JP6657187B2 - 質量分析のためのシリンジ供給を有する超清浄オートサンプラ - Google Patents
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Description
誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）分析法は、液体試料中の痕跡元素濃度及び同位体比の定量に一般的に用いられる分析技術である。ＩＣＰ分析法は、約７０００Ｋの温度に到達する、電磁気的に生成された、不完全電離アルゴンプラズマを採用する。試料がプラズマに導入されると、高温は、試料原子をイオン化し又は試料原子に光を放射させる。各化学元素は、特性質量又は発光スペクトルを生じるので、放出質量又は放射光のスペクトルを測定することにより、原試料の元素構成の定量が可能になる。
試料導入システムは、分析のために、液体試料をＩＣＰ分析機器（例えば、誘導結合プラズマ質量分析装置（ＩＣＰ／ＩＣＰ−ＭＳ）、誘導結合プラズマ原子発光分析装置（ＩＣＰ−ＡＥＳ）、又は類似のもの）内に導入するために採用され得る。例えば、試料導入システムは、容器から一定分量の液体試料を取り出し、ＩＣＰ分析機器によってプラズマ中でイオン化するのに適する多分散エアロゾルに転換する噴霧器に、一定分量の液体試料を搬送し得る。エアロゾルは、その後、より大きいエアロゾル粒子を除去するためにスプレチャンバ内で分類される。スプレチャンバから離れるとすぐに、エアロゾルは、分析のために、ＩＣＰ−ＭＳ又はＩＣＰ−ＡＥＳ機器のプラズマトーチアセンブリによって、プラズマ内に導入される。
システムは、第１のバルブ、及び第１のバルブと流体連結する第２のバルブを含むバルブアセンブリを含み得る。バルブアセンブリは、一つ又はそれ以上のシリンジポンプによって促進される作動流体の流れを介して、試料、化学物質（例えば、酸、塩基、有機化学物質等）及び標準物質のうちの一つ又はそれ以上を供給するように構成され得る。さらに、試料、化学物質及び標準物質のうちの一つ又はそれ以上は、試料、化学物質及び標準物質のうちの一つ又はそれ以上の供給の間に、一つ又はそれ以上のシリンジポンプからの物理的分離を維持し得る。
この概要は、以下、詳細な説明に更に記載する簡略化した形態で構想の選択を導入するために提供される。この概要は、主張する発明の要旨についての重要な特徴又は本質的な特徴を特定するように意図するものでもなく、主張する発明の要旨の範囲を判断する際の補助として用いることを意図するものでもない。
詳細な説明を添付の図面を参照して記載する。
試料導入システムは、分析のために、液体試料をＩＣＰ分析機器に導入するために採用され得る。例えば、バルブ注入と組み合わさった複数のインラインシリンジは、第１のバルブループ内に充填された試料を、制御された速度で噴霧器に自動供給し、任意に、他の希釈又は標準物質の添加（ｓｐｉｋｉｎｇ）を実行するために用いられ得る。例示は、分析前の試料の自動インライン希釈、内部標準溶液の自動追加、及び、追加の方法又は他の適用例に対する、試料への標準溶液又は他の溶液の一連の添加を含む。極端に低い、例えば、５ｐｐｔ（１兆分の５）より低い、レベルでの金属の分析に対して、一つ又はそれ以上のシリンジポンプによって送り込まれるシリンジ流体中の汚染物質の存在は、測定において誤差を引き起こし得る。さらに、標準物質又は添加物として用いるある溶液は、システム内部のある領域に接触することが許容されると、試料導入システムの部分に影響を及ぼし得る。例えば、精製カラム（例えば、高純度水等の作動流体から不純物を除去するために、イオン交換樹脂を採用するカラム）は、酸性溶液にさらされると捕捉された不純物を放出し得る。酸性溶液を標準物質又は添加溶液として用いると、酸性溶液は、捕捉された不純物がシステム内に放出されることを引き起こし、誤差を導入する結果となり得る。さらに、高純度化学物質中の痕跡材料（例えば、痕跡金属）を分析するとき、任意の汚染された流体を導入することで、誤った試験条件を提供してしまう。例えば、制御された流体の供給のために用いられるシリンジポンプは、異なる流体がシリンジポンプと接触することが許容されると、汚染物を導入してしまう。
