JP7457393B2 - 完全蒸発真空抽出、熱脱着、及びｇｃｍｓ分析を使用した液体試料中の有機化合物の改善された回収 - Google Patents

完全蒸発真空抽出、熱脱着、及びｇｃｍｓ分析を使用した液体試料中の有機化合物の改善された回収 Download PDF

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Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１９年６月３日に出願された米国特許仮出願第６２／８５６，５８７号の利益を主張するものであり、これは、全ての目的のために参照によりその全体が明細書に組み込まれる。
（発明の分野）
本開示は、更なる化学分析のための試料の抽出に関し、より具体的には、蒸発真空抽出を使用して、化学分析のための試料を調製するためのシステム及び方法に関する。
ＧＣＭＳ（Ｇａｓ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ／Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ、ガスクロマトグラフィ／質量分光分析）は、単純なマトリックスから複雑なマトリックスまで、何万種類もの異なる化合物を分析することができる、非常に強力な技術である。しかしながら、正確な検出及び測定のために、実際の試料は、典型的には、この技術のための最高の精度及び感度を可能にするために、洗浄、単純化、及び／又は濃縮過程を経由しなければならない。食品、水及び土などの環境試料、天然産物、消費者製品、生物学的／臨床的試料、及び多数の他の試料タイプは、カラムを破壊し得るため、単にＧＣＭＳ分析器に注入すればよいというわけではない場合があり、また、元の試料にはなかった、結果に現れる熱分解生成物（アーチファクト）を作り出す場合がある。多くの場合、水、アルコール、又は他の軽質溶媒などの高濃度の特定のマトリックス化学物質は、所望の検出限界を達成し、ＧＣＭＳ分析器の過負荷及びＧＣＭＳ分析器内の信号抑制を防止するために、低減させるか、又は排除しなければならない。
多くの状況では、ＧＣＭＳによって分析される液体試料は、ＧＣＭＳ分析器に適合しない場合があり、分析の前にＧＣ適合化合物から分離しなければならない、不揮発性化学物質などのマトリックス成分を含有する。他の場合では、化合物は、試料（しばしば、水、軽質アルコールなど）のバルク成分を除去することによって濃縮しなければならず、さもなければ、バルク成分により、ＧＣＭＳ分析器が対応不可能になり、感度及び全体的な分析器の性能に影響を及ぼす。食品、水及び土などの環境試料、天然産物、消費者製品、並びに多数の他の材料は、ＧＣカラムを破壊する場合があるため、事前に試料を調製せずに、単にＧＣＭＳに注入すればよいというわけではない場合があり、また、元の試料にはなかった新しい熱分解生成物（アーチファクト）を作り出す場合がある。
これらの試料マトリックスから化合物を抽出して、ＧＣＭＳ適合画分の測定を可能にするために使用することができる、いくつかの技術が存在する。分液漏斗（液体／液体）又はソックスレー抽出器（液体、／固体）のいずれかを使用する、塩化メチレンなどの抽出溶媒を使用する液液抽出又は液固抽出は、最も長く使用されており、おそらくは、ＧＣＭＳ分析前の初期試料調製について、任意の他の抽出技術よりも多くの分析方法に記載されている。残念なことに、溶媒抽出は、対象の極性分析物及び無極性分析物の両方の不完全な回収、ＧＣＭＳにとって重過ぎる化合物（脂質、ワックス、鉱油など）の望ましくない共抽出を含む、多くの制限を有し、しばしば、水及び鉱物などの不要なマトリックスを共抽出し過ぎることになる。抽出後の溶媒除去段階中に、あまりにも多くの対象のライトエンド化合物もまた、溶媒の蒸発中に失われる。研究室は、かつてはフードを通して外気に溶媒蒸気を送り出すことができたが、これは、一般に、もはや認められた又は許容できる行為ではない。一般に、分析コミュニティは、全体として、環境に対する溶媒の毒性作用及び溶媒に毎日さらされる化学者への溶媒の毒性作用の両方のため、溶媒を完全に除去する「よりグリーンな」技術を探している。最後に、標的分析物の損失が多くなり過ぎることを防止するために、一般に、溶媒を１ｃｃ未満（１０００マイクロリットル）のレベルまで蒸発させることが回避されるが、それでも、ＧＣは、一般に、１マイクロリットルの溶媒液の約１ｃｃの溶媒蒸気への急速な膨張のため、わずか１マイクロリットルの注入容積に制限され、これは、ＧＣの注入器送達システムの容積制限である。したがって、１０００マイクロリットルの最終抽出物からのわずか１マイクロリットルの注入は、１０００：１の希釈、及び後続の分析感度の低下をもたらす。
ＳＢＳＥ及び完全再現ＳＰＭＥなどの他の技術は、ポリマーコーティングされた装置を試料に浸漬してＧＣＭＳ適合化合物を抽出し、続いて、リンス及びＧＣＭＳへの熱脱着を行うことによって、溶媒を置き換えようとする。残念なことに、これらの技術は、一般に、相が制限され、試料マトリックスへの溶解性が高い化合物を回収しない。これらの技術はまた、熱脱着中にアーチファクトの形成をもたらす不揮発性の化合物の部分的な吸収という問題も抱えており、これは、元の試料中に存在していなかった化学物質をＧＣＭＳ分析器に導入するだけでなく、抽出装置の劣化も生じさせ、装置が処理することができる試料数を制限する。これらの完全浸漬装置はまた、典型的には、分析器の頻繁な洗浄を必要とする場合のある抽出ポリマーからの多量のブリードも生成し、これらの抽出に使用される厚いポリマー層は、しばしば、次の試料を処理する前に残留する試料成分を完全に除去するために、長いベークアウト時間を必要とし得る。
ヘッドスペース分析は、試料との直接接触を回避し、それによって、不揮発性化学物質が干渉する可能性を排除するその能力のため、一般的な種類の試料抽出及び調製技術になってきた。炭水化物、トリグリセリド及び他の脂質、タンパク質、生物化合物、粒子状物質及び不可溶性材料、並びに大部分のイオン化した種を含む、不揮発性の化合物は、バイアルの中に残留させたままにすることができる。しかしながら、ヘッドスペース法は、揮発性が低いがそれでもＧＣ適合化合物を回収することができないので、いくつかのヘッドスペース抽出技術（例えば、ＳＰＭＥ、ＳＰＭＥ ＡＲＲＯＷ、ＤＨＳ、パージアンドトラップ、ループ注入）に限定されている。これらのヘッドスペース抽出技術は、典型的には、マトリックス及び不要な不揮発性化合物を残したままにしながら、マトリックスから対象の化合物を抽出しようとするが、対象のより重い化合物及びマトリックスへの溶解性が高い化合物は、しばしば、抽出が不十分である。いくつかの他の技術は、ヘッドスペースにだけ又は液体試料を通して、バイアルを通してガスをパージするが、バイアルの外側の吸着剤での試料の捕捉を必要とする。そうした技術は、大量のパージを必要とし、これは、多くの対象の化合物に吸着剤を通り抜けさせる場合があり、一方で、他の化合物を更に吸着剤に押し込み、それによって、熱脱着中の回収を低減させ、分析法の感度及び精度を低下させ、そして、次の試料分析中に、吸着剤の深部内に残留化学物質が残留するため、キャリーオーバーの増加につながる。
米国ＥＰＡ法１６２４及び８２６１などのいくつかの試料調製法は、液体窒素冷却トラップへの最終的な収集によって対象の合成物を抽出するために、減圧蒸留を使用する。しかしながら、これらの方法は、大量の水蒸気を回収し、それによって、依然として、過剰な水をＧＣＭＳに注入することを伴わない分析に関する課題を提示する。トラップ前の流路における移送ライン、ロータリバルブ、及び他の装置の使用もまた、表面露出の増加、接続金具に見出される死容積、並びに管及び多数の低容積の接続金具の長い距離を通した不十分な真空の伝達のため、抽出効率を低減させる。
したがって、全ての対象の化合物を一貫して抽出及び隔離し、一方で、ＧＣＭＳ分析には重過ぎる（不揮発性過ぎる）化合物、熱脱着中に分解し得る化合物、及びＧＣＭＳ分析器を圧倒する多過ぎる存在量の化合物（水、アルコール、及び溶媒）を除去する、ＧＣＭＳ分析前の試料調製の解決策に対する必要性が存在する。加えて、抽出技術は、ゼロ又は最小限の有毒溶媒しか必要としない、グリーンなものでなければならず、また、方法の感度を最高にするために、抽出した試料の一部だけではなく、その全体をＧＣＭＳ分析器内中に脱着させなければならない。抽出技術はまた、少なくとも特定のタイプのＧＣカラムによって取り扱うことができる化合物の範囲内で、軽質～重質化合物の回収も可能にしなければならない。薄膜ＧＣカラムは、一般に、しばしば半揮発性有機化合物（ｓｅｍｉ－ｖｏｌａｔｉｌｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄ、ＳＶＯＣ）と称される、より重質な化合物の分析に使用され、一方で、より厚膜のカラムは、揮発性有機化合物（ｖｏｌａｔｉｌｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄ、ＶＯＣ）と称される、より低沸点の化合物を分析するために使用される。したがって、抽出技術は、少なくとも、薄膜ＧＣカラム（ＳＶＯＣ）又はより厚膜のＧＣカラムを使用して最適化されたもの（ＶＯＣ）のいずれかによって取り扱うことができる、全ての対象の化合物を回収することが必要である。
本開示は、更なる化学分析のための試料の抽出に関し、より具体的には、蒸発真空抽出を使用して化学分析のための試料を調製するためのシステム及び方法に関する。本開示に提示される技術は、液体試料を分析する場合に、試料抽出／調製過程中に溶媒を使用することなく、又は固体試料を分析する場合に、最小量の非毒性溶媒（例えば、アルコール、水及びアルコール）しか使用することなく、ＳＶＯＣ範囲内の化合物の分析を最適化し、かつこれまで提示された任意の他の試料調製技術よりも広い範囲の極性及び無極性ＳＶＯＣ化合物の回収を可能にする。本明細書に開示されるシステム及び方法は、ガスクロマトグラフィ／質量分光分析によって後続の分析のために、液体試料から回収可能な揮発性及び半揮発性化合物の範囲を改善する。抽出は、吸着剤（吸着媒又は吸収剤）を含有する試料抽出装置を、抽出される試料に隣接して配置することによって、試料に接触することなく行われる。このようにして、揮発した試料は、他のヘッドスペース技術の性能と比較して、より完全に収集吸着剤に指向させることができる。
開示される試料抽出装置は、吸着剤を含有する。試料抽出装置が、試料を含有する試料容器（例えば、試料バイアル）に結合されている間に、試料抽出装置を通して真空引きして、試料のマトリックスを蒸発させて、試料の揮発した標的化合物を吸着剤に搬送する。随意に、試料マトリックスが蒸発すると、試料バイアルを加熱して、より重質な標的化合物を吸着剤に移送する。試料抽出装置は、試料抽出装置をガスクロマトグラフに直接結合する熱脱着装置に挿入することができる。いくつかの実施形態では、試料は、ガスクロマトグラフィ又は別の好適な技法を使用して脱着及び分析される。
