TW201920925A - 用於分析性樣品製備之儀器 - Google Patents

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喬瑟夫 Ｊ 蘭柏特
馬修 Ｎ 比爾德
保羅 Ｃ 艾利歐特
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Abstract

本發明揭示一種用於基於萃取之分子樣品製備及相關程序之儀器。該儀器包含一導熱耐壓加熱腔室及一導熱樣品杯，該導熱樣品杯定位於該導熱耐壓加熱腔室中用於在該導熱樣品杯中將液體及固體一起加熱。該導熱耐壓加熱腔室中之一液體遞送入口配件將液體(溶劑)自一供應源遞送至該導熱耐壓加熱腔室中之該導熱樣品杯，且與該導熱耐壓加熱腔室中之該導熱樣品杯液體連通之一冷卻器在該腔室對大氣壓力敞開時自該導熱耐壓加熱腔室接收經加熱液體。

Description

用於分析性樣品製備之儀器
本發明係關於分析化學且特定言之，係關於用於分子分析之樣品製備。
為了實行任何產品之分子分析(識別一樣品中之一或多個化合物之任務)，產品之一樣品必須呈使得其可容易地藉由層析法、光譜法、質譜法及/或核磁共振儀器分析之一形式。
由於此等分析儀器需要實質上純隔離分析物，故必須實行一些中間步驟(通常稱為「樣品製備」)以將所關注化合物與其中可發現其等之樣品基質隔離且製備其等以供儀器分析。
識別一樣品中之一或多個化合物之任務帶來與樣品製備相關之一組大得多的可能性及挑戰。「自然產生」化合物(由植物或動物產生之化合物)之數目無法量測地大，且現代有機及無機合成之能力已(象徵地或確實地)產生類似數目個合成化合物。
存在對於所關注化合物之識別或量化量測之極大興趣，此係因為其係關於工業程序，且用於廢水、土壤及空氣中之污染物之環境測試。
甚至一小群組之可辨識代表性樣品將包含食品中之農藥、食品中之其他合成化學品(抗生素、激素、類固醇)、土壤中之合成組合物(苯、甲苯、精煉烴)及日常物品中之非所要組合物(例如，聚碳酸酯瓶及其他塑膠食品包裝中之雙酚A(「BPA」))。
一般言之，萃取已係樣品製備之一主要形式；即，藉由將一樣品與一溶劑混合而自樣品汲取一或多個所關注化合物，(若干)所要化合物將自樣品萃取至該溶劑，使得其可藉由一分析技術量測。
對於數個世代(且持續至今)，呈萃取之形式之樣品製備已藉由在19世紀發明的眾所周知的索氏(Soxhlet)方法實行。在索氏技術中，溶劑之一單一部分重複循環通過一樣品基質直至萃取完成。就索氏方法具有一優點而言，其容許一萃取自行繼續，只要燒瓶被加熱且冷凝器係冷的。
此萃取方法可耗費數小時來完全萃取所關注化合物。來自可燃溶劑、危險廢料及易碎玻璃器皿之其他安全問題係此方法之顯著缺點。
另一眾所周知的萃取方法使用超音波處理，即，使用導致攪拌之超音波(＞20 kHz)對一液體樣品進行輻射。雖然超音波處理具有加速萃取程序之一優點，但缺點係其係一勞力密集型、手動程序且使用大量溶劑。
近年來，已利用分析規模微波輔助萃取(MAE)。MAE使用微波能量來加熱與一樣品接觸之溶劑以便將分析物自樣品基質分配(partition)至溶劑中。MAE之主要優點係快速加熱樣品溶劑混合物之能力。當使用閉合加壓器皿時，可在加速所關注化合物自樣品基質之萃取之高溫下執行萃取。MAE加速萃取程序，但亦具有其缺點。在微波加熱程序中，通常需要一極性溶劑以透過偶極之反轉及存在於溶質及溶劑中之帶電離子之位移而提供偶極旋轉及離子傳導，從而限制非極性溶劑使用。MAE使用昂貴、高壓器皿，該等器皿不提供過濾萃取物之一構件，且其等必須在可釋放壓力之前冷卻。
在二十世紀九十年代，開發出用於萃取分析物之自動化裝置。此等裝置併入在高溫及高壓下在加壓單元中之溶劑萃取且被稱為「加壓流體萃取」(「PFE」)或「加速溶劑萃取」(「ASE」)。PFE已經展示為類似於索氏萃取，惟溶劑處於其中其等展現高萃取性質之高溫下除外。此程序首先由Dionex (Richter DE等人，Anal Chem 1996年，68，1033)開發。市售一種此PFE自動化萃取系統(Dionex ASE)。
PFE最初用於土壤、沈積物及動物組織中之環境污染物(EPA方法3545、除草劑、農藥、烴)，但已擴展至用於食品、醫藥產品及其他生物樣品中。
PFE提供一有效萃取，但仍未克服與製備用於分析之一樣品需要之許多步驟相關聯之主要瓶頸。PFE利用多組件單元及許多步驟。單元使用樣品及其他填充材料緊密填充以消除單元中之任何空隙區域，增強分離且避免溝流(channeling)。製備用於分析之一單元可通常耗費15分鐘。在添加溶劑之前，將單元在高達1500 psi之壓力下預加壓且加熱至高達200ºC。萃取係基於層析原理以迫使熱溶劑通過管柱。循環時間可耗費高達20分鐘且高壓之要求導致關於成本及維護之次要缺點。
較新PFE或ASE技術試圖解決一些此等困難，但仍需要單元被緊密填充，從而添加各萃取需要之複雜性及整體時間。
樣品製備雖然已開發多年，但仍是分子分析中之主要瓶頸。因此，雖然索氏、超音波處理、MAE及PFE技術具有其等優點，但各仍相對耗時。因此，當需要或期望多個樣品以提供必要或所要資訊時，實行任何給定基於萃取之分子製備步驟所需之時間減少可在任何給定時間量中製備之樣品之數目，因此減少任何給定時間間隔中可用之資訊之量。就量測在一連續程序中有幫助或有必要而言，此表示樣品之間或在可識別一異常或麻煩的結果之前之一較長間隙。
近幾十年來，液相層析法之進步已導致經填充管柱在稱為固相萃取(「SPE」)之一技術中之類似使用。最初，層析法用於分離混合樣品中之餾分以用於分析目的，且其確實仍非常非常良好地用於此目的。
在SPE中，修改層析法技術以自一基質萃取一分析物。然而，SPE基本上仍是一液相層析法技術，其中分子基於其等極性、經填充管柱(固定相)之粒徑及極性、流動液體(移動相)之極性、管柱之大小(長度及直徑)及特定因素(諸如「滯留體積」、「線性速度」及「流速」)而在管柱內擴散(以不同速度行進)。見(例如) Arsenault, J.C. 2012年，Beginner’s Guide to SPE，Milford MA：Waters Corporation. (Arsenault 2012年)。
雖然SPE有用，但其具有限制特性，該等限制特性之一些包含以下因素。首先，SPE之一適當描述係「液-固相萃取」，此係因為容納分析物之樣品基質幾乎始終係一液體。
第二，由於SPE基本上係一液相層析法技術，故其針對每一測試需要管柱填充步驟或一新管柱，以及一潛在預膨(pre-swelling)步驟，此取決於固定相所選擇或需要之材料。針對不同分析物，SPE通常需要不同方法及操縱步驟。
第三，通過經填充管柱之一更控制性(緩慢)流動趨於產生餾分間之更佳分離。因此，在一非常現實意義上，較緩慢SPE比較快SPE更佳。
最後，若需要一額外驅動力(即，除了簡單重力流之外)以使溶劑移動通過SPE管柱，則必須併入一外部液體或氣體泵或一離心機或一真空吸力，此繼而使技術及任何支援系統之複雜性增加至某一較小或較大量。
