自动取样机的制作方法

自动取样机
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年3月2日提交的美国临时专利申请第62/984,130号的权益，该临时专利申请的全部公开内容出于所有目的全文以引用方式并入本文。
技术领域
3.本发明涉及一种自动取样机，并且更具体地，涉及一种基于导轨的自动取样机，其被构造成将样品准备用于由气相色谱法和/或气相色谱-质谱联用分析仪进行分析。


背景技术：

4.基于导轨的自动取样机可用于将样品导入gc或gcms中。这些系统主要用于分析样品瓶中所含的液体和固体样品，主要使用注射器通过橡胶隔片获取样品瓶内的液相或气相顶空，以进样到gc中。这些导轨自动取样机也已用于分析样品的顶空，通过使用注射器针头内部的spme纤维以将顶空吸附到纤维上，或通过动态地推动样品瓶内的顶空的内容物通过吸附剂以浓缩样品的挥发性馏分。然而，这些自动取样机存在至少三个缺陷。
5.首先，先前的基于导轨的自动取样机不适用于分析气体取样容器以分析挥发性有机化合物，因为无法在正压和负压下处理样品容器的定量样品体积测量，并且因为它们无法在不损失许多化学物质的情况下管理有机化合物的转移过程。一些导轨自动取样机无法在gc进样之前消除样品中的空气和水蒸气的同时将大体积的这些容器的内容物转移到被设计用于浓缩感兴趣的有机化合物的样品预浓缩系统。问题在于管理50cc至2500cc范围的容器，同时从每个容器抽取1cc至1000cc，这远远超出了玻璃注射器的可用体积范围。此外，这些容器通常高于或低于大气压，使标准注射器无法在分析期间正确测量从这些容器中取出的样品质量。
6.先前的导轨自动取样机的第二个主要问题是使校准过程自动化然后确认在运行一系列样品之前该校准未发生变化的能力。导轨自动取样机包括用于将样品获取点移动到每个样品位置的至少3个轴(x、y和z)和随后用于操作注射器以将一部分样品抽出到注射器中以递送至gc进行分析的通常第四轴。可以手动校准导轨自动取样机。然而，手动校准具有一些主要缺点。首先，分析人员需要一些培训和时间来执行校准。其次，如果校准后任何模块发生移位和/或移动，导轨可能无法在样品序列启动时定位样品瓶。这些误差可损坏注射器装置以及损失宝贵的分析时间。第三，如果导轨自身的安装点在分析之前发生移位，则自动取样机可能无法接近连接到gc而非导轨的目标，诸如gc进样器，这可导致系统发生故障，直到可执行重新校准为止。
7.先前的导轨自动取样机的第三缺陷是在分析容纳在大的样品容器中的样品时使用较长的输送管线。在先前的自动取样机系统中，为了将样品从大的样品容器递送到样品预浓缩单元和/或化学分析装置，这些输送管线是必要的。使用这些输送管线可减少化合物回收并增加从一个样品转移到另一个样品的可能性，从而降低分析结果的准确性。
8.过去也有基于非导轨的机器人系统来分析气体样品，但具有很大的缺点。这些系
统包括相对较长的输送管线，因此输送管线损耗和污染可能性更高。这些自动取样机在实验室中占据许多工作台空间，因此对实验室而言更昂贵且更不实用。此外，由于难以进入自动取样机外壳内的活动部件，因此基于非导轨的自动取样机通常更难以支撑。


技术实现要素：

9.本发明涉及一种自动取样机，并且更具体地，涉及一种基于导轨的自动取样机，其被构造成将样品准备用于由气相色谱法和/或气相色谱-质谱联用分析仪进行分析。在一些实施方案中，自动取样机系统可包括取样平台、x轴导轨、y轴导轨、z轴导轨、拾取工具、取样棒和流体联接到取样棒的化学分析装置。拾取工具可以联接到电机，该电机被构造成横穿x轴导轨、y轴导轨和z轴导轨，以使拾取工具能够例如操纵自动取样机系统的样品容器和取样棒。在一些实施方案中，一旦拾取工具将样品容器移动到位于取样棒附近的取样平台，拾取工具可将取样棒联接到样品容器，以使用例如质量流量控制器或真空贮存器来提取样品。
附图说明
10.图1a至图1c示出了根据本公开的一些实施方案的示例性自动取样机系统。
11.图2示出了根据本公开的一些实施方案的示例性自动取样机系统。
12.图3示出了根据一些实施方案的化学分析系统的手动配置。
13.图4a至图4b示出了根据一些实施方案的可用于将模块和安装支腿附接到导轨系统的示例性夹具。
14.图4c示出了根据本公开的一些实施方案的包括可在识别夹具中使用的二进制代码的示例性查找表。
15.图5a示出了具有模块的示例性自动取样机系统，该模块具有两个样品托盘，该样品托盘包括用于热解吸分析的样品。
16.图5b示出了根据本公开的一些实施方案的具有用于清洁样品容器的热调节系统的示例性自动取样机系统的操作。
17.图6示出了根据本公开的一些实施方案的使用自动取样机系统分析样品的示例性方法。
具体实施方式
18.在以下描述中，参考附图，附图形成描述的一部分，并且在附图中，以例示的方式示出可实践的具体示例。应当理解，在不脱离本公开的示例的范围的情况下，可使用其他示例并且可进行结构改变。
19.概述
20.本发明涉及一种自动取样机，并且更具体地，涉及一种基于导轨的自动取样机，其被构造成将样品准备用于由气相色谱法和/或气相色谱-质谱联用分析仪进行分析。在一些实施方案中，自动取样机系统可包括取样平台、x轴导轨、y轴导轨、z轴导轨、拾取工具、取样棒和流体联接到取样棒的化学分析装置。拾取工具可以联接到电机，该电机被构造成横穿x轴导轨、y轴导轨和z轴导轨，以使拾取工具能够例如操纵自动取样机系统的样品容器和取
