JP2019015727A - 分散的通電抽出を使用した解析的分析のための迅速な試料調製 - Google Patents

Abstract

【課題】解析的分析のために試料を調製するための抽出方法を提供する。
【解決手段】１つ以上の分析物を含有する試料マトリックス１１を熱伝導性試料カップ１０内に設置するステップと、熱伝導性試料カップを耐圧反応チャンバ１２内に位置付けるステップと、溶媒を熱伝導性試料カップ内に分注するステップと、反応チャンバ内の試料カップ内で溶媒及び試料マトリックスを分散させるステップと、反応チャンバ内の熱伝導性試料カップ内の試料マトリックス及び抽出溶媒を分注された溶媒が大気圧を超える気圧を発生させる温度まで加熱するステップと、抽出溶媒抽出物を大気圧で試料カップから放出するステップとを含む抽出方法。
【選択図】図１

Description

関連出願
本出願は、本出願と同時に出願された出願第＿＿＿＿＿＿号、Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｆｏｒ Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｓａｍｐｌｅ Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ、及び本出願と同時に出願された出願第＿＿＿＿＿＿号、Ｒａｐｉｄ Ｅｎｅｒｇｉｚｅｄ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｓｏｌｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ（ＳＰＥ）ｆｏｒ Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓに関連する。

本発明は、分析化学に関し、具体的には、分子分析のための試料調製に関する。

任意の生成物の分子分析（試料中の１つ以上の化合物を特定するタスク）を行うために、生成物の試料は、それがクロマトグラフィー、分光法、質量分析、及び／または核磁気共鳴器具使用によって容易に分析され得るような形態でなければならない。

これらの分析器具が実質的に純粋な単離された分析物を必要とするため、一般に「試料調製」と称されるいくつかの中間ステップが行われて、目的とする化合物を、それらが見つけられ得る試料マトリックスから単離し、器具使用によって分析のためにそれらを調製しなければならない。

試料中の１つ以上の化合物を特定するタスクは、試料調製に関連する極めてより大きい一連の可能性及び課題を提示する。「天然に存在する」化合物（植物または動物によって産生されるもの）の数は非常に多く、現代の有機及び無機合成の能力により、同様の数の合成化合物が比喩的にまたは逐語的に生成されている。

目的とする化合物の特定または量的測定が産業プロセスに関連するため、かつ廃水、土壌、及び空気中の汚染物質についての環境試験のため、目的とする化合物の特定または量的測定に多大な関心が集まっている。

小群の認識可能な代表的な試料でさえも、食品中の農薬、食品中の他の合成化学物質（抗生物質、ホルモン、ステロイド）、土壌中の合成組成物（ベンゼン、トルエン、精製炭化水素）、及び日用品中の望ましくない組成物（例えば、ポリカーボネートボトル及び他のプラスチック食品包装中のビスフェノール−Ａ（「ＢＰＡ」））を含むであろう。

一般に、抽出、すなわち、試料を溶媒と混合することによって目的とする１つ以上の化合物を試料から取り出すこと（溶媒中で所望の化合物（複数可）が試料から抽出されて、それが分析的技法によって測定され得るようになる）は、試料調製の主な形態になっている。

数世代にわたって（かつ現在に至るまで）、抽出形態での試料調製は、１９世紀に発明された十分に理解されているソックスレー法によって行われている。ソックスレー技法では、溶媒の単一部分は、抽出が完了するまで試料マトリックスを通って繰り返し循環する。ソックスレー法が有利である限り、ソックスレー法は、沸騰フラスコが加熱され、コンデンサが冷却される限り、抽出が独力で継続することを可能にする。

この抽出方法は、目的とする化合物を完全に抽出するのに何時間もかかる場合がある。可燃性溶媒、有害廃棄物、及び割れやすいガラス製品の安全性に対する他の懸念は、この方法の大きな不利点である。

別の一般に知られている抽出方法は、超音波処理、すなわち、撹拌をもたらす超音波（２０ｋＨｚ超）での液体試料の照射である。超音波処理が抽出プロセスを加速する利点を有するが、不利点は、それが労働集約型であり、手動プロセスであり、大量の溶媒を使用することである。

より近年では、分析規模のマイクロ波支援抽出（ＭＡＥ）が利用されている。ＭＡＥは、分析物を試料マトリックスから溶媒に分配するために、マイクロ波エネルギーを使用して試料と接触している溶媒を加熱する。ＭＡＥの主な利点は、試料溶媒混合物を迅速に加熱する能力である。閉鎖加圧槽を使用する場合、抽出は、目的とする化合物の試料マトリックスからの抽出を加速する高温で行われ得る。ＭＡＥは、抽出プロセスを加速するが、不利点も有する。マイクロ波加熱プロセスでは、典型的には、双極子の逆転ならびに溶質及び溶媒中に存在する荷電イオンの変位によって双極子回転及びイオン伝導をもたらし、非極性溶媒の使用を制限するために、極性溶媒が必要とされている。ＭＡＥは、抽出物を濾過する手段を提供しない高価な高圧槽を使用し、それらは、圧力が解放され得る前に冷却されなければならない。

