ、テフロン（登録商標）、および／または試料の圧力および組成に適したいずれかの材料で作られた、配管を介して行われる。また、流通導管は、ポートおよび導管が互いにまたは記載されるその他の装置と流体的に接続される、流体接続である。したがって、装置、流体ポート、または流通導管が他者と接続または流体連通していると言うとき、これは別途明記されない限り、このような接続が流体的であることを意味し、そう意味すると理解されるべきである。

外部試料採取弁２２は、第１試料ループ４０、６つの流体ポート２２−１、２２−２、２２−３、２２−４、２２−５、および２２−６、ならびに３つの流通導管２２−１１、２２−１２、および２２−１３を有する。第１試料ループ４０は流体ポート２２−１および２２−４を接続する。配管は流体ポート２２−２を反応器１０に接続する。配管は流体ポート２２−３を収集リザーバ４４に接続する。配管は流体ポート２２−５を始動弁２４の流体ポート２４−１に接続する。さらに、配管は流体ポート２２−６を混合Ｔ字管１８に接続する。図２に示されるように、アイドル構成において、試料ポンプ３２、希釈剤ポンプ３４、および試薬ポンプ３６はオフであって動いていない。しかしながら試料は、試料採取していないときであっても、流通導管２２−１１を通じて流体ポート２２−１内へと外部試料採取弁２２内へ、および流体ポート２２−１から出て第１試料ループ４０内へ、流れることが可能である。反応器またはプロセスフローストリームが圧力下で動作する場合、試料は第１試料ループ４０を出て流通導管２２−１２を通じて流体ポート２２−４内へ、流体ポート２２−３を出て収集リザーバ４４内へ、流れてもよい。

同様に、注入弁３０は、第２試料ループ４２、６つの流体ポート３０−１、３０−２、３０−３、３０−４、３０−５、および３０−６、ならびに３つの流通導管３０−１１、３０−１２、および３０−１３を有する。第２試料ループ４２は流体ポート３０−１および３０−４を接続する。配管は流体ポート３０−２を廃液リザーバ３８に接続する。配管はまた、流体ポート３０−３をマイクロ反応器１２に接続する。さらに、配管は溶媒送達システム８を流体ポート３０−５に接続する。また、配管は流体ポート３０−６をカラム６または検出器（図示せず）に接続する。流通導管３０−１１は、流体ポート３０−１と流体ポート３０−６との間に流体通路を提供する。同様に、流通導管３０−１３は、流体ポート３０−４と流体ポート３０−５との間に流体通路を提供する。注入弁３０は、１０マイクロリットルから１００マイクロリットルの量を扱う能力を有しており、目盛りが付いていてもよい。

動作中、溶媒組成ストリームに対する最小限の撹乱を維持するため、および流通導管３０−１３を通じて流体ポート３０−５内へ、そして第２試料ループ４２を通じて流体ポート３０−４から出る流体通路を有する溶媒組成ストリームを提供するために、溶媒送達システム８はオンになっていなければならない。この溶媒組成ストリーム流体通路は、流通導管３０−１１を通じて流体ポート３０−１内へ、そして流体ポート３０−６を出てカラム６または検出器（図示せず）へと続くことができる。

図に示されるように、始動弁２４は、７つの流体ポート２４−１、２４−２、２４−３、２４−４、２４−５、２４−６、および２４−７、ならびに１つの流通導管２４−１１を有する。配管は流体ポート２４−６を洗浄剤リザーバ４６に接続する。配管はまた、流体ポート２４−７を試料ポンプ３２に接続する。配管は、流体ポート２４−１を外部試料採取弁２２の流体ポート２２−５にさらに接続する。

同様に、希釈剤弁２６も７つの流体ポート２６−１、２６−２、２６−３、２６−４、２６−５、２６−６、および２６−７、ならびに１つの流通導管２６−１１を有する。配管は、流体ポート２６−６を希釈剤リザーバ４８に、そして流体ポート２６−７を希釈剤ポンプ３４に、接続する。配管は、流体ポート２６−１を混合Ｔ字管１８にさらに接続する。

試薬弁２８もまた、７つの流体ポート２８−１、２８−２、２８−３、２８−４、２８−５、２８−６、および２８−７、ならびに１つの流通導管２８−１１を有する。配管は、流体ポート２８−６を試薬リザーバ５０に、そして流体ポート２８−７を試薬ポンプ３６に、接続する。配管はまた、流体ポート２８−１をマイクロ反応器１２に接続する。

試料ポンプ３２、希釈剤ポンプ３４、および試薬ポンプ３６は各々が容積型ポンプである。始動中、液体用容積型ポンプは、供給ラインおよびポンプがポンピングを必要とする液体で満たされるまで、単純に空気を引き込むことができない。通常、作業者は、ポンピングを開始するために、システムの中に液体を導入しなければならない。始動の損失は通常、ポンプ内への空気の摂取によるが、液体およびその他の粘性流体用のポンプ内の隙間および変位比は通常、その低圧縮性のため空気を変位させることはできない。しかしながら本アセンブリにおいて、始動弁２４、希釈剤弁２６、および試薬弁２８は、試料ポンプ３２、希釈剤ポンプ３４、および試薬ポンプ３６の中に液体を手作業で導入する必要性に置き換えられる。

自動試料採取および反応システム２は、反応器または反応器フローストリームが近いかまたは遠いときのいずれかのプロセスまたは反応を監視するために、使用されることが可能である。必要とされる配管のサイズおよび長さは、数学的には以下のように表される：

ここで
ρ＝溶媒密度（ｋｇ／ｍ^３）
Ｖ＝流速（ｍ^３／秒）
Ｄ＝管の直径（ｍ）
λ＝摩擦係数
Ｌ＝管の長さ
０．０００１４５０４＝ｐｓｉに対するｋＰａ

試料は、圧力下で動作する反応器１０または反応器ストリームから、あるいは反応器または容器が（約１気圧または海面位で１４．７ｐｓｉより高い）圧力下で動作しない非加圧反応で、引き出される。本明細書に記載される自動試料採取および反応システム２は、混合Ｔ字管１８において試料を希釈する。しかしながら、このシステム２は、試料希釈を伴わずに動作することができる。同様に、試薬は、カラム６または検出器内への試料の注入に先立って、マイクロ反応器１２の中で希釈済みまたは未希釈試料と反応させられることが可能である。しかしながら、自動試料採取および反応システム２は、試料希釈または試薬の添加を伴わずに、注入弁３０への直接試料装填を簡単に提供することができる。

試料の量は、反応器１０から注入弁３０に移送されるのに十分でなければならない。本システム２において、試料流はシステム２によってあまり妨害されず、影響を受けない。しかしながら、試料が最初に希釈される場合、より多くの量が作製され、受忍不可能なレベルの拡散が達成される前に、試料はより遠くまで移送されることが可能である。たとえば、試料バンドの末端が拡散を受けても、末端から離れた試料バンドの中央部分は影響を受けないままである。希釈試料は、未希釈試料と比較して、拡散による影響を受けていない末端から遠い試料を、より大量に有することになる。したがって、希釈試料は未希釈試料よりも遠くまで移動させられることが可能である。さらに、配管径が狭いので、移送される距離にかかわらず、試料拡散は最小化される。本システムにおいて、試料と溶媒との間の接触面積が最小化されるので、試料はほとんどが無傷のまま残る。たとえば、配管の直径は、たとえばおよそ４ミル（約１００μｍ）の小ささであってもよい。拡散は、単位時間当たり単位面積ごとに移動させられる質量として定義されることが可能な、濃度駆動質量移動プロセスである。小径配管は、拡散が生じる可能性のある対応する小領域を提供し、これによって拡散を減少させる。システム２内の逆流を利用して、試料の分散が回避される。加えて、洗浄剤中への試料の分散率が低いので、カラム６または検出器（図示せず）によって必要とされる試料の量は最小化される。

