用于从样本中提取分析物的系统和方法
阅读说明：本技术 用于从样本中提取分析物的系统和方法 (System and method for extracting an analyte from a sample ) 是由 A·R·科马雷克 R·吉亚内蒂 M·D·科马雷克 罗纳尔德·J·科马雷克 赖安·J·科马雷克 于 2020-04-29 设计创作，主要内容包括：用于从样本中提取分析物的系统和方法。该系统包括用于接收样本和反应溶液的反应器皿、用于将样本与反应溶液混合的混合器、过滤器以及用于使来自反应混合物的可溶性组分(包括溶解的分析物)从反应器皿通过的排放部。纯化器皿位于反应器皿下方。选择性吸附剂设置在纯化器皿中,用于保留来自于自反应混合物的可溶性组分的污染物并使纯化的分析物通过。蒸发容器位于纯化器皿下方。加热器加热蒸发室并从纯化的分析物中蒸发溶剂,该分析物然后可定量测量。(Systems and methods for extracting an analyte from a sample. The system includes a reaction vessel for receiving the sample and the reaction solution, a mixer for mixing the sample with the reaction solution, a filter, and a drain for passing soluble components (including dissolved analyte) from the reaction mixture through the reaction vessel. A purification vessel is located below the reaction vessel. A selective adsorbent is disposed in the purification vessel for retaining contaminants from soluble components of the reaction mixture and passing purified analytes therethrough. The evaporation vessel is located below the purification vessel. The heater heats the evaporation chamber and evaporates the solvent from the purified analyte, which can then be quantitatively measured.)
相关申请的交叉引用
该申请请求享有于2019年4月29日提交并且题为INSTRUMENT AND METHOD FORISOLATION OF ANALYTES THROUGH RELEASE, EXTRACTION, PURIFICATION, ANDCONCENTRATION的美国临时专利申请第62/840,110号的权益和优先权，其全部内容为以引用方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及进行导致分析物的自动提取以备定量测量的各种化学和物理操作的系统和方法。
背景技术
复杂基质中(尤其是天然来源中)的某些营养物的提取(即分离)和定量可能具有挑战性。二十世纪初，政府开始通过《纯净食品和药品法案》强制要求对食品进行检测。近些年，随着《1990年营养标签和教育法案(NLEA)》的出台，食品和药物管理局要求食品制造商向消费者提供营养信息。此类营养信息以所有包装食品上的营养标签的形式提供。由于NLEA，故食品制造商需要分析其产品，以便向客户提供有关营养成分的准确信息。
任何食品或饲料产品的分析都需要设计为从产品的物理和化学基质中化学释放、纯化和浓缩目标分析物(选择营养物)的若干初始或初步过程。即，在通过高效液相色谱法(HPLC)或气相色谱法(GC)对分析物进行鉴定和定量之前，必须断开将分析物与其物理和/或化学基质结合的氢键、离子键和/或共价键，并且必须收集足够的量。
历史上，这些分析过程是由熟练的实验室技术人员在分析实验室中手动进行的。更特别地，这些过程已针对定量提取分析物而进行，如脂溶性维生素(FSV)，从而通过分光光度法或最近的HPLC进行最终定量。FSV必须在不含水溶性化合物和大多数脂质的非极性溶剂部分中提取。例如，视黄醇(维生素A)的分析最常涉及：(i)通过皂化裂解酯键，(ii)通过双相分离去除水溶性化合物并提取分析物，以及(iii)通过蒸发溶剂浓缩所得分析物。由于需要在不暴露于选择性波长的光且不存在氧气的情况下进行每个步骤，故分析变得复杂。
分析的其它主要障碍是双相分离期间乳液的形成。乳液有效地形成难以分离且阻止分析物完全提取的第三相。大多数乳液会随着时间的推移而沉淀。如果乳液是持久的，可能需要附加的步骤，如离心分离或重新提取，以破坏乳液并完全提取分析物。这些是昂贵的分析步骤。
