JP2001074553A - 生化学分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来の化学分析装置では、試薬の使用量を微量
化し、セルを小型化した場合に、波長４００nmより短い
波長で正確な測定ができなかった。 【解決手段】サンプル・試薬を反応容器に供給するため
のサンプル自動ピペッティング機構と試薬自動ピペッテ
ィング機構、反応容器内の被測定溶液を攪拌するための
攪拌装置、反応中あるいは反応が終了した被測定溶液の
物性を計測するためにハロゲンランプとスリット開口と
回折格子と検出器を備えた比色測定装置、とこれらの動
作をコントロールする制御部を備え、前記スリット開口
加えてこれに隣接する新たなに光の波長を選択するフィ
ルタ付きスリット開口を備えた化学分析装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体中に含まれて
いる化学成分を分析する化学分析装置に係り、特に、ヒ
トの血液や尿などに含まれる化学成分を自動的に分析す
るいわゆる自動分析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、化学分析装置として、米国特許第
４４５１４３３号公報に記載の化学分析装置がある。こ
の装置は、血液中の蛋白やイオン、尿中の成分などを分
析・定量するための比色測定部と、血液中のイオンを分
析するイオン分析部からなる装置で、１時間に数百テス
トから、大型の装置になると９０００テスト以上の処理
速度を持つ。特に比色測定部では処理速度を上げるため
に、化学分析装置の本体上面には多数の反応溶器がター
ンテーブルの円周上に設けられ、オーバーラップ処理に
より順次サンプルを混合・反応・計測するシステムであ
る。

【０００３】この装置の構成は、サンプル、試薬を反応
容器に供給する自動サンプル・試薬供給機構と、反応容
器内のサンプル・試薬を攪拌する自動攪拌機構と、反応
中あるいは反応が終了したサンプルの物性を計測する比
色測定部と、計測の終了したサンプルを吸引・排出し、
反応容器を洗浄する自動洗浄機構と、これらの動作を制
御する制御部などからなる。比色測定部では、光源から
出る白色光を反応容器に保持した被測定溶液を透過させ
た後、分光装置に導き、特定の波長について測定した光
強度値を基準濃度の溶液について、予め測定した光強度
値と比較し吸光度を算出することにより、被測定溶液中
の化学成分を分析している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、化学・医用
分析の分野では、サンプルや試薬など液の微量化が大き
な課題となっている。すなわち、分析項目の増大するの
に伴い、単項目に割くことのできる検体量が少量になっ
ている。さらに、サンプル自体が貴重で、多量に準備で
きないＤＮＡ解析など、従来高度な分析とされていた微
量のサンプルや試薬などでの分析がルーチン的に行われ
るようになってきている。また、分析内容が高度化する
につれて、高価な試薬が一般的に利用されるようにな
り、ランニングコストの面からも試薬の微量化が要望さ
れている。

【０００５】上記従来技術においては、容器内部に保持
した被測定溶液中の化学成分を分析するために、白色光
を被測定溶液に透過させた後分光装置に導き、特定の波
長について測定した光強度値を基準濃度の溶液について
予め測定した光強度値と比較し吸光度を算出することに
より、被測定溶液中の化学成分を分析してした。この
際、光源の発光波長分布の時間的変動が小さく発光強度
がその寿命期間中で安定している理由から選択的にハロ
ゲンランプを用いている。そのため、波長４００ｎｍよ
り短い波長を用いた測定において測定光量が少なく、試
薬の微量化に当たってセルを小型化するときにこれを透
過する光量がより少なくなると正確な測定ができないで
いた。

【０００６】また、波長４００ｎｍを境に、短い波長に
比べて長い波長の光量が多すぎるため、これが迷光を引
き起こし、短い波長での正確な測定を阻害する。さら
に、ラインセンサやエリアセンサ等の受光素子間で、検
出感度を任意に設定できない受光器で短波長から長波長
にかけて幅広い波長を一度に測定することが難しい。そ
のため、これらを用いて装置を小型化することや装置の
製造コストを下げることができないでいた。これまで
に、例えば、特開平９−２２２３５８号公報では、ライ
ンセンサの受光素子上に開口幅の異なるスリットを設置
し、短い波長に比べて長い波長の光量を制限して幅広い
波長を一度に測定している。しかし、分光光度計に多量
に導入される長波長の光を原因とする、迷光の影響を避
けることができない。

