KR20190027745A - 인라인, 이중-스테이지 샘플 희석을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

인라인, 이중-스테이지 샘플 희석을 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20190027745A
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엘리멘탈 사이언티픽, 인코포레이티드
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Abstract

적어도 2개의 희석 동작 모드에 따른 샘플의 자동적인, 인라인 준비 희석을 돕는, 펌프 제어, 밸브 구성, 및 제어 로직을 갖는 샘플 준비 시스템 및 방법이 설명된다. 시스템 실시예는, 비제한적으로, 운반체 유체를 구동하도록 구성된 제1 펌프; 희석제를 구동하도록 구성된 제2 펌프; 그리고 제1 펌프 및 제2 펌프와 유체적으로 커플링된 복수의 선택 밸브를 포함하고, 복수의 선택 밸브는 적어도 2개의 동작 모드에 따라 제1 펌프 및 제2 펌프로부터 유체 유동을 지향시켜 제1 동작 모드에 따른 단일-스테이지 샘플 희석을 제공하도록 그리고 제2 동작 모드에 따른 이중-스테이지 샘플 희석을 제공하도록 구성된다.

Description

인라인, 이중-스테이지 샘플 희석을 위한 시스템 및 방법 {SYSTEMS AND METHODS FOR INLINE, DUAL-STAGE SAMPLE DILUTION}
관련 출원에 대한 상호 참조
본원은, 2017년 9월 7일자로 출원되고 명칭이 "인라인, 이중-스테이지 샘플 희석을 위한 시스템 및 방법"인 미국 가출원 제62/555,323호의 35 U.S.C. § 119(e)의 이익 향유를 주장한다. 미국 가출원 제62/555,323호는 그 전체가 본원에서 참조로 포함된다.
유도 결합 플라즈마(ICP) 분광분석은 액체 샘플 내의 미량 원소(trace element) 농도 및 동위원소 비율(isotope ratio)을 결정하기 위해서 일반적으로 이용되는 분석 기술이다. ICP 분광분석은, 약 7,000 K의 온도에 달하는, 전자기적으로 생성된 부분적으로 이온화된 아르곤 플라즈마를 이용한다. 샘플이 플라즈마로 도입될 때, 고온은 샘플 원자가 이온화되게 하거나 광을 방출하게 한다. 각각의 화학적 원소가 특징적인 질량 또는 방출 스펙트럼을 생성하기 때문에, 방출된 질량 또는 광의 스펙트럼을 측정하는 것은 원래의 샘플의 원소 조성의 결정을 가능하게 한다.
분석을 위해서 액체 샘플을 ICP 분광분석 기구(예를 들어, 유도 결합 플라즈마 질량 분광계(ICP/ICP-MS), 또는 유도 결합 플라즈마 원자 방출 분광계(ICP-AES) 등), 또는 다른 샘플 검출기나 분석 기구 내로 도입하기 위해서, 샘플 도입 시스템이 이용될 수 있다. 예를 들어, 샘플 도입 시스템이 액체 샘플의 부분 표본(aliquot)을 컨테이너로부터 인출할 수 있고 그 이후에 부분 표면을 분무기(nebulizer)로 운송할 수 있으며, 그러한 분무기는 부분 표본을 ICP 분광분석 기구에 의한 플라즈마 내의 이온화에 적합한 다분산 에어로졸(polydisperse aerosol)로 변환한다. 부분 표본의 분무기로의 운송에 앞서서 또는 그 도중에, 샘플 부분 표본이 수소화물 생성 시약과 혼합될 수 있고, 수소화물 및/또는 샘플 가스를 분무기 내로 채널링(channeling)하는, 수소화물 가스/액체 분리기 내로 공급된다. 이어서, 분무기에 의해서 생성된 에어로졸을 분무 챔버 내에서 분류하여 큰 에어로졸 입자를 제거한다. 분무 챔버를 떠날 때, 에어로졸은, 분석을 위해서 ICP-MS 또는 ICP-AES 기구의 플라즈마 토치 조립체에 의해서 플라즈마 내로 도입된다.
유체 샘플의 희석을 위한 샘플 준비 시스템 및 방법이 설명되고, 샘플은 단일 또는 다수-스테이지 희석 프로세스에서 인라인으로(inline) 희석되어 큰 희석 배율(예를 들어, 10,000 배 이상의 희석 배율)에서 극도의 정확도를 달성한다. 시스템 실시예는, 비제한적으로, 운반체 유체를 구동하도록 구성된 제1 펌프; 희석제를 구동하도록 구성된 제2 펌프; 그리고 제1 펌프 및 제2 펌프와 유체적으로 커플링된 복수의 선택 밸브를 포함하고, 복수의 선택 밸브는, 제1 동작 모드에 따른 단일-스테이지 샘플 희석을 제공하도록 그리고 제2 동작 모드에 따른 이중-스테이지 샘플 희석을 제공하도록, 적어도 2개의 동작 모드에 따라 제1 펌프 및 제2 펌프로부터 유체 유동을 지향시키도록 구성된다.
이러한 "발명의 내용"은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용"에서 추가적으로 후술되는 단순화된 형태의 개념의 선택을 도입하기 위해서 제공된 것이다. 이러한 "발명의 내용"은 청구된 청구 대상의 중요 특징 또는 본질적 특징을 식별하도록 의도된 것이 아니고, 청구된 청구 대상의 범위를 결정하는데 도움을 주기 위한 것으로 이용되도록 의도된 것도 아니다.