样棒。在一些实施方案中，一旦拾取工具将样品容器移动到位于取样棒附近的取样平台，拾取工具可将取样棒联接到样品容器，以使用例如质量流量控制器或真空贮存器来提取样品。
21.本公开的实施方案涉及gc(气相色谱法)和gcms(气相色谱-质谱联用分析仪)样品导入。在一些实施方案中，本文呈现的导轨自动取样机可以通过使用可附接到气体取样容器的可移动棒入口将来自气体取样容器的样品递送到预浓缩装置以将样品准备用于由gc或gcms进行分析，从而分析该样品。预浓缩单元可以从气体取样容器中抽取已知体积，而不必导入气体以将内容物加压到预浓缩系统中。此导轨自动取样机可以位于gc或gcms的顶部，以大大节省实验室工作台空间。在一些实施方案中，系统包括内置到夹具中的唯一磁性识别，该夹具附接样品托盘、预浓缩模块、样品清洁模块或其它装置。在一些实施方案中，磁性识别允许在系统安装或修改期间自动校准导轨自动取样机(例如，用于确定目标位置的x、y和/或z坐标)。此外，磁性识别可确认自上次校准事件以来，先前校准的模块或样品托盘以及导轨相对于gc安装件的定位均未发生变化。
22.在一些实施方案中，自动取样机可拾取样品容器并将其移动到系统的取样位置，从而在预浓缩期间减少样品容器与样品预浓缩系统之间的输送管线距离。在一些实施方案中，样品容器具有10cc至2500cc范围内的体积，并且具有超过5英寸(例如，12.7厘米)的直径，这是对先前自动取样机的能力的改进，先前自动取样机仅能够拾取具有1英寸至2英寸(例如，2.5厘米至5厘米)范围内直径的样品容器。
23.该系统进一步包括由导轨的z轴控制的取样棒，该取样棒用于在一些实施方案中获取样品容器的内容物以进行分析。该棒可通过向捕集系统递送样品的侧端口连接到加热输送管线。在一些实施方案中，使样品容器靠近样品制备系统然后使用具有连接到gc入口或预浓缩/聚集系统的非常短的加热管线的可移动棒可以通过减少气相色谱仪外表面的总暴露量来改善分析物回收并减少系统残留。在一些实施方案中，取样棒可从样品容器中提取样品，而不会在提取样品的同时将附加气体引入系统中。
24.在一些实施方案中，自动取样机使用磁性识别夹具以在自动取样机使用前进行自动校准。重要的是在处理样品之前校准自动取样机，使得自动取样机能够找到样品容器、在气体取样期间供容器放置的取样平台以及气体取样棒的位置和附加的气体校准端口和内部标准端口。在一些实施方案中，x轴导轨编码器记住每个参考点(例如，磁性识别夹具)的位置，并且能够找到与参考点相关联的剩余位置。例如，给定模块或托盘平台将在x和y方向上与初始手动放置的目标(例如，在校准期间放置在托盘中的样品容器)具有相对位移距离，使得可以找到这些附加位置(托盘上的样品瓶)。
25.在一些实施方案中，本文公开的磁性识别夹具提供将托盘和模块安装到自动取样机的x轴以及将自动取样机的支撑件安装到gc的方式。例如，磁性识别为相应夹具提供二进制id码，从而允许识别码和相应的夹具识别的x轴坐标例如被系统引用并保存。在一些实施方案中，磁性识别促进大量自动取样机模块的校准，从而提供对模块上的微调“目标”的相对准确的确定，以在校准期间对x、y坐标进行后续微调。导轨系统可以扫描带有识别码的(例如x轴)导轨定位夹具，并读取识别码，以及(例如从查找表)确定如何执行每个模块的精细校准。另外，在每个分析序列之前，系统可检查磁性识别以验证每个磁性识别相对于最近校准的x轴位置。以这种方式检查磁性识别的位置可以避免自上次系统校准以来由移动或
移除模块而造成的故障。在一些实施方案中，相应导轨支撑安装件(例如，系统右侧的gc/导轨支撑安装件)还包括磁性识别，该磁性识别可用于确认自先前校准以来未重新定位导轨。
26.在一些实施方案中，自动取样机系统可以在不使用注射器的情况下分析来自气体容器的样品。本公开的一些实施方案由于样品容器与样品预浓缩或进样单元之间的较短输送管线距离而允许在没有化合物损失的情况下测量较大的样品体积。在一些实施方案中，自动取样机系统可以通过控制样品流通过捕集系统同时使用真空贮存器测量传质来处理不同正负压下的样品容器，该真空贮存器最初的压力(例如，-14psig)比样品容器的压力(例如，-8psig至40psig)低。在一些实施方案中，当样品包含在样品容器中时，气体样品的压力小于大气压。在一些实施方案中，当样品包含在样品容器中时，气体样品的压力大于大气压。在一些实施方案中，当样品包含在样品容器中时，气体样品的压力(例如，大约、大体上)等于大气压。在一些实施方案中，当样品包含在样品容器中时，气体样品的压力小于、等于或大于大气压。在一些实施方案中，真空贮存器设置在进一步包括样品预浓缩器的单元内。真空贮存器与样品容器之间的压差可以驱动来自样品容器的气体通过捕集器(例如，捕集/预浓缩系统)，而不会在收集样品的同时将附加气体引入系统，然后将气体转移到收集贮存器以测量未捕获的平衡气体(例如，固定气体，诸如空气、氮气、二氧化碳、氦气和/或氢气)。在一些实施方案中，真空贮存器流体地联接到被构造成装配到样品容器的取样棒，从而使得系统能够使用真空贮存器将预定量的样品抽吸到预浓缩系统或化学分析装置中。在一些实施方案中，自动取样机将样品移动到样品提取位置，并且在不添加气体将样品推出并且因此不用此类加压气体稀释样品的情况下回收气相样品。在一些实施方案中，此提取位置具有用于预热样品的加热器，以支持样品容器中低挥发性组分的回收。
27.另外，提出了这种解决方案的低成本手动版本，以允许实验室在获得全自动的自动取样机系统之前测试这项技术和开发方法。手动版本可使用与自动化导轨系统相同的样品界面和预浓缩模块，从而允许将方法从手动操作直接转移到自动化操作。