需要若干初始或初步过程来化学释放、纯化和浓缩目标分析物的另一示例是总脂肪分析。涉及的步骤包括：(i)在盐酸(HCl)溶液中水解，(ii)在水相和有机溶剂相的双相分离中去除水溶性化合物(在Mojonnier烧瓶中)，以及(iii)蒸发溶剂以用于分离脂肪的重量定量。在其它总脂肪方法中，脂肪可由亲油过滤器捕获，同时允许水溶液通过。用有机溶剂提取之前，残余物和过滤器必须彻底干燥。干燥步骤从水解样本中去除痕量水，随后使非极性溶剂能够渗透原本为极性水解的样本。提取后，蒸发含有脂肪的溶剂，并对分离出的脂肪进行重量定量。将认识到，这些方法费时、财政负担重且劳动强度大。
鉴于与分析物(例如，FSV和总脂肪)的提取相关的当前方法的困难和复杂性，故需要一种独立的、全自动的系统和方法来从复杂样本中提取分析物。
发明内容
公开用于从样本中提取分析物的系统和方法。在一个实施例中，该系统包括反应室，该反应室包括具有用于接收样本和反应溶液的柱的反应器皿、用于将样本与反应溶液混合的混合器、过滤器以及用于使可溶性组分(包括溶解的分析物)从反应器皿通过的排放部。
在一个实施例中，纯化室位于反应室下方并且包括纯化器皿，纯化器皿具有用于从反应器皿接收溶解的分析物的柱。选择性吸附剂设置在纯化器皿中，以用于保留来自于自反应混合物的可溶性组分的污染物并使纯化的分析物通过。
蒸发室位于纯化室下方，包括蒸发容器，以用于从纯化器皿接收包含在溶剂中的纯化的分析物。加热器加热蒸发室并从纯化的分析物中蒸发溶剂，然后可将纯化的分析物转移以用于定量测量。
以上实施例仅为示例性的。其它实施例在公开的主题的范围内。
附图说明
可通过参考实施例对以上简要概括的本发明进行更特定的描述，其中一些实施例在附图中示出。然而，将注意到的是，附图仅示出本发明的典型实施例，且因此不认作是限制其范围，因为本发明可允许其它同样有效的实施例。因此，为了进一步理解本发明的性质和目的，可参考以下详细描述，并结合附图阅读，在附图中：
图1描绘用于提取分析物以用于定量测量的示例性自动化系统或提取器的透视图；
图2描绘图1所示的示例性系统的示意性剖面图，该系统包括反应室、梭阀转移设备、纯化室和蒸发室；
图3描绘并联的示例性反应器皿、纯化器皿和蒸发容器的透视图；
图4描绘与系统的单个站相关联的示例性构件的示意性分解视图，该系统包括反应室、梭阀转移设备、纯化室和蒸发室；
图5描绘示例性反应器皿的一部分的放大示意图；
图6描绘示例性纯化器皿的示意性分解视图；
图7A描绘基本上沿线7A-7A截取的横截面视图，描绘处于关闭位置的梭阀；
图7B描绘基本上沿线7B-7B截取的横截面视图，描绘处于通向器皿位置的梭阀；以及
图7C是基本上沿线7C-7C截取的横截面视图，描绘处于通向废物位置的梭阀。
具体实施方式
本公开内容涉及一种分析物提取器(或仪器)，其配置为从复杂基质中自动提取(即，分离)分析物，以用于随后通过例如色谱法、分光光度法或重量测定法的定量分析。尽管示例性分析物提取器主要配置为提取(即，分离)脂肪和脂溶性分析物，应认识到，该装置同样适用于具有将必须从复杂基质中分离的分析物的释放、提取、纯化和分离作为其主要功能的任何装置。此外，尽管示例性分析物提取器包括串联的各种室/器皿/容器/过程来用于分离分析物以用于随后的定量分析，将认识到，其它实施例可利用更少的室/器皿/容器/过程来产生用于进一步测试的样本。例如，分析物提取器可不利用蒸发室来产生用于后续分析的分析物。此外，尽管示例性仪器包括并联的(即并列关系的)多达四个化验站/位置a、b、c、d来用于对四(4)个复杂样本进行提取过程，将认识到，分析物提取器可利用任意数量的化验站或位置从样本中提取分析物。
图1描绘根据本公开内容的教导的示例性分析物提取器10，其包括允许提取器10的各种构件的固定安装和可拆卸安装的本体或机架12。示例性分析物提取器10包括用于安装一个或多个类似构件(即执行相同或类似操作的构件)的多个竖直对准的室，包括反应室100，反应室位于纯化室200上方，纯化室位于蒸发室300上方。
样本(例如，食品或饲料样本)可沉积到反应室100中的一个或多个反应器皿104a,104b,104c,104d中并由其接收。如本文中使用的，用语“器皿”大体上是指例如可容纳流体并允许流体通过的柱、管等。如本文中使用的，用语柱和管可互换使用。可将各种溶液的混合物添加到反应器皿104a,104b,104c,104d中的样本中，然后可进行搅拌(例如混合)，并且可加热，以实现溶解的样本分析物在反应混合物的可溶性组分中产生的第一功能。溶解的分析物通过过滤器连续向下流动到与纯化室200相关联的一个或多个可拆卸的纯化器皿(例如，柱、管等)204a,204b,204c,204d，纯化器皿沿相同的轴线竖直对准并在相应的反应器皿104a,104b,104c,104d下方，使得可进行第二操作以产生包含在溶剂中的纯化分析物。类似地，第二排或纯化室200中的包含在溶剂中的纯化分析物可连续向下流动到与蒸发室300相关联的又一排中的一个或多个容器(例如，烧瓶)304a,304b,304c,304d，这些容器沿相同的轴线竖直对准并在相应的纯化器皿204a,204b,204c,204d下方，使得可进行又一操作。