첨부 도면을 참조하여 상세한 설명을 설명한다. 설명 및 도면의 상이한 경우들에서 동일한 참조 번호를 이용하여 유사한 또는 동일한 물품을 나타낼 수 있다.
도 1은, 본 개시 내용의 실시예에 따른, 제1 샘플 희석 모드에서 동작되는 샘플 준비 시스템의 개략도이다.
도 2는, 본 개시 내용의 실시예에 따른, 제2 샘플 희석 모드의 제1 스테이지에서 동작되는 샘플 준비 시스템의 개략도이다.
도 3은, 본 개시 내용의 실시예에 따른, 제2 샘플 희석 모드의 제2 스테이지에서 동작되는 샘플 준비 시스템의 개략도이다.
도 4는 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 샘플 준비 시스템(들)과 같은, 샘플 준비 시스템의 제어 프로토콜의 개략도이다.
개요
샘플 내의 미량 원소의 농도 또는 양을 결정하는 것은 샘플의 순도의 표시, 또는 시약, 반응 성분 등으로서의 샘플의 이용 가능성을 제공할 수 있다. 예를 들어, 특정 생산 또는 제조 프로세스(예를 들어, 광산, 야금, 반도체 제조, 의약 프로세싱 등)에서, 불순물에 대한 공차가, 예를 들어 십억분의 1의 분률 정도로, 매우 엄격할 수 있다. 매우 농축된 샘플(예를 들어, 금속 광물, 야금학적 조성물 등)의 미량 원소 조성물을 정확하게 측정하기 위해서, ICP 분광분석 기구(유도 결합 플라즈마 질량 분광계(ICP/ICP-MS), 유도 결합 플라즈마 원자 방출 분광계(ICP-AES), 또는 기타)에 의한 분석을 위해서, 측정하고자 하는 샘플을 종종 희석할 필요가 있다. 예를 들어, 샘플이 너무 농축된 경우에, 샘플은 ICP 분광분석 기구의 콘(cone)을 포화시킬 수 있고, 샘플들 사이에서 바람직하지 못한 배경을 전달할 수 있고, 또는 기구를 망칠 수 있다. 그러나, 정확한 희석 배율을 획득하는 것은, 특히 수작업적인 기술이 종종 비교적 큰 부피의 액체(예를 들어, 50 mL 이상), 민감한 피펫 또는 부피 플라스크, 빈번한 인증을 필요로 하는 기구, 상당한 시간적 요건, 또는 기타를 포함하는 경우에, 달성하기 어려울 수 있다. 또한, 큰 희석 배율(예를 들어, 100x 이상의 희석)에서, 희석의 정확도는 주어진 펌프(예를 들어, 주사기 펌프(syringe pump), 연동 펌프(peristaltic pump))의 분해능(resolution)에 의해서 제한될 수 있고, 그러한 펌프는 다수의 샘플, 표준물, 또는 기타를 위한 일정하고 정확한 희석을 제공할 수 있는 적절한 분해능을 가지지 못할 수 있다.
따라서, 본 개시 내용은 샘플의 인라인, 다수-스테이지 희석을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 그러한 시스템 및 방법은, (예를 들어, 컴퓨터 제어 하에서) 주어진 유체에 대한 희석 배율을 동적으로 변경하기 위해서 밸브 시스템에 유체적으로 연결된 다수의 독립적인 펌프를 이용할 수 있고, 희석 배율 및 희석 스테이지의 수는 샘플들, 표준물들, 등의 사이에서 다를 수 있다. 시스템 및 방법은, 이하에서 더 구체적으로 설명되는 바와 같이, ICP 분광분석 기구에 의한 분석을 위한 시스템 내의 유체의 희석을 위해서, 운반체, 희석제, 및 샘플 유동을 정확하게 제어한다.
예시적인 구현예
도 1 내지 도 3은 본 개시 내용의 여러 실시예에 따른 샘플 준비 시스템("시스템(100)")을 도시하고, 그러한 시스템(100)은 펌프, 밸브, 그리고 분석적인 분석을 위한 샘플 및 표준물의 자동적인 인라인 희석을 돕는 제어 로직 구성을 포함한다. 당업자는, 도면에 도시된 및/또는 본원에서 설명된 실시예가 수정되거나 전체적으로 또는 부분적으로 조합되어 부가적인 실시예를 초래할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 도시되고 설명된 실시예는 예시적인 것이고 본 개시 내용의 제한이 아니라는 것을 이해하여야 한다.
시스템(100)은 유체의 단일 스테이지 및 이중 스테이지 희석을 위한 구조 및 기능을 제공하고, 그러한 시스템(100)은 시스템(100)의 동작 중에 여러 샘플 또는 표준물에 대한 동작 모드들 사이에서 토글링(toggle)될 수 있다. 예를 들어, 시스템(100)의 제어기는 단일 스테이지 희석 작업을 통해서 제1 희석 배율에 따른 제1 샘플의 희석을 촉진할 수 있는 반면, 제어기는 이중 스테이지 희석 작업을 통해서 제2 희석 배율에 따른 제2 샘플의 희석을 촉진할 수 있다. 예시적인 동작 모드가 도 1 내지 도 3에 도시되어 있다. 예를 들어, 도 1은 단일 희석 스테이지를 포함하는 제1 샘플 희석 모드로 동작되는 시스템(100)을 도시한다. 도 2 및 도 3은 2개의 희석 스테이지를 포함하는 제2 샘플 희석 모드로 동작되는 시스템(100)을 도시한다. 부가적인 동작 모드는, 비제한적으로, 샘플을 시스템(100) 내로 로딩하기 위한 샘플 로딩 모드(sample loading mode), (예를 들어, 희석 모드 전, 희석 모드 후, 등에서) 세정 유체를 시스템(100)의 유체 라인 내로 도입하기 위한 헹굼 모드, 교정 곡선을 자동적으로 구축하기 위한 교정 모드, 또는 기타를 포함한다.