28.示例性系统和过程
29.图1a至图1c示出了根据本公开的一些实施方案的示例性自动取样机系统100。在一些实施方案中，自动取样机系统100可设置在化学分析仪122(例如，gc或gcms)和/或样品预浓缩器121顶部。自动取样机系统100可包括x轴导轨124、y轴导轨126和z轴导轨128，导轨被构造成促进拾取工具130在三维中的移动。在一些实施方案中，拾取工具130被构造成拾取、移动和/或操纵样品容器102、104、106和/或108和取样棒114。样品容器102、104、106和108可分别设置在样品托盘132、134和136中。在一些实施方案中，样品托盘132、134和136使用夹具138联接到自动取样机系统100，该夹具可包括与相应模块(例如，样品托盘132、134、136)的校准数据相关联的磁性识别，该磁性识别通过相应的夹具138联接到自动取样机系统100，如下文参考图4a至图5b更详细地描述。
30.在一些实施方案中，自动取样机系统100具有分析大体积的气相样品的能力。自动取样机系统100可容纳相对大的样品容器(例如，气体罐)，使得相对较大的样品容器可被提升到(例如，位于样品托盘中的)其它样品容器之上，而不会与其它样品容器、z轴导轨128或z轴导轨128的任何内部部件碰撞。自动取样机系统100的拾取工具130可包括夹持器机构，该夹持器机构被构造成拾取每个样品容器102、104、106、108和110，以将样品容器移动到取样平台112以用于样品准备(例如，预浓缩)和分析。此外，在一些实施方案中，如将在下文更
详细地描述(例如，相对于图1c)，自动取样机系统100可包括气体管理系统，该气体管理系统还有助于使用相对较短的输送管线来改善样品回收并减少系统100使用之间的残留。
31.在一些实施方案中，x轴导轨124、y轴导轨126和z轴导轨128中的每一者包括电机和编码器。例如，电机可以是步进电机或伺服电机，但是其它类型的电机也是可能的。在一些实施方案中，每个电机联接到编码器，该编码器可以跟踪相应电机的每一步或增量移动，以跟踪导轨124-128和拾取工具130在三维中的位置。在一些实施方案中，如果一个或多个电机停滞(例如，由于遇到障碍物诸如样品容器、导轨的末端或其它事物)，则系统仍然能够保持对导轨124-128和拾取工具130的位置的准确确定。在一些实施方案中，电机由三轴控制器控制，该三轴控制器可独立地控制每个轴的运动。
32.图1a至图1c例如示出了使用1l玻璃瓶102、1l不锈钢罐104、1.4l不锈钢罐106和2.5l不锈钢罐108作为样品容器的自动取样机系统100。因此，在一些实施方案中，自动取样机系统100可以通过调换系统中使用的样品托盘来兼容各种样品容器。在一些实施方案中，玻璃瓶在使用之前未被启用，并且不锈钢罐通常包括内部陶瓷涂层，以在取样之后和分析之前改善化学混合物的惰性和存储时间。每个样品容器可包括微型qt阀(qt-四分之一英寸管)，其允许阀的快速连接打开和关闭，以及阀顶部的止动器，其可允许自动取样机拾取并移动相应容器。在一些实施方案中，自动取样机系统与具有各种体积和/或外径的样品容器兼容。例如，自动取样机系统能够容纳具有1/4英寸至5.2英寸范围内的外径和1cc至2500cc范围内的体积的样品容器。例如，自动取样机系统100可以从装配有微型qt阀的1/4英寸管中提取样品。
33.在一些实施方案中，自动取样机系统能够将具有1cc至2500cc范围内的体积的样品抽取到预浓缩系统121中(例如，使用取样棒114)。在一些实施方案中，所抽取的样品的量大于0.1cc、1cc、3cc、5cc、10cc、15cc、20cc、25cc、50cc、100cc、200cc、300cc、500cc、1000cc、1500cc或2000cc。在一些实施方案中，所抽取的样品的量小于100cc、300cc、500cc、1000cc、1500cc、2000cc或2500cc。应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，自动取样机系统能够抽取具有本文公开的任何上边界或下边界的范围内的样品体积。在一些实施方案中，在不脱离本公开的范围的情况下，自动取样机系统能够抽取具有在本文中明确公开的一个或多个范围之外的体积的样品。
34.在一些实施方案中，自动取样机系统能够从具有1/4英寸至5.2英寸范围内的直径的样品容器中抽取样品。在一些实施方案中，样品容器具有大于1/4英寸、1英寸、2英寸、3英寸、4英寸、5英寸、6英寸或10英寸的直径。在一些实施方案中，样品容器具有小于1/2英寸、1英寸、2英寸、3英寸、4英寸、5英寸、6英寸、7英寸或11英寸的直径。应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，自动取样机系统能够从具有本文公开的任何上边界或下边界中任一者的范围内的直径的样品容器中抽取样品。在一些实施方案中，在不脱离本公开的范围的情况下，自动取样机系统能够从具有在本文中明确公开的一个或多个范围之外的直径的样品容器中抽取样品。
35.在图1a中，例如，自动取样机系统100用拾取工具130提起1.4l罐110，以将1.4l罐110转移到取样平台112。在一些实施方案中，取样平台112可被定位成靠近样品预浓缩器121。取样平台112的位置可减小样品与预浓缩器121之间的输送管线的长度，并且因此可以减少样品暴露于可能的反应性表面。在一些实施方案中，样品平台112上的圆柱体可以是加
