JP2004333439A

JP2004333439A - 液量測定方法および装置

Info

Publication number: JP2004333439A
Application number: JP2003133325A
Authority: JP
Inventors: Susumu Sakairi; 進坂入; So Yamazaki; 創山崎; Kazuhiro Tanaka; 一啓田中; Kazuhiro Nakamura; 和弘中村
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2003-05-12
Filing date: 2003-05-12
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】反応容器内に分注された液体をシリンジによって吸引するに際し、その液量を、従来のように反応容器内の液面高さを検出することなく、また一次元撮像デバイスを使用することなく、簡単な構成によって測定し、反応容器内の液量の適否を検出して分析結果の信頼性を向上させる。
【解決手段】液体を分注する反応容器と、前記液体を吸引するシリンジと、前記シリンジに接続された流路と、前記流路に接続されたノズルと、前記ノズルを反応容器内で移動させるノズル保持機構と、前記シリンジおよびノズル保持機構の動作を制御する制御部とを備え、反応容器内に分注された液体をシリンジによって吸引するに際し、流路内の定点を通過する液体の先端から終端までの通過時間を、予め求めておいた予測時間と比較することにより、前記反応容器内に分注された液体の液量を測定する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反応容器に分注された液量を測定する液量測定方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動分析装置において、液体試料や試薬を分注した反応容器内の液量を測定する方法としては、容器内の液面高さを検出し、これと容器の形状とから液量を算出する方法がある。
【０００３】
液面高さを検出する方式としては、液面に光や超音波を照射しその反射を検出する方式や、液体に照射した光の屈折を利用して検出する方式、液体とノズル間の静電容量値の変化を検出する方式、液体に２本の電極を挿入して電極間の導通によって検出する方式等が知られている。
【０００４】
なお、この種の技術として関連するものには、例えば特開平８−３３８８４９号、特開昭６２−１４００２９号公報等が挙げられる。
【０００５】
ところで、一般的に自動分析装置では、反応容器内の液体を測定部へノズルで吸引して測定する。また、反応容器に液体が入った状態で測定する場合でも、測定終了後の液体を廃棄するためにノズルで吸引するといった処理を行う。つまり、いずれの場合も反応容器内の液体を吸引する動作が必ず入る。
【０００６】
特開昭６０−８６４３９号公報には、サンプリングノズルを挟んで光源と一次元撮像デバイスを配置し、サンプリングノズル内に吸引した血清試料の両端間の距離を、一次元撮像デバイスの各素子を走査させて検出し、前記血清試料の両端間の距離からその液量を演算処理して知る技術が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−３３８８４９号公報
【特許文献２】
特開昭６２−１４００２９号公報
【特許文献３】
特開昭６０−８６４３９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
自動分析装置では、反応容器に規定量の液体試料や試薬を分注して反応させた後、反応液の吸光度や発光量等から分析対象物の濃度を測定するのが一般的であり、分析結果は分注された液体試料や試薬の液量が大きく関わっている。
【０００９】
さらに分析対象物によっては、液体試料中に分析対象物が全く含まれないことが正常である場合がある。このような場合、分析の結果得られる濃度は０となるが、規定量の液体試料や試薬が分注されて正しい結果として０が出力されたのか、それとも液体試料や試薬が分注されずに化学反応が行われなかったために０が出力されたのか判別できない。そこで、反応容器に正しい量の液体試料や試薬が分注されたことを確認する必要性が発生する。
【００１０】
最近の自動分析装置の動向としては、ランニングコスト低減のため、分析の際の液体試料や試薬の分注量を低減させる方向に向かっており、より小さい反応容器の使用や装置の小型化が進んでいる。このような動向から、従来技術である液面検知による液量測定方法の場合、以下のような問題が発生する。
【００１１】