１９９０年代に、分析物を抽出するための自動装置が開発された。これらの装置は、高温及び圧力下で加圧セル内に溶媒抽出を組み込んでおり、「加圧流体抽出」（「ＰＦＥ」）または「加速溶媒抽出」（「ＡＳＥ」）」と称される。ＰＦＥは、溶媒が高い抽出特性を呈する高温であることを除いて、ソックスレー抽出に類似していることが示されている。この手技は、Ｄｉｏｎｅｘによって最初に開発された（Ｒｉｃｈｔｅｒ ＤＥ ｅｔ ａｌ．，Ａｎａｌ Ｃｈｅｍ １９９６，６８，１０３３）。１つのかかるＰＦＥ自動抽出システム（Ｄｉｏｎｅｘ ＡＳＥ）が市販されている。

ＰＦＥは、当初は、土壌中の環境汚染物質（ＥＰＡ法３５４５、除草剤、農薬、炭化水素）、堆積物、及び動物組織のために使用されていたが、食品、医薬品、及び他の生体試料での使用に拡大している。

ＰＦＥは、効率的な抽出を提供するが、分析のために試料調製に必要な多くのステップに関連する主な障害を依然として打開していない。ＰＦＥは、複合成分セル及び多くのステップを利用する。セルには試料及び他の充填材料が密に充填されており、セル内のいずれの空隙領域も排除し、分離を促進し、チャネリングを回避する。分析のためにセルを調製するのに、典型的には、１５分かかり得る。セルは、最大１５００ｐｓｉの圧力で予加圧され、２００℃まで加熱された後に、溶媒が添加される抽出は、クロマトグラフ原理に基づいており、高温の溶媒をカラムに通過させる。サイクル時間は、最大２０分かかり得、高圧の要件により、費用及び維持に関して二次的不利点がもたらされる。

より新たなＰＳＥまたはＡＳＥ技法は、これらの問題のうちのいくつかに対処するよう試みているが、セルが密に充填されることを依然として要求し、複雑性及び各抽出に必要な全時間を増す。

試料調製は、長年にわたって発展しているが、それにもかかわらず、分子分析において主な障害を残している。したがって、ソックスレー、超音波処理、ＭＡＥ及びＰＦＥ技法が各々利点を有するが、これらは各々、比較的多大な時間を必要とするままである。結果として、必要または所望の情報を提供するために複数の試料が必要または所望される場合、任意の所与の抽出に基づく分子調製ステップを行うのに必要な時間は、任意の所与の時間内に調製され得る試料の数を減らし、それ故に、任意の所与の時間間隔内に入手可能な情報の量を減らす。測定が連続プロセスにおいて有用または必要である限り、これは、試料間での、または異常または厄介な結果が特定され得る前の、より長い隔たりを表す。

要約すれば、現在の試料調製技法は、遅く、複雑であり、非効率的であり、多数の別個のステップを必要とし、過剰な溶媒を使用し、自動化が困難であり、高液体圧下で動作する。

したがって、抽出に基づく試料調製は、分析技法における主な障害と認識され続けている。

一態様では、本発明は、抽出溶媒及び分析物を含有する試料マトリックスが試料カップ内に設置され、撹拌され、加熱され、加圧され、その後、溶媒抽出物が冷却された後に、試料カップから排出された冷却抽出溶媒抽出物を分析のために収集することを含む、分子分析のために分析物を調製するための抽出方法である。

別の態様では、本発明は、抽出溶媒及び分析物を含有する試料マトリックスを試料カップ内に設置するステップと、その後、試料カップ内の抽出溶媒及び試料マトリックスを撹拌し、加熱し、加圧して、分析物を加熱された試料マトリックスから加熱された抽出溶媒中に抽出するステップと、その後、排出された抽出溶媒抽出物が周囲温度に近づくか、またはそれに到達するまで、大気圧で加圧加熱抽出溶媒抽出物を大気圧で試料カップから排出するステップと、分析のために冷却抽出溶媒抽出物を収集するステップとを含む、分子分析のために分析物を調製するための抽出方法である。

なお別の態様では、本発明は、抽出溶媒及び分析物を含有する試料マトリックスを試料カップ内に設置するステップを含む、抽出に基づく試料調製方法である。本方法は、試料カップ内の試料マトリックス及び抽出溶媒を撹拌しながら、温度が大気圧を超える気圧を発生させ、上昇した温度とともに、分析物を駆動して実質的に試料マトリックスから抽出溶媒内に入らせるまで、耐圧反応チャンバ内の試料カップ、試料マトリックス、及び抽出溶媒を加熱するステップと、溶媒抽出物を大気圧で試料カップから冷却コイル内に放出するステップであって、冷却コイルが、溶媒抽出物を周囲温度または周囲温度近くまで実質的に冷却するのに十分な長さを有する、放出するステップとを含む。

なお別の態様では、本発明は、１つ以上の分析物を含有する試料マトリックスを試料カップ内に設置するステップと、試料カップを耐圧反応チャンバ内に位置付けるステップと、溶媒を試料カップ内に分注するステップと、反応チャンバ内の試料カップ内で溶媒及び試料マトリックスを分散させるステップと、反応チャンバ内の試料カップ内の試料マトリックス及び抽出溶媒を分注された溶媒が大気圧を超える気圧を発生させる温度まで加熱するステップと、抽出溶媒抽出物を試料カップから冷却コイル内に放出するステップであって、冷却コイルが、コイル内で溶媒抽出物の温度を周囲温度または周囲温度近くまで低下させるのに十分な長さを有する、放出するステップと、濾過された溶媒抽出物をコイルから収集するステップとを含む、解析的分析のために試料を調製するための抽出方法である。

