KR20190006460A - 분석용 샘플 준비용 기기 - Google Patents

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조셉 제이. 램버트
매튜 엔. 베어드
폴 씨. 엘리엇
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씨이엠 코포레이션
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Abstract

추출 기반 분자 샘플 준비용 기기 및 관련된 공정이 개시된다. 본 기기는 열전도성 압력 저항성 가열 챔버 및 열전도성 샘플 컵 내 액체 및 고형물을 함께 가열하기 위해 열전도성 압력 저항성 가열 챔버 내에 배치된 열전도성 샘플 컵을 포함한다. 열전도성 압력 저항성 가열 챔버 내 액체 전달 유입구 정착물은 액체 (용매)를 공급원으로부터 열전도성 압력 저항성 가열 챔버 내 열전도성 샘플 컵으로 전달하고, 열전도성 압력 저항성 가열 챔버 내 열전도성 샘플 컵과 액체 연통하는 냉각기는 챔버가 대기압에 개방될 때 열전도성 압력 저항성 가열 챔버로부터 가열된 액체를 수용한다.

Description

분석용 샘플 준비용 기기{INSTRUMENT FOR ANALYTICAL SAMPLE PREPARATION}
관련된 출원
본원은 분산성 에너지화 추출을 사용하여 분석적 연구를 위한 급속한 샘플 준비에 대해 이와 함께 동반하여 출원된 출원 일련 번호 ______ 및 분석적 연구를 위한 급속한 에너지화 분산성 고상 추출 (SPE)에 대해 이와 함께 동반하여 출원된 출원 일련 번호 ______에 관한 것이다.
본 발명은 분석 화학에 관한 것으로, 특히 분자 분석을 위한 샘플 준비에 관한 것이다.
임의의 제품의 분자 분석 (샘플에서 하나 이상의 화합물을 확인하는 과제)을 수행하기 위해, 제품의 샘플은 크로마토그래피, 분광법, 질량 분광법 및/또는 핵자기 공명 장치에 의해 쉽게 분석될 수 있는 형태로 되어야 한다.
이들 분석 기기는 실질적으로 순수한 단리된 피분석물을 필요로 하기 때문에, 일반적으로 "샘플 준비"로 지칭되는 일부 중간 단계를 수행하여 발견될 수 있는 샘플 매트릭스에서 관심 있는 화합물을 분리하고 이들을 계기 장비에 의한 분석을 준비해야 한다.
샘플에서 하나 이상의 화합물을 식별하는 과제는 - 샘플 준비와 관련하여 막대하게 더 큰 세트의 가능성과 과제를 제시한다. "자연 발생" 화합물 (식물 또는 동물에 의해 생성된 것들)의 수는 측정할 수 없게 많고, 현대의 유기 및 무기 합성 능력은 - 비유적으로 또는 문자 그대로 - 유사한 수의 합성 화합물을 생성한다.
산업 공정 및 폐수, 토양 및 공기에서 오염 물질에 대한 환경 시험과 관련하여 관심있는 화합물에 대한 확인 또는 정량적 측정에 엄청난 관심이 있다.
작은 그룹의 인식 가능한 대표적인 샘플조차도 식품 내에 살충제, 식품 내에 다른 합성 화학물질 (항생제, 호르몬, 스테로이드), 토양 중의 합성 조성물 (벤젠, 톨루엔, 정제된 탄화수소) 및 일상 용품에서의 바람직하지 않은 조성물 (예를 들어, 폴리카보네이트 병 및 다른 플라스틱 식품 포장에서의 비스페놀-A ("BPA")를 포함한다.
일반적으로 추출은 샘플 준비의 주요 형태이다; 즉, 분석 기술에 의해 측정될 수 있도록 샘플로부터 원하는 화합물(들)이 추출되는 용매와 샘플을 혼합함으로써 샘플로부터 하나 이상의 관심 있는 화합물을 추출하는 단계.
몇 세대 동안 (그리고 현재까지 지속하여), 추출의 형태로 된 샘플 준비는 19세기에 발명된 잘 알려진 속슬레 방법에 의해 수행되었다. 속슬레 기술에서는 추출이 완료될 때까지 단일 부분의 용매가 샘플 매트릭스를 통해 반복적으로 순환한다. 속슬레 방법이 이점을 가지는 정도로, 이것은 끓는 플라스크가 가열되고 콘덴서가 차가워지는 만큼 오랫동안 자체 조화를 지속하는 추출을 허용한다.
이 추출 방법은 관심 있는 화합물을 완전히 추출하는 데 몇 시간이 걸릴 수 있다. 가연성 용매, 위험한 폐기물 및 깨질 수 있는 유리그릇으로부터 안전성에 대한 다른 우려는 이 방법의 중요한 단점이다.
또 다른 통상적으로 공지된 추출 방법은 초고-초음파처리; 즉, 진탕을 초래하는 초음파 (>20 kHz) 웨이브로 액체 샘플의 조사를 사용한다. 비록 초고-초음파처리는 추출 공정을 가속화하는 이점이 있지만 이것은 노동 집약적인 수작업이며 다량의 용매를 사용한다는 약점이 있다.
보다 최근 몇 년 동안에는 분석적 규모의 마이크로파-보도 추출법 (MAE)이 이용되었다. MAE는 마이크로파 에너지를 사용하여 샘플 매트릭스로부터 용매로 피분석물을 분배하기 위해 샘플과 접촉하는 용매를 가열한다. MAE의 주요 이점은 샘플 용매 혼합물을 빠르게 가열하는 능력이다. 폐쇄된 가압된-용기를 사용할 때 추출은 샘플 매트릭스로부터 관심 있는 화합물의 추출을 촉진하는 상승된 온도에서 수행 될 수 있다. MAE는 추출 공정을 가속화하지만, 그것의 약점도 또한 가지고 있다. 마이크로파 가열 과정에서 전형적으로 극성 용매는 쌍극자의 역전과 용질 및 용매에 존재하는 하전된 이온의 변위를 통해 쌍극자 회전과 이온성 전도를 제공하는 것이 요구되어, 무극성 용매 사용을 제한한다. MAE는 추출물을 여과하는 수단을 제공하지 않는 비싼 고-압력 용기를 사용하며 이들은 압력이 방출될 수 있기 전에 냉각되어야 한다.
1990년대에 피분석물의 추출을 위한 자동화 장치가 개발되었다. 이들 장치는 상승된 온도와 압력하에서 가압된 셀에 용매 추출을 통합했으며 "가압된 유체 추출" ("PFE") 또는 "가속화된 용매 추출" ("ASE")로 지칭된다. PFE는 용매가 높은 추출 특성을 나타내는 고온에 있는 것을 제외하고는 속슬레 추출과 유사한 것으로 나타났다. 이 절차는 Dionex (Richter DE 등, Anal Chem 1996, 68, 1033)에 의해 처음 개발되었다. 그러한 PFE 자동화 추출 시스템 (Dionex ASE)은 상업적으로 입수가능하다.
PFE는 초기에는 토양, 침전물 및 동물 조직에서 환경 오염물질 (EPA 방법 3545, 제초제, 살충제, 탄화수소)에 대해 사용되었지만, 식품, 의약품 및 다른 생물학적 샘플에서의 사용으로 확창되었다.
PFE는 효율적인 추출을 제공하지만, 그러나 여전히 분석을 위해 샘플을 준비하는 데 필요한 많은 단계와 관련된 주요 병목 현상을 극복하지 못했다. PFE는 다중-구성요소 셀과 많은 단계를 사용한다. 셀은 샘플 및 다른 팩킹 물질로 단단히 포장되어 셀 내의 임의의 공동 영역을 없애고 분리를 향상시키며 채널링을 회피한다. 분석을 위해 셀을 준비하는 데는 전형적으로 15분이 걸릴 수 있다. 셀은 최대 1500 psi의 압력에서 사전-가압되고 용매를 추가하기 전에 최대 200℃까지 가열된다. 추출은 칼럼을 통해 고온 용매를 강제하는 크로마토그래피 원리를 기반으로 한다. 사이클 시간은 최대 20분이 걸릴 수 있으며 고압의 요건은 비용 및 유지 관리 측면에서 2차적인 약점으로 이어진다.
최신 PSE 또는 ASE 기술은 이들 어려움 중 일부를 해결하기 위해 시도하지만, 그러나 셀이 단단히 팩킹될 것이 여전히 요구되어, 각각의 추출에 요구된 복잡성과 전반적인 시간을 부가한다.
샘플 준비는 비록 수년에 걸쳐 개발되어 왔지만, 그럼에도 불구하고 분자 분석에서 주요 병목현상이 남아 있다. 따라서, 비록 속슬레, 초음파처리, MAE 및 PFE 기술이 그것의 이점을 가지지만, 각각은 상대적으로 시간 소모적이다. 그 결과, 필요한 또는 원하는 정보를 제공하기 위해 다수의 샘플이 요구되거나 필요할 때, 임의의 주어진 추출-기재 분자 준비 단계를 수행하는 데 요구된 시간은 임의의 주어진 시간 내에 제조될 수 있는 샘플의 수를 감소시키고, 따라서 임의의 주어진 시간 간격 내에 이용가능한 정보의 양을 감소시킨다. 측정이 연속적인 공정에서 도움이 되거나 필요한 정도로, 이것은 샘플 간의 더 긴 간격을 나타내거나 그전에 변칙적인 또는 고질적인 결과가 확인될 수 있다.
최근 수십 년 동안에, 액체 크로마토그래피에서의 진전은 고상 추출 ("SPE")로 불리는 기술에서 충전 칼럼의 유사한 사용을 초래하였다. 본래, 크로마토그래피는 분석적 목적을 위해 혼합된 샘플에서 분획을 분리하는 데 사용되었으며, 사실상 이것은 이 목적을 여전히 매우 잘 수행한다.
SPE에서, 크로마토그래피 기술은 매트릭스로부터 피분석물을 추출하도록 변형된다. 그럼에도 불구하고, SPE는 근본적으로 분자가 그것의 극성, 충전 칼럼 (고정상)의 입자 크기와 극성, 흐르는 액체 (이동상)의 극성, 칼럼의 크기 (길이 및 직경) 및 특이적인 인자 예컨대 "지속 용적", "선형 속도" 및 "유량"을 기반으로 칼럼 내에서 퍼져 나가는 (상이한 속도로 이동하는) 액체 크로마토그래피 기술로 남아 있다. 예를 들어, 문헌 [Arsenault, J.C. 2012. Beginner's Guide to SPE. Milford MA: Waters Corporation. (Arsenault 2012)] 참조.
비록 SPE가 유용하지만, 그것은 제한적인 특성을 가지고 있는데, 그 중 일부는 다음과 같은 인자를 포함한다. 첫째, SPE의 적절한 설명은 피분석물을 담고 있는 시료 매트릭스가 거의 항상 액체이기 때문에 "액체-고상 추출"이다.