热的或未加热的，并且当罐110被分析时可以帮助保持其位置。
36.在图1b中，1.4l罐110被定位在取样平台112上，其中取样棒114放置在罐110的顶部以例如获取内部的样品。取样棒114可联接到加热输送管线140，该加热输送管线允许气体样品转移到样品导入系统，诸如样品预浓缩器121。因此，在一些实施方案中，取样棒114和预浓缩器121流体地联接。在一些实施方案中，取样棒114和预浓缩器121是不同的部件。在一些实施方案中，取样棒114和预浓缩器121是(例如，经由输送管线140)彼此流体联接的不同部件。在一些实施方案中，取样棒114能够从样品容器110收集气体样品，而不在收集样品时引入附加气体。
37.如图1a至图1b中所示，自动取样机系统100可以设置在化学分析仪122(例如，gc或gcms)顶部，从而相比于自动取样机系统100邻近化学分析仪122定位的系统和/或相比于占据实验室空间、产生杂波、增加附加输送管线并且总体降低实验室效率的落地式自动取样机而言，节省了实验室工作台空间。在一些情况下，例如，可以将计算机、监视器、键盘和/或鼠标数据系统置于罐104-108下方化学分析仪122的右侧，从而提高工作台空间的利用率。
38.图1c示出了根据一些实施方案的自动取样机系统100的取样平台112的详细视图。在一些实施方案中，当不使用时，取样棒114可由支撑结构118支撑。在一些实施方案中，支撑结构118可以进一步保持微型qt阀120a-d，以允许通过棒导入其它气体，诸如一种或多种内部标准物、校准标准物和惰性冲洗气体，以在暴露于样品之后清洁取样棒和加热管线。在一些实施方案中，可以将这些气体中的一种或多种气体导入系统以包括在样品的化学分析中。例如，取样棒114可以导入(1)预定量的高浓度或低浓度标准物以用于生成校准曲线，以证明随样品浓度增加的响应线性度，(2)预定量的内部标准物被导入到每个分析中以支持通常在进行gcms分析时所需的内部标准物校准方法和(3)预定量的样品到系统中。因此，在一些实施方案中，不与气体样品同时导入标准物，而是标准物和气体样品均包含在样品的分析中。在一些实施方案中，可调换取样平台112的样品保持器以匹配当前正被分析的样品容器的大小。在一些实施方案中，手动替换取样平台112的样品保持器；在一些实施方案中，一个或多个支撑结构(例如，环、柱)下方的弱弹簧可以使样品保持器自动装配到放置在取样平台112上的样品容器上。例如，相对较大的样品容器可以将较小容器的一个或多个支撑结构向下推动，而与装配在相对较大样本容器的占有面积外的一个或多个支撑结构接合。在一些实施方案中，取样平台112的样品保持器可包括加热器，该加热器被构造成在样品位于样品容器中时预热和/或加热样品。
39.在一些实施方案中，当样品容器110设置于取样平台112上时，系统100用取样棒114轻轻用力，以打开罐110上的qt阀以获取内部的样品。一旦将取样棒114连接到罐110，预浓缩单元121就可以从容器110抽取预定体积(例如，和/或质量)的样品(例如，使用质量流量控制器或真空贮存器(例如，进行压差测量以确定所取样的体积或质量)，该质量流量控制器或真空贮存器位于流体地联接到取样棒114的预浓缩器121的捕集系统下游)，而不会例如在抽取样品时将另一种气体引入系统。在一些实施方案中，在样品提取之后，可以将取样棒114放回支撑结构118中。在一些实施方案中，然后可以将真空施加在取样棒114上以消除对下一个分析的残留。接下来，在一些实施方案中，拾取工具130可将样品容器110移动到样品托盘136。所提取的捕获的样品可被进一步处理以去除水蒸气，并且在快速进样到化学分析仪122中之前可能被进一步聚集。
40.在一些实施方案中，支撑结构118容纳可与取样棒114联接的附加微型qt阀，以将一个或多个标准物和/或吹扫气体导入到预浓缩系统121和/或化学分析系统122中。例如，阀120a可以联接到第一标准物(例如，高浓度标准物)，阀120b可以联接到第二标准物(例如，低浓度标准物)，阀120c可以联接到第三标准物(例如，内部标准物)，并且阀120d可以联接到吹扫气体。在一些实施方案中，一些预浓缩器仅可从10cc至500cc(仅50倍)准确地预浓缩。因此，在一些实施方案中，可以提供两种不同的标准物(例如，高浓度标准物120a和低浓度标准物120b)，以通过使浓度相差20倍至100倍来使总浓度范围为2000倍。在一些实施方案中，将内部标准物120c添加到每个分析中以跟踪化学分析仪(例如，ms)的任何变化的灵敏度。在一些实施方案中，系统从样品容器收集样品并在不同时间向系统导入一个或多个标准物，并且将样品和标准物均包括在样品的分析中。
41.支撑结构118可以进一步包括托架115，取样棒114可以在不使用时联接到该托架。在一些实施方案中，托架115可包括内部密封件(例如，一个或多个o形环)，使得取样棒114在联接到托架115时可以暴露于真空。以这种方式将取样棒114联接到托架115可以减少分析之间样品化合物的残留。
42.图2示出了根据本公开的一些实施方案的示例性自动取样机系统200。在一些实施方案中，自动取样机系统200可以设置在化学分析仪122(例如，gc或gcms)顶部。自动取样机系统200可以包括x轴导轨124、z轴导轨128和y轴导轨(在图2中隐藏在z轴导轨128后面)，其被构造成促进拾取工具130在三维中的移动。在一些实施方案中，拾取工具130被构造成拾取、移动和/或操纵样品容器202和204和取样棒114。在一些实施方案中，样品托盘210使用夹具138联接到自动取样机系统200，该夹具可包括与校准数据相关联的磁性识别，该磁性识别通过相应的夹具138联接到自动取样机系统100，如下文参考图4a至图5b更详细地描述。