開示されるシステムは、材料吸着剤を通して試料の完全蒸発を行って、水及びアルコールなどの主マトリックス成分を除去し、一方で、対象の化合物（重質ＶＯＣ及びＳＶＯＣ）を留め置く。抽出は、低温（例えば、摂氏２０～４０度）で行って、吸着剤を通る水又は溶媒蒸気の移動速度を低減させ、それによって、後続の熱脱着中のそれらの回収を低減させる、吸着剤への対象の標的化合物のチャネリングを低減させることができる。低温蒸発は、吸着剤を比較的低い温度に、典型的には蒸発中の試料よりも摂氏５～２０度高く維持することができる。これは、吸着剤を通した抽出中に水又は溶媒がガス相中に残留し、一方でまた、そうしない場合により高い温度で吸着剤を通り抜けてしまう、より軽質の化合物の回収を最大にすることを確実にする。したがって、吸着剤を通してマトリックスを蒸発させるために真空を使用し、真空は、水又は溶媒の沸騰は生じさせないが、適切な期間で排出を完了するのに単に十分な強さであるように制御される。水又は溶媒を、吸着剤を通して完全に蒸発させた後、はるかに重い対象の化合物を揮発させるために、試料容器（例えば、試料バイアル）を吸着剤よりもはるかに高い温度まで加熱することができる。この第２の抽出段階中に、化合物は、もはや蒸発水／溶媒ガスストリームを介して吸着剤に「動的に」移送されないが、単純に比較的強い真空下で吸着剤ベッドへと拡散することを可能にする。この場合、ゼロキャリアガス流は、チャネリング（例えば、吸着剤へのキャリアガス誘起の流入）の可能性を完全に除去し、試料のより重い成分を、吸着剤ベッドの直前の近くに最適に堆積させることを可能にし、それによって、どちらも、熱脱着中のそれらの回収を改善し、一方でまた、後続の分析へのキャリーオーバー（例えば、従来の試料抽出物からの化合物の持続）の可能性を低減させる。
抽出過程中に、液体試料がバイアル内に配置される。バイアルの容積は、例えば１～２０ｃｃ若しくは２～８ｃｃの範囲、又は別の容積である。例えば、本明細書に開示される技術によれば、抽出するために、１ｃｃの試料を２ｃｃの試料バイアルの中へ堆積させることができる。本明細書に開示される技術を使用して１ｃｃの試料を抽出することは、１リットルの試料の溶媒抽出を行うことによって達成される感度と等しい感度を生成することができ、ここで、最終的な１０００マイクロリットルの溶媒抽出物のうちの１マイクロリットルだけが、化学分析システムに注入される。別の例として、試料バイアルは、１０ｃｃの容積を有することができる。吸着剤を含む試料抽出装置は、バイアルが真空密封を作製するようにバイアルの頂部に位置付けられる。真空は、吸着剤を通してバイアルに印加され、これは、ガス相マトリックス（水、エタノール、その他）が１種以上の有機化合物を吸着剤にスイープすることが可能な方式で、水、エタノール、又は他の軽質マトリックス成分など化合物を緩やかに揮発させる。このようにして、試料自体からのガス相マトリックスは、揮発性試料マトリックスを除去する前に標的化合物に吸着剤抽出／収集装置を通り抜けさせる役割だけを果たす別のキャリアガスを加えることなく、キャリア流体として作用することができる。すなわち、バイアルからの１ｃｃの液体水の蒸発及び排除から生じる約４００ｃｃの水蒸気を流すのではなく、精製した窒素又はヘリウムを使用することは、５～１０リットルのガスに吸着剤を貫流させて、揮発性マトリックス（例えば、１ｃｃの水）全体を排除することが必要であり得、パージガスのこの追加の容積は、更に多くの化合物に吸着剤を通り抜けさせ、多くのより重い化合物を吸着剤に押し込み、回収をより悪化させる。吸着剤は、マトリックス（水、アルコール、その他）が吸着剤に対してごくわずかな親和性しか有しないように選択され、ガス相揮発性マトリックスが、真空システムへと流れるときに、吸着剤を容易に通過することを可能にする。いくつかの実施形態では、マトリックスが完全に蒸発して、吸着剤を通して除去された後、依然として真空下にある間に試料バイアルを加熱し、より高い沸点の化合物をガス相にして、化合物の吸着剤への移送を続けることができる。いくつかの実施形態では、かかる熱が試料を変性又は破壊してアーチファクトを作成する、天然産物の場合、最終加熱段を排除することができ、又は第２段（例えば、摂氏５０～１００度）中にあまり過剰でない温度上昇を使用して、他のものの熱分解温度に到達させることなく、いくつかの化合物の回収を改善することができる。マトリックスに応じて、最終加熱を伴わない実施形態は、摂氏４００度を超える沸点を有する化合物を効率的に回収することができる。最終加熱を伴う実施形態は、微量レベルの水質分析を行う場合など、摂氏５５０度を超える沸点を有する化合物を回収することができる。
一般に、比較的強い真空（例えば、摂氏２５度の水の場合、気圧の１／３０）の下で試料を抽出する能力は、より高い沸点の化合物をより低い温度で回収することを可能にし、それによって、両方の熱的に不安定な対象の化合物に対する応力を低減させて、試料中の不揮発性化合物の熱分解を低減させる。加えて、揮発性マトリックスが制御された真空及び試料温度を使用して除去されると、同程度に多い熱を加えることなくより高い真空自体が重質化合物の移送の効率を高めることができるので、試料バイアルがより高く加熱されるかどうかにかかわらず、第２の移送段階中に更に強い真空を印加することができ、同じく熱分解の可能性を低減させる。いくつかの実施形態では、弱い～強い真空下にある間のバイアルの最終加熱は、周囲温度（例えば、摂氏２０～３０度）～摂氏３００度の間の任意の温度から調整することができ、周囲温度から５０～１００Ｃが、より高い温度で分解し得る食品、飲料、又は生物学的試料に使用され得る。多くの場合、真空下にある間に、摂氏２００度という低い温度が、大気圧において摂氏５５０度で沸騰する６環の多環芳香族炭化水素（Ｐｏｌｙａｒｏｍａｔｉｃ Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ、ＰＡＨ）の回収を可能にすることができ、吸着剤が試料マトリックスに隣接している、真空下での抽出が、試料マトリックスへのごくわずかな熱ストレスで、非常に広い範囲のＶＯＣ～ＳＶＯＣ化合物の回収を可能にすることができる。
いくつかの実施形態による、例示的な試料抽出装置を例示する。 いくつかの実施形態による、例示的な試料抽出装置を例示する。 いくつかの実施形態による、例示的な試料抽出装置を例示する。
いくつかの実施形態による、自動化構成の複数の例示的な試料抽出システムを例示する。 いくつかの実施形態による、自動化構成の複数の例示的な試料抽出システムを例示する。 いくつかの実施形態による、自動化構成の複数の例示的な試料抽出システムを例示する。
本開示のいくつかの実施形態による、試料抽出装置で収集された試料を分析するために使用されるシステムを例示する。
本開示のいくつかの実施形態による、試料を調製及び分析する例示的な方法を例示する。
以下の説明では、本明細書の一部を形成し、実施され得る具体的な例を例示することによって示される添付図面を参照する。これらの実施例は、非限定的なものであると理解されるべきである。他の例を使用することができ、本開示の実施例の範囲から逸脱することなく、構造的変化を行うことができることを理解されたい。
本開示は、更なる化学分析のための試料の抽出に関し、より具体的には、蒸発真空抽出を使用して化学分析のための試料を調製するためのシステム及び方法に関する。本開示に提示される技術は、液体試料を分析する場合に、試料抽出／調製過程中に溶媒を使用することなく、又は固体試料を分析する場合に、最小量の非毒性溶媒（例えば、アルコール、水及びアルコール）しか使用することなく、ＳＶＯＣ範囲内の化合物の分析を最適化し、かつこれまで提示された任意の他の試料調製技術よりも広い範囲の極性及び無極性ＳＶＯＣ化合物の回収を可能にする。本明細書に開示されるシステム及び方法は、ガスクロマトグラフィ／質量分光分析によって後続の分析のために、液体試料から回収可能な揮発性及び半揮発性化合物の範囲を改善する。抽出は、吸着剤（吸着媒又は吸収剤）を含有する試料抽出装置を、抽出される試料に隣接して配置することによって、試料に接触することなく行われる。このようにして、揮発した試料は、他のヘッドスペース技術の性能と比較して、より完全に収集吸着剤に指向させることができる。
開示される試料抽出装置は、吸着剤を含有する。試料抽出装置が、試料を含有する試料容器（例えば、試料バイアル）に結合されている間に、試料抽出装置を通して真空引きして、試料のマトリックスを蒸発させて、試料の揮発した標的化合物を吸着剤に搬送する。随意に、試料マトリックスが蒸発すると、試料バイアルを加熱して、より重質な標的化合物を吸着剤に移送する。試料抽出装置は、試料抽出装置をガスクロマトグラフに直接結合する熱脱着装置に挿入することができる。いくつかの実施形態では、試料は、ガスクロマトグラフィ又は別の好適な技法を使用して脱着及び分析される。
開示されるシステムは、材料吸着剤を通して試料の完全蒸発を行って、水及びアルコールなどの主マトリックス成分を除去し、一方で、対象の化合物（重質ＶＯＣ及びＳＶＯＣ）を留め置く。抽出は、低温（例えば、摂氏２０～４０度）で行って、吸着剤を通る水又は溶媒蒸気の移動速度を低減させ、それによって、後続の熱脱着中のそれらの回収を低減させる、吸着剤への対象の標的化合物のチャネリングを低減させることができる。低温蒸発は、吸着剤を比較的低い温度に、典型的には蒸発中の試料よりも摂氏５～２０度高く維持することができる。これは、吸着剤を通した抽出中に水又は溶媒がガス相中に残留し、一方でまた、そうしない場合により高い温度で吸着剤を通り抜けてしまう、より軽質の化合物の回収を最大にすることを確実にする。したがって、吸着剤を通してマトリックスを蒸発させるために真空を使用し、真空は、水又は溶媒の沸騰は生じさせないが、適切な期間で排出を完了するのに単に十分な強さであるように制御される。水又は溶媒を、吸着剤を通して完全に蒸発させた後、はるかに重い対象の化合物を揮発させるために、試料容器（例えば、試料バイアル）を吸着剤よりもはるかに高い温度まで加熱することができる。この第２の抽出段階中に、化合物は、もはや蒸発水／溶媒ガスストリームを介して吸着剤に「動的に」移送されないが、単純に比較的強い真空下で吸着剤ベッドへと拡散することを可能にする。この場合、ゼロキャリアガス流は、チャネリング（例えば、吸着剤へのキャリアガス誘起の流入）の可能性を完全に除去し、試料のより重い成分を、吸着剤ベッドの直前の近くに最適に堆積させることを可能にし、それによって、どちらも、熱脱着中のそれらの回収を改善し、一方でまた、後続の分析へのキャリーオーバー（例えば、従来の試料抽出物からの化合物の持続）の可能性を低減させる。