図に示され、以下により詳細に記載されるように、動作時、溶媒送達システムはオンにされる。同様に、試料ポンプ３２、希釈剤ポンプ３４、および試薬ポンプ３６もオンになって充填される（図２）。試料ポンプ３２は、洗浄剤リザーバ４６から始動弁２４を通じて流体ポート２４−６を通じて流通導管２４−１１内へそして流体ポート２４−７から外へ、洗浄剤を引き出す。試料はその後、反応器１０またはその他の試料源から、試料ポンプ３２によって流体ポート２２−２において外部試料採取弁２２の中へ引き出され、流通導管２２−１１を通って流体ポート２２−１を出て第１試料ループ４０内へ、そして流体ポート２２−４内へ流通導管２２−１２を通じて流体ポート２２−１２を出て収集リザーバ４４内への試料の流体通路を形成する（図３）。

図３に示されるように、試料を混合して希釈するために、始動弁２４および外部試料採取弁２２は、混合Ｔ字管１８に移動する試料を逆流させるために、試料ポンプ３２が始動弁２４から外部試料採取弁２２に洗浄剤を排出するように回転させられる。混合Ｔ字管１８において、試料は希釈剤と混合されることが可能であり、あるいは単純に混合Ｔ字管を通じてマイクロ反応器へ流れることが可能である。

図４に示されるように、追加試料調製は、試薬弁２８を通じて試薬ポンプ３６によって排出される試薬またはその他の反応剤と試料が反応するマイクロ反応器１２の中で、行われる。試料はその後、注入弁３０に送られ、第２試料ループ４２の中に装填され、溶媒送達システム８からポンピングされた溶媒組成ストリームの中に注入される（図５）。溶媒組成ストリーム中の試料は、カラム６または検出器に押し出される（図６）。このステップの間、ポンプ３２、３４、３６は、次の注入に備えて充填されることが可能である。

試料収集
上述のように、始動弁２４は流体ポート２４−７において試料ポンプ３２に接続されている。始動弁２４はまた、流体ポート２４−６において洗浄剤リザーバ４６にも接続されている。希釈剤弁２６は、流体ポート２６−７において希釈剤ポンプ３４に、そして流体ポート２８−６において希釈剤リザーバ４８に、接続されている。試薬弁２８は、流体ポート２８−６において試薬リザーバ５０に、そして流体ポート２８−７において試薬バルブ３６に、接続されている。

図２Ａは、反応器１０から試料を引き出し、洗浄剤リザーバ４６から始動弁２４内に洗浄剤を引き出すように構成された、自動試料採取および反応システム２を示す。試料収集のため、試料ポンプ３２はオンになって充填される。試料が希釈される場合には、希釈剤ポンプ３４もまた好ましくはオンになって充填される。試薬ポンプ３６もまたオンになって充填されるか、またはオフのままでもよい。試料ポンプ３２、洗浄剤ポンプ３４、および試薬ポンプ３８は、平行してまたは連続的に、オンになって充填されることが可能である。

加えて、試料収集の間、溶媒送達システムは溶媒組成ストリームを流体ポート３０−５において注入弁３０の中に排出し、ここで流体ポート３０−５から流通導管３０−１３を通じて流体ポート３０−４の中へ、および試料ループ４２を通じて流体ポート３０−１の中へ流通導管３０−１１を通じて、そして流体ポート３０−６を出てカラム６またはその他の検出器への、流体通路が提供される。

試料収集のため、図２Ａに示されるように、始動弁２４は、洗浄剤が洗浄剤リザーバ４６から流体ポート２４−６において始動弁２４の中へ、流通導管２４−１１を通じて流体ポート２４−７を出て試料ポンプ３２まで引き出されるように、試料ポンプ３２と洗浄剤リザーバとの間に流体通路を提供するように構成されている。同様に、その第１の構成において、外部試料採取弁２２は、試料が反応器１０から流体ポート２２−２を通って流通導管２２−１１を通り、流体ポート２２−１を出て第１試料ループ４０を通じて流体ポート２２−４の中へ流通導管２２−１２を通じて流体ポート２２−３を出て収集リザーバ４４まで引き出されるかまたは排出されるように、反応器１０またはその他の試料源から収集リザーバ４４までの間の流体通路を提供するように構成されている。試料のさらなる処置または処理があってもなくても、試料が流れて反応器に戻れるようにするため、リサイクルシステムおよび装置は収集リザーバ４４に、または外部試料採取弁２２に直接的に、接続されることが可能である。

やはり図２Ａに示されるように、試薬弁２８は、試薬ポンプ３６が試薬リザーバ５０から試薬を引き出すように、試薬リザーバ５０と試薬ポンプ３６との間に流体通路を提供するように構成されることが可能である。選択的に、希釈剤弁２６は、希釈剤ポンプ３４と希釈剤リザーバ４８との間に流体通路を提供するように構成されることが可能である。具体的には、流体通路は、希釈剤リザーバ４８から流体ポート２６−６において希釈剤弁２６を通って流通導管２６−１１を通り、流体ポート２６−７を出るように、提供される。オプションとして、試料収集ステップにおいて、流通導管２８−１１が流体ポート２８−６と流体ポート２８−７との間に流体通路を提供するので、試薬ポンプ３６は試薬リザーバ５０から試薬ポンプ２８へ、試薬弁２８を通じて試薬を引き出す。オプションとして、試薬は希釈剤リザーバ４８の中に収容されて希釈剤ポンプ３４によってそこから引き出されることが可能であり、したがって試薬の流体通路は、希釈剤リザーバ４８から流体ポート２６−６において希釈剤弁２６を通って流通導管２６−１１を通じて流体ポート２６−７から出るように、提供される。

非加圧源から試料採取する自動試料採取および反応システム
図２Ｂ、図２Ｃ、および図２Ｆに示されるように、自動試料採取および反応システム２は、反応器または反応器ストリーム１０あるいは溶解槽（図示せず）などの１つ以上の非加圧試料源からの試料採取を可能にするやり方で組み合わせられた、１つ以上の外部補助試料採取弁５４および１つ以上の外部試料ポンプ５２を含むことができる。自動試料採取および反応システム２は、単一の試料源から、または選択弁５６を使用して複数（２つ以上）の反応器１０または溶解槽またはその他の試料源から、複数のプロセス試料を引き出すために使用されることが可能である。

図に示されるように、外部補助試料採取弁５４は、１０個の流体ポート５４−１、５４−２、５４−３、５４−４、５４−５、５４−６、５４−７、５４−８、５４−９、および５４−１０、ならびに５つの流通導管５４−１１、５４−１２、５４−１３、５４−１４、および５４−１５を有する。流体ポート５４−１および５４−８は塞がっており、試料の流体流には使用されない。第３試料ループ５５は、流体ポート５４−３および５４−６を接続する。配管は、外部補助試料採取弁５４を反応器１０に、そして外部試料ポンプ５２に、接続する。配管はまた、外部補助試料採取弁５４を外部試料採取弁２２に接続する。より具体的には、配管は流体ポート５４−１０を非加圧反応器１０に接続する。配管は、流体ポート５４−７および５４−９を外部試料ポンプ５２に、さらに接続する。加えて、配管は流体ポート５４−２を、外部試料採取弁２２の流体ポート２２−２に接続する。

外部試料ポンプ５２は、容積型ポンプである。始動中、液体用容積型ポンプは、供給ラインおよびポンプがポンピングを必要とする液体で満たされるまで、単純に空気を引き込むことができない。通常、作業者は、ポンピングを開始するために、システムの中に液体を導入しなければならない。始動の損失は通常、ポンプ内への空気の摂取によるが、液体およびその他の粘性流体用のポンプ内の隙間および変位比は通常、その高圧縮性のため空気を変位させることはできない。

選択弁５６は、７つの流体ポート５６−１、５６−２、５６−３、５６−４、５６−５、５６−６、および５６−７、ならびに１つの流通導管５６−１１を有する。選択弁５６の数は部分的に、外部補助試料採取弁５４の数に依存する。自動試料採取および反応システム２が１つだけの外部補助試料採取弁５４を用いて１つ以上の選択弁５６を含むことは、任意である。しかしながら、複数の外部補助試料採取弁５４を有する自動試料採取および反応システム２は、１つ以上の選択弁５６を必要とする。

