JP2002168872A - 自動分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】サンプル液体へのプローブの侵入深さを少なく
することにより、キャリーオーバーを低減し、試料間の
コンタミネーションをなくする。 【解決手段】検出された容器の高さに基づいて算出され
た設定位置まで、前記分注プローブを降下させた後、該
分注プローブを一時停止させ、その後、再び前記分注プ
ローブを降下させて容器内の液体に前記分注プローブを
侵入させることを特徴とする自動分析装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、血液や尿などの生
体試料を分析する分析装置に係わり、特に一方の容器か
ら他方の容器へ分注プローブにより液体を分注する機能
を備えた自動分析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】血液や尿などの生体試料からなるサンプ
ルの成分分析は、サンプルに試薬を混合し、反応液の色
を光度計の如き測定手段を用いて行う。この分析行程を
全自動化し、サンプル容器から反応ライン上の反応容器
へのサンプル注入（分注），試薬混合，サンプルと試薬
の混合液の光度計による測定，分析結果出力まで行う自
動分析装置が普及している。

【０００３】分注動作は、サンプル容器に入っている分
注対象の液体内へ分注プローブの先端を侵入させ、液体
をポンプ等を用いて吸入，反応容器へ吸入した液体を吐
出して行う。その際、プローブの液体への侵入深さが大
きいほどプローブ外壁への液体付着量が増す。プローブ
外壁に付着した液体は、次に分析する異なる試料の分注
時にその試料に混合されるいわゆるコンタミネーション
の増大の原因となる。そこで、分注プローブのサンプル
液体への侵入深さを極力低減する為に、容器内のサンプ
ル液体の液面を検出しプローブの先端が液面より僅かに
下に達した位置でプローブの下降動作を停止させ、次い
でプローブ内へ所定量の液体を吸入するように動作制御
するように制御されている。

【０００４】液面を検出する手段としてはサンプルの持
つ静電容量値や抵抗値の変化を検出する方式，光や超音
波による屈折や反射，分注プローブ内液体の圧力変化を
検出する方式等が知られている。静電容量値の変化で液
面を検出する場合の概略検知過程を述べると次の通り。
分注プローブ及びサンプル容器または容器保持部材を導
電性材料で構成し、サンプル液体をはさんだ静電容量を
測定する。まず、プローブ上死点での静電容量値を基準
値として記憶，分注プローブが下降し液面に接触した場
合の静電容量値の増加を検知し、本静電容量値の増加を
トリガとし液面検知有と判断する。前述上死点を基準と
する公知例としてＵＳＰ5,049,826 があげられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術を適
用した自動分析装置において、分注対象のサンプルが入
ったサンプル容器は、容器保持の一形態としてのサンプ
ルディスクやラックに多数載置される。サンプル容器
は、大きさの異なるものが複数種類用いられることが多
いが、特に小さなサンプル容器の場合は、サンプルディ
スクやラックに直接セットすることもあれば、サンプル
ディスクやラックの容器装填部位に他の容器、又は補助
保持具を設置した上に小容器を載せるようにして、間接
的にセットすることもある。

【０００６】上死点を基準とした液面検知動作の場合、
液面検知開始位置から液面位置までの分注プローブの移
動距離はサンプル容器種別により当然異なる。分注プロ
ーブ先端の浸漬量は分析性能上、極力低減させることが
必須であるが、上述のとおり液面位置の所在が不明な
為、液面検知開始位置以降は、常にどの位置でも停止で
きるように準備しながら分注プローブを下降させる必要
がある。しかし、液面検知動作中の外乱ノイズ発生時、
具体例としてはサンプル容器に帯電した静電気が分注プ
ローブに放電した場合等、発生するノイズにより、液面
検知手段が、液面を誤検出し、液面検出動作が適正に実
行されない場合があった。誤検出を避けるため、液面有
無を判定する時のノイズ許容幅を設けている。許容時間
（許容幅）が長いほど幅の広いノイズも無視でき、耐ノ
イズ性が向上するが、一方、実液面の検知時は、プロー
ブが液面に接触しているにもかかわらず、許容時間中は
プローブが停止せずサンプルに突っ込むことになり、浸
漬量が増加し分析性能上、悪影響を及ぼす可能性があ
る。従来は、浸漬量を極力低減させる為に、ノイズ許容
幅を必要最小限に設定するのが一般的であったが、一
方、このような設定では、ノイズの影響により液面を正
しく把握できず、分注動作が正常に行えない場合があっ
た。