둘째, SPE는 본질적으로 액체 크로마토그래피 기술이기 때문에, 이것은 고정상에 대해 선택되거나 요구되는 물질에 따라 잠재적인 사전-팽윤 단계와 함께 각각의 시험을 위한 칼럼 팩킹 단계 또는 새로운 칼럼을 필요로 한다. SPE는 전형적으로 상이한 피분석물에 대해 상이한 방법 및 조작 단계를 요구한다.
셋째, 충전 칼럼을 통한 보다 느긋한 (느린) 유동은 분획들 사이의 더 나은 분리를 생성하는 경향이 있다. 따라서 매우 실질적인 의미에서 더 느린 SPE는 더 빠른 SPE보다 더 낫다.
마지막으로, SPE 칼럼을 통해 용매를 이동시키기 위해 추가의 구동력 (즉, 간단한 중력 흐름에 추가함)이 요구되는 경우, 외부 액체나 가스 펌프, 또는 원심분리기, 또는 진공 당김 장치가 편입되어야 하는데, 이것은 그 결과 기술의 복잡성과 임의의 지원 시스템을 다소 적게 또는 다량으로 증가시킨다.
더욱 최근에, "Quechers" 또는 "QuEChERS" ("빠르고-쉽고-저렴한-효과적인-견고한-안전")로 불리는 분산성 고상 추출 ("dSPE") 방법이 분자 샘플의 추출 준비에 대한 표준이 되었다. 분산성 SPE는 SPE의 일부 약점을 해결하지만, 적절한 이온성 염으로 pH를 조정하는 추출 단계가 여전히 필요하며 (다른 방법에 비해 유리하더라도) 노동-집약적이며 2개의 별개의 원심분리 단계를 필요로 한다.
Quechers는 많은 방면에서 속슬레 추출보다 덜 복잡하지만, 여전히 여러 단계의 과정을 필요로 한다. 문헌에서, 이것은 때때로 "3단계 공정"(예를 들어, 미국 특허 출원 공개 번호 20160370035호의 단락 0153)이라 지칭되지만, 실제로 Quechers는 적어도 다음과 같은 것을 요구한다: 관심 있는 피분석물을 함유하는 매트릭스의 균질화; 추출 용매 첨가; 손 진탕; 완충; 제2 진탕 단계; 원심분리기 분리 단계; 디캔팅; 분산성 고상 추출 ("dSPE") 세척; 제2 원심분리기 분리 단계; 및 상기 원심분리기 단계에 따라 상청액 액체를 디캔팅하는 단계.
용매, 샘플 및 다양한 혼합물의 다단계 취급 및 전달 이외에, 각각의 원심분리기 단계는 권고된 5분이 걸리고; 그래서 전체 Quechers 샘플 준비는 적어도 약 15-20분이 걸린다.
따라서, 비록 속슬레, SPE 및 Quechers (dSPE) 방법이 그것의 이점을 가지지만, 각각 상대적으로 시간 소모적이다. 그 결과, 필요한 또는 원하는 정보를 제공하기 위해 다수의 샘플이 요구되거나 요망될 때, 임의의 주어진 추출-기재 분자 준비 단계를 수행하는 데 요구된 시간은 임의의 주어진 시간 내에 제조될 수 있는 샘플의 수를 감소시키고, 따라서 임의의 주어진 시간 간격에서 이용가능한 정보의 양을 감소시킨다. 측정이 연속적인 공정에서 도움이 되거나 필요한 정도로, 이것은 샘플 간의 더 긴 간격을 나타내거나 그전에 변칙적인 또는 고질적인 결과가 확인될 수 있다.
요약하면, 다른 단점들 중에서도 현재의 샘플 준비 기술은 느리고, 다수의 개별의 단계를 필요하고, 과잉의 용매를 사용하고, 자동화하기 어렵고, 그리고 높은 액체 압력하에서 작동한다.
따라서, 효율적인 급속 추출-기반 분자 준비 기술에 대한 필요성이 계속 존재하고 있다.
일 측면에서 본 발명은 용매 추출을 위한 조합이다. 본 조합은 가열된 압력-밀봉된 반응 챔버, 상기 반응 챔버 내 샘플 컵으로서 상기 샘플 컵은 하나의 열린 여과 단부와 상기 열린 여과 단부 반대편에 입구를 포함하는 샘플 컵, 상기 샘플 컵 내의 추출 샘플, 및 상기 샘플 컵의 외측과 상기 반응 챔버의 내측 사이의 상기 샘플 컵 내면 및 상기 샘플 컵 외면 추출 용매를 포함한다.
일 측면에서, 본 발명은 추출 기반 분자 샘플 준비용 기기 및 관련된 공정이다. 본 기기는 압력 저항성 챔버 폐쇄를 갖는 열전도성 압력 저항성 가열 챔버를 포함한다. 샘플 컵은 열전도성 압력 저항성 가열 챔버 내에 그리고 샘플 컵에서 액체 및 고형물을 함께 가열하기 위해 배치된다. 액체 전달 유입구 정착물은 공급으로부터 열전도성 압력 저항성 가열 챔버 내의 샘플 컵으로 액체 (용매)를 전달하기 위해 열전도성 압력 저항성 가열 챔버와 통해 있다. 열전도성 압력 저항성 가열 챔버와 통해 있는 가스 전달 헤드는 샘플 컵의 내용물을 진탕하기 위해 공급으로부터 샘플 컵으로 불활성 가스를 전달하기 위해 샘플 컵의 바닥이나 또는 그 근처에 배치된다. 냉각기는 챔버가 대기압으로 개방될 때 열전도성 압력 저항성 가열 챔버로부터 가열된 액체를 수용하기 위해 열전도성 압력 저항성 가열 챔버 내의 샘플 컵과 액체 연통된다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 공통 랙에 수반된 복수의 샘플 컵과 복수의 수집 바이알, 상기 랙으로부터 (실시에서는 여기로 및 이로부터) 개방된 압력 챔버 안으로 샘플 컵 중 하나를 이동하기 위한 로봇 아암, 압력 챔버를 개폐하도록 수직으로 왕복 운동하는 압력 저항성 챔버 폐쇄, 압력 챔버가 폐쇄될 때 압력 챔버로 액체를 전달하기 위한 액체 유입구 정착물, 압력 챔버가 폐쇄될 때 압력 챔버 내의 액체의 온도를 상승시키기 위한 가열기, 압력 챔버가 폐쇄될 때 압력 챔버로 진탕하는 가스 흐름을 전달하기 위한 가스 유입구 정착물 및 챔버 내로 전달된 가열된 액체에 의해 생성된 압력하에서 압력 챔버로부터 액체를 방출하기 위한 드레인을 포함하는 추출 기반 분자 샘플 준비용 기기 및 관련된 공정이다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 하나의 열린 여과 단부와 상기 여과 단부의 반대편에 입구를 갖는 샘플 컵을 포함하는 샘플 준비 기기이다. 반응 챔버는 샘플 컵을 둘러싸고 그래서 상기 반응 챔버와 샘플 컵은 반응 챔버의 내측 표면과 샘플 컵의 외측 표면 사이에 개방 재킷 부분을 한정한다. 본 반응 챔버는 샘플 컵의 열린 여과 단부와 연통하는 드레인 플로어, 샘플 컵의 입구 상에 압력 밀봉 뚜껑, 압력 밀봉 뚜껑으로부터 샘플 컵의 내측으로 제1 용매 유입구; 및 드레인 플로어로부터 반응 챔버로 제2 용매 유입구를 포함한다. 반응 챔버 가열기는 반응 챔버와 열적 접촉을 하고 그래서 용매는 제1 및 제2 용매 유입구 둘 모두로부터 샘플 컵 안으로 그리고 제2 용매 유입구로부터 재킷 부분으로 첨가될 수 있어 가열기는 재킷 부분 내 용매와 반응 챔버를 가열할 수 있고, 그래서 재킷 부분 내의 가열된 용매는 샘플 컵을 가열할 수 있어 샘플 컵 내면의 용매와 추출 샘플을 가열할 수 있고, 그리고 따라서 제2 유입구로부터의 용매는 열린 여과 단부를 통해 샘플 컵으로 들어갈 수 있고 그리고 유리하게 샘플 컵 내의 추출 용매와 샘플을 진탕할 수 있다.
본 발명의 전술한 목적 및 이점들과 다른 목적 및 이점들 그리고 이들이 달성되는 방식은 수반되는 도면들과 연계하여 취해진 다음의 상세한 설명에 기초하여 보다 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 기기의 정면 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 기기의 제2 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 기기의 후면 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 기기의 측면 입면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 기기의 정면 입면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 기기의 후면 입면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 기기의 제2 후면 입면도이다.
도 8은 도 2의 11-11 선을 따라 취해진 단면도이다.
도 9는 도 5의 12-12 선을 따라 취해진 수평 단면도이다.
도 10은 도 6의 13-13 선을 따라 취해진 후면 단면도이다.
도 11은 도 4의 14-14 선을 따라 취해진 단리된 단면도이다.
도 12는 도 11의 확장된 부분이다.
도 13은 도 11에 유사하지만, 압력 챔버가 폐쇄되었다.
도 14는 도 13의 중심 부분의 확대도이다.
도 15는 도 3의 18-18 선을 따라 취해진 단면도이다.
도 16은 본 발명의 기기를 사용한 실험적 결과의 예시적인 전체 스캔 크로마토그램이다.
도 17은 ASE 추출에 비교된 본 발명에 따른 오버레이이다.
도 18은 본 발명에 따른 기기를 사용하여 수행된 또 다른 실험의 샘플 전체 척도 크로마토그램이다.
도 19는 본 발명에 따라 수행된 또 다른 실험의 전체 스캔 크로마토그램이다.
도 20은 샘플 컵 및 반응 챔버의 부분과 관련된 요소의 단면도이다.
도 21은 반응 챔버 부분의 부분적인 단면과 부분적인 사시도이다.
도 22는 예시적인 샘플 컵의 사시도이다.
도 23은 반응 챔버 내 샘플 컵의 하부의 확대된 단면도이다.
도 24는 액체 및 가스에 대한 관련된 유체 회로를 예시하는 개략도이다.
일반적으로, 용어들은 본 명세서의 문맥으로부터 분명하거나 명백하게 언급된 것과 같은 방식으로, 또는 표준 영어 사전 정의를 사용하여 본 명세서에서 사용된다.
용어 "용매"는 그것의 잘 이해되는 화학적 의미; 예를 들어, "분자 또는 이온성 크기 수준에서 균일하게 분산된 혼합물 (용액)을 형성하도록 또 다른 물질 (용질)을 용해할 수 있는 물질"로 사용된다. 형용사 "유기"는 산소, 황, 및 금속 그리고 일부 경우에는 할로겐과 탄소의 특정 소분자 조합 이외에 "탄소의 모든 화합물을 포함"하는 그것의 잘 이해된 의미로 사용된다. 문헌 [Lewis, Hawley's Condensed Chemical Dictionary, 15th Edition, 2007, John Wiley & Sons] 참고.