在所描述的实施例中，分析物提取器10可包括多个柱/站/通道a,b,c,d，以用于使并联的多个器皿(例如柱、管等)和容器(例如烧瓶)一体化。因而，可同时处理与站点数量相对应的多个样本，从而大大提高吞吐量。对分析物提取器10的控制输入可通过显示器、命令、输入屏或触摸屏22进行。可通过显示器/屏幕22输入与方法或过程相关联的所有变量。在随后的段落中将更详细地论述这些系统构件和方法步骤中的每一个。
图2、3和4描绘本公开内容的示例性分析物提取器10的详细示意图，描绘仪器的相关内部细节和构件。更特别地，泵P可与阀V和流量计M相关联以将一定体积的液体/溶液注入反应室100的反应器皿104a,104b,104c,104d中。在一个实施例中，扩散喷嘴可位于反应器皿104a,104b,104c,104d的入口处，以将泵送的溶液朝反应器皿的内壁偏压，以冲洗并溶解沿反应器皿内壁设置的分析物材料。
加热器H可操作成加热一个或多个室100,300内的样本/混合物，从而在每个室100,300中有效地形成烘箱。吹送器B可操作成在室100,300中的一个或多个内循环空气。一个或多个温度传感器T1和T2控制室100,300中的温度。温度传感器ST也可设在反应器皿104a,104b,104c,104d中、反应器皿上或与反应器皿一体化，以提供接近处理/评估的样本分析物或在处理/评估的样本分析物内的温度反馈。
一个或多个促动器A可用于在分析物提取过程中以适当的间隔打开/关闭成组的梭阀150。可采用多个储器RL1,RL2,RL3,RL4和对应的阀V，以将各种溶液与至少在反应室100内的样本混合。此外，尽管在示例性实施例中，储器RL1,RL2,RL3,RL4中的每一个都包括阀V，将认识到，单个阀V可用于控制与两个或更多储器RL1,RL2,RL3,RL4相关联的流动。诸如微处理器之类的处理器20可操作成控制系统内的所有过程。类似地，尽管单个处理器20示为控制与每个室100,200,300相关的操作，将认识到，可采用若干微处理器来控制分析物提取器10的独立功能。最后，功率源(未示出)可用于启动泵P、加热器H、吹送器B、阀V、促动器A、温度传感器ST,T1和T2、压力传感器SP、液体传感器SL、成组的梭阀150和分析物提取器10的处理器20。类似地，泵P、阀V和流量计M可操作地联接到处理器20，使得包含在流体储器RL1,RL2,RL3,RL4中的准确流量和量的溶液可供应到反应器皿104a,104b,104c,104d。
反应室
分析物提取器10执行多种关键操作以从复杂样本中分离目标分析物。在第一过程中，即在反应室100中，样本可暴露于一种或多种溶液，同时在无氧环境中受到搅拌和加热。此步骤从复杂基质中释放目标分析物。脂溶性维生素分析通常通过乙醇皂化反应释放维生素，而总脂肪分析通常通过HCl水解反应释放脂肪。这些反应产生的分析物可溶解在结合不溶性残余物的复杂溶液混合物中。该混合物可在其传送到纯化器皿(分析物提取器或仪器10的第二室200)之前进行过滤。
反应器皿104具有独特的设计，其允许将液体部分与不溶性残余物分离。为了便于论述，基于相邻的反应器皿104b,104c,104d可基本上相同并且不需要或不保证额外描述的共识，将详细描述单个反应器皿104a。因此，当提及反应室100中的一个反应器皿和/或与纯化室200和蒸发室300相关联的一个构件时，应理解的是，所描述的器皿或步骤可适用于与相邻的化验站相关联的所有相同构件。反应器皿104a可为可移除的，使得可将其放置在天平/秤上，并且样本可直接在器皿104a中称重。
反应器皿104a可为化学惰性的并且设计成在例如20℃至105℃之间的温度范围内耐受强酸、碱和有机溶剂。在反应之前，反应器皿104a可通过将化学惰性的反应器皿盖(即，盖子、塞子、顶部等)108a盖下并封闭器皿104a的顶部开口来关闭(例如，自动关闭)。每个反应器皿盖108a可包含温度传感器ST和压力传感器SP和用于排气管线和液体供应管线的孔口(即端口、孔口、孔隙等)112a。反应器皿104a可完全密封，并且利用来自这些传感器中的每一个的反馈，提供对内部环境的完全控制。为了保护诸如维生素A和维生素E之类的敏感分析物，可通过通入惰性气体如氮气(N2)在反应器皿中创建无氧环境。
每个反应器皿104a可为可拆卸的，以便于样本材料(未示出)的去除、清洁、灭菌和载入。反应器皿104a可包括由例如硼硅玻璃制成的圆柱形反应器皿柱106a、具有多个孔口112a的反应器皿盖108a和可拆卸的反应器皿基部110a。将理解的是，本发明的范围包括具有不同于圆柱形柱的形状的反应器皿104a。除了接收温度传感器ST和压力传感器SP之外，孔口112a可接收来自反应器皿104a样本混合物的流体或排出气体/挥发物。可通过每个器皿或容器的顶部或底部提供液体传感器SL，以确保液体已经从相应的器皿或容器排出或蒸发。例如，在图4中，反应器皿104a可包括穿过可拆卸反应器皿基部110a的液体传感器SL以指示流体何时已从反应器皿104a排出。备选地或另外，液体传感器SL可设置在反应器皿排放部(例如排放部)116a和梭阀150之间的柔性管路中。当折射率改变时，液体传感器SL可确定液体不再存在于管中，因此不再保持在反应器皿104a中。