抽出過程中に、液体試料がバイアル内に配置される。バイアルの容積は、例えば１～２０ｃｃ若しくは２～８ｃｃの範囲、又は別の容積である。例えば、本明細書に開示される技術によれば、抽出するために、１ｃｃの試料を２ｃｃの試料バイアル内に配置することができる。本明細書に開示される技術を使用して１ｃｃの試料を抽出することは、１リットルの試料の溶媒抽出を行うことによって達成される感度と等しい感度を生成することができ、ここで、最終的な１０００マイクロリットルの溶媒抽出物のうちの１マイクロリットルだけが、化学分析システムに注入される。別の例として、試料バイアルは、１０ｃｃの容積を有することができる。吸着剤を含む試料抽出装置は、バイアルが真空密封を作製するようにバイアルの頂部に位置付けられる。真空は、吸着剤を通してバイアルに印加され、これは、ガス相マトリックス（水、エタノール、その他）が１種以上の有機化合物を吸着剤にスイープすることが可能な方式で、水、エタノール、又は他の軽質マトリックス成分など化合物を緩やかに揮発させる。このようにして、試料自体からのガス相マトリックスは、揮発性試料マトリックスを除去する前に標的化合物に吸着剤抽出／収集装置を通り抜けさせる役割だけを果たす別のキャリアガスを加えることなく、キャリア流体として作用することができる。すなわち、バイアルからの１ｃｃの液体水の蒸発及び排除から生じる約４００ｃｃの水蒸気を流すのではなく、精製した窒素又はヘリウムを使用することは、５～１０リットルのガスに吸着剤を貫流させて、揮発性マトリックス（例えば、１ｃｃの水）全体を排除することが必要であり得、パージガスのこの追加の容積は、更に多くの化合物に吸着剤を通り抜けさせ、多くのより重い化合物を吸着剤に押し込み、回収をより悪化させる。吸着剤は、マトリックス（水、アルコール、その他）が吸着剤に対してごくわずかな親和性しか有しないように選択され、ガス相揮発性マトリックスが、真空システムへと流れるときに、吸着剤を容易に通過することを可能にする。いくつかの実施形態では、マトリックスが完全に蒸発して、吸着剤を通して除去された後、依然として真空下にある間に試料バイアルを加熱し、より高い沸点の化合物をガス相にして、化合物の吸着剤への移送を続けることができる。いくつかの実施形態では、かかる熱が試料を変性又は破壊してアーチファクトを作成する、天然産物の場合、最終加熱段を排除することができ、又は第２段（例えば、摂氏５０～１００度）中にあまり過剰でない温度上昇を使用して、他のものの熱分解温度に到達させることなく、いくつかの化合物の回収を改善することができる。マトリックスに応じて、最終加熱を伴わない実施形態は、摂氏４００度を超える沸点を有する化合物を効率的に回収することができる。最終加熱を伴う実施形態は、微量レベルの水質分析を行う場合など、摂氏５５０度を超える沸点を有する化合物を回収することができる。
一般に、比較的強い真空（例えば、摂氏２５度の水の場合、気圧の１／３０）の下で試料を抽出する能力は、より高い沸点の化合物をより低い温度で回収することを可能にし、それによって、両方の熱的に不安定な対象の化合物に対する応力を低減させて、試料中の不揮発性化合物の熱分解を低減させる。加えて、揮発性マトリックスが制御された真空及び試料温度を使用して除去されると、同程度に多い熱を加えることなくより高い真空自体が重質化合物の移送の効率を高めることができるので、試料バイアルがより高く加熱されるかどうかにかかわらず、第２の移送段階中に更に強い真空を印加することができ、同じく熱分解の可能性を低減させる。いくつかの実施形態では、弱い～強い真空下にある間のバイアルの最終加熱は、周囲温度（例えば、摂氏２０～３０度）～摂氏３００度の間の任意の温度から調整することができ、周囲温度から５０～１００Ｃが、より高い温度で分解し得る食品、飲料、又は生物学的試料に使用され得る。多くの場合、真空下にある間に、摂氏２００度という低い温度が、大気圧において摂氏５５０度で沸騰する６環の多環芳香族炭化水素（Ｐｏｌｙａｒｏｍａｔｉｃ Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ、ＰＡＨ）の回収を可能にすることができ、吸着剤が試料マトリックスに隣接している、真空下での抽出が、試料マトリックスへのごくわずかな熱ストレスで、非常に広い範囲のＶＯＣ～ＳＶＯＣ化合物の回収を可能にすることができる。
開示される試料調製システム及び方法は、微量レベルの水性試料中のＧＣ適合化合物を測定するための試料を調製する。いくつかの実施形態では、試料はまた、そうでない場合に試料中の対象の化学物質を留め置くことができる吸着剤に十分に留め置かれない、エタノールなどのアルコール、又は他の揮発性化合物を含有することもできる。本明細書で使用されるとき、「吸着剤」は、試料の吸収又は吸着のいずれかを行う媒体を説明するための一般用語であり、本明細書では、吸着剤及び吸着媒が交換可能に使用される場合がある。典型的な試料容積は、５０マイクロリットル～５０００マイクロリットル（０．０５～５ｃｃ）の範囲であり得るが、いくつかの実施形態では、他の試料容積が可能である。開示される試料調製システム及び方法は、標準ＧＣＭＳをフルスキャンモードで使用した低ｐｐｍ範囲、又はＯｒｂｉｔｒａｐ、ＦＴＭＳ、ＴＳＱ、更には単一の四重極ＭＳを単一イオン監視モード（Ｓｉｎｇｌｅ Ｉｏｎ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ、ＳＩＭモード）で使用するサブｐｐｍレベルに至る化合物の測定を可能にする。水又は適切な揮発性溶媒による試料の単純な希釈は、ＰＰＢ及びＰＰＭ範囲でのより高い濃縮試料の分析を可能にすることができる。
本明細書に開示される技術は、冷却剤として液体窒素の使用を必要としないことを認識されたい。液体窒素の使用を除去することは、液体窒素と関連するコスト及び安全面の懸念を排除する。追加的に、本明細書に開示される技術は、移送ライン（例えば、試料バイアルと試料抽出装置との間、試料抽出装置とガスクロマトグラフとの間）の使用を必要としない。移送ラインは、重質化合物の移送を低減させる場合があり、多くの不安定な化合物の反応を触媒する場合があり、非常に重質な抽出された化合物（ワックス、油）の蓄積又は欠如に基づく標的化合物の可変の移送を生じさせる場合があり、また、移送ラインの始点及び終点の両方に死容積及び冷点を生じさせる追加の金具を必要とする場合がある、移送ラインの使用を排除することは、有利である。この場合、移送ラインはまた、マトリックス排除の効率を低減させる試料と吸着剤との間の真空の移送を低減させる場合もある。移送ラインの排除は、これらの負の態様の全てを、及びそれらと共にもたらされる分析システムの性能の不安定性を排除する。下でより詳細に説明するように、本明細書に開示される技術は、いくつかの実施形態では拡散真空抽出過程が続き得る、動的真空抽出過程を含む。下でより詳細に説明するように、拡散真空抽出過程の使用は、より重い標的化合物の回収及び脱着を改善すること、及びそうでない場合に残余の化合物の次の試料分析へのキャリーオーバーを生じさせる、試料抽出装置の汚染を減少させること、又は排除することができる。最も重い化合物の拡散試料採取は、該化合物を単一又は多重の吸着剤ベッドの最前部に堆積させ、不十分な回収及びキャリーオーバーの増加を生じさせ得るチャネリングを排除する。一般に、第１段の動的真空抽出過程は、拡散過程を生じさせる実施形態における第２段の拡散真空抽出過程よりも低い温度で発生する。動的真空抽出過程中の低温の使用は、タンパク質、脂質、炭水化物、及び塩／鉱物を含む不要な不揮発性化合物を抽出装置に移送し、熱脱着中に熱分解生成物を生じさせ、抽出装置を再使用することができる回数を低減させる、マトリックスの沸騰及びマトリックスのエアロゾル化を防止することができる。下でより詳細に説明するように、本明細書に開示される技術は、多くの試料の場合に試料マトリックスの質量の９８％を超える、試料マトリックスの揮発性構成要素を完全に蒸発させることが可能であり、それによって、そうでない場合には揮発性マトリックスへの溶解性が高い、標的化合物の更に完全な回収を可能にする。かかる試料は、食品、カンナビス、及び土中の農薬及び他の汚染物質を分析するなどのための、飲料水、地下水、廃水、海水、並びに温水を使用する化学物質の予備的な抽出又は固体試料の水／溶媒混合物（例えば、水／ＥｔＯＨ）の抽出から得られた試料を含むことができる。
図１Ａ～図１Ｃは、いくつかの実施形態による、例示的な試料抽出装置１００を例示する。試料抽出装置１００は、吸着剤１０２ａ～ｃと、ポート１０６と、輸送部１０４及び１１０、シール１１２ａ～ｃと、デテント１１４と、を含むことができる。いくつかの実施形態では、試料抽出装置１００は、ステンレス鋼などの頑丈で耐久性のある材料（例えば、３０４又は３１６ステンレス）から作製することができ、また、化学物質及び特に熱的に不安定な化学物質に露出される表面の不活性を更に高めるセラミック材料（例えば、Ｓｉｌｏｎｉｔｅ）でコーティングされ得る。セラミックコーティングは、ＧＣカラムと同程度に不活性であり得、試料抽出中これらの表面が低温である間に、又は試料のＧＣへの熱脱着中に高温である間に、かかる表面に露出されたときに全てのＧＣ適合化合物の回収を可能にする。いくつかの実施形態では、試料から対象の１種以上の化合物を抽出するために使用している間に、試料抽出装置１００は、結合部１５０を介して真空スリーブ１４０内に配置され、かつ試料バイアル１２０（試料１３０を含有する）に結合される。いくつかの実施形態では、図１Ａ～図１Ｃに示されるように、試料抽出装置１００は、３つの吸着剤１０２ａ、１０２ｂ、及び１０２ｃを含むことができる。
試料抽出装置１００が、図１Ａに示されるように試料バイアル１２０に結合されると、輸送部１１０が、本明細書で説明するように対象の１種以上の化合物を吸着剤１０２ａ～ｃによって留め置くことができるように、試料１３０を吸着剤１０２ａ～ｃに流体結合させる。更に、輸送部１１０は、吸着最も重い剤１０２ａより更に弱い、第１段の凝結として作用することができ、化合物を回収するために、熱脱着中のより低い温度を可能にする。輸送部１１０はまた、下でより詳細に説明するように、いくつかの実施形態では試料バイアル１２０が加熱される第２段の拡散真空抽出中に、試料バイアル１２０の熱から吸着剤１０２ａ（及び吸着剤１０２ｂ～ｃ）を熱的に分離することを補助することもできる。また、いくつかの実施形態では、輸送部１１０は、第１段及び第２段の両方の抽出中の統計的回収を最大にするための、吸着剤抽出装置の開口部への試料１３０の露出を最大にするために、試料バイアル１２０の開口部のほぼ全体を占める。試料バイアル１２０の開口部のほぼ全体を占めることはまた、試料１３０のシール用Ｏリング１４６への露出を最小にし、それによって、キャリーオーバーの潜在性を低減させ、更にはＯリング１４６内の任意の天然汚染物質の抽出を最小にする。輸送部１０４は、吸着剤１０２ａ～ｃをポート１０６に流体結合し、これは、本明細書でより詳細に説明されるように、ポート１０６を通して真空引きして、試料バイアル１２０内に真空を生成することを可能にする。輸送部１０４は、試料装置１００の熱脱着中のシール用Ｏリング１１２ａ～ｃから、抽出物の分析中の化学分析装置（例えば、ＧＣＭＳ）への吸着剤１０２ａ～ｃの熱分離を提供することができる。いくつかの実施形態では、ガラスロッドが輸送部１０４内に配置されて、熱脱着中に輸送部１０４の壁に沿って脱着ガスを強制的に流れさせながら、抽出装置１００の内部容積を低減させ、それによって、試料のより高速かつより完全な放出のためのＧＣＭＳ分析中の脱着ガスの予熱を改善する。
