複数のサンプルの化学反応を行うための方法および装置
薄膜サンプルなどの複数のサンプルに対して、化学反応を同時に行い、分子輸送ダイナミクスを測定するための方法および装置。本発明の装置は、多数のサンプルをハウジング内のサンプルホルダの個別のサンプル保持位置に収容し、それらの保持位置を互いから化学的に隔離された状態に維持することができる。コンピュータ化された制御装置の制御下で、装置は、各サンプル保持位置を、分配マニホルドに接続された1つもしくはそれ以上の口に隣接して位置決めしてもよいように、サンプルホルダを位置決めする。装置は、各サンプルを液体相または気体相の1つもしくはそれ以上の流体に曝し、それにより、制御された温度および圧力の条件下で、化学反応を行い、および/または分子輸送ダイナミクスを測定する。サンプル保持位置を、ハウジング内の分析測定ステーション内に位置決めしてもよく、それにより、得られた化学化合物または混合物を特徴づけてもよい。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【0001】
本出願は、米国仮特許出願第60/407,899号の利益を主張し、あらゆる目的のため、該仮出願の全体を本明細書の一部として援用する。
【技術分野】
【0002】
本発明は、化学活性、化学平衡、および/または分子輸送について、複数のサンプル材料を選別するための装置に関する。
【背景技術】
【0003】
化学活性、分子輸送、または潜在的に触媒の特性について、候補材料を選別することは、時間がかかる労働集約的なプロセスである。さまざまな組成物、ならびに、異なった温度および圧力などのプロセス条件における反応速度に関する情報を得るには、体系的な調査および多くの実験の実行が必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
反応および分子輸送ダイナミクスについての情報を得るために、多数の反応を同時に行い、かつ分光測定を同時にまたは順次行うプロセスを、少なくとも部分的に自動化することができる装置が、有利であると考えられる。本発明は、そのような装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は、薄膜サンプルなどの複数のサンプルに対して、化学反応を同時に行い、分光測定または他の測定を同時にまたは順次行うための方法および装置に関する。本発明の装置は、多数のサンプルをハウジング内のサンプルホルダの個別のサンプル保持位置に収容し、それらの保持位置を互いから化学的に隔離された状態に維持することができる。コンピュータ化された制御装置の制御下で、装置は、各サンプル保持位置を、分配マニホルドに接続された1つもしくはそれ以上の口に隣接して位置決めしてもよいように、サンプルホルダを位置決めする。装置は、各サンプルを液体相および/または気体相の1つもしくはそれ以上の流体に曝し、それにより、制御された温度、組成物、および圧力の条件下で、化学反応を行う。サンプル保持位置を、ハウジング内の、光学測定ステーションなどの測定ステーション内に位置決めしてもよく、それにより、結果として生じる化学的状態を特徴づけてもよい。化学反応を測定ステーション内で行ってもよく、化学反応および分子輸送ダイナミクスをリアルタイムで監視してもよい。
【0006】
本発明の別の実施形態は、(a)すべてのサンプルを流体と同時に反応させ、(b)サンプルと流体との反応の間、各サンプルを順次分析にかけることによって、複数のサンプルをテストするための方法である。
【0007】
本発明のさらに別の実施形態は、(a)密閉容器内ですべてのサンプルを流体と同時に反応させ、(b)サンプルと流体との反応の完了後、密閉容器内で各サンプルを順次分析にかけることによって、複数のサンプルをテストするための方法である。
【0008】
本発明のさらなる実施形態は、(a)密閉容器内ですべてのサンプルを流体と同時に反応させ、(b)工程(a)の前または後、密閉容器内で、サンプルのグループのサブグループの1つもしくはそれ以上のメンバを流体と同時に反応させ、(c)各サンプルを分析にかけることによって、サンプルのグループをテストするための方法である。
【0009】
本発明のさらなる実施形態は、(a)容器の第1のチャンバ内ですべてのサンプルを所定の温度にし、(b)第1のチャンバから隔離された、容器の第2のチャンバ内の各サンプルを、反応性流体に同時に曝し、(c)各サンプルを分析にかけることによって、複数のサンプルをテストするための方法である。
【0010】
本発明のさらなる実施形態は、(a)容器の第1のチャンバ内ですべてのサンプルを非反応性流体に同時に曝し、(b)第1のチャンバから隔離された、容器の第2のチャンバ内のすべてのサンプルを、反応性流体に同時に曝し、(c)各サンプルを分析にかけることによって、複数のサンプルをテストするための方法である。
【0011】
本発明のさらなる実施形態は、(a)サンプルのグループの1つもしくはそれ以上のメンバを、反応性流体に別個に曝されるように、容器内の位置に配置し、(b)それらのサンプルを流体に同時に曝し、(c)密閉容器内でサンプルのグループの各メンバを分析にかけることによって、密閉容器内でサンプルのグループをテストするための方法である。
【0012】
本発明のさらなる実施形態は、(a)各サンプルを反応性流体に同時に曝すための流体分配システムと、(b)流体分配システムに対して摺動可能な、サンプルのグループのためのホルダと、(c)分析器とを含んでなる、サンプルのグループをテストするための装置である。
【0013】
本発明のさらなる実施形態は、(a)各サンプルを反応性流体に同時に曝すための流体分配システムと、(b)分析器と、(c)分析器に対して摺動可能な、サンプルのグループのためのホルダとを含んでなる、サンプルのグループをテストするための装置である。
【0014】
本発明のさらなる実施形態は、(a)サンプルのグループのサブグループのメンバのみを反応性流体に同時に曝すための流体分配システムと、(b)流体分配システムに対して摺動可能な、サンプルのグループのためのホルダと、(c)分析器とを含んでなる、サンプルのグループをテストするための装置である。
【0015】
本発明のさらなる実施形態は、(a)サンプルのグループのサブグループのメンバのみを反応性流体に同時に曝すための流体分配システムと、(b)分析器と、(c)分析器に対して摺動可能な、サンプルのグループのためのホルダとを含んでなる、サンプルのグループをテストするための装置である。
【0016】
本発明のさらなる実施形態は、複数のサンプルをテストするための密閉容器であって、(a)サンプルを反応性流体に同時に曝すための流体分配システムと、(b)流体分配システムから隔離された、密閉容器内の分析器とを含んでなる密閉容器である。
【0017】
本発明のさらなる実施形態は、(a)各サンプルを非反応性流体に同時に曝す第1のチャンバと、(b)各サンプルを反応性流体に同時に曝す、第1のチャンバから隔離された第2のチャンバと、(c)分析器とを含んでなる、複数のサンプルをテストするための装置である。
【0018】
本発明のさらなる実施形態は、(a)各サンプルを同時に所定の温度にする第1のチャンバと、(b)各サンプルを反応性流体に同時に曝す、第1のチャンバから隔離された第2のチャンバと、(c)分析器とを含んでなる、複数のサンプルをテストするための装置である。
【0019】
本発明のさらなる実施形態は、複数のサンプルをテストするための装置であって、(a)サンプルのためのホルダと、(b)ホルダのためのカバーと、(c)分析器とを含んでなり、カバーがホルダに対して摺動可能であり、ホルダが分析器に対して摺動可能である装置である。
【0020】
本発明のさらなる実施形態は、(a)各サンプルを反応性流体に同時に曝すための流体分配システムと、(b)各サンプルを流体と反応させる反応チャンバであって、各サンプルのための反応チャンバが、各他のサンプルのための反応チャンバから分離され隔離される反応チャンバと、(c)分析器とを含んでなる、サンプルのグループをテストするための装置である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0021】
本発明によれば、サンプルホルダを収容する反応装置が、反応させるべき複数のサンプルをサンプルホルダ内にロードし、各サンプルをそれぞれサンプルホルダの別個のサンプル保持位置にロードしてもよいように配列される。サンプルホルダは、反応装置から取外し可能であり、制御された環境においてサンプルをロードすることを可能にする。ロードされると、反応装置の内側の本体がローディング位置にあるときサンプルホルダを内側の本体に挿入してもよい。機械的移動止めアセンブリが、サンプルホルダを内側の本体内の所定位置に保持する。
【0022】
内側の本体内に担持されるようなサンプルホルダを、反応器装置のローディング/アンローディングセクションを通して、反応装置内にロードしてもよい。ローディング/アンローディングセクションを手で設置されたカバーで密閉してもよい。ローディング/アンローディングセクションをカバーで密閉した後、気体制御システムが、反応器アセンブリ内のいかなる不要な気体も除去するためにローディング/アンローディングセクションをパージするように利用可能である。
【0023】
次に、コンピュータによって制御されるような自動システムが、反応のパラメータを設定し、反応を生じさせる。圧力制御システムが、反応器内の圧力および気体濃度を所望のレベルにするように命令されてもよい。温度制御システムが、サンプルホルダ内のサンプルの温度を所望の温度にするように命令されてもよく、制御装置が、流体制御システムに、1つもしくはそれ以上の気体および/または液体であってもよい反応流体を導入するように命令してもよい。次に、制御装置が、ドライブシステムに、内側の本体およびサンプルホルダを、反応器ハウジング内に、完全に挿入された反応位置に引っ張るように命令し、位置決めシステムに、内側の本体を、ハウジングの反応セクション内の選択された位置に移動させるように命令する。
【0024】
さまざまなサンプルホルダを使用してもよい。サンプルを光学方法によって分析する場合、1タイプの適切なサンプルホルダの例が、光吸収基材、光透過基材、または光反射基材上に取付けられた薄膜サンプルを受ける。基材は、平面であってもよいし、サンプルを保持するためのウェルを収容してもよい。第2のタイプの光学サンプルホルダの例が、減衰全内部反射(ATR)結晶が各サンプルと接触する、基材上に取付けられたサンプルを受け、かつ、光学接触が維持されるようにATR結晶をサンプルに締付ける締付けアセンブリを有する。他の種類の分析測定を行う場合、他の種類のサンプルホルダを使用してもよい。
【0025】
化学反応環境のプロトコルおよび測定は、制御コンピュータの制御下で行う。反応が始まる前、サンプル位置に、窒素などの不活性非反応性気体を流してもよい。反応段階の間、位置決めシステムが、内側の本体内に保持されたサンプルホルダを反応位置に移動させる。次に、位置決めシステムは、サンプルホルダを分析監視セクションに移動させ、反応の間、または反応の完了後、各サンプルを、分析測定のための正しい位置に引続き位置決めする。次に、所望のタイプの分析のための配列(すなわち、必要な装置、コマンド、および活性化資源)を係合させ、各サンプルの分析測定を行って、反応したサンプルを特徴づける。測定が完了した後、サンプルホルダを再びローディング/アンローディングセクションに運び、そこで、必要ならば、サンプルに不活性気体を流してもよく、温度を上昇または低下させて反応を終わらせてもよく、圧力を常圧などの周囲圧力に戻してもよい。
【0026】
図1は、本発明の装置の要素を示すブロック図である。システム10は、デルコンピュータ(Dell Computer)のオプティプレックス(Optiplex)GX1などのコンピュータ制御装置20と、関連した位置決めシステム30と、流体分配システム40と、温度制御システム60と、圧力制御システム80と、反応装置100とを収容する。流体分配システム40は、スウェージロック(Swagelok)モデルSS−4BG−3C気体バルブなどの、気体または液体などの流体の通過を制御することができる1つもしくはそれ以上の電気的に活性化されたバルブと、関連した管とを収容してもよい。温度制御システムは、コネチカット州ストラトフォードのオメガ・コーポレーション(Omega Corp.Stratford,CT)のモデルCN3390などの市販の温度制御装置、ワトロー・インコーポレイテッド(Watlow,Inc.)によって製造されたタイプA加熱バンドなどの加熱バンド、およびモデルDRW713237などの関連したRTD温度センサ、およびテクニカル・インダストリアル・プロダクツ(Technical Industrial Products)から入手可能なタイプJ熱電対を収容してもよい。圧力制御システム80は、圧縮気体供給源、1つもしくはそれ以上の電気的に制御された圧力調整器、およびスウェージロックモデルSS−4BG−3Cなどの電気的に活性化された気体バルブなどの市販の構成要素を収容してもよい。
【0027】
図2は、略円筒形ハウジング120、分析監視セクション160、および取付けられたドライブセクション180を示す、反応装置100の斜視図である。図3および図4は、エアロック132とカバー134とを有するローディング/アンローディングセクション130と、反応セクション140と、分配マニホルドシステム150と、分析監視セクション160と、取付けられたドライブセクション180とを収容する円筒形ハウジング120を示す、反応装置100の側面図である。
【0028】
図7および図8の斜視図ならびに断面図9および10に見られるように、反応器アセンブリ300が示され、アセンブリ300は、ハウジング120内に収容され、かつハウジング120の軸120Aに沿った方向に移動可能である。反応器アセンブリは、軸330Aを有する略円筒形穴330と、複数の口340とを有する円筒形の外側の本体320を収容する。図3および図4に見られるように、装置は、また、反応器ハウジングの周りに締付けられた1つもしくはそれ以上のバンドヒータであってもよい加熱要素380と、関連した温度検知要素390とを収容する。図9および図10に示されているように、外側の本体320は、流体分配マニホルド360を収容する。穴330は、摺動可能な円筒形の内側の本体400を受ける。1対の一定のテンションスプリング390、392が、円筒形の外側の本体320および円筒形の内側の本体400を、ねじ切りされたドライブスクリュ810に対して偏らせる。代替実施形態において、テンションスプリング390、392を使用する代わりに、外側の本体320、内側の本体400、およびサンプルホルダ500をすべて、反応器アセンブリ300の両端の内外に摺動可能にしてもよい。
【0029】
内側の本体400は、軸330Aと一致する軸430Aを有する略円筒形の第1の穴430と、複数の口440とを有する(図11および図12に示されているように)。第1の穴430は、摺動可能なサンプルホルダ500を受ける。内側の本体400は、位置決めシステム30のねじ切りされたドライブスクリュ810(図1に示されているような)と係合するねじ切りされた第2の穴450を有する。図16A〜16Cに示されているように、サンプルホルダ500は、反応させるべきサンプルを収容するための複数の反応サンプル保持位置504を有する。
【0030】