尽管示例性硼硅酸盐玻璃反应器皿柱106a可构造为进行清洁、消毒和再利用，将认识到，可采用其它一次性材料。例如，可采用具有内置构件的透明聚丙烯圆柱形柱以便于反应器皿104a的快速部署和再利用。即，一次性反应器皿104a可包括具有用于接收温度传感器ST、压力传感器SP和一个或多个流体填充管线的孔口112a的反应器皿盖108a。一次性器皿104a还可包括反应器皿基部110a，该反应器皿基部110a包括混合器驱动器132a、混合搅拌棒130a、必需的反应器皿过滤器140和反应器皿排放部116a。由于可采用其它密封方法并且反应器皿基部110a可以是也可以不是可拆卸的，故可需要或不需要O形环密封件。
在所描述的实施例中，反应器皿盖108a可固定到仪器并且能够施加向下的力以密封反应器皿104a的反应器皿盖108a、反应器皿柱106a和可拆卸的反应器皿基部110a。反应器皿盖108a包括至少两个孔口112a，其设置成与流体储器RL1,RL2,RL3,RL4中的至少一个和至少一个氮气(N2)供应部流体连通。可将氮气N2注入反应器皿104a以产生无氧或缺氧环境。因而，由于溶剂与氧气的比率可保持在燃烧水平以下，故蒸发溶剂无法形成可燃气体。来自氮气(N2)的背压还可起到便于溶解的分析物流过颗粒反应器皿的反应器皿过滤器140a和反应器皿排放部116a的作用。
器皿盖108a可由塑料制成。在一个实施例中，塑料可为聚四氟乙烯聚合物，通常称为特氟龙材料(特氟龙®是位于特拉华州威尔明顿的E.I. du Pont de Nemours andCompany的注册商标)。由于器皿盖108a暴露于较大的温度变化，即在室温到超过一百摄氏度(100℃)之间，故必须考虑热膨胀的影响以确保与反应器皿柱106a的气密密封和液密密封。关于反应器皿盖108a，弹性体或橡胶O形环可在反应器皿柱106a的壁表面和反应器皿盖108a之间密封。由于密封界面可由于塑料器皿盖108a和硼硅玻璃反应器皿柱106a之间的热增长或热膨胀系数的差异而受压缩，故这种布置和几何形状可改善密封完整性。
图5示出反应器皿基部110a的详细示意图。反应器皿基部110a也可由聚四氟乙烯聚合物或塑料材料(例如，特氟龙®)制成。O形环密封件118a可设置在反应器皿柱106a的外周表面122a和反应器皿基部110a的内壁之间。由于塑料反应器皿基部110a的增长可能大于硼硅玻璃反应器皿柱106a，故增强材料外环或套筒114a可围绕塑料反应器皿基部110a以限制其向外增长。选为用于制造外环或套筒114a的材料应具有比塑料反应器皿基部110更低的热膨胀系数，并且优选地具有与硼硅玻璃相似的热膨胀率。在所描述的实施例中，外环或套筒114a可由诸如不锈钢的金属制成。因此，密封完整性可通过由金属外环114a施加的向内指向的径向力124a来保持或改善。为了进一步改善密封完整性，O形环密封件118a接收在具有基本上燕尾形横截面几何形状的凹槽120a内。当反应器皿柱106a滑入并接收在塑料反应器皿基部110a的腔中时，该构造捕获O形环密封件118a。即，燕尾形凹槽120a沿反应器皿柱106a的外周表面122a保持密封界面的功效，尤其是在塑料反应器皿基部110a的组装期间。
反应器皿104a可包括混合搅拌棒130a和同心混合器驱动器132a，其可安装在反应器皿基部110a下方，并且可操作成在反应器皿104a中将流体与样本混合。更特别地，混合系统包括同轴对准的混合搅拌棒130a和混合器驱动器132a。反应器皿基部110a的反应器皿排放部116a可与形成在混合器驱动器132a的壳体内的提取端口117a对准并与其流体连通。此外，O形环134a可设置在反应器皿104a的反应器皿排放部116a和混合器驱动器132a的提取端口117a之间的界面处，以在操作期间提供流体密封。该设计允许排放物在反应器皿基部110a的底部离开。
由于当组合某些样本和化学溶液时会发生显著增加粘度的反应，故高转矩混合系统是优选的。另外，混合系统必须足够稳健，以在有限直径的器皿内完全混合双相溶液。混合器马达具有改变速度和方向的能力，因此使磁体在高粘性条件下能够挣脱和旋转。混合搅拌棒130a可为磁性的，即具有北极和南极，其相对于由磁性混合器驱动器132a产生的磁极排斥或吸引。更特别地，混合器驱动器132a可限定环绕提取端口117a的环面形电绕组，并产生交变磁通场以用于围绕旋转轴线驱动混合搅拌棒130a。随着一种或多种皂化流体或溶剂加入反应器皿104a，混合搅拌棒130a搅动样本。
在所描述的实施例中，混合器130a,132a的混合器驱动器132a部分可设置在反应器皿104a下方和反应室100外部，反应室在加热时可形成烘箱。结果，混合器驱动器132a不受反应室100的热量的影响。另外，由于在反应室100中使用诸如乙醇或己烷之类的溶剂，故电流驱动的磁性混合器驱动器132不能在可能含有可燃气体的反应室100中产生电火花。