最近，被稱為「Quechers」或「QuEChERS」(「快速-容易-便宜-有效-堅固-安全」)之一分散固相萃取(「dSPE」)方法已變為分子樣品之萃取製備之一標準。分散SPE解決SPE之一些缺點，但仍需要一萃取步驟，使用一適當離子鹽對pH之調整係勞力密集型(即使相較於其他方法係有利的)且需要兩個單獨離心步驟。
Quechers在許多方面比索氏萃取更不複雜，但仍需要一多步驟程序。在文獻中，此有時被稱為一「三步驟程序」(例如，美國專利申請公開案第20160370035號之0153段落)，但實際上Quechers至少需要以下項：均質化含有所關注分析物之基質；添加萃取溶劑；手動攪拌；緩衝；一第二攪拌步驟；一離心分離步驟；傾析；分散固相萃取(「dSPE」)淨化；一第二離心分離步驟；及在離心步驟之後傾析上澄液。
除了溶劑、樣品及各種混合物之多步驟處置及轉移之外，離心步驟之各者亦耗費一推薦之五分鐘；使得完整Quechers樣品製備耗費至少約15至20分鐘。
相應地，雖然索氏、SPE及Quechers (dSPE)方法具有其等優點，但各仍相對耗時。因此，當需要或期望多個樣品以提供必要或所要資訊時，實行任何給定基於萃取之分子製備步驟所需之時間減少可在任何給定時間量中製備之樣品之數目，因此減少任何給定時間間隔中可用之資訊之量。就量測在一連續程序中有幫助或有必要而言，此表示樣品之間或在可識別一異常或麻煩的結果之前之一較長間隙。
總而言之，除了其他缺點之外，當前樣品製備技術亦緩慢、需要大量分離步驟，使用過量溶劑、難以自動化且在高液壓下操作。
相應地，持續存在對於有效快速的基於萃取之分子製備技術之一需要。
在一個態樣中，本發明係一種用於溶劑萃取之組合。該組合包含一經加熱、壓力密封反應腔室；一樣品杯，其在該反應腔室中，該樣品杯包含一個敞開過濾端及與該敞開過濾端相對之一嘴；一萃取樣品，其在該樣品杯中；及一萃取溶劑，其在該樣品杯內部及在該樣品杯外部介於該樣品杯之外部與該反應腔室之內部之間。
在一個態樣中，本發明係一種用於基於萃取之分子樣品製備及相關程序之儀器。該儀器包含具有一耐壓腔室封閉件之一導熱耐壓加熱腔室。一樣品杯定位於該導熱耐壓加熱腔室中且用於在該樣品杯中將液體及固體一起加熱。一液體遞送入口配件與該導熱耐壓加熱腔室連通以將液體(溶劑)自一供應源遞送至該導熱耐壓加熱腔室中之該樣品杯。與該導熱耐壓加熱腔室連通之一氣體遞送頭定位於該樣品杯之底部處或附近以將一惰性氣體自一供應源遞送至該樣品杯以攪拌該樣品杯之內容物。一冷卻器與該導熱耐壓加熱腔室中之該樣品杯液體連通用於在該腔室對大氣壓力敞開時自該導熱耐壓加熱腔室接收經加熱液體。
在又一態樣中，本發明係一種用於基於萃取之分子樣品製備及相關程序之儀器，其包括：複數個樣品杯及複數個收集瓶，其等承載於一共同支架中；一機器人臂，其用於將該等樣品杯之一者自(實務上來往於)該支架移動至一敞開壓力腔室；一耐壓腔室封閉件，其垂直地往復運動以敞開及閉合該壓力腔室；一液體入口配件，其用於在該壓力腔室閉合時將液體遞送至該壓力腔室；一加熱器，其用於在該壓力腔室閉合時提高該壓力腔室中之液體之溫度；一氣體入口配件，其用於在該壓力腔室閉合時將一攪拌氣流遞送至該壓力腔室；及一排放口，其用於在由該腔室中之經遞送之經加熱液體產生之壓力下自該壓力腔室釋放液體。
在又一態樣中，本發明係一種樣品製備儀器，其包含具有一個敞開過濾端及與該過濾端相對之一嘴之一樣品杯。一反應腔室包圍該樣品杯，使得該反應腔室及該樣品杯界定該反應腔室之內表面與該樣品杯之外表面之間之敞開夾套部分。該反應腔室包含：一排放底板，其與該樣品杯之該敞開過濾端連通；一壓力密封蓋，其在該樣品杯之該嘴上方；一第一溶劑入口，其自該壓力密封蓋至該樣品杯之內部；及一第二溶劑入口，其自該排放底板至該反應腔室中。一反應腔室加熱器與該反應腔室熱接觸，使得可將溶劑自該第一溶劑入口及該第二溶劑入口兩者添加至該樣品杯中且自該第二溶劑入口添加至該等夾套部分中，使得該加熱器可加熱該反應腔室及該等夾套部分中之溶劑，且使得該等夾套部分中之經加熱溶劑可加熱該樣品杯且加熱該樣品杯內部之溶劑及萃取樣品，且使得來自該第二入口之溶劑可透過該敞開過濾端進入該樣品杯且有利地攪拌該樣品杯中之萃取溶劑及樣品。
基於結合隨附圖式進行之以下詳細描述，本發明之前述及其他目的及優點以及完成其之方式將變得更清晰。
相關申請案 本申請案係與與本申請案同時申請之關於Rapid Sample Preparation for Analytical Analysis Using Dispersive Energized Extraction之申請案第15/644,920號及與本申請案同時申請之關於Rapid Energized Dispersive Solid Phase Extraction (SPE) for Analytical Analysis之申請案第15/644,950號相關。
一般言之，以自本說明書之背景內容清楚、或如明確陳述或使用標準英語詞典定義之一方式在本文中使用術語。
術語「溶劑」係以其眾所周知之化學意義使用；例如，「能夠溶解另一物質(溶質)以按分子或離子大小位準形成一均勻分散混合物(溶液)之一物質」。形容詞「有機」以其眾所周知之意義使用以「涵蓋全部碳化合物」(除了碳與氧、硫及金屬(及在一些情況中，鹵素)之某些小分子組合之外)。見Lewis、Hawley的Condensed Chemical Dictionary，第15版，2007年，John Wiley & Sons。
「樣品基質」係待針對分析物之存在及視情況量進行測試之材料。
「分析物」係所關注分子化合物。
「溶劑萃取物」係在萃取之後分析物在一溶劑中之溶液。
「樣品杯」係用於樣品基質及溶劑之容器。
「收集器皿」係在冷卻之後收集溶劑萃取物之容器。
一「液體樣品基質」係其中分析物存在於一液體而非一固體基質中之一樣品。
圖1係繪示用於基於萃取之分子樣品製備及相關程序之一例示性儀器(大體上標註為30)之數個元件之一正透視圖。圖1展示儀器包含一致動器外殼31、一腔室外殼32、一主外殼33、一基底外殼34及擱置於複數個腳36上之一基底板35。所繪示實施例亦攜帶一名稱標籤41。
圖1亦繪示具有一耐壓腔室封閉件(大體上標註為43)之一導熱耐壓加熱腔室(大體上標註為42)之部分。一共同支架44固持複數個樣品杯45及複數個收集瓶46。
如本文中使用，術語「導熱(heat conductive或thermally conductive)」以其等眾所周知之意義使用以表示熱相對快速地通過其之材料。當然，其反義詞係術語「絕緣」，其同樣被眾所周知地描述為熱更緩慢地通過其之材料。在該基礎上，鑑於此傳導性係大多數金屬及合金之顯著特性之一者，許多金屬及合金對於器皿尤其有用。替代地，許多聚合物材料被視為絕緣且在本發明之背景內容中通常較不有用。許多金屬及合金之導熱性被發表且廣泛傳播，且熟習此項技術者可選擇一適當金屬或合金而無需過度的實驗。