再び図7および図8を参照すると、サンプルホルダ500は、軸430Aに沿って、内側の本体400の完全に挿入された位置に摺動可能である。サンプルホルダ500が内側の本体400内の完全に挿入された位置にあるとき、図14の断面図に見られるように、複数のサンプル保持位置504の各々が、外側の本体320の複数の口340の各々と整列する。
【0031】
図1に示されているように、位置制御システム30は、ねじ切りされたスクリュ810、ドライブモータ820(ステッパモータなど)および関連した減速歯車830、ドライブスクリュ位置エンコーダ840、ならびにシステム制御装置20にインタフェースされたドライブ制御装置850を含んでなる。
【0032】
内側の本体400の口440が外側の本体320の口340と整列すると、入口分配マニホルドから各サンプル保持位置504までの気体入口通路906が確立され、かつ、各サンプル保持位置504から排出マニホルド362までの気体出口通路908が確立される。これは、断面図図9および図10に見ることができる。
【0033】
1タイプの分析監視セクション160の例が、図4、図5、および図6に見られる光学監視セクションである。それは、ベースアセンブリ600、少なくとも1つの分析口(光学口など)610、ならびに、対の光学源650および検出器660および関連した分光計700または710などの、少なくとも1つの光学配列640(すなわち、特定のタイプの光学分析のための必要な装置、コマンド、および活性化資源)を含んでなる。光学分析において、鏡662からの反射によって、光学源650から光学検出器660まで光を通過させてもよい。
【0034】
光学配列640を、たとえば、サンプル保持位置504に位置決めされた、サンプルホルダ上に収容されたサンプルの紫外線波長または可視波長での測定を行うことができる分光計700(図3に示されているような)を使用して実現して、サンプルを特徴づけてもよい。あるいは、赤外線波長での測定を行うことができる分光計710(また図3に示されている)を使用して、サンプルを特徴づけてもよい。用いるべき特定の光学配列は、サンプルの特徴に従って選択される。図10に示されているような光学透過測定642を、少なくとも部分的に透明なサンプルのために用いてもよい。図6に示されているような光学反射配列644を、不透明なサンプルのために用いてもよい。
【0035】
一実施形態において、図18Aに示されているような減衰全内部反射(ATR)配列646を、サンプルSの表面測定のために用いてもよい。サンプルSは、結晶などの、剛性光伝導性減衰全反射(ATR)透明光学カバー530によって、頂部または底部に固定される。このアセンブリを、ATR結晶の頂部および底部上の剛性支持体506、508によって固定してもよい。ATR結晶断面は、台形であることが好ましい。光Lが、ATR結晶に端面の1つに垂直に入り、面F1、F2と反射角を作り、全内部反射状態をもたらす。各反射において、エバネッセント定在波が発され、これは、結晶界面から、ATR結晶表面と接触したいかなる材料内までの距離とともに指数的に減衰する。図18Aにおいて、サンプルSの頂部は、各反射においてエバネッセント波内で監視され、これはサンプルS内に透過する。サンプルがエバネッセント波内の光の量を吸収すると、吸収を、ATR結晶を出る光から、光検出器によって検出することができる。
【0036】
光学分析の代わりにまたは光学分析に加えて用いてもよい他のタイプの分析としては、超音波分析、静電分析、磁気分析、無線周波数分析、またはX線分析よりなる群から選択される分析が挙げられる。
【0037】
動作中、システム10は、複数の化学反応を行うことができる。まず、サンプルホルダ500に、反応させるべきサンプルをロードする。ATR測定などの光学分析を行うべき場合、図16Aに示されているような押えクランプ520を、サンプルおよび支持体508をサンプル保持位置504に挿入することができるように、解放位置に位置決めする。支持体508上に取付けられたサンプルSをサンプル保持位置504に挿入し、透明な光学カバー530を支持体508の上に配置し、頂部支持体506をカバー530の上に配置する。図16Bに示されているように、クランプ520を保持位置に回転させ、クランプは上の位置にある。次に、図16Cおよび図18Aに示されているように、クランプ520を下の位置に移動させて、カバー530を頂部支持体506に対してしっかりと保持し、サンプルSをサンプル保持位置504に密閉する。反応器アセンブリおよび内側の本体を両方ともアンドッキング位置に位置決めすると、サンプルホルダ500を、反応器アセンブリ300の円筒形の内側の本体400の穴430内に挿入する。
【0038】
次に、反応器アセンブリ300の円筒形の内側の本体400を、位置決め制御ユニット30によって、外側の本体320内のドッキング位置に移動させる。この時、必要ならば、制御装置20は、温度制御システム60に、外側の本体320の内部を所定の温度にするように命令してもよい。そのような場合、温度制御システム60は、加熱要素380を通電し、温度検知要素390が、フィードバック信号を温度制御システム60に与える。周囲以外の圧力を用いるべき場合、制御コンピュータ20は、圧力制御システム80に、装置内の圧力を所望の圧力まで上昇または低下させるように命令する。従来の圧力トランスデューサ(図示せず)が、圧力フィードバック信号を圧力制御システム80に与える。
【0039】
次に、制御装置20は、流体分配システム40が、気体および/または液体などの、1つもしくはそれ以上の反応物流体を、サンプル保持位置504のサンプルに導入することを引起し、反応物流体は、サンプルと反応する。反応が完了すると、位置決め制御ユニット30は、サンプル保持位置504の各々が分析監視セクション160と個別に整列するように、反応器アセンブリ300を、順次、位置決めし再位置決めする。サンプル保持位置を、いかなる順序で、1回を超えて、分析監視セクション160との個別の整列のために位置決めすることができる。
【0040】
各サンプル保持位置504を摺動可能に運び分析口610と個別に整列させると、そのサンプルの、少なくとも1つの分析測定を行う。分析測定が完了すると、反応器アセンブリ300をロード/アンロードセクション130に隣接した初期位置に戻す。この時、必要ならば、装置内の温度および圧力を周囲に戻す。これは、周囲温度および圧力における不活性気体などを、反応アセンブリに流して反応を急冷することによって容易にしてもよい。所望の条件に達すると、反応器アセンブリ300の内側の本体400をアンドッキング位置に移動させ、カバー134を取外し、サンプルホルダ500を反応器アセンブリ300から取外す。
【0041】
さまざまな代替実施形態において、本発明は、(a)すべてのサンプルを流体と同時に反応させ、(b)サンプルと流体との反応の間または後、各サンプルを順次分析にかけることによって、複数のサンプルをテストするための方法を提供する。いったんエアロック132を閉じると、サンプルと流体との反応および分析を密閉容器内で行う。サンプルが密閉容器内にとどまる間、必要ならば、それらの1つもしくはそれ以上を、第2の同時の流体との反応および第2の分析にかけることが可能であり、この工程順序を必要な回数だけ繰返してもよい。
【0042】
サンプルホルダ500の各サンプル保持位置504は、その位置のサンプルを反応させるとき温度または圧力が制御されるチャンバを提供する。そのような反応チャンバの各々は、各他のサンプル保持位置によって提供される反応チャンバから隔離される。隔離は、サンプルホルダ500が内側の本体400内で摺動可能であり、内側の本体が外側の本体320内で摺動可能であることによってもたらされる。内側の本体の対応する口があるいかなるサンプル保持位置においても、内側の本体を、内側の本体の口が外側の本体の口と整列するように移動させると、サンプルは、外側の本体のマニホルド内の流体に曝される。外側および内側の本体の両方の口がサンプル保持位置と一列に並び、口が流体分配マニホルドへのアクセスを有するとき、反応チャンバが存在する。しかし、そのサンプル保持位置は、外側の本体の環および内側の本体の環によって、すべての他のサンプル保持位置および分析口から隔離される。したがって、本発明は、サンプルを流体に曝すか流体と反応させるチャンバが、サンプルを分析にかけるチャンバから隔離される方法を提供する。
【0043】
分析を、サンプルと流体との反応の間または完了後、行ってもよい。
【0044】
反応装置の1つのセグメントにおいて、内側の本体の口が外側の本体の口と整列すると、すべてのサンプル保持位置が、反応性流体または非反応性流体であってもよいマニホルド内の流体に曝される。したがって、このセグメントにおいて、同時にすべてのサンプルを流体に曝すかすべてのサンプルを流体と反応させることが可能である。しかし、装置の別の任意のセグメントにおいて、内側の本体の口が、外側の本体の各口との整列のために利用可能でない。したがって、このセグメントにおいて、同時に、サンプルのサブグループの1つもしくはそれ以上のメンバを流体に曝すか、サブグループの1つもしくはそれ以上のメンバを流体と反応させることが可能である。サンプルホルダ内のサンプルのグループのサブグループは、グループ全体内の数より少ないいくつかのサンプルである。サブグループ内の数は、1であってもよいし、グループ全体内の数より少ないいかなる他の数であってもよい。サブグループを曝すか反応させる工程を、グループ全体を曝すか反応させる工程の前または後に行ってもよい。
【0045】
サンプルホルダのサンプル保持位置を外側の本体の口と整列して配置する前、反応容器のセグメントまたはチャンバ内でサンプルを所定の温度にしてもよい。したがって、サンプルを曝すことまたはサンプルの反応を、サンプルホルダを移動させて外側の本体の口と整列させる摺動運動によって温度調整チャンバから隔離された、装置のチャンバ内で行ってもよい。サンプルホルダをその整列に位置決めすると、内側の本体を、その口も同じ整列になるように移動させることにより、サンプルをマニホルド内の流体に曝す。反応および分析の完了後、サンプルホルダを前の位置に戻すことができ、この時、すべてのサンプルの温度を、所定の温度より高いまたは低い温度にさらに調整することができる。同様に、サンプルを、反応性流体に曝すセグメントと異なった、装置のセグメント内の非反応性流体に曝してもよい。
【0046】
上述されたように、サンプル保持位置を外側の本体の口と整列して配置すると、サンプルは、流体に曝されるように所定位置に配置される。次に、装置の内側の本体構成要素を外側の本体構成要素に対して摺動することによって、流体がマニホルドからサンプル保持位置の領域内に流れるための入口通路を作る。この意味において、内側の本体は、サンプルホルダのためのカバーを形成し、その結果、カバーは、内側の本体の口が外側の本体の口と整列するとき開くことができ、口が整列しないとき閉じることができる。後で、サンプルホルダを移動させて分析口と整列させると、サンプル保持位置は、内側および外側の本体のそれぞれの口がサンプル保持位置の真上で整列したときに先に形成された反応チャンバから、内側の本体の環によって隔離されたままである。
【0047】
反応容器からサンプルホルダ500を取外した後、使用する場合はサンプル押えクランプ520を、下の保持位置から上の位置(図16C)に解放し、次に、クランプをサンプル解放位置(図16B)および上の位置(図16A)に回転させてもよい。
【0048】
図19から図26は、システム10を制御するためのソフトウェアをブロック図形式で示す。図19は、コンピュータ制御装置を制御するための主制御ルーチンを示すブロック図である。図20は、用いられる分析方法が光学測定システムである場合の、分光計を制御するためのルーチンを示すブロック図である。図21は、パラメータおよび設定を記録するためのルーチンを示す。図22は、システムの要素を構成するためのルーチンを示す。図23は、バルブを制御し、セットポイントを表示するためのルーチンを示す。図24は、パラメータおよび実験データを記録するためのルーチンを示す。図25は、用いられる分析方法が光学測定システムである場合の、スペクトルデータを表示するためのルーチンを示す。図26は、位置決めシステムを制御するためのルーチンを示す。
【0049】
動作中、システム10は、グラフィカルユーザインタフェースを用いるソフトウェアによって制御され、ユーザが反応装置100を自動的に操作することを可能にする。ユーザは、実験を開始する前に、すべてのプロセスパラメータ、測定パラメータ、および分析パラメータをプログラムすることを可能にされる。このプログラミングは、3つの主な段階、すなわち、セットアップ、実験、および分析に分けられる。
【0050】
セットアップ段階において、ユーザは、すべてのプロセスパラメータおよび測定パラメータを選択する。プロセスパラメータは、ローディングセクション、反応器セクション、およびアンローディングセクションのための温度制御システム60のすべての温度セットポイント;圧力制御システム80の真空レベルまたは圧力レベル;移動速度などのモータドライブ制御装置パラメータ;ローディング、予熱、および急冷気体流のアンローディングのためのホールドタイム;ならびにローディング予熱流体およびアンローディング急冷流体を扱うソレノイド作動バルブのための流体分配システム40の活性化スケジュールを含む。用いられる分析方法が光学測定システムである場合、測定パラメータは、たとえば、UV/可視分光計700およびFTIR710の分光法仕様;どのサンプル位置504を測定すべきかの識別;サンプリングサイクル間の任意の所望の遅延時間;サンプリングサイクルの総数;およびデータ記憶パスを含んでもよい。これらのパラメータはすべて、実験を完全に定義し、別個の方法ファイル内に記録される。方法ファイルは、ユーザが実験室レコード内の実験を文書化することを可能にし、また、今後の実験のためのテンプレートとして使用してもよい。
【0051】
セットアップ段階パラメータは、「セットアップ」制御ボタンをクリックすることによって、ユーザによって選択される。この動作は、さまざまな種類の実験パラメータにアクセスするいくつかの付加的な制御ボタンを利用可能にする。たとえば、「セットポイント」制御ボタンが、ユーザがすべての温度セットポイントを入力するウィンドウを表示する。「データパス」制御ボタンが、ユーザが、既存のファイルシステムディレクトリを定義または指定するか、実験データファイルを記憶するための新たなファイルシステムディレクトリを作成することを可能にするウィンドウを表示する。「モータサンプリング」ボタンが、ユーザが、モータ820を校正し、実験の間アクティブサンプリング位置を指定し、ドライブ制御装置850からの運動データを報告することを可能にするウィンドウを表示する。用いられる分析方法が光学測定システムである場合、「オーシャンオプティクス(Ocean Optics)」ボタンなどのボタンが、ユーザが、オーシャンオプティクス分光計700などの分光計のUV/可視分光法パラメータを指定することを可能にするウィンドウを表示する。「ニコレ(Nicolet)」ボタンなどのボタンが、ユーザが、ニコレ分光計710などの分光計のFTIR分光法パラメータを指定することを可能にするウィンドウを表示する。
【0052】