反应器皿104a可分解成反应器皿柱106a和反应器皿基部110a，这允许在它们之间放置反应器皿的反应器皿过滤器140a。由反应器皿盖108a施加的压缩力密封并固定反应器皿的反应器皿过滤器140a的周边，使得颗粒无法绕过反应器皿的反应器皿过滤器140a。选择性反应器皿的反应器皿过滤器140a能够从溶解的分析物材料中过滤不溶性颗粒物质。更特别地，当进行维生素分析时，反应器皿的反应器皿过滤器140a将液体与固体分离。此外，当进行脂肪分析时，反应器皿的反应器皿过滤器140a定量保留脂质部分，同时去除不需要的水性部分而废弃。
当反应器皿104a从反应室100移除，填充有样本材料并称重时，反应器皿的反应器皿过滤器140a可用作临时阀。即，由于反应器皿104a在载入、称重和随后重新组装到反应室100中时必须包含干样本或湿样本，故反应器皿的反应器皿过滤器140a防止样本或样本的一部分通过反应器皿排放部116a逸出。反应器皿过滤器140a的组成可取决于耐化学性特性和进行的分析类型而变化。
例如，当对食物样本进行脂肪分析时，反应器皿过滤器140a可由具有保留两微米(2μm)和更大颗粒的能力的过滤介质制成。通常，当进行这样的分析时，反应器皿过滤器140a的范围将在大约两微米(2μm)到大约十五微米(15μm)之间。当进行维生素分析时，反应器皿过滤器140a的过滤介质可由孔径小于大约八微米(8μm)的过滤材料制成。通常，反应器皿过滤器140a的过滤介质范围在约八微米(8μm)至约三十微米(30μm)之间。进行维生素分析时颗粒的保留不需要是全面的。尽管细粒不堵塞细粒管路和阀很重要，但所有细粒保留在反应器皿过滤器140a中并不重要，因为与脂肪分析相反，液体和超细颗粒的全部皂化混合物都转移到纯化器皿204a。纯化器皿204a不仅保留极性化合物，而且过滤掉通过反应器皿过滤器140a的任何细小颗粒。
梭阀
将认识到，当反应在反应器皿104a中发生时，样本和溶解的分析物保持在反应室104a中达规定的时间(例如，停留时间)。在一个实施例中，提供计时器以确定与例如混合器、泵和热源的操作相关联的停留时间，并提供指示每个的操作时间的停留信号。
在所描述的实施例中，这可通过梭阀150来实现，梭阀在规定的停留时间内防止溶解的分析物从反应器皿104a的重力流动。图7A-7C以梭阀150的不同构造描绘沿梭阀150的长度并穿过梭阀的端口156a-156d,158a-158d中的每一个的示意性截面图。箭头7A-7A,7B-7B,7C-7C示出横截面的方向并且未提供关于梭阀操作的运动学的信息。回顾随后的段落将认识到，梭阀150的板152,154相对于箭头7A-7A,7B-7B,7C-7C的方向正交滑动。
在图3和7A-7C中，梭阀150可包括一对滑板，即上板或第一板152，以及下板或第二板154，其中第一板152包括在板152的平面内水平间隔开的端口156a,156b,156c,156d。板152,154插置在相应反应器皿104a,104b,104c,104d的反应器皿排放部116a,116b,116c,116d与相应纯化器皿204a,204b,204c,204d的输入端口202a,202b,202c,202d之间。
对图7A(关闭位置)中所示的板152,154的构造的检查揭示第一板152的端口156a,156b,156c,156d是端部封闭的或靠着第二板154的上表面封闭。因此，梭阀150处于关闭位置时阻止溶解的分析物从相应反应器皿104a,104b,104c,104d的反应器皿排放部116a,116b,116c,116d流向相应纯化器皿204a,204b,204c,204d的输入端口202a,202b,202c,202d。
图7B中所示的板152,154的构造的检查揭示梭阀150处于通向废物位置时便于流体分别借助于板152,154中的对准端口对156a,157a,156b,157b,156c,157c,156d,157d而通过第一板152和第二板154。即，促动器A移动板152,154的相对位置，使得一个板152中的端口156a,156b,156c,156d与相对板154的端口157a,157b,157c,157d对准。将认识到，输入端口156a,156b,156c,156d与位于下板154上的输出端口157a,157b,157c,157d对准以允许流体从反应器皿104a,104b,104c,104d穿过板152,154朝向排放储器流动。这可通过沿一个方向移动第二板或下板154来实现，例如沿箭头L的方向向左(图7B)，同时保持上板152的位置，即保持静止。在另一实施例中，第二板或下板154可保持静止，而第一或上板152向右移动。排放到废物位置的潜在用途是从反应器皿中去除溶剂蒸气或从反应器皿中去除不需要的液体。