結果的に、超高純度水等の浄化された流体を供給するシステム及び方法が記載され、このとき、システムは、試料溶液、標準溶液、及び化学（例えば、酸性の、塩基性の、有機等の）溶液の、シリンジポンプからの物理的分離を維持し、ここで、シリンジポンプは、試料溶液、標準溶液、及び化学溶液を流動するシステムを介して作動流体を流動するように利用されるものである。本明細書に記載するシステム及び方法は、ＩＣＰ−ＭＳによる高純度化学物質中の痕跡材料（例えば、痕跡金属）の定量に、超清浄な希釈剤及び化学物質の添加物のインライン調合を提供する、シリンジ駆動のシステム及び方法を含み得る。
概略、図１を参照すると、浄化された流体を供給するように構成された例示のシステム１００が記載される。システム１００は、流体を浄化するように（例えば、脱イオン（ＤＩ）水を生成するように）構成されたクリーナ（例えば、ポンプ１０４、及び陽イオン交換カラム等のイオン交換カラム１０６）を含む。ポンプ１０４及びイオン交換カラム１０６は、第１の位置に配置される。システム１００は、第１の位置のクリーナと第２の位置との間で、浄化された流体を循環させるように構成されたループ１０２も含み、第２の位置は、第１の位置から隔絶してもよく（例えば、第１の位置から数メートル、第１の位置から数メートル以上等）、又は第１の位置と同じ位置であってもよい。システム１００は、さらに、第２の位置に接続部（例えば、連結管１１０）を含む。いくつかの実施形態において、ループ１０２は、Ｔ字型接続部１０８を介して連結管１１０に接続される。連結管１１０は、例えば、ＤＩ水を質量分析装置に供給するために、質量分析装置に接続するように構成される。
いくつかの実施形態において、連結管１１０は一つ又はそれ以上のシリンジポンプ１１２に接続され、シリンジポンプ１１２は、ＤＩ水、並びに場合によっては希釈剤及び／又はキャリア１１６、並びに内部標準溶液１１８等を、質量分析装置に供給するように構成され得る。例えば、バルブ１１４（例えば、回転バルブ）は、シリンジポンプ１１２と結合される。いくつかの実施形態において、一つ又はそれ以上の精製カラム（例えば、追加の陽イオン交換カラム等の追加のイオン交換カラム１２０等）は、バルブ１１４と別のバルブ１２２（例えば、第２の回転バルブ）との間に配置され、別のバルブ１２２は、試験管に含まれる複数の試料から試料を自動収集するために、オートサンプラ１２４等のサンプラアセンブリに接続され得る。いくつかの実施形態において、システム１００は、ナトリウム（Ｎａ）等の汚染物質元素の１ｐｐｔより低い濃度を有するＤＩ水を、供給するために用いられ得る。
システム１００は、シリンジ流体のソースを選択することができる、複数の位置を有するスイッチングバルブも含み得る。シリンジ流体は、シリンジ流体中の汚染物質が精製カラム上でリトレインされることを許容するｐＨ又はイオン強度を有し得る。スイッチングバルブは、また、精製カラムを再生成することができるｐＨ又はイオン強度を有する第２のシリンジ流体を選択してもよい。
システム１００は、誘電結合プラズマ（ＩＣＰ）トーチ１３２に、試料ガス、オートサンプラ１２４からの試料、内部標準物質１１８、キャリア１１６、ＤＩ水等を供給するための、サイクロニックスプレチャンバ１３０と結合する噴霧器１２８も含み得る。バルブ１２２は、オートサンプラ１２４、噴霧器１２８、及びバルブ１１４と結合され得る。バルブ１２２は、オートサンプラ１２４からの試料、内部標準物質１１８、キャリア１１６、及び／又はＤＩ水を受け取り、それらを噴霧器１２８に供給し得る。バルブ１２２は、呼び流体等を保持するために試料ループ１２６とも結合され得る。蠕動ポンプは、噴霧器１２８から廃棄物を排出するために用いられ得る。例えば、蠕動ポンプは、噴霧器１２８のドレインチャンバに接続され得る。
図２を参照して、浄化された流体をシステム１００の部分に導入し、浄化された流体をシステム１００内部に作動流体として導入する、供給部２００を示す。浄化された流体は、例えば、ナトリウム（Ｎａ）等の汚染物質元素の１ｐｐｔより低い濃度を有する脱イオン水等の超高純度水を含み得る。供給部２００は、（符号１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄが付された４つのシリンジポンプを示す）複数のシリンジポンプ１１２と流体連結されたバルブ２０２（例えば、回転バルブ）を含む。バルブ２０２は、浄化された流体のソース２０４とも流体連結される。実施において、浄化された流体のソース２０４は、図１に示すイオン交換カラムによって浄化される流体である。実施において、浄化された流体のソース２０４は、浄化された流体の貯留槽である。実施において、システム１００の一つ又はそれ以上の精製カラムを再生成することができるｐＨ又はイオン強度を有する流体は、システムの一つ又はそれ以上の部分のあらゆる所へ分配するために、浄化された流体２０４として供給部２００に導入され得る。