"샘플 매트릭스"는 피분석물의 존재와 선택적으로 그 양에 대해 시험되어 지는 물질이다.
"피분석물"은 흥미 있는 분자 화합물이다.
"용매 추출물"은 추출 후 용매 내 피분석물의 용액이다.
"샘플 컵"은 샘플 매트릭스 및 용매용 용기이다.
"수집 용기"는 냉각 후 용매 추출물을 수집하는 용기이다.
"액체 샘플 매트릭스"는 고체 매트릭스가 아닌 액체 내에 피분석물이 존재하는 샘플이다.
도 1은 추출 기반 분자 샘플 준비 및 관련된 공정을 위해 30으로 광범위하게 지정된 예시적인 기기의 수많은 요소를 예시하는 정면 사시도이다. 도 1은 본 기기가 액추에이터 하우징(31), 챔버 하우징(32), 주요 하우징(33), 기저 하우징(34), 및 복수의 발(36) 상에 있는 기저 판(35)을 포함하는 것을 도시한다. 설명된 구현예는 또한 명칭 태그(41)를 수반한다.
도 1은 또한 43으로 광범위하게 지시된 압력 저항성 챔버 폐쇄를 갖는 42로 광범위하게 지정된 열전도성 압력 저항성 가열 챔버의 부분을 예시한다. 공통 랙(44)은 복수의 샘플 컵(45) 및 복수의 수집 바이알(46)을 지지한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같은, 용어 "열 전도성" 또는 "열적으로 전도성"은 열이 이를 통해 상대적으로 빠르게 통과하는 물질을 나타내는 그것의 잘 이해되는 의미로 사용된다. 물론, 열이 이를 통해 보다 천천히 통과하는 물질을 기술하는 것으로 마찬가지로 잘 이해되는, 용어 "절연성"은 그것의 반대이다. 그것에 기초하여, 많은 금속 및 합금은 그러한 전도도가 대부분의 금속 및 합금의 특징적인 특성 중 하나임을 감안하여 용기로 특히 유용하다. 대안적으로, 많은 폴리머성 물질은 절연성으로 간주되고 통상적으로 본 발명의 관점에서 덜 도움이 된다. 많은 금속 및 합금의 열전도도가 공개되고 널리 전파되며, 적절한 금속 또는 합금이 과도한 실험과정 없이 숙련가에 의해 선택될 수 있다.
y-z 축 로봇 아암(47)은 x-축 로봇 아암(50)을 수반한다. 로봇 아암(47, 50)은 공통 랙(44)에서 그리고 이로부터 개방된 압력 챔버(42) 안으로 샘플 컵들 (설명된 구현예에서는 한번에 한 개)을 이동할 목적을 위해 프로세서 (도 8 CPU)에 의해 제어된다. 로봇 아암(47, 50)은 또한 유체 및 수집 바이알의 이동에 관하여 다른 기능을 제공한다 (도 8).
설명된 구현예의 다른 측면은 스필 베이슨(51), 프로세서로의 입력 및 출력을 위한 터치 스크린(52), (명확함을 위해 설명을 위해 예시되지 않은 투명한 커버, 랙(44) 상의 핸들(53), 온 오프 스위치(54) 및 통신 포트(55)를 포함한다. 도 1은 또한 기기 내에 특정 유체 이동을 위한 주사기(40)의 일부 (도 10)를 도시한다. 플러시 정착물(56)은 챔버 하우징(32) 내에 배치된다.
도 1은 또한 챔버 하우징(32) 내의 전자장치들 중 일부를 냉각시키기 위한 챔버 배기구(57) 및 배기 흡기구(60)의 일부분을 예시한다.
도 2는 도 1과 유사한 사시도이지만, 제2 유체 헤드 슬롯(75) 및 y-z 로봇 아암(47)에 대한 트랙(61)과 같은 일부 약간 상이한 세부사항을 도시한다.
도 3은 기기(30)의 후방 사시도이다. 보조 밸브(62)는 압력 챔버(42) 내의 샘플 컵(45)에 액체 샘플 또는 다른 개시 물질을 첨가하기 위한 수단을 제공한다. 배기 밸브(63)는 가스의 방출을 가능하게 하여 액체가 유체 라인에서 그리고 압력 챔버(42)로부터 가스를 대체할 수 있다. 가스 진탕 밸브(64)는 액체가 챔버로부터 방출되거나 또는 가스가 압력 챔버(42)로 거품화되도록 할 수 있거나, 또는 완전히 폐쇄될 수 있다. 보조, 배기 및 가스 밸브(62, 63, 및 64)는 전형적으로 볼 밸브이지만, 다른 유형의 밸브가 사용될 수 있으며, 기기에 대해 작은 기능성 밸브 (및 관련된 유체 취급 정착물)의 선택은 과도한 실험과정 없이 숙련가에 의해 이루어질 수 있다고 이해될 것이다.
멀티포트 밸브(65) (예를 들어, 회전식 밸브)는 다양한 액체가 원하는 방향으로 지향되게 할 수 있다. 멀티포트 밸브는 의도된 목적을 위한 복수의 튜브 및 적합화와 관련되며, 이들은 마찬가지로 설명된 배열 또는 기기(30)의 나머지 구조 및 목적과 일치하는 다른 배열에서 숙련가에 의한 과도한 실험과정 없이 선택되고 사용될 수 있다. 명료함을 위해, 용매를 공급하거나 용매 추출물을 제거하는 모든 단일의 가능한 연결이 예시되어 있지는 않다.
도 3은 압력 챔버(42)를 둘러싸는 히트 싱크(66)의 특히 양호한 도면을 제공한다. 본 명세서에서 기재된 바와 같이 기기(30)는 내열성 압력 챔버(42) 내의 용매 및 샘플 매트릭스를 가열할 뿐만 아니라, 주위 온도 또는 주위 온도 부근으로 용매의 매우 편리한 급속 회복을 제공한다. 히트 싱크는 냉각 기능을 향상시킨다.
도 3은 또한 액체 배출 밸브(64)에 압력 챔버를 연결하는 관련된 튜우빙과 함께 압력 챔버(42)의 바닥 또는 그 근처에 있는 액체 유출구(67)를 도시한다.
추가의 전자장치를 냉각시키는 것을 돕기 위한 배기구(70)는 주요 하우징(33)의 일부분에 있다. 전원 공급장치 플러그(71)는 주요 하우징(33)의 하부에 있고 실험실 병(68)은 (예를 들어, 용매를 공급하거나 폐기물을 수집하기 위한) 문맥에서 본 발명을 도시하기 위해 예시된다.
도 4는 기기(30)의 측면 입면도이다. 도 4에서의 대부분의 항목은 도 1-3과 관련하여 기재되었지만, 도 4는 Y-Z 로봇 아암(47) 상의 분산 꼭지(72) 및 로봇 발톱(73)을 추가로 설명한다. 도 8과 관련하여 기재된 바와 같이, 분산 꼭지(72)는 챔버(42)가 대기압에 개방된 후 드레인(110) (도 14)으로부터 냉각기(130) (도 10) 내의 냉각 코일(160 도면 NN)로 그리고 그 다음 수집 바이알(46) 중 하나로 용매 추출물 및 피분석물을 전달하기 위해 (원하는 밸브가 이러한 목적을 위해 배열될 때) 연결된다. 용어 "꼭지"는 "탭" 또는 "콕크"을 포함하는 일반적인 동의어로 파이프로부터 액체의 흐름을 제어하기 위한 장치의 그 사전적인 의미로 본 명세서에서 사용된다.
도 5는 본 발명에 따른 기기(30)의 전면 입면도이다. 다시, 도 5는 이전에 기재된 항목을 예시하지만, 일부 세부사항을 부가하거나 명확히 한다. 특히 도 5는 평행한 슬라이드 슬롯(74 및 75)을 예시한다. 슬롯(74, 75)는 정착물이 챔버 하우징(32) 내에서 수직으로 이동하는 방식으로 액체 분배 정착물을 유지하고, 도 6에 더 잘 예시되어 있다.
도 5는 또한 설명된 구현예에서 랙(44)이 가장 높은 챔버 하우징(30)에 가장 가까운 샘플 컵(45) 및 수집 바이알(46)과 가장 낮은 스필 베이슨(51)에 근접한 것들로 라이저-유사 배열로 샘플 컵(45) 및 수집 바이알(46)을 보유하는 것을 예시한다.
도 6은 도 3에 유사하고 가시성의 목적을 위해 주요 하우징(33) 덮개의 부분이 제거되어 진 후면 입면도이다. 특히, 도 6은 그것의 슬라이드 피팅(76, 77)과 함께 슬라이드 슬롯(74, 75)을 어느 정도 보다 명확하게 예시한다. 슬롯(74, 75) 내의 슬라이드 피팅(76, 77)은 공급 예컨대 도 3 및 도 6 둘 모두에 예시된 공급 병(68)으로부터 액체 (가장 통상적으로 용매 또는 린스)를 전달하기 위해 열전도성 압력 저항성 가열 챔버(42) 내의 액체 전달 유입구 정착물을 제공한다.
도 7은 환기 및 열 전달 (냉각)을 위한 복수의 개구들(81)을 수반하는 덮개(80)를 갖는 주요 하우징(33)의 일부로 후방 덮개(80)를 예시한 것을 제외하고는 도 6과 동일한 도면이다.
분자 분석용 샘플의 준비를 수행함에 있어서, 샘플 매트릭스는 그 다음 열전도성 챔버(42)에 배치되는 샘플 컵(45)에 배치되고, 그 다음에 폐쇄(43)가 가압을 위해 챔버(42)를 밀봉한다. 공급 (예를 들어, 68)으로부터의 용매가 보조 밸브(62), 관련된 튜우빙 (넘버링되지 않음), 및 전달 헤드 (예를 들어, 182, 도 24)를 통해 샘플 컵(45) (그리고 따라서 샘플 매트릭스)으로 전달된다. 유사하게, 액체 매트릭스 샘플은 보조 밸브(62)로 그리고 그 후에 챔버(42)로 전달될 수 있다.
도 8은 도 2의 11-11 선을 따라 취해진 단면도이다. 도 8은 리드 스크류(105) 및 그것의 모터(106) (일반적으로 둘 모두 도시됨)가 협동하여 압력 챔버(42) 내의 샘플 컵(45) 위로 압력 저항성 챔버 폐쇄(43)를 이동시키는 것을 예시한다.
샘플 컵(45)은 샘플 컵(45) 내의 액체와 고형물을 함께 가열하도록 열전도성 압력 저항성 가열 챔버(42) 내에 배치된다.