いくつかの実施形態では、図１Ａ～図１Ｂに例示される１０２ａ～ｃの位置で、１つの吸着剤（例えば、１０２ａ又は１０２ｂ又は１０２ｃ）だけが使用される。いくつかの実施形態では、図１Ａ～図１Ｂの１０２ａ～ｃの位置で、２つの吸着剤（例えば、１０２ａ、１０２ｂ、又は１０２ｃのうちの２つ）が使用される。いくつかの実施形態では、３つ超の吸着剤１０２ａ～ｃ（例えば、４つ又は５つ又は６つ以上吸着剤）が使用される。複数の吸着剤１０２ａ～ｃが使用されるいくつかの実施形態では、吸着剤１０２ａ～ｃは、最弱から最強への順序で配設され、最弱の吸着剤１０２ａが試料抽出装置の底部開口部１０８に最も近くにあり、最強の吸着剤１０２ｃがポート１０６の最も近くにある。このようにして、試料１３０の最も重い化合物を、より強い吸着剤１０２ｂ又は最強の吸着剤１０２ｃに到達させることなく、吸着剤１０２ａによって留め置くことができ、それによって、吸着剤１０２ｂ及び１０２ｃの汚染を低減させるか、又は防止する。いくつかの実施形態では、吸着剤１０２ａによって留め置かれないより軽質の対象の化合物は、吸着剤１０２ｂ又は吸着剤１０２ｃによって留め置くことができる。いくつかの実施形態では、試料抽出装置１００は、吸着剤１０２ａを留め置くスクリーンを留め置くために、吸着剤１０２ａの底部に縮径部を有することができる。スクリーンは、異なる吸着剤１０２ａ～ｃの分離を維持するために、異なる吸着剤１０２ａと、１０２ｂと、１０２ｃとの間に配置することができる。一般に、吸着剤の段数を増加させることは、抽出中に回収される化合物の沸点範囲を高めることができ、一方で、いくつかの場合では、抽出された試料を単純化して、試料中の化学物質のより小さいサブセットに集中して、ＧＣに注入される試料の複雑さを低減させるために、１つ又は２つの吸着剤の使用が意図的に使用される。更には、特定のファミリの、又は特定の特徴若しくは部分を有する化合物を選択的に留め置くために、特殊吸着剤が使用され得る。
いくつかの実施形態では、シール１１２ａ～ｃは、試料抽出装置１００の本体の周囲に配置されたＯリングシールとすることができる。シール１１２ａ～ｃは、試料抽出中に、試料抽出装置１００のポート１０６を通して、試料バイアル１３０を真空引きして維持することを容易にする。試料分析中に、シール１１２ａ～ｃは、（例えば、図３～図４を参照して）下でより詳細に説明するように、試料が脱着されて分析される間、試料抽出装置１００をシールする。
いくつかの実施形態では、真空スリーブ１４０は、図１Ｂに示されるように、シール１４２ａ～ｂ及び１４６と、ねじ山１４４と、含む。試料抽出中に、シール１４２ａ～ｂは、真空トレイをシールして、試料バイアル１２０を真空引きして維持することを容易にすることができる。いくつかの実施形態では、シール１４６は、試料抽出装置１００の底部開口１０８が試料バイアル１２０に面する場所をシールする。ねじ山１４４（又は別の好適な結合部）は、真空スリーブを結合部１５０に結合するために使用することができる。
いくつかの実施形態では、結合部１５０は、ねじ山１５２と、開口部１５４と、を含む。いくつかの実施形態では、結合部１５０は、Ｏリング１４６を使用して抽出スリーブ１４０と、抽出装置１００と、バイアル１３０との間に真空気密シールを作成する、ナット又は他の金具を含む。結合部１５０は、試料抽出中に試料バイアル１２０を試料抽出装置１００に結合して、抽出装置１００を通してバイアル１２０に真空を及ぼすことを可能にするために使用することができる。いくつかの実施形態では、抽出中に真空源が維持され、揮発性マトリックス成分（水、エタノール、他の溶媒）を、ポート１０６を通して完全に排除し、最終的には、真空源（例えば、油非含有ポンプ）を通して排除することを可能にする。いくつかの実施形態では、抽出装置１００とバイアル１２０の内部との間の非常に小さい環状スペースを使用することは、バイアルをより高い温度まで加熱することができる拡散真空試料採取段階中に、バイアルの下側部分よりもはるかに低温となるこの領域への試料（化合物）の露出を最小にすることができ、それによって、最も重い化合物を熱脱着中に成功裏にＧＣＭＳに送達することができる抽出装置１００の「内部」に、該化合物が回収される統計的確率を高める。結合部１５０は、試料バイアル１２０及び試料抽出装置１００を、介在する移送ラインを使用することなく互いに直接結合することを可能にすることができる。
この配設は、本技術の回収及び精度を大幅に高めるために、試料１３０を試料回収装置１００の底端部１０８の数ミリメートル内にすることを可能にすることができる。移送ラインが反応性内面を有し得ることによる表面の触媒反応に起因して、移送ラインがいくつかの化合物の回収を低減させる場合があるので、介在する移送ラインを排除することが望ましい。例えば、経時的に、重質化合物（例えば、油及びワックス）が移送ラインの表面に堆積する場合があり、それによって、対象の化合物の回収を低減させる。例えば、試料１３０と吸着剤１０２ａ～ｃとの間に移送ラインの使用を排除することは、この手法の長期的な信頼性を大幅に高め、したがって、認定を受けた及び認定を受けていない両方の方法について信頼性の高い定量的結果を生成する手段としてのその実行可能性を高める。
試料バイアル１２０は、クリンプトップバイアルとすることができ、温度が高温から低温へと移行し得るバイアル内の領域をより短くすることを可能にし、対象の化合物が失われ得る、抽出システム内の望ましくない「低温点」の発生を低減させる。クリンプトップバイアルによって、ねじ螺合バイアルを使用する場合にはより困難である、バイアル１２０の温度の（例えば、低温から高温への）迅速な変化がより容易である。また、ねじ螺合バイアルは、一般に、高温に指定されていないプラスチックキャップを使用する。対照的に、クリンプトップバイアル、結合部１５０、及びＯリング１４６（例えば、Ｏリングは、ＦＫＭ、シリコーン、その他を含むことができる）の組み合わせは、試料バイアル１２０を、摂氏３００度まで加熱することを可能にすることができ、一方で、抽出装置１００の底部１０８の上側を非常に低い温度に維持する。加えて、試料バイアル１２０の中へ、クリンプトップセクションのより厚いガラスセクションの下側に、そして、より薄い壁のあるセクションの近くへ下る抽出装置１００の底部１０８の延長部、並びに試料バイアル１２０のより高温の部分は、第２段の拡散真空抽出中の、抽出装置１００の内部の対象の最も重い化合物の堆積を確実にすることができる。
試料バイアル１２０は、不活性であり、かつ本明細書で説明される技術において試料バイアル１２０に適用される温度に耐えることができる、ガラス又は別の好適な材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、試料バイアル１２０は、試料バイアルを、開口部１５４を通して結合部１５０に結合することを容易にする、デテント１２２を含む。図１Ｂに示されるように、試料バイアル１２０のガラス壁は、デテント１２２の上側でより厚くすることができ、それによって、試料バイアル１２０が、バイアル１２０を破損することなく、（例えば、結合部１５０による）強いクランプ力に耐えることを可能にする。開口部１５４は、試料バイアル１２０を、結合部１５０を真空スリーブ１４０に緩く結合する前か、又はその後のいずれかに、結合部１５０の側面を通して装填することを可能にすることができ、それによって、デテント１２２の下側の試料バイアル１２０のサイズの増加又は減少を、より大きい又はより小さいかのいずれかの試料容積に適応させることを可能にする。
試料バイアルは１～２０ミリリットルの範囲の容積を有することができるが、他の容積が可能である。いくつかの実施形態では、試料１３０の容積は、試料バイアル１２０の全容積よりも少ない。例えば、１０ミリリットルの試料は、本明細書で説明する試料調製のための２０ミリリットルのバイアルの中へ堆積させることができる。別の例として、１ｃｃ又は１．５ｃｃの試料は、２ｃｃの試料バイアルの中へ堆積させることができる。いくつかの実施形態では、認識されたＧＣ適合範囲（例えば、全てのＳＶＯＣ）内の実質的に全ての又は全ての対象の化合物は、本明細書で説明される技術を使用して試料から回収することができ、ＧＣＭＳ分析中に全ての抽出物が注入されることを考慮すると、１ｃｃの試料で、他の溶媒抽出技術を使用して調製した１Ｌの試料の感度と同じ感度を分析中に達成することができ、一方で、以前に説明した理由で、液液溶媒抽出の最終的な１０００マイクロリットルのうちの１マイクロリットルだけが注入される。したがって、本明細書に開示される技術を実行して、液液抽出などの他の技術と等しい感度を達成する場合に、はるかに少ない試料しか必要とせず、したがって、液液抽出などの他の技術と比較して、本明細書に開示される技術を使用する場合に、はるかに少ない試料を収集して第１の場所の研究室に送達することしか必要としない。
いくつかの実施形態では、試料１３０は、本明細書で説明されるシステム及び過程を使用して調製することができる、広範囲の試料のうちの１つとすることができる。いくつかの実施形態では、試料は、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）及び半揮発性有機化合物（ＳＶＯＣ）を含む、１種以上の対象の化合物を含む。いくつかの実施形態では、試料１３０は、ＧＣＭＳによる分析の前に低減させるか、又は排除しなければならない、試料マトリックス（例えば、水、エタノールなど）を含む。したがって、本明細書で説明される試料抽出過程は、対象の化合物を吸着剤１０２ａ～ｃに収集しながら、更に、試料容器１２０内の不揮発性有機及び無機マトリックス成分を残しながら、試料マトリックスの実質的な揮発性画分を蒸発させて除去するために使用することができる。いくつかの実施形態では、容器１２０は、使い捨ての低コストバイアルであるので、バイアル内に残留する汚染物質が廃棄され、したがって、将来の化学分析の汚染を引き起こす可能性がない。可能な場合、新しい試料分析ごとに認定されたきれいなバイアルの使用は、長期安定性及び分析方法論の正確さを確実にすることができる。