43.在图2中，自动取样机系统200被构造成分析保持在具有1cc至50cc范围内的体积的样品容器202中的样品。在一些实施方案中，例如，与如图1a至图1c所示的支持10cc至1000cc样品的浓度以达到亚ppb级检测限相反，图2示出了使用自动取样机系统100来分析保持在较小样品容器202中的样品，其中仅需要1cc至50cc体积来从1ppb至1000ppm测量样品。例如，较小的体积可由更小或更少的捕集级处理，诸如直接放置在自动取样机系统200上的捕集系统206。在一些实施方案中，捕集系统206可以浓缩样品，消除不需要的水蒸气，并且促进将样品通过(例如，加热)输送管线208快速转移到化学分析仪122(例如，gc或gcms)中以进行分析。
44.图2中所示的配置可用于工业卫生工作场所样品，以及用于例如测量其它工业来源气体中ppm级成分。此配置还可用于使用瓶盖上有螺丝且瓶盖顶部具有微型qt阀的小型至大型样品瓶(例如，类似于样品容器202)，对含有液相和固相样品的样品瓶执行大体积静态顶空分析(lvsh)。此配置可允许在平衡条件下在对加热或不加热的样品瓶分析期间分析挥发性至半挥发性化合物，以提供特定温度下顶空浓度的反馈。这可能是非常重要的，因为消费者通常是用对复杂的挥发性顶空的嗅觉感知而不是液体或固体产品本身的真实成分来评价产品，并且量化“良好和不良”气味的能力对于开发在市场上被广泛接受的产品至关重要。
45.图3示出了根据一些实施方案的化学分析系统300的手动配置。例如，化学分析系
统300可类似于自动取样机系统100和200，不同的是，化学分析系统300不包括自动取样机装置。在一些实施方案中，化学分析系统300可用于手动准备和分析化学样品。例如，实验室可以购买化学分析系统300以在将系统300升级到包括自动取样机之前手动开发准备和分析方法，从而将系统300转换成类似自动取样机系统100或200的自动取样机系统。
46.在一些实施方案中，化学分析系统可以包括样品瓶202、取样棒114、样品预浓缩系统206和化学分析仪122(例如，gc或gcms)。在一些实施方案中，取样棒114联接到输送管线140以将样品从样品容器204转移到样品预浓缩系统206。样品预浓缩系统206可以经由输送管线208联接到化学分析仪122。在一些实施方案中，化学分析系统300可以包括支架302，样品托盘，包括样品托盘210，可以经由夹具304联接到化学分析系统300。尽管在一些实施方案中，夹具304可以包括磁性识别，在一些实施方案中，夹具304不包括磁性识别，因为化学分析系统300是由人类操作的手动系统而不是机器人操作的自动化系统。在一些实施方案中，化学分析系统300可以被修改为包括自动取样机，以将化学分析系统300升级到类似于自动取样机系统100或200的自动取样机系统。
47.图4a至图4b示出了根据一些实施方案的可用于将模块和安装支腿附接到导轨系统的示例性夹具400和410。在一些实施方案中，如图4a所示，夹具400包括磁体404，该磁体指示夹具400包括识别标签和磁体402，该磁体产生二进制识别码以识别哪个模块(例如，样品托盘、导轨安装件等)附接到夹具400。在一些实施方案中，夹具400包括位置406a-406d，其可各自包括或不包括磁体(例如，被包括在位置406a中的磁体402)。例如，夹具400在位置406a中包括磁体402，并且在位置406b-d中不包括磁体；因此，夹具400可包括识别码“1”。磁体404可用于将该夹具400与自动取样机系统中的不包括识别码的其它夹具区分开来。
48.在一些实施方案中，在自动取样机系统的校准过程期间，自动取样机系统(例如，自动取样机系统100或200)的x轴导轨(例如，图1a至图1b和图2中所示的x轴导轨124)被扫描(例如，从右到左或从左到右)，并且z轴导轨背面的磁性传感器(例如，图1a至图1b和图2中所示的z轴导轨128)用于沿自动取样机系统的x轴定位具有识别标签的任何夹具(例如，夹具138)。在一些实施方案中，每个二进制代码可对应于与自动取样机系统兼容的相应模块，自动取样机系统能够查找相应模块的校准信息。例如，校准信息可包括由模块保持的样品容器的数量和样品容器相对于识别夹具的位置。因此，在一些实施方案中，识别夹具可用于在分析之前校准自动取样机系统。在一些实施方案中，系统可以将二进制代码(例如，二进制代码“0”，其中图4a中的位置406a-d各自不包括磁体)与自动取样机系统的相应支撑结构相关联。例如，在图4b中，夹具410可以指示将自动取样机导轨联接到化学分析仪的最右侧支腿的位置。示出形成所有十六个代码的磁体和代码的示例在图4c中示出。在一些实施方案中，自动取样机系统可以使用识别码来识别罐取样平台的位置以及导轨上预浓缩单元是否存在。
49.图4c示出了根据本公开的一些实施方案的包括可在识别夹具中使用的二进制代码的示例性查找表401。如图4c所示，每个二进制代码可在最右位置中包括磁体，从而指示夹具在例如四个最左位置中包括二进制代码。在一些实施方案中，存在0-15的十六个可能的二进制代码。在一些实施方案中，可以保留代码(例如，“0”)中的一个代码以用于自动取样机系统的相应支撑结构(例如，将自动取样机系统联接到化学分析器的右支腿)，并且剩余代码可各自与自动取样机系统兼容的相应模块相关联。例如，剩余的二进制代码(例如，