도 8은 샘플 컵이 압력 챔버(42) 내에 배치된 것을 추가로 예시한다. 예시된 구현예에서 압력 챔버 (도 14에 더 상세히 도시됨)는 그 안에 있는 액체가 측면 튜브(111) 및 그 다음 액체 출구 포트(112)를 향해 드레인될 수 있는 깔때기 형상화된 하부(110)를 포함한다 (도 14). 드레인된 액체가 피분석물을 함유하는 추출 용매일 때, 적절한 밸브는 X 축 로봇 아암(50) 상의 꼭지(72)로 용매 추출물을 유도하여 추출 용매 및 피분석물을 수집 바이알(46) 중 하나에 전달한다.
샘플 컵(45) 내 물질의 추가 또는 2차 진탕이 바람직하거나 필요하다면, 초음파 발생기(113) 및 그것의 전달 막대(114)가 편입될 수 있다. 초음파 발생기는 전형적으로 크기, 비용 및 신뢰성의 조합에 기초한 압전 발생기이지만, 이것은 본 발명의 이 측면을 제한하기보다는 예시적인 것이다.
도 8에 예시된 다른 세부사항은 일 열의 샘플 컵(45), 냉각 팬(115), 투명 하우징(116)의 위치, 전원 공급장치(117), 제어 보드(120) 및 프로세서(121)의 단면도를 포함한다.
도 9는 도 5의 12-12 선을 따라 취해진 수평 단면도이고, 본 발명에 대한 추가의 세부사항을 제공한다. 이전의 도면과 공통된 수많은 요소도 또한 도 9에 예시되어 있다.
도 9는 열전도성 압력 챔버(42)가 히트 싱크(66)에 의해 적절히 챔버(42)로부터 분리된 환상 구조(122)로서 도시된 가열기와 열적 접촉 상태에 있음을 예시한다.
공기 펌프(123)는 전반적인 배기 시스템의 일부로서 압력 챔버를 퍼지할 수 있고, 밸브 및 다른 기계적 물품을 위한 구동 모터(124)는 주사기(40)에 인접하여 예시되어 있다. 추가의 전자장치가 125로 지시되어 있으며, 냉각 팬(126)은 주요 하우징(33) 내면에 양호한 온도를 유지하도록 도와주며, 팬을 위한 배기는 도면에서 비어있다.
도 9는 또한 Y-Z 로봇 아암 트랙(61)을 도시한다.
도 10은 도 6의 13-13 선을 따라 취해진 후면 횡 단면도이며, 이미 기재된 다수의 요소의 어느 정도 상이한 도면을 제공한다. 도 10은 따라서 액추에이터 하우징(31), 챔버 하우징(32) 및 주요 하우징(33)을 포함한다. 리드 스크류(105) 및 리드 스크류 모터(106)는 챔버(42) 및 샘플 컵(45) 위의 개방 위치에서 챔버 최상부(43)와 같이 예시되어 있다.
이전의 도면과 비교하여, 도 10은 코일 하우징(13)의 형태로 도시된 냉각기를 가장 유익하게 예시한다. 코일(160)은 압력 저항성 가열 챔버(42) 내의 샘플 컵(45)과 액체 연통하며, 챔버(42)가 대기압으로 개방될 때 압력 저항성 가열 챔버(42)로부터 가열된 액체를 수용한다. 코일 하우징(130) 내의 코일은 용매가 냉각 코일의 길이를 따라 이동함에 따라 일반적인 추출 용매의 온도를 예시적인 것인 (그러나 제한적이지 않은) 약 50℃ 내지 180℃의 범위로부터 약 25℃ 내지 40℃의 범위로 되는 유용한 취급 온도로 감소시키기에 충분한 길이를 가진다.
도 10은 또한 주사기(40), 주사기 피스톤(131), 주사기 구동부(132) 및 주사기 구동 모터(133)를 예시한다. 도 10은 보조 밸브(62), 배기 밸브(63), 가스 밸브(64), 멀티포트 밸브(65), 및 Y-Z 축 로봇 트랙(61)을 비롯하여 이전에 기재된 수많은 요소의 단면도를 포함한다.
도 11은 도 4의 14-14 선을 따라 취해진 단리된 단면도를 나타내며, 이전에 기재된 바와 동일한 많은 요소를 도시하는 기기(30)의 중심 부분을 도시하고, 도 12는 어느 정도 더 상세를 제공하는 확대된 부분을 나타낸다. 도 14 및 도 15는 개방된 위치에서의 챔버(42) 및 챔버 폐쇄(43)를 예시한다.
도 13은 도 11에 유사하지만, 추출 및 관련된 절차가 수행되는 위치를 설명하기 위해 챔버(42)의 나머지 상에 챔버 폐쇄 (챔버 상부)(43)를 위치시키도록 이동된 리드 스크류(105)를 도시한다.
도 14는 도 13의 중심 부분의 확대도이다.
도 15는 차례로 가열기(133)에 의해 둘러싸인 히트 싱크(66)에 의해 둘러싸인, 압력 저항성 가열 챔버(42) 내에 배치된 샘플 컵(45)의 수평면에서 취해진 횡 단면도이다. 히트 싱크는 유리하게 열전도성이므로, 이것은 챔버(42)로 및 그로부터 그리고 따라서 샘플 컵(45)의 내용물로 그리고 그로부터 열을 효율적으로 전달한다.
사용 및 실험
기기(30)의 예시적인 사용에서, 추출 용매 및 샘플 매트릭스가 샘플 컵(45) 안으로 배치되고, 본 샘플 컵(45)은 압력 저항성 가열 챔버(42)에 배치된다. 전형적인 (그러나 제한되지 않는) 샘플 매트릭스는 식품, 식품 포장, 및 토양을 포함한다.
숙련가에 의해 인식되는 바와 같이 (예를 들어, US EPA 방법 3545), 샘플은 흥미 있는 농도로 샘플 매트릭스로부터 흥미 있는 피분석물의 최적의 재생가능한 회수를 제공하는 용매계를 사용하여 추출되어야 한다. 추출 용매의 선택은 관심 있는 피분석물에 좌우되며, 단일 용매는 모든 피분석물에 보편적으로 적용할 수 없다.
분자 분석을 위한 전형적인 (그러나 제한되지 않는) 고체-액체 추출 용매는 물, 약산, 약염기, 아세톤, 헥산 2-프로판올, 사이클로헥산, 디클로로메탄, 아세토니트릴, 메탄올, 및 이들의 혼합물을 포함한다.
액체/액체 추출을 위해 사용된 일반적인 용매는 물, 약산, 약염기, 에틸 아세테이트, 메틸 3차-부틸 에테르 ("MTBE"), 디클로로메탄 ("메틸렌 염화물"), 헥산, 및 이들의 혼합물이다.
추출 용매 및 샘플 매트릭스는 챔버(42) 내 샘플 컵(45)에서 혼합된다. 본 기기의 이점은 -단단히 패킹된 것과 대조적으로- 느슨한 샘플에 대해 추출을 수행하는 능력이다. 비록 용어 "느슨한"이 상대적이기는 하지만, 이것은 여기서 그것의 보통의 의미로 결합 또는 구속하고 고정 또는 부착으로부터 유리되거나 방출되는 것으로부터 자유로운 것으로 사용된다 (문헌 [Urdang, The Random House College Dictionary, Random House Inc. (1972)]). 샘플 매트릭스가 느슨하기 때문에, 상단, 하단 또는 둘 모두로부터 용매의 첨가는 용매에 시료 매트릭스가 분산되는 것을 돕는다.
기기는 또한 열구배를 적용하는 것; 샘플 매트릭스, 피분석물 또는 용매에 대해 그렇지 않으면 불활성인 가스의 진탕하는 유동을 사용하는 것에 의해; 또는 일부 적용에서는 초음파 진동을 사용함으로써 샘플이 용매 중에 분산되도록 촉진시키는데 사용될 수 있다. 추출 기술 분야에서의 숙련자는 진탕하는 가스가 공지된 파라미터에 기초하여 선택될 수 있고, 그리고 일부 경우에는 압축된 공기가 적절할 수 있는 반면, 다른 것에서는 질소, 비활성 가스 중 하나 (예를 들어, 헬륨, 아르곤) 또는 수소가 (수소의 가연성 특성에 기초한 주의로) 최상일 수 있다는 것을 인식할 것이다.
다른 혼합 기술 (예를 들어, 자석 교반기 또는 다른 기계적 디바이스)이 사용될 수 있으나, 보다 복잡한 계기 장비를 필요로 할 것이다.
샘플 매트릭스 및 용매는 그런 다음 챔버(42) 내 샘플 컵(45)에서 증발된 용매가 대기압-이상을 발생하는 온도로 가열된다. 50℃-180℃의 온도가 예시적으로 (미국 환경청에서 토양에 대해 120℃를 제시함), 이 온도에서 전형적인 유기 추출 용매는 50-250 제곱인치 당 파운드 (psi)의 상응하는 압력을 발생한다. 현재까지의 실험에서 이 온도에 도달하는 시간은 약 90초이고, 이 시점에서 추출은 실질적으로 완료되었다 (추출은 평형 과정인 것으로 이해됨). 이어서, 용매로부터의 증기에 의해 생성된 압력은 용매 추출물이 코일에 있는 동안 추출물의 온도를 거의 주위 온도 (예를 들어, 25℃)로 감소시키기에 충분한 길이를 갖는 냉각기(130) 내의 냉각 코일(160, 도 24) 내로 샘플 컵으로부터 용매 추출물을 배출시키는데 사용된다. 용매 추출물은 그런 다음 코일(160)로부터, 전형적으로 수집 용기(46) 내에 수집된다. 예시적인 실험에서, 약 10피트의 길이를 갖는 금속 튜우빙은 약 30초의 체류 시간을 제공하는 경향이 있는데, 이는 용매 추출물을 주위 온도 또는 주위 온도 근처로 냉각하기에 충분하다. 따라서, 코일은 전형적으로 공간 절약 목적으로 사용되지만, 코일 형상은 의무적인 것이보다는 선택적이다.
샘플 매트릭스 및 추출 용매는 이 분야에서 전형적인 양으로 첨가될 수 있다. 예를 들어, 고체 매트릭스는 관심 있는 샘플 매트릭스 약 5 또는 10그램 (g) 사이를 제공하는 방식으로 수집된다. 추출 용매의 양은 비례한다; 전형적으로 약 30-100 밀리리터 (mL)이다.
배출 단계는 보조 밸브(62)가 대기압으로 개방될 때 발생하여 열전도성 챔버(42) 내의 가압된 용매 증기가 포트 적합화(112)를 통해 그리고 그 다음 냉각 코일(160)로 액체 용매 추출물을 밀어낸다.