いくつかの実施形態では、図１Ａ～図１Ｃに例示されるシステムは、完全蒸発真空抽出（Ｆｕｌｌ Ｅｖａｐｏｒａｔｉｖｅ Ｖａｃｕｕｍ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ、ＦＥＶＥ）試料調製過程を行うために使用することができるが、本システムの用途は、本明細書に開示されるＦＥＶＥに限定されない。ＦＥＶＥ試料調製過程中に、ポート１０６で真空引きして、試料バイアル１２０から、試料抽出装置の底部開口１０８に向かう、輸送部１１０を通した、吸着剤１０２ａ～ｃを通した、輸送部１０４を通した、そしてポート１０６の外への、蒸発させた試料マトリックスの流れを導入する。蒸発させた試料マトリックスの流れは、対象の１種以上の化合物のフローを、試料バイアル１２０から、試料抽出装置１００の底部開口１０８へと、輸送部１１０を通して、そして吸着剤１０２ａ～ｃのうちの１つへ導入するためのキャリア流体として作用することができる。蒸発試料マトリックスをキャリア流体として使用して対象の化合物を収集することは、揮発性マトリックス成分を蒸発させるために別々のキャリアガスを加える他の方法と比較して、試料から対象の化合物を抽出するために必要なキャリア流体の容積を低減させることができる。次に、より少ない容積のキャリア流体を使用することは、試料を留め置くために必要な吸着剤１０２ａ～ｃの容積を低減させることができ、したがって、脱着及び分析中の化合物の回収を改善し、抽出装置のサイズ／長さを低減させ、かつ吸着剤を洗浄する能力を高める（より少ない吸着剤は、より多い吸着剤よりも、より急速に洗浄する）。
真空度及び／又は試料の温度は、吸着剤１０２を通した試料マトリックスの一貫した揮発を生じさせるように制御することができる。バイアル内のより高い真空又は試料のわずかに高い温度は、蒸発速度を増加させ、したがって、吸着剤を通る水性又は他の溶媒マトリックスの排除速度を増加させる。試料１３０に高い温度を適用する場合、吸着剤上の揮発性マトリックスの凝結を回避するために、吸着剤１０２ａ～ｃの温度も上昇させなければならない。試料１３０よりも摂氏５～２０度高い吸着剤１０２ａ～ｃの温度は、揮発性マトリックスの排除中の吸着剤１０２ａ～ｃ内の凝結を排除するはずである。全ての場合において、そうでない場合にはエアロゾルが非揮発性マトリックス成分を吸着剤１０２ａ～ｃの中へ移送し得るので、試料１３０の揮発性マトリックスが能動的に沸騰しないように、熱及び真空の組み合わせを維持しなければならない。上で説明したように、吸着剤１０２ａ～ｃは、Ｔｅｎａｘ又はＣａｒｂｏｐａｃｋなどの疎水性吸着剤を含むか、又は吸着剤の組み合わせを最弱～最強へとチューブ内に配設して（最弱の吸着剤１０２ａが試料バイアル１２０の最も近くにあり、最強の吸着剤１０２ｃが試料バイアル１２０から最も遠くにある）、より広い沸点範囲の化合物の回収を可能にすることができる。例えば、ポリジメチルシロキサンゴムの薄い層（例えば、０．１～５ｕｍの層）でコーティングされたガラスビーズは、第１の弱い吸着剤１０２ａを作成して、熱脱着中に、吸着剤１０２ａ～ｃを高温に加熱し過ぎることなく、最も重い化合物の回収を可能にすることができる。更に、試料１３０の１つ以上の比較的重い化合物は、試料の揮発性マトリックスが除去された時点で試料バイアル１２０の温度を上昇させる及び／又はいくつかの実施形態では真空が高められる拡散真空サンプリング過程中に、試料抽出装置１００の輸送部１１０の内面に凝縮させて残留させることができる。
マトリックスの揮発中に、液体／ガス境界層の化合物は、真空の連続した印加を通して作成された高圧から低圧への勾配及び吸着剤１０２ａ～ｃを通したマトリックスの連続した蒸発が存在しなかった場合よりも効率的にガス相に搬送される。蒸発速度は、吸着剤１０２ａ～ｃを通るガス相マトリックスの流れが、吸着剤１０２ａ～ｃを通る試料化合物（及び揮発性マトリックス）の通常の拡散速度の３～１００倍以下である場合に最適化される。拡散速度を高く超え過ぎない流速を容易にするようにシステムを動作させることは、キャリアガス誘起のステアリング力に基づく吸着剤１０２ａ～ｃ粒子の周囲の「チャネリング」の量を低減させる。いくつかの実施形態では、毎分１～２ｃｃ程度の遅いガス相マトリックスの蒸発流速は、１００ｕｌの液体を、２０分未満で蒸発させることを可能にすることができ、一方で、１～３ｃｃの液体は、２～１６時間で蒸発させることができる。一例として、４～５ｍｍの内径を有する試料抽出装置１００を使用する場合、蒸発試料のガス相流速は、チャネリングを低減させるために、５ｃｃ／分以下であり得る。いくつかの実施形態では、多数（例えば、３０個、６０個、９０個など）の試料を、図２を参照して下で説明されるように、自動化抽出中に処理して、研究室のスループットを増加させることができ、よって、３０～９０個の試料が同時に抽出される場合に、４～１６時間の抽出であっても、極めて高い研究室の生産性をもたらすことができる。
いくつかの実施形態では、液状マトリクスの完全な蒸発の後、最も重いＧＣ適合化合物（例えば、５～６環の多環芳香族炭化水素、高沸点環境汚染物質、重質フタル酸、及び他の可塑剤など）が、バイアル１２０のガラス又は残渣に残留し得る。したがって、いくつかの実施形態では、真空をオフにする前に、ヒータを使用してバイアル１２０を、摂氏５０～３００度、摂氏２５０度超、又は摂氏３００度以上の高さの温度などの、高い温度まで加熱することができる。一例として、摂氏２００～２５０度の範囲の温度は、大気圧で摂氏４００～５５０度の範囲の沸点を有する５～６環の多環式芳香族炭化水素の回収を可能にすることができる。加えて、揮発性マトリックスが除去された後に真空を高めることは、低温であっても、より重い標的化合物の回収を可能にすることができ、試料バイアル１２０内の残留残渣中の熱的に不安定な化合物が熱分解する可能性を更に低減させる。したがって、熱及び真空の両方を組み合わせて、試料１３０と吸着剤１０２ａ～ｃとの間の非常に短い距離によって、周囲圧力時に必要であるよりもはるかに低い温度での化合物の回収を可能にし、それによって、多くの熱的に不安定な化合物の回収を増加させる。ワインなどの多くの天然産物を分析する場合に、単に摂氏５０～１００度まで加熱することで、試料マトリックスを分解することなく、全ての重要な芳香化合物を回収することができ、それによって、ＧＣＭＳ分析における不要なアーチファクト化合物を回避する。加えて、第２の拡散真空抽出工程における比較的強い真空下での動作はまた、そうでない場合に摂氏５０～６０度の比較的低い温度であってもワインなどの食品試料との反応を生じさせる空気、したがって酸素を除去し、それによって、ほとんど又は全くアーチファクトを形成することなく、わずかに高い温度（例えば、摂氏５０～１００度）を適用することを可能にする。
例えば、吸着剤１０２ａ～ｃ上の熱水／アルコールの急速な沸騰及び再凝結は、吸着剤１０２ａ～ｃから化合物をリンスして、バイアル１２０に戻し得るので、水又は水／エタノールの排除前の高温抽出が問題になる。更に、試料１３０のマトリックスの沸騰を可能にすることは、例えば塩、鉱物、タンパク質、脂質などの不揮発性マトリックス成分をエアロゾル化し、それらの吸着剤１０２ａ～ｃへの堆積を生じさせ、熱脱着中のアーチファクトの形成、吸着剤の損傷、及び抽出装置１００の寿命の短縮をもたらす。いくつかの実施形態では、水／エタノールが全て蒸発して、吸着剤を通過すると、吸着剤１０２上へすでに吸着された化合物に影響を及ぼす揮発性マトリックスを沸騰及び凝縮させる可能性を伴うことなく、バイアル１０６をより高い温度まで加熱することができ、及び／又は真空を高めることができる。加熱中に、いくつかの実施形態では、まだバイアル１２０内に存在するより重いＧＣ適合化合物に、試料バイアル１２０の内面から又は残留するマトリックス残渣から揮発するのに十分なエネルギーが与えられ得るので、該化合物は、吸着剤１０２ａ～ｃによって捕捉され得、又は単に該化合物が輸送部１１０の内部に付着し、該化合物を、（例えば、ＧＣＭＳへの熱脱着中に）化学分析のために容易に回収することを可能にする。
第２段の拡散真空抽出過程中の試料バイアル１２０の加熱は、ガラスバイアル１２０の頂部が低熱伝導体であり得、また、いくつかの実施形態では加熱が１～１０分の範囲内の期間に制限され得るので、吸着剤１０２ａ～ｃの温度にごくわずかな影響しか及ぼし得ない。いくつかの実施形態では、加熱は、異なる時間にわたって行うことができる。加熱温度及び期間は、バイアル１２０内に残留する化合物の熱安定性に依存することができる。一例として、大部分の水試料を分析したときに残った残渣は、プラスチックナノ粒子の存在下であっても、残留残渣のいかなる劣化も伴うことなく、摂氏２００～２５０度まで加熱することができる。抽出の後、バイアルは、（例えば、摂氏３０～８０度以下の範囲の温度まで）冷却することができ、試料抽出装置１００は、図３を参照して以下により詳細に記載されるように、熱脱着－ガスクロマトグラフィ／質量分光分析（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ－Ｇａｓ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ／Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ、ＴＤ／ＧＣＭＳ）による分析を待っている間に、汚染を防止するために取り外して隔離することができる。
図２Ａ～図２Ｃは、いくつかの実施形態による、自動化構成の複数の例示的な試料抽出システム１００を例示する。図２Ａ～図２Ｃでは、各々が図１Ａ～図１Ｃを参照して上で説明した試料バイアル１２０に取り付けられた複数の試料抽出装置１００は、試料成分抽出モジュール２００で留め置かれる。いくつかの実施形態では、試料成分抽出モジュール２００は、３０個の試料抽出装置１００（例えば、５列×６個の試料抽出装置１００）を収容する。試料成分抽出モジュール２００は、真空ポート２１４及び側部支持体２０８を含む真空プレート２０４を有する抽出トレイと、頂部クランププレート２０３と、ボルト２０２と、真空プレートヒータ２０５と、試料バイアルヒータ２０６と、締結具２１０と、を含むことができる。
いくつかの実施形態では、真空プレート２０４は、真空スリーブ１４０を通して試料抽出装置１００のポート１０６を真空源に流体結合することができる。真空源は、真空ポート２１４を介して真空プレート２０４に結合することができる。このようにして、全ての試料バイアル１２０を同時に真空引きすることができる。更に、自動化システムが（それらのそれぞれの試料バイアル１２０、真空スリーブ１４０、及び締結具１５０に結合された）全ての試料抽出装置１００を配置して、真空プレート２０４を通して１つの供給源で真空引きすることは、異なる真空源を各試料抽出装置１００アセンブリに結合することよりも容易に行うことができるが、いくつかの実施形態では、当然ながら、各抽出装置への真空の別々の接続が可能である。追加的に、複数の試料抽出装置１００の組立体を同時に真空引きすることは、試料抽出装置１００を一度に１つ真空引きするよりも効率的であり得る。
いくつかの実施形態では、吸着剤１０２ａ～ｃは、標的化合物が吸着剤１０２ａ～ｃを通り抜けず、真空ポンプのそれらの損失を防止するように、試料に対して選択することができる。いくつかの実施形態では、二次汚染が懸念される場合、取り外し可能なフィルタ及び／又は吸着剤を試料抽出装置１００の間に使用することができる。外部環境から試料バイアル１２０内の制御された真空を維持して、試料バイアル１２０を真空引きして維持することを確実にするために、ボルト２０２は、クランププレート２０３を真空スリーブ１４０上に押し下げるように締めて、シール１４２ａ～ｂを使用して真空プレート２０４に真空気密シールを作成することができる。
