JP4691501B2 - プローブ・アセンブリ - Google Patents

Description

本発明は試料からの検体抽出用のプローブに関する。

例えば水や食物の品質の測定において、液体内の成分のための分析が必要な数多くの事例が存在する。これらの用途に広範に用いられる方法は、ガスクロマトグラフィー、或は、質量分析法とインターフェースされたガスクロマトグラフィーの使用を含む。しかしながら、それらの成分がガスクロマトグラフィーによって分析され得る前、それらは気相で存在しなければならない。

多数の技法が有機材料を液相から気相に抽出すべく有効である。

これらは平衡ヘッドスペース、浄化及びトラップ、並びに、固相抽出（ＳＰＥ）を含む。

平衡ヘッドスペースは、液相内の成分が試料の表面上方の気相内に区分化されることを許容する技法である。気相内への区分化は液体の加熱及び攪拌によって向上され得る期間の後、平衡状態は液体内の成分と気相との間で達成される。次いで気相は分析のために分析器に転送される。

平衡ヘッドスペースとは異なり、パージ及びトラップでは、液体上方の気体は新しい気体と連続的に置き換えられる。その結果、平衡状態が何等形成されず、最終的に且つ実質的に成分の全ては液体から抽出される。大量の浄化気体が液体から全ての成分を抽出すべく必要とされているので、吸着トラップが典型的には用いられてＧＣ前に試料体積を低減する。

ヘッドスペースとパージ及びトラップとは、気体中への高溶解性を有する成分に適合するが、それらは、低蒸気圧を有するか或は液体中への高溶解性の成分に対する効率性が劣る。これらの場合には、ＳＰＥがより適切であり得る。その場合、成分は固体（相）吸着剤を用いて液体から抽出され、次いで熱離脱を用いて気相に復元される。

しかしながら、これまで、最も効率的な抽出に自動化を結びつけることは困難であった。

このプロセスを自動化する１つの試みは、固相マイクロ抽出（ＳＰＭＥ）と云われる。このアプローチにおいて、液体から成分を抽出すべく用いられる吸着剤は薄層としてファイバ上に被覆される。このファイバは試料中にある期間浸漬されてから、熱的に脱着させるＧＣに直接移される。ファイバは従来のニードルを置き換えるので、このプロセスは、ＧＣ用に広く利用可能である標準の自動試料採取器と互換性がある。このようにして、ある程度の自動化は存在し得る。

ＳＰＭＥに伴う短所は、限られた量の吸着剤だけがファイバ上に装填され得ることである。このプロセスは２つの相の間の平衡状態を必要とするので、その抽出効率は固相の質量に依存する。その結果、ＳＰＭＥは成分用の容量が低いという弱点がある。

これに対処する試みにおいて、固相が試料中に配置された複数のロッド上に被覆されてきた。ロッドの増大されたサイズは、より高い度合いの被覆を可能とすると共に抽出効率が改善された。効率を更に増大すべく、そうした固相は磁気的攪拌要素上に被覆され得る。それらは磁気的攪拌器によって回転するように構成されている。更なる抽出効率は音波攪拌を介して達成され得る。代替的には、固相は何等かの他の手段を用いて攪拌された液体を伴う非磁気的攪拌要素上に被覆され得る。ファイバの場合のように、それらロッドは次いで熱的に脱着させられて、成分をＧＣへ解放する。

しかしながら、そうしたロッドは従来の自動試料採取器と直ちに互換性があるわけではない。現行の実務では、順に手で、ロッドを除去し、適切な洗浄溶液（通常は水）で洗浄し、ペーパを用いて乾燥している。次いで、それらロッドは手で脱着チューブ内に装填される。

それ故に、本発明の目的は先に識別された短所の内の少なくとも幾つかを軽減することである。

本発明の更なる目的は、試料からの検体抽出用のプローブを提供することである。

更なる目的は、自動化プロセス用に適合するプローブを提供することである。

それ故に、本発明の第１局面に従えば、試料からの検体抽出用のプローブ・アセンブリが提供され、そのプローブが、その長手方向軸線周りに回転するように構成された長尺状シリンダ部であり、該長尺状シリンダ部から遠ざかるようにその上で拡張する１つ或はそれ以上のベインを有する長尺状シリンダ部を含む。

本発明のプローブは、物質を抽出するための手段として固相で被覆され得て、それは磁気的攪拌要素上に被覆されている固相に依存していないか、或は、液体を攪拌する個別の手段に依存していない。更には、プローブは構成内で使用され得て、その装置は抽出から熱的脱着まで処理され得て、実質的に該装置との手による接触無しであり、それによって実質的に完全な自動化の可能性を提供している。