본 기기(30)는 또한, 온도가 상승된 온도와 함께 샘플 매트릭스로부터 용매 안으로 피분석물을 실질적으로 이동하도록 하는 대기압 이상을 발생할 때까지 용기, 샘플 매트릭스, 흡착제 입자 및 용매를 압력 저항성 챔버(42) 내에서 가열하는 개선 단계와 함께, 용매, 흡착제 입자 및 피분석물을 함유하는 샘플 매트릭스를 샘플 컵(45)에 위치시키는 단계를 포함하는 추출 기반 샘플 준비에 유용하다.
이 측면에서, 본 발명에 따른 기기(30)는 SPE 및 분산성 SPE 둘 모두에 대한 보다 빠르고 간단한 대안을 제공한다. 흡수제 입자는 그와 같은 방법에서 고정상으로 전형적으로 사용되는 것일 수 있다.
특히, 흡착제 입자의 선택은 당해 분야에서 잘 알려진 인자, 및 대개 추출 용매의 극성 및 기대된 피분석물의 극성에 기반할 수 있다. 일반적으로 유사한 극성의 분자는 서로를 끌어당기고 이 인자는 액체 또는 기체 크로마토그래피, 고상 추출, 분산성 고상 추출 및 본 발명을 포함하는 분석 및 샘플 준비의 수많은 분리 기반 분야에 사용된다.
일반적으로 염은 가장 극성이 높고 그 다음에는 산이 바로 따르고, 그 다음에 더 작은 알코올인 것으로 간주된다. 플루오르화된 유기 화합물은 극성이 가장 적고 지방족 및 방향족 화합물이 바로 뒤따른다.
각각의 이들 카테고리 내의 용매는 유사하게 잘 이해된다. 유사하게, 실리카와 같은 고정상 특징이 잘 알려져 있다. 특히, 결합되지 않은 실리카는 친수성 (극성)인 경향이 있지만, 보다 낮은 극성으로 특징을 변화시키기 위해 다양한 작용기를 첨가함으로써 변형될 수 있다; 예를 들어, 상동인 문헌 [Arsenault 2012]의 138 페이지 참조.
명백하게, 숙련가에게 광범위한 선택이 가능하며, 본 기기(30)는 다른 방법과 동일한 용매 및 고정상을 사용하기 때문에, 과도한 실험과정 없이 적절한 선택이 이루어질 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 기기(30)는 또한 흥미 있는 피분석물을 포함하는 액체 매트릭스를 또한 제조할 수 있다. 이 측면에서, 상기 방법은 추출 용매를 운반하는 복수의 입자에 액체 샘플 매트릭스를 첨가하는 단계를 포함한다. 이러한 입자는 또한 용매 함침된 수지 ("SIR")로 언급된다. 용매 운반 입자는 샘플 컵에 배치된다. 입자 및 액체 매트릭스를 샘플 컵에서 교반, 가열 및 가압하여 가열된 액체 샘플 매트릭스로부터 입자에 의해 운반된 용매 내로 피분석물을 추출한다.
그 후에 가압되고 가열된 액체 매트릭스는 챔버(42)를 대기압으로 개방함으로써 배출되고, 이 액체는 유공성 마루(147)을 통해 샘플 컵을 이탈한다.
다음 단계에서, 추출 용매 및 피분석물을 운반하는 다공성 입자에 방출 용매를 첨가한다. 방출 용매 및 입자가 피분석물을 방출 용매로 방출하기 위해 진탕, 가열 및 가압 단계가 반복된다. 그런 다음 방출 용매는 대기압으로 열전도성 챔버(42)를 개방함에 의해 배출되어 배출된 방출 용매가 주위 온도 또는 그 근처에 도달할 때까지 냉각 코일(160) 내에서 이동하도록 허용되고, 그 후 분석을 위해 수집된다.
적절한 입자는 일반적으로 당해 분야에서 잘 이해되고 그리고 전형적으로 다공성 슬리브에 의해 유지될 메쉬 크기 (또는 메쉬 크기의 범위)의 물리적으로 내구성 수불용성 폴리머 수지로 형성되며, 그리고 전형적으로 기공 크기에서 넓은 분포를 갖는다. 물론 폴리머는 추출 단계에서 생성된 온도와 압력에서 안정적이어야 한다.
전형적인 입자는 수지 예컨대 소수성 가교결합된 폴리스티렌 코폴리머 수지; 디비닐 벤젠과 가교결합된 스티렌, 및 중합된 메타크릴산 에스테르에 기반된 폴리머로부터 형성된다. 예를 들어, 문헌 [Kabay 등, Solvent-impregnated resins (SIRs) - Methods of preparation and their applications; Reactive & Functional Polymers 70 (2010) 484-496] 참조.
이전의 구현예에서와 같이, 방출 용매를 배출하는 단계는 이전에 기재된 방식으로 가열된 방출 용매를 냉각 코일(160)로 배출하는 단계를 포함한다. 이 시점에서, 피분석물을 함유하는 방출 용매는 통상적인 설비에서 분자 분석이 준비된 온도에 있다.
기본적으로, 본 기기(30)는 기대된 온도 및 압력에서 안정적인 임의의 피분석물을 준비하기 위해 사용될 수있다.
본 명세서에서 기재된 방법이 적합한 피분석물의 일부 예는 방향족 및 지방족 화합물 예컨대: 그 중에서도, 벤젠, 톨루엔, 에틸 벤젠, 자일렌(류), 큐멘, 라이모넨, 니트로벤젠, 크레졸(류), 더 높은 알킬화된 페놀, 옥탄올, 노나놀, 데칸올, 헥산, 헵탄, 메틸 이소부틸 케톤　 (MIBK), 테트라하이드로티오펜, cs2, 테트라메틸테트라하이드로푸란, 및 메틸 tert-부틸 에테르　(MTBE)를 포함한다.
본 기기(30)는 또한 할로겐화된/염소화된 화합물 예컨대 모노클로로메탄, 디클로로메한, 트리클로로메탄, 테트라클로로메탄, 디클로로에탄 (1,1 & 1,2), 트리클로로에탄, 테트라클로로에탄,클로로에틸렌, 디클로로에틸렌, 트리클로로에틸렌,테트라클로로에틸렌, 트리클로로프로판, 클로로부타디엔, 헥사클로부타디엔, 모노클로로벤젠, 디클로로벤젠, 클로로벤젠, 클로로아프탈렌, 헥사클로로사이클로헥산, 모노클로로페놀, 디클로로페놀, 트리클로로페놀, 디클로로-디-이소프로필에테르, 및 디옥신을 함유하는 샘플을 준비할 수 있다.
본 기기(30)는 또한 다환방향족 탄화수소 예컨대 PCB, 나프탈렌, 아세나프틸렌, 아세나프텐, 플로우렌, 펜안트렌, 안트라센, 플로우란텐, 피렌, 벤즈(a) 안타라센, 크리센, 및 디벤조티오펜을 함유하는 샘플을 준비할 수 있다.
용매는 물, 약산, 약염기, 에틸 아세테이트, 메틸 3차-부틸 에테르 ("MTBE"), 메틸렌 염화물, 헥산, 아세톤, 헥산 2-프로판올, 사이클로헥산, 아세토니트릴, 메탄올 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택될 수 있으나, 그 특정한 군에 제한되지 않는다.
본 기기(30)는 또한 흡착제 입자를 고체 매트릭스 및 추출 용매를 갖는 샘플 컵에 첨가하는 기술에 사용될 수 있다. 적절한 추출 용매 및 수지 입자의 사용은 피분석물을 고체 매트릭스에서 수지 입자로 이동시킬 것이고, 그 후 추출 용매는 배출되어 소비될 수 있고, 그리고 방출 용매는 고체 매트릭스와 흡착제 입자의 혼합물에 부가되어 피분석물을 방출 용매로 방출한다. 나머지 단계는 동일하다.
실험
실시예 1―표 1: 환경 적용; 토양으로부터 BNA's의 추출
Figure pat00001
표 1은 속슬레 (EPA 3540C), 본 발명 (실시예 1), 및 가속화된 용매 추출 (ASE; EPA 3545)을 비교한 토양으로부터 염기 중성 및 산 ("BNA's")의 추출로부터의 데이터를 나타낸다. 표시된 ASE의 것에 대한 용적 및 시간은 Dionex 애플리케이션 노트 317에 제시된 파라미터를 사용한 수행으로부터 얻어진다. 분석은 기체 크로마토그래피 이어서 질량 분광법 (GCMS; EPA 8270)을 사용하여 수행되었다.
본 기기(30)는 다른 방법보다 상당히 적은 용매를 사용하고 상당히 적은 시간이 걸린다. 특히, ASE 추출 셀의 준비는 일반적으로 10개 이상의 성분 및 단계로 지루한 반면, 본 기기(30)는 단지 3개의 간단한 부분 (슬리브(86) 및 그것의 지지체(87 및 90))을 사용한다. 평균적으로, ASE 추출 셀의 준비는 약 15분이 소요되는 반면, 본 발명은 몇 초 내에 준비된다.
표 2 환경 적용: 토양으로부터 BNA's의 추출; CRM 회수 데이터 (%)
Figure pat00002
표 2는 워터스 코포레이션 (미국 MA 01757 밀퍼드 소재; ERA 카탈로그 번호 727)으로부터 수득된 인증 표준 물질 (CRM) 토양에서의 BNA's에 대한 백분율에 의한 데이터를 요약한다. 당해 기술의 숙련가에 의해 이해되는 바와 같이, 목표는 CRM 샘플에 존재하는 것으로 공지된 물질의 100% 회수율을 얻는 것이다. 각각의 방법에 대해 모든 회수율은 품질관리 성능 승인 범위 내에 있었지만, ASE는 단지 38개만 회수하고 2-메틸나프탈렌은 식별하지 못한 반면 본 발명 (실시예 1)은 39개의 모든 피분석물을 회수하였다. 따라서 본 발명은 회수된 피분석물 및 피분석물의 회수율 퍼센트에 관하여 최상의 전반적인 성능을 갖는다.
도 16은 실시예 1에 기초한 BNA CMR 추출의 예시적인 전체 스캔 크로마토그램이다.
도 17은 ASE 추출에 비교하여 본 기기(30)에서 수행된 실시예 1 추출의 오버레이이다. 더 높은 피크 각각은 회수에서 ASE를 능가하는 실시예 1 추출을 나타낸다. 추가로, 체류 시간 10.36 (2-메틸나프탈렌)에서의 ASE 피크의 부재는 ASE가 이 피분석물을 식별하지 못하는 것을 실증했다.