なお別の態様では、本発明は、抽出溶媒及び分析物を含有する試料マトリックスを耐圧反応チャンバによって包囲された熱伝導性試料カップ内に設置するステップであって、熱伝導性試料カップが１つの開放濾過端を有する、設置するステップと、抽出溶媒を試料カップの内部及び試料カップの外部の反応チャンバの両方に添加するステップと、温度が大気圧を超える気圧を発生させ、上昇した温度とともに、分析物を駆動して実質的に試料マトリックスから抽出溶媒内に入らせるまで、試料カップの外部の反応チャンバ内の溶媒を加熱して、次いで、試料カップ、試料マトリックス、及び抽出溶媒を加熱するステップと、溶媒抽出物を大気圧で試料カップから冷却管内に放出するステップであって、冷却管が、溶媒抽出物を周囲温度または周囲温度近くまで実質的に冷却するのに十分な長さを有する、放出するステップとを含む、抽出に基づく試料調製方法である。

なお別の態様では、本発明は、試料カップ内の抽出溶媒と分析物を含有する試料マトリックスとの加熱加圧撹拌混合物である。

本発明の前述及び他の目的及び利点、ならびにそれらが達成される様式は、添付の図面と併せて、以下の発明を実施するための形態に基づいてより明確になる。

本発明の方法を行うために使用された要素のうちのいくつかの概略図である。 実施例１に基づくＢＮＡ ＣＭＲ抽出の例示のフルスキャンクロマトグラムである。 ＡＳＥ抽出と比較した本発明による実施例１の抽出のオーバーレイである。 本発明を使用した実施例２のポリエチレンＣＲＭ抽出の試料フルスキャンクロマトグラムである。

本方法を説明するために、いくつかの用語が本明細書で使用される。

「溶媒」という用語は、その十分に理解されている化学的意味で使用され、例えば、「別の物質（溶質）を分解して、分子またはイオンサイズレベルで均一に分散した混合物（溶液）を形成することができる物質」である。「有機」という形容詞は、炭素と、酸素、硫黄、及び金属、ある場合には、ハロゲンとのある特定の小分子組み合わせ以外の「全ての炭素化合物を包含する」ように、その十分に理解されている意味で使用される。Ｌｅｗｉｓ，ＨＡＷＬＥＹ’Ｓ ＣＯＮＤＥＮＳＥＤ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＤＩＣＴＩＯＮＡＲＹ，１５ｔｈ Ｅｄｉｔｉｏｎ，２００７，Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓを参照されたい。

「試料マトリックス」とは、分析物の存在及び任意にその量について試験される材料である。

「分析物」とは、目的とする分子化合物である。本明細書で使用される場合、「分析物」は、複数の分析物が単一の試料内に存在する試料を含み得る。

「溶媒抽出物」とは、抽出後の溶媒中の分析物の溶液である。

「試料カップ」とは、試料マトリックス及び溶媒の容器である。

「収集槽」とは、冷却後の溶媒抽出物を収集する容器である。

第１の態様では、本発明は、分子分析のために試料を調製するための抽出方法である。本方法では、抽出溶媒及び試料マトリックスが試料カップ内に設置され、試料カップが耐圧加熱チャンバ内に位置付けられる。典型的な（限定されない）試料マトリックスとしては、食品、食品包装、及び土壌が挙げられる。

当業者によって認識されるように（例えば、ＵＳ ＥＰＡ法３５４５）、試料は、試料マトリックスからの目的とする分析物の最適な再現可能な回収をもたらす溶媒系を使用して目的とする濃度で抽出されなければならない。抽出溶媒の選択は、目的とする分析物に依存し、全ての分析物に普遍的に適用可能な溶媒はない。

分子分析のための典型的な（限定されない）固体−液体抽出溶媒としては、水、弱酸、弱塩基、アセトン、ヘキサン２−プロパノール、シクロヘキサン、ジクロロメタン、アセトニトリル、メタノール、及びそれらの混合物が挙げられる。

本明細書にさらに記載されるように、かつ理論に拘束されることなく、反応チャンバを加熱して、次いで、試料カップを加熱するステップが、溶媒及び試料の混合及び撹拌を助けるのに十分な予平衡温度勾配を作り出すように見える。いくつかの実施形態では、反応チャンバが予加圧されて（約２５ｐｓｉが十分であることが分かっている）、抽出を強化し、潜在的には、予平衡温度勾配及びその潜在的利益を強化する。

本発明の方法では、試料マトリックスは、試料カップ内で緩く充填されていると説明される場合もある。「緩い」という用語が同様に相対的であるが、この用語は、拘束もしくは抑制するものがなく、かつ締結もしくは付着なしまたはそれから解放されたものとして、その通常の意味で、本明細書で使用される（Ｕｒｄａｎｇ，ＴＨＥ ＲＡＮＤＯＭ ＨＯＵＳＥ ＣＯＬＬＥＧＥ ＤＩＣＴＩＯＮＡＲＹ，Ｒａｎｄｏｍ Ｈｏｕｓｅ Ｉｎｃ．（１９７２））。試料マトリックスが緩いため、上部、底部、またはこれらの両方からの溶媒の添加は、試料マトリックスを溶媒中に分散させる助けとなる。