「パラメータ」ボタンが、ユーザが、実験方法およびシーケンスをプログラムすることを可能にするウィンドウを表示する。実験方法は、「開始」、「サンプリング」、および「終了」と題するセクションを含んでなる。これらのセクションの各々は、任意であり、実験の間にアクティブとして選択してもバイパスしてもよい。ユーザは、開始セクションを活性化すると、ローディングゾーン温度、ローディング流体処理フロー、および曝す時間を指定してもよい。ユーザは、サンプリングセクションを活性化すると、サンプリングサイクル数、サンプリングキネティクス、およびサンプリングサイクル間の任意の遅延時間を指定してもよい。さらに、ユーザは、実験の間に温度制御装置によって温度を調整してもよいように、終了セクションの前にアンローディング温度を指定してもよい。
【0053】
2つのタイプのサンプリングキネティクスがある。リニアサンプリングキネティクスにおいて、ユーザは、サンプリングサイクル間の一定の遅延時間を指定し、これは、すべてのサンプリングサイクルにわたって維持される。対数サンプリングキネティクスにおいて、ユーザは、サンプリングサイクル間の初期遅延時間を指定する。ここで、遅延時間は、10のサンプリングサイクルの間一定に保たれ、次に、次の10のサンプリングサイクルの間2倍にされる。このプロセスは、すべての指定されたサンプリングサイクルが従われるまで繰返す。対数キネティクス指定は、初めは速く、漸進的に遅くなるが、最終的に長時間続く反応に理想的である。したがって、ユーザが分析するために、最適な量のデータが収集され記憶される。ユーザは、終了セクションを活性化すると、アンローディングゾーン温度、アンローディング急冷気体処理フロー、および曝す時間を指定してもよい。
【0054】
実験段階において、ユーザは、セットアップ段階で設定されたプログラムされた命令を開始する。ここで、コンピュータは、ユーザにさらなる存在を要求することなく、自律的に反応器を操作し、プロセス環境およびデータ収集を制御する。ソフトウェアは、そのような動作が必要な場合、ユーザに、実験を休止および再開しならびに打切る能力を与える。実験段階は、グラフィカルユーザインタフェースの「実験」制御ボタンをクリックすることによって、ソフトウェアにおいてユーザによってアクセスされる。
【0055】
分析段階において、用いられる分析方法が光学測定システムである場合、ユーザは、実験の間に収集されたスペクトル系列を分析するユーティリティサブルーチンを使用してもよい。個別のIRスペクトル、UV/可視スペクトル、または他のスペクトルに、独立してアクセスし分析してもよい。あるいは、ユーザは、全系列または系列のサブセットを選択して、同一に分析してもよい。そのような分析は、典型的には、波長の範囲にわたるベースラインを選択し、次に、波長の別の範囲内のスペクトル吸光度内の面積を積分することを伴う。スペクトル吸光度は、正規化され、実験時間の関数としてテキストデータ要約ファイル内に記録される。テキストデータファイルは、適切なキネティクス分析ソフトウェアにインポートして、測定されたデータから速度式を得ることができる。分析段階ユーティリティサブルーチンは、「データ分析」制御ボタンクリックすることによって、ソフトウェアにおいてユーザによってアクセスされる。
【0056】
本発明のさまざまな他の実施形態の例を、以下で説明する。本発明の一実施形態は、(a)すべてのサンプルを流体と同時に反応させ、(b)すべてのサンプルの同時の反応の間、各サンプルを順次分析にかけることによって、複数のサンプルをテストするための方法である。本発明のさらなる実施形態は、(a)すべてのサンプルを流体と同時に反応させ、(b)各方法が約190ナノメートルから約900ナノメートルの範囲内または約2,500ナノメートルから約25,000ナノメートルの範囲内の異なった波長を有する光を使用する、2つもしくはそれ以上の光学方法を用いて各サンプルを光学的に分析することによって、複数のサンプルをテストするための方法である。
【0057】
本発明のさらなる実施形態は、(a)第1のチャンバ内のすべてのサンプルの温度を変え、(b)第1のチャンバから隔離された第2のチャンバ内のすべてのサンプルを、反応性流体に同時に曝し、(c)各サンプルを分析し、(d)分析の完了後、第1のチャンバ内のすべてのサンプルの温度を変えることによって、複数のサンプルをテストするための方法である。サンプルの温度は、サンプルを非反応性流体に同時に曝すことによって変えてもよく、サンプルの温度は、いかなる工程において、少なくとも約100℃などだけ上昇または低下させてもよい。例示的な非反応性流体は窒素である。
【0058】
本発明のさらなる実施形態は、(a)すべてのサンプルを流体と反応させる反応チャンバと、(b)各方法が約190ナノメートルから約900ナノメートルの範囲内または約2,500ナノメートルから約25,000ナノメートルの範囲内の異なった波長を有する光を使用する、2つもしくはそれ以上の光学方法を行う分析器とを収容する、複数のサンプルテストするための装置である。
【0059】
上記実施形態において、テスト手順の間、温度または圧力が制御されるチャンバ内で、サンプルを流体と反応させてもよい。流体は、1つもしくはそれ以上の気体および/または1つもしくはそれ以上の液体であってもよい。第2のチャンバ内でサンプルを流体と反応させる前、第1のチャンバ内ですべてのサンプルの温度を変えてもよく、第1のチャンバは、第2のチャンバから隔離される。第1のチャンバ内のすべてのサンプルの温度を、また、サンプルを流体と反応させた後、変えてもよい。サンプルの温度を、たとえば、反応前に上昇させ、反応後に低下させてもよいし、その逆でもよい。サンプルキャリヤを摺動することによって、第1のチャンバを第2のチャンバから隔離してもよい。
【0060】
本発明の別の実施形態は、(a)各サンプルを反応性流体に同時に曝すための流体分配システムと、(b)1つもしくはそれ以上のサンプルのための透明なホルダと、(c)光学分析器とを収容する、複数のサンプルをテストするための装置である。本発明の別の実施形態は、(a)各サンプルを反応性流体に同時に曝すための流体分配システムと、(b)減衰全反射結晶を含んでなる、1つもしくはそれ以上のサンプルのためのホルダと、(c)分析器とを収容する、複数のサンプルをテストするための装置である。
【0061】
本発明のさらなる実施形態は、(a)すべてのサンプルを非反応性流体に同時に曝す第1のチャンバと、(b)すべてのサンプルを反応性流体に同時に曝す、第1のチャンバから隔離された第2のチャンバと、(c)分析器とを収容する、複数のサンプルをテストするための装置である。非反応性流体または反応性流体は気体であってもよく、非反応性流体は窒素であってもよい。本発明のさらなる実施形態は、(a)すべてのサンプルの温度を、流体に同時曝すことによって変える第1のチャンバと、(b)すべてのサンプルを、流体に同時曝すことによって反応させる、第1のチャンバから隔離された第2のチャンバと、(c)分析器とを収容する、複数のサンプルをテストするための装置である。
【0062】
本発明のさらなる実施形態は、(a)反応チャンバ内ですべてのサンプルを反応性流体に同時に曝すための第1の流体分配システムと、(b)反応チャンバ内で各サンプルを順次反応性流体に個別に曝すための第2の流体分配システムと、(c)分析器とを含んでなる、複数のサンプルをテストするための装置である。反応性流体は気体であってもよく、反応性流体は異なってもよい。異なった流体分配システムは、異なった流体分配マニホルドによってサーブされる、外側の本体の異なった口の下に、サンプル保持位置を配置することによってアクセスされる。
【0063】
上述された実施形態のすべてにおいて、分析は、光波を、サンプルを透過させる、または光波をサンプルの表面から反射するなどの光学分析であってもよい。必要ならば、各方法が、たとえば、約190ナノメートルから約900ナノメートルまたは約2,500ナノメートルから約25,000ナノメートルの範囲内の異なった波長を有する光を使用する、2つもしくはそれ以上の光学方法を用いてもよい。すべての光学方法を同時に行ってもよく、分析を、すべてのサンプルの同時の反応の間に行ってもよい。分析の他の有用な方法としては、音波分析、超音波分析、静電分析、磁気分析、無線周波数分析、またはX線分析が挙げられる。
【0064】
ここに記載されたような本発明の教示の利益を有する当業者は、本発明に多数の修正を行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【0065】
【図1】本発明の装置の要素を示すブロック図である
【図2】本発明の反応装置全体の斜視図である。
【図3】装置の立面図である。
【図4】図2の切断線4−4に沿った、装置の断面立面図である。
【図5】図3の切断線C−Cに沿った断面図である。
【図6】図3の切断線C−Cに沿った部分断面図である。
【図7】反応アセンブリの第1の斜視図である。
【図8】反応アセンブリの、図7の反対側の第2の斜視図である。
【図9】反応アセンブリの第1の断面図である。
【図10】反応アセンブリの第2の断面図である。
【図11】ローディング/アンローディング位置のサンプルホルダを示す、図2の切断線4−4に沿った、装置の断面部分図である。
【図12】図11の一部を拡大する、装置の拡大断面図である。
【図13】図6の切断線K−Kに沿った、装置の断面図である。
【図14】光学測定位置のサンプルホルダを示す部分断面図である。
【図15】サンプルホルダの第1の実施形態の拡大図である。
【図16A】サンプル押えクランプを有する第2のサンプルホルダの拡大図であり、クランプは解放位置にある。
【図16B】保持位置に回転されたサンプル押えクランプを示す、第2のサンプルホルダの図であり、クランプは上の位置にある。
【図16C】保持位置に回転されたサンプル押えクランプを示す、第2のサンプルホルダの図であり、クランプは下の位置にある。
【図17】図16Cの切断線17−17に沿った断面図である。
【図18】減衰全内部反射(ATR)測定配列を示す、図16Cの切断線18−18に沿った断面図である。
【図18A】ATR測定配列における光とサンプルとの相互作用を示す拡大断面図である。
【図19】コンピュータ制御装置を制御するための主制御ルーチンを示すブロック図である。
【図20】光学測定システムの分光計を制御するための制御ルーチンを示すブロック図である。
【図21】パラメータおよび設定を記録するためのルーチンを示すブロック図である。
【図22】システムの要素を構成するためのルーチンを示すブロック図である。
【図23】バルブを制御し、セットポイントを表示するためのルーチンを示すブロック図である。
【図24】パラメータおよび実験データを記録するためのルーチンを示すブロック図である。
【図25】スペクトルデータを表示するためのルーチンを示すブロック図である。
【図26】位置決めシステムを制御するためのルーチンを示すブロック図である。
【関連出願の相互参照】
【0001】
本出願は、米国仮特許出願第60/407,899号の利益を主張し、あらゆる目的のため、該仮出願の全体を本明細書の一部として援用する。
【技術分野】
【0002】
本発明は、化学活性、化学平衡、および/または分子輸送について、複数のサンプル材料を選別するための装置に関する。
【背景技術】
【0003】
化学活性、分子輸送、または潜在的に触媒の特性について、候補材料を選別することは、時間がかかる労働集約的なプロセスである。さまざまな組成物、ならびに、異なった温度および圧力などのプロセス条件における反応速度に関する情報を得るには、体系的な調査および多くの実験の実行が必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
反応および分子輸送ダイナミクスについての情報を得るために、多数の反応を同時に行い、かつ分光測定を同時にまたは順次行うプロセスを、少なくとも部分的に自動化することができる装置が、有利であると考えられる。本発明は、そのような装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は、薄膜サンプルなどの複数のサンプルに対して、化学反応を同時に行い、分光測定または他の測定を同時にまたは順次行うための方法および装置に関する。本発明の装置は、多数のサンプルをハウジング内のサンプルホルダの個別のサンプル保持位置に収容し、それらの保持位置を互いから化学的に隔離された状態に維持することができる。コンピュータ化された制御装置の制御下で、装置は、各サンプル保持位置を、分配マニホルドに接続された1つもしくはそれ以上の口に隣接して位置決めしてもよいように、サンプルホルダを位置決めする。装置は、各サンプルを液体相および/または気体相の1つもしくはそれ以上の流体に曝し、それにより、制御された温度、組成物、および圧力の条件下で、化学反応を行う。サンプル保持位置を、ハウジング内の、光学測定ステーションなどの測定ステーション内に位置決めしてもよく、それにより、結果として生じる化学的状態を特徴づけてもよい。化学反応を測定ステーション内で行ってもよく、化学反応および分子輸送ダイナミクスをリアルタイムで監視してもよい。
【0006】
本発明の別の実施形態は、(a)すべてのサンプルを流体と同時に反応させ、(b)サンプルと流体との反応の間、各サンプルを順次分析にかけることによって、複数のサンプルをテストするための方法である。
【0007】
本発明のさらに別の実施形態は、(a)密閉容器内ですべてのサンプルを流体と同時に反応させ、(b)サンプルと流体との反応の完了後、密閉容器内で各サンプルを順次分析にかけることによって、複数のサンプルをテストするための方法である。
【0008】
本発明のさらなる実施形態は、(a)密閉容器内ですべてのサンプルを流体と同時に反応させ、(b)工程(a)の前または後、密閉容器内で、サンプルのグループのサブグループの1つもしくはそれ以上のメンバを流体と同時に反応させ、(c)各サンプルを分析にかけることによって、サンプルのグループをテストするための方法である。
【0009】
本発明のさらなる実施形態は、(a)容器の第1のチャンバ内ですべてのサンプルを所定の温度にし、(b)第1のチャンバから隔離された、容器の第2のチャンバ内の各サンプルを、反応性流体に同時に曝し、(c)各サンプルを分析にかけることによって、複数のサンプルをテストするための方法である。
【0010】
本発明のさらなる実施形態は、(a)容器の第1のチャンバ内ですべてのサンプルを非反応性流体に同時に曝し、(b)第1のチャンバから隔離された、容器の第2のチャンバ内のすべてのサンプルを、反応性流体に同時に曝し、(c)各サンプルを分析にかけることによって、複数のサンプルをテストするための方法である。
【0011】
本発明のさらなる実施形態は、(a)サンプルのグループの1つもしくはそれ以上のメンバを、反応性流体に別個に曝されるように、容器内の位置に配置し、(b)それらのサンプルを流体に同時に曝し、(c)密閉容器内でサンプルのグループの各メンバを分析にかけることによって、密閉容器内でサンプルのグループをテストするための方法である。
【0012】
本発明のさらなる実施形態は、(a)各サンプルを反応性流体に同時に曝すための流体分配システムと、(b)流体分配システムに対して摺動可能な、サンプルのグループのためのホルダと、(c)分析器とを含んでなる、サンプルのグループをテストするための装置である。
【0013】
本発明のさらなる実施形態は、(a)各サンプルを反応性流体に同時に曝すための流体分配システムと、(b)分析器と、(c)分析器に対して摺動可能な、サンプルのグループのためのホルダとを含んでなる、サンプルのグループをテストするための装置である。
【0014】