バルブ２０２は、二つの作動位置の間で切り替えることができる。バルブ２０２の第１の作動位置において、シリンジポンプ１１２は、浄化された流体のソース２０４からの浄化された流体を、バルブ２０２及び結合される流体配管内に引き込む。例えば、シリンジポンプ１１２ａは浄化された流体を流体配管２０６ａに引き込み得、シリンジポンプ１１２ｂは浄化された流体を流体配管２０６ｂに引き込み得、シリンジポンプ１１２ｃは浄化された流体を流体配管２０６ｃに引き込み得、及びシリンジポンプ１１２ｄは浄化された流体を流体配管２０６ｄに引き込み得る。本明細書にさらに記載するように、バルブ２０２の第２の作動位置において、シリンジポンプは、浄化された流体を流体配管（例えば、流体配管２０６ａ，２０６ｂ，２０６ｃ，２０６ｄ）から、システム１００の他の部分に流動する。例えば、シリンジポンプ１１２ａは流体を流体配管２０６ａから流体配管２０８ａに流動し得、シリンジポンプ１１２ｂは流体を流体配管２０６ｂから流体配管２０８ｂに流動し得、シリンジポンプ１１２ｃは流体を流体配管２０６ｃから流体配管２０８ｃに流動し得、シリンジポンプ１１２ｄは流体を流体配管２０６ｄから流体配管２０８ｄに流動し得る。実施において、バルブ２０２は、浄化された流体のシステム１００の他の部分への進入に先立って、浄化された流体を処理するように構成される一つ又はそれ以上の精製カラムと流体連結される。一つ又はそれ以上の精製カラムは、浄化された流体を、システムの部分のあらゆる所へ誘導することを許容する前に、浄化された流体の純度を確保し得る。例えば、流体配管２０８ａはバルブ２０２と精製カラム２１０ａとの間を結合し得、流体配管２０８ｂはバルブ２０２と精製カラム２１０ｂとの間を結合し得、流体配管２０８ｃはバルブ２０２と精製カラム２１０ｃとの間を結合し得、流体配管２０８ｄはバルブ２０２と精製カラム２１０ｄとの間を結合し得る。カラム（２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ，２１０ｄ）の夫々からシステム１００への流れを、図３を参照してさらに記載する。
図３を参照して、（例えば、ＩＣＰ−ＭＳによる高純度化学物質中の痕跡金属の定量に、）超清浄な希釈剤及び（例えば、酸性、塩基性、有機等の）化学物質の添加物のインライン調合を提供するためのバルブアセンブリ３００を示す。バルブアセンブリ３００は、（バルブ１２２として示す）第２のバルブと流体連結する（バルブ１１４として示す）第１のバルブを含む。実施において、バルブ１１４は、（例えば、シリンジポンプ１１２ａによって流動される）流体配管２０８ａ、（例えば、シリンジポンプ１１２ｂによって流動される）流体配管２０８ｂ、及び（例えば、シリンジポンプ１１２ｄによって流動される）流体配管２０８ｄとの連結器を介して、浄化された流体を受け取るように構成される一方で、バルブ１２２は、（例えば、シリンジポンプ１１２ｃによって流動される）流体配管２０８ｃとの連結器を介して、浄化された流体を受け取るように構成される。バルブアセンブリ３００は、バルブ１１４及びバルブ１２２と流体連結する一つ又はそれ以上の保持ループを含む。例えば、図３は、バルブ１１４及びバルブ１２２と流体連結する（例えば、バルブ１１４とバルブ１２２との間に結合される）試料ループ３０２、バルブ１１４及びバルブ１２２と流体連結する（例えば、バルブ１１４とバルブ１２２との間に結合される）標準物質ループ３０４、及びバルブ１１４及びバルブ１２２と流体連結する（例えば、バルブ１１４とバルブ１２２との間に結合される）化学物質ループ３０６を表す。化学物質ループ３０６は、添加溶液等の化学物質をシステム１００内部に保持するように構成されるループを示し得、それらに限定するものではないが、酸、塩基、有機化学物質等を含み得る。実施において、試料ループ３０２は、図１を参照して記載される試料ループ１２６に対応し得る。実施において、試料ループ３０２は約２．５ミリリットル（２．５ｍＬ）の体積を有し、標準物質ループ３０４は約０．３ミリリットル（０．３ｍＬ）と約３．０ミリリットル（３．０ｍＬ）の間の体積を有し、化学物質ループ３０６は約０．３ミリリットル（０．３ｍＬ）と約３．０ミリリットル（３．０ｍＬ）の間の体積を有する。本明細書に用いられるように、用語「ループ」（例えば、試料ループ３０２、標準物質ループ３０４、化学物質ループ３０６）は、コイル状の流体配管、直線状の流体配管、曲線状の流体配管、貯留槽、又は流体を保持し移動するために規定された体積を有する他の構造を言い得る。