例えば、液体とノズルの間の静電容量値の変化を検出する方式では、液体試料の粘性は例えば検体ごとに異なるため表面張力が変わり、特に反応容器が小さくなると壁面のぬれ方も様々となり、同量の液体が分注されていたとしても静電容量値が大きくばらつき、検出するための閾値を一意に決定できない。
【００１２】
また、液体に２本の電極を挿入して電極間の導通によって検出する方式では、反応容器が小さくなると２本の電極の間隔を狭くする必要があるが、液体に接触させると２本の電極間に液体の膜を張りやすくなる。つまり、一度液体に挿入し液面高さを検出した後持ち上げても導通したままとなり、以降の液面検知はできなくなる。さらに、電極に液体が残りやすくコンタミネーションの原因にもなる。
【００１３】
また、光や超音波等のセンサを用いる場合は、ノズルとセンサを別々に配置しようとすると多くのスペースが必要になり、センサをノズル内に一体化すると、狭いスペースに多くの部材を詰め込む必要があるため、高精度な部材を要求されたり、構造が複雑になったりすることでコストアップの要因となる。
【００１４】
一方、サンプリングノズルを挟んで光源と一次元撮像デバイスを配置し、サンプリングノズル内に吸引した血清試料の両端間の距離を、一次元撮像デバイスの各素子を走査させて検出し、前記血清試料の両端間の距離からその液量を演算処理して知る方式では、例えば一次元撮像デバイスの１ピッチを１０μｍ以下にして１０ｍｍの長さのところに１０００素子以上を配列するというように高価な撮像デバイスを必要とし、また一次元撮像デバイスの配列長さよりもサンプリングノズル内に吸引した血清試料の両端間の距離の方が長い場合には、測定不可となるか、それなりの対策、つまり測定すべき血清試料の液量に十分見合った一次元撮像デバイスを用意しなければならない。
【００１５】
本発明の目的は、反応容器内に分注された液体をシリンジによって吸引するに際し、その液量を、従来のように反応容器内の液面高さを検出することなく、また一次元撮像デバイスを使用することなく、簡単な構成によって測定し、反応容器内の液量の適否を検出して分析結果の信頼性を向上させることにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記目的は、反応容器内に分注された液体をシリンジによって吸引するに際し、流路内の定点を通過する液体の先端から終端までの通過時間を、予め求めておいた予測時間と比較することにより、前記反応容器内に分注された液体の液量を測定することによって達成される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
まず、本実施例の液量測定方法を実現する吸引機構の構成を、図１を用いて説明する。
【００１８】
吸引機構は、測定対象である液体１を吸引するためのシリンジ２を備え、シリンジ２には、流路３とノズル４が接続される。流路３のシリンジ２側には、予め作動流体９が保持されている。ノズル４を保持するアーム５は、ノズル４をパルスモータ等の駆動源により吸引位置へ移動する機構を備えており、具体的には、反応容器６内の液体１にノズル４を挿入し、シリンジ２を動作させることで、ノズル４の先端から液体１を吸引する。流路３にはセンサ７が取り付けられ、検出位置８で流路３内の液体の有無を検出する。ここで例えば、流路３は光を透過する材質とし、センサ７は流路３に対して発光し、流路３を透過する光量を検出する手段を備えたものとすると、流路３内の液体の有無を流路３を透過する光量の差から検出できる。なお、センサ７および流路３は、上記に示した機能を持つものに限らず、センサ７によって流路３内の液体の有無を識別できること、またセンサ７は流路３に固定されなくても流路３の特定位置の液体の有無を検出できればよく、例えば流路３が光を透過しない材質であっても、電磁式センサや超音波センサ等を用いることで流路３内の液体の有無を識別できればよい。
【００１９】
シリンジ２の吸引タイミングや吸引速度、ノズル４の移動のタイミング、センサ７の検出タイミング等は制御部１１により制御される。
【００２０】
液体１の吸引速度、液体を吸引する流路３の内径、ノズル４の先端からセンサ７の検出位置８までの距離は予め既知の値として求めておくことができるため、吸引中の液体１の先端がセンサ７の検出位置８に到達する時刻と、液体１の終端がセンサ７の検出位置８を通過する時刻とから、反応容器６に入っていた液量を計算できる。
【００２１】
以下図２〜図８を用いて液量測定の手順について説明する。図２〜図７は、本実施例の液量測定方法における流路状態の説明図、図８は本実施例の液量測定方法のフローチャートである。
【００２２】