一Y-Z軸機器人臂47承載一X軸機器人臂50。為了來往於共同支架44將樣品杯移動(在所繪示實施例中，一次一個)至敞開壓力腔室42之目的，藉由一處理器(CPU，圖8)控制機器人臂47、50。機器人臂47、50亦用於關於流體及收集瓶(圖8)之移動之其他功能。
所繪示實施例之其他態樣包含溢流池51、用於輸入及輸出至處理器之觸控螢幕52、一透明蓋(為了清楚起見未繪示)、支架44上之一把手53、一開閉開關(on off switch) 54及通信埠55。圖1亦繪示用於儀器內之某些流體移動(圖10)之一注射器40之部分。一沖洗配件56定位於腔室外殼32內。
圖1亦繪示用於冷卻腔室外殼32內之一些電子器件之一腔室排氣口57及一進氣口60之部分。
圖2係類似於圖1之一透視圖，但展示一些稍微不同的細節，諸如第二流體頭槽75及用於Y-Z機器人臂47之軌道61。
圖3係儀器30之一後透視圖。一輔助閥62提供用於將液體樣品或其他起始材料添加至壓力腔室42中之一樣品杯45之構件。一通氣閥63容許氣體之釋放，使得液體可排出流體管線中及來自壓力腔室42之氣體。氣體攪拌閥64容許液體自腔室釋放，或容許氣體起泡至壓力腔室42中，或可被完全關閉。輔助閥62、通氣閥63及氣閥64通常係球閥，但應理解，可使用其他類型之閥且熟習此項技術者可做出用於儀器之一小功能閥(及相關流體處置配件)之選擇而無需過度的實驗。
多埠閥65 (例如，一旋轉閥)容許視需要引導各種液體。多埠閥與用於預期目的之複數個管及配件相關聯，且其等同樣可由熟習此項技術者選擇且使用(以所繪示配置或以與儀器30之剩餘結構及目的一致之其他配置)而無需過度的實驗。為了清楚起見，未繪示用於供應溶劑或移除溶劑萃取物之每一個可能連接。
圖3提供包圍壓力腔室42之散熱器66之一特別良好視圖。如本文中描述，儀器30在耐熱壓力腔室42中加熱溶劑及樣品基質，但亦提供溶劑至環境溫度或接近環境溫度之一非常方便的快速返回。散熱器增強冷卻功能。
圖3亦展示在壓力腔室42之底部處或附近之一液體出口67以及將其連接至液體出口閥64之相關聯管路。
用於幫助冷卻額外電子器件之一排氣孔70在主外殼33之部分中。一電源供應器插頭71在主外殼33之下部分中且繪示一實驗室瓶68以在(例如，用於供應溶劑或收集廢料之)背景內容中展示本發明。
圖4係儀器30之一側視圖。已關於圖1至圖3描述圖4中之大多數物品，但圖4另外繪示Y-Z機器人臂47上之分配龍頭72及機器人爪73。如關於圖8描述，(當所要閥經配置用於此目的時)分配龍頭72經連接以將溶劑萃取物及分析物自排放口110 (圖14)遞送至冷卻器130 (圖10)中之冷卻旋管 (160，圖24)且接著在腔室42已對大氣壓力敞開之後遞送至收集瓶46之一者。術語「龍頭」以用於控制來自一管道之液體之流動之一器件之其詞典意義在本文中使用，其具有包含「水龍頭」或「旋閥」之常見同義詞。
圖5係根據本發明之儀器30之一正視圖。再次，圖5繪示先前描述之物品，但添加或闡明一些細節。特定言之，圖5繪示平行滑槽74及75。槽74、75以使配件在腔室外殼32內垂直移動之一方式固持液體施配配件，且在圖6中更佳繪示。
圖5亦繪示在所繪示實施例中，支架44以一豎管式配置固持樣品杯45及收集瓶46，其中最接近腔室外殼30之樣品杯45及收集瓶46最高，且在溢流池51附近之樣品杯45及收集瓶46最低。
圖6係類似於圖3之一後視圖，且其中為了可見性之目的已移除主外殼33蓋之部分。特定言之，圖6稍微更清楚地繪示滑動槽74、75以及其等滑動配件76及77。在槽74、75中之滑動配件76、77在導熱耐壓加熱腔室42中提供用於遞送來自一供應源(諸如圖3及圖6兩者中繪示之供應瓶68)之液體(最常見為溶劑或清洗液)之一液體遞送入口配件。
圖7係與圖6相同之一視圖，惟圖7繪示作為主外殼33之部分之一後蓋80，其中後蓋80具有用於通氣及熱傳遞(冷卻)之複數個開口81。
在實行製備一樣品用於分子分析時，將樣品基質放置於樣品杯45中，接著將該樣品杯45放置於導熱腔室42中，在此之後封閉件43密封腔室42以進行加壓。透過輔助閥62、相關聯管路(未編號)及遞送頭(例如，182，圖24)將來自一供應源(例如，68)之一溶劑遞送至樣品杯45 (且因此至樣品基質)。類似地，可將一液體基質樣品遞送至輔助閥62且隨後至腔室42。
圖8係沿著圖2之線11-11獲取之一截面視圖。圖8繪示一導螺桿105及其馬達106 (兩者皆大體上展示)協作以在壓力腔室42中之樣品杯45上方移動耐壓腔室封閉件43。
樣品杯45定位於導熱耐壓加熱腔室42中以在樣品杯45中將液體及固體一起加熱。
圖8進一步繪示樣品杯放置於壓力腔室42中。在所繪示實施例中，壓力腔室(圖14中更詳細展示)包含一漏斗形下部分110，液體可朝向一橫向管111且接著朝向一液體出口埠112 (圖14)排放至該漏斗形下部分110中。當經排放液體係含有分析物之萃取溶劑時，適當閥將引導溶劑萃取物至X軸機器人臂50上之龍頭72以將萃取溶劑及分析物遞送至收集瓶46之一者。
若期望或需要樣品杯45中之材料之額外或二次攪拌，則可併入超音波產生器113及其發射桿114。超音波產生器基於其大小、成本及可靠性之組合通常係一壓電產生器，但此係例示性的而非限制本發明之此態樣。
圖8中繪示之其他細節包含一列樣品杯45、一冷卻風扇115、透明外殼116之位置、電源供應器117、控制板120及處理器121之一截面視圖。
圖9係沿著圖5之線12-12獲取之一水平截面視圖，且提供關於本發明之額外細節。在圖9中亦繪示與先前圖式相同之數個元件。
圖9繪示導熱壓力腔室42與展示為環形結構122之一加熱器熱接觸，該環形結構122藉由散熱器66與嚴格意義上的腔室42分離。
一空氣泵123可作為整個排氣系統之部分沖洗壓力腔室，且用於閥及其他機械物品之一驅動馬達124經繪示為鄰近注射器40。將額外電子器件指示為125，且一冷卻風扇126幫助維持主外殼33內部之一有利溫度，其中風扇之通氣孔在圖中繪示為空白。
圖9亦展示Y-Z機器人臂軌道61。
圖10係沿著圖6之線13-13獲取之一後截面視圖且給出已描述之數個元件之一稍微不同的視圖。圖10相應地包含致動器外殼31、腔室外殼32及主外殼33。繪示導螺桿105及導螺桿馬達106，其中腔室頂部43在腔室42及樣品杯45上方處於敞開位置中。
相較於先前圖式，圖10最有助於繪示以旋管外殼130之形式展示之冷卻器。旋管160與耐壓加熱腔室42中之樣品杯45液體連通且在腔室42對大氣壓力敞開時自耐壓加熱腔室42接收經加熱液體。旋管外殼130中之旋管具有一長度，該長度足以在常見萃取溶劑沿著冷卻旋管之長度行進時，將溶劑之溫度降低至具有自約50°C與180°C之間至約25°C與40°C之間之一例示性(但非限制性)範圍之有用處置溫度。
圖10亦繪示注射器40、注射器活塞131、注射器驅動器132及注射器驅動馬達133。圖10包含先前描述之數個元件(包含輔助閥62、通氣閥63、氣閥64、多埠閥65及Y-Z軸機器人軌道61)之截面視圖。
