JP2000088865A - 分注動作の監視装置 - Google Patents

分注動作の監視装置

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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 高い精度で分注針内への液体の吸入及びそこ
からの吐出しを監視できる分注動作の監視装置を得る。 【解決手段】 第1液体11が分注される第2液体14
に分注針12を浸漬し、光源18からのビーム19を分
注針12の先端付近で第2液体14に照射し、第2液体
14から射出したビームを受光器20で検出して電子検
出回路22で処理する。検出したビームの強度の時間特
性は、分注針12から第1液体11が吐出されるのと気
泡が吐出されるのとでは異なるから、この異なりを考慮
して分注量を正確に把握できる。評価変数としては、強
度対時間線図における曲線の傾斜(Bm)および開始時
間(t1)および時間間隔(Δt)によって画定される上
記強度対時間線図の二つの面に相当する二つの積分値の
商(Am/Atot)を使用できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、分注動作の監視装
置、特に先端が第2液体中に浸漬された分注針からの第
1液体の吐出しを監視する装置に関するもので、前記装
置は光ビームによって第2液体を照射し得る光源、およ
び第2液体から放射する光ビームを受光して受光した光
の強度に相当する出力信号を発生する受光器を有する。
【0002】
【従来の技術】例えば、通過する目的物を検出するため
の、光源および受光器を有する遮光装置は一般に知られ
ている。さらに、液柱内に含まれる気泡は、それらの光
学的密度が液柱の光学的密度と異なることによって検出
可能であることが知られている。したがって、液柱内の
気泡は基本的に適当な遮光装置によって検出可能であ
る。この目的の装置はたとえばWO−A−97/331
54号明細書に記載されている。
【0003】液体解析用自動解析装置に関して、これら
の液体が、分注針内への吸入およびそこからの吐出しに
よって、例えば、最少限1から2マイクロリットルの少
量で処理されることが周知である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】解析処理において、針
内の気泡発生は、そのような気泡が吐出される液体の量
に強く影響し得るため、エラーの重大な原因を構成す
る。
【0005】従って本発明の主目的は、本明細書の導入
部分に記載された種類の装置であって、解析誤差を防止
するため高い制度で分注針内への液体の吸入およびそこ
からの吐出しを監視できる前記装置を得ることにある。
本発明の別の目的は、この効果を非接触光学装置によっ
て得ることである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、この目
的は前記受光器が連続的に強度信号を発生するように構
成された上記種類の装置によって達成され、前記装置は
さらに、前もって決定された閾値を記憶する第1記憶装
置、受光器によって発生された強度信号およびそこから
誘導される評価変数を記憶する第2記憶装置、および前
記評価変数を前記閾値と比較しその結果出力信号を発生
する少なくとも一つの論理回路を有する。本発明による
装置の好適な実施例は、従属項に記載されている。
【0007】本発明による装置によって得られる利点
は、とくに、自動解析装置において、従来よりも実質的
に一層信頼性がある測定を実施することができ、それに
よりそのような測定の情報内容および有用性を著しく改
善し得ることである。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施例を添
付図面を参照して例示として一層詳細に説明する。図1
に示されたように、分注針12は吐出されるべき第1液
体11を収容している。針12は容器13内に挿入さ
れ、その先端は第1液体11とは異なる第2液体14内
に浸漬されている。吐出される液体11は第2液体14
と混合するためのものである。分注針12は可撓管15
に連結され、可撓管15は圧力の変動によって液体の吐
出しと吸入を個々に制御することができる。分注針12
は最少量1マイクロリットルのサンプル液体11を吐出
する。
【0009】可撓管15は、容積が明瞭に確定できる第
1液体11上に分離気泡17を収容し、分離気泡17は
第3の補助液体16から第1液体11を分離し、補助液
体16は常に分注針12の上部に存在して水圧作用を呈
している。針12の先端は保護気泡27を収容し、保護
気泡27は第1液体11まで延長して実際上分注針12
の内部を外部から分離して第1液体11の一部の突然の
吐出しを防止する蓋の作用をしている。
【0010】図1に示された装置は、光源18、たとえ
ば近赤外範囲の(たとえば約900nmの波長の)光ビ
ームを射出するLED(発光ダイオード)、ならびに関
連する受光器20を有する。受光器20は電子検出回路
22に接続されている。光ビーム19は比較的大きいか
つ斜めのヒームの形式で容器13およびその中に収容さ
れている液体14を通過し、そこで気泡発生の際気泡壁
における全反射は、受光器20によって受光される光強
度の大きい変化をもたらす。いかなる干渉性の背景から