도 1 내지 도 3에 도시된 실시예에서, 시스템(100)은 (예를 들어, 서로 유체 연통되는, 유체 라인, 유체 루프 또는 코일, 밸브 포트, 밸브 채널, 등에 의해서 형성된) 시스템(100)의 유체 통로를 통해서 유체를 구동하기 위한 복수의 주사기 펌프(102)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 시스템(100)이 예시적인 실시예에서 주사기 펌프를 가지는 것으로 도시되어 있지만, 시스템(100)은, 비제한적으로, 주사기 펌프, 연동 펌프, 진공 연결부, 또는 기타, 또는 그 조합을 포함하여, 유체를 시스템(100)을 통해서 구동하기 위한 임의의 적절한 유형의 펌프를 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 주사기 펌프(102)는 (예를 들어, 하나 이상의 샘플 또는 표준물을 시스템(100)을 통해서 밀기 위해서) 운반체 유체를 시스템(100)을 통해서 구동하도록 주사기를 제어하는 제1 주사기 펌프(104), 희석제 유체(예를 들어, 탈이온수, 초순도 물, 등)를 시스템(100)을 통해서 구동하도록 주사기를 제어하는 제2 주사기 펌프(106), 및 내부 표준물을 시스템(100)을 통해서 구동하도록 주사기를 제어하는 제3 주사기 펌프(108)를 포함할 수 있다. 복수의 주사기 펌프(102)는, 헹굼 또는 세정 용액, 교정 용액, 버퍼 용액, 용리 용액 등을 구동하기 위한 주사기 펌프와 같은, 시스템(100) 내에서 다른 유체를 구동하기 위한 부가적인 주사기 펌프를 포함할 수 있다. 복수의 주사기 펌프(102)에서 이용되는 주사기의 크기는 각각의 주사기 펌프 사이에서 다를 수 있거나 크기가 균일할 수 있다. 예를 들어, 주사기는, 희망 희석을 제공하기 위해서 비교적 큰 부피의 액체(예를 들어, 50 mL 이상)를 필요로 하지 않으면서, 시스템을 통해서 비교적 적은 부피의 유체를 정밀한 제어 희석 배율까지 구동하기 위해서 0.5 mL 내지 20 mL 부피일 수 있다.
복수의 주사기 펌프(102)가 다수-포트 밸브(예를 들어, 자동화된 선택/선택기 밸브)에 유체적으로 커플링되어, 유체의 유동을 시스템(100) 내에서 펌프로부터 지향시킨다. 예를 들어, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 시스템(100)은 제1 선택 밸브(110), 제2 선택 밸브(112), 제3 선택 밸브(114), 및 제4 선택 밸브(116)를 포함하고, 그 각각은 (예를 들어, 상이한 유동 구성들 사이에서 유동 채널들의 배치가 상이한 경우에, 상이한 밸브 포트들 사이의 유동 채널의 연결을 통해서) 적어도 2개의 유동 구성들 사이에서 스위칭될 수 있다. 또한, 제1 선택 밸브(110), 제2 선택 밸브(112), 제3 선택 밸브(114), 및 제4 선택 밸브(116)의 각각이 복수의 펌프(102) 중 하나 이상의 펌프와 직접적으로 또는 간접적으로 유체 연통된다.
제1 선택 밸브(110)가 시스템(100)과 ICP 분광분석 기구 또는 다른 분석 기구 사이에서 인터페이스를 제공하여 (예를 들어, 유체 라인(120)을 통해서 제1 선택 밸브(110)와 유체 연통되는 분무기(118)를 통해서) 희석된 샘플을 ICP 분광분석 기구 또는 다른 분석 기구에 제공할 수 있다. 제1 선택 밸브(110)는 제1 선택 밸브(110)의 2개의 포트(예를 들어, 도 1 내지 도 3의 포트(1 및 4))를 통해서 (예를 들어, 유체 유지 루프 또는 코일을 형성하는) 제1 유지 라인(122)에 커플링된다. 예를 들어, 시스템(100)은, 밸브가 유동 구성들을 스위칭하는 동안, 밸브에서 유체를 유지하기 위한 유지 라인을 이용할 수 있다. 제1 선택 밸브(110)는 또한 제1 선택 밸브(110)의 2개의 포트(예를 들어, 도 1 내지 도 3의 포트(6 및 9))를 통해서 (예를 들어, 유체 유지 루프 또는 코일을 형성하는) 제2 유지 라인(124)에 커플링된다. 제1 선택 밸브(110)는 또한 제2 선택 밸브(112), 제3 선택 밸브(114), 및 제4 선택 밸브(116)의 각각과 유체 연통된다. 예를 들어, 제1 선택 밸브(110)는 유체 라인(126)을 통해서 제2 선택 밸브(112)와, 유체 라인(128)을 통해서 제3 선택 밸브(114)와, 그리고 유체 라인(130)을 통해서 제4 선택 밸브(116)와 유체 연통될 수 있다. 제2 선택 밸브(112)는 제2 선택 밸브(112)의 2개의 포트(예를 들어, 도 1 내지 도 3의 포트(1 및 4))를 통해서 (예를 들어, 유체 유지 루프 또는 코일을 형성하는) 제3 유지 라인(132)에 커플링되고, 제3 선택 밸브(114) 및 제4 선택 밸브(116)와 유체 연통된다. 예를 들어, 제2 선택 밸브(112)는 유체 라인(134, 135, 및 136)을 통해서 제3 선택 밸브(114)와 유체 연통될 수 있고, 그리고 제3 선택 밸브(114)와 커플링된 유체 라인을 통해서 제4 선택 밸브(116)와 간접적으로 유체 연통될 수 있다.