【０００７】本発明の目的は、ノイズの影響を無くし、
かつ液面を正確に検知できる自動分析装置を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、分注プローブが第１の容器内の液
体に侵入するように前記分注プローブを下降させる手段
と、前記第１の容器内の液体を前記分注プローブを通じ
て第２の容器に分注する手段と、前記第２の容器内の内
容物を測定する手段とを備えた自動分析装置において、
前記第１の容器の高さを検出する手段を備え、該検出手
段の検出結果に基づいて設定された位置まで、前記分注
プローブを降下させた後、該分注プローブを一時停止さ
せ、その後、再び前記分注プローブを降下させて前記第
１の容器内の液体に前記分注プローブを侵入させること
を特徴とする自動分析装置が提供される。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図１から
順を追って説明する。

【００１０】図１は本発明が適用される自動分析装置の
分注機構周辺部概略図である。以下に分析手順を説明す
る。サンプリング機構１のサンプリングアーム２は上下
すると共に回転し、サンプリングアーム２に取り付けら
れたプローブ１０５を用いて、左右に回転するサンプル
ディスク１０２に配置されたサンプル容器１０１内の試
料７を吸引し、反応容器１０６へ吐出するように構成さ
れている。本図からもわかるようにサンプル容器１０１
のサンプルディスク１０２への配置はサンプルディスク
１０２上へ直接配置する場合や試験管（図示は無い）上
にサンプル容器１０１を載せる事も可能なユニバーサル
な配置に対応可能な構造のものが一般的である。又、試
験管の長さは約５０mmから約１００mmのものが通常使用
される。

【００１１】図１における自動分析装置の構成をさらに
説明する。回転自在な試薬ディスク１２５上には分析対
象となる複数の分析項目に対応する試薬のボトル１１２
が配置されている。可動アームに取り付けられた試薬分
注プローブ１１０は、試薬ボトル１１２から反応容器１
０６へ所定量の試薬を分注する。

【００１２】サンプル分注プローブ１０５は、サンプル
用シリンジポンプ１０７の動作に伴ってサンプルの吸入
動作、及び吐出動作を実行する。試薬分注プローブ１１
０は、試薬用シリンジポンプ１１１の動作に伴って試薬
の吸入動作、及び吐出動作を実行する。各サンプルのた
めに分析すべき分析項目は、キーボード１２１、又はＣ
ＲＴ１１８の画面のような入力装置から入力される。こ
の自動分析装置における各ユニットの動作は、コンピュ
ータ１０３により制御される。

【００１３】サンプルディスク１０２の間欠回転に伴っ
てサンプル容器１０１はサンプル吸入位置へ移送され、
停止中のサンプル容器内にサンプル分注プローブ１０５
が降下される。その下降動作に伴って分注プローブ１０
５の先端がサンプルの液面に接触すると液面検出回路１
５１から検出信号が出力され、それに基づいてコンピュ
ータ１０３が可動アーム２の駆動部の下降動作を停止す
るよう制御する。次いで分注プローブ１０５内に所定量
のサンプルを吸入した後、分注プローブ１０５が上死点
まで上昇し、サンプリングアーム２が水平方向に旋回し
反応ディスク１０９上の反応容器１０６の位置でサンプ
ル分注プローブ１０５を下降し反応容器１０６内へ保持
していたサンプルを吐出する。サンプルが入った反応容
器106が試薬添加位置まで移動された時に、該当する分
析項目に対応した試薬が試薬分注プローブ１１０から添
加される。サンプル、及び試薬の分注に伴ってサンプル
容器１０１内のサンプル、及び試薬ボトル１１２内の試
薬の液面が検出される。サンプル、及び試薬が加えられ
た反応容器内の混合物は、攪拌器１１３により攪拌され
る。反応容器列の移送中に複数の反応容器が光源１１４
からの光束を横切り、各混合物の吸光度、あるいは発光
値が測定手段としての光度計１１５により測定される。