最適な抽出効率を確保すべく、プローブは、液相と接触している当該プローブの上での前記固相の面積を最大化するような形状に為され、また好ましくは、前記形状が、液体中での移動を生じさせて、前記固相と接触する液体の連続的な交換が為される。これは抽出効率を改善する。

磁気的な攪拌等の攪拌要素を回転する他の形態とは対照的に、抽出要素は回転の手段と直に連結されている。その結果、その要素は試料に対する出し入れを為すべく容易に移動され得る。これは装置が機械的に溶液に転送されることを可能として、もし必要であれば装置の更なる回転によって補助されてその固相を洗浄し、次いで、物質が加熱によって解放され得る脱着オーブンに転送されることを可能としている。

特に好ましいことは、プローブが試料中で羽根車となるように構成されることである。

プローブは試料中で回転させられるように典型的には構成される。それ故に想定されていることは、プローブは回転装置を更に含むことである。代替的には、もしプローブが回転装置を含まなければ、試料を含有する試料レセプタクルが回転させられ得ることが想定されている。

試料は、流体、粉末、ゲル、フォーム、或は、その類であり得る。しかしながらこのプローブは、液相からの検体抽出用に特に適合する。

ベインは、パドル、段部、ブレード、或は、その類の形態であり得て、シリンダ部から拡張している。しかしながら、特に好ましい実施例において、ベインはシリンダ部の周りに実質的に拡張するように構成されて、螺旋状ネジを形成する（典型的には、シリンダ部の長さ方向に沿って延在する）。

想定されていることは、長尺状シリンダ及び／或はベインが、ポリメチルシロキサン、ポリエチレン・グリコール、シリコーン、ポリイミド、オクタデシルクロロシラン、ポリメチルビニル・クロロシラン、液晶ポリアクリレート、移植自己充足性単分子層、並びに、無機被覆剤等の吸着被覆剤で被覆され得ることである。しかしながら留意されるべきことは、被覆剤の選択が分析される検体向けに独特であり得ることである。

従って、試料からの検体抽出用のプローブ・アセンブリが提供され、そのプローブは、その長手方向軸線周りに回転するように構成された長尺状シリンダ部であり、該長尺状シリンダ部から遠ざかるようにその上で拡張する１つ或はそれ以上のベインを有する長尺状シリンダ部を含み、その長尺状シリンダ及び／或はベインが吸着剤で被覆されている。

プローブ・アセンブリは実質的に以上に記載された通りである。

想定されていることは、長尺状シリンダがその長さ方向に沿って実質的に中空であることである。そうした構成は、パージ及びトラップ・タイプ抽出に特に適合する。

この実施例において想定されていることは、中空シリンダが１つ或はそれ以上の開き口又は穴を含むことである。

開き口はシリンダの壁を通じて気体が流れることを可能とするように構成されている。代替的には、プローブは焼結ガラス・フリット等のスパージャーを含み得て、気泡の拡散流を提供する。勿論、中空シリンダ開き口又は穴が吸着被覆を有し得ることも想定されている。

従って、試料からの検体抽出用のプローブ・アセンブリが更に提供され、そのプローブが、その長手方向軸線周りに回転するように構成された長尺状シリンダ部であり、該長尺状シリンダ部から遠ざかるようにその上で拡張する１つ或はそれ以上のベインを有する長尺状シリンダ部を含み、該長尺状シリンダ部がその長手方向に沿って実質的に中空であると共に１つ或はそれ以上の開き口又は穴を含む。

プローブ・アセンブリは以上に記載された通りである。

本発明の更なる実施例に従えば、プローブはシースを更に含む。このシースは、ガラス或はステレス鋼等の不活性材料から典型的には製作される。このシースは長尺状シリンダの表面を有益に保護している。このシースは、プローブの使用中、隔壁或はその類を突き通す或は貫通するように構成されている。

特に好ましいことは、シース及び長尺状シリンダが該長尺状シリンダの長手方向軸線周りに沿って相互に移動可能であることである。

本発明は、それ故に、試料からの検体抽出用のプローブ・アセンブリにまで更に拡張しており、そのプローブが、その長手方向軸線周りに回転するように構成された長尺状シリンダ部であり、該シリンダ部から遠ざかるようにその上で拡張する１つ或はそれ以上のベインを有する長尺状シリンダ部を含み、その長尺状シリンダ部がシース部材によって覆われている。

プローブ・アセンブリは以上に記載された通りである。

それ故に、プローブ・アセンブリは上昇装置を更に含むことが好ましい。上昇装置は長尺状シリンダをシースに対して移動させるように構成されている。

この実施例において想定されていることは、シース及び／或は長尺状シリンダの内面が被覆され得ることである。被覆は、実質的に、長尺状シリンダ上の被覆を参照して先に記載された通りである。更に想定されていることは、長尺状シリンダ上の被覆がシース上の被覆とは異なり得ることである（例えば、シリンダ上には極性被覆、そして、シース上には非極性被覆）。これは、異なる検体が試料から抽出される場合に特に有益である。