抽出溶媒及び試料マトリックスは、さもなければ試料マトリックス、分析物、または溶媒に不活性の撹拌ガス流を使用して、チャンバ内のカップ内でも混合され得る。抽出技術分野の技術者であれば、ガスが既知のパラメータに基づいて選択され得、ある場合には、圧縮空気が適切である一方で、他の場合では、窒素または水素（水素の可燃性特性に基づいて注意を払って）が最良であり得ることを認識する。他の場合では、希ガスのうちの１つ（例えば、ヘリウム、アルゴン）が最良であり得る。

他の混合技法が使用され得る（例えば、磁気撹拌棒または他の機械デバイス）が、より複雑な器具使用を必要とする傾向がある。

その後、試料マトリックス及び溶媒は、反応チャンバ内の試料カップ内で蒸発溶媒が大気圧を超える気圧を発生させる温度まで加熱される。９０℃〜１８０℃の温度が例示であり（米国環境保護庁は、土壌の場合、１２０℃を提案している）、この温度で、典型的な有機抽出溶媒は、１平方インチ当たり５０〜２５０ポンド（ｐｓｉ）の対応する圧力を発生させる。現在までの実験では、この温度に到達するまでの時間は約９０秒であり、この時点で、抽出は実質的に完了する（抽出が平衡プロセスであることが理解される）。その後、溶媒からの蒸気により発生した圧力は、溶媒抽出物を試料カップから冷却コイル内に排出するために使用され、冷却コイルは、溶媒抽出物がコイル内にある間に抽出物の温度を周囲温度（例えば、２５℃）まで低下させるのに十分な長さを有する。その後、溶媒抽出物がコイルから、典型的には、収集槽内に収集される。例示の実験では、約１０フィートの長さを有する金属管類が約３０秒の滞留時間を提供する傾向があり、これは、溶媒抽出物を周囲温度または周囲温度近くまで冷却するのに十分である。したがって、コイルは、典型的には、スペース節約目的のために使用されるが、コイルの形状は、必須ではなく任意である。

試料マトリックス及び抽出溶媒は、本分野で典型的な量で添加され得る。例えば、固体マトリックスは、約５〜１０グラム（ｇ）の目的とする試料マトリックスを提供する様式で収集される。抽出溶媒の量は比例しており、典型的には、約３０〜１００ミリリットル（ｍＬ）である。

図１は、本発明の方法ステップを行うための器具の基本的要素の概略図である。

図１は、概略図との関連で本方法のいくつかの特徴部を図解する。図１は、耐圧反応チャンバ１２によって包囲された熱伝導性耐圧試料カップ１０を図解する。

本発明との関連で、典型的な試料カップは、熱伝導性材料の円筒形態である。試料カップ１０が反応チャンバ１２の内部にあるため、試料カップ１０は差圧をほとんどまたは全く受けず、それ故に、その質量は、熱伝達を促進するために最小限に抑えられ得る。本実施形態では、長さ約３．５インチ（８．９ｃｍ）及び直径約１．２５インチ（３．２ｃｍ）であり、約０．１インチ（２．５４ｍｍ）の壁厚を有するアルミニウム円筒が適切であることが分かっている。「熱伝導性（ｈｅａｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ）」または「熱伝導（ｔｈｅｒｍａｌｌｙ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ）」という用語は、熱が比較的素早く通過する材料を表すためにそれらの十分に理解されている意味で使用される。その反対は、言うまでもなく、「絶縁」という用語であり、これは、熱がより緩徐に通過する材料を説明するものとして同様に十分に理解されている。これに基づいて、多くの金属及び合金は、かかる伝導性が大半の金属及び合金の顕著な特性のうちの１つであることを考慮して、槽に特に有用である。あるいは、多くのポリマー材料は、絶縁とみなされており、通常、本発明との関連であまり有用ではない。多くの金属及び合金の熱伝導性が公開され、広く普及しており、適切な金属または合金は、過度の実験を行うことなく当業者によって選択され得る。

適切な試料カップは、一方の端に開放口部及び反対側の端にまたはその近くに部分的開放フロアを有するシリンダーである。（すなわち、カップ、その口部、または開放端の形状または位置）のわずかな変化は、言うまでもなく、本発明の予想範囲内である。部分的開放フロアは、フィルタまたは濾過媒体を支持することができ、溶媒抽出物が試料カップから排出することを可能にし得る。溶媒は、試料カップの上部から、試料カップの底部を通して、またはこれらの両方で、試料カップ内に分注され得る。

抽出溶媒と分析物を含有する試料マトリックスとの組み合わせ（水平線１１で概略的に図示される）は、１つの開放濾過端１３を使用して試料カップ１０内で維持される。濾過媒体は、１４と指定される。

図１は、追加の抽出溶媒が、任意に、点線１５で示されるように、試料カップ１０の外部の反応チャンバ１２に添加されて、試料カップ１０をジャケット被覆することができることも示す。クロージャ４６は、試料カップ１０を反応槽１２内に密閉する。

加熱器１６は、温度が大気圧を超える気圧を発生させ、上昇した温度とともに、分析物を駆動して実質的に試料マトリックスから抽出溶媒に入らせるまで、試料カップ１０の外部の反応チャンバ１２内の溶媒１５を加熱し、次いで、試料カップ１０、試料マトリックス１１、及び抽出溶媒を加熱する。