对图7C中所示的板152,154的构造的检查揭示梭阀150处于通向器皿(纯化)位置，这便于流体分别借助于板152和板154中对准端口对156a,158a,156b,158b,156c,158c,156d,158d而通过第一板152和第二板154。即，促动器A移动板152,154的相对位置，使得一个板152中的端口156a,156b,156c,156d与相对板154的输出端口158a,158b,158c,158d对准。将认识到，输入端口156a,156b,156c,156d与位于下板154上的输出端口158a,158b,158c,158d对准以允许溶解的分析物从反应器皿104a,104b,104c,104d穿过板152,154流向相应的纯化器皿204a,204b,204c,204d。这可通过沿一个方向移动第二板板或下板154来实现，例如沿箭头R的方向向右(图7C)，同时保持上板152的位置，即保持静止。在另一实施例中，第二板或下板154可保持静止，而第一板或上板152向左移动。因此，梭阀同时控制反应器皿104a,104b,104c,104d与纯化器皿204a,204b,204c,204d之间的流动。
梭阀150的低轮廓几何形状允许阀150安装在反应室100下方，同时保持紧邻反应器皿104a,104b,104c,104d的反应器皿排放部116a,116b,116c,116d。此外，使用小内径管路将反应器皿排放部116a,116b,116c,116d连接到纯化器皿204a,204b,204c,204d确保它们之间的最小气隙。这确保当反应室100操作时液体不会迁移到阀区域。最后，梭阀150可气动促动，以减少在可能含有蒸发溶剂和潜在易燃/可燃气体的区域中产生电火花的可能性。
纯化室
在纯化室200中，分析物提取器10通过使溶解的分析物通过填充有选择性吸附剂216a(例如，固相过滤材料，诸如硅质土，通常也称为硅藻土(DE)，或其它色谱介质或氧化铝)的纯化器皿204来将来自反应器皿104a的溶解的分析物的需要部分与来自反应器皿104的溶解的分析物的不需要部分分离。在使溶解的分析物通过纯化器皿204之前，可调节选择性吸附剂以将极性化合物保留在纯化器皿204中，同时允许更多非极性目标分析物通过纯化器皿204。这可通过在样本之前或与样本同时将特定量的水和乙醇通过选择性吸附剂来实现。
如图1、3和6所示，纯化室200限定用于安装四(4)个纯化器皿204a,204b,204c,204d的腔，这些纯化器皿可基本上水平地跨纯化室200布置。继续以上描述，基于相邻器皿204b,204c,204d可基本相同并且不需要或不保证额外的描述的共识，将描述单个纯化器皿204a。因此，当提及纯化室200中的一个纯化器皿204a时，应理解的是，所描述的器皿适用于相邻化验站中的所有器皿。
纯化器皿204a可构成在反应室100中的分析物反应和过滤之后从反应器皿104a接收溶解的分析物。更特别地，纯化器皿204a可通过梭阀150与反应器皿104a的反应器皿排放部116a流体连通。
纯化器皿204a包括聚合物(例如聚丙烯)圆柱形纯化器皿柱208a，其在一端处具有纯化器皿排放部(例如锥形喷嘴)210a且在另一端处具有顶部开口212a，该顶部开口212a在尺寸上与纯化器皿柱208a的直径等同。将理解的是，本发明的范围包括具有不同于圆柱形柱的形状的纯化器皿204a。尽管在所公开的实施例中，纯化器皿204a可为聚合物，还应理解的是，纯化器皿204a可为任何柔性或刚性的一次性容器。
纯化器皿柱208a可构造为接收：(i)用于设置在纯化器皿排放部210a上方的下纯化器皿过滤器214a，(ii)一定体积的选择性吸附剂(例如，硅质土(SE))216a，(iii)纯化器皿扩散器218a，以及(iv)用于控制溶解的分析物和氮气流入纯化器皿柱208a的纯化器皿盖(即，盖子、塞子、顶部等)220a。下部纯化器皿过滤器214a和纯化器皿扩散器218a用于保持选择性吸附剂216a，而不允许任何过滤材料通过纯化器皿过滤器214a或纯化器皿扩散器218a。下部纯化器皿过滤器214a和纯化器皿扩散器218a的孔隙必须足够小以保持选择性吸附剂材料。
来自反应器皿104a的溶解的分析物经由纯化器皿盖220a中的反应器皿盖孔口224a进入纯化器皿柱208a。在一个实施例中并且如图3所示，输入端口202a可将混合物从反应器皿排放部116a进料到纯化器皿柱208a的纯化器皿盖220a。一旦通过反应器皿盖孔口224a，纯化器皿扩散器218a扩散或散布分析物溶液以防止形成通过选择性吸附剂216a的流道(类似于由流水引起的侵蚀)。因而，分析物材料以基本均匀的方式散布在选择性吸附剂216a的顶部。一旦来自反应器皿104a的溶解的分析物通过纯化器皿204a，包含在溶剂中的纯化的分析物就通过纯化器皿排放部210a依次流向蒸发室300中的一个或多个容器(例如烧瓶)304a,304b,304c,304d。
用于从纯化的分析物材料中蒸发液体的蒸发室