本発明の更なる実施例に従えば、プローブは加熱装置を更に含むことが想定されている。加熱装置はヒータ・カートリッジ、ヒータ要素、或は、その類であり得る。これは、抽出された検体の分析中、或は、脱着段階中に特に有益である。

従って、試料からの検体抽出用のプローブ・アセンブリが更に提供され、そのプローブが、その長手方向軸線周りに回転するように構成された長尺状シリンダ部であり、該シリンダ部から遠ざかるようにその上で拡張する１つ或はそれ以上のベインを有する長尺状シリンダ部と、加熱装置とを含む。

プローブは以上に記載された通りである。

プローブ・アセンブリはハウジングを更に含み得る。ハウジングは、プローブ・アセンブリに対する気体の出し入れを可能とするように構成された少なくとも１つのインレットと少なくとも１つのアウトレットとを典型的には含む。

同様符号が同様パーツを表すべく使用された図面を参照すると、符号１によって概ね示されたプローブ・アセンブリが提供されている。このプローブ・アセンブリ１は、その外面周りに螺旋状ベイン３を有するステンレス鋼製シリンダ２を含む。この螺旋状ベインは吸着被覆剤で被覆されている。

ステンレス鋼シース４はシリンダ２上の被覆を覆うべく（それ故に保護すべく）構成されている。ハウジング５はＯ-リング６を用いて略気密状態で維持されている。

プローブ・アセンブリ１にはモータ７が更に具備されており、該モータがシース４内のシリンダ２の、長手方向移動と、その長手方向軸線周りの回転移動との双方を可能としている。

ハウジング５はプローブ・アセンブリ１内に気体を導入するインレット・ポート９と、該プローブ・アセンブリから気体の流出のための気体アウトレット１０とを更に含む。

ネジ付きコネクタ１１はベイン３上の被覆区分の内部交換を可能としている。これは、シリンダ２上の被覆を変更することが所望され得るので特に有益であり、それによってシリンダ２を実質的に再使用可能として使い捨てとはしない。

使用中、プローブ１は試料１３を含む試料容器１２上方に位置決めされ、該試料容器１２は突き出しプラグ１５を有する「クリンプ-オン（ｃｒｉｍｐ‐ｏｎ)」隔壁１４によって封止されている。

モータ７はオン位置に切り替えられて、シース４が隔壁１４を通って駆動され、プラグ１５が完全に或は部分的に突き出される。シリンダ２はその長手方向に移動させられて、試料１３内に浸漬される。

インレット９を通じての気体の流れが可能とされて、パージ（浄化）気体はスパージャー１６を流出する。次いで余剰気体は、気体アウトレット１０を介してプローブ・アセンブリ１を流出することが可能とされて、トラップを介して分析器に転送され得る。

シリンダ２は試料レセプタクル１２内で回転させられて、検体のベイン３の被覆面上への吸着効率を確保する。

所定期間の後、シリンダ２は試料レセプタクル１２から除去されて、クリーニング・ステーション８に導入される。クリーニング流体が流体インレット１７を介してプローブ・アセンブリに入って、ベイン３の被覆面から残骸或は異物を（吸着検体をその被覆面上に残留させながら）ドレイン１８を通じて洗い流している。洗浄位相中、シリンダ２は洗浄の効率を補助すべく回転させられ得る。

洗浄位相に続いて、シリンダ２は乾燥させられて余剰水分を除去する（そうした水分は、ＧＣ或はＧＣ／ＭＳによる分析中に悪影響をもたらす）。シリンダ２はインレット１０を通じて窒素等の気体を被覆面３周りそしてアウトレット１８から外部へ向けて強制することによって乾燥させられる。この時、加熱要素もターンオンさせられ得て、水の蒸発を補助する。代替的には、シリンダ２は回転させられ得て、「スピン-ドライ」効果を獲得する。

乾燥段階に続いて、プローブは（自動化プロセスによって）脱着チャンバーに転送させられる。脱着チャンバー及び／或はプローブ・アセンブリは加熱させられて、脱着を補助する。脱着気体（試験されている検体向けに独特である）はインレット１０を介して導入される。

脱着中、検体を含有する脱着気体はトラップ装置２０の転送ライン１９を介して分析器２１に転送される。このトラップはパージ及びトラップ用のものと同一であることが好ましい。