その後、溶媒抽出物は、反応チャンバを開放端で大気圧に開放することによって（例えば、弁２１を使用して）放出され、これにより、溶媒抽出物が、溶媒抽出物を周囲温度または周囲温度近くまで冷却するのに十分な長さを有する冷却管１７に移動することができるようになり、冷却された溶媒抽出物が、分析に備えて、例えば、収集槽２０内に収集されるようになり得る。

分子分析のために試料を調製する際、試料マトリックスが試料カップ１０内に設置され、次いで、熱伝導反応チャンバ１２内に設置される。供給物２２からの溶媒は、弁３３、関連通路２４及び２５、ならびに送達ヘッド２６を通って試料カップ１０に（ひいては、試料マトリックスに）送達される。液体マトリックス試料は、シリンジポンプ２７、３０、及び弁３３から送達され得る。加えて、溶媒は、弁３３、ライン２８、弁２１、及びライン３１を使用して、反応チャンバ１２の底部に添加され得る。

図１は、ガス撹拌が、弁４２によって制御されるように、通路４０及び４１を使用して不活性ガスを供給物３７から試料カップの底部またはその近くの位置まで送達することによって行われることも図解する。二次撹拌が必要とされる場合、典型的には圧電変換器である超音波発生器４３等のデバイスを用いて行われ得る。

弁２１が大気圧に開放されているときに排出ステップが行われ、これにより、熱伝導チャンバ１２内の加圧された溶媒蒸気が通路３１を通して、その後、弁２１を通して液体溶媒抽出物を押し出し、その後、冷却コイル１７に入れる。冷却コイルは、収集管３２によって収集槽２０に接続される。

さらに図１を参照して、かつ可能性の説明を完了するために、溶媒は、溶媒供給物２２からライン２４を通って回転弁３０まで流れることができる。ライン４７は、回転弁３０を補助弁３３に接続する。ライン２８は、補助弁３３をガス弁２１に接続し、次いで、ライン３１を使用して、溶媒を反応チャンバ１２の底部に送達することができる。

ライン４８は、回転弁３０をシリンジ４０に接続し、これにより、供給物２２からの液体が、供給物２２からシリンジ４０内に、その後、シリンジ４０から試料カップ内に、かつライン３５から２５に、かつディスペンサーヘッド２６を通って計量され得る。点線１５は、溶媒を使用して試料カップ１０をジャケット被覆したときの試料カップ１０と反応チャンバ１２との間の溶媒の位置を表す。

ガス供給物３７は、ライン５０及び４７を通して追加の圧力をヘッドスペースに供給することができ、これは、いくつかの他の品目へのガス流に加えて、弁３２によって制御される。ライン５１は、弁３２を通気孔３５に連結する。

ガス圧力監視の一環として、ライン５２は、弁３２を圧力計２３に接続し、圧力計２３は、連通ライン５３を通してプロセッサ３８に配線される。プロセッサ３８は、連通ライン５４を使用して熱電対４４にも接続され、これにより、様々な試料抽出物の温度と蒸気圧との監視された組み合わせを使用して、有用な標準化情報を築くことができるようになる。

反応チャンバ１２及び試料カップ１０の底部に撹拌ガスを提供するために、ガス供給物３７も、適切なラインまたは管１８４を通して弁２１に接続される。

圧力ヘッドシール４６は、試料カップを反応チャンバ内に密閉する。ライン５６は、溶媒を弁２１からコイル１７に排出し、ライン３２は、コイル１７から収集槽４６に排出する。

本方法の本質は、いくつかの追加の態様で表され得るようなものである。第２の態様では、それらのステップは、抽出溶媒及び分析物を含有する試料マトリックスを試料カップ内に設置することを含む。その後、試料マトリックス及び抽出溶媒が試料カップ内で撹拌され、加熱され、加圧されて、分析物を加熱された試料マトリックスから加熱された抽出溶媒内に抽出する。その後、加圧加熱抽出溶媒抽出物は、排出された抽出溶媒抽出物が周囲温度に近づくか、またはそれに到達するまで、大気圧で試料カップから冷却コイルを通して排出される。その後、冷却された抽出溶媒抽出物が分析のために収集される。

図１では、溶媒１１の上部の試料カップ１０内のヘッドスペースは、弁３２及びライン４７を使用してガス源３７から加圧され得る。

明らかに、広範囲にわたる選択が当業者に利用可能であり、本発明が他の方法と同じ溶媒及び固定相を使用するため、適切な選択が過度の実験を行うことなく行われ得る。

第２の撹拌ステップが必要とされる場合、典型的には超音波振動を使用して、加熱ステップ及び加圧ステップの前に、またはそれらと同時に行われ得る。あるいは（または加えて）、撹拌は、溶媒及び分析物に不活性のガスを供給することによって行われ得る。

前述の実施形態にあるように、放出溶媒を排出するステップは、加熱された放出溶媒を、放出溶媒がコイル内にある間に排出された放出溶媒を周囲温度に近づくか、またはそれに到達するように冷却するのに十分な長さを有するコイル内に排出することを含む。その時点で、分析物を含有する放出溶媒は、従来の機器における分子分析に備えた温度である。