제2 선택 밸브(112)는 또한, 샘플 준비(예를 들어, 희석, 표준물 첨가 등) 및 ICP 분광분석 기구에 의한 분석을 위해서 샘플을 시스템(100) 내로 끌어들이기 위해서, 특별한 샘플의 자동적인 선택을 위해 구성된 자동 샘플링 장치의 샘플 탐침(138)과 같은, 샘플 공급원과 커플링될 수 있다. (예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 제3 선택 밸브(114)의 포트(1)와 커플링될 때 그리고 제2 선택 밸브(112)가 로딩 구성에 있을 때(예를 들어, 포트(1)와 포트(6)가 유체 연통되고, 포트(5)와 포트(4)가 유체 연통될 때), 유체 라인(136) 및 제3 선택 밸브(114)의 유체 채널(139)의 유체 연통을 통해서) 예를 들어, 제3 선택 밸브(114)는 샘플 탐침(138)으로부터 제3 유지 라인(132)으로 샘플을 끌어 들이기 위해서 진공 공급원(140)과 커플링될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 펌프 시스템(102)의 펌프를 이용하여 샘플을 제3 유지 라인(132) 내로 로딩할 수 있다. 제3 선택 밸브(114)는 제4 선택 밸브(116)와 유체 연통된다. 예를 들어, 제3 선택 밸브(114)는 유체 라인(142 및 144)을 통해서 제4 선택 밸브(116)와 유체 연통될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 시스템(100)은, 다른 샘플 취급 시스템, 원격 샘플링 시스템, 또는 기타로부터의 유체 전달 라인과 같은, 다른 공급원으로부터 샘플 또는 다른 유체를 수용할 수 있다.
운반체, 희석제, 및 내부 표준물 유체를 시스템(100) 내로 수용하기 위해서, 제4 선택 밸브(116)가 복수의 주사기 펌프(102)와 커플링된다. 예를 들어, 제4 선택 밸브(116)가 제1 주사기 펌프(104)와 유체 연통되어 유체 라인(146)을 통해서 운반체 유체를 수용할 수 있고, 제2 주사기 펌프(106)와 유체 연통되어 유체 라인(148)을 통해서 희석제 유체를 수용할 수 있고, 그리고 제3 주사기 펌프(108)와 유체 연통되어 유체 라인(150)을 통해서 내부 표준물 유체를 수용할 수 있다.
시스템(100)은, 샘플이 제3 유지 라인(132) 내로 일단 로딩된 후에(하나의 가능한 로딩 과정의 예가 앞서서 제공되었다), 샘플을 처리하기 위한 적어도 2개의 상이한 동작 모드를 포함한다. 제1 동작 모드가 도 1을 참조하여 도시되고, 여기에서 단일-스테이지 인라인 희석 프로세스가 제2 선택 밸브(112)에서 발생된다. 제2 동작 모드는 도 2 및 도 3을 참조하여 도시되며, 여기에서 이중-스테이지 희석 프로세스(예를 들어, 제2 선택 밸브(112)에서의 제1-스테이지 희석 및 제1 선택 밸브(110)에서의 제2-스테이지 희석)가 발생된다. 각각의 동작 모드를 이제 설명할 것이다.