【００１４】吸光度信号は、Ａ／Ｄ変換器１１６を経由
しインターフェース１０４を介してコンピュータ１０３
に入り、分析項目の濃度が計算される。

【００１５】分析結果は、インターフェース１０４を介
してプリンタ１１７に印字出力するか、又はＣＲＴ１１
８に画面出力すると共に、メモリとしてのハードディス
ク１２２に格納される。測光が終了した反応容器１０６
は、洗浄機構１１９の位置にて洗浄される。洗浄用ポン
プ１２０は、反応容器へ洗浄水を供給すると共に、反応
容器から廃液を排出する。

【００１６】図１の例では、サンプルディスク１０２に
同心円状に３列のサンプル容器101がセットできるよう
に３列の容器保持部が形成されており、サンプル分注プ
ローブ１０５によるサンプル吸入位置が各々の列に１個
ずつ設定されている。

【００１７】次に、静電容量検知式の液面検知手段を用
いた例に基づき、本発明を図２から図６を用いて説明す
る。図２は液面検知時の動作シーケンス図、図３は従来
の下降動作制御図、図４は従来の静電容量検出図、図５
は本発明による下降動作制御図、図６は本発明による静
電容量検出図をそれぞれ示す。又、図４，図６内のＣｘ
はプローブ１０５に加わる静電容量値をそれぞれ示す。
先ず図２から図４を用い従来の液面検知動作を説明す
る。図２はサンプル分注プローブ１０５が上死点から下
降開始し液面検知するまでのサンプル容器１０１側断面
図内での状態遷移図を示す。

【００１８】プローブ１０５は静電容量値を基準として
記憶し上死点位置（Ａ）から下降を開始する。下降距
離、つまり下死点までの距離はサンプル容器としてどの
容器が配置されているか不明である為、たとえサンプル
容器１０１が配置されていたとしても、図３に示すよう
に常に理論上要求される最大ストローク分の物理量を限
られた動作時間内で高速移動することが要求される。つ
まり移動ストローク内で明らかに液面検知が不要な範囲
でも常に液面検知可能にしておく必要があり、外乱ノイ
ズの影響を受け易い構成であった。次にプローブ１０５
は下降を続けプローブ１０５先端が液面に接触した場
合、静電容量値の増加量を検知しプローブ１０５の下降
を停止する。しかしながら図４に示すようにサンプル容
器１０１、特に内部が静電気で帯電していた場合、図３
内のサンプル容器１０１上端の数mm上部（Ｂ）に示す位
置で、静電気の集電効果によりプローブ１０５先端に放
電される。よって本印加ノイズにより誤って液面検知有
と判断されプローブ１０５の下降を停止する可能性を有
していた。放電位置は帯電量やサンプル容器１０１材質
にも依存するが誤検知を引起こす程度のノイズが発生す
る場合は帯電量も大きく（Ｂ）付近で放電される場合が
殆どである。

【００１９】次に本発明による液面検知動作を図２，図
５，図６を用い説明する。図２は前述のとおりサンプル
分注プローブ１０５が上死点から下降開始〜液面検知す
る間のサンプル容器１０１側断面図内での状態遷移図を
示す。プローブ１０５は上死点位置（Ａ）から下降を開
始しサンプル容器１０１上端の数mm上部（Ｂ）で数百ｍ
ｓ間一時停止する。上死点位置（Ａ）〜サンプル容器１
０１上端付近迄の下降動作では液面検知せず一定量の下
降動作のみ行う。下降距離はサンプル容器高さ検出部１
５０の検出結果に基づき算出される、サンプル容器高さ
に対応した適当な下降量と同様に算出される適当な下降
速度を設定しプローブ１０５を下降させた後に一時停止
する。本移動範囲では前述の通り液面検知しない、つま
り従来技術ではサンプルが存在せず明らかに液面検知不
要な位置でも外乱ノイズの影響により誤検知する可能性
が多々あったが、本発明では当該位置での誤検知は有り
得ない為、更なる信頼性の向上が可能となる。次工程と
してサンプル分注プローブ１０５は液面検知動作を行う
為に更に下降するが下降直前に液面検知用の基準値を取
得する。下降距離は既下降量から必然的に算出され、下
降速度も同様に算出される。しかし本速度は液面誤検知
の精度を向上する為に液面有無を判定する時のノイズ許
容幅が最大限確保でき、且つプローブ１０５のサンプル
への浸漬量も許容できる値を設定することが必須であ
る。