基本的には、本発明の方法は、予想温度及び圧力で安定した任意の分析物を調製するのに適切である。

各実施形態では、溶媒は、水、弱酸、弱塩基、酢酸エチル、メチル第三ブチルエーテル（「ＭＴＢＥ」）、塩化メチレン、ヘキサン、アセトン、ヘキサン２−プロパノール、シクロヘキサン、アセトニトリル、メタノール及びそれらの混合物からなる群から選択され得るが、この特定の群に限定されない。

各実施形態は、加圧加熱ステップ中に第２の超音波撹拌ステップを使用し得る。

各実施形態では、溶媒抽出物の大気圧への放出を使用して、溶媒抽出物を駆動して試料カップから冷却コイル内に入らせる。

各実施形態では、代表的な加熱温度は、９０〜１８０℃であり、代表的な結果として生じる圧力は、約５０〜２５０ｐｓｉである。

なお別の態様では、本発明は、試料カップ内の抽出溶媒と分析物を含有する試料マトリックスとの加熱加圧撹拌混合物として表され得る。

実験

表１は、ソックスレー（ＥＰＡ ３５４０Ｃ）、本発明（実施例１）、及び加速溶媒抽出（ＡＳＥ、ＥＰＡ ３５４５）を比較する、土壌からの塩基中性酸（ｂａｓｅｓ ｎｅｕｔｒａｌｓ ａｎｄ ａｃｉｄｓ、「ＢＮＡ」）の抽出からのデータをプロットする。指示されたＡＳＥの体積及び時間を、Ｄｉｏｎｅｘ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｎｏｔｅ ３１７に記載のパラメータを使用したランから測定する。分析を、ガスクロマトグラフィー、続いて、質量分析（ＧＣＭＳ、ＥＰＡ ８２７０）を使用して行った。

本発明の方法は、他の方法よりも著しく少ない溶媒しか使用せず、著しく少ない時間しかかからない。具体的には、ＡＳＥ抽出セルの調製が、一般に、１０を超える成分及びステップを伴ってうんざりするものである一方で、本発明は、３つの単純な部品のみを使用する。平均して、ＡＳＥ抽出セルの調製に約１５分かかる一方で、本発明は、数秒以内に準備完了である。

表２は、Ｗａｔｅｒｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｍｉｌｆｏｒｄ，ＭＡ ０１７５７ Ｕ．Ｓ．Ａ．、ＥＲＡカタログ番号７２７）から入手された認定基準材料（ＣＲＭ）土壌におけるＢＮＡの割合でのデータを要約する。当業者に理解されるように、ＣＲＭ試料中に存在することが知られている材料の１００％の回収率を得ることが目標である。各方法について、回収率は全て品質管理性能容認限度内であったが、本発明（実施例１）が３９個全ての分析物を回収した一方で、ＡＳＥは、３８個しか回収せず、２−メチルナフタレンを特定することができなかった。したがって、本発明は、分析物の回収及び分析物の回収パーセントの観点から最良の全体的性能を有した。

図２は、実施例１に基づくＢＮＡ ＣＭＲ抽出の例示のフルスキャンクロマトグラムである。

図３は、ＡＳＥ抽出と比較した本発明による実施例１の抽出のオーバーレイである。より高いピークは各々、回収の点でＡＳＥよりも著しく優れた実施例１の抽出を表す。加えて、保持時間１０．３６でのＡＳＥピーク（２−メチルナフタレン）の不在は、ＡＳＥがこの分析物を特定することができなかったことを実証する。

表３は、ポリエチレンからのフタル酸エステルの抽出についてのソックスレーと本発明（実施例２）とＡＳＥとの間の比較チャートである。ＡＳＥの体積及び時間は、Ｄｉｏｎｅｘ刊行物（Ｋｎｏｗｌｅｓ，Ｄ；Ｄｏｒｉｃｈ，Ｂ；Ｃａｒｌｓｏｎ，Ｒ；Ｍｕｒｐｈｙ，Ｂ；Ｆｒａｎｃｉｓ，Ｅ；Ｐｅｔｅｒｓｏｎ，Ｊ，Ｒｉｃｈｔｅｒ，Ｂ．“Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｈｔｈａｌａｔｅｓ ｆｒｏｍ Ｓｏｌｉｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｍａｔｒｉｃｅｓ，”Ｄｉｏｎｅｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，２０１１）に明記されるパラメータを使用したランからのものであり、全ての方法は、ＣＰＳＣ−ＣＨ−Ｃ１００１−０９．１に基づいた（Ｃｏｎｓｕｍｅｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｓａｆｅｔｙ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ，Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ：ＣＰＳＣ−ＣＨ−Ｃ１００１−０９．３ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｆｏｒ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｈｔｈａｌａｔｅｓ；ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｐｓｃ．ｇｏｖ／ａｂｏｕｔ／ｃｐｓｉａ／ＣＰＳＣ−ＣＨ−Ｃ１００１−０９．３．ｐｄｆ）。

この場合もやはり、本発明の方法（実施例２）は、他の方法よりも著しく少ない溶媒しか使用せず、著しく少ない時間しかかからなかった。

表４は、ＣＲＭ試料（ＳＰＥＸ ＣｅｒｔｉＰｒｅｐ ＣＲＭ−ＰＥ００１、Ｍｅｔｕｃｈｅｎ，ＮＪ ０８８４０，ＵＳＡ）中のポリエチレンからのフタル酸エステルの抽出の割合での回収データを比較する。この実験では、加熱前に、撹拌を３０秒間の気泡化及び超音波処理の両方とともに行った。この場合もやはり、本発明（実施例２）の回収データは、ＡＳＥよりも著しく良好であり、撹拌の使用による改善を示した。撹拌ありの実施例２の結果は、抽出について「ゴールドスタンダード」とみなされるソックスレーデータと一致する。全ての方法において、ＣＲＭ中の全ての分析物が回収された。