本発明のさらなる実施形態は、(a)サンプルのグループのサブグループのメンバのみを反応性流体に同時に曝すための流体分配システムと、(b)流体分配システムに対して摺動可能な、サンプルのグループのためのホルダと、(c)分析器とを含んでなる、サンプルのグループをテストするための装置である。
【0015】
本発明のさらなる実施形態は、(a)サンプルのグループのサブグループのメンバのみを反応性流体に同時に曝すための流体分配システムと、(b)分析器と、(c)分析器に対して摺動可能な、サンプルのグループのためのホルダとを含んでなる、サンプルのグループをテストするための装置である。
【0016】
本発明のさらなる実施形態は、複数のサンプルをテストするための密閉容器であって、(a)サンプルを反応性流体に同時に曝すための流体分配システムと、(b)流体分配システムから隔離された、密閉容器内の分析器とを含んでなる密閉容器である。
【0017】
本発明のさらなる実施形態は、(a)各サンプルを非反応性流体に同時に曝す第1のチャンバと、(b)各サンプルを反応性流体に同時に曝す、第1のチャンバから隔離された第2のチャンバと、(c)分析器とを含んでなる、複数のサンプルをテストするための装置である。
【0018】
本発明のさらなる実施形態は、(a)各サンプルを同時に所定の温度にする第1のチャンバと、(b)各サンプルを反応性流体に同時に曝す、第1のチャンバから隔離された第2のチャンバと、(c)分析器とを含んでなる、複数のサンプルをテストするための装置である。
【0019】
本発明のさらなる実施形態は、複数のサンプルをテストするための装置であって、(a)サンプルのためのホルダと、(b)ホルダのためのカバーと、(c)分析器とを含んでなり、カバーがホルダに対して摺動可能であり、ホルダが分析器に対して摺動可能である装置である。
【0020】
本発明のさらなる実施形態は、(a)各サンプルを反応性流体に同時に曝すための流体分配システムと、(b)各サンプルを流体と反応させる反応チャンバであって、各サンプルのための反応チャンバが、各他のサンプルのための反応チャンバから分離され隔離される反応チャンバと、(c)分析器とを含んでなる、サンプルのグループをテストするための装置である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0021】
本発明によれば、サンプルホルダを収容する反応装置が、反応させるべき複数のサンプルをサンプルホルダ内にロードし、各サンプルをそれぞれサンプルホルダの別個のサンプル保持位置にロードしてもよいように配列される。サンプルホルダは、反応装置から取外し可能であり、制御された環境においてサンプルをロードすることを可能にする。ロードされると、反応装置の内側の本体がローディング位置にあるときサンプルホルダを内側の本体に挿入してもよい。機械的移動止めアセンブリが、サンプルホルダを内側の本体内の所定位置に保持する。
【0022】
内側の本体内に担持されるようなサンプルホルダを、反応器装置のローディング/アンローディングセクションを通して、反応装置内にロードしてもよい。ローディング/アンローディングセクションを手で設置されたカバーで密閉してもよい。ローディング/アンローディングセクションをカバーで密閉した後、気体制御システムが、反応器アセンブリ内のいかなる不要な気体も除去するためにローディング/アンローディングセクションをパージするように利用可能である。
【0023】
次に、コンピュータによって制御されるような自動システムが、反応のパラメータを設定し、反応を生じさせる。圧力制御システムが、反応器内の圧力および気体濃度を所望のレベルにするように命令されてもよい。温度制御システムが、サンプルホルダ内のサンプルの温度を所望の温度にするように命令されてもよく、制御装置が、流体制御システムに、1つもしくはそれ以上の気体および/または液体であってもよい反応流体を導入するように命令してもよい。次に、制御装置が、ドライブシステムに、内側の本体およびサンプルホルダを、反応器ハウジング内に、完全に挿入された反応位置に引っ張るように命令し、位置決めシステムに、内側の本体を、ハウジングの反応セクション内の選択された位置に移動させるように命令する。
【0024】
さまざまなサンプルホルダを使用してもよい。サンプルを光学方法によって分析する場合、1タイプの適切なサンプルホルダの例が、光吸収基材、光透過基材、または光反射基材上に取付けられた薄膜サンプルを受ける。基材は、平面であってもよいし、サンプルを保持するためのウェルを収容してもよい。第2のタイプの光学サンプルホルダの例が、減衰全内部反射(ATR)結晶が各サンプルと接触する、基材上に取付けられたサンプルを受け、かつ、光学接触が維持されるようにATR結晶をサンプルに締付ける締付けアセンブリを有する。他の種類の分析測定を行う場合、他の種類のサンプルホルダを使用してもよい。
【0025】
化学反応環境のプロトコルおよび測定は、制御コンピュータの制御下で行う。反応が始まる前、サンプル位置に、窒素などの不活性非反応性気体を流してもよい。反応段階の間、位置決めシステムが、内側の本体内に保持されたサンプルホルダを反応位置に移動させる。次に、位置決めシステムは、サンプルホルダを分析監視セクションに移動させ、反応の間、または反応の完了後、各サンプルを、分析測定のための正しい位置に引続き位置決めする。次に、所望のタイプの分析のための配列(すなわち、必要な装置、コマンド、および活性化資源)を係合させ、各サンプルの分析測定を行って、反応したサンプルを特徴づける。測定が完了した後、サンプルホルダを再びローディング/アンローディングセクションに運び、そこで、必要ならば、サンプルに不活性気体を流してもよく、温度を上昇または低下させて反応を終わらせてもよく、圧力を常圧などの周囲圧力に戻してもよい。
【0026】
図1は、本発明の装置の要素を示すブロック図である。システム10は、デルコンピュータ(Dell Computer)のオプティプレックス(Optiplex)GX1などのコンピュータ制御装置20と、関連した位置決めシステム30と、流体分配システム40と、温度制御システム60と、圧力制御システム80と、反応装置100とを収容する。流体分配システム40は、スウェージロック(Swagelok)モデルSS−4BG−3C気体バルブなどの、気体または液体などの流体の通過を制御することができる1つもしくはそれ以上の電気的に活性化されたバルブと、関連した管とを収容してもよい。温度制御システムは、コネチカット州ストラトフォードのオメガ・コーポレーション(Omega Corp.Stratford,CT)のモデルCN3390などの市販の温度制御装置、ワトロー・インコーポレイテッド(Watlow,Inc.)によって製造されたタイプA加熱バンドなどの加熱バンド、およびモデルDRW713237などの関連したRTD温度センサ、およびテクニカル・インダストリアル・プロダクツ(Technical Industrial Products)から入手可能なタイプJ熱電対を収容してもよい。圧力制御システム80は、圧縮気体供給源、1つもしくはそれ以上の電気的に制御された圧力調整器、およびスウェージロックモデルSS−4BG−3Cなどの電気的に活性化された気体バルブなどの市販の構成要素を収容してもよい。
【0027】
図2は、略円筒形ハウジング120、分析監視セクション160、および取付けられたドライブセクション180を示す、反応装置100の斜視図である。図3および図4は、エアロック132とカバー134とを有するローディング/アンローディングセクション130と、反応セクション140と、分配マニホルドシステム150と、分析監視セクション160と、取付けられたドライブセクション180とを収容する円筒形ハウジング120を示す、反応装置100の側面図である。
【0028】
図7および図8の斜視図ならびに断面図9および10に見られるように、反応器アセンブリ300が示され、アセンブリ300は、ハウジング120内に収容され、かつハウジング120の軸120Aに沿った方向に移動可能である。反応器アセンブリは、軸330Aを有する略円筒形穴330と、複数の口340とを有する円筒形の外側の本体320を収容する。図3および図4に見られるように、装置は、また、反応器ハウジングの周りに締付けられた1つもしくはそれ以上のバンドヒータであってもよい加熱要素380と、関連した温度検知要素390とを収容する。図9および図10に示されているように、外側の本体320は、流体分配マニホルド360を収容する。穴330は、摺動可能な円筒形の内側の本体400を受ける。1対の一定のテンションスプリング390、392が、円筒形の外側の本体320および円筒形の内側の本体400を、ねじ切りされたドライブスクリュ810に対して偏らせる。代替実施形態において、テンションスプリング390、392を使用する代わりに、外側の本体320、内側の本体400、およびサンプルホルダ500をすべて、反応器アセンブリ300の両端の内外に摺動可能にしてもよい。
【0029】
内側の本体400は、軸330Aと一致する軸430Aを有する略円筒形の第1の穴430と、複数の口440とを有する(図11および図12に示されているように)。第1の穴430は、摺動可能なサンプルホルダ500を受ける。内側の本体400は、位置決めシステム30のねじ切りされたドライブスクリュ810(図1に示されているような)と係合するねじ切りされた第2の穴450を有する。図16A〜16Cに示されているように、サンプルホルダ500は、反応させるべきサンプルを収容するための複数の反応サンプル保持位置504を有する。
【0030】
再び図7および図8を参照すると、サンプルホルダ500は、軸430Aに沿って、内側の本体400の完全に挿入された位置に摺動可能である。サンプルホルダ500が内側の本体400内の完全に挿入された位置にあるとき、図14の断面図に見られるように、複数のサンプル保持位置504の各々が、外側の本体320の複数の口340の各々と整列する。
【0031】
図1に示されているように、位置制御システム30は、ねじ切りされたスクリュ810、ドライブモータ820(ステッパモータなど)および関連した減速歯車830、ドライブスクリュ位置エンコーダ840、ならびにシステム制御装置20にインタフェースされたドライブ制御装置850を含んでなる。
【0032】
内側の本体400の口440が外側の本体320の口340と整列すると、入口分配マニホルドから各サンプル保持位置504までの気体入口通路906が確立され、かつ、各サンプル保持位置504から排出マニホルド362までの気体出口通路908が確立される。これは、断面図図9および図10に見ることができる。
【0033】
1タイプの分析監視セクション160の例が、図4、図5、および図6に見られる光学監視セクションである。それは、ベースアセンブリ600、少なくとも1つの分析口(光学口など)610、ならびに、対の光学源650および検出器660および関連した分光計700または710などの、少なくとも1つの光学配列640(すなわち、特定のタイプの光学分析のための必要な装置、コマンド、および活性化資源)を含んでなる。光学分析において、鏡662からの反射によって、光学源650から光学検出器660まで光を通過させてもよい。
【0034】
光学配列640を、たとえば、サンプル保持位置504に位置決めされた、サンプルホルダ上に収容されたサンプルの紫外線波長または可視波長での測定を行うことができる分光計700(図3に示されているような)を使用して実現して、サンプルを特徴づけてもよい。あるいは、赤外線波長での測定を行うことができる分光計710(また図3に示されている)を使用して、サンプルを特徴づけてもよい。用いるべき特定の光学配列は、サンプルの特徴に従って選択される。図10に示されているような光学透過測定642を、少なくとも部分的に透明なサンプルのために用いてもよい。図6に示されているような光学反射配列644を、不透明なサンプルのために用いてもよい。
【0035】
一実施形態において、図18Aに示されているような減衰全内部反射(ATR)配列646を、サンプルSの表面測定のために用いてもよい。サンプルSは、結晶などの、剛性光伝導性減衰全反射(ATR)透明光学カバー530によって、頂部または底部に固定される。このアセンブリを、ATR結晶の頂部および底部上の剛性支持体506、508によって固定してもよい。ATR結晶断面は、台形であることが好ましい。光Lが、ATR結晶に端面の1つに垂直に入り、面F1、F2と反射角を作り、全内部反射状態をもたらす。各反射において、エバネッセント定在波が発され、これは、結晶界面から、ATR結晶表面と接触したいかなる材料内までの距離とともに指数的に減衰する。図18Aにおいて、サンプルSの頂部は、各反射においてエバネッセント波内で監視され、これはサンプルS内に透過する。サンプルがエバネッセント波内の光の量を吸収すると、吸収を、ATR結晶を出る光から、光検出器によって検出することができる。
【0036】
光学分析の代わりにまたは光学分析に加えて用いてもよい他のタイプの分析としては、超音波分析、静電分析、磁気分析、無線周波数分析、またはX線分析よりなる群から選択される分析が挙げられる。
【0037】
動作中、システム10は、複数の化学反応を行うことができる。まず、サンプルホルダ500に、反応させるべきサンプルをロードする。ATR測定などの光学分析を行うべき場合、図16Aに示されているような押えクランプ520を、サンプルおよび支持体508をサンプル保持位置504に挿入することができるように、解放位置に位置決めする。支持体508上に取付けられたサンプルSをサンプル保持位置504に挿入し、透明な光学カバー530を支持体508の上に配置し、頂部支持体506をカバー530の上に配置する。図16Bに示されているように、クランプ520を保持位置に回転させ、クランプは上の位置にある。次に、図16Cおよび図18Aに示されているように、クランプ520を下の位置に移動させて、カバー530を頂部支持体506に対してしっかりと保持し、サンプルSをサンプル保持位置504に密閉する。反応器アセンブリおよび内側の本体を両方ともアンドッキング位置に位置決めすると、サンプルホルダ500を、反応器アセンブリ300の円筒形の内側の本体400の穴430内に挿入する。
【0038】
次に、反応器アセンブリ300の円筒形の内側の本体400を、位置決め制御ユニット30によって、外側の本体320内のドッキング位置に移動させる。この時、必要ならば、制御装置20は、温度制御システム60に、外側の本体320の内部を所定の温度にするように命令してもよい。そのような場合、温度制御システム60は、加熱要素380を通電し、温度検知要素390が、フィードバック信号を温度制御システム60に与える。周囲以外の圧力を用いるべき場合、制御コンピュータ20は、圧力制御システム80に、装置内の圧力を所望の圧力まで上昇または低下させるように命令する。従来の圧力トランスデューサ(図示せず)が、圧力フィードバック信号を圧力制御システム80に与える。
【0039】
次に、制御装置20は、流体分配システム40が、気体および/または液体などの、1つもしくはそれ以上の反応物流体を、サンプル保持位置504のサンプルに導入することを引起し、反応物流体は、サンプルと反応する。反応が完了すると、位置決め制御ユニット30は、サンプル保持位置504の各々が分析監視セクション160と個別に整列するように、反応器アセンブリ300を、順次、位置決めし再位置決めする。サンプル保持位置を、いかなる順序で、1回を超えて、分析監視セクション160との個別の整列のために位置決めすることができる。