도 1을 참조하면, 시스템(100)은 단일 스테이지 희석을 이용하는 예시적인 샘플 희석 모드로 도시되어 있다. 이러한 샘플 희석 모드는 운반체 유체를 제1 주사기 펌프(104)로부터 수용하고 운반체 유체를 (분배 구성에 있는) 제3 선택 밸브(114)로 전달하기 위한 분배 구성의 제4 선택 밸브(116)를 포함하고, 제3 선택 밸브(114)는, 제2 선택 밸브(112)로의 운반체 유체의 유동이, 제4 선택 밸브(116)로부터 수용되고 제3 선택 밸브(114)를 통해서 전달되는 희석제 유체와 액체 유동을 조합하는 것에 의해서 (예를 들어, 포트(3)에서) 희석되도록 샘플을 제3 유지 라인(132)의 외부로 밀어낼 수 있게 한다. 예를 들어, 희석제는 제2 주사기 펌프(106)의 작용을 통해서 (예를 들어, 포트(7)에 커플링된) 유체 라인(135)을 경유하여 제3 선택 밸브(114)로부터 제2 밸브(112)에 의해서 수용되고, 채널(141)은 포트(7) 및 포트(3)를 유체적으로 커플링시켜, 운반체 유체가 샘플을 제3 유지 라인(132)으로부터 밀 때, 희석제 및 샘플이 포트(3)에서 혼합될 수 있게 한다. (제1 주사기 펌프(104) 및 제2 주사기 펌프(106)에 의해서 촉진되는) 운반체 유체 및 희석제 유체의 상대적인 유량들은 샘플의 희석 배율을 결정할 수 있다. 구현예에서, 복수의 주사기 펌프(102)의 각각의 펌프는, 각각의 유체 유량을 정밀하게 제어하여 샘플에 대한 희망 희석 배율에 도달하도록, 컴퓨터 제어된다. 희석된 샘플은 제2 선택 밸브(112)로부터 제1 선택 밸브(102)로 전달되고, 제1 선택 밸브에서, 선택적인 내부 표준물은 (예를 들어, 도 1에 도시된 로딩 구성에서) 제4 선택 밸브(116)에 의한 내부 표준물의 수용 및 제1 선택 밸브(110)로의 전달을 통해서 (예를 들어, 포트(5)에서) 첨가될 수 있다. 예를 들어, 희석된 샘플은 유체 라인(126)을 통해서 포트(11)로 전달되고, 채널(143)이 포트(11)를 포트(5)와 유체적으로 커플링시켜, 제4 선택 밸브(116)로부터 유체 라인(130)을 통해서 수용된 내부 표준물을 희석된 샘플과 혼합한다. 이어서, 희석된 샘플이 제1 유지 라인(122)으로 도입된다. 이어서, 제1 선택 밸브(110)가 주입 구성으로 전환될 수 있고, 그에 의해서 포트(3) 및 포트(4)가 유체 연통되고 포트(1) 및 포트(2)가 유체 연통되어(예를 들어, 도 2에 도시된 제1 선택 밸브(110)의 주입 구성), 펌프(152)(예를 들어, 연동 펌프)가, ICP 분광분석 기구에 의한 분석을 위해서, 희석된 샘플을 제1 유지 라인(122)으로부터 분무기(118)로 밀어낼 수 있게 한다. 구현예에서, 단일-스테이지 희석 동작 모드는, 시스템(100)이 이하에서 설명된 이중-스테이지 동작 모드 하에서 동작되기 전에, 약 백배까지의 희석 배율을 제공한다. 그러나, 이러한 희석 배율은 제한적인 것이 아니고, 비제한적으로 백배를 초과하는 희석 배율을 포함하는 다른 희석 배율이 이용될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 시스템(100)은 이중-스테이지 희석(예를 들어, 도 2에 도시된 제1 스테이지 및 도 3에 도시된 제2 스테이지)을 이용하는 예시적인 샘플 희석 모드로 도시되어 있다. 이러한 제1 스테이지 샘플 희석은 운반체 유체를 제1 주사기 펌프(104)로부터 수용하고 운반체 유체를 (분배 구성에 있는) 제3 선택 밸브(114)로 전달하기 위한 분배 구성의 제4 선택 밸브(116)를 포함하고, 제3 선택 밸브(114)는, (예를 들어, 유체 라인(134)을 통한) 제2 선택 밸브(112)로의 운반체 유체의 유동이, 제4 선택 밸브(116)로부터 수용되고 제3 선택 밸브(114)를 통해서 전달되는 희석제 유체와 액체 유동을 조합하는 것에 의해서 (예를 들어, 포트(3)에서) 희석되도록 샘플을 제3 유지 라인(132)의 외부로 밀어낼 수 있게 한다. 예를 들어, 희석제는 제2 주사기 펌프(106)의 작용을 통해서 (예를 들어, 포트(7)에 커플링된) 유체 라인(135)을 경유하여 제3 선택 밸브(114)로부터 제2 밸브(112)에 의해서 수용되고, 채널(141)은 포트(7) 및 포트(3)를 유체적으로 커플링시켜, 운반체 유체가 샘플을 제3 유지 라인(132)으로부터 밀 때, 희석제 및 샘플이 포트(3)에서 혼합될 수 있게 한다. (제1 주사기 펌프(104) 및 제2 주사기 펌프(106)에 의해서 촉진되는) 운반체 유체 및 희석제 유체의 상대적인 유량들은 2-스테이지 희석 중의 샘플의 제1 희석 배율을 결정할 수 있다. 구현예에서, 복수의 주사기 펌프(102)의 각각의 펌프는, 각각의 유체 유량을 정밀하게 제어하여 샘플에 대한 희망 희석 배율에 도달하도록, 컴퓨터 제어된다. 희석된 샘플은 (예를 들어, 주입 구성에서) 제2 선택 밸브(112)로부터 제1 선택 밸브(110)로 전달될 수 있고, 시스템(100)이 (도 3에 도시된) 이중-스테이지 희석 동작 모드의 제2 스테이지로 전환될 때까지 유지하기 위해서 제2 유지 라인(124) 내로 로딩된다.