図４は、本発明を使用した実施例２のポリエチレンＣＲＭ抽出の試料フルスキャンクロマトグラムである。

図面及び明細書では、本発明の好ましい実施形態が記載されており、特定の用語が用いられているが、それらは、包括的及び記述的意味でのみ使用されており、限定目的には使用されておらず、本発明の範囲は、特許請求の範囲で定義される。

Claims (34)

1. 解析的分析のために試料を調製するための抽出方法であって、
   １つ以上の分析物を含有する試料マトリックスを熱伝導性試料カップ内に設置するステップと、
   前記熱伝導性試料カップを耐圧反応チャンバ内に位置付けるステップと、
   溶媒を前記熱伝導性試料カップ内に分注するステップと、
   前記反応チャンバ内の前記熱伝導性試料カップ内の前記試料マトリックス及び前記抽出溶媒を前記分注された溶媒が大気圧を超える気圧を発生させる温度まで加熱するステップと、
   前記抽出溶媒抽出物を大気圧で前記試料カップから放出するステップと、を含む、前記抽出方法。
2. 前記溶媒を冷却コイル内に放出することであって、前記冷却コイルが、前記コイル内で前記溶媒抽出物の温度を周囲温度または周囲温度近くまで低下させるのに十分な長さを有する、前記放出することと、
   濾過された前記溶媒抽出物を前記コイルから収集することと、をさらに含む、請求項１に記載の抽出方法。
3. 前記試料カップが、一方の端に開放口部及び反対側の端に部分的開放フロアを有し、溶媒を前記試料カップ内に前記分注するステップが、前記試料カップの上部、前記試料カップの底部、ならびに前記試料カップの上部及び底部からなる群から選択される位置から行われる、請求項１に記載の抽出方法。
4. 前記部分開放フロアがフィルタまたは濾過媒体を支持し、溶媒抽出物が前記試料カップから排出するのを可能にする、請求項３に記載の抽出方法。
5. 前記試料カップの底部を通して前記試料マトリックスに不活性のガスを気泡化することをさらに含む、請求項１に記載の抽出方法。
6. 前記加圧加熱ステップ中に超音波撹拌を適用することをさらに含む、請求項１に記載の抽出方法。
7. 前記試料チャンバを約９０℃〜１８０℃の温度まで伝導的に加熱することと、約５０〜２５０ｐｓｉの結果として生じる圧力を発生させることと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記抽出溶媒が、水、弱酸、弱塩基、酢酸エチル、メチル第三ブチルエーテル（「ＭＴＢＥ」）、塩化メチレン、ヘキサン、アセトン、ヘキサン２−プロパノール、シクロヘキサン、アセトニトリル、メタノール、及びそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１に記載の抽出方法。
9. 前記溶媒抽出物の大気圧への前記放出が、溶媒抽出物を駆動して前記冷却コイル内に入らせる、請求項１に記載の抽出方法。
10. 抽出試料を反応チャンバによって包囲された熱伝導性試料カップ内に設置するステップであって、前記熱伝導性試料カップが１つの開放濾過端を有する、前記設置するステップと、
    抽出溶媒を前記試料カップの内部及び前記試料カップの外部の前記反応チャンバの両方に添加するステップと、
    前記試料カップの外部の前記反応チャンバ内の前記溶媒を加熱して、次いで、前記試料カップを加熱し、前記試料カップの内部の前記溶媒を加熱し、前記試料カップの内部の前記抽出試料を加熱するステップと、を含む、抽出方法。
11. 前記試料カップの外部の前記溶媒を前記加熱するステップが、前記反応チャンバを加熱することを含む、請求項１０に記載の抽出方法。
12. 前記試料カップが、その開放濾過端の反対側に口部を有し、
    前記抽出方法が、
    前記槽口部の密閉カバーと前記反応チャンバ内の出口弁との間に前記試料カップを密閉することをさらに含み、これにより、前記加熱ステップが、前記抽出溶媒の蒸気圧を周囲温度及び圧力での前記溶媒の蒸気圧を超えて上昇させるようになる、請求項１０に記載の抽出方法。
13. 前記抽出試料を前記試料カップ内に前記設置するステップと前記反応チャンバ内の前記溶媒を前記加熱するステップとの間に、前記反応チャンバを約２５ｐｓｉに予加圧することをさらに含む、請求項１２に記載の抽出方法。
14. 抽出溶媒を前記試料カップ内に前記添加するステップが、前記試料カップの上部、前記試料カップの底部、ならびに前記試料カップの上部及び底部からなる群から選択される位置から行われる、請求項１２に記載の抽出方法。
15. 前記反応チャンバ上の前記出口弁を放出することをさらに含み、これにより、前記反応チャンバ内の蒸気圧が、前記抽出溶媒を駆動して、前記開放濾過端及び前記出口弁を通して前記試料カップから出させる、請求項１２に記載の抽出方法。