【0040】
各サンプル保持位置504を摺動可能に運び分析口610と個別に整列させると、そのサンプルの、少なくとも1つの分析測定を行う。分析測定が完了すると、反応器アセンブリ300をロード/アンロードセクション130に隣接した初期位置に戻す。この時、必要ならば、装置内の温度および圧力を周囲に戻す。これは、周囲温度および圧力における不活性気体などを、反応アセンブリに流して反応を急冷することによって容易にしてもよい。所望の条件に達すると、反応器アセンブリ300の内側の本体400をアンドッキング位置に移動させ、カバー134を取外し、サンプルホルダ500を反応器アセンブリ300から取外す。
【0041】
さまざまな代替実施形態において、本発明は、(a)すべてのサンプルを流体と同時に反応させ、(b)サンプルと流体との反応の間または後、各サンプルを順次分析にかけることによって、複数のサンプルをテストするための方法を提供する。いったんエアロック132を閉じると、サンプルと流体との反応および分析を密閉容器内で行う。サンプルが密閉容器内にとどまる間、必要ならば、それらの1つもしくはそれ以上を、第2の同時の流体との反応および第2の分析にかけることが可能であり、この工程順序を必要な回数だけ繰返してもよい。
【0042】
サンプルホルダ500の各サンプル保持位置504は、その位置のサンプルを反応させるとき温度または圧力が制御されるチャンバを提供する。そのような反応チャンバの各々は、各他のサンプル保持位置によって提供される反応チャンバから隔離される。隔離は、サンプルホルダ500が内側の本体400内で摺動可能であり、内側の本体が外側の本体320内で摺動可能であることによってもたらされる。内側の本体の対応する口があるいかなるサンプル保持位置においても、内側の本体を、内側の本体の口が外側の本体の口と整列するように移動させると、サンプルは、外側の本体のマニホルド内の流体に曝される。外側および内側の本体の両方の口がサンプル保持位置と一列に並び、口が流体分配マニホルドへのアクセスを有するとき、反応チャンバが存在する。しかし、そのサンプル保持位置は、外側の本体の環および内側の本体の環によって、すべての他のサンプル保持位置および分析口から隔離される。したがって、本発明は、サンプルを流体に曝すか流体と反応させるチャンバが、サンプルを分析にかけるチャンバから隔離される方法を提供する。
【0043】
分析を、サンプルと流体との反応の間または完了後、行ってもよい。
【0044】
反応装置の1つのセグメントにおいて、内側の本体の口が外側の本体の口と整列すると、すべてのサンプル保持位置が、反応性流体または非反応性流体であってもよいマニホルド内の流体に曝される。したがって、このセグメントにおいて、同時にすべてのサンプルを流体に曝すかすべてのサンプルを流体と反応させることが可能である。しかし、装置の別の任意のセグメントにおいて、内側の本体の口が、外側の本体の各口との整列のために利用可能でない。したがって、このセグメントにおいて、同時に、サンプルのサブグループの1つもしくはそれ以上のメンバを流体に曝すか、サブグループの1つもしくはそれ以上のメンバを流体と反応させることが可能である。サンプルホルダ内のサンプルのグループのサブグループは、グループ全体内の数より少ないいくつかのサンプルである。サブグループ内の数は、1であってもよいし、グループ全体内の数より少ないいかなる他の数であってもよい。サブグループを曝すか反応させる工程を、グループ全体を曝すか反応させる工程の前または後に行ってもよい。
【0045】
サンプルホルダのサンプル保持位置を外側の本体の口と整列して配置する前、反応容器のセグメントまたはチャンバ内でサンプルを所定の温度にしてもよい。したがって、サンプルを曝すことまたはサンプルの反応を、サンプルホルダを移動させて外側の本体の口と整列させる摺動運動によって温度調整チャンバから隔離された、装置のチャンバ内で行ってもよい。サンプルホルダをその整列に位置決めすると、内側の本体を、その口も同じ整列になるように移動させることにより、サンプルをマニホルド内の流体に曝す。反応および分析の完了後、サンプルホルダを前の位置に戻すことができ、この時、すべてのサンプルの温度を、所定の温度より高いまたは低い温度にさらに調整することができる。同様に、サンプルを、反応性流体に曝すセグメントと異なった、装置のセグメント内の非反応性流体に曝してもよい。
【0046】
上述されたように、サンプル保持位置を外側の本体の口と整列して配置すると、サンプルは、流体に曝されるように所定位置に配置される。次に、装置の内側の本体構成要素を外側の本体構成要素に対して摺動することによって、流体がマニホルドからサンプル保持位置の領域内に流れるための入口通路を作る。この意味において、内側の本体は、サンプルホルダのためのカバーを形成し、その結果、カバーは、内側の本体の口が外側の本体の口と整列するとき開くことができ、口が整列しないとき閉じることができる。後で、サンプルホルダを移動させて分析口と整列させると、サンプル保持位置は、内側および外側の本体のそれぞれの口がサンプル保持位置の真上で整列したときに先に形成された反応チャンバから、内側の本体の環によって隔離されたままである。
【0047】
反応容器からサンプルホルダ500を取外した後、使用する場合はサンプル押えクランプ520を、下の保持位置から上の位置(図16C)に解放し、次に、クランプをサンプル解放位置(図16B)および上の位置(図16A)に回転させてもよい。
【0048】
図19から図26は、システム10を制御するためのソフトウェアをブロック図形式で示す。図19は、コンピュータ制御装置を制御するための主制御ルーチンを示すブロック図である。図20は、用いられる分析方法が光学測定システムである場合の、分光計を制御するためのルーチンを示すブロック図である。図21は、パラメータおよび設定を記録するためのルーチンを示す。図22は、システムの要素を構成するためのルーチンを示す。図23は、バルブを制御し、セットポイントを表示するためのルーチンを示す。図24は、パラメータおよび実験データを記録するためのルーチンを示す。図25は、用いられる分析方法が光学測定システムである場合の、スペクトルデータを表示するためのルーチンを示す。図26は、位置決めシステムを制御するためのルーチンを示す。
【0049】
動作中、システム10は、グラフィカルユーザインタフェースを用いるソフトウェアによって制御され、ユーザが反応装置100を自動的に操作することを可能にする。ユーザは、実験を開始する前に、すべてのプロセスパラメータ、測定パラメータ、および分析パラメータをプログラムすることを可能にされる。このプログラミングは、3つの主な段階、すなわち、セットアップ、実験、および分析に分けられる。
【0050】
セットアップ段階において、ユーザは、すべてのプロセスパラメータおよび測定パラメータを選択する。プロセスパラメータは、ローディングセクション、反応器セクション、およびアンローディングセクションのための温度制御システム60のすべての温度セットポイント;圧力制御システム80の真空レベルまたは圧力レベル;移動速度などのモータドライブ制御装置パラメータ;ローディング、予熱、および急冷気体流のアンローディングのためのホールドタイム;ならびにローディング予熱流体およびアンローディング急冷流体を扱うソレノイド作動バルブのための流体分配システム40の活性化スケジュールを含む。用いられる分析方法が光学測定システムである場合、測定パラメータは、たとえば、UV/可視分光計700およびFTIR710の分光法仕様;どのサンプル位置504を測定すべきかの識別;サンプリングサイクル間の任意の所望の遅延時間;サンプリングサイクルの総数;およびデータ記憶パスを含んでもよい。これらのパラメータはすべて、実験を完全に定義し、別個の方法ファイル内に記録される。方法ファイルは、ユーザが実験室レコード内の実験を文書化することを可能にし、また、今後の実験のためのテンプレートとして使用してもよい。
【0051】
セットアップ段階パラメータは、「セットアップ」制御ボタンをクリックすることによって、ユーザによって選択される。この動作は、さまざまな種類の実験パラメータにアクセスするいくつかの付加的な制御ボタンを利用可能にする。たとえば、「セットポイント」制御ボタンが、ユーザがすべての温度セットポイントを入力するウィンドウを表示する。「データパス」制御ボタンが、ユーザが、既存のファイルシステムディレクトリを定義または指定するか、実験データファイルを記憶するための新たなファイルシステムディレクトリを作成することを可能にするウィンドウを表示する。「モータサンプリング」ボタンが、ユーザが、モータ820を校正し、実験の間アクティブサンプリング位置を指定し、ドライブ制御装置850からの運動データを報告することを可能にするウィンドウを表示する。用いられる分析方法が光学測定システムである場合、「オーシャンオプティクス(Ocean Optics)」ボタンなどのボタンが、ユーザが、オーシャンオプティクス分光計700などの分光計のUV/可視分光法パラメータを指定することを可能にするウィンドウを表示する。「ニコレ(Nicolet)」ボタンなどのボタンが、ユーザが、ニコレ分光計710などの分光計のFTIR分光法パラメータを指定することを可能にするウィンドウを表示する。
【0052】
「パラメータ」ボタンが、ユーザが、実験方法およびシーケンスをプログラムすることを可能にするウィンドウを表示する。実験方法は、「開始」、「サンプリング」、および「終了」と題するセクションを含んでなる。これらのセクションの各々は、任意であり、実験の間にアクティブとして選択してもバイパスしてもよい。ユーザは、開始セクションを活性化すると、ローディングゾーン温度、ローディング流体処理フロー、および曝す時間を指定してもよい。ユーザは、サンプリングセクションを活性化すると、サンプリングサイクル数、サンプリングキネティクス、およびサンプリングサイクル間の任意の遅延時間を指定してもよい。さらに、ユーザは、実験の間に温度制御装置によって温度を調整してもよいように、終了セクションの前にアンローディング温度を指定してもよい。
【0053】
2つのタイプのサンプリングキネティクスがある。リニアサンプリングキネティクスにおいて、ユーザは、サンプリングサイクル間の一定の遅延時間を指定し、これは、すべてのサンプリングサイクルにわたって維持される。対数サンプリングキネティクスにおいて、ユーザは、サンプリングサイクル間の初期遅延時間を指定する。ここで、遅延時間は、10のサンプリングサイクルの間一定に保たれ、次に、次の10のサンプリングサイクルの間2倍にされる。このプロセスは、すべての指定されたサンプリングサイクルが従われるまで繰返す。対数キネティクス指定は、初めは速く、漸進的に遅くなるが、最終的に長時間続く反応に理想的である。したがって、ユーザが分析するために、最適な量のデータが収集され記憶される。ユーザは、終了セクションを活性化すると、アンローディングゾーン温度、アンローディング急冷気体処理フロー、および曝す時間を指定してもよい。
【0054】
実験段階において、ユーザは、セットアップ段階で設定されたプログラムされた命令を開始する。ここで、コンピュータは、ユーザにさらなる存在を要求することなく、自律的に反応器を操作し、プロセス環境およびデータ収集を制御する。ソフトウェアは、そのような動作が必要な場合、ユーザに、実験を休止および再開しならびに打切る能力を与える。実験段階は、グラフィカルユーザインタフェースの「実験」制御ボタンをクリックすることによって、ソフトウェアにおいてユーザによってアクセスされる。
【0055】
分析段階において、用いられる分析方法が光学測定システムである場合、ユーザは、実験の間に収集されたスペクトル系列を分析するユーティリティサブルーチンを使用してもよい。個別のIRスペクトル、UV/可視スペクトル、または他のスペクトルに、独立してアクセスし分析してもよい。あるいは、ユーザは、全系列または系列のサブセットを選択して、同一に分析してもよい。そのような分析は、典型的には、波長の範囲にわたるベースラインを選択し、次に、波長の別の範囲内のスペクトル吸光度内の面積を積分することを伴う。スペクトル吸光度は、正規化され、実験時間の関数としてテキストデータ要約ファイル内に記録される。テキストデータファイルは、適切なキネティクス分析ソフトウェアにインポートして、測定されたデータから速度式を得ることができる。分析段階ユーティリティサブルーチンは、「データ分析」制御ボタンクリックすることによって、ソフトウェアにおいてユーザによってアクセスされる。
【0056】
本発明のさまざまな他の実施形態の例を、以下で説明する。本発明の一実施形態は、(a)すべてのサンプルを流体と同時に反応させ、(b)すべてのサンプルの同時の反応の間、各サンプルを順次分析にかけることによって、複数のサンプルをテストするための方法である。本発明のさらなる実施形態は、(a)すべてのサンプルを流体と同時に反応させ、(b)各方法が約190ナノメートルから約900ナノメートルの範囲内または約2,500ナノメートルから約25,000ナノメートルの範囲内の異なった波長を有する光を使用する、2つもしくはそれ以上の光学方法を用いて各サンプルを光学的に分析することによって、複数のサンプルをテストするための方法である。
【0057】
本発明のさらなる実施形態は、(a)第1のチャンバ内のすべてのサンプルの温度を変え、(b)第1のチャンバから隔離された第2のチャンバ内のすべてのサンプルを、反応性流体に同時に曝し、(c)各サンプルを分析し、(d)分析の完了後、第1のチャンバ内のすべてのサンプルの温度を変えることによって、複数のサンプルをテストするための方法である。サンプルの温度は、サンプルを非反応性流体に同時に曝すことによって変えてもよく、サンプルの温度は、いかなる工程において、少なくとも約100℃などだけ上昇または低下させてもよい。例示的な非反応性流体は窒素である。
【0058】
本発明のさらなる実施形態は、(a)すべてのサンプルを流体と反応させる反応チャンバと、(b)各方法が約190ナノメートルから約900ナノメートルの範囲内または約2,500ナノメートルから約25,000ナノメートルの範囲内の異なった波長を有する光を使用する、2つもしくはそれ以上の光学方法を行う分析器とを収容する、複数のサンプルテストするための装置である。
【0059】
上記実施形態において、テスト手順の間、温度または圧力が制御されるチャンバ内で、サンプルを流体と反応させてもよい。流体は、1つもしくはそれ以上の気体および/または1つもしくはそれ以上の液体であってもよい。第2のチャンバ内でサンプルを流体と反応させる前、第1のチャンバ内ですべてのサンプルの温度を変えてもよく、第1のチャンバは、第2のチャンバから隔離される。第1のチャンバ内のすべてのサンプルの温度を、また、サンプルを流体と反応させた後、変えてもよい。サンプルの温度を、たとえば、反応前に上昇させ、反応後に低下させてもよいし、その逆でもよい。サンプルキャリヤを摺動することによって、第1のチャンバを第2のチャンバから隔離してもよい。
【0060】
本発明の別の実施形態は、(a)各サンプルを反応性流体に同時に曝すための流体分配システムと、(b)1つもしくはそれ以上のサンプルのための透明なホルダと、(c)光学分析器とを収容する、複数のサンプルをテストするための装置である。本発明の別の実施形態は、(a)各サンプルを反応性流体に同時に曝すための流体分配システムと、(b)減衰全反射結晶を含んでなる、1つもしくはそれ以上のサンプルのためのホルダと、(c)分析器とを収容する、複数のサンプルをテストするための装置である。