圖11表示沿著圖4之線14-14獲取且繪示儀器30之中心部分(繪示與先前描述之元件相同之許多元件)之一隔離截面視圖，且圖12表示提供稍微更大細節之一放大部分。圖14及圖15繪示處於敞開位置中之腔室42及腔室封閉件43。
圖13類似於圖11，但展示導螺桿105已移動至將腔室封閉件(腔室頂部) 43放置於腔室42之剩餘部分上以繪示其中實行萃取及相關程序之位置。
圖14係圖13之中心部分之一放大視圖。
圖15係在定位於由散熱器66 (其繼而由加熱器133包圍)包圍之耐壓加熱腔室42中之樣品杯45之一水平面上獲取之一截面視圖。由於散熱器有利地導熱，故其有效地來往於腔室42且因此來往於樣品杯45之內容物傳遞熱。
使用及實驗
在儀器30之一例示性使用中，將一萃取溶劑及一樣品基質放置於樣品杯45中，且將樣品杯45定位於耐壓加熱腔室42中。典型(但非限制)樣品基質包含食品、食品包裝及土壤。
如熟習此項技術者認知(例如，美國EPA方法3545)，樣品應使用一溶劑系統萃取，該溶劑系統給出所關注分析物按所關注濃度自樣品基質之最佳可再生回收。萃取溶劑之選擇取決於所關注分析物且無單一溶劑普遍適用於全部分析物。
用於分子分析之典型(但非限制)固液萃取溶劑包含水、弱酸、弱鹼、丙酮、己烷2-丙醇、環己烷、二氯甲烷、乙腈、甲醇及其等之混合物。
用於液/液萃取之常見溶劑係水、弱酸、弱鹼、乙酸乙酯、甲基第三丁基醚(「MTBE」)、二氯甲烷(dichloromethane)(「二氯甲烷(methylene chloride)」)、己烷及其等之混合物。在腔室42中之樣品杯45中混合萃取溶劑及樣品基質。儀器之一優點係對鬆散(相對於緊密填充)樣品實行萃取之能力。雖然術語「鬆散」係相對的，但其以其正常意義在此處用作無任何束縛或約束物且自由或自緊固或附接釋放(Urdang，THE RANDOM HOUSE COLLEGE DICTIONARY，Random House Inc.(1972年))。由於樣品基質鬆散，故自頂部、底部或兩者添加溶劑幫助在溶劑中分散樣品基質。
儀器亦可用於藉由以下項而促進樣品在溶劑中分散：施加一熱梯度；使用原本對樣品基質、分析物或溶劑呈惰性之一氣體之一攪拌流；或在一些應用中超音波振動。熟習萃取技術者將認知，可基於已知參數選擇一攪拌氣體，且在一些情況中，壓縮空氣將係適當的而在其他情況中，氮氣、惰性氣體之一者(例如，氦氣、氬氣)或氫氣可係最佳的(小心氫氣之可燃特性)。
可使用其他混合技術(例如，磁性攪拌器或其他機械器件)，但將需要更複雜儀器。
接著在腔室42中之樣品杯45中將樣品基質及溶劑加熱至蒸發溶劑產生一高於大氣壓力之一溫度。50°C至180°C之一溫度係例示性的(美國環保局針對土壤建議120°C)，在該溫度下，典型有機萃取溶劑產生50至250磅/平方吋(psi)之一對應壓力。在迄今為止之實驗中，到達此溫度之時間係約90秒，此時萃取實質上完成(應理解，萃取係一平衡程序)。接著使用由來自溶劑之蒸氣產生之壓力以將溶劑萃取物自樣品杯排放至冷卻器130中之冷卻旋管(160，圖24)，該冷卻旋管具有足以在溶劑萃取物在旋管中時將萃取物之溫度降低至接近環境(例如，25ºC)之一長度。接著通常在一收集器皿46中自旋管160收集溶劑萃取物。在例示性實驗中，具有約10呎之一長度之金屬管路趨於提供約30秒之一停留時間，該停留時間足以將溶劑萃取物冷卻至環境溫度或接近環境溫度。因此，旋管通常用於空間節省目的，但一旋管形狀係選用而非強制性的。
樣品基質及萃取溶劑可以在此領域中典型之量添加。舉例而言，以提供約5或10公克(g)之間之所關注樣品基質之一方式收集一固體基質。萃取溶劑之量將係成比例的；通常約30至100毫升(mL)。
當輔助閥62對大氣壓力敞開時發生排放步驟，使得導熱腔室42中之加壓溶劑蒸氣將液體溶劑萃取物推出通過埠配件112且接著至冷卻旋管160。
儀器30亦可用於基於萃取之樣品製備，其包含將一溶劑、吸附劑顆粒及含有一分析物之一樣品基質放置於樣品杯45中之步驟，其中改良步驟為加熱耐壓腔室42中之器皿、樣品基質、吸附劑顆粒及溶劑直至溫度產生一高於大氣壓力，該高於大氣壓力與增加之溫度一起將分析物實質上自樣品基質驅動至溶劑中。
在此態樣中，根據本發明之儀器30提供SPE及分散SPE兩者之一更快且更簡單替代例。吸附劑顆粒可係在此等方法中通常用於固定相之吸附劑顆粒。
特定言之，吸附劑顆粒之選擇可係基於此項技術中熟知之因素，且大部分基於萃取溶劑之極性及預期分析物之極性。一般言之，具有類似極性之分子彼此吸引且此因素用於數個基於分離之分析及樣品製備領域中，包含液相或氣相層析法、固相萃取、分散固相萃取及本發明。
一般言之，鹽被視為極性最高，緊接著為酸，且接著較小的為醇。氟化有機化合物極性最小，緊接著為脂族及芳香族化合物。
此等類別之各者內之溶劑類似地係眾所周知的。類似地，固定相(諸如二氧化矽)之特性係眾所周知的。特定言之，未鍵結二氧化矽趨於親水(極性)，但可藉由添加各種官能基以將特性朝向較低極性改變來修改；例如，上文之Arsenault 2012年，在138頁。
顯然，熟習此項技術者可進行廣範圍的選擇，且由於儀器30使用與其他方法相同之溶劑及固定相，故可進行適當選擇而無需過度實驗。
在另一態樣中，儀器30亦可製備包含所關注分析物之液體基質。在此態樣中，方法包含將一液體樣品基質添加至攜帶一萃取溶劑之複數個顆粒之步驟。此等顆粒亦稱為溶劑浸漬樹脂(「SIR」)。攜帶顆粒之溶劑定位於樣品杯中。在樣品杯中攪拌、加熱且加壓顆粒及液體基質以自經加熱液體樣品基質萃取分析物且將分析物萃取至由粒子攜帶之溶劑中。
此後，藉由對大氣壓力敞開腔室42而排放經加壓之經加熱液體基質且此液體透過多孔底板147離開樣品杯。
在下一步驟中，將一釋放溶劑添加至攜帶萃取溶劑及分析物之多孔顆粒。針對釋放溶劑及顆粒重複攪拌、加熱及加壓步驟以將分析物釋放至釋放溶劑中。接著藉由對大氣壓力敞開導熱腔室42而排放釋放溶劑以容許釋放溶劑在冷卻旋管160中行進直至經排放釋放溶劑達到環境溫度或接近環境溫度，在此之後其被收集以供分析。
適當顆粒在此項技術中通常眾所周知且由呈一篩孔大小(或篩孔大小之範圍)之一物理耐久非水溶性聚合物樹脂形成，該篩孔大小由多孔套管截留，且通常具有孔徑之一廣分佈。當然，聚合物應在萃取步驟中產生之溫度及壓力下保持穩定。
典型顆粒由樹脂形成，諸如疏水交聯聚苯乙烯共聚物樹脂；基於與二乙烯基苯交聯之苯乙烯之聚合物；及聚合的甲基丙烯酸酯。見(例如) Kabay等人之Solvent-impregnated resins (SIRs) – Methods of preparation and their applications；Reactive&Functional Polymers 70 (2010年) 484至496頁。
如在先前實施例中，排放釋放溶劑之步驟包含以先前描述之方式將經加熱釋放溶劑排放至冷卻旋管160。此刻，含有分析物之釋放溶劑處於準備用於習知設備中之分子分析之一溫度。
基本上，儀器30可用於製備在預期溫度及壓力下穩定之任何分析物。