도 3을 참조하면, 제2 희석 스테이지를 허용하기 위한 유동 경로 구성을 제공하는 시스템(100)이 도시되어 있다. 예를 들어, 제4 선택 밸브(116)는 분배 구성에 있고, 제3 선택 밸브(114)는 로딩 구성에 있으며, 제1 선택 밸브(110)는 로딩 구성에 있다. 연관된 하나 이상의 유체 라인의 헹굼, 제3 유지 라인(132) 내로의 새로운 샘플의 로딩, 또는 기타, 또는 그 조합을 촉진하기 위해서, 제2 밸브(112)를 우회할 수 있다. 도시된 바와 같이, 제4 선택 밸브(116)는 운반체 유체를 제1 주사기 펌프(104)로부터 수용하고 운반체 유체를 (충진 구성에 있는) 제3 선택 밸브(114)로 전달하고, 제3 선택 밸브(114)는, (예를 들어, 유체 라인(154)을 통한) 제1 선택 밸브(110)로의 운반체 유체의 유동이, 제4 선택 밸브를 통해서(예를 들어, 유체 라인(144)를 통해서), (예를 들어, 유체 라인(128)을 통해) 제3 선택 밸브(114)로부터 수용된 희석제 유체와 액체 유동을 조합하는 것에 의해서 (예를 들어, 포트(6)에서) 희석되도록 샘플을 제2 유지 라인(124)의 외부로 밀어낼 수 있게 한다. (제1 주사기 펌프(104) 및 제2 주사기 펌프(106)에 의해서 촉진되는) 운반체 유체 및 희석제 유체의 상대적인 유량들은 샘플의 제2 희석 배율을 결정할 수 있다. 구현예에서, 복수의 주사기 펌프(102)의 각각의 펌프는, 각각의 유체 유량을 정밀하게 제어하여 샘플에 대한 희망 희석 배율에 도달하도록, 컴퓨터 제어된다. 제4 선택 밸브(116)에 의한 내부 표준물의 수용 및 (예를 들어, 유체 라인(130)을 통한) 제1 선택 밸브(110)로의 전달을 통해서 선택적인 내부 표준물이 (예를 들어, 포트(5)에서) 첨가될 수 있고, 제1 선택 밸브(110)는 포트(6) 및 포트(5)를 유체적으로 연결하는 채널(145)을 포함할 수 있다. 이어서, 희석된 샘플은 제1 유지 라인(122)으로 도입된다. 이어서, 제1 선택 밸브(110)가 주입 구성으로 전환될 수 있고, 그에 의해서 (예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이) 포트(3) 및 포트(4)가 유체 연통되고 포트(1) 및 포트(2)가 유체 연통되어, 펌프(152)(예를 들어, 연동 펌프)가, ICP 분광분석 기구에 의한 분석을 위해서, 희석된 샘플을 제1 유지 라인(122)으로부터 분무기(118)로 밀어낼 수 있게 한다. 구현예에서, 이중-스테이지 희석 동작 모드의 각각의 희석 스테이지는 독립적인 희석 배율들을 가질 수 있거나, 동일한 희석 배율일 수 있다. 예를 들어, 구현예에서, 약 10,000배까지의 최종 희석 배율을 위해서, 각각의 희석 스테이지가 약 100배 희석까지의 희석 배율을 가질 수 있다. 그러나, 이러한 희석 배율은 제한적인 것이 아니고, 비제한적으로 각각의 희석 스테이지에서 백배를 초과하는 희석 배율을 포함하는 다른 희석 배율이 이용될 수 있다.
내재된 또는 외부적으로 시스템(100)을 구동하는 제어 로직을 통한 자동화된 동작을 돕기 위해서, 전기기계적 장치(예를 들어, 전기 모터, 서보, 작동기, 또는 기타)가 선택 밸브, 주사기 펌프, 및 그 조합과 커플링될 수 있거나 그 내부에 내재될 수 있다. 복수의 밸브가, 본원에서 설명된 것과 같은, 하나 이상의 동작 모드에 따라서, 유체 유동을 주사기(104, 106, 108)로부터 그리고 다른 주사기, 유동 경로 등으로부터 지향시키도록, 전기기계적 장치가 구성될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 시스템(100)은 비-일시적 운반체 매체(non-transitory carrier medium)(404)(예를 들어, 플래시 드라이브, 하드 디스크 드라이브, 솔리드-스테이트 디스크 드라이브, SD 카드, 또는 광학적 디스크, 등과 같은 저장 매체)로부터의 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령어(406)(즉, 제어 로직)를 실행하도록 구성된 프로세서(402)를 가지는 컴퓨팅 시스템(400)을 포함하거나 그에 의해서 제어될 수 있다. 컴퓨팅 시스템(400)은, 직접 연결에 의해서 또는 하나 이상의 네트워크 연결(408)(예를 들어, 근거리 통신망(LAN), 무선 지역 통신망(WAN 또는 WLAN), 하나 이상의 허브 연결(예를 들어, USB 허브) 등)을 통해서, 시스템(100)의 여러 구성요소에 연결될 수 있다. 예를 들어, 컴퓨팅 시스템(400)이 샘플 탐침(138)(또는 상응하는 자동 샘플링 장치), 주사기 펌프(104), 주사기 펌프(106), 주사기 펌프(108), 및 본원에서 설명된 여러 가지 펌프 또는 선택 밸브 중 임의의 것에 통신 가능하게 커플링될 수 있다. 프로그램 명령어(406)는, 프로세서(402)에 의해서 실행될 때, 컴퓨팅 시스템(400)이, 본원에서 설명된 바와 같은, 하나 이상의 동작 모드에 따라 시스템(100)을 제어(예를 들어, 펌프 및 선택 밸브를 제어)하게 할 수 있다. 구현예에서, 컴퓨팅 시스템(400)은, 사용자가 분석하고자 하는 복수의 샘플에 대해서 독립적으로 희망 희석 배율을 연속적으로 입력할 수 있도록 허용하는 샘플 스케줄러(sample scheduler)를 구현한다. 예를 들어, 사용자는 샘플에 대한 희망하는 최종 희석 배율을 입력할 수 있고, 프로세서(402)는, 희망하는 최종 희석 배율을 위해서 단일-스테이지 또는 이중-스테이지 희석 동작 모드가 바람직한지의 여부를 결정할 수 있다. 만약 단일-스테이지 희석 동작 모드로 충분하다면(예를 들어, 희석 배율이, 100배 희석과 같은, 문턱값 희석 배율(예를 들어, 주사기 펌프의 분해능이 단일-스테이지 희석을 위해서 충분하지 않은 희석 배율)을 초과하지 않는다면), 컴퓨팅 시스템(400)은 시스템을 자동적으로 제어하여 (예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같은) 단일-스테이지 희석 동작 모드에 따른 샘플 희석을 제공할 것이다. 만약 단일-스테이지 희석 동작 모드가 충분하지 않다면(예를 들어, 희석 배율이 문턱값 희석 배율을 초과한다면), 컴퓨팅 시스템(400)은 시스템(100)을 자동적으로 제어하여 (예를 들어, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은) 이중-스테이지 희석 동작 모드에 따른 샘플 희석을 제공할 것이다.