【００２０】次に一時停止位置（Ｂ）で停止した場合の
更なる効果について記す。

【００２１】従来の技術として上述したとおりサンプル
容器１０１が静電気で帯電していた場合、液面検知動作
として上死点位置（Ａ）から下降し上端部数mm上（Ｂ）
に達すると、サンプル容器１０１に帯電していた静電気
が集電効果によりプローブ１０５先端に放電される。つ
まり従来技術では液面検知過程中に外乱ノイズとして印
加され、液面誤検知の大きな要因として考えられるサン
プル容器１０１からの静電気ノイズを本発明では液面検
知無効時に促進させ、液面検知時に静電気ノイズで誤検
知する要因を大幅に減少させることが可能となる。又、
本説明では図２に基づきサンプル容器１０１と記した
が、上述効果はサンプル容器１０１に限らず図７に示す
様に検体容器として用いられる試験管等の他容器におい
ても同様な効果が期待できる。

【００２２】一定量下降時の一時停止位置（Ｂ）として
用いられる具体的な数値を掲げると一時停止位置はサン
プル容器上端部の高さから上端部から５mmの間の範囲、
好ましくは容器上端部から２mm前後上方がサンプル容器
に帯電している静電気を十分放電させるに適当な距離と
いう観点から好ましい。容器にいっぱいに試料を入れた
場合に、表面張力による試料の盛り上がりを考慮すれ
ば、容器上端部から２mm上方という値は、試料にプロー
ブが接触しないぎりぎりの位置という意味でも意味があ
る。

【００２３】また、液面検知用の基準値取得のために分
注プローブを一時停止させておく時間であるが１００ｍ
ｓ〜１０００ｍｓ、好ましくは５００ｍｓ程度が、静電
気を十分放電する時間の観点から望ましい。静電気の放
電時間は平均すれば５０ｍｓ程度であり、また基準とな
る静電容量の安定して測定するためには５０ｍｓ程度が
必要となるため、最短でも１００ｍｓの静止が必要であ
り、更に測定マージンを確保する観点からは、より長い
時間の静止が好ましい。但し、むやみに静止時間を長く
すると分注に要する時間が長くなるため、静止時間の上
限は、測定にかけられる時間とのトレードオフで適宜選
択される。又、前述停止位置、及び経過時間はサンプル
容器１０１に限らず試験管等の他の容器でも同様な値が
好ましい。下降速度としてはサンプリング機構１上下動
作の分解能によるがあえて一例を上げると、パルスモー
タを用い上下駆動の分解能が０.１mm／ｐ 程度の場合
２,０００pps〜４,０００pps程度が現実的な値と言える
であろう。

【００２４】また、上記においては特に静電容量の測定
により液面を検知する手段について説明したが、分注プ
ローブを容器上方で一旦停止させるのは、安定した液面
検知のための、基準値測定の観点からは、静電容量の測
定だけではなく、抵抗値の変化，光や超音波による屈折
や反射，分注プローブ内の圧力変化を検出することによ
り液面を検出する方式にも有効である。

【００２５】次に本発明による別事例を図７，図８，図
９を用い以下に説明する。各図の概略説明は次の通り、
図７は液面検知時の動作シーケンス図、図８は本発明に
よる下降動作制御図、図９は本発明による静電容量検出
図をそれぞれ示す。図７から容易にわかるように本事例
では本発明をサンプル容器として試験管を使用した場合
の実施例を示す。サンプル容器として試験管６が用いら
れる場合、プローブ１０５と試験管６間の相対位置の確
保、つまり試験管６の倒れを防止する為に、試験管６上
部を保持すべく図７に示す様に容器保持部８が具備され
るのが一般的である。前事例と同様にプローブ１０５は
上死点位置（Ａ）から下降を開始し試験管６の上端の数
mm上部（Ｂ）で数百ｍｓ間一時停止して液面検知用の基
準値を取得し液面検知の為に更に下降する。サンプル容
器として試験管８を用いた場合、前事例で述べたサンプ
ル容器１０１と比較し液面検知可能範囲をより長く設定
する必要がある。この為、図８に示す様に液面検知時の
時間を確保すべく、つまり液面検知時にできるだけ低速
度で検知できるように上死点位置（Ａ）〜試験管上端部
（Ｂ）間の移動速度は前事例と比較し高速度で移動する
必要がある。