本文中描述之方法適合之分析物之一些實例包含芳香族及脂族化合物，諸如：苯、甲苯、乙苯、(若干)二甲苯、異丙苯、檸檬烯、硝基苯、(若干)甲酚、高級烷基化酚、辛醇、壬醇、癸醇、己烷、庚烷、甲基異丁基酮(MIBK)、四氫噻吩、cs2、四甲基四氢呋喃及甲基第三丁基醚(MTBE)等。
儀器30亦可製備含有諸如以下項之鹵化/氯化化合物之樣品：一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷、二氯乙烷(1,1及1,2)、三氯乙烷、四氯乙烷、氯乙烯、二氯乙烯、三氯乙烯、四氯乙烯、三氯丙烷、氯丁二烯、六氯丁二烯、一氯苯、二氯苯、氯苯、氯代萘、六氯環己烷、一氯苯酚、二氯苯酚、三氯苯酚、二氯-二-異丙醚及二噁英。
儀器30亦可製備含有諸如以下項之多環芳烴之樣品：PCB、萘、苊、乙烷合萘、芴、菲、蒽、熒蒽、芘、苯并(a)蒽、屈(chrysene)及二苯并噻吩。
溶劑可選自由以下項組成之群組：水、弱酸、弱鹼、乙酸乙酯、甲基第三丁基醚(「MTBE」)、二氯甲烷、己烷、丙酮、己烷2-丙醇、環己烷、乙腈、甲醇及其等之混合物，但不限於該特定群組。
儀器30亦可用於將吸附劑顆粒添加至具有固體基質及萃取溶劑之樣品杯之技術。一適當萃取溶劑及樹脂顆粒之使用將自固體基質轉移分析物至樹脂顆粒，接著可將萃取溶劑排放至廢料，且將一釋放溶劑添加至固體基質及吸附劑顆粒之混合物以將分析物釋放至釋放溶劑中。剩餘步驟相同。
實驗
實例1-表1：環境應用；自土壤萃取BNA
表1繪製來自自土壤萃取鹼、中性物質及酸(「BNA」)之資料，其比較索氏(EPA 3540C)、本發明(實例1)及加速溶劑萃取(ASE；EPA 3545)。經指示ASE之體積及時間係自使用在Dionex應用註解317中闡述之參數之一運行獲取。使用氣相層析法接著為質譜法(GCMS；EPA 8270)實行分析。
儀器30比其他方法使用顯著更少的溶劑且耗費顯著更少的時間。特定言之，ASE萃取單元之製備通常係冗長的，其具有10個以上組件及步驟，而儀器30僅使用三個簡單件。平均而言，一ASE萃取單元之製備耗費約15分鐘，而本發明在數秒內準備好。
表2：環境應用：自土壤萃取BNA；CRM回收率資料(%)
表2概括自Waters Corporation (Milford，MA 01757 U.S.A.；ERA目錄號727)獲得之有證參考物質(certified reference material) (CRM)土壤中之BNA之百分比資料。如熟習此項技術者應理解，目標係獲得已知存在於CRM樣品中之材料之100%回收率。針對各方法，全部回收率在品質控制效能接受限制內，但本發明(實例1)回收全部39種分析物，而ASE僅回收38種，且未能識別2-甲基萘。本發明相應地具有關於所回收分析物及分析物之百分比回收率之最佳整體效能。
圖16係基於實例1之BNA CMR萃取之一例示性全掃描層析圖。
圖17係相較於ASE萃取之在儀器30中實行之實例1萃取之一疊對。較高峰值之各者表示在回收率方面優於ASE之實例1萃取。另外，在保留時間10.36 (2-甲基萘)處缺乏一ASE峰值證實ASE未能識別此分析物。
實例2-表3：自聚乙烯萃取鄰苯二甲酸酯
表3係關於自聚乙烯萃取鄰苯二甲酸酯之如索氏、儀器30 (實例2)與ASE之間之一比較圖表。ASE之體積及時間係來自使用在Dionex出版物(Knowles, D、Dorich, B、Carlson, R、Murphy, B、Francis, E、Peterson, J、Richter, B之「Extraction of Phthalates from Solid Liquid Matrices」，Dionex Corporation，2011年)中陳述之參數之一運行且全部方法係基於CPSC-CH-C1001-09.1 (Consumer Products Safety Commission, Test Method: CPSC-CH-C1001-09.3 Standard Operating Procedure for Determination of Phthalates；http://www.cpsc.gov/about/cpsia/ CPSC-CH-C1001-09.3.pdf)。
再次，儀器30 (實例2)比其他方法使用顯著更少的溶劑且耗費顯著更少的時間。
實例2-表4 CRM回收率資料(%)
表4針對在一CRM樣品中自聚乙烯萃取鄰苯二甲酸酯比較百分比回收率資料(SPEX CertiPrep CRM-PE001；Metuchen，NJ 08840，USA)。在此實驗中，在加熱之前使用30秒的起泡及音波處理兩者實行攪拌。再次，儀器30 (實例2)回收率資料比ASE顯著更佳且在使用攪拌之情況下展示一改良。實例2之使用攪拌之結果匹配被視為萃取之「黃金標準」之索氏資料。針對全部方法回收CRM中之全部分析物。
圖18係使用儀器30之實例2聚乙烯CMR萃取之一例示性全掃描層析圖。
實例3-自大豆萃取農藥
在另一態樣中，本發明提供對在此項技術中稱為QuEChERS之分散SPE(「dSPE」)方法之一改良。QuEChERS係用於各種不同基質中之多殘留物分析物之一經接受萃取及基質淨化程序。本發明係容易地、快速地且可靠地提供相當結果之QuEChERS之一替代選項。
本發明既快於QuEChERS又係自動化，從而創建一更有效實驗室。
實例3比較本發明與AOAC 2007.01 9 (QuEChERS)程序，其包含以下步驟：
樣品萃取 1.將10至15 g之均質化樣品轉移至50 mL離心管； 2.每15 g樣品，在醋酸纖維管之乙腈陽性內容物中添加15 mL 1%乙酸； 3.劇烈搖動達1分鐘； 4.按1500 U/分鐘以上離心達1分鐘。
樣品淨化 1.將1 mL乙腈層轉移至一dSPE 2 mL管； 2.劇烈搖動達1分鐘； 3.按1500 U/分鐘以上離心達1分鐘； 4.將上澄液轉移至一GC瓶用於同時GCMS分析。
整個程序耗費約20分鐘的不斷手動工作。
實例3：在本發明中，一起實行樣品萃取及樣品淨化： 1.將均質化食品樣品轉移至樣品杯且添加dSPE吸附劑； 2.將樣品杯放置於經加熱耐壓腔室中； 3.在耐壓腔室中加熱樣品杯達5分鐘； 4.將萃取物轉移至一GC瓶用於同時GC-MS分析。
整個程序針對每一樣品僅耗費5分鐘且係自動化。
實例3-表5：
表5係針對自大豆萃取農藥之本發明之實例3結果對QuEChERS結果之一比較。QuEChERS資料係基於AOAC方法2001.01 (Journal of Chromatography A, 1271 (2010年) 2548至2560頁)之經發表回收率。本發明(實例3)達成與所發表結果相當之結果。相比之下，QuEChERS資料可歸因於程序之手動性質而大幅變動。
圖19係使用本發明之方法實行之實例3大豆萃取之結果之一全掃描層析圖。
圖20至圖23繪示當經加熱溶劑之蒸氣壓可能不足以自導熱反應腔室有效地或完全地移動萃取溶劑時具有特定優點之一實施例。
基於與先前繪示實施例之某些差異，可對圖20至圖23之一些元件與先前描述之類似(但不一定相同)零件不同地命名及編號。圖24係一示意圖。