본 개시 내용 전반을 통해서 설명된 여러 기능, 제어 동작, 프로세싱 블록, 또는 단계가 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어의 임의 조합에 의해서 실행될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 일부 실시예에서, 여러 단계 또는 기능이 이하 중 하나 이상에 의해서 실행된다: 전자 회로망, 로직 게이트, 멀티플렉서, 프로그래밍 가능 로직 장치, 주문형 집적 회로(ASIC), 제어기/마이크로제어기, 또는 컴퓨팅 시스템. 컴퓨팅 시스템은, 비제한적으로, 개인용 컴퓨팅 시스템, 모바일 컴퓨팅 시?메, 메인프레임 컴퓨팅 시스템, 워크스테이션, 이미지 컴퓨터, 병렬 프로세서, 또는 당업계에 공지된 임의의 다른 장치를 포함할 수 있다. 일반적으로, "컴퓨팅 시스템"이라는 용어는 운반체 매체로부터 명령어를 실행하는 하나 이상의 프로세서를 갖는 임의의 장치를 포함하도록 광범위하게 규정될 수도 있다.
본원에서 설명된 실시예에 의해서 명백해진 것과 같은, 기능, 제어 동작, 프로세싱 블록, 또는 단계를 구현하는 프로그램 명령어는 운반체 매체를 통해서 전달되거나 그에 저장될 수 있다. 운반체 매체는, 비제한적으로, 와이어, 케이블, 또는 무선 송신 링크와 같은 송신 매체일 수 있다. 운반체 매체는 또한, 비제한적으로, 리드-온리 메모리, 랜덤 액세스 메모리, 자기 또는 광학 디스크, 솔리드-스테이트 또는 플래시 메모리 장치, 또는 자기 테이프와 같은 비-일시적 신호 보유 매체 또는 저장 매체를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명이 첨부된 청구범위에 의해서 규정된다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 비록 본 발명의 실시예가 예시되었지만, 개시 내용의 범위 및 사상으로부터 벗어나지 않고도, 다양한 수정이 당업자에 의해서 이루어질 수 있다는 것이 명백하다.

Claims (20)

  1. 샘플의 단일-스테이지 및 이중-스테이지 희석을 위한 시스템이며:
    운반체 유체를 구동하도록 구성된 제1 펌프;
    희석제를 구동하도록 구성된 제2 펌프; 및
    제1 펌프 및 제2 펌프와 유체적으로 커플링된 복수의 선택 밸브로서, 복수의 선택 밸브는 제1 동작 모드에 따라 샘플의 단일-스테이지 샘플 희석을 제공하도록 그리고 제2 동작 모드에 따라 샘플의 이중-스테이지 샘플 희석을 제공하도록 구성되며, 복수의 선택 밸브는 적어도 제1 밸브, 제2 밸브 및 제3 밸브를 포함하고, 제1 밸브는 제2 밸브 및 제3 밸브와 유체적으로 커플링되며, 제2 밸브는 제1 밸브 및 제3 밸브와 유체적으로 커플링되며, 제2 밸브는, 제1 동작 모드 및 제2 동작 모드에서 샘플과 희석제를 혼합하여 희석된 샘플을 제공하기 위해서, 2개의 유체 유동 경로에 커플링된 혼합 포트를 포함하고, 제1 밸브는, 제2 동작 모드에서, 희석된 샘플과 희석제를 혼합하기 위해서 2개의 유체 유동 경로에 커플링된 혼합 포트를 포함하는, 복수의 선택 밸브
    를 포함하는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    제2 밸브가 제1 유체 유지 라인에 커플링되고, 제2 밸브는, 샘플을 제1 유체 유지 라인 내로 로딩시키기 위해서 제1 유체 유지 라인을 샘플 공급원과 유체적으로 커플링시키는 제1 유체 유동 구성을 가지고, 제2 밸브는, 운반체 유체를 제1 유체 유지 라인을 통해서 구동시키기 위해서 제1 펌프와 제1 유체 유지 라인을 유체적으로 커플링시키는 제2 유체 유동 구성을 가지는, 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    제2 밸브는, 제1 동작 모드 및 제2 동작 모드의 각각 중에 제2 유체 유동 구성에 있는, 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    제1 밸브가 제2 유체 유지 라인에 커플링되고, 제1 밸브는, 희석된 샘플을 제2 유체 유지 라인 내로 지향시키기 위해서 제2 유체 유지 라인을 제2 밸브와 유체적으로 커플링시키는 제1 유체 유동 구성을 가지고, 제1 밸브는, 운반체 유체를 제2 유체 유지 라인을 통해서 구동시키기 위해서 제1 펌프와 제2 유체 유지 라인을 유체적으로 커플링시키는 제2 유체 유동 구성을 가지는, 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    제1 밸브는 제3 유체 유지 라인에 커플링되고, 제3 유체 유지 라인은, 제1 밸브가 제2 유체 유동 구성에 있을 때, 제2 유지 라인에 유체적으로 커플링되는, 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    제3 유체 유지 라인은, 제1 밸브가 제1 유체 유동 구성에 있을 때, 분석 기구와 유체적으로 커플링되는, 