代码“1
”‑“
15”)可各自与导轨上的相应样品托盘或控制/提取模块相关联，并且可与存储在可由自动取样机系统访问的查找表中的校准表相关联。在一些实施方案中，校准数据可包括信息，诸如相应托盘中的样品容器的数量和样品容器相对于夹具的二进制识别码的(例如，x、y和/或z)位置。在一些实施方案中，校准信息包括与二进制代码对应的相应样品托盘中的样品容器的x、y位置。在一些实施方案中，相应的样品托盘可被构造成保持多种尺寸的样品容器。例如，相应的样品托盘可保持具有不同高度的1l罐和/或1.4l罐。此外，在一些实施方案中，每个样品容器的顶部的阀的类型可不同(例如，样品容器可仅包括mqt阀或包括trueseal阀和mqt阀)，其也可以导致目标的高度(例如，样品容器的密封)变化。在一些实施方案中，在软件中以及在创建序列表期间，分析员可指示罐配置，可由系统从该配置中确定样品容器的预期z高度。在一些实施方案中，与基于配置信息确定z高度相反，自动取样机系统能够以低功率设置操作z轴电机，以允许z轴降低拾取工具130，直到其缓慢停滞(例如，当其到达样品容器的顶部时)，从而确定样品容器的高度。在一些实施方案中，自动取样机系统可耐受确定样品容器的z高度的方法(例如，大约数百万次)而不会损坏内部驱动机构。例如，自动取样机系统可以使用此校准信息来定位样品容器以进行化学分析。
50.图5a示出了具有模块502的示例性自动取样机系统500，该模块具有两个样品托盘504，该样品托盘包括用于热解吸分析的样品。模块502可包括可联接到自动取样机系统500的x轴导轨的两个支腿506a和506b。如图5a所示，支腿506b可包括识别夹具508，而支腿506a可包括例如不包括磁性识别的夹具510。在一些实施方案中，模块502的识别夹具508相对于模块502定位在相应的预定位置处，例如与模块502的最右侧支腿506b集成。通过将识别夹具508相对于模块502的其余部分以预定取向放置，系统可以基于与识别码508相关联的校准信息来定位模块502的样品容器512。在一些实施方案中，系统500首先基于与识别508相关联的校准信息来识别每个样品托盘504的第一位置和最后位置中的样品容器512a-d，并且能够对剩余样品容器的校准进行微调。
51.在一些实施方案中，可以设置在z轴导轨底部的自动取样机系统的拾取工具具有大的接受锥，从而允许在校准期间在拾取工具与目标之间的对准偏移相当大的距离(例如约0.5厘米或更少)，而不影响系统的功能。通常，当基于目标相对于磁性识别夹具的位置来校准系统时，拾取工具与目标之间的偏移小于约0.5厘米，这意味着自动校准过程基本上可靠。
52.图5b示出了根据本公开的一些实施方案的具有用于清洁样品容器516的热调节系514的示例性自动取样机系统501的操作。在一些实施方案中，热调节系统514经由识别夹具518联接到自动取样机系统501。例如，夹具518可在最右位置中包括磁体，其指示夹具518包括二进制磁性识别，并且在左起第四位置中包括磁体(例如，对应于二进制代码“1”)。在一些实施方案中，夹具518的二进制代码可以与热调节系统514相关联。自动取样机系统501可以检测夹具518的识别码并且查找可用于定位样品容器516的热调节系统514的校准信息(例如，利用自动取样机系统的拾取工具)。并且同样地，软件中的查找表允许正确识别此模块，以及确定目标的数量和位置以进行精细校准。
53.本公开的一些实施方案可用于通过gc和gcms对样品中的挥发性化学物质进行定量和定性化学分析。自动取样机系统可与当位于取样平台上的或取样平台附近的端口上时的包括不锈钢和玻璃真空取样罐和tedlar袋的样品容器兼容。可使用此技术的方法的示例
包括美国epa方法to-15/to-15a、osha方法1021和pv2120、中国方法hj759和来自中国台湾、日本和其他地方的其它罐式方法。如先前所解释的，具有气密密封的小型至大型玻璃样品瓶和顶部的微型qt阀或兼容阀可用于分析液体或固体样品上方的顶空，该液体或固体样品在工业和消费产品的分析中有数百种应用。可以将样品气体牵拉或推动通过定量管以用于小体积转移到gc，或首先通过预浓缩捕集器以增加有机化学物质的浓度以提高检测限值，并且减小体积以增加gc中的进样速率以支持低毛细管流速。基于导轨的设计可诸如通过将样品放置在gc或gcms上来节省实验室空间，从而利用实验室中未充分利用的垂直空间。不同于需要使用单独管线连接每个样品的罐式自动取样机不同，在本公开的一些实施方案中，样品容器被放置在托盘中以用于更快的装载和卸载样品，从而仅允许一个取样管线来保持更好的系统一致性，以及通过多入口管线自动取样机来保持卫生。可以加热保持样品的取样平台以促进将较重化合物转移到气相中，以增加在室温下可能仅部分挥发的较高沸点化合物的回收。系统的非自动化版本(例如，如上文参考图3所描述的)已被呈现为实验室在投资于完全自动化的x,y,z导轨系统之前测试这些应用和开发方法的一种方式。
54.用于在分析之前进行自动校准和验证的夹具识别系统可用于任何导轨系统，用于任何应用，包括任何gc、gcms，或用于自动化和/或准备用于gc或gcms分析的样品的离线样品准备导轨系统。被定位在将模块联接到导轨和gc的夹具上的磁性或其它识别码(rfid、ir、条形码等)允许在添加、移除或重新定位x轴导轨上的任何模块时，或者当移动导轨本身以重新定位导轨系统时(例如，以提供更好的重量分布或避免与gc或gcms上或附近的其它装置冲突)，进行快速和准确的校准。