試料が複数の反応器１０から引き出されるとき、各反応器１０と流体連通している少なくとも１つの外部補助試料採取弁５４がある。さらに、自動試料採取および反応システム２が２つ以上の外部補助試料採取弁５４を有するとき、少なくとも１つの選択弁５６が必要とされる。言い換えると、複数の外部補助試料採取弁５４および／または複数の選択弁５６が単一の反応器１０に接続可能である一方で、２つ以上の外部補助試料採取弁５４を有する自動試料採取および反応システム２には少なくとも１つの選択弁５６が提供されなければならない。複数の外部補助試料採取弁５４を有する自動試料採取および反応システム２では、配管は、各外部補助試料採取弁５４の流体ポート５４−２を選択弁５６に接続する。流体ポート５４−２は、選択弁５６の流体ポート５６−１、５６−２、５６−３、５６−４、５６−５、または５６−６のいずれかに、代替的な組み合わせで、接続されることが可能である。

より具体的には、図２Ｂ、図２Ｃ、および図２Ｆに示されるように、配管は外部補助試料採取弁５４の流体ポート５４−７および５４−９を外部ポンプ５２に接続する。配管は、外部補助試料採取弁５４の流体ポート５４−１０を反応器１０またはその他の試料源に接続する。配管は、単一の外部補助試料採取弁５４が使用されるとき、外部補助試料採取弁５４の流体ポート５４−２を外部試料採取弁２２の流体ポート２２−２に接続する（図２Ｂおよび図２Ｃ）。複数の外部補助弁５４が使用される場合、配管は、外部補助弁５４の流体ポート５４−２を選択弁５６の流体ポート５６−１、５６−２、５６−３、５６−４、５６−５、または５６−６の各々に接続することができる。（図２Ｆ）。

図２Ｆは、３つの外部補助試料採取弁５４および１つの選択弁５６を有する自動試料採取および反応システム２の一例を示す。各選択弁５６の流体ポート５６−７は、外部試料採取弁２２に接続されている。各外部補助試料採取弁５４の流体ポート５４−２は、流体ポート５６−１、５６−２、および５６−３において選択弁５６に接続されている。図示されるように、選択弁５６の流体ポート５６−７は、外部試料採取弁２２の流体ポート２２−２に接続されている。

選択弁５６および外部補助試料採取弁５４向けの弁構成の様々な組み合わせは、反応器１０、外部補助試料採取弁５４、および選択弁５６から外部試料採取弁２２への流体通路を、効率的に決定する。要するに、選択弁５６の構成は、反応器１０から外部試料採取弁２２への試料の流体通路を決定する。外部補助試料採取弁５４の時計回りおよび反時計回りの回転は、同じ構成を実現する。選択的に、選択弁５６は、１つの流通導管を用いて８つの流体ポートを有することができる（図示せず）。

単一の非加圧試料源からの試料収集
すぐ上に記載したように、自動試料採取および反応システム２は、非加圧試料源から試料を引き出すように構成されることが可能である。本明細書に記載されるように、外部補助試料採取弁５４は、試料を引き出し、第３試料ループ５５内に試料を装填し、試料を排出するという３つのステップを実行するために、第１の構成と第２の構成の２つの構成の間で切り替えることができる。図２Ｂに示される第１の構成において、外部試料ポンプ５２は反応器１０から試料を引き出す。図２Ｃに示される第２の構成において、外部試料ポンプ５２は、外部補助試料採取弁５５の第３試料ループ５５内に試料を排出する。外部補助試料採取弁５４の第１の構成に戻り、外部試料ポンプ５２は第３試料ループ５５から外部試料採取弁２２に試料を排出する。

より具体的には、図２Ｂに示されるように、第１の構成において、外部試料ポンプ５２は、反応器１０から外部補助試料採取弁５４の流体ポート５４−１０を通じて流通導管５４−１５の中へ、そして流体ポート５４−９を出て外部試料ポンプ５２へ、試料を引き出す。図２Ｃに示されるように、第２の構成において、外部補助試料採取弁５４はポート１つ分だけ、時計回りまたは反時計回りに回転させられている。この第２の構成において、外部試料ポンプ５２は、外部試料採取弁２２の第１試料ループ４０内に試料を装填するために、外部補助試料採取弁５４の流体ポート５４−７内へ流通導管５４−１４を通って流体ポート５４−６を出て第３試料ループ５５を通り、その後流体ポート５４−３内へ流通導管５４−１２を通って流体ポート５４−２を出て外部試料採取弁２２の流体ポート２２−２へ、続いて流体導管２２−１１を通じて流体ポート２２−１を出るように、試料を排出する。

外部補助試料採取弁５４はその後、反時計回りに回転して、第１の構成に戻るように切り替わる。外部試料ポンプ５２は、第３試料採取ループ５５を通じて引き出された試料を変位させる。試料ポンプ３２は、図３から図７においてすぐ下に記載されるように、洗浄剤を外部試料採取弁２２に排出する。外部試料採取弁２２の構成が変更されず、図２に記載されたままである場合、外部試料ポンプ５２がオンになっていれば、試料は収集リザーバ４４の中に排出されることになる。

あるいは、図２Ｄおよび図２Ｅに示されるように、外部試料採取弁２２は外部補助試料採取弁５４に置き換えられてもよい。ここで、外部補助試料採取弁５４の流体ポート５４−２および５４−５は塞がれており、試料流には使用されない。流体ポート５４−１および５４−８は塞がれていない。図２Ｄおよび図２Ｆに示されるように、配管は、外部補助試料採取弁５４の流体ポート５４−４および５４−６を外部ポンプ５２に接続する。配管は、外部補助試料採取弁５４の流体ポート５４−１および５４−３を反応器１０またはその他の試料源に接続する。配管は、外部補助試料採取弁５４の流体ポート５４−８を始動弁２４の流体ポート２４−１に接続する。配管は、外部補助試料採取弁５４の流体ポート５４−９を混合Ｔ字管１８に、さらに接続する。

図２Ｄおよび図２Ｅの各々は、外部補助試料採取弁５４の第１および第２の構成をそれぞれ示す。図２Ｄに示されるように、第１の構成において、試料は反応器１０から流体ポート５４−３を通じて流通導管５４−１２の中へ、そして流体ポート５４−４を出て外部試料ポンプ５２へ、引き出される。図２Ｅに示されるように、第２の構成において、外部試料ポンプ５２は、外部補助試料採取弁５４の流体ポート５４−６の中へ流通導管５４−１４を通って流体ポート５４−７を出て第３試料ループ５５を満たして流体ポート５４−１０の中へ流通導管５４−１１を通って流体ポート５４−１を出て反応器１０に戻るように、試料を排出する。試料は常に、このようにして第３試料ループ５５を流れる。すると外部補助試料採取弁５４は反時計回りに回転して、第１の構成に戻るように切り替わる。

複数の非加圧試料源からの試料収集
試料は１つ以上の非加圧源（反応器、反応器フローストリームなど）から、順次または同時に、直列または並列で、採取されることが可能である。各外部補助試料採取弁５４は、他者とは独立して試料を引き出す。しかしながら、取得可能な試料の数は、自動試料採取および反応システム２の中に設けられた外部補助試料採取弁５４の数に依存する。また、各外部補助試料採取弁５４には、外部試料ポンプ５２が設けられている。さらに、複数の外部補助試料採取弁５４が必要とされる場合には、１つの選択弁５６がなければならず、１つの選択弁５６について最大６つの外部補助試料採取弁５４があってもよい。

複数の反応器１０またはその他の源から試料を引き出すために、外部試料ポンプ５２はオンでなければならない。先に記載されたように、外部補助試料採取弁５４は２つの構成の間で交互になり、３つのステップでこれを行う。外部補助試料採取弁５４の各々は、同じ構成であってもよく、あるいは別の構成、すなわち上述の第２の構成に対する第１の構成であってもよい。

一例として、図２Ｆは、３つの外部補助試料採取弁５４および１つの選択弁５６を有する自動試料採取および反応システム２を示す。図２Ｆに示されるように、外部補助試料採取弁５４は異なる構成になることができる。この例において、試料は、反応器１０から流体ポート５４−１０を通じて流通導管５４−１５の中へ、そして外部補助試料採取弁５４の流体ポート５４−９から出るように、引き出される。同時に、試料は、別の外部補助試料採取弁５４の第３試料ループ５５内で変位させられて、選択弁５６に排出されることが可能である。