以下、本発明は添付図面を参照して例示的目的のみで説明される。
図１は、本発明に従ったプローブ・アセンブリを示す。 図２は、使用前の、パージ及びトラップ／固相吸着相プローブ・アセンブリを示す。 図３は、抽出中の、パージ及びトラップ／固相吸着相プローブ・アセンブリを示す。 図４は、洗浄循環中の、パージ及びトラップ／固相吸着相プローブ・アセンブリを示す。 図５は、乾燥段階中の、パージ及びトラップ／固相吸着相プローブ・アセンブリを示す。 図６は、脱着段階中の、パージ及びトラップ／固相吸着相プローブ・アセンブリを示す。

符号の説明

１ プローブ・アセンブリ
２ （長尺状）シリンダ
３ 螺旋状ベイン
４ シース
７ モータ
８ クリーニング・ステーション
９ インレット（・ポート）
１０ （気体）アウトレット
１２ 試料容器
１３ 試料
１４ 隔壁
１６ スパージャー
１８ ドレイン
１９ 転送ライン
２０ トラップ装置
２１ 分析器

Claims (15)

1. 試料からの検体抽出用のプローブ・アセンブリであって、
   該プローブが長尺状シリンダ部を含んでおり、
   前記長尺状シリンダ部は、長手方向軸周りに回転するように、且つ当該シリンダ部を試料内に浸すことができるように長手方向に移動するように構成されると共に、当該シリンダ部から遠ざかるようにその上で拡張する１つ以上のベインを有しており、
   前記１つ以上のベインが前記試料から物質を抽出するための手段としての固相で被覆されており、
   前記長尺状シリンダ部はその長さに沿って中空であり、当該シリンダ部をガスが流れることを許容するものである、
   ことから成るプローブ・アセンブリ。
2. 前記プローブが、液相と接触している当該プローブの上での前記固相の面積を最大化するような形状に形成され、前記形状が、液体中での移動を生じさせて、前記固相と接触する液体の連続的な交換を生じさせる、請求項１に記載のプローブ・アセンブリ。
3. 前記抽出要素が回転手段と直に連結されている、及び／或は、前記プローブが前記試料中で回転させられるように構成されている、請求項１又は２に記載のプローブ・アセンブリ。
4. 前記プローブが、前記試料中で羽根車となるように構成される、請求項１乃至３の何れか一項に記載のプローブ・アセンブリ。
5. 前記プローブが回転装置を含む、請求項１乃至４の何れか一項に記載のプローブ・アセンブリ。
6. 前記ベインが、前記シリンダ部から拡張するパドル、段部またはブレードの形態であり、前記ベインが実質的に前記シリンダ部周りを拡張するように構成されて、螺旋状ネジを形成している、請求項１乃至５の何れか一項に記載のプローブ・アセンブリ。
7. 前記長尺状シリンダ部及び／或は前記ベインが、ポリメチルシロキサン、ポリエチレン・グリコール、シリコーン、ポリイミド、オクタデシルクロロシラン、ポリメチルビニル・クロロシラン、液晶ポリアクリレート、移植自己充足性単分子層、並びに、無機被覆剤で被覆され得る、請求項１乃至６の何れか一項に記載のプローブ・アセンブリ。
8. 前記中空な長尺状シリンダ部が、１つ以上の開き口又は穴を含み、それら開き口又は穴が前記シリンダ部の壁を通じて気体が流れることを可能とするように構成されているか、或は、前記プローブが、焼結ガラス・フリット等のスパージャーを含んで、気泡から成る拡散流をもたらす、請求項１乃至７の何れか一項に記載のプローブ・アセンブリ。
9. 前記プローブが、隔壁を突き通す或は貫通するように構成されているシースを更に含む、請求項１乃至８の何れか一項に記載のプローブ・アセンブリ。
10. 前記長尺状シリンダ部を前記シースに対して移動させるように構成された上昇装置を含む、請求項９に記載のプローブ・アセンブリ。
11. 前記シース及び／或は前記長尺状シリンダ部の内面が被覆されている、請求項１乃至１０の何れか一項に記載のプローブ・アセンブリ。
12. 前記プローブが加熱装置を含む、請求項１乃至１１の何れか一項に記載のプローブ・アセンブリ。
13. 気体の前記プローブ・アセンブリに対する出し入れを可能とするように構成された少なくとも１つのインレットと少なくとも１つのアウトレットとを有するハウジングを含む、請求項１乃至１２の何れか一項に記載のプローブ・アセンブリ。
14. 前記長尺状シリンダ部の長手方向移動を可能にするモータ（７）を更に含む、請求項１乃至１３の何れか一項に記載のプローブ・アセンブリ。
15. 前記長尺状シリンダ部の長手方向移動と、長手方向軸周りの回転移動との双方を可能にするモータ（７）を更に含む、請求項１乃至１４の何れか一項に記載のプローブ・アセンブリ。

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