考量此點，圖20中繪示之實施例包含一樣品杯135，其具有一個敞開過濾端136及與敞開過濾端136相對之一嘴137。如本文中使用，術語相對當然包含沿著一軸直徑上相對之位置，但亦可意謂定位成樣品杯之較大部分介於嘴137與敞開過濾端136之間之位置。見(例如)，Urdang，THE RANDOM HOUSE COLLEGE DICTIONARY，Random House Inc.(1972年)。樣品杯135係圓柱形的，且由具有一相對高導熱性且耐受在至少約125°C之溫度下由典型萃取溶劑產生之蒸氣壓之一材料(例如不鏽鋼)形成。適當不鏽鋼(或其他合金或替代導熱材料)之選擇為此等技術之一般技術者所熟知，且可經選擇且併入而無需過度實驗。
特定言之，樣品杯135之圓柱體壁可相對薄以增強熱傳導，前提是該等壁具有足夠強度以用於儀器及相關方法之整體目的。
一反應腔室140包圍樣品杯135。反應腔室140及樣品杯135相對於彼此定位以一起界定反應腔室140之內表面與樣品杯135之外表面之間之敞開夾套部分141。反應腔室140同樣由具有一相對高導熱性及物理強度之一材料形成，其中適用於樣品杯135之該等材料類似地亦適用於反應腔室。
反應腔室140包含對應於(例如)圖14中繪示之排放口110之一排放底板142。一壓力密封蓋143定位於樣品杯135之嘴137上方且一第一溶劑入口145自壓力密封蓋143敞開至樣品杯135之內部。排放底板142被繪示為形狀為平頭截錐狀，但其他形狀(例如，半球形、多邊形)同樣地適當，前提是溶劑依需要排放。
一第二溶劑入口144提供通過排放底板142及反應腔室140以及外部廢料容器或溶劑源且在排放底板142及反應腔室140與外部廢料容器或溶劑源之間之流通連通。
一反應腔室加熱器146經定位為與反應腔室140熱接觸。在此配置中，可自兩個方向添加溶劑(例如，來自圖24中之罐165)。首先，可自第一溶劑入口145至樣品杯135中將溶劑添加至樣品杯。另外，可將溶劑自第二入口144添加至夾套部分141中及(透過敞開過濾端136及多孔底板147)至樣品杯135兩者中，使得反應腔室加熱器146可加熱反應腔室140及夾套部分141 (其等在圖20中繪示之實施例中在圓柱形反應腔室140與圓柱形樣品杯135之間形成一圓柱體)中之溶劑。
繼而，夾套部分141中之經加熱溶劑可加熱樣品杯135且加熱樣品杯135內部之溶劑及萃取樣品。
圖20亦繪示在此實施例中，樣品杯135之敞開過濾端136係一螺紋多孔底板147。樣品杯135之下端同樣地攜帶螺紋150，使得可自樣品杯135移除多孔底板，通常以自樣品杯135之下部分移除一過濾介質(148，圖24)。通常言之，過濾介質擱置於多孔底板147上，且可由一圓盤或等效形狀之濾紙、石英纖維過濾器、薄膜過濾器、過濾微孔板或原本與樣品、溶劑之化學性質及在經加熱萃取之後來自樣品杯135之溶劑之預期或所要流速一致之任何其他過濾介質(或若干介質或組合)形成。
圖20亦繪示樣品杯135可在一O形環151之幫助下密封至壓力密封蓋143且整個反應腔室140可在一更大O形環152之幫助下被壓力密封。
第一溶劑入口145透過螺紋入口配件153及其管154 (兩者皆係壓力密封蓋143之部分)而與任何方便的溶劑源(165，圖24)連通。壓力密封蓋143之另一部分包含一母螺紋開口155及其相關聯管156，其等之組合在使用儀器30且實行經加熱萃取時用於至少兩個有用目的。首先，可使用開口155以視期望或需要對反應器皿135進行通氣。關於相關聯萃取方法更具體言之，開口155可附接至一閥(138，圖24)，該閥繼而可控制氣體進入及離開樣品杯135以及至任何相關聯壓力計(139，圖24)之流動。
作為額外細節，圖20繪示在蓋143中用於輔助敞開整個反應腔室140之一工具座157。一熱電偶(示意性地展示為160)定位於排放底板142中或附近以便提供樣品杯135以及樣品杯135中之任何萃取樣品及溶劑之一高度準確溫度量測。
熱電偶160及壓力計139之益處在本文中隨後描述之方法之背景內容中更顯而易見。
如在先前呈現之實施例中，儀器30包含一冷卻器130，該冷卻器130與樣品杯135中之排放底板142液體連通用於在(再次使用一閥)使排放底板142對大氣壓力敞開時自樣品杯135及反應腔室140接收經加熱液體。如在先前繪示實施例中，冷卻器130係與排放底板142液體連通之一冷卻旋管，且冷卻旋管130具有一長度，該長度足以在常見萃取溶劑沿著冷卻旋管130之長度行進時，將溶劑之溫度自約120°C與130°C之間降低至約25°C與35°C之間。
圖21、圖22及圖23繪示與圖20相同之元件，但以更大或單獨細節繪示。在圖21中，此等細節包含第一溶劑入口145之螺紋161，其中剩餘元件原本與圖20中相同且相應地編號。
圖22係樣品杯135之一隔離透視圖，其中螺紋多孔底板147經展示為在樣品杯135之公螺紋端150上之適當位置。圖22繪示樣品杯135具有一嘴唇162及在螺紋多孔底板147上幫助將螺紋多孔底板147安放在排放底板142中之一斜角邊緣163。
為了容許溶劑自排放底板142流動至夾套部分141中，螺紋多孔底板147亦攜帶複數個(展示四個)密封裂口，該等密封裂口被繪示為缺口164。
在圖20至圖23中繪示之實施例提供實行另一有幫助方法實施例之能力。在此背景內容中，本發明係包括以下步驟之一萃取方法：將一萃取樣品放置於由反應腔室140包圍之導熱樣品杯135中，其中導熱樣品杯135具有其敞開過濾端136，且接著將萃取溶劑添加至樣品杯135之內部且至樣品杯135外部之反應腔室140兩者。
加熱樣品杯135外部之反應腔室140中之溶劑繼而加熱樣品杯135、加熱樣品杯135內部之溶劑且加熱樣品杯135內部之萃取樣品。特定言之，該方法藉由加熱反應腔室140而加熱樣品杯135外部之溶劑。
在該方法中，透過敞開過濾端136將萃取溶劑添加至樣品杯135以藉此幫助攪拌萃取樣品與萃取溶劑。
使用儀器30之所繪示實施例，萃取方法進一步包括在樣品杯嘴137處之壓力密封蓋143與出口閥138(其與樣品杯135之敞開過濾端136流體連通)之間密封樣品杯135，使得加熱步驟將萃取溶劑之蒸氣壓增加至高於溶劑在標準溫度及壓力(25°C；1大氣壓)下之蒸氣壓。
打開出口閥138容許樣品杯135中之蒸氣壓驅動萃取溶劑透過敞開過濾端136離開樣品杯135至排放底板142且通過出口閥138。
如關於實體部分之描述所闡述，方法通常包含以下步驟：將溶劑驅動至冷卻器130中達足以在冷卻器(旋管) 130中將常見萃取溶劑之溫度自約120°C與130°C之間降低至約25°C與35°C之間之一時間。
最後，可自旋管130收集萃取溶劑以供分子分析。
圖20至圖23中繪示之實施例相應地描述自身併入萃取溶劑用於額外熱傳導以及萃取之一儀器。在腔室中壓力密封樣品杯之能力幫助增加其中此係有幫助或必要之彼等溶劑-樣品組合之蒸氣壓。