複数の加圧試料源からの試料収集
自動試料採取および反応システム２は、連続的にまたは平行して、圧力の下で２つ以上の試料源から試料を引き出すように構成されることが可能である。図２Ｇに示されるように、圧力下の複数の試料源から試料を引き出すために、自動試料採取および反応システム２は、複数の外部試料採取弁２２および少なくとも１つの選択弁５６を含むことができる。外部試料採取弁２２および（１つまたは複数の）選択弁５６は、反応器１０または反応器ストリームまたは溶解槽（図示せず）、またはその他の試料源など、１つ以上の試料の加圧供給源からの試料採取を可能にするやり方で、組み合わせられる。選択弁５６の数は部分的に、外部試料採取弁２２の数に依存する。しかしながら、５つ以下の外部試料採取弁２２が使用されるときは、少なくとも１つの選択弁５６が存在しなければならない。

図２Ｇは、３つの外部試料採取弁２２および１つの選択弁５６を備える自動試料採取および反応システム２の一例を示す。本明細書に記載されるように、各外部試料採取弁２２は、６つの流体ポート２２−１、２２−２、２２−３、２２−４、２２−５、および２２−６、ならびに３つの流通導管２２−１１、２２−１２、および２２−１３を有する。第１試料ループ４０は、流体ポート２２−１および２２−４を接続する。図示されるように、配管は、外部試料採取弁２２の各々の流体ポート２２−２を反応器１０に、そして流体ポート２２−３を収集リザーバ４４に、接続する。配管は、各外部試料採取弁２２の流体ポート２２−５を始動弁２４の流体ポート２４−１、２４−２、および２４−３に、そして各外部試料採取弁２２の流体ポート２２−６を選択弁５６の流体ポート５６−１、５６−２、および５６−３に、さらに接続する。流体ポート２２−５は、始動弁２４の流体ポート２４−１、２４−２、２４−３、２４−４、２４−５、または２４−６のいずれかに、代替的な組み合わせで、接続されることが可能である。しかしながら、始動弁２４の少なくとも１つの流体ポートは、洗浄剤リザーバ４６に接続されなくてはならない。そして流体ポート２４−７は試料ポンプ３２に接続される。同様に、流体ポート２２−６は、流体ポート５６−１、５６−２、５６−３、５６−４、５６−５、または５６−６のいずれかに、代替的な組み合わせで、接続されることが可能である。配管はまた、流体ポート５６−７を混合Ｔ字管１８に接続する。

外部試料採取弁の第１および第２の構成の組み合わせは、選択弁５６および始動弁２４の構成とともに、反応器１０から混合Ｔ字管１８までの流体通路を効率的に決定する。たとえば、図２Ｇに示されるように、２つの外部試料採取弁２２が第１の構成に示されており、反応器１０と収集リザーバ４４との間に流体通路を提供する。別の外部試料採取弁２２は第２の構成になっており、反応器１０と混合Ｔ字管１８との間に流体通路を提供する。

試料希釈
図３は、混合Ｔ字管１８において試料を希釈（またはクエンチ）するように構成された、自動試料採取および反応システム２を示す。図示されるように、始動弁２４、外部試料採取弁２２、および希釈剤弁２６の構成は、試料および希釈剤が混合Ｔ字管１８の中に排出されるように、図２に示されるものから変更される。

具体的には、その第２の構成において、始動弁２４は、試料ポンプ３２、始動弁２４、および外部試料採取弁２２の間に流体通路を確立するために、流通導管２４−１１が流体ポート２４−７を流体ポート２４−１に接続するように、ポート１つ分だけ反時計回りに回転させられる。同様に、第２の構成において、外部試料採取弁２２は、流通導管２２−１１が流体ポート２２−１を流体ポート２２−６に接続して、第１試料ループ４０と混合Ｔ字管１８との間に流体通路を確立するように、ポート１つ分だけ時計回りに回転させられる。加えて、流通導管２２−１３は、始動弁２４と混合Ｔ字管１８との間に流体通路が確立されるように、流体ポート２２−５を流体ポート２２−４に接続する。ポート１つ分の外部試料採取弁２２の反時計回り回転も、同じ構成を実現する。また、その第２の構成において、希釈剤弁２６は、流通導管２６−１１が流体ポート２６−１を流体ポート２６−７に接続して希釈剤ポンプ３４と混合Ｔ字管１８との間に流体通路を確立するように、ポート１つ分だけ時計回りに回転させられる。

要するに、試料希釈のため、試料は、外部試料採取弁２２の第１試料ループ４０から流体ポート２２−１を通じて流通導管２２−１１の中へ、そして流体ポート２２−６を出て混合Ｔ字管１８へ、排出される。同時に、希釈剤ポンプ３４は、希釈剤弁２６から流体ポート２６−７を通じて流通導管２６−１１の中へ、そして流体ポート２６−１を出て混合Ｔ字管１８へ、希釈剤を排出する。試料は、混合Ｔ字管１８において希釈剤と混合されて希釈される。試料希釈では、試料ポンプ３２および希釈剤ポンプ３４は、試料および希釈剤を同時に混合Ｔ字管１８に排出しなければならない。ポンプ３２および３４の流量は、希釈率（プロセス試料流量に対する全希釈流量）を決定する。たとえば、全希釈流量が１００μｌ／分、試料ポンプ３２は１０μｌ／分の試料を排出し、希釈剤ポンプ３４は９０μｌ／分の希釈剤を排出すると考えると、結果は１０：１の希釈である。たとえば、試料ポンプ３２が５０μｌ／分を押し出して、希釈剤ポンプ３４は５０μｌ／分を押し出すとき、結果は２：１の希釈である。さらに、システムのタイミングは、試料が混合Ｔ字管１８内に長く保持されすぎた場合に試料が拡散するようになっている。このため、試料は可能な限り早く希釈されるべきである。また、混合Ｔ字管１８を通る際に試料を希釈することによって、より多くの量が作製され、試料はより遠くまで移動させられることが可能である。

試料希釈の前または最中に、試薬弁２８の構成は、流通導管２８−１１が流体ポート２８−１を流体ポート２８−７に接続するようにポート１つ分だけ反時計回りに回転することによって、第２の構成に変化することができる。この構成において、試薬ポンプ３６は、流体ポート２８−７を通じて流通導管２８−１１を通って流体ポート２８−１を出てマイクロ反応器１２まで、試薬を排出する。しかしながら、試薬弁２８は、外部試料採取弁２４および始動弁２６の構成と同時に、または試料調製ステップの前に、変化する必要はない。

上述のように、試料は、圧力下または非加圧反応の下で動作する反応器または反応器フローストリームから引き出されることが可能であり、このとき反応器またはその他の容器は圧力下（すなわち、約１気圧または海面位で１４．７ｐｓｉより高い圧力）で動作していない。本明細書に記載されるシステム２は、混合Ｔ字管１８において試料を希釈することによって、反応器から引き出された試料を希釈することができる（直接希釈ライン装填と称されることもある）。あるいは、システム２は、試料希釈を伴わずにマイクロ反応器１２を介して注入弁３０に直接試料装填を提供することができる。

試料調製
図４は、マイクロ反応器１２内の試料に試薬またはその他の反応剤を添加するように構成された弁を有する、自動試料採取および反応フローシステム２を示す。始動弁２４、外部試料採取弁２２、および希釈剤弁２６の構成は、希釈ステップですぐ上に記載され、図３に示された通りのままである。このとき、試薬弁２８は、流通導管２８−１１が流体ポート２８−１を流体ポート２８−７に接続し、試薬ポンプ３６とマイクロ反応器１２との間に流体通路を提供するように、第２の構成で構成されている。試薬ポンプ２６は、流体ポート２８−７の中へ流通導管２８−１１を通じて流体ポート２８−１を出てマイクロ反応器１２へ、試薬および／またはその他の反応剤を排出する。

図４で実証されるように、希釈試料は、矢印で示されるように、混合Ｔ字管１８からマイクロ反応器１２へ流れる。マイクロ反応器１２は、試薬または反応剤と反応し、反応を完了させるために、試料にとって適切な温度、圧力、および時間で動作するように設定されている。基本的に、希釈済みまたは未希釈試料または試薬は、両者の適切な比率が維持されることを保証するために、特定の速度でマイクロ反応器１２に提供される。試料および／または試薬は、注入弁３０を通じて第２試料ループ４２を介して廃液リザーバ３８に排出されることが可能である。