実施において、バルブ１２２は、（例えば、流体配管３０８ａを介して）試料を、（例えば、流体配管３０８ｂを介して）標準物質を、及び（例えば、流体配管３０８ｃを介して）化学物質（例えば、酸、塩基、有機化学物質等）を、受け取るように構成される。実施において、標準物質は内部標準物質１１８に対応し得る。例えば、試料は、オートサンプラ１２４を介して獲得され、ローダ３１０ａ（例えば、シリンジポンプ又はバキューム等の圧力源又は負の圧力源）を介してバルブアセンブリ３００内に及び試料ループ３０２内に引き込まれ得、標準物質はローダ３１０ｂ（例えば、シリンジポンプ又はバキューム等の圧力源又は負の圧力源）を介してバルブアセンブリ３００内に及び標準物質ループ３０４内に引き込まれ得、化学物質はローダ３１０ｃ（例えば、シリンジポンプ又はバキューム等の圧力源又は負の圧力源）を介してバルブアセンブリ３００内に及び化学物質ループ３０６内に引き込まれ得る。
実施において、バルブ１１４及びバルブ１２２の夫々は、第１の作動位置と第２の作動位置との間で切り替え可能である。例えば、第１の作動位置において、試料はバルブアセンブリ３００内に及び試料ループ３０２内に引き込まれ得、標準物質はバルブアセンブリ３００内に及び標準物質ループ３０４内に引き込まれ得、並びに化学物質はバルブアセンブリ３００内に及び化学物質ループ３０６内に引き込まれ得る。第２の作動位置において、試料は、シリンジポンプ１１２ｂによって、流体配管２０８ｂを通って供給される浄化された流体（例えば、作動流体）の流れを介して、試料ループ３０２から流動され、標準物質は、シリンジポンプ１１２ｄによって、流体配管２０８ｄを通って供給される浄化された流体（例えば、作動流体）の流れを介して、標準物質ループ３０４から流動され、化学物質は、シリンジポンプ１１２ａによって、流体配管２０８ａを通って供給される浄化された流体（例えば、作動流体）の流れを介して、化学物質ループ３０６から流動される。その結果として、試料はシリンジポンプ１１２ｂから物理的に分離されて留まり、標準物質はシリンジポンプ１１２ｄから物理的に分離されて留まり、化学物質はシリンジポンプ１１２ａから物理的に分離されて留まり、浄化された流体（例えば、作動流体）のみが、試料、標準物質、及び化学物質の個々の保持ループからそれらを流動するために、それらと相互作用する。
実施において、試料、標準物質、及び化学物質は、試料ループ３０２、標準物質ループ３０４、及び化学物質ループ３０６から、バルブ１２２の混合ポート３１２に、夫々に流動される。混合ポート３１２は、混合ポート３１２において、試料、標準物質及び化学物質のうちの一つ又はそれ以上を混合し、並びに／又は希釈するため等、シリンジポンプ１１２ｃによって供給される浄化された流体（例えば、希釈剤）の流れを受け取るために、流体配管２０８ｃとも流体連結され得る。実施において、試料、標準物質、化学物質、及び希釈剤は、混合ポート３１２によって実質同時に受け取られる。実施において、システム１００は、希釈剤の流れを混合ポート３１２に提供するために特定の時間にシリンジポンプ１１２ｃを駆動するように構成されるタイマを含み、このとき、特定の時間は、試料、標準物質及び化学物質のうちの一つ又はそれ以上を実質同時に有する時間、試料、標準物質及び化学物質のうちの一つ又はそれ以上と異なる時間等を含み得る。実施において、バルブ１１４は、希釈剤のソースと結合され、希釈剤ループから混合ポート３１２への希釈剤の導入のために、バルブ１１４とバルブ１２２との間に結合される希釈剤ループ内に希釈剤を充填するように構成される。