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    분석 기구가 유도 결합 플라즈마 분석 기구를 포함하는, 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    내부 표준물을 구동하도록 구성된 제3 펌프를 더 포함하고, 제3 펌프는, 제1 동작 모드 및 제2 동작 모드의 각각 중에, 제1 밸브와 유체 연통되는, 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    제1 밸브는, 제2 동작 모드에서, 희석된 샘플 및 희석제의 도입 이후에, 내부 표준물 및 희석된 샘플을 혼합하기 위해서 2개의 유체 유동 경로에 커플링되는 제2 혼합 포트를 포함하는, 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    제3 밸브는, 제1 펌프와 제2 밸브를 유체적으로 커플링시키는 제1 유체 유동 구성을 포함하고, 제3 밸브는, 제1 펌프와 제1 밸브를 유체적으로 커플링시키는 제2 유체 유동 구성을 포함하는, 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    제3 밸브의 제1 유체 유동 구성은 제2 펌프와 제2 밸브를 추가적으로 유체적으로 커플링시키고, 제3 밸브의 제2 유체 유동 구성은 제2 펌프와 제1 밸브를 유체적으로 커플링시키는, 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    제3 밸브는, 제1 동작 모드 중에 그리고 제2 동작 모드의 제1 부분 중에, 제1 유체 유동 구성에 있고, 제3 밸브는, 제2 동작 모드의 제2 부분 중에, 제2 유체 유동 구성에 있는, 시스템.
  13. 샘플의 단일-스테이지 및 이중-스테이지 희석을 위한 시스템이며:
    운반체 유체를 구동하도록 구성된 제1 펌프;
    희석제를 구동하도록 구성된 제2 펌프; 및
    제1 펌프 및 제2 펌프와 유체적으로 커플링된 복수의 선택 밸브로서, 복수의 선택 밸브는 제1 동작 모드에 따라 샘플의 단일-스테이지 샘플 희석을 제공하도록 그리고 제2 동작 모드에 따라 샘플의 이중-스테이지 샘플 희석을 제공하도록 구성되며, 복수의 선택 밸브는 적어도 제1 밸브 및 제2 밸브를 포함하고, 제1 밸브는 제2 밸브와 유체적으로 커플링되며, 제2 밸브는, 제1 동작 모드 및 제2 동작 모드에서 샘플과 희석제를 혼합하여 희석된 샘플을 제공하기 위해서, 2개의 유체 유동 경로에 커플링된 혼합 포트를 포함하고, 제1 밸브는, 제2 동작 모드에서, 희석된 샘플과 희석제를 혼합하기 위해서 2개의 유체 유동 경로에 커플링된 혼합 포트를 포함하는, 복수의 선택 밸브
    를 포함하는, 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    제2 밸브가 제1 유체 유지 라인에 커플링되고, 제2 밸브는, 샘플을 제1 유체 유지 라인 내로 로딩시키기 위해서 제1 유체 유지 라인을 샘플 공급원과 유체적으로 커플링시키는 제1 유체 유동 구성을 가지고, 제2 밸브는, 운반체 유체를 제1 유체 유지 라인을 통해서 구동시키기 위해서 제1 펌프와 제1 유체 유지 라인을 유체적으로 커플링시키는 제2 유체 유동 구성을 가지는, 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    제2 밸브는, 제1 동작 모드 및 제2 동작 모드의 각각 중에 제2 유체 유동 구성에 있는, 시스템.
  16. 제14항에 있어서,
    제1 밸브가 제2 유체 유지 라인에 커플링되고, 제1 밸브는, 희석된 샘플을 제2 유체 유지 라인 내로 지향시키기 위해서 제2 유체 유지 라인을 제2 밸브와 유체적으로 커플링시키는 제1 유체 유동 구성을 가지고, 제1 밸브는, 운반체 유체를 제2 유체 유지 라인을 통해서 구동시키기 위해서 제1 펌프와 제2 유체 유지 라인을 유체적으로 커플링시키는 제2 유체 유동 구성을 가지는, 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    제1 밸브는 제3 유체 유지 라인에 커플링되고, 제3 유체 유지 라인은, 제1 밸브가 제2 유체 유동 구성에 있을 때, 제2 유지 라인에 유체적으로 커플링되는, 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    제3 유체 유지 라인은, 제1 밸브가 제1 유체 유동 구성에 있을 때, 분석 기구와 유체적으로 커플링되는, 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    분석 기구가 유도 결합 플라즈마 분석 기구를 포함하는, 시스템.
  20. 제13항에 있어서,
    내부 표준물을 구동하도록 구성된 제3 펌프를 더 포함하고, 제3 펌프는, 제1 동작 모드 및 제2 동작 모드의 각각 중에, 제1 밸브와 유체 연통되는, 시스템.
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