の輻射をも除去するため、受光器20はスクリーン21
によって外部から遮蔽されている。このようにして、針
11によって第2液体14内に吐出される最少の個々の
気泡でさえもそれらがゆっくり上昇する間に検出するこ
とができる。
【0011】図2は、二つの異なった場合での、時間t
の関数として受光器20によって得られる出力信号/強
度信号の典型的な挙動を示す。意図した通常の場合、所
要量の第1液体11には、液体が分注針12に収容され
るとき気泡は存在しない。実線28はこの場合の出力信
号Uの通常の経過を示す。吐出し操作の開始後保護気泡
27の吐出しに相当する、小さい深さの第1の局部的極
小値31が現れる。続く局部的極大値32は、第1液体
11の吐出しに相当する。液体11が完全に分注針12
から吐出されるや否や、分離気泡17の一部が続き、こ
れにより第2の一層深い極小値33を生ずる。
【0012】破線29は第2の具合の悪い場合における
出力信号Uの典型的な挙動を示し、液体はほとんどまた
はまったく存在しないが、主に分注針12から出る空気
が第2液体14に導入される。この第2の場合、ただ一
つの極小値34が現れ、その深さは第1の場合の主要極
小値33の深さとほぼ同一である。実際上、曲線U対T
は形状をどのようにも大きく変化することができ、それ
らは図2に示された曲線28および29の形状を混合し
たものにそれぞれ相当する。
【0013】図3は、検出回路22のブロック線図を示
す。この回路22は、第1記憶装置41および第2記憶
装置42ならびに二つの論理回路43および44を有す
る。検出回路22は、受光器20から測定された信号U
nを受信し、線45上に制御信号EまたはFを出力す
る。
【0014】記憶装置41には、図2に示された典型的
な強度対時間線図に相当する基準値が記憶されている。
これらの基準値は好適には閾値Sとして役立つ。
【0015】記憶装置42には、強度値すなわち分注針
12からの液体11の吐出しの途中で検出された測定値
n(n:連続番号)が連続的に記憶され、そこで各一
連の測定値は処理時に常に利用可能である。静的変化を
混乱する作用を減少するため、記憶装置42に記憶され
た測定値Unは好適には濾波された測定値で、濾波作用
は例えば5個の連続した個々の値を平均することによっ
て得られる。
【0016】第1論理回路43は好適にはかつ連続的
に、連続した(多分濾波された)測定値Unから、差値
dUn=Un−Un-1を演算する。これらの差値と時間差
dtの商すなわちdUn/dtは、図2に示された曲線
の各傾斜に相当する。これらの傾斜、とくにそれらの平
均値およびそれらの時間的位置は、すでに重大な推論に
帰結する。しかしながら、さらに、一連の差値dUn
各強度対時間線図の極小値および極大値のいずれか一方
または双方を決定することができ、強度値自体も極限点
(極大点または極小点)における関連する強度を決定で
きる。例として、図4は傾斜b12=t1とt2との間に含
まれる極小値に対する(du/dt)を示している。極
限点に関する傾斜は第1評価変数Bm(ここにm=1,
2,3,等)を構成する。好適な実施例において、極限
点における強度値も評価変数Bmとして使用可能であ
る。
【0017】積分値Aが別の評価変数を得るため使用さ
れる。このため、図2による強度対時間線図によって画
定される面が決定される。図4は図2の線図に相当する
各線図を示す。積分値Amは、時間t1に始まり所定時間
Δt後に終点t3に終わる各線図曲線上方の面に相当す
る。積分値Atotは、上記の点t1および時間Δtによっ
て画定される関連する長方形の面に相当する。これらの
各積分値の比率Am/Atotは付加的評価変数を構成す
る。
【0018】第2論理回路44において、各評価変数は
第1記憶装置41において利用し得る閾値と比較され
る。下記に記載される基準が満足されるや否や、論理回
路44は終了信号Eまたはエラー信号Fを線45上に発
生する。
【0019】好適な実施例において、論理回路43,4
4および記憶装置41,42は、それらがゼロ点調節を
実施し得るように構成されている。
【0020】検出回路22は通常のように、たとえば演
算増幅器を使用する、個々の回路から構成することがで
きる。しかしながら、好適な実施例において、検出回路
22は関連する記憶装置を含むプログラム制御処理装置
であり、論理回路43,44は特殊な直列に接続される
プログラムルーチンによって実現される。
【0021】この点において、図5は検出回路22の全
機能を示すきわめて簡単な流れ図を示している。受光器
20によって発生された強度値Unは、記憶装置42に
未処理テータとして記憶される。第1処理段階におい
て、それらは上記評価変数Bm,Am/Atotを演算する
のに役立つ。その後、基本的に二つの決定段階が、主と
して第1評価変数Bmが記憶された閾値Sによって決定
される状態に相当するか否か、また積分値の比率Am
totが別の閾値S1を超過していないかを決定するため
に、実施される。もし決定がエラーのない分注の状態に
相当すると回答するならば、正の終了信号が発生する。
そうでなければ、エラーが発生しているかも知れず、こ
の場合エラー信号Fが得られる。このエラー信号Fは、
ハードストップ信号または分注工程の反復をトリガす
る。
【0022】本発明による装置を完全に作動するため、