バルブ１２２は、誘導結合プラズマ質量分析（ＩＣＰ−ＭＳ）３１４と流体連結される。例えば、混合ポート３１２は、分析のために、混合試料溶液を、混合ポート３１２からＩＣＰ−ＭＳ３１４に移動するように構成されるバルブ３１６（例えば、切替バルブ）と結合され得る。実施において、システム１００は、サンプル周期の間に、浄化、排出、補給等され得る。例えば、試料ループは、サンプル周期の間に、（例えば、作動流体、酸性溶液、塩基性溶液、有機溶液、溶媒等を介して）浄化され、及び／又は補充され得る。標準物質ループ３０４及び化学物質ループ３０６も、サンプル周期の間に補充され得る。例えば、少なくとも標準物質ループ３０４の一部、又は全部の標準物質ループ３０４は、サンプル周期の間に補充され得、少なくとも化学物質ループ３０６の一部又は全部の化学物質ループ３０６は、サンプル周期の間に補充され得る等である。ループに補充することは、停滞する溶液がシステム１００内部に残存することを抑制し得、システム１００のバルブのうちの一つ又はそれ以上内での拡散混合の影響を抑制し得る等する。
発明の要旨を、構造特徴、及び／又は処理動作に特有の用語で記載したが、添付の特許請求の範囲に規定する発明の要旨は、前述の特定の特徴又は振る舞いに必ずしも限定するものではないことが理解されるべきである。むしろ、前述の特定の特徴及び振る舞いは、特許請求の範囲を実施する例示の形態として開示される。
Claims (11)
- 第１のバルブと、
第１のバルブと流体連結する第２のバルブであって、混合ポートを含む、第２のバルブと、
第１のバルブと第２のバルブとの間に結合される試料ループと、
第１のバルブと第２のバルブとの間に結合される標準物質ループと、
第１のバルブと第２のバルブとの間に結合される化学物質ループと、
少なくとも第１のバルブの一部を通って作動流体を流動するように構成される一つ又はそれ以上のシリンジポンプと、を含むシステムであって、
第１のバルブ及び第２のバルブの夫々は、第１の位置と第２の位置との間で切り替え可能であり、第１の位置において、試料は、試料ローダを介して試料ループ内に充填され、標準物質は、標準物質ローダを介して標準物質ループ内に充填され、及び化学物質は、化学物質ローダを介して化学物質ループ内に充填されるものであり、並びに第２の位置において、試料は、作動流体の流れを介して試料ループから第２のバルブの混合ポートに供給され、標準物質は、作動流体の流れを介して標準物質ループから第２のバルブの混合ポートに供給され、化学物質は、作動流体の流れを介して化学物質ループから第２のバルブの混合ポートに供給され、試料、標準物質、及び化学物質は、試料、標準物質、及び化学物質の混成ポートへの供給の間に、一つ又はそれ以上のシリンジポンプからの、物理的分離を維持するものである、
システム。 - 標準物質ループ及び化学物質ループのうちの一つ又はそれ以上は、各サンプル周期の間に補充されるものである、請求項１に記載のシステム。
- 混合ポートは、誘導結合プラズマ質量分析装置（ＩＣＰ−ＭＳ）と流体連結するものである、請求項１に記載のシステム。
- 第２のバルブは、高純度希釈剤を受け取るように構成されるポートを含み、前記ポートは混合ポートと流体連結する、請求項１に記載のシステム。
- 混合ポートは、試料、標準物質、化学物質、及び高純度希釈剤の夫々を実質同時に受け取るように構成される、請求項４に記載のシステム。
- 第１のバルブと流体連結するクリーナであって、作動流体を第１のバルブに供給するために流体を浄化するように構成される、クリーナを、さらに含む、
請求項１に記載のシステム。 - 前記試料ループ、前記標準物質ループ、前記化学物質ループのうちの少なくとも１つは、コイル状の流体配管を含む、
請求項１に記載のシステム。 - 前記シリンジポンプ及び前記第２のバルブの間で結合された第１の精製カラムをさらに備える、
請求項１に記載のシステム。 - もう１つのシリンジポンプ及び第２の精製カラムをさらに備え、
前記第２の精製カラムは前記もう１つのシリンジポンプ及び前記第１のバルブの間で結合される、
請求項８に記載のシステム。 - 第１のシリンジポンプ及び前記第１のバルブの間で結合された第１の精製カラムと、第２のシリンジポンプ及び前記第１のバルブの間で結合された第２の精製カラムと、第３のシリンジポンプ及び前記第１のバルブとの間で結合された第３の精製カラムとのうちの１つ以上をさらに備える、
請求項１に記載のシステム。 - 前記第１の精製カラムと、前記第２の精製カラムと、前記第３の精製カラムとのうちの１つ以上は、イオン交換樹脂を含む、
請求項１０に記載のシステム。
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