さらに、試料調製の間、試料ポンプ３２、希釈剤ポンプ３４、および試薬ポンプ３６は、好ましくはオンになっている。あるいは、試料調製の間、他方がオンのままであれば、試料ポンプ３２または希釈剤ポンプ３４のいずれかがオフであってもよい。たとえば、試料ポンプ３２がオフの場合、始動弁２４の構成は、時計回りに１つ分だけ回転させることによって変化し、外部試料採取弁２２は、反時計回りまたは時計回りに１つ分だけ回転させることによって変化する。その一方で、希釈剤ポンプ３４がオフであって試料ポンプ３２がオンのままである場合、希釈剤弁２６の構成は、１つ分だけ時計回りに回転させることによって変化する。

マイクロ反応器
マイクロ反応器は、小型の連続流反応器である。マイクロ反応器はまた、微細構造装置またはマイクロチャネル装置と称されることもある。マイクロ反応器内で、化学反応は、閉じ込められた環境の中で、広範な温度および圧力にわたって進められるが、その各々は、規定の化学反応の完了を保証するために、ユーザの好みにしたがって最適化されることが可能である。マイクロ反応器は、ガラス、シリコンガラス、セラミック、ステンレス鋼、またはポリマーを含むがこれらに限定されない、様々な材料から製造されることが可能である。

チップ、毛細管、微細構造化された工業用マイクロ反応器を含むがこれらに限定されない、異なるタイプのマイクロ反応器がある。マイクロチャネル設計は、メッシュ、触媒トラップ、マイクロ充填床、流下薄膜、および／または蛇行チャネルを含む。マイクロ反応器は、混合ユニット、流れ分配器、多重チャネル、および触媒粒子を固定する手段を含むことができる。これらはまた、様々なチャネル形状、多様な混合および熱交換構造も、有することができる。たとえば、Ｊｅｎｓｅｎ Ｋ．Ｆ．，Ｒｅｉｚｍａｎ Ｂ．Ｊ．，Ｎｅｗｍａｎ Ｓ．Ｇ．，Ｔｏｏｌｓ ｆｏｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｉｎ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ，Ｍａｙ，２０１４ ａｔ ｐｐ．１−２参照のこと。たとえば、三角形、ハート型、直線など、出口形状の可変性を有するガラスでできた混合ユニット、またはマイクロミキサは、混合プロセスおよび乳剤の生成の目視調査を可能にする。

一般的に、マイクロ反応器は、１ｍｍ未満から数十ｍｍの範囲の直径を有するチャネルを有することができ、約１，０００から約５０，０００ｍ^２／ｍ^３の比表面積を有することができる。たとえば、ガス液体タイプのマイクロ反応器は、これらに限定されるものではないが、以下のマイクロ反応器の例を含む：マイクロバブルカラムマイクロ反応器（チャネルサイズ１１００μｍ×１７０μｍ）は約５，１００ｍ^２／ｍ^３の界面面積を有し、マイクロバブルカラムマイクロ反応器チャネルサイズ３００μｍ×１００μｍ）は約９，８００ｍ^２／ｍ^３の界面面積を有し、マイクロバブルカラムマイクロ反応器チャネルサイズ５０μｍ×５０μｍ）は約１４，８００ｍ^２／ｍ^３の界面面積を有し、流下薄膜マイクロ反応器（チャネルサイズ３００μｍ×１００μｍ）は約２７，０００ｍ^２／ｍ^３の界面面積を有する。

マイクロ反応器の中で、試料および試薬ストリームは、マイクロ反応器の中へ連続的にポンピングされる。反応剤は、マイクロ反応器の中で混合および反応させられることが可能である。反応生成物は、連続ストリームとしてマイクロ反応器を離れることができる。マイクロチャネルの壁は通常、少なくとも約１ＭＷ／ｍ^３毎Ｋの高熱伝達率を有し、より効率的に熱除去を可能にして、たとえばニトロ化反応などの臨界反応が高温で安全に行われ得るようにする。マイクロ反応器の流動能力は、毎分プレート１枚当たり約０．４５ｍｌから約２６０ｍｌの範囲であり、マイクロ反応器のスループットは約２ｇ／分から約４５００ｇ／分、または最大数百ｋｇ／時の範囲となり得る。たとえば、スラグ、気泡、平行、または環状流の流体力学を用いる液体−液体毛細管マイクロ反応器において、流量は、毛細管の長さおよび水性物対有機物体積流量比に、直接的に依存する。たとえば、ｖａｎ Ｄｕｉｊｎ，Ｃ．Ｊ．Ｌｉｑｕｉｄ−Ｌｉｑｕｉｄ Ｍｉｃｒｏｒｅａｃｔｏｒｓ ｆｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｃａｔａｌｙｓｉｓ，Ｄｅｃｅｍｂｅｒ，２０１１，Ｃｈａｐｔｅｒ ２，ｐｐ２５−２６を参照のこと。加えて、特定の工業用マイクロ反応器は、ステンレス鋼マイクロ反応器内で最大６００バールまでの高圧力で動作することができる。

マイクロ反応器は、様々な化学反応に使用されており、製薬、化学、石油化学、および石油分野を含むがこれらに限定されない、多くの産業で使用されることが可能である。最も一般的なタイプの誘導体化は、発色団または蛍光性官能基の添加を含む。一般的で目に付く反応のその他の例は、これらに限定されるものではないが、フリーデルクラフツアルキル化、エステル加水分解、酸化、相間移動触媒、乳剤重合、トルエンのフッ素化、アンモニア酸化、芳香族窒化、エタンエポキシ化、およびホルムアルデヒドを形成するためのメタノールの脱水を含む。たとえば、五酸化２窒素を用いる芳香族の窒化は、１０秒未満の高速反応時間での液相反応であり、５０℃未満の温度で実行されなければならず、大きな冷却能力を必要とする。加えて、この反応は発熱性が高い（−５００ｋＪ／ｍｏｌ）。一般的に、アルコール、フェノール、アミン、カルボキシル、オレフィンなどを含むがこれらに限定されない活性機能を有する試料成分は、誘導体化の候補である。

さらに、マイクロ反応器は、極性基（アミン）などの誘導体化（または化学反応）に利用可能な適切な（１つまたは複数の）活性官能基を含有する広範な試料の分析のための誘導体化化学に、使用されることが可能である。誘導体化は、被分析物の化学的および物理的特性を変化させるための、被分析物と試薬との間の化学反応を含む。誘導体化の利点は、検出能の向上、より良いクロマトグラフィのための被分析物の分子構造の変化、揮発性の増加、より良い分離のためのマトリクスの変化、および被分析物の安定化を含む。理想的には、誘導体化反応は高速で定量的であり、最小限の副生成物を発生するべきである。過剰試薬は、分析に干渉してはならず、容易に除去されるべきである。

たとえば、ウォーターズのＡｃｃＱＴａｇ法は、ペプチドおよびタンパク質加水分解物アミノ酸のためのプレカラム誘導体化技術である。ＡｃｃＱＴａｇアミノ酸分析方法は、ＡｃｃＱＦｌｕｏｒ試薬である６−アミノキノリル−Ｎ−ヒドロキシスクシンイミジル−カルバメート（ＡＱＣ）などの誘導体化試薬を利用することができるが、これはマイクロ反応器に適切な温度および圧力を提供させながら、ものの数秒で１次および２次アミノ酸を有する安定した誘導体を形成する。たとえば、参照により組み込まれ、またその全内容および教示が参照により本明細書に組み込まれる、欧州特許第０５３３２００Ｂ１号明細書のパラグラフ［００１１］、［００２０］、［００２１］、［００２３］、［００２６］、および［００３４］を参照のこと。アミノ酸誘導体はその後、さらなる調製を伴わずに、カラム内に直接注入されることが可能である。