【0061】
本発明のさらなる実施形態は、(a)すべてのサンプルを非反応性流体に同時に曝す第1のチャンバと、(b)すべてのサンプルを反応性流体に同時に曝す、第1のチャンバから隔離された第2のチャンバと、(c)分析器とを収容する、複数のサンプルをテストするための装置である。非反応性流体または反応性流体は気体であってもよく、非反応性流体は窒素であってもよい。本発明のさらなる実施形態は、(a)すべてのサンプルの温度を、流体に同時曝すことによって変える第1のチャンバと、(b)すべてのサンプルを、流体に同時曝すことによって反応させる、第1のチャンバから隔離された第2のチャンバと、(c)分析器とを収容する、複数のサンプルをテストするための装置である。
【0062】
本発明のさらなる実施形態は、(a)反応チャンバ内ですべてのサンプルを反応性流体に同時に曝すための第1の流体分配システムと、(b)反応チャンバ内で各サンプルを順次反応性流体に個別に曝すための第2の流体分配システムと、(c)分析器とを含んでなる、複数のサンプルをテストするための装置である。反応性流体は気体であってもよく、反応性流体は異なってもよい。異なった流体分配システムは、異なった流体分配マニホルドによってサーブされる、外側の本体の異なった口の下に、サンプル保持位置を配置することによってアクセスされる。
【0063】
上述された実施形態のすべてにおいて、分析は、光波を、サンプルを透過させる、または光波をサンプルの表面から反射するなどの光学分析であってもよい。必要ならば、各方法が、たとえば、約190ナノメートルから約900ナノメートルまたは約2,500ナノメートルから約25,000ナノメートルの範囲内の異なった波長を有する光を使用する、2つもしくはそれ以上の光学方法を用いてもよい。すべての光学方法を同時に行ってもよく、分析を、すべてのサンプルの同時の反応の間に行ってもよい。分析の他の有用な方法としては、音波分析、超音波分析、静電分析、磁気分析、無線周波数分析、またはX線分析が挙げられる。
【0064】
ここに記載されたような本発明の教示の利益を有する当業者は、本発明に多数の修正を行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【0065】
【図1】本発明の装置の要素を示すブロック図である
【図2】本発明の反応装置全体の斜視図である。
【図3】装置の立面図である。
【図4】図2の切断線4−4に沿った、装置の断面立面図である。
【図5】図3の切断線C−Cに沿った断面図である。
【図6】図3の切断線C−Cに沿った部分断面図である。
【図7】反応アセンブリの第1の斜視図である。
【図8】反応アセンブリの、図7の反対側の第2の斜視図である。
【図9】反応アセンブリの第1の断面図である。
【図10】反応アセンブリの第2の断面図である。
【図11】ローディング/アンローディング位置のサンプルホルダを示す、図2の切断線4−4に沿った、装置の断面部分図である。
【図12】図11の一部を拡大する、装置の拡大断面図である。
【図13】図6の切断線K−Kに沿った、装置の断面図である。
【図14】光学測定位置のサンプルホルダを示す部分断面図である。
【図15】サンプルホルダの第1の実施形態の拡大図である。
【図16A】サンプル押えクランプを有する第2のサンプルホルダの拡大図であり、クランプは解放位置にある。
【図16B】保持位置に回転されたサンプル押えクランプを示す、第2のサンプルホルダの図であり、クランプは上の位置にある。
【図16C】保持位置に回転されたサンプル押えクランプを示す、第2のサンプルホルダの図であり、クランプは下の位置にある。
【図17】図16Cの切断線17−17に沿った断面図である。
【図18】減衰全内部反射(ATR)測定配列を示す、図16Cの切断線18−18に沿った断面図である。
【図18A】ATR測定配列における光とサンプルとの相互作用を示す拡大断面図である。
【図19】コンピュータ制御装置を制御するための主制御ルーチンを示すブロック図である。
【図20】光学測定システムの分光計を制御するための制御ルーチンを示すブロック図である。
【図21】パラメータおよび設定を記録するためのルーチンを示すブロック図である。
【図22】システムの要素を構成するためのルーチンを示すブロック図である。
【図23】バルブを制御し、セットポイントを表示するためのルーチンを示すブロック図である。
【図24】パラメータおよび実験データを記録するためのルーチンを示すブロック図である。
【図25】スペクトルデータを表示するためのルーチンを示すブロック図である。
【図26】位置決めシステムを制御するためのルーチンを示すブロック図である。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
サンプルを互いから化学的に隔離された状態に維持し、前記サンプルの各々を実質的に同一の条件に曝すことによって、複数のサンプルに対して化学反応を同時に行うためのコンピュータ制御された反応装置であって、
(a)穴と中心軸とを有する略円筒形反応器ハウジングであって、
i)エアロックを有するローディング/アンローディングセクションと、
ii)反応セクションと、
iii)分析監視システムと、
iv)ドライブセクションと、
v)分配マニホルドシステムと
を含んでなる前記略円筒形反応器ハウジングと、
(b)前記反応器ハウジングと連通する気体分配および圧力制御システムと、
(c)前記ドライブセクションに接続された位置決めシステムと、
(d)前記反応器ハウジングの温度を制御するための温度制御システムと、
(e)前記反応器ハウジング内に収容され、かつ前記ハウジング穴内で前記ハウジングの軸に沿った方向に移動可能な反応アセンブリであって、前記反応アセンブリが、
i)穴と、複数の口と、流体分配マニホルドとを有する円筒形の外側の本体と、
ii)前記外側の本体の穴内に収容され、かつ
A)穴および複数の口と、
B)反応させるべき前記サンプルを収容するための複数のサンプル保持位置を収容するサンプルホルダと
を有する円筒形の内側の本体と
を含んでなり、
前記サンプルホルダが、内側の本体の穴内で受けられ、かつ前記軸に沿って完全に挿入された位置に移動可能であり、前記サンプルホルダが前記内側の本体内の前記完全に挿入された位置にあるとき、前記複数の反応ウェルの各々が、前記内側の本体の複数の口の各々と整列する反応アセンブリと、
(f)少なくとも1つの光学口と、対の源および検出器を含んでなる少なくとも1つの光学配列とを含んでなる分析監視システムであって、前記少なくとも1つの光学配列が、サンプル保持位置で収容されたサンプルの、1つもしくはそれ以上の紫外線波長、可視波長、または赤外線波長での測定を行って、前記サンプルを特徴づけることができる、分析監視システムと、
(g)前記気体分配および圧力制御システム、前記位置決めシステム、前記温度制御システム、ならびに前記分析監視システムに接続されたコンピュータ制御装置とを含んでなり、
前記反応アセンブリが、前記ローディング/アンローディングセクション、前記反応セクション、および前記分析監視システムの間で移動可能であり、
前記ドライブセクションが、前記反応アセンブリを前記位置決めシステムに機械的に連結し、それにより、前記反応器アセンブリが複数の所定の監視位置の各々に位置決めされ、前記反応ウェルの少なくとも1つが、前記複数の監視位置の各々において前記少なくとも1つの分析口と整列する、コンピュータ制御された反応装置。
【請求項2】
前記コンピュータ制御装置が、ランダムアクセスメモリ(RAM)、データ記憶デバイス、インタフェースサブシステム、およびディスプレイデバイスに、データバスによって接続された中央処理装置を含んでなり、前記中央処理装置が、前記データ記憶デバイス内に記憶されたオペレーティングシステムおよびアプリケーションソフトウェアによって制御され、前記中央処理装置が、前記インタフェースサブシステムを制御し、前記インタフェースサブシステムが、前記気体分配および圧力制御システム、前記位置決めシステム、前記温度制御システム、ならびに前記光学監視システムに接続されかつ制御する請求項1に記載の装置。
【請求項3】
前記気体分配および圧力制御システムが、前記反応アセンブリへの気体の流れを制御するために、1つもしくはそれ以上の気体の供給源、1つもしくはそれ以上のバルブおよび関連した流量測定デバイス、ならびに圧力調整器を含んでなる請求項1に記載の装置。
【請求項4】
前記温度制御システムが、1つもしくはそれ以上の加熱要素と、1つもしくはそれ以上の温度センサと、制御ユニットとを含んでなり、前記制御ユニットが、温度制御信号を受取るために前記コンピュータ制御装置のインタフェースサブシステムに電気的に接続され、温度信号を受取るために1つもしくはそれ以上のセンサに接続され、前記加熱要素への電流を制御するために1つもしくはそれ以上の加熱要素に接続される請求項1に記載の装置。
【請求項5】
各サンプルを特徴づけるために、1つもしくはそれ以上の口と、光学源と、光学検出器とを含んでなる光学配列を、複数の光学配列から選択してもよいように、前記光学監視システムの光学口が共面配列に位置決めされる請求項1に記載の装置。
【請求項6】
前記光学監視システムが分光光度計を含んでなる請求項1に記載の装置。
【請求項7】
前記光学配列が透過配列を含んでなり、光が前記薄膜サンプルを透過する請求項1に記載の装置。
【請求項8】
前記光学配列が反射配列を含んでなり、光が前記薄膜サンプルの少なくとも1つの表面から反射される請求項1に記載の装置。
【請求項9】
前記光学配列が減衰全反射配列を含んでなり、光が前記薄膜サンプルの表面から繰返して反射される請求項1に記載の装置。
【請求項10】
請求項1に記載の装置を使用して複数の化学反応を行う方法であって、
(a)前記反応器アセンブリを前記ローディング/アンローディングセクション内の初期アンドッキング位置に位置決めし、前記サンプルホルダに、反応させるべきサンプルをロードし、前記サンプルホルダを前記反応器アセンブリの内側の本体に挿入し、前記エアロックを閉じ、
(b)前記反応器アセンブリの内側の本体を前記外側の本体内のドッキング位置に移動させ、
(c)前記温度制御システムが、前記反応器アセンブリを所定の温度にすることを引き起こし、
(d)前記流体分配および圧力制御システムが、1つもしくはそれ以上の反応物流体を所定の流量および圧力で前記サンプル保持位置内の前記サンプルに導入することを引き起こし、
(e)前記反応物流体と前記サンプルとの間で反応が起こるように、所定の時間の間、前記流体流量および圧力を維持し、
(f)前記サンプル位置の各々が前記複数の監視位置の各々において整列するように、前記反応器アセンブリを順次位置決めし、
(g)少なくとも1つの光学測定を行って、各サンプルを特徴づけ、
(h)前記反応器アセンブリを前記ローディング/アンローディングセクション内の前記初期位置に戻し、
(i)反応物流体の流れを停止し、急冷気体の流れを開始することによって、前記反応を急冷して、前記反応アセンブリの温度および圧力を周囲に戻し、
(j)前記反応器アセンブリの内側の本体を前記アンドッキング位置に移動させ、
(k)前記エアロックを開け、前記反応器アセンブリから前記サンプルホルダを取外す工程を含んでなる方法。
【請求項11】
(a)すべてのサンプルを流体と同時に反応させ、(b)前記サンプルと前記流体との反応の間、各サンプルを順次分析にかけることを含んでなる複数のサンプルをテストするための方法。
【請求項12】
前記サンプルと前記流体との反応および前記分析を密閉容器内で行い、前記方法が、前記サンプルが前記密閉容器内にとどまる間、それらの1つもしくはそれ以上を、第2の同時の流体との反応および第2の分析にかけることをさらに含んでなる請求項11に記載の方法。
【請求項13】
前記分析が光学分析である請求項11に記載の方法。
【請求項14】
前記分析が、超音波分析、静電分析、磁気分析、無線周波数分析、またはX線分析よりなる群から選択される請求項11に記載の方法。
【請求項15】
温度または圧力が制御されるチャンバ内で、各サンプルを前記流体と反応させる請求項11に記載の方法。
【請求項16】
第1のチャンバ内で各サンプルを前記流体と反応させ、第2のチャンバ内で各サンプルを分析にかけ、前記第1のチャンバが前記第2のチャンバから隔離される請求項11に記載の方法。
【請求項17】
(a)密閉容器内ですべてのサンプルを流体と同時に反応させ、(b)前記サンプルと前記流体との反応の完了後、前記密閉容器内で各サンプルを順次分析にかけることを含んでなる複数のサンプルをテストするための方法。
【請求項18】
前記分析が光学分析である請求項17に記載の方法。
【請求項19】
前記分析が、超音波分析、静電分析、磁気分析、無線周波数分析、またはX線分析よりなる群から選択される請求項17に記載の方法。
【請求項20】
温度または圧力が制御されるチャンバ内で、各サンプルを前記流体と反応させる請求項17に記載の方法。
【請求項21】
第1のチャンバ内で各サンプルを前記流体と反応させ、第2のチャンバ内で各サンプルを分析にかけ、前記第1のチャンバが前記第2のチャンバから隔離される請求項17に記載の方法。
【請求項22】
(a)密閉容器内ですべてのサンプルを流体と同時に反応させ、(b)工程(a)の前または後、前記密閉容器内で、サンプルのグループのサブグループの1つもしくはそれ以上のメンバを流体と同時に反応させ、(c)各サンプルを分析にかけることを含んでなるサンプルのグループをテストするための方法。
【請求項23】
前記分析が光学分析である請求項22に記載の方法。
【請求項24】
前記分析が、超音波分析、静電分析、磁気分析、無線周波数分析、またはX線分析よりなる群から選択される請求項22に記載の方法。
【請求項25】
温度または圧力が制御されるチャンバ内で、前記サンプルの各々、またはサンプルのサブグループのメンバの各々を、前記流体と反応させる請求項22に記載の方法。
【請求項26】
第1のチャンバ内で各サンプルを前記流体と反応させ、第2のチャンバ内で各サンプルを分析にかけ、前記第1のチャンバが前記第2のチャンバから隔離される請求項22に記載の方法。
【請求項27】
(a)容器の第1のチャンバ内ですべてのサンプルを所定の温度にして、(b)前記第1のチャンバから隔離された、前記容器の第2のチャンバ内の各サンプルを、反応性流体に同時に曝し、(c)各サンプルを分析にかけることを含んでなる複数のサンプルをテストするための方法。
【請求項28】
分析の完了後、前記第1のチャンバ内で、すべてのサンプルの温度を前記所定の温度より高いまたは低い温度に変える工程をさらに含んでなる請求項27に記載の方法。
【請求項29】
前記分析が光学分析である請求項27に記載の方法。
【請求項30】
前記分析が、超音波分析、静電分析、磁気分析、無線周波数分析、またはX線分析よりなる群から選択される請求項27に記載の方法。
【請求項31】
第3のチャンバ内で各サンプルを分析にかけ、前記第3のチャンバが前記第1および第2のチャンバから隔離される請求項27に記載の方法。
【請求項32】
(a)容器の第1のチャンバ内ですべてのサンプルを非反応性流体に同時に曝し、(b)前記第1のチャンバから隔離された、前記容器の第2のチャンバ内のすべてのサンプルを、反応性流体に同時に曝し、(c)各サンプルを分析にかけることを含んでなる複数のサンプルをテストするための方法。
【請求項33】
前記分析が光学分析である請求項32に記載の方法。
【請求項34】