いくつかの実施形態では、真空プレート２０４は、真空プレート２０４を通した真空ポンプへの揮発性マトリックスの排除速度を高めるようにヒータ２０５に結合することができる。ヒータ２０５を真空プレート２０４の下に加えることは、真空プレート２０４及び抽出装置１００の下側部分の両方を加熱して、吸着剤１０２ａ～ｃの温度を、試料マトリックスの温度よりも摂氏５～２０度高く維持することを補助することができる。この加熱は、抽出装置１００内又は真空プレート２０４内に揮発性マトリックスのいかなる凝結も生じないことを確実にすることを補助することができ、それによって、（拡散の第２段が行われる状況では）拡散の第２段よりもはるかに長い、第１段の動的抽出を行うために必要な時間を低減する。
いくつかの実施形態では、試料バイアル１２０は、試料抽出中に、ヒータ２０６の内部に位置させることができる。試料マトリックスの蒸発中に、ヒータ２０６は、摂氏４０度以下（例えば、摂氏３０度）の温度まで加熱することができる。揮発したマトリックスの除去が、（例えば）摂氏１００～４００度で沸騰する化合物を吸着剤１０２ａ～ｃに搬送し、摂氏１００度未満又は実質的にそれ未満で沸騰する化合物に吸着剤を通過させる、第１段の動的真空抽出過程の後、バイアル１２０は、残留残渣を沸騰させることがもはやできなくなると、より高い温度まで加熱することができ、それにより、重質化合物を第１の輸送部１１０に、又は吸着剤１０２ａの最前部に堆積させることによって、残留化合物を吸着剤１０２ａ～ｃに拡散的に移送することができ、それらの吸着剤抽出装置１００からの最終的な回収、及び最終的な浄化を改善し、それによって、後続の分析へのキャリーオーバーの可能性を低減させる。いくつかの試料について、ヒータ２０６によって試料を加熱することは、対象のより重い化合物を揮発させることができ、これらの対象のより重い化合物が、収集されて分析される試料抽出装置１００の吸着剤１０２ａ～ｃに到達することを可能にする。
いくつかの実施形態では、真空スリーブ１４０、真空プレート２０４、真空クランププレート２０３、ボルト２０２、及び垂直支持部２０８（全体で、ＦＥＶＥトレイ２０１ａ）は、抽出装置１００を含む組み立てられたトレイ２００を、上部ヒータ２０５及び下部ヒータ２０６を含むＦＥＶＥヒータプラットフォーム２０１ｂに移送するための素早い方式を作成し、それにより、ヒータのプラグを抜いて、トレイと共に移動させる必要がない。このように、３０個の試料の１つのトレイが抽出されているときに、別のトレイに試料バイアル１２０、抽出装置１００、及び真空スリーブ１４０を装填して、前のトレイが終了したときに抽出を開始することができる。この配設は、生産研究室のより高いスループットを可能にすることができる。
いくつかの実施形態では、図２に例示される自動化構成を使用して、３０個以上の試料に対して４～１６時間の抽出を同時に行うことができ、この時間は、注入から注入までの完全なサイクルタイムに３０分かかる場合、ＧＣＭＳを通して３０個の試料を処理するのにかかる時間と同じであり得る。標準ＧＣＭＳサイクルタイムは、水中の有機物の１分析当たり２５～４５分程度であり得る（３０個の試料を１５～２５時間ごとに実行する）ので、３０個の試料の１６時間の一晩の抽出は、許容可能なスループット速度であり得る。例えば、３０個の試料を調製している間に、前に調製された３０個の試料を、ＧＣＭＳを介して分析することができる。より高速なＧＣＭＳ法の場合、３０個超の試料を一度に抽出して、２つ、３つ、又は４つのトレイを一度に抽出することなどの、更に高いスループット速度に適応することができる。これらの抽出は、ＧＣＭＳの場所に、又は遠隔の研究室の別の区域に、又は遠隔場所に生じさせることができ、抽出装置だけが、元のものではない抽出前の試料自体を輸送する。いくつかの実施形態では、調製される試料に応じて、３０個の試料の抽出には、１６時間未満（例えば、４時間）かかり得る。
いくつかの実施形態では、真空は、試料抽出装置１００のポート１０６に真空源を流体結合することによって維持／作成することができる。いくつかの実施形態では、（例えば、ＧＣＭＳを介した）分析中に、ポート１０６を使用して、試料のＧＣＭＳへの熱脱着を行う。真空を含むチャネルトレイ上に有するプレート２０４などにおいて、これらのシール用装置が互いに接続された場合、このプレート２０４を通して各試料抽出装置１００上の側部ポート１０６に分配された同じ真空源に、多数の抽出装置１００を結合することができる。各試料バイアル１２０内のマトリックスが完全に排出されると、特に、わずかな抵抗体（例えば、吸着剤１０２ａ～ｃ）を通して排気する場合に、より高い真空レベル（例えば、より低い圧力）が達成される。いくつかの実施形態では、真空センサは、試料バイアル１２０内の引かれた真空レベルの上昇（例えば、より低い圧力）を検知することによって、いつ全てのマトリックスが全てのバイアルから出たかを「検知する」ことができる。例えば、マトリックスが試料バイアル１２０内に残留している間は、主に水性試料について摂氏３０度で０．３～０．４ｐｓｉａの圧力を達成することができ、マトリックスが完全に蒸発すると、元の試料が主に水、水／アルコール、水／溶媒、又は主に溶媒マトリックスのどれを含有しているかにかかわらず、０．１～０．２ｐｓｉａの圧力を達成することができる。野菜、果物、又は他の食品からの抽出などの間に、かなりの量の低沸点溶媒が使用されるか、又はマトリックスに加えられる場合、抽出に最適な真空は、沸騰がバイアル内に生じないように、より高く（例えば、０．５～２ｐｓｉａ）なり得る。いくつかの実施形態では、例えば、圧力の低下を検出することに応答して、ヒータ２０６を使用して、試料バイアル１２０をわずかに（例えば、摂氏約３０度の温度から摂氏約４０度の温度まで）加熱することができる。試料バイアル１２０内の温度のわずかな増加に応答して圧力が増加する場合、水又は溶媒の動的な除去はまだ終わっておらず、真空を水、溶媒、又はそれらの混合物の蒸気圧力よりも低く維持することができるまで、除去を続けることが可能でなければならない。
図２のように多数が配設される場合は、オートサンプラが、抽出過程が完了した後に試料抽出装置１００を除去することができる。いくつかの実施形態では、オートサンプラは、試料抽出装置１００のデテント１１４によって抽出装置１００を把持することができる。いくつかの実施形態では、オートサンプラが試料抽出装置１００を真空スリーブ１４０から持ち上げることによってシールを破る場合、保持ねじ２１０は、トレイ全体を持ち上げることができないこと、むしろ個々の抽出装置１００だけを持ち上げることができることを確実にする。抽出後、いくつかの実施形態では、オートサンプラは、分析まで、試料抽出装置１００を、隔離された保護スリーブ内に配置することができる。いくつかの実施形態では、試料抽出装置１００の吸着剤１０２ａ～ｃで収集された試料化合物は、システム３００を使用して分析することができ、以下、図３を参照して説明する。
図３は、本開示のいくつかの実施形態による、試料抽出装置１００で収集された試料を分析するために使用されるシステム３００を例示する。システム３００は、熱脱着装置３１０と、ガスクロマトグラフ３２０と、複数のバルブ３３２～３３８と、検出器３４０と、圧力コントローラ３５２と、流れコントローラ３５４と、を含む。ガスクロマトグラフ３２０は、プレカラム３２２及び分離カラム３２４を収容する。圧力コントローラ３５２は、脱着バルブ３３４を通した試料抽出装置１００へのキャリア流体の流量及び／又はバイパスバルブ３３２を通るカラム３２４へのキャリア流体の流量を制御する。分割制御部３５４は、試料抽出装置１００から分割バルブ３３６への及び／又は分割バルブ３３８を通した接合部３２６からシステム３００の外への流量を制御する。
バイパスバルブ３３２は、キャリア流体をプレカラム３２２と分離カラム３２４との間の接合部３２６に結合する。脱着バルブ３３４は、キャリア流体源を試料抽出装置１００に結合する。分割バルブ３３６は、試料抽出装置１００を分割コントローラ３５４に結合し、化合物が、プレカラム３２２の前でシステムを出ることを可能にする。分割バルブ３３８は、プレカラム３２２と分離カラム３２４との間の接合部３２６を分割コントローラ３５４に結合し、プレカラム３２２を通り抜けた化合物が、カラム３２４に進入する前にシステムを出ることを可能にする。
熱脱着装置３１０は、ＧＣ３２０に試料を直接導入することを可能にするように、ガスクロマトグラフ（ｇａｓ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈ、ＧＣ）３２０の上に取り付けられる。この配列により、次に回転バルブ及び追加の加熱ラインを通して試料をＧＣに送達しなければならない遠隔の「コンディショニング」装置に試料を脱着させるシステムと比較して、試料の回収が改善される。熱脱着装置３１０は、ライナ３０２が熱脱着装置３１０の内部に配置された熱脱着装置、及び脱着後に試料を更に濃縮するために使用することができるプレカラム３２２にだけ試料を露出する。したがって、ライナ３０２及びプレカラム３２２の交換は、システム３００のための完全に新しい流路を提供し、単にこれらの２つの構成要素を時として交換することによって、同じ性能を無制限に提供し続けることができる解決策を提供する。
脱着中に、熱脱着装置３１０は、摂氏２００～３５０度の範囲の脱着温度まで加熱される。この熱は、試料抽出装置１００で捕捉された化合物を、試料抽出装置１００の吸着剤１０２ａ～ｃによって放出させる。脱着中に、プレカラムの下流の分割ポート３３８は、試料抽出装置１００を通る流量を増加させるように開かれて、より重い化合物の回収速度を向上させる。脱着中に、重いＶＯＣ及び全てのＳＶＯＣがプレカラム３２２に収集され、水蒸気及びより軽質の化合物は、分割ポート３３８を介してプレカラム３２２と分離カラム３２４との間で大部分が分離される。微量レベルの分析が必要でない場合の第２の動作モードでは、非保持性プレカラム３２２が使用され、分割バルブ３３８は、対象の全ての化合物がバルブ３３８を通して等しく分離されるまで保たれ、非常に再現性の高い結果を可能にする。