その他の有用な試薬は、液体クロマトグラフィ、質量分析、蛍光および紫外線検出によるその後の分析の検出能を向上させるための、試料内の分子を迅速に標識するために使用される分子を含むが、これに限定されるものではない。たとえば、参照により組み込まれ、またその全内容および教示が参照により本明細書に組み込まれる、国際公開第２０１３／０４９６２２号パンフレット２ページ１１行目から３ページ２０行目まで、９ページ１４行目から１３ページ２行目まで、２２ページ２３行目から３０ページ２０行目まで、および３２ページ１５行目を参照のこと。ここで、ＭＳ活性の蛍光分子は、Ｎ結合グリカンなどのグリカン、ならびにタンパク質およびペプチドおよびアミノ酸などのその他の生体分子の高速タグ付け用の試薬として、有用である。これらのＭＳ活性蛍光分子は、３つの機能成分を有することができる：（ａ）３級アミノ基またはその他のＭＳ活性原子；（ｂ）高蛍光部分；および（ｃ）イソシナネート（ｉｓｏｃｙｎａｎａｔｅ）またはサクシニミジルカルバメートなどのアミン酸と高速で反応する官能基。反応性官能基は所望の生体分子の高速タグ付けを提供し、蛍光部分は強力な蛍光信号を提供する。３級アミノ基置換は強力なＭＳ信号を提供する。別の態様において、これらの高速タグ付けＭＳ活性化合物は、蛍光部分を有していなくてもよい。

化学反応は一般的に固体が存在しない連続プロセスの恩恵を受けるので、マイクロ反応器を使用する多くの利点がある。たとえば、マイクロ反応器は、質量移動および熱伝達の強化を可能にして反応ホットスポットをなくす、高い比表面積を提供する。高速な熱伝達は、反応を完了させるのに十分な時間にわたり、試料と誘導体化試薬との間など、反応剤の分子間の接触を増加させる。言い換えると、小さい比表面積のため、これは反応から生じた熱をマイクロ反応器がはるかに効率よく吸収できるようにする。反応速度に影響を及ぼす局所温度勾配は、より良い動力学的調査を可能にするマイクロ反応器内でははるかに小さい。加えて、マイクロ反応器を加熱および冷却することは、化学反応に使用される従来の容器よりもはるかに速く、非常に低い運転コストを可能にする。優れた熱交換、熱伝達、および冷却能力は、冷却プレートの間に薄い反応層を挟み、一定の反応器チャネル深さを維持しながら横方向のサイズを増加させることによって、維持される。

加えて、マイクロ反応器は、層流条件、試料および試薬分子の均一な滞留時間を提供し、最小限の試料の使用量での高スループット、低い製造、運転、および維持コストを有する。さらに、より多くの生成物が望まれるとき、マイクロ反応器の使用は、小さな研究規模から工業用の大規模製造まで、確立された好ましい質量移動および熱伝達条件のシームレスな推移を可能にする。このため、規模の拡大は通常、熱伝達および質量移動の利点を保持しながら反応器サイズを増加させ、そして結果的に得られる少数のより大きな反応器を増やすことによって、達成される。

マイクロ反応器は、小規模な商業使用にも利用可能である。マイクロ反応器は、約１ｍｍ未満の横寸法を有する小型装置から、工業化学生産設定用の大規模商用マイクロ反応器にまで及ぶ。シームレスな規模拡大のため、通常はモジュール式マイクロ反応システムが採用される。マイクロ反応器は、混合、熱交換、および反応を同時に支援することが可能な、単一のモジュールを含むことができる。あるいは、マイクロ反応器は、１つ以上の混合モジュール、熱交換モジュール、および／または反応モジュールを含むことができる。一般的に、各チャネル内の物理的条件は同じままなので、規模拡大の時点で、より多くのチャネルを有するモジュールが採用されて、生産準備、または発見プロセスと生産段階との間で同一のプロセス結果を保証する。

たとえば、発見プロセスの間、結果はμｇからｍｇの単位で測定されることが可能である。高速反応スクリーニング用の自動フローケミストリープラットフォームを用いると、採用可能なタイプのマイクロ反応器は、たとえば現在Ｃｈｅｍｔｒｉｘより販売されているＬａｂｔｒｉｘ（Ｒ）Ｓｙｓｔｅｍのものなど、３００μｍのチャネル幅を有することができる。このようなシステムは、探査および最適化、反応速度データ生成、プロセス実現性研究、プロセス検証、および添加物スクリーニングを含むことができる。これらのシステムは、約−２０℃から約１９５℃の間の範囲、および約２５バールまでの圧力で、合成を行うことが出来る。システムは、非常に少ない原料を用いて、短時間で多くの反応パラメータを評価することができる。

開発段階では、標準ヒュームフードの中で、混合効率の再最適化または変化を伴わずに、フェーズ３までの反応開発を支援するために、現在Ｃｈｅｍｔｒｉｘより販売されているＫｉｌｏＦｌｏｗ（Ｒ）Ｓｙｓｔｅｍなどのモジュール式拡張可能フロー反応器システムが使用可能である。これらのシステムは、約１．０秒から約１００分までの範囲内の反応時間を有して、約−１５℃から約１５０℃の間の温度で合成を行うことが出来る。生産能力は、１時間当たり約１０から約６０００ミリリットルの範囲である。各モジュールは、約６０から２５０ミリ秒の範囲内の静的ミキサ、および単一チャネルまたは並列チャネル反応器が使用されたときにグラムからキログラム規模まで同じ結果を提供するために発見段階でのプロセスパラメータを使用を可能にする温度調節器を、有することができる。さらに、高圧での試薬溶液の高精度投与のために、シリンジポンプが選択されてもよい（最大動作圧力約２０バール）。反応器への試薬の連続投与を可能にするため、ポンプは、たとえばシステム内に２つの試薬溶液を送達するために使用される４つのポンプを有する、デュアルシリンジポンプとして動作させられることが可能である。ソフトウェアを使用して、たとえば（２５ｍｌシリンジを使用して）試薬供給ごとに約０．１から約５０分−１の流量のアクセスを可能にするために、全投与ユニットに対する同期制御が実現可能である。２５ｍｌシリンジを使用して約０．０１から約５０ミリリットル（ｍｌ）−１の範囲にわたって、単回投与もまた可能である。加えて、試薬は、これらが混合される反応器モジュールに移送される前に、予備加熱されることが可能である。熱交換器は、閉鎖再循環サーモスタットを使用して、熱的に調節されることが可能である。システムの内部に、熱交換モジュールは場合により２つの機能を有する：（１）試薬供給を温度調節すること、および（２）試料収集の前に反応生成物ストリームを周囲温度にすること。

生産のため、工業用フロー反応器は、１日当たり数百の反応を実行することができ、フロー中で高生産量を可能にして、非常に有益なプロセスの実行のためにトン単位で生産することができる。たとえば、現在Ｃｈｅｍｔｒｉｘより販売されているＰｌａｎｔｒｉｘ（Ｒ）工業用フロー反応器は、フロー中で高生産量を可能にしてトン単位で生産することができる、モジュール式反応器である。このタイプの反応器はモジュール式反応器であるので、その使用に関して規模拡大の危険性は少ない。異なる反応器モジュールが実装されて、混合時間、滞留時間、およびクエンチを変化させることによってシステムを特定のプロセスに合わせてカスタマイズできるようにすることも、可能である。Ｐｌａｎｔｒｉｘ（Ｒ）反応器は、反応器システムごとに約２．９ｍｌから約５Ｌの量を扱うことができ、ステンレス鋼の５倍も高い熱伝導率で、約１５００℃までの温度耐性を有することができる。加えて、ミリメートル単位のチャネル寸法を使用して、これらの反応器は、約１００μｍまでのサイズのプロセスストリーム中の固体の使用に耐えられる。さらに、Ｐｌａｎｔｒｉｘ（Ｒ）反応器は、高速発熱反応、腐食性媒体（ａｇｇｒｅｓｓｉｖｅ ｍｅｄｉａ）との反応、不安定な中間体を利用する反応、有害反応などの、ただしこれらに限定されない、非常に挑戦的な反応を含む広範な化学プロセスに使用されることが可能であり、酸性およびアルカリ性物質の両方に対して適している。

試料装填
図５は、注入弁３０の第２試料ループ４２の中に試料を装填するように構成された弁を有する、自動試料採取および反応システム２を示す。外部試料採取弁２２、始動弁２４、希釈剤弁２６、および試薬弁２８の構成は、図４に示された通りのままである。しかしながら、注入弁３０の構成は、第２の構成に変更されている。注入弁３０は、ポート１つ分だけ時計回りに回転させられている。注入弁３０のポート１つ分の反時計回りの回転は、同じ構成を実現する。試料ポンプ３２、希釈剤ポンプ３４、および試薬ポンプ３６は、矢印によって示されるように、注入弁３０の第２試料ループ４２の中に試料を排出するために、回転させられる。具体的には、この構成において、注入弁３０の流通導管３０−１２は、マイクロ反応器１２から注入弁３０の流体ポート３０−３に入って流体ポート３０−４を出て第２試料ループ４２を通り流体ポート３０−１の中へ流通導管３０−１２を通り、流体ポート３０−２を出て廃液リザーバ３８までの、流体通路を提供する。