【０００７】本発明の目的は、分光光度計とこれを用い
た化学分析装置において、試薬の微量化にあたってセル
を小型化しても、波長４００nmより短い波長を用いた測
定で正確な測定が可能な手段を提供することにある。ま
た、本発明の他の目的は、化学分析装置そのものの小型
化を図ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、サンプル・
試薬を反応容器に供給するための自動サンプル・試薬供
給機構と、反応容器内の被測定溶液を攪拌するための自
動攪拌機構と、反応中あるいは反応が終了した被測定溶
液の物性を計測するための光源とスリットと分光装置と
検出器とを備えた比色測定部と、計測の終了した被測定
溶液を吸引・排出して反応容器を洗浄するための自動洗
浄機構と、これらの動作を制御する制御部を備えた化学
分析装置において、前記スリット近傍に他のスリットを
追加設置し、この他のスリットを透過する光の波長を４
００nm以下の短波長に限る手段を備え、さらに、４００
nm以下の短波長を検出する検出器を前出スリットと追加
設置したスリットからの回折光の両方全部または一部を
検出するよう設置することによって達成される。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の１実施例を図１から図６
を用いて説明する。図１は、本実施例の化学分析装置の
構成を説明する斜視図である。

【００１０】複数の反応容器３０１を円周上に並べて固
定する反応用ターンテーブル３０２は、図示しないモー
タや回転軸等から構成されるテーブル駆動部３０３によ
って周方向に一周と１反応容器分を周期とした予め決め
られたシーケンスに従って回転する。一方、サンプルを
保持した複数のサンプルカップ３０５を円周上に並べて
固定するサンプル用ターンテーブル３０６は、テーブル
駆動部３０７によって回転する。サンプル自動ピペッテ
ィング機構３０４は、予め決められたシーケンスに従っ
てサンプル用ターンテーブル３０６の回転と共に定位置
に送られてくるサンプルカップ３０５内のサンプルを反
応容器３０１に供給する。

【００１１】また、試薬を保持した複数の試薬ボトル３
０９を円周上に並べて固定する試薬用ターンテーブル３
１０は、テーブル駆動部３１１によって回転する。試薬
自動ピペッティング機構３０８は、予め決められたシー
ケンスに従って、試薬用ターンテーブル３１０の回転と
共に定位置に送られてくる試薬ボトル３０９内の試薬を
反応容器３０１に供給する。試薬自動ピペッティング機
構３０８が反応容器３０１内に試薬を吐出する位置に
は、攪拌装置３１２とこれを駆動制御するドライバ３１
３が設けられている。そして、攪拌装置の位置に移動し
てきた反応容器３０１について、容器内のサンプル及び
試薬の混合液である被測定溶液を攪拌して一様な混合状
態にする。さらに、被測定溶液の化学反応を促進するた
めに全ての反応容器３０１は浴槽３１９内の恒温水に浸
されており、反応容器３０１は恒温水内を移動する。

【００１２】反応用ターンテーブル３０２の周方向の別
の位置には、反応容器３０２内で反応した被測定溶液の
物性を光で計測するため、図示しないハロゲンランプと
比色測定装置３１４が設けられている。別の位置には、
反応容器３０１内の被測定溶液を吸引し、洗浄液を吐出
し、その位置に移動してきた反応容器３０１を洗浄する
ための洗浄機構３１５が設けられている。洗浄機構３１
５と同じ位置には、対流によって容器内の洗浄液を攪拌
して洗浄効果を高めるための攪拌装置３１６と、これを
駆動制御する制御装置であるドライバ３１７が設けられ
ている。このドライバ３１７には、反応用ターンテーブ
ル３０２、テーブル駆動部３０３と３０７と３１１、サ
ンプル自動ピペッティング機構３０４、試薬自動ピペッ
ティング機構３０８、２つの攪拌装置用ドライバ３１３
と３１７、洗浄機構３１５、比色測定装置３１４は、コ
ントロール用信号線を介して接続されている。そして、
予め決められたシーケンス（プログラム）に従って、サ
ンプルを自動的に分析・測定する。

【００１３】上記の化学分析装置では、光源にハロゲン
ランプを用いており、波長４００nmより短い波長を用い
た測定において、測定光量が少なく、試薬の微量化にあ
たってセルを小型化するときに、これを透過する光量が
より少なくなると正確な測定ができないでいた。また、
波長４００nmを境に、短い波長に比べて長い波長の光量
が多すぎるため、これが迷光を引き起こし短い波長での
正確な測定を阻害するとともに、ラインセンサやエリア
センサ等の受光素子間で検出感度を任意に設定できない
受光器で短波長から長波長にかけて幅広い波長を一度に
測定することが難しい。そのため、これらを用いて装置
を小型化することや装置の製造コストを下げることがで
きないでいた。