脱着が完了した後、分割ポート３３６を開いて、試料抽出装置１００内に残るあらゆる残留化合物が、プレカラム３２２に到達することを実質的に止めて、分割ポート３３８を閉じることができる。このようにして、プレカラム３２２の全ての内容物が、（微量レベルの分析中に）ＧＣ３２０の温度がより高い温度へと傾斜するときにカラム３２４に移送され、それによって、本技術の感度を最大にする。その後に、いくつかの実施形態では、バイパスバルブ３３２を開いて、プレカラム３２２を通して流すことなく、カラム３２４を通したキャリア流体の流れを可能にする。更に他の実施形態では、バイパスバルブ３３２を開いて、次いで、分割バルブ３３６を開くことによって、プレカラムをバックフラッシュして、まさに最も重い化合物を除去して、一次分析カラム３２４の汚染を回避することができる。今日のＧＣ分析器の温度及び流れの一貫性により、この分析におけるバックフラッシュ点は、全ての標的化合物が回収されることを確実にするために、非常に再現性が高くなり得るが、それでも、まさに最も重い化合物を、主カラム３２４の長さ全体を押し通すことができるよりもはるかに高速に該化合物をプレカラム３２２にバックフラッシュさせることができるので、試料スループットを最適化する。カラム３２４から溶出する化合物は、検出器３４０に導入される。検出器は、ＦＩＤ、ＰＩＤ、ＥＣＤ、ＦＰＤ、ＰＦＰＤ、ＰＤＤ、ホール検出器、ＣＬＤ、若しくは他のものなどの非特異的な検出器とするか、又はシングル四重極、トリプル４四重極（ｔｒｉｐｌｅ ｑｕａｄｒｕｐｌｅ、ＱＱＱ）、飛行時間、イオントラップ、ＦＴＭＳ、若しくはＯｒｂｉｔｒａｐ設計などの質量分析計とすることができる。
図４は、本開示のいくつかの実施形態による、試料を調製及び分析する例示的な方法４００を例示する。方法４００は、図１Ａ～図３を参照して上で説明したシステムのうちの１つ以上を使用して行うことができる。方法４００を行う前に、試料１３０は、試料バイアル１２０の中へ計量され、次いで、図１Ａ～図１Ｂ又は図２に示されるように試料抽出装置１００に取り付けることができる。方法４００の１つ以上の工程は、繰り返す又はスキップすることができ、方法４００の工程は、本明細書で説明される順序以外の順序で行われ得る。いくつかの実施形態では、方法４００の１つ以上の工程を自動化することができる。したがって、方法４００を行うために電子装置によって読み出すことができる実行方法４００のための命令は、非一時的コンピュータ可読記憶媒体に記憶され得る。
方法４００の工程４０２では、真空は、吸着剤１０２ａ～ｃを通して試料バイアル１２０を真空引きすることができる。例えば、図２を参照して上で説明したように、真空トレイ２００に配置された複数の試料バイアル１２０を真空引きすることができる。工程４０２は、試料１３０の全ての高揮発性マトリックスが蒸発するまで行われる。更に、蒸発する試料マトリックスの流れは、対象の１種以上の化合物を試料抽出装置１００内の吸着剤１０２ａ～ｃに搬送するために、キャリア流体として作用する。本明細書で説明されるように、真空引きされて、試料マトリックスが蒸発している間に対象の１種以上の化合物を捕捉することは、動的なヘッドスペース過程である。工程４０２中に、ヒータ２０６の温度は、摂氏４０度以下とすることができる。工程４０４中（行われる場合）に使用される温度よりも低い温度で工程４０２を行うことは、熱水中で加水分解を受ける化合物（例えば、農薬、除草剤、化学兵器剤）を含む多くの化合物と水との反応を低減させるか又は防止する。工程４０２の完了は、全ての高揮発性マトリックスが蒸発したときに圧力の低下を示す、圧力センサ／トランスデューサを使用することによって決定されることができる。いくつかの実施形態では、圧力センサが圧力の低下を検出した後、圧力センサを監視して圧力が上昇してないことを確認する間に、試料バイアル１２０の温度がわずかに上昇し得、揮発性マトリックスが完全に除去されたことを示す。
いくつかの実施形態では、方法４００の工程４０４で、揮発性マトリックスがすでに除去されたことを考慮して、試料バイアル１２０を加熱すること、及び／又はその真空を高めることができる。例えば、図２を参照して上で説明したように、試料バイアル１２０は、ヒータ２０６を使用して、摂氏５０～３００度、摂氏５０～１００度、摂氏２００～２５０度の範囲の温度、摂氏３００度超、又は別の好適な温度まで加熱することができる。いくつかの実施形態では、試料バイアル１２０は、例えば、５～１０分の範囲のある期間にわたって加熱される。いくつかの実施形態では、工程４０４は、（例えば、工程４０２中に）全ての試料マトリックスが蒸発した時点で行われる。このようにして試料バイアル１２０を加熱することは、工程４０２中に吸着剤１０２ａ～ｃに移送されなかった試料の対象の１種以上のより重い化合物を揮発させることができる。いくつかの実施形態では、工程４０４で加えられる熱は、化合物が分解することによってアーチファクトを作成することなく重質化合物を揮発させるように選択することができる。いくつかの実施形態では、試料バイアルが真空に保持され、試料バイアルが加熱されている間に対象の１種以上の化合物を捕捉することは、拡散過程である。
工程４０２及び／又は４０４の後、試料抽出装置は、分析まで隔離スリーブ内に配置することができる。工程４０４が行われた場合、試料抽出装置１００を（例えば、摂氏２５～８０度、摂氏２５～５０度の範囲の温度、又は別の好適な温度まで）冷却することを可能にする。いくつかの実施形態では、試料抽出装置１００から真空源を結合解除する前に、吸引装置をオフにすることができ、そして、窒素ガス又は別の不活性ガスを使用して試料抽出装置１００を加圧して、システムの環境内の空気の汚染を低減させること、又は防止することができる。窒素又は他のガスは、ポート１０６を通して試料抽出装置１００に導入することができる。いくつかの実施形態では、試料抽出装置１００は、真空トレイ２００から化学分析システム３００に直接移送することができる。しかしながら、いくつかの実施形態では、（例えば、図２を参照して上で説明したように）工程４０２及び／又は４０４で複数の試料を抽出することができ、他の試料が処理されている間に１つ以上の試料を隔離スリーブに格納することができる。試料抽出装置１００を隔離することは、試料抽出装置１００の吸着剤１０２ａ～ｃ内に保持された抽出された試料の汚染を低減させるか、又は防止する。
いくつかの実施形態では、過程４００の工程４０８で、試料を、図３を参照して上で説明したシステム３００を使用して、試料抽出装置１００から脱着させることができる。工程４０８中に、試料抽出装置１００は、熱脱着装置３１０内に配置することができる。熱脱着は、吸着剤１０２ａ～ｃによって留め置かれる１種以上の試料化合物を吸着剤１０２ａ～ｃから脱着させて、任意の空気及び水蒸気を含む、残留する軽質化合物からの更なる分離のために、ＧＣ３２０のプレカラムに進入させることができる。
いくつかの実施形態では、過程４００の工程４１０で、分析カラム３２４上での分離、及び図３を参照して上で説明した検出器３４０を使用することなどによって、試料を分析することができる。いくつかの実施形態では、カラム３２４及び検出器３４０を使用して化学分析を行った後に、化学分析システム３００をベークアウトして、次の試料を分析する前にあらゆる化合物を除去することができる。
いくつかの実施形態では、開示されるシステム及び方法は、ＧＣＭＳによって液体及び固体試料中の揮発性及び半揮発性化合物を抽出して分析することができる。いくつかの実施形態では、試料の標的化合物は、摂氏１００～６００度の範囲の沸点を有することができる。例えば、本システムは、除草剤、農薬、殺菌剤、ＶＯＣ、ＳＶＯＣ、ＰＡＨ、ＰＣＢ、フタル酸、ＰＦＯＡ／ＰＦＯＳ、薬剤、及び他の汚染物質を含む、有機汚染物質についての水及び土の試料の環境分析、違法薬の検出及び定量化のための血液、尿、及び呼気凝縮液を含む臨床試料の分析、並びに疾患マーカー、食品及び飲料における味、香り、及び汚染物質（例えば、農薬、除草剤など）の分析、化粧品及び様々な消費者製品の測定、微量レベルでの神経ガスの検出、微量成分のための海水の分析、並びに様々な法医学的測定に使用されることができる。
例えば、本明細書に開示される技術を使用して、生産物（例えば、果物、野菜）及び／又は他の食品の農薬含有量を分析することができる。この実施例では、生産物を混合して水及びエタノールなどの溶媒又はいくつかの他の溶媒にさらして、トリグリセリド並びに農薬及び他の汚染物質を含む他の有機材料を溶媒又は水／溶媒の混合物中に可溶化することを確実にすることができる。この実施例では、生産物及び溶媒の混合物は、対象の化合物を含有する溶媒からセルロースを分離するために遠心分離することができ、溶媒層の一部分は、上で説明した１つ以上の試料バイアル１２０の中へピペットで移すことができる。この実施例では、試料のマトリックスを蒸発させることに関して上で説明した様式と溶媒同様な様式で、を蒸発させることができる。溶媒の蒸発は、対象の１種以上の化合物を吸着剤１０２ａ～ｃに搬送することができ、一方で、１種以上のトリグリセリド及び不揮発性化合物は、試料バイアル１２０内に残留され得る。この実施例では、溶媒を完全に蒸発させた時点で、試料バイアル１２０及び残存化合物を加熱して、１種以上の農薬を含む、対象のＧＣ適合化合物を揮発させることができ、一方で、非ＧＣ適合化合物は、試料バイアル１２０内に残留する。加えて、対象のより重い農薬又は他の化合物を回収するために必要な必要温度を低下させるために、真空レベルを高めることができる。したがって、この実施例では、本明細書で説明される技術を使用して、試料から対象の化合物を完全に抽出すること、蒸発を介して溶媒を除去すること、及び対象の化合物の抽出後に、非ＧＣ適合化合物を試料バイアル１２０内に残すことによって、それらの化合物をガスクロマトグラフに注入することを回避することができる。他の分析法と同様に、混合前に代用の又は回収化合物を最初の試料に加えて、抽出過程中の一貫した回収を確実にすることができる。本明細書で説明される技術は、典型的に標準ＧＣ注入器に注入することができる１マイクロリットルの溶媒量に限定されることなく、これらの全てを行うことが可能である。代わりに、その溶媒の容積中の実質的に全ての対象の化合物をＧＣＭＳに注入することによって、１０００～２０００マイクロリットルを分析することができ、ＧＣ溶媒の直接注入に対して感度を大幅に高める。
いくつかの実施形態は、方法を目的とし、該方法は、吸着剤を含む試料抽出装置を、移送ラインを含まない結合部を介して試料バイアルに結合することであって、試料バイアルが、試料マトリックス及び１種以上の標的化合物を含む試料を含む、結合することと、真空源によって、吸着剤及び試料バイアルを通して真空を引くことと、真空源によって真空を引いている間に、吸着剤を使用して１種以上の標的化合物を留め置くことと、試料の１種以上の他の化合物を蒸発させてシステムから除去することと、を含む。いくつかの実施形態では、吸着剤及び試料バイアルを通して真空を引くこと、吸着剤を使用して１種以上の標的化合物を留め置くこと、並びに試料の１種以上の他の化合物を蒸発させてシステムから除去することが、動的真空抽出過程中に生じる。いくつかの実施形態では、試料の１種以上の他の化合物が、システムから完全に除去される。いくつかの実施形態では、本方法は、試料の１種以上の他の化合物を蒸発させてシステムから除去した後に、試料バイアルを摂氏５０～３５０度の範囲の温度まで加熱すること、又は試料バイアル内の真空を高めること、のうちの１つ以上を行うことを更に含む。いくつかの実施形態では、本方法は、試料バイアル内の真空を高めること、又は試料バイアルを摂氏５０～３５０度の範囲の温度まで加熱すること、のうちの１つ以上を行っている間に、拡散真空抽出過程において、試料の１種以上の他の化合物を蒸発させてシステムから除去している間に収集されなかった１種以上の第２の標的化合物を収集することを更に含む。いくつかの実施形態では、吸着剤及び試料バイアルを通して真空を引くこと、吸着剤を使用して１種以上の標的化合物を留め置くこと、並びに試料の１種以上の他の化合物を蒸発させてシステムから除去することが、試料バイアルが摂氏４０度以下の温度である間に生じる。いくつかの実施形態では、真空源が、複数の吸着剤を通して真空を同時に引き、各吸着剤が、複数の試料バイアルのうちの１つに含まれる。いくつかの実施形態では、本方法は、吸着剤と試料抽出装置の下部開口との間に配置されている試料抽出装置の下部輸送部を使用して、吸着剤及び試料バイアルを熱的に分離することを更に含む。いくつかの実施形態では、本方法は、試料の１種以上の他の化合物を蒸発させてシステムから除去した後に、拡散真空抽出過程中に、試料抽出装置の下部輸送部において試料の１種以上の第２の標的化合物を収集することを更に含む。いくつかの実施形態では、本方法は、真空センサを使用して、試料バイアル内の圧力を検知することと、試料バイアル内の圧力が所定の閾値よりも低いと判定することに基づいて、試料の１種以上の他の化合物がシステムから完全に除去されたと判定することを更に含む。