前記分析が、超音波分析、静電分析、磁気分析、無線周波数分析、またはX線分析よりなる群から選択される請求項32に記載の方法。
【請求項35】
温度または圧力が制御されるチャンバ内で、各サンプルを前記反応性流体に曝す請求項32に記載の方法。
【請求項36】
第3のチャンバ内で各サンプルを分析にかけ、前記第3のチャンバが前記第1および第2のチャンバから隔離される請求項32に記載の方法。
【請求項37】
(a)サンプルのグループの1つもしくはそれ以上のメンバを、反応性流体に別個に曝されるように、前記容器内の位置に配置し、(b)それらのサンプルを前記流体に同時に曝し、(c)前記密閉容器内でサンプルのグループの各メンバを分析にかけることを含んでなる密閉容器内でサンプルのグループをテストするための方法。
【請求項38】
前記サンプルを前記流体に曝す工程が、前記密閉容器の1つの構成要素を前記密閉容器の別の構成要素に対して摺動する工程を含んでなる請求項37に記載の方法。
【請求項39】
前記分析が光学分析である請求項37に記載の方法。
【請求項40】
前記分析が、超音波分析、静電分析、磁気分析、無線周波数分析、またはX線分析よりなる群から選択される請求項37に記載の方法。
【請求項41】
温度または圧力が制御されるチャンバ内で、各サンプルを前記反応性流体に曝す請求項37に記載の方法。
【請求項42】
第1のチャンバ内で各サンプルを前記反応性流体に曝し、第2のチャンバ内で各サンプルを分析にかけ、前記第1のチャンバが前記第2のチャンバから隔離される請求項37に記載の方法。
【請求項43】
(a)各サンプルを反応性流体に同時に曝すための流体分配システムと、(b)前記流体分配システムに対して摺動可能な、サンプルのグループのためのホルダと、(c)分析器とを含んでなるサンプルのグループをテストするための装置。
【請求項44】
サンプルのグループのサブグループのメンバのみを反応性流体に同時に曝すための流体分配システムをさらに含んでなる請求項43に記載の装置。
【請求項45】
前記分析器が光学分析を行う請求項43に記載の装置。
【請求項46】
前記分析器が、超音波分析、静電分析、磁気分析、無線周波数分析、またはX線分析よりなる群から選択される分析の方法を行う請求項43に記載の装置。
【請求項47】
各サンプルを前記流体と反応させる前記反応チャンバ内で、温度または圧力が制御される請求項43に記載の装置。
【請求項48】
前記流体分配システムが前記分析器から隔離される請求項43に記載の装置。
【請求項49】
(a)各サンプルを反応性流体に同時に曝すための流体分配システムと、(b)分析器と、(c)前記分析器に対して摺動可能な、サンプルのグループのためのホルダとを含んでなるサンプルのグループをテストするための装置。
【請求項50】
サンプルのグループのサブグループのメンバのみを反応性流体に同時に曝すための流体分配システムをさらに含んでなる請求項49に記載の装置。
【請求項51】
前記分析器が光学分析を行う請求項49に記載の装置。
【請求項52】
前記分析器が、超音波分析、静電分析、磁気分析、無線周波数分析、またはX線分析よりなる群から選択される分析の方法を行う請求項49に記載の装置。
【請求項53】
各サンプルの温度または圧力が制御されるチャンバをさらに含んでなる請求項49に記載の装置。
【請求項54】
前記流体分配システムが前記分析器から隔離される請求項49に記載の装置。
【請求項55】
(a)サンプルのグループのサブグループのメンバのみを反応性流体に同時に曝すための流体分配システムと、(b)前記流体分配システムに対して摺動可能な、サンプルのグループのためのホルダと、(c)分析器とを含んでなる、サンプルのグループをテストするための装置。
【請求項56】
前記分析器が光学分析を行う請求項55に記載の装置。
【請求項57】
前記分析器が、超音波分析、静電分析、磁気分析、無線周波数分析、またはX線分析よりなる群から選択される分析の方法を行う請求項55に記載の装置。
【請求項58】
サンプルのサブグループのメンバを前記流体で曝す前記チャンバ内で、温度または圧力が制御される請求項55に記載の装置。
【請求項59】
前記流体分配システムが前記分析器から隔離される請求項55に記載の装置。
【請求項60】
(a)サンプルのグループのサブグループのメンバのみを反応性流体に同時に曝すための流体分配システムと、(b)分析器と、(c)前記分析器に対して摺動可能な、サンプルのグループのためのホルダとを含んでなるサンプルのグループをテストするための装置。
【請求項61】
前記分析器が光学分析を行う請求項60に記載の装置。
【請求項62】
前記分析器が、超音波分析、静電分析、磁気分析、無線周波数分析、またはX線分析よりなる群から選択される分析の方法を行う請求項60に記載の装置。
【請求項63】
サンプルのサブグループの各メンバの温度または圧力が制御されるチャンバをさらに含んでなる請求項60に記載の装置。
【請求項64】
前記流体分配システムが前記分析器から隔離される請求項60に記載の装置。
【請求項65】
複数のサンプルをテストするための密閉容器であって、(a)前記サンプルを反応性流体に同時に曝すための流体分配システムと、(b)前記流体分配システムから隔離された、前記密閉容器内の分析器とを含んでなる密閉容器。
【請求項66】
前記分析器が光学分析を行う請求項65に記載の装置。
【請求項67】
前記分析器が、超音波分析、静電分析、磁気分析、無線周波数分析、またはX線分析よりなる群から選択される分析の方法を行う請求項65に記載の装置。
【請求項68】
各サンプルを前記流体に曝す前記チャンバ内で、温度または圧力が制御される請求項65に記載の装置。
【請求項69】
(a)各サンプルを非反応性流体に同時に曝す第1のチャンバと、(b)各サンプルを反応性流体に同時に曝す、前記第1のチャンバから隔離された第2のチャンバと、(c)分析器とを含んでなる複数のサンプルをテストするための装置。
【請求項70】
前記分析器が光学分析を行う請求項69に記載の装置。
【請求項71】
前記分析器が、超音波分析、静電分析、磁気分析、無線周波数分析、またはX線分析よりなる群から選択される分析の方法を行う請求項69に記載の装置。
【請求項72】
前記流体分配システムが前記分析器から隔離される請求項69に記載の装置。
【請求項73】
(a)各サンプルを同時に所定の温度にする第1のチャンバと、(b)各サンプルを反応性流体に同時に曝す、前記第1のチャンバから隔離された第2のチャンバと、(c)分析器とを含んでなる複数のサンプルをテストするための装置。
【請求項74】
前記分析器が光学分析を行う請求項73に記載の装置。
【請求項75】
前記分析器が、超音波分析、静電分析、磁気分析、無線周波数分析、またはX線分析よりなる群から選択される分析の方法を行う請求項73に記載の装置。
【請求項76】
前記分析器から隔離された流体分配システムをさらに含んでなる請求項73に記載の装置。
【請求項77】
複数のサンプルをテストするための装置であって、(a)前記サンプルのためのホルダと、(b)前記ホルダのためのカバーと、(c)分析器とを含んでなり、前記カバーが前記ホルダに対して摺動可能であり、前記ホルダが前記分析器に対して摺動可能である装置。
【請求項78】
前記サンプルを反応性流体に同時に曝すための流体分配システムをさらに含んでなる請求項77に記載の装置。
【請求項79】
前記分析器が光学分析を行う請求項77に記載の装置。
【請求項80】
前記分析器が、超音波分析、静電分析、磁気分析、無線周波数分析、またはX線分析よりなる群から選択される分析の方法を行う請求項77に記載の装置。
【請求項81】
各サンプルを流体と反応させる、温度または圧力が制御されるチャンバをさらに含んでなる請求項77に記載の装置。
【請求項82】
前記分析器から隔離された流体分配システムをさらに含んでなる請求項78に記載の装置。
【請求項83】
(a)各サンプルを反応性流体に同時に曝すための流体分配システムと、(b)各サンプルを前記流体と反応させる反応チャンバであって、各サンプルのための前記反応チャンバが、各他のサンプルのための前記反応チャンバから分離され隔離される反応チャンバと、(c)分析器とを含んでなるサンプルのグループをテストするための装置。
【請求項84】
サンプルのグループのサブグループのメンバのみを反応性流体に同時に曝すための流体分配システムをさらに含んでなる請求項83に記載の装置。
【請求項85】
前記分析器が光学分析を行う請求項83に記載の装置。
【請求項86】
前記分析器が、超音波分析、静電分析、磁気分析、無線周波数分析、またはX線分析よりなる群から選択される分析の方法を行う請求項83に記載の装置。
【請求項87】
各サンプルを前記流体と反応させる前記反応チャンバ内で、温度または圧力が制御される請求項83に記載の装置。
【請求項88】
前記流体分配システムが前記分析器から隔離される請求項83に記載の装置。
【請求項1】
サンプルを互いから化学的に隔離された状態に維持し、前記サンプルの各々を実質的に同一の条件に曝すことによって、複数のサンプルに対して化学反応を同時に行うためのコンピュータ制御された反応装置であって、
(a)穴と中心軸とを有する略円筒形反応器ハウジングであって、
i)エアロックを有するローディング/アンローディングセクションと、
ii)反応セクションと、
iii)分析監視システムと、
iv)ドライブセクションと、
v)分配マニホルドシステムと
を含んでなる前記略円筒形反応器ハウジングと、
(b)前記反応器ハウジングと連通する気体分配および圧力制御システムと、
(c)前記ドライブセクションに接続された位置決めシステムと、
(d)前記反応器ハウジングの温度を制御するための温度制御システムと、
(e)前記反応器ハウジング内に収容され、かつ前記ハウジング穴内で前記ハウジングの軸に沿った方向に移動可能な反応アセンブリであって、前記反応アセンブリが、
i)穴と、複数の口と、流体分配マニホルドとを有する円筒形の外側の本体と、
ii)前記外側の本体の穴内に収容され、かつ
A)穴および複数の口と、
B)反応させるべき前記サンプルを収容するための複数のサンプル保持位置を収容するサンプルホルダと
を有する円筒形の内側の本体と
を含んでなり、
前記サンプルホルダが、内側の本体の穴内で受けられ、かつ前記軸に沿って完全に挿入された位置に移動可能であり、前記サンプルホルダが前記内側の本体内の前記完全に挿入された位置にあるとき、前記複数の反応ウェルの各々が、前記内側の本体の複数の口の各々と整列する反応アセンブリと、
(f)少なくとも1つの光学口と、対の源および検出器を含んでなる少なくとも1つの光学配列とを含んでなる分析監視システムであって、前記少なくとも1つの光学配列が、サンプル保持位置で収容されたサンプルの、1つもしくはそれ以上の紫外線波長、可視波長、または赤外線波長での測定を行って、前記サンプルを特徴づけることができる、分析監視システムと、
(g)前記気体分配および圧力制御システム、前記位置決めシステム、前記温度制御システム、ならびに前記分析監視システムに接続されたコンピュータ制御装置とを含んでなり、
前記反応アセンブリが、前記ローディング/アンローディングセクション、前記反応セクション、および前記分析監視システムの間で移動可能であり、
前記ドライブセクションが、前記反応アセンブリを前記位置決めシステムに機械的に連結し、それにより、前記反応器アセンブリが複数の所定の監視位置の各々に位置決めされ、前記反応ウェルの少なくとも1つが、前記複数の監視位置の各々において前記少なくとも1つの分析口と整列する、コンピュータ制御された反応装置。
【請求項2】
前記コンピュータ制御装置が、ランダムアクセスメモリ(RAM)、データ記憶デバイス、インタフェースサブシステム、およびディスプレイデバイスに、データバスによって接続された中央処理装置を含んでなり、前記中央処理装置が、前記データ記憶デバイス内に記憶されたオペレーティングシステムおよびアプリケーションソフトウェアによって制御され、前記中央処理装置が、前記インタフェースサブシステムを制御し、前記インタフェースサブシステムが、前記気体分配および圧力制御システム、前記位置決めシステム、前記温度制御システム、ならびに前記光学監視システムに接続されかつ制御する請求項1に記載の装置。
【請求項3】
前記気体分配および圧力制御システムが、前記反応アセンブリへの気体の流れを制御するために、1つもしくはそれ以上の気体の供給源、1つもしくはそれ以上のバルブおよび関連した流量測定デバイス、ならびに圧力調整器を含んでなる請求項1に記載の装置。
【請求項4】
前記温度制御システムが、1つもしくはそれ以上の加熱要素と、1つもしくはそれ以上の温度センサと、制御ユニットとを含んでなり、前記制御ユニットが、温度制御信号を受取るために前記コンピュータ制御装置のインタフェースサブシステムに電気的に接続され、温度信号を受取るために1つもしくはそれ以上のセンサに接続され、前記加熱要素への電流を制御するために1つもしくはそれ以上の加熱要素に接続される請求項1に記載の装置。
【請求項5】
各サンプルを特徴づけるために、1つもしくはそれ以上の口と、光学源と、光学検出器とを含んでなる光学配列を、複数の光学配列から選択してもよいように、前記光学監視システムの光学口が共面配列に位置決めされる請求項1に記載の装置。
【請求項6】
前記光学監視システムが分光光度計を含んでなる請求項1に記載の装置。
【請求項7】
前記光学配列が透過配列を含んでなり、光が前記薄膜サンプルを透過する請求項1に記載の装置。
【請求項8】
前記光学配列が反射配列を含んでなり、光が前記薄膜サンプルの少なくとも1つの表面から反射される請求項1に記載の装置。
【請求項9】
前記光学配列が減衰全反射配列を含んでなり、光が前記薄膜サンプルの表面から繰返して反射される請求項1に記載の装置。
【請求項10】
請求項1に記載の装置を使用して複数の化学反応を行う方法であって、
(a)前記反応器アセンブリを前記ローディング/アンローディングセクション内の初期アンドッキング位置に位置決めし、前記サンプルホルダに、反応させるべきサンプルをロードし、前記サンプルホルダを前記反応器アセンブリの内側の本体に挿入し、前記エアロックを閉じ、
(b)前記反応器アセンブリの内側の本体を前記外側の本体内のドッキング位置に移動させ、
(c)前記温度制御システムが、前記反応器アセンブリを所定の温度にすることを引き起こし、
(d)前記流体分配および圧力制御システムが、1つもしくはそれ以上の反応物流体を所定の流量および圧力で前記サンプル保持位置内の前記サンプルに導入することを引き起こし、
(e)前記反応物流体と前記サンプルとの間で反応が起こるように、所定の時間の間、前記流体流量および圧力を維持し、
(f)前記サンプル位置の各々が前記複数の監視位置の各々において整列するように、前記反応器アセンブリを順次位置決めし、
(g)少なくとも1つの光学測定を行って、各サンプルを特徴づけ、
(h)前記反応器アセンブリを前記ローディング/アンローディングセクション内の前記初期位置に戻し、
(i)反応物流体の流れを停止し、急冷気体の流れを開始することによって、前記反応を急冷して、前記反応アセンブリの温度および圧力を周囲に戻し、
(j)前記反応器アセンブリの内側の本体を前記アンドッキング位置に移動させ、
(k)前記エアロックを開け、前記反応器アセンブリから前記サンプルホルダを取外す工程を含んでなる方法。
【請求項11】
(a)すべてのサンプルを流体と同時に反応させ、(b)前記サンプルと前記流体との反応の間、各サンプルを順次分析にかけることを含んでなる複数のサンプルをテストするための方法。