16. 前記溶媒を駆動して前記反応チャンバ内の前記出口弁と液体連通した冷却コイル内に入らせることをさらに含み、前記冷却コイルが、前記冷却コイル内で前記抽出溶媒の温度を周囲圧力での前記溶媒の沸点未満まで低下させるのに十分な時間にわたって共通抽出溶媒の温度を低下させるのに十分な長さを有する、請求項１５に記載の抽出方法。
17. 前記溶媒を前記駆動するステップが、
    排出された前記抽出溶媒抽出物が周囲温度に近づくか、またはそれに到達するまで、前記抽出溶媒を駆動して前記冷却コイル内に入らせることと、
    分析のために前記冷却された抽出溶媒抽出物を収集することと、を含む、請求項１６に記載の抽出方法。
18. 前記試料カップ内の前記抽出溶媒及び前記試料マトリックスを撹拌及び加圧することをさらに含む、請求項１０に記載の抽出方法。
19. 前記試料カップの前記開放濾過端がフィルタまたは濾過媒体を支持し、溶媒抽出物が前記試料カップから排出することを可能にする、請求項１８に記載の抽出方法。
20. 前記撹拌ステップが、前記試料カップの底部を通して前記試料マトリックスに不活性のガスを気泡化することを含む、請求項１８に記載の抽出方法。
21. 前記撹拌ステップが、前記加熱ステップ及び前記加圧ステップの前に行われる、請求項１８に記載の方法。
22. 前記加圧加熱ステップ中に超音波撹拌を適用することをさらに含む、請求項１８に記載の抽出方法。
23. 前記反応チャンバを約９０℃〜１８０℃の温度まで伝導的に加熱することと、約５０〜２５０ｐｓｉの結果として生じる圧力を発生させることと、をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
24. 前記抽出溶媒が、水、弱酸、弱塩基、酢酸エチル、メチル第三ブチルエーテル（「ＭＴＢＥ」）、塩化メチレン、ヘキサン、アセトン、ヘキサン２−プロパノール、シクロヘキサン、アセトニトリル、メタノール、及びそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１０に記載の抽出方法。
25. 抽出に基づく試料調製方法であって、
    抽出溶媒及び分析物を含有する試料マトリックスを耐圧反応チャンバによって包囲された熱伝導性試料カップ内に設置することであって、前記熱伝導性試料カップが１つの開放濾過端を有する、前記設置することと、
    抽出溶媒を前記試料カップの内部及び前記試料カップの外部の前記反応チャンバの両方に添加することと、
    温度が大気圧を超える気圧を発生させ、上昇した温度とともに、前記分析物を駆動して実質的に前記試料マトリックスから前記抽出溶媒内に入らせるまで、前記試料カップの外部の前記反応チャンバ内の前記溶媒を加熱して、次いで、前記試料カップ、前記試料マトリックス、及び前記抽出溶媒を加熱することと、
    前記溶媒抽出物を大気圧で前記試料カップから冷却管内に放出することであって、前記冷却管が、前記溶媒抽出物を周囲温度または周囲温度近くまで実質的に冷却するのに十分な長さを有する、前記放出することと、を含む、前記抽出に基づく試料調製方法。
26. 前記試料カップが、一方の端に開放口部及び反対側の端に部分的開放フロアを有し、溶媒を前記試料カップ内に前記設置するステップが、前記試料カップの上部、前記試料カップの底部、ならびに前記試料カップの上部及び底部からなる群から選択される位置から行われる、請求項２５に記載の抽出方法。
27. 前記部分開放フロアがフィルタまたは濾過媒体を支持し、溶媒抽出物が前記試料カップから排出することを可能にする、請求項２６に記載の抽出方法。
28. 前記試料カップの底部を通して前記試料マトリックスに不活性のガスを気泡化することによって、前記溶媒及び前記試料マトリックスを分散させることをさらに含む、請求項２５に記載の抽出方法。
29. 前記分散ステップが、前記圧力チャンバの前記加熱及び前記加圧の前に行われる、請求項２８に記載の方法。
30. 前記加圧加熱ステップ中に超音波撹拌を適用することをさらに含む、請求項２５に記載の抽出方法。
31. 前記試料チャンバを約９０℃〜１８０℃の温度まで伝導的に加熱することと、約５０〜２５０ｐｓｉの結果として生じる圧力を発生させることと、をさらに含む、請求項２５に記載の方法。
32. 前記抽出溶媒が、水、弱酸、弱塩基、酢酸エチル、メチル第三ブチルエーテル（「ＭＴＢＥ」）、塩化メチレン、ヘキサン、アセトン、ヘキサン２−プロパノール、シクロヘキサン、アセトニトリル、メタノール、及びそれらの混合物からなる群から選択される、請求項２５に記載の抽出方法。
33. 反応チャンバの内部の熱伝導性試料カップ内の抽出溶媒と分析物を含有する試料マトリックスとの加熱加圧撹拌混合物であって、前記反応チャンバが、前記試料カップの外部の加熱抽出溶媒も含有する、前記加熱加圧撹拌混合物。
34. 分子分析のために分析物を調製するための抽出方法であって、抽出溶媒及び試料マトリックス分析物が熱伝導性試料カップ内に設置され、加熱され、加圧された後に、前記抽出溶媒及び分析物を含む前記試料マトリックスを分散させることを含む、前記抽出方法。