熱電偶160及壓力計139之組合可用於相對於選定萃取溶劑之蒸氣壓準確地判定樣品杯135中之溫度。特定言之，圖20至圖23中繪示之實施例可用於在儀器中單獨運行一溶劑或溶劑系統以開發溶劑溫度與蒸氣壓之間之一相關性。如圖24中示意性地繪示，一處理器121可用於此目的。此後，可量測蒸氣壓以依一高準確度指示樣品杯135中之溶劑溫度。
作為一進一步優點，由於此實施例將樣品杯135密封在反應腔室140中，故系統亦可在頂部空間(即，在溶劑及樣品上方之氣體)中使用氣體或一惰性氣體(即，對樣品且對萃取溶劑呈惰性之一氣體；圖24中之166)預加壓(例如，高達約25磅/平方吋)以幫助在溶劑產生所要蒸氣壓之前迫使熱液體溶劑達到一更高溫度。將溶劑保持為液體狀態亦幫助反應器皿內部及外部之所要熱轉移。
一氣閥167可對系統通氣(例如，至圖24中之通氣孔170)，或引導氣體用於壓力計139處之壓力量測，或將惰性氣體自源166引導至反應器皿135中。
可能同樣重要，頂部空間中之一更高壓力幫助確保將全部萃取溶劑自樣品杯135推動通過任何過濾介質及多孔底板147，且隨後至排放底板142及冷卻旋管130。
進一步至圖24且完成可能性之描述，溶劑可通過管線171自溶劑供應源165流動至旋轉閥65。管線172將旋轉閥65與輔助閥62連接。管線173將輔助閥62連接至氣閥64，該氣閥64繼而可使用管線174以將溶劑遞送至反應腔室140之底部。
管線169將旋轉閥65連接至注射器40，使得來自供應源165之液體可自供應源165計量至注射器40中且隨後自注射器40至樣品杯中且通過管線172及181及施配器頭182。虛線187表示當溶劑用於給樣品杯135加夾套時溶劑在樣品杯135與反應腔室140之間之位置。
氣體供應源166可透過管線174及175將額外壓力供應至頂部空間，其連同至若干其他物項之氣流由閥138控制。管線176將閥138接合至通氣孔170。
作為氣壓監測之部分，管線177將閥138連接至壓力計139且壓力計139透過通信線180接線至處理器121。處理器121亦使用通信線183連接至熱電偶160，使得可使用各種樣品萃取之溫度及蒸氣壓之經監測組合以開發有幫助的標準化資訊。
為了將攪拌氣體提供至反應腔室140及樣品杯135之底部中，氣體供應源166亦透過一適當管線或管184連接至閥64。
一壓力頭密封件185將樣品杯密封在反應腔室中。管線186將溶劑自閥64排放至旋管130，且管線187自旋管130排放至收集器皿46。
在圖式及說明書中，已闡述本發明之一較佳實施例，且雖然已採用特定術語，但其等僅以一通用及描述性意義使用且非為了限制之目的，本發明之範疇在發明申請專利範圍中定義。
30‧‧‧儀器
31‧‧‧致動器外殼
32‧‧‧腔室外殼
33‧‧‧主外殼
34‧‧‧基底外殼
35‧‧‧基底板
36‧‧‧腳
40‧‧‧注射器
41‧‧‧名稱標籤
42‧‧‧導熱耐壓加熱腔室
43‧‧‧耐壓腔室封閉件/腔室頂部
44‧‧‧共同支架
45‧‧‧樣品杯
46‧‧‧收集瓶
47‧‧‧Y-Z軸機器人臂
50‧‧‧X軸機器人臂
51‧‧‧溢流池
52‧‧‧觸控螢幕
53‧‧‧把手
54‧‧‧開閉開關
55‧‧‧通信埠
56‧‧‧沖洗配件
57‧‧‧腔室排氣口
60‧‧‧進氣口
61‧‧‧軌道/Y-Z機器人臂軌道
62‧‧‧輔助閥
63‧‧‧通氣閥
64‧‧‧氣體攪拌閥/氣閥/液體出口閥
65‧‧‧多埠閥/旋轉閥
66‧‧‧散熱器
67‧‧‧液體出口
68‧‧‧實驗室瓶
70‧‧‧排氣孔
71‧‧‧電源供應器插頭
72‧‧‧分配龍頭
73‧‧‧機器人爪
74‧‧‧滑槽
75‧‧‧第二流體頭槽/滑槽
76‧‧‧滑動配件
77‧‧‧滑動配件
80‧‧‧後蓋
81‧‧‧開口
105‧‧‧導螺桿
106‧‧‧導螺桿馬達
110‧‧‧排放口/漏斗形下部分
111‧‧‧橫向管
112‧‧‧液體出口埠
113‧‧‧超音波產生器
114‧‧‧發射桿
115‧‧‧冷卻風扇
116‧‧‧透明外殼
117‧‧‧電源供應器
120‧‧‧控制板
121‧‧‧處理器
122‧‧‧環形結構
123‧‧‧空氣泵
124‧‧‧驅動馬達
125‧‧‧額外電子器件
126‧‧‧冷卻風扇
130‧‧‧冷卻器/旋管外殼
131‧‧‧注射器活塞
132‧‧‧注射器驅動器
133‧‧‧注射器驅動馬達
135‧‧‧樣品杯
136‧‧‧敞開過濾端
137‧‧‧嘴
138‧‧‧閥/出口閥
139‧‧‧壓力計
140‧‧‧反應腔室
141‧‧‧敞開夾套部分
142‧‧‧排放底板
143‧‧‧壓力密封蓋
144‧‧‧第二溶劑入口
145‧‧‧第一溶劑入口
146‧‧‧反應腔室加熱器
147‧‧‧多孔底板/螺紋多孔底板
148‧‧‧過濾介質
150‧‧‧螺紋/公螺紋端
151‧‧‧O形環
152‧‧‧O形環
153‧‧‧螺紋入口配件
154‧‧‧管
155‧‧‧母螺紋開口
156‧‧‧管
157‧‧‧工具座
160‧‧‧冷卻旋管/熱電偶
161‧‧‧螺紋
162‧‧‧嘴唇
163‧‧‧斜角邊緣
164‧‧‧缺口
165‧‧‧罐/溶劑供應源
166‧‧‧氣體供應源
169‧‧‧管線
170‧‧‧通氣孔
171‧‧‧管線
172‧‧‧管線
173‧‧‧管線
174‧‧‧管線
175‧‧‧管線
176‧‧‧管線
177‧‧‧管線
180‧‧‧通信線
181‧‧‧管線
182‧‧‧施配器頭
183‧‧‧通信線
184‧‧‧管線/管
185‧‧‧壓力頭密封件
186‧‧‧管線
187‧‧‧虛線/管線
圖1係根據本發明之一儀器之一正透視圖。
圖2係根據本發明之一儀器之一第二透視圖。
圖3係根據本發明之一儀器之一後透視圖。
圖4係根據本發明之一儀器之一側視圖。
圖5係根據本發明之一儀器之一正視圖。
圖6係根據本發明之一儀器之一後視圖。
圖7係根據本發明之一儀器之一第二後視圖。
圖8係為由前至後垂直剖切儀器之一截面視圖。
圖9係沿著圖5之線12-12獲取之一水平截面視圖。
圖10係沿著圖6之線13-13獲取之一後截面視圖。
圖11係沿著圖4之線14-14獲取之一隔離截面視圖。
圖12係圖11之一放大部分。
圖13類似於圖11，但其中壓力腔室閉合。
圖14係圖13之中心部分之一放大視圖。
圖15係沿著圖3之線18-18獲取之一截面視圖。
圖16係使用本發明之儀器之實驗結果之一例示性全掃描層析圖。
圖17係相較於ASE萃取之根據本發明之一疊對。
圖18係使用根據本發明之儀器實行之另一實驗之一樣本全掃描層析圖。
圖19係根據本發明實行之另一實驗之一全掃描層析圖。
圖20係樣品杯及反應腔室及相關聯元件之部分之一截面視圖。
圖21係反應腔室之部分之一部分截面視圖及部分透視圖。
圖22係一例示性樣品杯之一透視圖。
圖23係反應腔室中之樣品杯之下部分之一放大截面視圖。
圖24係繪示液體及氣體之相關流體迴路之一示意圖。

Claims (28)

  1. 一種用於溶劑萃取之組合，其包括： 一經加熱、壓力密封反應腔室； 一導熱樣品杯，其在該反應腔室中，該反應器皿包含一個敞開過濾端及與該敞開過濾端相對之一嘴； 一萃取樣品，其在該樣品杯中；及 一萃取溶劑，其在該樣品杯內部及在該樣品杯外部介於該樣品杯之外部與該反應腔室之內部之間。