試料注入
図６は、カラム６の中に試料を注入するように構成された弁を有する、自動試料採取および反応システム２を示す。外部試料採取弁２２、始動弁２４、希釈剤弁２６、試薬弁２８、および注入弁３０の構成は、すぐ上に記載された装填ステップから変化している。

希釈されて誘導体化された試料を溶媒組成ストリームに導入するために、注入弁３０は、第２試料ループからカラム６または検出器（図示せず）までの流体通路を提供するために流通導管３０−１１が流体ポート３０−１を流体ポート３０−６に接続するように、第１の構成に戻るようにポート１つ分だけ反時計回りに回転させられる。加えて、流通導管３０−１３は、溶媒送達システム８から第２試料ループ４２までの流体通路を提供するために、流体ポート３０−４を流体ポート３０−５に接続する。弁３０のポート１つ分の時計回りの回転は、同じ構成を実現する。第２試料ループ４２内でその中に収容された試料は、溶媒送達システム８から到着する溶媒組成ストリームの中に導入される。

加えて、外部試料採取弁２２、始動弁２４、希釈剤弁２６、および試薬弁２８は、選択的に、図５に示されるような構成のままであってもよいが、好ましくは、収集ステップ内および図２に示されるような構成に変化することができる。より具体的には、外部試料採取弁２２は、ポート１つ分だけ反時計回りに回転させられる（ポート１つ分の時計回りの回転は同じ構成を実現する）。先に記載されたように、この構成は、外部試料採取弁２２を介して第１試料ループ４０を通じて反応器１０と収集リザーバ４４との間に流体通路を提供する。

同様に、始動弁２４、希釈剤弁２６、および試薬弁２８は、選択的に、図５に示されるような構成のままであってもよいが、好ましくは、図２に示されるような構成に変化させられる。弁の各々が、他者とは無関係にポート１つ分だけ時計回りに回転する。加えて、試料ポンプ３２、希釈剤ポンプ３４、および試薬ポンプ３６は、注入ステップの間にオフにされてもよい。しかしながら、高速試料採取および調製では、試料ポンプ３２、希釈剤ポンプ３４、および試薬ポンプ３６は、図２に示されるように、再充填されて次の注入に備えるため、オンのままである。

［実施例１］
ＡＱＣ誘導体化の化学
ＡｃｃＱＴａｇ誘導体化反応は、本明細書に記載されるシステムおよび方法に適している。たとえば、ＡｃｃＱＴａｇ誘導体化は１０年以上にわたって使用されてきた。たとえば、参照により本明細書に組み込まれる、欧州特許第０５３３２００Ｂ１号明細書のパラグラフ［００１１］、［００２０］、［００２１］、［００２３］、［００２６］、および［００３４］を参照のこと。ここで、試薬は、紫外線検出器によって容易に検出される生成物を形成するために、非常に水性の環境で、プロトン化されていない１次および２次アミノ酸と反応する。同じ基がアミノ酸の各々に添加されているので、誘導体化アミノ酸の減衰係数は全く同じである。言い換えると、等モル量のアミノ酸への反応は、非常によく似ている。反応管の中で起こる完全な科学反応は、すぐ下の図に示される。

図示されるように、１次および２次アミノ酸は、数十ミリ秒の時間規模で試薬との反応を受け、したがって約１秒未満で完了する。過剰試薬はその後、数十秒の時間規模で水と反応し、たとえばアミノ酸分析に干渉しない副生成物を形成する。過剰試薬を除去するために特別な操作は必要とされず、反応はベンチトップで実行されてもよい。

［実施例２］
ＡｃｃＱＴａｇキットを用いるアミノ酸の手作業による誘導体化
本明細書に記載されるシステムおよび方法とは異なり、以下のスキームは、アミノ酸を含有する試料の手作業による誘導体化を例示する。この方法論は、本明細書に記載される自動試料採取および反応システムならびに関連する方法に対比して提示される。まず、希釈剤によるピペット先端の３×１ｍｌのすすぎを用いて、試薬が再構成される。材料が瓶の底にあることを確認するため、試薬瓶はテーブルの上で軽く叩かれる。１ｍＬの試薬希釈剤を試薬瓶に移送し、瓶をボルテックス（ｖｏｒｔｅｘ）し、５５℃に設定されたヒートブロックの上に１０分間載置する。表１に示されるように、次にホウ酸緩衝剤をブランク、標準試料および試料に、ウォーターズのＴｏｔａｌ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｖｉａｌに対するいずれか必要な基本量で添加し、完全に混合するためにボルテックスする。たとえば、２０μＬの再構成試薬をＴＲＶの液位未満で各瓶に添加し、その後キャップをしてすぐにボルテックスする。瓶を１分間室温に放置し、その後５５℃のヒートブロック内に１０分間載置した。本明細書に記載されるように、これらのステップはいまやマイクロ反応器内で自動的に実行されることが可能である。

誘導体化を成功させるため、いくつかのガイドラインに従うべきである。第１に、存在する試料の量は、方法の線形ダイナミックレンジの範囲内であって、類似環境汚染物質レベル（最も少ないアミノ酸（ＬＡＡＡ）についてカラム上で＞１ピコモル、および誘導体化カクテル中の＜１４０ナノモルの総アミン）より上である必要がある。第２に、アミンがプロトン化されていないことを保証するために、ｐＨは８から１０の間でなければならない。誘導体化におけるホウ酸塩の量は、０．１Ｎの酸を中和するのに十分でなければならない。０．１Ｎを超える酸を有する試料については、同じ濃度で等量の塩基を用いて調節する。ｐＨは、試薬が破壊されるほど低かったり高かったりしてはならない。第３に、誘導体化反応を完了させるために十分な過剰試薬がなければならない。たとえば、試料に対して最大５倍の試薬のモル過剰が必要とされる。

アミノ酸の定量分析を成功させるためのその他の考察は、第１に、誘導体化混合物の有機物濃度が、溶液中に試薬および誘導体を保持するのに十分に高くなければならない一方で、クロマトグラフィを歪曲するほど高くてはならないことを含む。第２に、アミノ酸濃度は、要求される検出限界より上でなければならない。第３に、試料はアミノ酸、タンパク質、またはその他の環境アミンによって汚染されてはならない。

さらに、勾配ブランクに目立ったピークがないことを確認し、すべての誘導体化された試料についてＡＭＱピーク高さが≧０．９ＡＵであることを検証するために、データが見直されるべきである。試薬ブランククロマトグラムは、目立ったアミノ酸汚染（≦５０フェムトモル、Ｇｌｙ≦１００フェムトモル）を有するべきではなく、標準の複数注入は十分に重ねられるべきである。モノ誘導体化されたリジンは、Ｐｈｅ高レベルの２％を超えてはならない。また、アミノ酸ピークの保持時間アライメントは、成分マーカと比較されて調節されるべきである。

不十分な定量化を解決するために、十分な有機物が存在しない場合には、疎水性アミノ酸が溶液から出てくることを検討すべきである。誘導体化において有機物が多すぎる場合には、これは早期溶離ピークを歪曲することになる。さらに、２次試料中の有機物の蒸発は、不相応に大きい早期ピークおよび小さい後期ピークを生じる可能性もある。誘導体化関連の定量化に関しては、ＡＭＱピークサイズは≧０．９０ＡＵでなければならない。さらに、Ａｓｐ、Ｇｌｕ、Ａｌａは、ｐＨには最も敏感であるが、十分な過剰試薬ではない。また、標準のＡｌａ／Ｐｈｅ比は、試薬が悪いか否か、またはホウ酸緩衝剤に問題があるか否かを示すことができ、モノ誘導体化されたリジンは不完全な誘導体化を示す。また、具体的な定量化問題は加水分解関連であり、以下を含む：（１）メチオニン回収は酸素曝露によって異なる；（２）チロシン、トレオニン、およびセリンは徐々に破壊される；（３）疎水性物質はゆっくりと放出されてもよい；（４）多すぎる固形物または不十分な酸は、加水分解を遅延または停止させる；および（５）タンパク質またはアミノ酸汚染がもたらされる。