실시예 2―표 3: 폴리에틸렌으로부터 프탈레이트의 추출
Figure pat00003
표 3은 폴리에틸렌으로부터 프탈레이트의 추출에 대하여 속슬레, 본 기기(30) (실시예 2), 및 ASE 사이에서의 비교 차트이다. ASE에 대한 용적 및 시간은 Dionex 간행물 (Knowles, D; Dorich, B; Carlson, R; Murphy, B; Francis, E; Peterson, J, Richter, B. "Extraction of Phthalates from Solid Liquid Matrices," Dionex Corporation, 2011)에 언급된 파라미터를 사용한 수행으로부터의 것이고 그리고 모든 방법은 CPSC-CH-C1001-09.1 (소비자 제품 안전위원회, 시험 방법: CPSC-CH-C1001-09.3 프탈레이트의 결정을 위한 표준 조작 절차; http://www.cpsc.gov/about/cpsia/CPSC-CH-C1001-09.3.pdf)에 기반되었다.
또한, 본 기구(30) (실시예 2)는 다른 방법에 비하여 상당히 적은 용매를 사용하고 상당히 적은 시간이 걸렸다.
실시예 2―표 4 CRM 회수 데이터 (%)
Figure pat00004
표 4는 CRM 샘플 (SPEX CertiPrep CRM-PE001; 미국 NJ 08840 메터친 소재)에서 폴리에틸렌으로부터 프탈레이트의 추출에 대한 백분율에 의한 회수 데이터를 비교한다. 이 실험에서, 가열 전에 거품발생 및 초음파처리 둘 모두의 30초 동안 진탕이 수행되었다. 다시, 본 기기(30) (실시예 2) 회수 데이터는 ASE보다 상당히 우수하고 진탕의 사용으로 개선을 나타내었다. 진탕을 한 실시예 2의 결과는 추출에 대한 "황금 표준"으로 간주된 속슬레 데이터와 매치된다. CRM에서의 모든 피분석물이 모든 방법에 대해 회수되었다.
도 18은 본 기기(30)를 사용한 실시예 2 폴리에틸렌 CRM 추출의 샘플 전체 스캔 크로마토그램이다.
실시예 3―대두로부터 살충제의 추출
또 다른 측면에서, 본 발명은 당해 분야에서 QuEChERS로 지칭되는 분산성 SPE ("dSPE") 방법에 대한 개선점을 제공한다. QuEChERS는 다양한 상이한 매트릭스 내의 다중-잔류물 피분석물에 대해 허용된 추출 및 매트릭스 세척 절차이다. 본 발명은 비교할만한 결과를 쉽고, 빠르고, 신뢰성 있게 제공하는 QuEChERS에 대한 대안적인 선택이다
Figure pat00005
본 발명은 QuEChERS보다 더 빠르고 자동화되어, 보다 효율적인 실험실을 만든다.
실시예 3은 본 발명을 AOAC 2007.01 9 (QuEChERS) 절차와 비교하여, 다음과 같은 단계를 포함한다:
샘플 추출
1. 10-15 g의 균질화된 샘플을 50 mL 원심관으로 옮긴다;
2. 15 g 샘플당, 15 mL의 아세토니트릴 내 1% 아세트산 플러스 아세테이트 튜브의 내용물을 부가한다
3. 1분 동안 격렬하게 쉐이킹한다;
4. 1분 동안 1500 U/min 이상에서 원심분리한다.
샘플 세정
1. 1 mL의 아세토니트릴 층을 dSPE 2 mL 튜브로 옮긴다;
2. 1분 동안 격렬하게 쉐이킹한다;
3. 1분 동안 1500 U/min 이상에서 원심분리한다;
4. 동반한 GCMS 분석을 위하여 상청액을 GC 바이알로 옮긴다.
전체 과정은 일정한 매뉴얼 작업의 대략 20분이 걸린다.
실시예 3: 본 발명에서, 샘플 추출 및 샘플 세척은 함께 수행된다:
1. 균질화된 식품 샘플을 샘플 컵으로 옮기고 dSPE 흡수제를 첨가한다;
2. 샘플 컵을 가열된 압력 저항성 챔버에 놓는다;
3. 5분 동안 압력 저항성 챔버 내 샘플 컵을 가열한다;
4. 동반한 GC-MS 분석을 위해 추출물을 GC 바이알로 옮긴다.
전체 과정은 샘플당 단지 5분이 걸리고 자동화된다.
실시예 3―표 5
Figure pat00006
표 5는 대두로부터 살충제의 추출에 대해 QuEChERS 결과에 대해 본 발명의 실시예 3 결과의 비교이다. QuEChERS 데이터는 AOAC 방법 2001.01 (Journal of Chromatography A, 1271 (2010) 2548-2560)에 대한 공개된 회수를 기반으로 한다. 본 발명 (실시예 3)은 공개된 결과와 비교할만한 결과를 달성하였다. 이에 비교하여, QuEChERS 데이터는 절차의 매뉴얼 특성으로 인해 크게 다를 수 있다
도 19는 본 발명의 방법을 사용하여 수행된 실시예 3 대두 추출의 결과의 전체 스캔 크로마토그램이다.
도 20-23은 가열된 용매의 증기압이 열전도성 반응 챔버로부터 추출 용매를 효율적으로 또는 완전히 이동하기에 충분하지 않을 수 있을 때 특정한 이점을 가지는 구현예를 예시한다
이전에 설명된 구현예들과의 특정 차이에 기초하여, 도 20-23의 요소들 중 일부는 이전에 기재된 유사한 (그러나 반드시 동일하지는 않은) 부분들과 상이하게 명명되고 번호가 매겨질 수 있다. 도 24는 개략도이다.
이를 염두에 두고, 도 20에 예시된 구현예는 하나의 열린 여과 단부(136) 및 열린 여과 단부(136) 반대편에 입구(137)를 갖는 샘플 컵(135)을 포함한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 반대편은 축을 따라 직경 방향으로 대향하는 위치를 틀림없이 포함할 뿐만 아니라, 또한 입구(137)와 열린 여과 단부(136) 사이에 있는 샘플 컵의 더 큰 부분과 함께 있는 위치를 의미할 수 있다. 예를 들어, 문헌 [Urdang, The Random House College Dictionary, Random House Inc. (1972)] 참조. 샘플 컵(135)은 원통형이며 상대적으로 높은 열전도율을 갖는 물질로 형성되며, 예시적인 것으로는 스테인레스강인, 적어도 약 125℃의 온도에서 전형적인 추출 용매에 의해 생성된 증기압을 견디는 물질로 형성된다. 적절한 스테인레스강 (또는 다른 합금 또는 대안적인 열적으로-전도성 재료)의 선택은 이들 기술에서 통상적인 기술자의 지식 범위 내에 있으며, 과도한 실험과정 없이 선택 및 편입될 수 있다.
특히, 샘플 컵(135)의 실린더 벽은 상기 벽이 기기의 전반적인 목적 및 관련된 방법에 대해 충분한 강도를 가질 경우 열 전도도를 향상시키기 위해 상대적으로 얇을 수 있다.
반응 챔버(140)는 샘플 컵(135)을 둘러싸고 있다. 반응 챔버(140)와 샘플 컵(135)은 반응 챔버 (140)의 내측 표면과 샘플 컵(135)의 외측 표면 사이의 개방 재킷 부분(141)을 함께 한정하도록 서로에 대해 배치된다. 반응 챔버(140)는 마찬가지로 반응 챔버에 유사하게 적합한 샘플 컵(135)에 대해 적합한 이들 물질로 상대적으로 높은 열 전도도 및 물리적 강도를 갖는 물질로 형성된다.
반응 챔버(140)는 (예를 들어) 도 14에 예시된 드레인(110)에 대응하는 드레인 플로어(142)를 포함한다. 압력 밀봉 뚜껑(143)은 샘플 컵(135)의 입구(137) 위에 배치되고 제 용매 유입구(145)는 압력 밀봉 뚜껑(143)으로부터 샘플 컵(135)의 내측으로 열린다. 드레인 플로어(142)는 형상이 원뿔대로 예시되어 있지만, 용매가 의도한대로 배출된다면 다른 형상 (예를 들어, 반구형, 다각형)도 마찬가지로 적절하다.
제2 용매 유입구(144)는 드레인 플로어(142)와 반응 챔버(140) 및 외부 폐기물 용기 또는 용매 공급원을 통해 그리고 그 사이에서 유체 연통을 제공한다.
반응 챔버 가열기(146)는 반응 챔버(140)와 열적 접촉으로 배치된다. 이 배열에서 용매는 (예를 들어, 도 24의 탱크(165)로부터) 두 방향으로부터 첨가될 수 있다. 먼저, 용매는 제1 용매 유입구(145)로부터 샘플 컵(135)으로 샘플 컵에 첨가될 수 있다. 추가로 용매는 제2 유입구(144)로부터 재킷 부분(141) 및 (열린 여과 단부(136) 및 유공성 마루(147)를 통해) 샘플 컵(135) 둘 모두로 첨가될 수 있어 반응 챔버 가열기(146)가 도 20에 도시된 구현예에서 원통형 반응 챔버(140)와 원통형 샘플 컵(135) 사이에 실린더를 형성하는 재킷 부분(141) 내의 용매와 반응 챔버(140)를 가열할 수 있다.
이어서, 재킷 부분(141) 내의 가열된 용매는 샘플 컵(135)을 가열할 수 있고, 샘플 컵(135) 내부의 용매 및 추출 샘플를 가열할 수 있다.
도 20은 또한 이 구현예에서 샘플 컵(135)의 열린 여과 단부(136)가 유공성 마루(96) (도 8)과 유사한 나사식 유공성 마루(147)인 것을 예시한다. 샘플 컵(135)의 하단부는 마찬가지로 유공성 마루가 전형적으로 샘플 컵(135)의 하부로부터 여과재(148, 도 24)를 제거하도록 샘플 컵(135)으로부터 제거될 수 있도록 나선(150)을 수반한다. 전형적으로 여과재는 유공성 마루(147) 상에 놓이며, 가열된 추출에 따라 샘플 컵(135)으로부터 샘플, 용매, 및 기대된 또는 원하는 유량의 용매의 화학물질과 그렇지 않으면 일치하는 디스크 또는 상응하는 형상의 여과지, 석영 섬유 필터, 막 필터, 여과 마이크로플레이트, 또는 임의의 다른 여과재 (또는 여과재들, 또는 조합)로 형성될 수 있다.
도 20은 또한 샘플 컵(135)이 O-고리(151)의 도움으로 압력 밀봉 뚜껑(143)에 밀봉될 수 있고 그리고 전체 반응 챔버(140)가 더 큰 O-고리(152)의 도움으로 압력 밀봉될 수 있다는 것을 예시한다.