  2. 如請求項1之組合，其中該反應腔室係由一導熱材料形成。
  3. 如請求項1之組合，其中該敞開過濾端係一多孔底板且一過濾介質在多孔底板上。
  4. 如請求項3之組合，其中該過濾介質係選自由以下項組成之群組：濾紙、玻璃纖維、石英纖維、非織聚合物及其等之組合。
  5. 如請求項1之組合，其中該萃取樣品係選自由以下項組成之群組：土壤、塑膠、調理食品、食品包裝、農產品及其等之混合物。
  6. 如請求項1之組合，其中該萃取溶劑係選自由以下項組成之群組：水、弱酸、弱鹼、乙酸乙酯、甲基第三丁基醚(「MTBE」)、二氯甲烷、己烷、丙酮、己烷2-丙醇、環己烷、乙腈、甲醇及其等之混合物。
  7. 一種用於基於萃取之分子樣品製備及相關程序之儀器，其包括： 一導熱耐壓加熱腔室； 一導熱樣品杯，其定位於該導熱耐壓加熱腔室中且用於在該導熱樣品杯中將液體及固體一起加熱； 一液體遞送入口配件，其在該導熱耐壓加熱腔室中用於將液體自一供應源遞送至該導熱耐壓加熱腔室中之該導熱樣品杯；及 一冷卻器，其與該導熱耐壓加熱腔室中之該導熱樣品杯液體連通用於在該腔室對大氣壓力敞開時自該導熱耐壓加熱腔室接收經加熱液體。
  8. 如請求項7之用於基於萃取之分子樣品製備及相關程序之儀器，其中該耐壓加熱腔室進一步包括一氣體遞送入口配件，該氣體遞送入口配件在該導熱耐壓加熱腔室中定位於該導熱樣品杯之頂部處或附近用於將一惰性氣體自一供應源遞送至該導熱樣品杯及該反應腔室以增加該加熱腔室中及該樣品杯中之壓力。
  9. 如請求項7之用於基於萃取之分子樣品製備及相關程序之儀器，其中一超音波產生器與該導熱耐壓加熱腔室連通以在該樣品杯中實行材料之二次攪拌。
  10. 如請求項7之用於基於萃取之分子樣品製備及相關程序之儀器，其中該超音波產生器係一壓電傳感器。
  11. 如請求項7之用於基於萃取之分子樣品製備及相關程序之儀器，其中該冷卻器包括與排放口液體連通之一冷卻旋管，該冷卻旋管具有一長度，該長度足以在常見萃取溶劑沿著該冷卻旋管之該長度行進時，將該溶劑之溫度自約50°C與180°C之間降低至約25°C與40°C之間。
  12. 如請求項7之用於基於萃取之分子樣品製備及相關程序之儀器，其中該耐壓加熱腔室進一步包括一耐壓腔室封閉件。
  13. 如請求項7之用於基於萃取之分子樣品製備及相關程序之儀器，其進一步包括一氣體遞送入口配件，該氣體遞送入口配件在該導熱耐壓加熱腔室中定位於該導熱樣品杯之底部處或附近用於將一惰性氣體自一供應源遞送至該導熱樣品杯以攪拌該導熱樣品杯之內容物。
  14. 一種用於基於萃取之分子樣品製備及相關程序之儀器，其包括： 複數個樣品杯及複數個收集瓶，其等承載於一共同支架中； 一機器人臂，其用於在該支架與一敞開壓力腔室之間移動該等樣品杯之一者； 一耐壓腔室封閉件，其垂直地往復運動以敞開及閉合該壓力腔室； 一液體入口配件，其用於在該壓力腔室閉合時將液體遞送至該壓力腔室； 一加熱器，其用於在該壓力腔室閉合時提高該壓力腔室中之液體之溫度； 一氣體入口配件，其用於在該壓力腔室閉合時將一攪拌氣流遞送至該壓力腔室；及 一排放口，其用於在由該腔室中之經遞送之經加熱液體產生之壓力下自該壓力腔室釋放液體。
  15. 如請求項14之用於基於萃取之分子樣品製備及相關程序之儀器，且其進一步包括與該排放口液體連通之一冷卻旋管，該冷卻旋管具有一長度，該長度足以在常見萃取溶劑沿著該冷卻旋管之該長度行進時，將該溶劑之溫度自約50°C與180°C之間降低至約25°C與40°C之間。
  16. 如請求項14之用於基於萃取之分子樣品製備及相關程序之儀器且其進一步包括： 一液體遞送龍頭，其在該機器人臂上；及 一管，其介於該冷卻旋管與該龍頭之間用於將經冷卻液體自該龍頭遞送至該等收集瓶之一者。
  17. 如請求項15之用於基於萃取之分子樣品製備及相關程序之儀器，其進一步包括一第一閥，該第一閥介於該經加熱壓力腔室與該冷卻旋管之間用於將溶劑自該經加熱壓力腔室排放至該冷卻旋管中。
  18. 如請求項17之用於基於萃取之分子樣品製備及相關程序之儀器，其進一步包括一第二閥，該第二閥在該冷卻旋管之末端處，使得該導熱腔室中之經加熱溶劑之蒸氣壓將液體溶劑推動至該冷卻旋管中。
  19. 如請求項14之用於基於萃取之分子樣品製備及相關程序之儀器，且其進一步包括一氣體配件，該氣體配件用於在該壓力腔室閉合且經加熱時將一攪拌氣體流遞送至該壓力腔室中之該樣品杯之底部處或附近之一位置。
  20. 如請求項14之用於基於萃取之分子樣品製備及相關程序之儀器，其進一步包括鄰近該腔室定位以攪拌該樣品杯之內容物之一超音波產生器。
  21. 如請求項20之用於基於萃取之分子樣品製備及相關程序之儀器，其中該超音波產生器包括一壓電傳感器。
  22. 如請求項20之用於基於萃取之分子樣品製備及相關程序之儀器，其中該超音波產生器包括一壓電傳感器及將該傳感器連接至該壓力腔室之一壁之一桿。
  23. 一種尤其適用於萃取相關技術之分子樣品製備儀器，該儀器包括： 一樣品杯，其具有一個敞開過濾端及與該過濾端相對之一嘴； 一反應腔室，其包圍該樣品杯，該反應腔室及該樣品杯界定該反應腔室之內表面與該樣品杯之外表面之間之敞開夾套部分，其中該反應腔室包含： 一排放底板，其與該樣品杯之該敞開過濾端連通； 一壓力密封蓋，其在該樣品杯之該嘴上方； 一第一溶劑入口，其自該壓力密封蓋至該樣品杯之內部；及 一第二溶劑入口，其自該排放底板至該反應腔室中；及 一反應腔室加熱器，其與該反應腔室熱接觸； 使得可將溶劑自該第一溶劑入口及該第二溶劑入口兩者添加至該樣品杯中且自該第二溶劑入口添加至該等夾套部分，使得該加熱器可加熱該反應腔室及該等夾套部分中之溶劑，且使得該等夾套部分中之經加熱溶劑可加熱該樣品杯且加熱該樣品杯內部之溶劑及萃取樣品，且使得來自該第二入口之溶劑可透過該敞開過濾端進入該樣品杯且有利地攪拌該樣品杯中之萃取溶劑及樣品。
  24. 如請求項23之分子樣品製備儀器，其進一步包括一冷卻器，該冷卻器與該樣品杯中之該排放底板液體連通用於在該排放底板對大氣壓力敞開時自該反應腔室接收經加熱液體。
  25. 如請求項24之分子樣品製備儀器，其中該冷卻器係與該排放底板液體連通之一冷卻旋管，該冷卻旋管具有一長度，該長度足以在常見萃取溶劑沿著該冷卻旋管之該長度行進時，將該溶劑之溫度自約50°C與180°C之間降低至約25°C與40°C之間。
  26. 如請求項23之分子樣品製備儀器，其中該樣品杯係一圓柱體且該敞開過濾端係一多孔底板。
  27. 如請求項26之分子樣品製備儀器，其中該多孔底板及該樣品杯經螺合用於移除該多孔底板。
  28. 如請求項23之分子樣品製備儀器且其進一步包括： 一過濾介質，其擱置於該樣品杯中之該多孔底板上； 其中該過濾介質係選自由以下項組成之群組：濾紙、石英纖維過濾器、薄膜過濾器及過濾微孔板。
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