【００１４】本発明による化学分析装置では、この問題
を解決するよう装置を構成しており、以下、図を用いて
これを説明する。

【００１５】図２は、本発明の比色測定装置に用いた光
学系の一実施例を示したものである。

【００１６】図２中には、図１中の反応容器301も記載
してある。比色測定装置３１４は、ハロゲンランプ５０
０と、ハロゲンランプ５００からの光を透過させるスリ
ット基板400と、スリット基板４００空の光を回折する
回折格子５０１と、回折格子５０１からの光を検出器５
０２の検出素子に５０５に当てて、検出するものであ
る。なおスリット基板は、スリット開口４０２と、スリ
ット開口４０２の高さ方向に平行にフィルタ付きスリッ
ト開口４０１ａ、４０１ｂを挟み込んだ構成としてい
る。

【００１７】ハロゲンランプ５００から反応容器３０１
に向けて照射した光は、反応液の成分に応じて特定の波
長の光が吸収され、スリット基板４００上に到達する。
スリット基板４００上では、この光のうちスリット開口
４０２を全部の波長が透過する。これに加えて、スリッ
ト開口４０２の長手方向に垂直な方向に隣接させてフィ
ルタ付きスリット開口４０１ａ、４０１ｂを設置した。

【００１８】図５にフィルタ付きスリットの透過特性を
示す。この透過特性に応じた一部の波長の光が透過す
る。これらの光は回折格子５０１面上で波長に応じて回
折され、検出器５０２上に、先のスリット開口４０２の
長手方向に垂直な方向に連続に並べて設置した検出素子
５０３によって、波長毎の強度が検出される。

【００１９】図３ａに、図２の平面図を示す。図３ａを
用いてスリット基板４００を透過する光の状態を説明す
る。

【００２０】本実施例ではスリット基板４００上に、ス
リット開口４０２と、そのスリット開口４０２を挟むよ
うに、フィルタ付きスリット４０１ａ、４０１ｂを設け
たものである。

【００２１】スリット基板４００上に到達した光のう
ち、スリット開口４０２を透過した光は光束６０１ａと
して回折格子５０１面上で波長に応じて回折される。例
えば、波長３４０nmの成分の光は、光束６０２ａとして
検出素子503fに到達し、波長８００nmの成分の光は、光
束６０３として検出素子５０３ａに到達する。ところ
が、フィルタ付きスリット開口４０１ａ、４０１ｂを透
過した光のうち、図５に示すフィルタの透過特性に応じ
て、主に波長３４０nm近傍の成分の光が光束６０１ａと
同一の経路をたどり回折格子５０１に到達し、波長４０
０nmよりも長い波長の光はフィルタ付きスリット開口４
０１ａ、４０１ｂを透過してこない。そのため、フィル
タ付きスリット開口４０１ａ、４０１ｂを透過した光は
回折格子５０１上で回折した後、光束６０２ａとして検
出器５０２上で波長３４０nmの成分の光を検出する検出
素子５０３ｆにのみ到達する。

【００２２】図３ｂに本発明の光学系による検出素子５
０３ａ〜５０３ｆの検出光強度比の例を示す。図４ａに
は、比較のために従来の方式の平面図を示したものであ
る。また図４ｂに従来方式における光検出強度比の測定
例である。測定条件は図３ｂ同じ条件で行った。

【００２３】図３ａと異なる点は、スリット基板４００
上に、スリット開口４０２ａしか設けられていない点で
ある。このスリット開口４０２ａを透過した光は光束６
０１として回折格子５０１面上で波長に応じて回折さ
れ、例えば波長３４０nmの成分の光は光束６０２として
検出素子５０３ｆに到達し、波長８００nmの成分の光は
光束６０３として検出素子５０３ａに到達する。ことと
き、検出素子５０３ａと５０３ｆで検出される光強度の
比は、図４ｂに示されるようになる。

【００２４】ここで、反応溶液を微量化するために反応
容器３０１を小型化すると、透過する光も減少する。こ
のとき、従来の方式の図４ｂに示した検出素子５０３ｆ
の検出結果は、検出光強度がもともと弱いために、検出
結果がノイズの影響を大きく受けてしまう。しかし、図
２又は図３ａに示した本発明の光学系を用いた場合、図
３ｂに示した検出素子５０３ｆの検出結果は、検出光強
度が強いためノイズの影響を低く押さえることができ正
確な測定が可能となる。