제1 용매 유입구(145)는 압력 밀봉 뚜껑(143)의 일부인 나사식 유입구 적합화(153) 및 그것의 튜브(154) 둘 모두를 통해 임의의 편리한 용매 공급원(165, 도 24)과 연통한다. 압력 밀봉 뚜껑(143)의 또 다른 부분은 암나사식 개구부(155) 및 그것의 관련된 튜브(156)를 포함하고, 이들의 조합은 본 기기(30)를 사용하여 가열된 추출을 수행할 때 적어도 2종의 유용한 목적을 제공한다. 먼저, 개구부(155)는 원하는 대로 또는 필요에 따라 반응 용기(135)를 환기시키기 위해 사용될 수 있다. 관련된 추출 방법에 대해 더 구체적으로는, 개구부(155)는 차례로 샘플 컵(135)의 내외로 가스의 흐름을 제어할 수 있는 밸브(138, 도 24))뿐만 아니라 임의의 관련된 압력 게이지(139, 도 24)에 부착될 수 있다.
추가의 세부사항으로서, 도 20은 전체 반응 챔버(140)를 개방하는 것을 돕기 위한 뚜껑(143) 내에 툴 시트(157)를 예시한다. 열전쌍 (160으로 개략적으로 도시됨)은 샘플 컵(135) 및 샘플 컵(135) 내의 임의의 추출 샘플 및 용매의 매우 정확한 온도 측정을 제공하기 위해 드레인 플로어(142) 내에 또는 그 근처에 배치된다.
열전쌍(160) 및 압력 게이지(139)의 이점은 본 명세서에서 이후에 기재된 방법과 관련하여 더욱 분명해진다.
앞서 제시된 구현예에서와 같이, 본 기기(30)는 드레인 플로어(142)가 대기압에 (다시 밸브를 사용하여) 개방될 때 135에서의 샘플 컵 및 반응 챔버(140)로부터 가열된 액체를 수용하기 위해 샘플 컵(135) 내의 드레인 플로어(142)와 액체 연통하는 냉각기(130)를 포함한다. 이전에 설명된 구현예에서와 같이, 냉각기(130)는 드레인 플로어(142)와 액체 연통하는 냉각 코일이고, 냉각 코일(130)은 용매가 냉각 코일(130)의 길이를 이동함에 따라 공동 추출 용매의 온도를 약 120℃ 내지 130℃에서 약 25℃ 내지 35℃로 감소시키기에 충분한 길이를 가진다.
도 21, 22 및 23은 도 20과 동일한 요소이지만, 더 큰 또는 분리된 세부사항으로 도시된다. 도 21에서, 이러한 세부 사항은 제1 용매 유입구(145)에 대한 나사산(161)을 포함하고, 나머지 요소는 그렇지 않으면 도 20에서와 동일하고 이에 따라서 넘버링된다.
도 22는 샘플 컵(135)이 샘플 컵(135)의 숫나사형 단부(150) 상의 제 위치에 도시된 나사형 유공성 마루(147)를 갖는 단리된 투시도이다. 도 22는 샘플 컵(135)이 나사형 유공성 마루(147)를 드레인 플로어(142)에 안착시키는 것을 돕는 나사형 유공성 마루(147) 상의 경사진 모서리(163)와 마우스 립(162)을 가지는 것을 예시한다.
용매가 드레인 플로어(142)로부터 재킷 부분(141)으로 흐르도록 하기 위해, 나사식 유공성 마루(147)는 또한 노치(164)로 예시된 복수 (4개가 도시됨)의 밀봉 파손을 수반한다.
도 20-23에서 예시된 구현예는 또 다른 도움이 되는 방법 구현예를 수행하는 능력을 제공한다. 이 맥락에서, 본 발명은 반응 챔버(140)에 의해 둘러싸인 열전도성 샘플 컵(135) 내에 추출 샘플을 그것의 열린 여과 단부(136)를 갖는 열전도성 샘플 컵(135)과 함께 위치시키는 단계, 그리고 그 다음 추출 용매를 샘플 컵(135)의 내부와 샘플 컵(135)의 외부의 반응 챔버(140) 둘 모두에 첨가하는 단계를 포함하는 추출 방법이다.
샘플 컵(135)의 외부의 반응 챔버(140) 내의 용매를 가열하는 것은 차례로 샘플 컵(135)을 가열하고, 샘플 컵(135) 내부의 용매를 가열하고, 그리고 샘플 컵(135) 내부의 추출 샘플을 가열한다. 특히, 본 방법은 반응 챔버(140)를 가열함으로써 샘플 컵(135) 외부의 용매를 가열한다.
본 방법에서, 추출 용매는 열린 여과 단부(136)를 통해 샘플 컵(135)에 첨가되어, 이로써 추출 용매로 추출 샘플을 진탕시키는 것을 돕는다.
기기(30)의 예시된 구현예를 사용하여, 본 추출 방법은 샘플 컵 입구(137)에서 압력 밀봉 뚜껑(143)과 샘플 컵(135)의 열린 여과 단부(136)와 유체 연통하는 유출구 밸브(138) 사이의 샘플 컵(135)을 밀봉하는 단계를 추가로 포함하여, 가열 단계가 추출 용매의 증기압을 표준 온도 및 압력 (25℃; 1 기압)에서 용매의 증기압 이상으로 증가시킨다.
유출구 밸브(138)를 개방하면 샘플 컵(135) 내의 증기압이 추출 용매가 샘플 컵(135)의 외부로 열린 여과 단부(136)를 통해 드레인 플로어(142)로 그리고 유출구 밸브(138)를 통해 구동되도록 한다.
물리적 부분의 설명과 관련하여 제시된 바와 같이, 본 방법은 전형적으로 약 120℃ 내지 130℃ 사이에서부터 약 25℃ 내지 35℃로 냉각기 (코일) (130) 내에서 공통 추출 용매의 온도를 감소시키기에 충분한 시간 동안 용매를 냉각기(130) 내로 이끄는 단계를 포함한다.
마지막으로, 추출 용매는 분자 분석을 위해 코일(130)로부터 수집될 수 있다.
도 20-23에서 예시된 구현예는 따라서 추가의 열적 전도뿐만 아니라 추출을 위해 추출 용매 자체를 통합하는 기기를 기술한다. 챔버 내에서 샘플 컵을 가압 밀봉하는 능력은 이것이 도움이 되거나 필요한 경우 이들 용매-샘플 조합에 대해 증기압을 증가시키는 데 도움이 된다.
열전쌍(160)과 압력 게이지(139)의 조합은 선택된 추출 용매의 증기압에 대한 관계에서 샘플 컵(135) 내의 온도를 정확하게 결정하는데 사용될 수 있다. 특히, 도 20-23에 예시된 구현예는 용매 온도와 증기압 사이의 상관관계를 전개시키기 위해 기기 내에서 용매 또는 용매계 단독을 작동시키기 위해 사용될 수 있다. 도 24에 개략적으로 예시된 바와 같이, 이러한 목적으로 프로세서(149)가 사용될 수 있다. 그 후에, 고도의 정확도로 샘플 컵(135) 내의 용매 온도를 나타내기 위해 증기압이 측정될 수 있다.
추가의 이점으로서, 이 구현예가 반응 챔버(140)에서 샘플 컵(135)을 밀봉하기 때문에, 본 시스템은 또한 용매가 원하는 증기압을 생성하기 전에 고온 액체 용매를 보다 높은 온도로 강제하는 것을 돕도록 공기 또는 불활성 가스 (즉, 샘플 및 추출 용매에 대해 불활성인 가스; 도 24에서 166)로 상부공간 (즉, 용매 및 샘플 위의 가스) 내 사전-가압 (예를 들어 최대 약 25 제곱인치 당 파운드)될 수 있다. 용매를 액체 상태로 유지하는 것은 또한 반응 용기의 내부 및 외부에 원하는 열 전달을 돕는다.
가스 밸브(167)는 (예를 들어, 도 24에서 배출구(170)로) 시스템을 통기시킬 수 있거나 게이지(139)에서 압력 측정을 위해 가스를 유도할 수 있거나, 또는 공급원(166)으로부터 반응 용기(135)로 불활성 가스를 유도할 수 있다.
아마도 중요하게는, 상부공간 내의 더 높은 압력은 모든 추출 용매가 샘플 컵(135)으로부터 임의의 여과재 및 유공성 마루(147)를 통과하고 그 후에 드레인 플로어(142) 및 냉각 코일(130)로 밀려지는 것을 확실히 하는데 도움이 된다.
도 24에 더하여 그리고 가능성의 설명을 완료하기 위해, 용매는 용매 공급원(165)으로부터 라인(171)을 통해 회전식 밸브(65)로 흐를 수 있다. 라인(172)은 회전식 밸브(65)를 보조 밸브(62)와 연결한다. 라인(173)은 보조 밸브(62)를 가스 밸브(64)에 연결하고, 이 가스 밸브(64)는 차례로 라인(174)을 사용하여 반응 챔버(140)의 바닥으로 용매를 전달할 수 있다.
라인(169)은 회전식 밸브(65)를 주사기(40)에 연결하여 공급원(165)으로부터의 액체가 공급원(165)으로부터 주사기(40) 안으로 그리고 그 후 주사기(40)로부터 샘플 컵 내로 그리고 라인(172 및 181) 및 분배기 헤드(182)를 통해 계량될 수 있다. 점선(187)은 용매가 샘플 컵(135)에 재킷을 씌우기 위해 사용될 때 샘플 컵(135)과 반응 챔버(140) 사이의 용매의 위치를 나타낸다.
가스 공급원(166)은 몇 개의 다른 항목에 대한 가스 흐름과 함께 밸브(138)에 의해 제어되는 라인(174 및 175)을 통해 상부공간에 추가의 압력을 공급할 수 있다. 라인(176)은 밸브(138)를 벤트(170)에 연결한다.
가스 압력 모니터링의 일부로서, 라인(177)은 밸브(138)를 압력 게이지(139)에 연결하고 압력 게이지(139)는 통신 라인(180)을 통해 프로세서(121)에 유선 연결된다. 프로세서(121)는 또한 통신 라인(183)을 사용하여 열전쌍(160)에 연결되어 다양한 샘플 추출에 대한 온도 및 증기압의 모니터링된 조합을 사용하여 도움이 되는 표준화된 정보를 개발할 수 있다.
반응 챔버(140) 및 샘플 컵(135)의 바닥 내로 진탕하는 가스를 제공하기 위해, 166에서의 가스 공급원은 또한 적절한 라인 또는 튜브(184)를 통해 밸브(64)에 연결된다.
압력 헤드 밀봉(185)은 반응 챔버 내의 샘플 컵을 밀봉한다. 라인(186)은 용매를 밸브(64)로부터 코일(130)로 배출하고, 라인(187)은 코일(130)로부터 수집 용기(46)로 배출한다.
도면 및 명세서에 본 발명의 바람직한 구현예가 제시되어 있으며, 비록 구체적인 용어가 사용되었지만, 이들은 일반적이고 설명적인 의미로만 사용되며 제한의 목적으로는 사용되지 않으며, 본 발명의 범위는 청구범위에 정의되어 있다.