閾値Sは比較し得るサンプルによって前もって決定され
るものと理解される。さらに、ゼロ点調節が少なくとも
各初期化の後に必要である。これにより、第2液体14
の容積差および透明度差、液体11および/または14
の屈折率および/または粘性の差、容器13の容積差の
ような、外乱要因を除去または最小にする。
【0023】本発明による装置の有利な特性は、主とし
て、多数の一連の測定結果の知的評価よりなる、ほぼ動
的の原理の結果である。さらに、二つの異なった種類の
値、すなわち一つは傾斜dUn/dtおよびもう一つは
積分値A、が使用されることは重要である。起り得るエ
ラーを検出する可能性は、それによりいちじるしく増大
する。
【0024】光源18および受光器20の物理的構造に
関連する、ならびに検出回路22による信号の処理に関
連して様々な変形態様は、記載された発明の範囲内にお
いて可能である。そのような変形態様はたとえば選択さ
れた構造またはそれぞれ使用された光の波長、または比
較されるデータの選択および検出、基本的流れ図等に適
用される。
【0025】以上、要するに分注動作の監視装置、特に
先端が第2液体14に浸漬された分注針12からの第1
液体11の吐出しを監視する装置を以上で説明した。装
置は、その通路が第1液体11の通路の横断方向である
光ビーム19の光源18、および実際上受光した光の強
度に相当する出力信号を発生する光ビームの終点におけ
る受光器20を有する。受光器20は測定された信号U
nに相当する強度信号を発生するように構成されてい
る。
【0026】装置はさらに前もって決定された閾値Sを
記憶する第1記憶装置41、測定された信号nに相当す
る瞬間的な強度信号およびそこから発生される評価変数
m,Am/Atotの第2記憶装置42、および評価変数
m,Am/Atotを閾値と比較して、最終結果信号E,
Fを発生することが可能な少なくとも一つの論理回路4
3,44を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による装置の基本的構造。
【図2】強度対時間特性線図。
【図3】受光器に接続された電子回路のプロック線図。
【図4】強度積分
【図5】流れ線図。
【符号の説明】
11 第1液体 12 分注針 13 容器 14 第2液体 15 可撓管 16 補助液体 17 分離気泡 18 光源 19 光ビーム 20 受光器 21 スクリーン 22 電子検出回路 27 保護気泡 28,29 出力信号U 33,24 信号極小値 41,42 記憶装置 43,44 論理回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フリッツ ゲードル スイス国 ロトクロイツ,シェーングルン ト 20 (72)発明者 レト ゼーホルツアー スイス国 イメンゼー,エイフリシュトラ ーセ 16

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 分注動作の監視装置、特に先端が第2液
    体中に浸漬された分注針からの第1液体の吐出しを監視
    する装置であって、 前記装置が、 光ビーム(19)によって第2液体を照射し得る光源
    (18)および第2液体から射出する光ビーム(19)
    を受光して受光した光の強度に相当する出力信号を発生
    する受光器(20)を有し、 前記受光器(20)が連続して強度信号(Un)を発生
    するように構成され、前記装置がさらに、 前もって決定された閾値(S)を記憶する第1記憶装置
    (41)、 受光器によって発生された強度信号(Un)およびそこ
    から誘導される評価変数(Bm,Am/Atot)を記憶す
    る第2記憶装置(42)、および前記評価変数(Bm
    m/Atot)を前記閾値(S)と比較しその結果出力信
    号(E,F)を発生する少なくとも一つの論理回路(4
    3,44)を有する前記分注動作の監視装置。
  2. 【請求項2】 前記誘導された評価変数(Bm)の第1
    のものは強度対時間線図における曲線の傾斜であり、前
    記誘導された評価変数の第2のものは開始時間(t1
    および時間間隔(Δt)によって画定される上記強度対
    時間線図の二つの面に相当する二つの積分値の商(Am
    /Atot)である、請求項1に記載された装置。
  3. 【請求項3】 極点における強度値も前記第1の誘導さ
    れた評価変数(Bm)に含まれている、請求項2に記載
    された装置。
  4. 【請求項4】 前記第2記憶装置(42)に記憶された
    強度信号の測定値(Un)が平均値である、請求項1に
    記載された装置。
  5. 【請求項5】 二つの論理回路(43,44)および前
    記記憶装置(41,42)はプログラ制御処理装置の一
    部である請求項1に記載された装置。
  6. 【請求項6】 前記論理回路(43,44)および前記
    記憶装置(41,42)はゼロ点調節が実施可能であ
    る、請求項1に記載された装置。
  7. 【請求項7】 吐出される第1液体(11)の最少容積
    は約1マイクロリットルである、請求項1に記載された
    装置。
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