在蒸发室300中，可从纯化的分析物中蒸发溶剂，使得可收集纯化的分析物用于随后的定量(例如，通过HPLC或GC)。在图4中，蒸发容器(例如烧瓶)304a与来自纯化器皿204a(即来自纯化器皿排放部210a)的纯化的分析物材料流体连通并接收纯化的分析物材料。将理解的是，本发明的范围包括形状不同于烧瓶的蒸发容器304a。纯化的分析物混合物包含溶剂，溶剂在蒸发容器304内的无氧环境中蒸发。即，蒸发容器304a可用惰性气体(例如，氮气N2)经由喷嘴308a填充。喷嘴308a可与插入蒸发容器304a的开口内的盖(未示出)组合设置，而盖(未示出)中的排气孔口允许惰性氮气(N2)的高速流移动容器304a内的溶剂并促进蒸发。
除了溶剂在蒸发容器304a内移动之外，可加热蒸发容器304a以增加蒸发速率。容器304a可连续地用氮气吹扫以保护分析物免于氧化。为了保护光敏分析物免受选定波长的紫外光的影响，防紫外线的聚碳酸酯门可覆盖室100和300。
在图2和4中，来自加热器H的管道可为分叉的，使得加热空气流可引导到反应室100中的反应器皿104a和蒸发室300中的蒸发容器304a。位于反应室100和蒸发室300中的温度传感器T1,T2,ST向处理器20提供温度信号。这些信号表示每个室100,300内以及每个反应器皿104a,104b,104c,104d和每个蒸发容器304a,304b,304c和304d内的瞬时温度。处理器20可将这些信号与存储在处理器存储器中的预定温度值比较。处理器20评估所存储的温度值与实际/瞬时温度之间的差异或误差信号，以升高或降低相应室100,300和/或反应器皿104a,104b,104c,104d和蒸发容器304a,304b,304c和304d中的温度。
温度传感器Tl,T2和ST可位于分析物提取器10内的不同位置，以用于绘制反应室100和蒸发室300中的温度的目的。关于反应室100，所描述的实施例示出温度传感器T1以确定室100内的温度，而温度传感器ST测量每个上端盖中的温度以获得来自每个反应器皿104a,104b,104c,104d内的温度读数。尽管这些位置提供反应室100内和器皿104a,104b,104c,104d内温度的合理准确的图像，将理解的是，其它位置可提供更直接或更准确的温度测量。
例如，在一个备选实施例中，热电偶可附接到器皿104a,104b,104c,104d中的每一个的反应器皿柱106a，使得可在相应器皿104a,104b,104c,104d内测量样本混合物的温度。当然，这可假设硼硅玻璃具有足够低的R(电阻率)值并且不用作绝缘体。在又一实施例中，温度传感器或热电偶可集成在每个器皿104a,104b,104c,104d的塑料反应器皿基部110a内，使得可在相应器皿104a,104b,104c,104d的底部处测量温度。
流体储器RL1,RL2,RL3,RL4可包含一种或多种强碱性或酸性流体，诸如氢氧化钾(KOH)或盐酸(HCl)。备选地，储器RL1,RL2,RL3,RL4可包含一种或多种溶剂，包括水(H2O)、乙醇(CH3CH2OH)和己烷(CH3(CH2)4CH3)。来自储器RL1,RL2,RL3,RL4和/或来自氮气源的流可由外部泵P提供或激活和/或由一个或多个阀V和/或流量计M控制。除用于容纳流体或气体流的孔口112a之外，反应器皿盖108a可包括用于接收压力传感器SP的至少一个孔口。
处理器或控制器20可响应由这些传感器中的每一个提供的温度传感器信号ST、压力传感器信号SP和液体传感器信号SL，以改变反应室100、纯化室200和蒸发室300内的温度、压力和流量。关于反应室100中的温度，备选温度传感器或第二温度传感器T1(见图2)可设置在反应室100中而不是通过反应器皿104a的反应器皿盖108a。可通过控制加热器H和吹送器B的输出来改变反应室100中的温度。因此，处理器20可响应来自一个或多个温度传感器的温度信号。
温度传感器Tl可随着吹送器B的流来改变或变化热源H的输出。在一个实施例中，热交换器可连接到加热器H并且吹送器可引导空气经过热交换器以产生加热的空气。将认识到，加热空气流可分叉，使得在进行或引起反应时，一些或全部加热流HS可引导到反应室100，并且在包含在样本中的液体蒸发期间，一些或全部流HE可引导至蒸发室300。因此，处理器20可经由分叉管道(BD)将来自加热器H的流引导至室100,300中的任一个。处理器20可响应压力信号以在反应期间增加氮气(N2)的压力，以改善或增加通过反应器皿排放部116a的流速。这也可用作在反应室100中的反应之后将氮气(N2)注入随后的纯化室200的方法。
设计自动化系统和方法是一项复杂的工作，涉及一系列在项目开始时并不明显的创造性步骤。开发自动执行的仪器克服许多重大困难和挑战。
化学释放分析物所必需的反应所产生的反应混合物并不总是与下一个过程相容。例如，调节SPE(固相提取)柱的要求通常与设计成用于化学释放分析物的反应混合物不兼容。具有固体部分和液体部分两者的来自反应室的分析物的通过与将分析物转移到下一步所必需的阀功能不兼容。以前解决方案是在过滤之前或之上进行反应，使得液体将仅在某些条件下通过。后来发现需要改变反应和专门的过滤设计。更特别地，需要独特的过滤器设计、特殊的混合构造和解决方案的变化。