いくつかの実施形態は、システムを目的とし、該システムは、吸着剤を含む試料抽出装置と、試料抽出装置を、１種以上の標的化合物及び１種以上の他の化合物を含む試料を含む試料バイアルに結合するように構成された、結合部と、真空源であって、吸着剤及び試料バイアルを通して真空を引くことと、試料の１種以上の他の化合物を蒸発させてシステムから除去することと、を行うように構成された、真空源と、を備え、真空源が吸着剤及び試料バイアルを通して真空を引いている間に、吸着剤が、１種以上の標的化合物を留め置くように構成されている。いくつかの実施形態では、吸着剤及び試料バイアルを通して真空を引くこと、吸着剤を使用して１種以上の標的化合物を留め置くこと、並びに試料の１種以上の他の化合物を蒸発させてシステムから除去することが、動的真空抽出過程中に生じる。いくつかの実施形態では、試料の１種以上の他の化合物が、システムから完全に除去される。いくつかの実施形態では、本システムは、試料バイアルを加熱するように構成されたヒータを更に備えることを更に含み、システムが、試料の１種以上の他の化合物を蒸発させてシステムから除去した後に、ヒータによって、試料バイアルを摂氏５０～３５０度の範囲の温度まで加熱すること、又は真空源を使用して、試料バイアル内の真空を高めること、のうちの１つ以上を行うように構成されている。いくつかの実施形態では、動的真空過程において、試料の１種以上の他の化合物を蒸発させてシステムから除去している間に収集されなかった１種以上の第２の標的化合物が、試料バイアル内の真空を高めること、又は試料バイアルを摂氏５０～３５０度の範囲の温度まで加熱すること、のうちの１つ以上を行っている間に収集される。いくつかの実施形態では、吸着剤及び試料バイアルを通して真空を引くこと、吸着剤を使用して１種以上の標的化合物を留め置くこと、並びに試料の１種以上の他の化合物を蒸発させてシステムから除去することが、試料バイアルが摂氏４０度以下の温度である間に生じる。いくつかの実施形態では、真空源が、複数の吸着剤を通して真空を同時に引くように構成され、各吸着剤が、複数の試料バイアルのうちの１つに含まれる。いくつかの実施形態では、吸着剤と試料抽出装置の下部開口との間に配置された下部輸送部を更に備え、下部輸送部が、試料バイアルと吸着剤との間の熱分離を提供するように構成されている。いくつかの実施形態では、下部輸送部が、拡散真空抽出過程中に、１種以上の他の化合物を蒸発させてシステムから除去した後に、試料の１種以上の第２の標的化合物を収集するように更に構成されている。いくつかの実施形態では、本システムは、試料バイアル内の圧力を検知するように構成された真空センサを更に備え、試料バイアル内の圧力が所定の閾値よりも低いと判定することに基づいて、試料の１種以上の他の化合物がシステムから完全に除去されたと判定する。
添付の図面を参照して実施例を完全に説明してきたが、様々な変更及び修正が当業者には明らかとなることに留意されたい。かかる変更及び修正は、添付の特許請求の範囲によって定義される本開示の実施例の範囲内に含まれるものとして理解されるべきである。

Claims (16)

  1. 方法であって、
    吸着剤を含む試料抽出装置を、移送ラインを含まない結合部を介して試料バイアルに結合することであって、前記試料バイアルが、試料マトリックス及び１種以上の標的化合物を含む試料を含む、結合することと、
    前記吸着剤と前記試料抽出装置の下部開口との間に配置されている前記試料抽出装置の下部輸送部を使用して、前記吸着剤及び前記試料バイアルを熱的に分離することと、
    真空源によって、前記吸着剤及び前記試料バイアルを通して真空を引くことと、
    前記真空源によって前記真空を引いている間、前記試料の前記試料マトリックスを蒸発させて前記試料抽出装置から除去するように、前記吸着剤を使用して前記１種以上の標的化合物を留め置くことと、
    前記試料の前記試料マトリックスを蒸発させて前記試料抽出装置から除去した後に、拡散真空抽出過程中に、前記試料抽出装置の前記下部輸送部において前記試料の１種以上の第２の標的化合物を収集することと、を含む、方法。
  2. 前記吸着剤及び前記試料バイアルを通して前記真空を引くこと、前記吸着剤を使用して前記１種以上の標的化合物を留め置くこと、並びに前記試料の前記試料マトリックスを蒸発させて前記試料抽出装置から除去することが、動的真空抽出過程中に生じる、請求項１に記載の方法。
  3. 前記試料の前記試料マトリックスが、前記試料抽出装置から完全に除去される、請求項１に記載の方法。
  4. 前記試料の前記試料マトリックスを蒸発させて前記試料抽出装置から除去した後に、前記試料バイアルを摂氏５０～３５０度の範囲の温度まで加熱すること、又は前記試料バイアル内の前記真空を高めること、のうちの１つ以上を行うことを更に含む、請求項１に記載の方法。
  5. 前記試料バイアル内の前記真空を高めること、又は前記試料バイアルを前記摂氏５０～３５０度の範囲の前記温度まで加熱すること、のうちの１つ以上を行っている間に、
    拡散真空抽出過程において、前記試料の前記試料マトリックスを蒸発させて前記試料抽出装置から除去している間に収集されなかった１種以上の第２の標的化合物を収集することを更に含む、請求項４に記載の方法。
  6. 前記吸着剤及び前記試料バイアルを通して前記真空を引くこと、前記吸着剤を使用して前記１種以上の標的化合物を留め置くこと、並びに前記試料の前記試料マトリックスを蒸発させて前記試料抽出装置から除去することは、前記試料バイアルが摂氏４０度以下の温度である間に生じる、請求項１に記載の方法。
  7. 前記真空源が、複数の吸着剤を通して前記真空を同時に引き、前記複数の吸着剤が複数の試料バイアルに結合された複数の試料抽出装置に含まれる、請求項１に記載の方法。
  8. 真空センサを使用して、前記試料バイアル内の圧力を検知することと、
    前記試料バイアル内の前記圧力が所定の閾値よりも低く、前記試料バイアル内の真空が高められたと判定することに基づいて、前記試料抽出装置から前記試料の前記試料マトリックスが完全に除去されたと判定することを更に含む、請求項１に記載の方法。
  9. システムであって、
    吸着剤を含む試料抽出装置と、
    移送ラインを含まない結合部であって、前記試料抽出装置を、１種以上の標的化合物及び試料マトリックスを含む試料を含む試料バイアルに結合するように構成され、前記試料抽出装置が前記結合部を介して前記試料バイアルに既に結合されている、結合部と、
    前記吸着剤と前記試料抽出装置の下部開口との間に配置された下部輸送部であって、
    前記試料バイアルと前記吸着剤との間の熱分離を提供することと、
    前記試料マトリックスが蒸発して前記システムから除去された後に、拡散真空抽出過程中に、前記試料の１種以上の第２の標的化合物を収集することと、を行うように構成された、下部輸送部と、
    真空源であって、
    前記吸着剤及び前記試料バイアルを通して真空を引くことと、
    前記試料の前記試料マトリックスを蒸発させて前記システムから除去することと、を行うように構成された、真空源と、を備え、前記真空源が前記吸着剤及び試料バイアルを通して前記真空を引いている間、前記吸着剤が、前記１種以上の標的化合物を留め置くように構成されている、システム。
  10. 動的真空抽出過程中に、前記システムが、前記吸着剤及び前記試料バイアルを通して前記真空を引き、前記吸着剤を使用して前記１種以上の標的化合物を留め置き、並びに前記試料の前記試料マトリックスを蒸発させて前記システムから除去するように構成されている、請求項９に記載のシステム。
  11. 前記システムが、前記試料の前記試料マトリックスを完全に除去するように構成されている、請求項９に記載のシステム。
  12. 前記試料バイアルを加熱するように構成されたヒータを更に備え、前記システムが、前記試料の前記試料マトリックスを蒸発させて前記システムから除去した後に、前記ヒータによって、前記試料バイアルを摂氏５０～３５０度の範囲の温度まで加熱すること、又は前記真空源を使用して、前記試料バイアル内の前記真空を高めること、のうちの１つ以上を行うように構成されている、請求項９に記載のシステム。
  13. 前記システムが、動的真空抽出過程において、前記試料の前記試料マトリックスを蒸発させて前記システムから除去している間に収集されなかった１種以上の第２の標的化合物を、前記試料バイアル内の前記真空を高めること、又は前記試料バイアルを前記摂氏５０～３５０度の範囲の前記温度まで加熱すること、のうちの１つ以上を行っている間に収集するように構成されている、請求項１２に記載のシステム。
  14. 前記試料バイアルが摂氏４０度以下の温度である間に、前記システムが、前記吸着剤及び前記試料バイアルを通して前記真空を引き、前記吸着剤を使用して前記１種以上の標的化合物を留め置き、並びに前記試料の前記試料マトリックスを蒸発させて前記システムから除去するように構成されている、請求項９に記載のシステム。
  15. 前記真空源が、複数の吸着剤を通して前記真空を同時に引くように構成され、前記複数の吸着剤が複数の試料バイアルに結合された複数の試料抽出装置に含まれる、請求項９に記載のシステム。
  16. 前記試料バイアル内の圧力を検知するように構成された真空センサを更に備え、前記システムが、前記試料バイアル内の前記圧力が所定の閾値よりも低く、前記試料バイアル内の真空が高められたと判定することに基づいて、前記試料の前記試料マトリックスが前記システムから完全に除去されたと判定するように構成されている、請求項９に記載のシステム。
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