Claims (28)

  1. 용매 추출을 위한 조합으로서:
    가열되고, 압력-밀봉된 반응 챔버;
    상기 반응 챔버 내의 열 전도성 샘플 컵으로, 상기 반응 용기는 하나의 열린 여과 단부 및 상기 열린 여과 단부 반대편의 입구를 포함하는, 샘플 컵;
    상기 샘플 컵 내의 추출 샘플; 및
    상기 샘플 컵의 내면 및 상기 샘플 컵의 외측과 상기 반응 챔버의 내측 사이의 상기 샘플 컵의 외면에 추출 용매를 포함하는, 용매 추출을 위한 조합.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 반응 챔버는 열적으로 전도성 재료로 형성된, 조합.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 열린 여과 단부는 유공성 마루 및 유공성 마루 상의 여과재인, 조합.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 여과재는 여과지, 유리 섬유, 석영 섬유, 부직포 폴리머 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는, 조합.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 추출 샘플은 토양, 플라스틱, 제조된 식품, 식품 포장, 농작물, 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는, 조합.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 추출 용매는 물, 약산, 약염기, 에틸 아세테이트, 메틸 3차-부틸　에테르　("MTBE"), 메틸렌 염화물,　헥산, 아세톤, 헥산 2-프로판올, 사이클로헥산, 아세토니트릴, 메탄올 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는, 조합.
  7. 추출 기반 분자 샘플 준비용 기기 및 관련된 공정으로,
    열전도성 압력 저항성 가열 챔버;
    상기 열전도성 압력 저항성 가열 챔버에 배치된 열전도성 샘플 컵으로, 상기 열전도성 샘플 컵에서 액체 및 고형물을 함께 가열하기 위한, 열전도성 샘플 컵,
    공급원으로부터 상기 열전도성 압력 저항성 가열 챔버 내 상기 열전도성 샘플 컵으로 액체를 전달하기 위한 상기 열전도성 압력 저항성 가열 챔버 내의 액체 전달 유입구 정착물; 및
    상기 챔버가 대기압에 개방될 때 상기 열전도성 압력 저항성 가열 챔버로부터 가열된 액체를 수용하기 위해 상기 열전도성 압력 저항성 가열 챔버 내의 상기 열전도성 샘플 컵과 액체 연통하는 냉각기를 포함하는, 기기.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 압력 저항성 가열 챔버는 상기 가열 챔버 및 상기 샘플 컵 내의 압력을 증가시키기 위해 공급원으로부터 상기 열전도성 샘플 컵 및 상기 반응 챔버로 불활성 가스를 전달하기 위하여 상기 열전도성 샘플 컵의 최상부에 또는 그 근처에 배치된 상기 열전도성 압력 저항성 가열 챔버 내에 가스 전달 유입구 정착물을 추가로 포함하는, 분자 샘플 준비 기기.
  9. 청구항 7에 있어서, 초음파 발생제는 상기 샘플 컵 내 물질의 2차 진탕을 수행하기 위해 상기 열전도성 압력 저항성 가열 챔버와 연통하는, 분자 샘플 준비 기기.
  10. 청구항 7에 있어서, 상기 초음파 발생제는 압전 변환기인, 분자 샘플 준비 기기.
  11. 청구항 7에 있어서, 상기 냉각기는 상기 배출구와 액체 연통하는 냉각 코일을 포함하고, 상기 냉각 코일은 용매가 상기 냉각 코일의 길이를 따라 이동함에 따라 약 50℃ 내지 180℃ 사이로부터 약 25℃ 내지 40℃ 사이로 공통 추출 용매의 온도를 감소시키기에 충분한 길이를 가지는, 분자 샘플 준비 기기.
  12. 청구항 7에 있어서, 상기 압력 저항성 가열 챔버는 압력 저항성 챔버 폐쇄를 추가로 포함하는, 분자 샘플 준비 기기.
  13. 청구항 7에 있어서, 상기 열전도성 샘플 컵의 내용물을 진탕하기 위해 공급원으로부터 상기 열전도성 샘플 컵으로 불활성 가스를 전달하기 위해 상기 열전도성 샘플 컵의 바닥 또는 그 근처에 배치된 상기 열전도성 압력 저항성 가열 챔버 내에 가스 전달 유입구 정착물을 추가로 포함하는, 분자 샘플 준비 기기.
  14. 추출 기반 분자 샘플 준비용 기기 및 관련된 공정으로,
    공통 랙에서 운반되는 복수의 샘플 컵 및 복수의 수집 바이알;
    상기 랙과 개방된 압력 챔버 사이에 상기 샘플 컵 중 하나를 이동하기 위한 로봇 아암;
    상기 압력 챔버를 개폐하기 위해 수직으로 왕복 운동하는 압력 저항성 챔버 폐쇄;
    상기 압력 챔버가 폐쇄될 때 액체를 상기 압력 챔버로 전달하기 위한 액체 유입구 정착물;
    상기 압력 챔버가 폐쇄될 때 상기 압력 챔버 내의 액체의 온도를 상승시키기 위한 가열기;
    상기 압력 챔버가 폐쇄될 때 상기 압력 챔버로 진탕하는 가스 흐름을 전달하기 위한 가스 유입구 정착물; 및;
    상기 챔버 내로 전달된 가열된 액체에 의해 생성된 압력하에서 상기 압력 챔버로부터 액체를 방출하기 위한 드레인을 포함하는, 기기.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 드레인과 액체 연통하는 냉각 코일을 추가로 포함하고, 상기 냉각 코일은 용매가 상기 냉각 코일의 길이를 따라 이동함에 따라 약 50℃ 내지 180℃ 사이로부터 약 25℃ 내지 40℃ 사이로 공통 추출 용매의 온도를 감소시키기에 충분한 길이를 가지는, 추출 기반 분자 샘플 준비 기기.
  16. 청구항 14에 있어서, 추가로:
    상기 로봇 아암 상에 액체 전달 꼭지; 및
    냉각된 액체를 상기 꼭지로부터 상기 수집 바이알 중 하나로 전달하기 위해 상기 냉각 코일과 상기 꼭지 사이에 튜브를 포함하는, 추출 기반 분자 샘플 준비 기기.
  17. 청구항 15에 있어서, 용매를 상기 가열된 압력 챔버로부터 상기 냉각 코일 안으로 배출하기 위해 상기 가열된 압력 챔버와 상기 냉각 코일 사이에 제1 밸브를 추가로 포함하는, 추출 기반 분자 샘플 준비 기기.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 열전도성 챔버 내의 가열된 용매의 증기압이 액체 용매를 상기 냉각 코일 안으로 밀도록 상기 냉각 코일의 말단에 제2 밸브를 추가로 포함하는, 추출 기반 분자 샘플 준비 기기.
  19. 청구항 14에 있어서, 상기 압력 챔버가 폐쇄되고 가열될 때 상기 압력 챔버 내 상기 샘플 컵의 바닥 또는 그 근처 위치로 진탕하는 가스 흐름을 전달하기 위한 가스 정착물을 추가로 포함하는, 추출 기반 분자 샘플 준비 기기.
  20. 청구항 14에 있어서, 상기 샘플 컵의 내용물을 진탕하기 위해 상기 챔버에 인접하여 배치된 초음파 발생제를 추가로 포함하는, 추출 기반 분자 샘플 준비 기기.
  21. 청구항 20에 있어서, 상기 초음파 발생제는 압전 변환기를 포함하는, 추출 기반 분자 샘플 준비 기기.
  22. 청구항 20에 있어서, 상기 초음파 발생제는 압전 변환기 및 상기 변환기를 상기 압력 챔버의 벽에 연결하는 막대를 포함하는, 추출 기반 분자 샘플 준비 기기.
  23. 추출 관련된 기술에 특히 적합한 샘플 준비 기기로, 상기 기기는:
    하나의 열린 여과 단부 및 상기 여과 단부 반대편에 입구를 갖는 샘플 컵;
    상기 샘플 컵을 둘러싸는 반응 챔버로, 상기 반응 챔버 및 상기 샘플 컵은 상기 반응 챔버의 내측 표면과 상기 샘플 컵의 외측 표면 사이에 개방 재킷 부분을 한정하고, 상기 반응 챔버는,
    상기 샘플 컵의 상기 열린 여과 단부와 연통하는 드레인 플로어;
    상기 샘플 컵의 상기 입구 위에 압력 밀봉 뚜껑;
    상기 압력 밀봉 뚜껑으로부터 상기 샘플 컵의 내측으로 제1 용매 유입구; 및
    상기 드레인 플로어로부터 상기 반응 챔버 안으로 제2 용매 유입구를 포함하는, 반응 챔버; 및
    상기 반응 챔버와 열적 접촉하는 반응 챔버 가열기를 포함하고;
    그래서 용매는 제1 및 제2 용매 유입구 둘 모두로부터 상기 샘플 컵 안으로 그리고 상기 제2 용매 유입구로부터 상기 재킷 부분 안으로 첨가될 수 있어 상기 가열기는 상기 반응 챔버 및 상기 재킷 부분 내 용매를 가열할 수 있고, 그리고 상기 재킷 부분 내 가열된 용매는 상기 샘플 컵을 가열할 수 있고 상기 샘플 컵 내부의 용매 및 추출 샘플을 가열할 수 있어, 상기 제2 유입구로부터의 용매가 상기 열린 여과 단부를 통해 상기 샘플 컵으로 유입할 수 있고 유리하게 상기 샘플 컵 내의 추출 용매 및 샘플을 진탕하는, 기기.
  24. 청구항 23에 있어서, 상기 드레인 플로어가 대기압에 개방될 때 상기 반응 챔버로부터 가열된 액체를 수용하기 위해 상기 샘플 컵 내 상기 드레인 플로어와 액체 연통하는 냉각기를 추가로 포함하는, 분자 샘플 준비 기기.
  25. 청구항 24에 있어서, 상기 냉각기는 상기 드레인 플로어와 액체 연통하는 냉각 코일이고, 상기 냉각 코일은 용매가 상기 냉각 코일의 길이로 이동함에 따라 약 50℃ 내지 180℃ 사이로부터 약 25℃ 내지 40℃ 사이로 공통 추출 용매의 온도를 감소시키기에 충분한 길이를 가지는, 분자 샘플 준비 기기.
  26. 청구항 23에 있어서, 상기 샘플 컵은 실린더이고 상기 열린 여과 단부는 유공성 마루인, 분자 샘플 준비 기기.
  27. 청구항 26에 있어서, 상기 유공성 마루와 상기 샘플 컵은 상기 유공성 마루의 제거를 위해 나사결합된, 분자 샘플 준비 기기.
  28. 청구항 23에 있어서, 추가로:
    상기 샘플 컵 내 상기 유공성 마루 상에 있는 여과재를 포함하고;
    상기 여과재는 여과지, 석영 섬유 필터, 막 필터, 및 여과 마이크로플레이트로 구성된 군으로부터 선택되어 지는 것인, 분자 샘플 준비 기기.
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