例如，通过过滤器的溶液包含在水性和有机溶剂溶液中的分析物和污染物的复杂混合物。为了分离分析物，采用SPE柱。SPE的固定相能够保留污染物、水和其它极性溶剂，同时允许非极性溶剂(例如己烷)洗脱分析物以转移到蒸发室。所得系统包括具有底部部分的反应器皿，该底部部分构造为可拆卸地释放以便于过滤器移除/更换和样本引入。此外，阀系统的开发便于将溶液转移到下一个室或弃置。最后，采用SPE柱来用于纯化，该柱与蒸发室中的烧瓶连通，通过氮气结合定向热输入去除溶剂。
分析物提取的示例
维生素
本公开内容的分析物提取器10能够从复杂基质中提取分析物。一个示例是从婴儿配方中提取维生素A和E。婴儿配方可用水重构，然后在反应器皿104a,104b,104c和104d中称重子样本(等分试样)以及抗氧化剂的组合。反应器皿104a,104b,104c和104d中的每一个可随后组装到反应室100中。一旦反应器皿104a,104b,104c,104d放置在仪器10上，各自的反应器皿盖108a,108b,108c,108d可与相应的反应器皿104a,104b,104c,104d组合(即，经由安装支架施加的向下的力，实现与反应器皿104a,104b,104c,104d,104d中的每一个的液密密封)。以下过程由处理器20自动控制：加入皂化溶液(KOH和乙醇)，混合并加热至75℃30分钟，加入水，冷却至60℃，使反应混合物通过过滤器并允许液体进入含有硅藻土的SPE柱，用己烷从SPE柱中洗脱维生素A和E(留下污染物)，并且将维生素通入蒸发室300的圆底烧瓶中，然后通过强烈的氮气流和集中在烧瓶底部的热源来蒸发溶剂。将分离出的含有维生素A和E的油手动重新溶解在己烷中，并注入HPLC以用于定量。
总脂肪分析
另一示例是通过酸水解的总脂肪分析。分析物提取器10通过将反应室100中的消化(HCl)和提取过程与SPE的分离能力相结合来回收总脂肪。乙醇可用于置换残留水并与正己烷弥合极性间隙，使正己烷渗透样本残余物并过滤，最终溶解脂肪。持续搅拌结合加热的溶剂大大提高提取能力。SPE柱结合水/乙醇溶剂和组分，并允许己烷与脂肪一起洗脱。SPE的这种选择性能力允许分析物提取器10绕过水解样本的传统干燥步骤，使得可在单个装置/仪器中进行总脂肪分析。
分析总脂肪所涉及的步骤从反应器皿104a中的样本分解开始。在添加样本之前，可将选择性的多层的反应器皿反应器皿过滤器140a在反应器皿排放部116a上方放置在反应器皿104a中。反应器皿的反应器皿过滤器140a包括刚性层和柔性层的组合，其提供结构和Loft的好处。Loft防止样本在过滤期间堵塞过滤器，而反应器皿的反应器皿过滤器140a的刚性防止其在反应器皿柱106a下方移动。然后可将样本添加并重新组装到反应室100内的安装支架中。在总脂肪分析中，盐酸(HCl)可包含在储器RL1,RL2,RL3,RL4中的一个中并且可自动添加到反应器皿104a中。
通过连续混合增强，可在HCl溶液中加热样本以释放结合的脂肪。一旦该过程完成，可过滤水溶液而通过梭阀150弃置。通过在反应室100中混合和加热样本，可优化样本的化学分解，并且脂肪从样本基质中完全释放。化学分解还减少可能堵塞过滤器的凝胶状材料的形成。由于化学键破坏并且污染物去除，故分析物提取器10可通过仅允许水溶液通过的相对较小的过滤器来过滤大样本。
分析物提取器10通过SPE柱的一体化而绕过干燥步骤。分析物提取器10自动地将溶剂(例如乙醇和己烷)添加到在反应器皿的反应器皿过滤器140a上保持的样本残余物中，而不是如该公开内容的背景技术部分中所论述的那样干燥样本。乙醇的亲水性与水结合形成新溶剂，新溶剂可与己烷相容，使己烷能够提取脂肪。用溶剂提取湿残余物后，提取的溶剂包含中等极性物质与脂肪的溶解混合物。
因此，脂肪必须与非脂肪组分分离。在本公开内容中，该步骤可通过SPE柱进行，其中极性和中等极性污染物与非极性脂肪组分分离。此外，SPE柱与混合样本溶液相互作用，仅允许含有脂肪的非极性溶剂离开SPE柱而进入蒸发烧瓶。一旦溶剂和脂肪进入蒸发烧瓶，溶剂就会蒸发，只留下脂肪来用于进一步分析。
与其它总脂肪分析方法相比，分析物提取器10是独特的。例如，分析物提取器10可用不需要单独干燥步骤的单个仪器进行总脂肪分析。这将分析物提取器10与其它提取方法区别开来，其它提取方法需要结合至少两个仪器和烘箱干燥步骤来完成总脂肪分析。
应理解的是，对本文中描述的实施例的各种改变和修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的。可在不脱离本公开内容的精神和范围并且不削弱其预期优点的情况下进行这样的改变和修改。因此，此类改变和修改旨在由所附权利要求涵盖。
尽管在前述说明书中已经公开本公开内容的若干实施例，但是本领域技术人员理解，受益于前述说明和相关联附图中提出的教导，将想到本公开内容涉及的本公开内容的许多修改和其它实施例。因此要理解的是，本公开内容不限于本文中上面公开的特定实施例，并且许多修改和其它实施例旨在包括在所附权利要求的范围内。此外，尽管在本文中以及在随后的权利要求中采用特定用语，但它们仅用于一般性和描述性的意义，并且不用于限制本公开内容的目的，也不用于限制随后的权利要求。