【００２６】次に一時停止位置（Ｂ）で停止した場合の
効果について記す。プローブ１０５が下降し一時停止位
置（Ｂ）で停止した場合は図９に示すように容器保持部
８の持つ浮遊容量ＣｆによりＣｘは増加する。よって従
来技術の様に上死点位置(Ａ)を液面検知の基準値として
用いた場合、Ｃｆの増加分で誤検知する可能性が有して
いた。しかし本発明では一時停止位置（Ｂ）で液面検知
の基準値を取得する為、容器保持部８の持つ浮遊容量Ｃ
ｆの影響を回避でき、より安定で且つ高精度な検知が可
能となる。

【００２７】又、図８，図９の一点鎖線に示した様に液
面検知後に試料７自体が帯電した場合や気泡等の影響に
よりプローブ１０５が液面を外れた場合のリカバリーと
して同位置から更に下降し再度液面を行うことにより、
更に信頼性の高い分注機構を提供することが可能とな
る。上述再下降は装置処理能力の観点から同一分析サイ
クル内で行っても良いし、サンプル分注精度の観点から
次サイクルで実施しても構わない。又、前述リカバリー
要否を判断する詳細な手法は本事例内では記さないが液
面検出回路１５１での検知レベルをプローブ１０５停止
後の数百ｍｓ間を周期的に監視する等の手段により容易
に実現できる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、サ
ンプル容器保持手段に対し配置されているサンプル容器
内サンプルの液面検知動作における基準値取得時の下降
動作制御、及び液面接触時の下降制御動作を最適化する
ことにより、サンプル容器の種別に依らず当該容器から
の静電気放電や外乱ノイズに対する耐量を大幅に向上
し、更にサンプル容器内サンプルへのプローブの浸漬量
を最適な値まで削減することが可能となる。従って、試
料のキャリーオーバーを低減し、試料間のコンタミネー
ションを少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される自動分析装置の全体構成を
示す概略図。

【図２】液面検知時の動作シーケンス図。

【図３】従来の下降動作制御図。

【図４】従来の静電容量検出図。

【図５】本発明による下降動作制御図。

【図６】本発明による静電容量検出図。

【図７】本発明による動作シーケンス図。

【図８】本発明による下降動作制御図。

【図９】本発明による静電容量検出図。

【符号の説明】

１…サンプリング機構、２…サンプリングアーム、７…
試料、１０１…サンプル容器、１０２…サンプルディス
ク、１０３…コンピュータ、１０５…サンプル分注プロ
ーブ、１０６…反応容器、１１０…試薬分注プローブ、
１１２…試薬ボトル、１１３…攪拌器、１１４…光源、
１１５…光度計、１１８…ＣＲＴ、121１２１…キーボ
ード、１２５…試薬ディスク。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】分注プローブが第１の容器内の液体に侵入
   するように前記分注プローブを下降させる手段と、前記
   第１の容器内の液体を前記分注プローブを通じて第２の
   容器に分注する手段と、前記第２の容器内の内容物を測
   定する手段とを備えた自動分析装置において、 前記第１の容器の高さを検出する手段を備え、該検出手
   段の検出結果に基づいて算出された設定位置まで、前記
   分注プローブを降下させた後、該分注プローブを一時停
   止させ、その後、再び前記分注プローブを降下させて前
   記第１の容器内の液体に前記分注プローブを侵入させる
   ことを特徴とする自動分析装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の第１の容器の高さを検出す
   る手段が、前記容器の種類を判断し、該種類に基づい
   て、予め記憶された容器種類毎の容器高さを、該容器の
   高さとして示すものを特徴とする自動分析装置。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の自動分析装置にお
   いて、更に、前記第１の容器内の液体の液面を検出する
   手段を備え、前記設定位置まで前記分注プローブを降下
   させ一時停止させた後、前記液面検出手段を起動させ液
   面を検出しながら前記分注プローブを侵入させることを
   特徴とする自動分析装置。
4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の自動分析
   装置において、前記設定位置まで前記分注プローブを降
   下させる速度が、前記分注プローブを一時停止後、更に
   降下させる速度に比べて速いことを特徴とする自動分析
   装置。
5. 【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の自動分析
   装置において、前記設定位置が、前記第１の容器の上端
   部の高さと該上端部の高さから２mm上方の間であること
   を特徴とする自動分析装置。
6. 【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載の自動分析
   装置において、前記分注プローブを一時停止させる時間
   が１００ｍｓ〜１０００ｍｓの間であることを特徴とす
   る自動分析装置。