したがって、解決のため、機器、化学的性質、または試料採取問題などの明白な問題を特定することが鍵であり、新しい検査済みカラムおよびボトル詰めされた検査済み溶離液を使用することは必須である。結果を判断するために、保持時間は同じで正確でなければならず、ピーク面積は同じでなければならず、設備上で取得された結果と一致しなければならず、面積比を設備結果と比較すべきである。

当業者は、上記の実施形態に基づいて、本発明のさらなる特徴および利点を理解するであろう。したがって、本発明は、添付請求項によって示されない限り、具体的に図示および記載されたものによって限定されるべきではない。本明細書中で引用されたすべての刊行物および参考文献は、参照によりその全体が明らかに本明細書に組み込まれる。

１ 分離検出システム
２ 自動試料採取および反応システム
４ リザーバ
６ クロマトグラフカラム
８ 溶媒送達システム
１０ 反応器
１２ マイクロ反応器
１８ 混合Ｔ字管
２２ 外部試料採取弁
２２−１、２２−２、２２−３、２２−４、２２−５、２２−６、３０−１、３０−２、３０−３、３０−４、３０−５、３０−６、２４−１、２４−２、２４−３、２４−４、２４−５、２４−６、２４−７、２６−１、２６−２、２６−３、２６−４、２６−５、２６−６、２６−７、２８−１、２８−２、２８−３、２８−４、２８−５、２８−６、２８−７、５４−１、５４−２、５４−３、５４−４、５４−５、５４−６、５４−７、５４−８、５４−９、５４−１０ 流体ポート
２２−１１、２２−１２、２２−１３、３０−１１、３０−１２、３０−１３、２４−１１、２６−１１、２８−１１、５４−１１、５４−１２、５４−１３、５４−１４、５４−１５ 流通導管
２４ 始動弁
２６ 希釈剤弁
２８ 試薬弁
３０ 注入弁
３２ 試料ポンプ
３４ 希釈剤ポンプ
３６ 試薬ポンプ
３８ 廃液リザーバ
４０ 第１試料ループ
４２ 第２試料ループ
４４ 収集リザーバ
４６ 洗浄剤リザーバ
４８ 希釈剤リザーバ
５０ 試薬リザーバ
５２ 外部試料ポンプ
５４ 外部補助試料採取弁
５５ 第３試料ループ
５６ 選択弁
１００ データシステム
１０２ ホストコンピューティングシステム

Claims (20)

1. 始動弁に接続された外部試料採取弁であって、外部試料採取弁は反応器または反応器ストリームから試料を引き出すように構成されており、始動弁は外部試料採取弁に洗浄剤を排出するように構成されている、外部試料採取弁と、
   外部試料採取弁と流体連通していて試薬弁に接続されているマイクロ反応器であって、試薬弁はマイクロ反応器に試薬を排出するように構成されており、外部試料採取弁は２次試料を形成するためにマイクロ反応器に試料を排出するように構成されている、マイクロ反応器と、
   マイクロ反応器に接続されていてカラムまたは検出器と流体連通している注入弁であって、注入弁は溶媒組成ストリームの中に２次試料を排出するように構成されている、注入弁と、
   を備える、自動試料採取および反応システム。
2. 外部試料採取弁およびマイクロ反応器に接続された混合Ｔ字管をさらに備える、請求項１に記載の自動試料採取および反応システム。
3. 混合Ｔ字管に接続された希釈剤弁をさらに備え、希釈剤弁は混合Ｔ字管に希釈剤を排出するように構成されている、請求項２に記載の自動試料採取および反応システム。
4. 始動弁および試薬弁と組み合わせて動作する１つ以上のポンプを有するポンピングシステムをさらに備え、始動弁は、洗浄剤リザーバから洗浄剤を引き出すように、または外部試料採取弁に洗浄剤を排出するように構成されており、試薬弁は、試薬リザーバから試薬を引き出すように、またはマイクロ反応器の中に試薬を排出するように構成されている、請求項１に記載の自動試料採取および反応システム。
5. 始動弁、希釈剤弁、および／または試薬弁と組み合わせて動作する１つ以上のポンプを有するポンピングシステムをさらに備え、始動弁は、洗浄剤リザーバから洗浄剤を引き出すように、または外部試料採取弁に洗浄剤を排出するように構成されており、試薬弁は、試薬リザーバから試薬を引き出すように、またはマイクロ反応器の中に試薬を排出するように構成されており、希釈剤弁は、希釈剤リザーバから希釈剤を引き出して混合Ｔ字管に希釈剤を排出するように構成されている、請求項３に記載の自動試料採取および反応システム。
6. 第１の構成において、外部試料採取弁は反応器または反応器フローストリームから離散的な量の試料または連続的な試料を引き出し、第２の構成において、外部試料採取弁は、試料ポンプから排出された逆流を介して混合Ｔ字管に、引き出された試料を排出するように構成されている、請求項１に記載の自動試料採取および反応システム。
7. 希釈剤弁が、希釈剤リザーバから希釈剤を引き出すように構成されている、請求項３に記載の自動試料採取および反応システム。
8. システムが、約１気圧を超える圧力の下で動作する、請求項１に記載の自動試料採取および反応システム。
9. システムが、非加圧源から引き出すように構成されており、少なくとも１つの外部補助試料採取弁および少なくとも１つの外部試料ポンプをさらに備え、外部補助試料採取弁は外部試料ポンプ、外部試料採取弁、および反応器または反応器ストリームに接続されている、請求項１に記載の自動試料採取および反応システム。
10. システムが、外部補助試料採取弁および外部試料採取弁に接続された少なくとも１つの選択弁をさらに備える、請求項９に記載の自動試料採取および反応システム。
11. システムが、複数の外部試料採取弁と、外部試料採取弁の各々に接続された選択弁とを備える、請求項１に記載の自動試料採取および反応システム。
12. マイクロ反応器が、チップ、毛細管、微細構造または工業用タイプのマイクロ反応器である、請求項１に記載の自動試料採取および反応システム。
13. 請求項１に記載の自動試料採取および反応システムを備える、液体クロマトグラフィシステム。
14. 溶液の定量分析方法であって、
    反応器または反応器フローストリームから試料源を選択するステップと、
    外部試料採取弁を通じて反応器または反応器フローストリームから試料を取得するステップであって、外部試料採取弁は第１試料ループの中に試料を引き込むように構成されている、ステップと、
    外部試料採取弁と流体連通している始動弁を通じて洗浄剤を引き出すステップであって、始動弁は、第２試料ループから外部試料採取弁へ洗浄剤を排出するように構成されている、ステップと、
    試薬弁からマイクロ反応器へ排出される試薬と試料を反応させるステップであって、マイクロ反応器は外部試料採取弁と流体連通しており、試薬弁は２次試料を形成するためにマイクロ反応器に接続されている、ステップと、
    注入弁の第２試料ループ内に２次試料を排出するステップと、
    カラムまたは検出器と流体連通している溶媒組成ストリームの中に注入弁から試料を注入するステップと、
    を備える、溶液の定量分析方法。
15. 試料が、１気圧を超える圧力の下で動作する反応器または反応器フローストリームから取得される、請求項１４に記載の溶液の定量分析方法。
16. 試料が、１気圧以下の圧力の下で動作する反応器または反応器フローストリームから取得される、請求項１４に記載の溶液の定量分析方法。
17. 試薬が、ＭＳ活性の蛍光高速タグ付け試薬である、請求項１４に記載の溶液の定量分析方法。
18. ２次試料が、ＭＳ活性の蛍光生体分子である、請求項１４に記載の溶液の定量分析方法。
19. 試料は外部補助試料採取弁に接続された外部試料ポンプによって取得され、外部ポンプは、試料ポンプから排出された逆流を介して、マイクロ反応器に接続された混合Ｔ字管に、引き出された試料を排出するように構成されている、請求項１６に記載の溶液の定量分析方法。
20. 混合Ｔ字管において試料をクエンチするステップをさらに備える、請求項１９に記載の溶液の定量分析方法。

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