55.图6示出了根据本公开的一些实施方案的使用自动取样机系统分析样品的示例性方法600。在一些实施方案中，可以使用自动取样机系统，诸如上文参考图1a至图2描述的自动取样机系统100或自动取样机系统200来执行方法。在一些实施方案中，磁性识别夹具诸如上文参考图4a至图5b描述的磁性识别夹具也可用于执行方法。在一些实施方案中，使用存储指令(例如，一个或多个程序)的一个或多个处理器来执行方法的一个或多个步骤，该指令在由装置(例如，自动取样机系统)执行时使该装置执行一个或多个方法步骤。
56.在一些实施方案中，在校准自动取样机(602)之前，系统可以使用接近开关和金属标记来标记x、y、z＝0的参考点。以此方式，在一些实施方案中，自动取样机系统可在使用时根据需要识别参考点(例如，“原始”位置)。标记位于自动取样机内部，并且无法由用户(轻易地)获取或更改，因此它们例如保持不变。在一些实施方案中，系统通常在首次上电时以这种方式“归位”，或者在确认没有发生位置精度损失的频率下进行归位。例如，与通过磁性识别校准程序确定的相对位置偏移结合，x、y和z轴的可靠“原始”位置可以在操作期间提供准确的“绝对”坐标。
57.当系统首次设置时，执行全面校准(602)。在一些实施方案中，校准包括通过将传感器定位在夹具上以读取夹具的代码来扫描自动取样机系统的x轴导轨以获得包括磁性识别的夹具。例如，5传感器读取器可与包括磁体的夹具的五个位置对准，以便准确地确定夹具的代码。在一些实施方案中，可以通过将例如最右侧的检测磁体与例如最右侧的磁性传感器对准来实现对准，因为包括二进制代码的所有夹具也在夹具的最右侧位置中包括磁体。在一些实施方案中，与使用最右侧位置作为参考位置相反，夹具上的不同位置可作为参考(例如，最左侧位置、中心位置等)。一旦传感器对准，系统就可以读取由夹具的四个最左
侧位置中的一个或多个磁体形成的二进制代码。可以针对每个夹具重复此过程，包括沿着系统的x轴导轨的代码。在读取夹具的代码之后，系统可对需要微调的任何模块进行微调校准。在一些实施方案中，不需要微调位置“0”，即自动取样机系统的右支腿。在一些实施方案中，此校准仅须完成一次，但是如果更换掉单个模块，则可指示系统扫描这一个模块以将其添加到当前模块列表中，并且如果需要则执行所添加模块的微调校准。
58.在一些实施方案中，在校准之后，系统可以(例如，对一个或多个样品、坯料或标准物)进行化学分析(604)。
59.在一些实施方案中，在自动化分析期间，自动取样机系统验证该校准(606)。在一些实施方案中，自动取样机系统首先自身归零(首先针对z轴检测原始标记，然后是y轴，然后是x轴)，然后到达每个位置，在该位置处，预期磁性夹具验证自校准602以来磁性夹具未发生移动。
60.在一些实施方案中，如果选择了样品位置(例如，样品瓶中的一个样品瓶)，则系统可以(例如，使用拾取工具130)将该样品移动到取样平台(607)。在一些实施方案中，如果没有选择样品，则跳过此步骤。例如，如果系统正在运行标准物(例如，高浓度标准物120a、低浓度标准物120c、内部标准物120c)或执行空白运行，则不选择样品。
61.在一些实施方案中，系统可将取样棒114移动到样品(608)，从而使系统能够使用取样棒114将样品导入到化学分析仪122(例如，通过预浓缩系统121或206)。例如，系统首先使用拾取工具130将样品移动到取样平台(607)，然后使用拾取工具130将取样棒114移动到样品(608)。在一些实施方案中，如果未分析样品(例如，系统正在运行标准物或执行空白运行)，则取样棒114移动到阀120a-d中的一个阀，以向系统提供期望气体。
62.在一些实施方案中，系统使用取样棒114收集样品(609)。在一些实施方案中，取样棒114可以将样品导入系统，而不会在抽取样品时将另一气体引入系统。当样品(如果有的话)定位在取样平台112上时，系统可以移动取样棒114以浓缩所请求的一定体积的高浓度或低浓度标准物(例如，120a或120b)、内部标准物120c和样品(如果有的话)中的一者或多者。在一些实施方案中，与将样品导入系统相反，取样棒114可以在没有样品的情况下将一个或多个标准物导入系统，或者在没有样品或一个或多个标准物的情况下将惰性气体导入系统(例如，以执行空白运行)。
63.在一些实施方案中，一旦向系统提供所请求的样品，则系统可以从样品移除取样棒114(例如，610)并将取样棒114放置在托架115中。在一些实施方案中，托架115联接到真空源，并且将取样棒114放置在托架中可启动用于自动清洁取样棒114的过程。
64.在一些实施方案中，系统将样品返回到其相应的取样托盘(612)。如果系统进行加热分析，则系统可以开始将下一样品移动到取样平台112(607)以进行预热。
65.在一些实施方案中，系统可以使用上述预浓缩系统中的一个预浓缩系统来执行样品预浓缩(614)。系统可以等待(618)直到检测到gc就绪(616)。一旦检测到gc就绪(616)，则系统可以将样品进样到化学分析仪(620)中并用化学分析仪分析样品(622)。在一些实施方案中，一旦将样品进样(620)，则系统可以烘烤预浓缩系统以使其准备好供下一样品使用。
66.在一些实施方案中，当预浓缩器就绪时，并且当化学分析系统在样品上进行分析时(622)，系统可以开始预浓缩下一样品(614)。
67.本公开的一些实施方案涉及一种自动取样机系统，该自动取样机系统包括：取样