【００２５】さらに、図２又は図３ａに示した本発明の
光学系中のスリット開口４０２を、図４ａに示した従来
の方式の光学系中のスリット開口４０２ａよりも小さく
し、さらに、フィルタ付きスリット開口４０１ａ、４０
１ｂの幅とスリット開口４０２との和が、スリット開口
４０２ａよりも大きくすることによって、検出素子５０
３ａ等長波長側と５０３ｆ等短波長側の検出光強度比を
小さくできる。これによると、検出素子５０２をライン
センサやエリアセンサ等複数の検出素子で、単一の検出
感度しか設定できない検出素子を用いることができるよ
うになり、装置の小型化を図ることができ製造コストを
抑えることができる。

【００２６】図６に本発明のスリット開口とフィルタ付
きスリット開口を備えたスリット基板の製造方法を示し
たものである。

【００２７】例えば、回折格子５０１の曲率半径が１０
０mmで格子定数が６００ラインペア毎mmのとき、検出素
子が±５nmの波長精度で測定を行うためにはスリット開
口４０２の幅、または、スリット開口４０２とフィルタ
付きスリット開口４０１ａ、４０１ｂとの幅を０．６mm
にする。このようなスリット開口４０１ａ、４０１ｂ用
の細いフィルタを単体毎に制作・組み立てすることは難
しい。

【００２８】そこで、まず、スリット開口４０２の幅に
相当する厚さの無色透明なガラス板４０４と、フィルタ
付きスリット開口４０１ａ、４０１ｂの幅よりも厚く、
図５に示す透過特性のガラス板４０３を接着して一体化
する。次に、これをガラス板４０３の厚さがこれを透過
する波長８００nm等長波長側で十分な減衰となるよう
に、薄く切断する。そして、図示していない所定大きさ
の開口のスリット基板４００に取り付けることで、スリ
ット開口４０２とフィルタ付きスリット開口４０１ａと
４０１ｂ全体の幅を制限する。この方法によれば、スリ
ット開口４０２とフィルタ付きスリット開口４０１ａと
４０１ｂの境目が直線的に整形できるため、迷光の発生
を防ぐことができる。また、一様なフィルタを多量に製
造することができるため、製造コストを抑えることがで
きる。

【００２９】図７は、本発明の別の実施例であり、図２
に示した実施例とはスリット基板４００上のスリット開
口とフィルタ付きスリット開口の配置が異なっている。
すなわち、スリット開口４０２とフィルタ付きスリット
開口４０１ｃ、４０１ｄをスリット開口の長手方向に平
行に設置している（スリット開口４０２の上下にフィル
タ付きスリット開口４０１ｃ、４０１ｄを配置した構成
である）。この実施例においても、スリット開口全体の
長さのうち、スリット開口４０２の長さを２０％程度に
することによって、図３ｂと図４ｂの比較で述べたよう
な効果を得ることができる。本実施例は、図４ａの従来
の方式と同一のスリット開口の幅にすることができるた
め、検出素子毎の波長精度を一定に保つ効果がある。

【００３０】なお、スリット開口全体の長さのうち、ス
リット開口４０２の長さは、図８に示すように、スリッ
ト開口４０２の長手方向に垂直な方向に、アクチュエー
タ４０６を駆動源として用いて、可動可能にすれば、被
測定対象に最適な長波長側と短波長側の検出光強度比を
得ることができる。

【００３１】図９は、本発明の別の実施例であり、図２
及び図７に示した実施例とは、スリット基板４００上の
スリット開口とフィルタ付きスリット開口をファイバ束
４０７で構成していることが異なっている。すなわち、
反応容器３０１を透過した光を、入射端は円形又は矩形
に形状とし、射出端はスリット状に整形した、複数本の
光ファイバを束にしたファイバ束４０７に導入する。フ
ァイバ束４０７の射出端は、スリット開口４０２ｂとな
る一部複数のファイバ端と、図５に示す透過特性のフィ
ルタ特性を持たせた残りのファイバ端４０１ｅと４０１
ｆで構成する。このとき、スリット開口４０２ｂの面積
を、ファイバ束４０７の射出端面積の２０％程度にする
ことによって、図３ｂと図４ｂの比較で述べたような効
果を得ることができる。本実施例は、反応容器３０１を
透過する光の光軸が、ファイバ束４０７の射出端が回折
格子５０１となす光軸について、配置の自由度を高く構
成することができるため、装置の小型化を図ることがで
き、製造コストを抑えることができる。