【請求項12】
前記サンプルと前記流体との反応および前記分析を密閉容器内で行い、前記方法が、前記サンプルが前記密閉容器内にとどまる間、それらの1つもしくはそれ以上を、第2の同時の流体との反応および第2の分析にかけることをさらに含んでなる請求項11に記載の方法。
【請求項13】
前記分析が光学分析である請求項11に記載の方法。
【請求項14】
前記分析が、超音波分析、静電分析、磁気分析、無線周波数分析、またはX線分析よりなる群から選択される請求項11に記載の方法。
【請求項15】
温度または圧力が制御されるチャンバ内で、各サンプルを前記流体と反応させる請求項11に記載の方法。
【請求項16】
第1のチャンバ内で各サンプルを前記流体と反応させ、第2のチャンバ内で各サンプルを分析にかけ、前記第1のチャンバが前記第2のチャンバから隔離される請求項11に記載の方法。
【請求項17】
(a)密閉容器内ですべてのサンプルを流体と同時に反応させ、(b)前記サンプルと前記流体との反応の完了後、前記密閉容器内で各サンプルを順次分析にかけることを含んでなる複数のサンプルをテストするための方法。
【請求項18】
前記分析が光学分析である請求項17に記載の方法。
【請求項19】
前記分析が、超音波分析、静電分析、磁気分析、無線周波数分析、またはX線分析よりなる群から選択される請求項17に記載の方法。
【請求項20】
温度または圧力が制御されるチャンバ内で、各サンプルを前記流体と反応させる請求項17に記載の方法。
【請求項21】
第1のチャンバ内で各サンプルを前記流体と反応させ、第2のチャンバ内で各サンプルを分析にかけ、前記第1のチャンバが前記第2のチャンバから隔離される請求項17に記載の方法。
【請求項22】
(a)密閉容器内ですべてのサンプルを流体と同時に反応させ、(b)工程(a)の前または後、前記密閉容器内で、サンプルのグループのサブグループの1つもしくはそれ以上のメンバを流体と同時に反応させ、(c)各サンプルを分析にかけることを含んでなるサンプルのグループをテストするための方法。
【請求項23】
前記分析が光学分析である請求項22に記載の方法。
【請求項24】
前記分析が、超音波分析、静電分析、磁気分析、無線周波数分析、またはX線分析よりなる群から選択される請求項22に記載の方法。
【請求項25】
温度または圧力が制御されるチャンバ内で、前記サンプルの各々、またはサンプルのサブグループのメンバの各々を、前記流体と反応させる請求項22に記載の方法。
【請求項26】
第1のチャンバ内で各サンプルを前記流体と反応させ、第2のチャンバ内で各サンプルを分析にかけ、前記第1のチャンバが前記第2のチャンバから隔離される請求項22に記載の方法。
【請求項27】
(a)容器の第1のチャンバ内ですべてのサンプルを所定の温度にして、(b)前記第1のチャンバから隔離された、前記容器の第2のチャンバ内の各サンプルを、反応性流体に同時に曝し、(c)各サンプルを分析にかけることを含んでなる複数のサンプルをテストするための方法。
【請求項28】
分析の完了後、前記第1のチャンバ内で、すべてのサンプルの温度を前記所定の温度より高いまたは低い温度に変える工程をさらに含んでなる請求項27に記載の方法。
【請求項29】
前記分析が光学分析である請求項27に記載の方法。
【請求項30】
前記分析が、超音波分析、静電分析、磁気分析、無線周波数分析、またはX線分析よりなる群から選択される請求項27に記載の方法。
【請求項31】
第3のチャンバ内で各サンプルを分析にかけ、前記第3のチャンバが前記第1および第2のチャンバから隔離される請求項27に記載の方法。
【請求項32】
(a)容器の第1のチャンバ内ですべてのサンプルを非反応性流体に同時に曝し、(b)前記第1のチャンバから隔離された、前記容器の第2のチャンバ内のすべてのサンプルを、反応性流体に同時に曝し、(c)各サンプルを分析にかけることを含んでなる複数のサンプルをテストするための方法。
【請求項33】
前記分析が光学分析である請求項32に記載の方法。
【請求項34】
前記分析が、超音波分析、静電分析、磁気分析、無線周波数分析、またはX線分析よりなる群から選択される請求項32に記載の方法。
【請求項35】
温度または圧力が制御されるチャンバ内で、各サンプルを前記反応性流体に曝す請求項32に記載の方法。
【請求項36】
第3のチャンバ内で各サンプルを分析にかけ、前記第3のチャンバが前記第1および第2のチャンバから隔離される請求項32に記載の方法。
【請求項37】
(a)サンプルのグループの1つもしくはそれ以上のメンバを、反応性流体に別個に曝されるように、前記容器内の位置に配置し、(b)それらのサンプルを前記流体に同時に曝し、(c)前記密閉容器内でサンプルのグループの各メンバを分析にかけることを含んでなる密閉容器内でサンプルのグループをテストするための方法。
【請求項38】
前記サンプルを前記流体に曝す工程が、前記密閉容器の1つの構成要素を前記密閉容器の別の構成要素に対して摺動する工程を含んでなる請求項37に記載の方法。
【請求項39】
前記分析が光学分析である請求項37に記載の方法。
【請求項40】
前記分析が、超音波分析、静電分析、磁気分析、無線周波数分析、またはX線分析よりなる群から選択される請求項37に記載の方法。
【請求項41】
温度または圧力が制御されるチャンバ内で、各サンプルを前記反応性流体に曝す請求項37に記載の方法。
【請求項42】
第1のチャンバ内で各サンプルを前記反応性流体に曝し、第2のチャンバ内で各サンプルを分析にかけ、前記第1のチャンバが前記第2のチャンバから隔離される請求項37に記載の方法。
【請求項43】
(a)各サンプルを反応性流体に同時に曝すための流体分配システムと、(b)前記流体分配システムに対して摺動可能な、サンプルのグループのためのホルダと、(c)分析器とを含んでなるサンプルのグループをテストするための装置。
【請求項44】
サンプルのグループのサブグループのメンバのみを反応性流体に同時に曝すための流体分配システムをさらに含んでなる請求項43に記載の装置。
【請求項45】
前記分析器が光学分析を行う請求項43に記載の装置。
【請求項46】
前記分析器が、超音波分析、静電分析、磁気分析、無線周波数分析、またはX線分析よりなる群から選択される分析の方法を行う請求項43に記載の装置。
【請求項47】
各サンプルを前記流体と反応させる前記反応チャンバ内で、温度または圧力が制御される請求項43に記載の装置。
【請求項48】
前記流体分配システムが前記分析器から隔離される請求項43に記載の装置。
【請求項49】
(a)各サンプルを反応性流体に同時に曝すための流体分配システムと、(b)分析器と、(c)前記分析器に対して摺動可能な、サンプルのグループのためのホルダとを含んでなるサンプルのグループをテストするための装置。
【請求項50】
サンプルのグループのサブグループのメンバのみを反応性流体に同時に曝すための流体分配システムをさらに含んでなる請求項49に記載の装置。
【請求項51】
前記分析器が光学分析を行う請求項49に記載の装置。
【請求項52】
前記分析器が、超音波分析、静電分析、磁気分析、無線周波数分析、またはX線分析よりなる群から選択される分析の方法を行う請求項49に記載の装置。
【請求項53】
各サンプルの温度または圧力が制御されるチャンバをさらに含んでなる請求項49に記載の装置。
【請求項54】
前記流体分配システムが前記分析器から隔離される請求項49に記載の装置。
【請求項55】
(a)サンプルのグループのサブグループのメンバのみを反応性流体に同時に曝すための流体分配システムと、(b)前記流体分配システムに対して摺動可能な、サンプルのグループのためのホルダと、(c)分析器とを含んでなる、サンプルのグループをテストするための装置。
【請求項56】
前記分析器が光学分析を行う請求項55に記載の装置。
【請求項57】
前記分析器が、超音波分析、静電分析、磁気分析、無線周波数分析、またはX線分析よりなる群から選択される分析の方法を行う請求項55に記載の装置。
【請求項58】
サンプルのサブグループのメンバを前記流体で曝す前記チャンバ内で、温度または圧力が制御される請求項55に記載の装置。
【請求項59】
前記流体分配システムが前記分析器から隔離される請求項55に記載の装置。
【請求項60】
(a)サンプルのグループのサブグループのメンバのみを反応性流体に同時に曝すための流体分配システムと、(b)分析器と、(c)前記分析器に対して摺動可能な、サンプルのグループのためのホルダとを含んでなるサンプルのグループをテストするための装置。
【請求項61】
前記分析器が光学分析を行う請求項60に記載の装置。
【請求項62】
前記分析器が、超音波分析、静電分析、磁気分析、無線周波数分析、またはX線分析よりなる群から選択される分析の方法を行う請求項60に記載の装置。
【請求項63】
サンプルのサブグループの各メンバの温度または圧力が制御されるチャンバをさらに含んでなる請求項60に記載の装置。
【請求項64】
前記流体分配システムが前記分析器から隔離される請求項60に記載の装置。
【請求項65】
複数のサンプルをテストするための密閉容器であって、(a)前記サンプルを反応性流体に同時に曝すための流体分配システムと、(b)前記流体分配システムから隔離された、前記密閉容器内の分析器とを含んでなる密閉容器。
【請求項66】
前記分析器が光学分析を行う請求項65に記載の装置。
【請求項67】
前記分析器が、超音波分析、静電分析、磁気分析、無線周波数分析、またはX線分析よりなる群から選択される分析の方法を行う請求項65に記載の装置。
【請求項68】
各サンプルを前記流体に曝す前記チャンバ内で、温度または圧力が制御される請求項65に記載の装置。
【請求項69】
(a)各サンプルを非反応性流体に同時に曝す第1のチャンバと、(b)各サンプルを反応性流体に同時に曝す、前記第1のチャンバから隔離された第2のチャンバと、(c)分析器とを含んでなる複数のサンプルをテストするための装置。
【請求項70】
前記分析器が光学分析を行う請求項69に記載の装置。
【請求項71】
前記分析器が、超音波分析、静電分析、磁気分析、無線周波数分析、またはX線分析よりなる群から選択される分析の方法を行う請求項69に記載の装置。
【請求項72】
前記流体分配システムが前記分析器から隔離される請求項69に記載の装置。
【請求項73】
(a)各サンプルを同時に所定の温度にする第1のチャンバと、(b)各サンプルを反応性流体に同時に曝す、前記第1のチャンバから隔離された第2のチャンバと、(c)分析器とを含んでなる複数のサンプルをテストするための装置。
【請求項74】
前記分析器が光学分析を行う請求項73に記載の装置。
【請求項75】
前記分析器が、超音波分析、静電分析、磁気分析、無線周波数分析、またはX線分析よりなる群から選択される分析の方法を行う請求項73に記載の装置。
【請求項76】
前記分析器から隔離された流体分配システムをさらに含んでなる請求項73に記載の装置。
【請求項77】
複数のサンプルをテストするための装置であって、(a)前記サンプルのためのホルダと、(b)前記ホルダのためのカバーと、(c)分析器とを含んでなり、前記カバーが前記ホルダに対して摺動可能であり、前記ホルダが前記分析器に対して摺動可能である装置。
【請求項78】
前記サンプルを反応性流体に同時に曝すための流体分配システムをさらに含んでなる請求項77に記載の装置。
【請求項79】
前記分析器が光学分析を行う請求項77に記載の装置。
【請求項80】
前記分析器が、超音波分析、静電分析、磁気分析、無線周波数分析、またはX線分析よりなる群から選択される分析の方法を行う請求項77に記載の装置。
【請求項81】
各サンプルを流体と反応させる、温度または圧力が制御されるチャンバをさらに含んでなる請求項77に記載の装置。
【請求項82】
前記分析器から隔離された流体分配システムをさらに含んでなる請求項78に記載の装置。
【請求項83】
(a)各サンプルを反応性流体に同時に曝すための流体分配システムと、(b)各サンプルを前記流体と反応させる反応チャンバであって、各サンプルのための前記反応チャンバが、各他のサンプルのための前記反応チャンバから分離され隔離される反応チャンバと、(c)分析器とを含んでなるサンプルのグループをテストするための装置。
【請求項84】
サンプルのグループのサブグループのメンバのみを反応性流体に同時に曝すための流体分配システムをさらに含んでなる請求項83に記載の装置。
【請求項85】
前記分析器が光学分析を行う請求項83に記載の装置。
【請求項86】
前記分析器が、超音波分析、静電分析、磁気分析、無線周波数分析、またはX線分析よりなる群から選択される分析の方法を行う請求項83に記載の装置。
【請求項87】
各サンプルを前記流体と反応させる前記反応チャンバ内で、温度または圧力が制御される請求項83に記載の装置。
【請求項88】
前記流体分配システムが前記分析器から隔離される請求項83に記載の装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図17】
【図18】
【図18A】
【図19A】
【図19B】
【図19C】
【図19D】
【図20A】
【図20B】
【図21A】
【図21B】
【図22】
【図23A】
【図23B】
【図24A】
【図24B】
【図24C】
【図25A】
【図25B】
【図26】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図17】
【図18】
【図18A】
【図19A】
【図19B】
【図19C】
【図19D】
【図20A】
【図20B】
【図21A】
【図21B】
【図22】
【図23A】
【図23B】
【図24A】
【図24B】
【図24C】
【図25A】
【図25B】
【図26】
【公表番号】特表2006−522915(P2006−522915A)
【公表日】平成18年10月5日(2006.10.5)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−509360(P2005−509360)
【出願日】平成15年9月3日(2003.9.3)
【国際出願番号】PCT/US2003/027406
【国際公開番号】WO2005/033712
【国際公開日】平成17年4月14日(2005.4.14)
【出願人】(390023674)イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー (2,692)
【氏名又は名称原語表記】E.I.DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY
【Fターム(参考)】
【公表日】平成18年10月5日(2006.10.5)
【国際特許分類】
【出願日】平成15年9月3日(2003.9.3)
【国際出願番号】PCT/US2003/027406
【国際公開番号】WO2005/033712
【国際公開日】平成17年4月14日(2005.4.14)
【出願人】(390023674)イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー (2,692)
【氏名又は名称原語表記】E.I.DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY
【Fターム(参考)】
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