平台；x轴导轨；y轴导轨；z轴导轨；拾取工具，该拾取工具联接到一个或多个电机，该一个或多个电机被构造成横穿x轴导轨、y轴导轨和z轴导轨，其中拾取工具被构造成将样品容器从样品托盘移动到取样平台；取样棒，该取样棒被构造成使用质量流量控制器或真空贮存器在不添加另一气体的情况下将具有1cc至2500cc范围内的体积的已知质量的气体样品从样品容器抽取到样品预浓缩器中，其中拾取工具被进一步构造成将取样棒移动到样品容器，并且其中气体样品在被包含在样品容器中时处于大于、小于或等于大气压的压力下；和化学分析装置，该化学分析装置流体地联接到样品预浓缩器。除此之外或另选地，在一些实施方案中，自动取样机系统进一步包括取样棒托架，该取样棒托架联接到真空源，使得在取样棒设置于托架中时在取样棒中抽取真空。除此之外或另选地，在一些实施方案中，拾取工具被进一步构造成在取样棒托架与样品容器之间移动取样棒。除此之外或另选地，在一些实施方案中，自动取样机系统进一步包括联接到一种或多种气体的一个或多个阀，其中拾取工具被进一步构造成将取样棒联接到阀中的一个阀以将气体导入到化学分析装置，并且其中一种或多种气体包括分析仪校准气体混合物或系统吹扫气体。除此之外或另选地，在一些实施方案中，自动取样机系统进一步包括夹具，样品托盘通过夹具联接到自动取样机系统的x轴导轨，其中夹具包括与样品托盘对应的预定布置方式中的一个或多个磁体；磁体传感器，该磁体传感器被构造成检测夹具的一个或多个磁体；和一个或多个处理器，该一个或多个处理器被构造成查找与磁体的预定布置方式相关联的校准信息。除此之外或另选地，在一些实施方案中，样品容器具有1/4英寸至5.2英寸的范围内的外径。
68.本公开的一些实施方案涉及一种系统，该系统包括具有1cc至2500cc范围内的体积的样品容器，该样品容器含有压力大于、小于或等于大气压的气体样品；和自动取样机系统，该自动取样机系统包括：取样平台；x轴导轨；y轴导轨；z轴导轨；拾取工具，该拾取工具联接到一个或多个电机，该一个或多个电机被构造成横穿x轴导轨、y轴导轨和z轴导轨，其中拾取工具被构造成将样品容器从样品托盘移动到取样平台；和取样棒，该取样棒被构造成使用质量流量控制器或真空贮存器在不添加另一气体的情况下将已知质量的气体样品从样品容器抽取到样品预浓缩器中，其中拾取工具被进一步构造成将取样棒移动到样品容器，并且其中气体样品在被包含在样品容器中时处于大于、小于或等于大气压的压力下；和化学分析装置，该化学分析装置流体地联接到样品预浓缩器。除此之外或另选地，在一些实施方案中，自动取样机系统进一步包括取样棒托架，该取样棒托架联接到真空源，使得在取样棒设置于托架中时在取样棒中抽取真空。除此之外或另选地，在一些实施方案中，拾取工具被进一步构造成在取样棒托架与样品容器之间移动取样棒。除此之外或另选地，在一些实施方案中，自动取样机系统进一步包括联接到一种或多种气体的一个或多个阀，其中拾取工具被进一步构造成将取样棒联接到阀中的一个阀以将气体导入到化学分析装置，并且其中一种或多种气体包括分析仪校准气体混合物或系统吹扫气体。除此之外或另选地，在一些实施方案中，自动取样机系统进一步包括夹具，样品托盘通过夹具联接到自动取样机系统的x轴导轨，其中夹具包括与样品托盘对应的预定布置方式中的一个或多个磁体；磁体传感器，该磁体传感器被构造成检测夹具的一个或多个磁体；和一个或多个处理器，该一个或多个处理器被构造成查找与磁体的预定布置方式相关联的校准信息。除此之外或另选地，在一些实施方案中，样品容器具有1/4英寸至5.2英寸的范围内的外径。
69.一些实施方案涉及一种方法，其包括：用自动取样机系统的拾取工具将样品容器
从样品托盘移动到自动取样机系统的取样平台，其中自动取样机系统进一步包括：x轴导轨；y轴导轨；z轴导轨；和一个或多个电机，该一个或多个电机联接到拾取工具，该一个或多个电机被构造成横穿自动取样机系统的x轴导轨、y轴导轨和z轴导轨，从而使用拾取工具将自动取样机系统的取样棒移动到样品容器；使用质量流量控制器或真空贮存器，在不添加另一气体的情况下用取样棒从样品容器抽取具有1cc至2500cc范围内的体积的已知质量的气体样品，其中气体样品在被包含在样品容器中时处于大于、小于或等于大气压的压力下；以及用流体地联接到样品预浓缩器的化学分析装置来分析气体样品。除此之外或另选地，在一些实施方案中，该方法进一步包括当取样棒设置在取样棒托架中时，取样棒托架联接到真空源：利用真空源在取样棒中抽取真空。除此之外或另选地，在一些实施方案中，该方法进一步包括在取样棒中抽取真空之前：使用拾取工具将取样棒移动到取样棒托架。除此之外或另选地，在一些实施方案中，该方法进一步包括经由拾取工具将取样棒联接到与一种或多种气体联接的一个或多个阀中的一个阀；以及使用取样棒将与阀联接的一种或多种气体中的一种气体导入到化学分析装置，其中一种或多种气体包括分析仪校准气体混合物或系统吹扫气体。除此之外或另选地，在一些实施方案中，还包括使用自动取样机系统的磁体传感器检测预定布置方式中的一个或多个磁体，该一个或多个磁体结合到夹具中，通过该夹具将样品托盘联接到自动取样机系统的x轴导轨；以及使用自动取样机系统的一个或多个处理器查找与磁体的预定布置方式相关联的校准信息。除此之外或另选地，在一些实施方案中，样品容器具有1/4英寸至5.2英寸的范围内的外径。
70.尽管已参考附图全面地描述了示例，但应当注意，各种改变和修改对于本领域的技术人员而言将变得显而易见。此类改变和修改应当理解为包括在由所附权利要求限定的本公开的示例的范围内。