【００３２】なお、図２又は図３ａの実施例中のフィル
タ付きスリット開口４０１ａ、４０１ｂと、図７の実施
例中のフィルタ付きスリット開口４０１ｃ、４０１ｄ及
び、図９の実施例中のフィルタ付きスリット開口４０１
ｅ、４０１ｆは、いずれか一方のみでも同様の効果を得
ることができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の化学分析
装置によれば、試薬の微量化に当たってセルを小型化す
るとき、光源にハロゲンランプを用いても、波長４００
nmより短波長で正確な測定ができる。また、波長４００
nmを境に、短い波長と長い波長の光量を均一化されるた
め、迷光に因らない正確な測定ができる。さらに、ライ
ンセンサやエリアセンサ等を用いて装置を小型化するこ
とや、装置の製造コストを下げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である化学分析装置の斜視図
である。

【図２】化学分析装置に装備されている比色測定装置中
の分光光学系の１構成例を示す斜視図である。

【図３】図２の平面図と検出光強度分布を示す図であ
る。

【図４】従来の方式を示す平面図と検出光強度分布を示
す図である。

【図５】フィルタ付きスリット開口に用いるフィルタの
透過特性を示すグラフである。

【図６】本発明で用いるスリット開口の制作方法を示す
図である。

【図７】本発明の別の実施例を示す斜視図である。

【図８】本発明の別の実施例を示す斜視図である。

【図９】本発明の別の実施例を示す斜視図である。

【符号の説明】

３０１…反応容器、３０２…反応用ターンテーブル、３
０３…テーブル駆動部、３０４…サンプル自動ピペッテ
ィング機構、３０５…サンプルカップ、３０６…サンプ
ル用ターンテーブル、３０７…テーブル駆動部、３０８
…試薬自動ピペッティング機構、３０９…試薬ボトル、
３１０…試薬用ターンテーブル、３１１…テーブル駆動
部、３１２…攪拌装置、３１３…ドライバ、３１４…比
色測定装置３１５…洗浄機構、３１６…攪拌装置、３１
７…ドライバ、３１８…制御部、３１９…恒温槽、４０
０…スリット基板、４０３…ガラス板、４０４…ガラス
板、４０５…フィルタ、４０６…アクチュエータ、４０
７…ファイバ束、５００…ハロゲンランプ、５０１…回
折格子、５０２…検出器、６０３…光束、４０１ａ、４
０１ｂ、４０１ｃ、４０１ｄ、４０１ｅ、４０１ｆ…フ
ィルタ付きスリット開口、４０２、４０２ａ、４０２ｂ
…スリット開口、５０３、５０３ａ、５０３ｂ、５０３
ｃ、５０３ｄ、５０３ｅ、５０３ｆ…検出素子、６０
１、６０２、６０１ａ、６０２ａ…光束

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺山 孝男 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式会 社日立製作所計測器グループ内 Ｆターム(参考） 2G020 AA03 AA04 AA05 BA05 BA15 CA02 CB04 CB26 CB42 CB43 CB54 CC05 CC26 CC43 CC45 CC63 CD04 CD13 CD24 2G054 AA07 AB07 BB05 BB10 CA10 CA23 CD03 CE01 EA04 EA06 EB02 EB14 FA06 FA14 FA19 FB02 FB08 GA01 GA02 GA03 GB05 2G058 CB04 CB15 CD04 CD21 CE07 CE10 CF02 EA02 EA04 EA07 EA11 2G059 AA05 BB13 CC02 CC16 DD05 DD12 EE01 EE12 FF11 FF12 HH01 HH02 HH03 JJ02 JJ05 KK04 LL04 PP01

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】反応中あるいは反応が終了した被測定溶液
   の物性を計測するために光源と、スリットと、分光装置
   と、検出器とを備えた化学分析装置において、 前記スリットと、前記スリットに隣接する位置に他のス
   リットを設置し、前記他のスリットは透過する光の波長
   を選択する機能を備えたことを特徴とする化学分析装
   置。
2. 【請求項２】サンプル・試薬を反応容器に供給するため
   の自動サンプル・試薬供給機構、反応容器内の被測定溶
   液を攪拌するための自動攪拌機構、反応中あるいは反応
   が終了した被測定溶液の物性を計測するために光源とス
   リットと分光装置と検出器を備えた比色測定部、計測の
   終了した被測定溶液を吸引・排出して反応容器を洗浄す
   るための自動洗浄機構、これらの動作をコントロールす
   る制御部などを備えた化学分析装置において、 前記スリット加えてこれに隣接する他のスリットを設置
   し、前記他のスリットは透過する光の波長を選択する機
   能を備えた化学分析装置。