基本的な考え方は、液体１の液量と、シリンジ２の吸引開始時刻および吸引速度と、吸引流路の内径とから、センサ７の検出位置８を空気１０ａと液体１の境界および液体１と空気１０ｂの境界が通過するべき時刻を予測し、吸引動作を行った際にそれぞれの境界の通過がそれらの時刻に一致するかを確認する。
【００２３】
以下、正常な場合の液量測定の流れを説明する。
【００２４】
空気１０ａを吸引（流路状態：図２、フローチャート：図８のステップ１２参照）した後、ノズル４を反応容器６内に挿入して液体１の吸引を開始する（流路状態：図３、フローチャート：図８のステップ１３）。ここで、作動流体９と空気１０ａの境界がセンサ７の検出位置８を通過すると想定される時刻から、空気１０ａと液体１の境界がセンサ７の検出位置８を通過すると想定される時刻の間に、センサ７は、流路３内の液体１の有無について監視を始める（流路状態：図３、フローチャート：図８のステップ１４）。なお、センサ７の監視開始のタイミングは、空気１０ａが既にセンサ７の検出位置８に到達しており、空気１０ａと液体１の境界がセンサ７の検出位置８に到達する前であればいつでもよく、図８のステップ１３（液体吸引）とステップ１４（センサ検出開始）の順番は入れ替え可能である。
【００２５】
そして、空気１０ａと液体１の境界がセンサ７の検出位置８に到達すべき時刻になる前（図８のステップ１５ｂ）には液体１は検出されずに（流路状態：図３、フローチャート：図８のステップ１６ｂ）、空気１０ａと液体１の境界がセンサ７の検出位置８に到達すべき時刻になった時（図８のステップ１５ａ）に液体１が検出される（流路状態：図４、フローチャート：図８のステップ２１ａ）。
【００２６】
さらに、液体１と空気１０ｂの境界がセンサ７の検出位置８に到達すべき時刻になる前（図８のステップ２２ｂ）には、液体１の検出が継続しており（流路状態：図５、フローチャート：図８のステップ２３ａ）、液体１と空気１０ｂの境界がセンサ７の検出位置８に到達すべき時刻になった時（図８のステップ２２ａ）には、液体１の検出が終了する（流路状態：図６、フローチャート：図８のステップ２４ｂ）。
【００２７】
以上のような場合には、反応容器６内には規定量の液体１が分注されていたことが確認できるため、液体１の分注に関して異常がなかった（図８のステップ２５）と判断できる。その後、吸引動作の終了（図８のステップ１８）およびセンサの監視を終了（図８のステップ１９）し（流路状態：図７）、次の分析（図８のステップ２０）へ移行する。以降、全分析が終了するまで前記と同様の操作を繰り返す。
【００２８】
次に、反応容器６内に規定量の液体１が分注されていなかった場合を説明する。
【００２９】
反応容器６内に分注された液体１が規定量より少ない場合は、液体１と空気１０ｂの境界がセンサ７の検出位置８に到達すべき時刻になる前（図８のステップ２２ｂ）に、センサ７が流路３内の液体１の検出を終了（図８のステップ２３ｂ）する。つまり、規定量の液体１が分注されていれば、図６の流路状態となるはずであるが、図７の流路状態となっている。その分析結果は異常として記録（図８のステップ１７）して、吸引動作の終了（図８のステップ１８）およびセンサ７の監視を終了（図８ステップ１９）し、次の分析（図８のステップ２０）へ移行する。
【００３０】
反応容器６内に分注された液体１が規定量より多い場合は、液体１と空気１０ｂの境界がセンサ７の検出位置８に到達すべき時刻になった時（図８のステップ２２ａ）に、センサ７が流路３内の液体１の検出を継続している（図８のステップ２４ａ）。つまり、規定量の液体１が分注されていれば、図６の流路状態となるはずであるが、図５の流路状態となっている。その分析結果は異常として記録（図８のステップ１７）して、吸引動作の終了（図８のステップ１８）およびセンサの監視を終了（図８のステップ１９）し、次の分析（図８のステップ２０）へ移行する。
【００３１】
また、空気１０ａと液体１の境界がセンサ７の検出位置８に到達すべき時刻になる前（図８のステップ１５ｂ）に、もしセンサ７が流路３内に液体を検出した場合（図８のステップ１６ａ）、つまり図３の流路状態となるはずであるが、図２、図４、図５のようになっている場合には、流路３あるいは吸引動作に異常があったと判断でき、反応容器６内に規定量の液体１が入っていたことを確認できないため、その分析結果は異常として記録（図８のステップ１７）して、吸引動作の終了（図８のステップ１８）およびセンサの監視を終了（図８のステップ１９）し、次の分析（図８のステップ２０）へ移行する。
【００３２】
このように本実施例によれば、反応容器６内に分注された液体１の液量を簡単な構成によって測定し、反応容器内の液量の適否を検出して分析結果の信頼性を向上させることができる。
【００３３】
また、液体１を吸引する流路３に安価な定点検出センサ７を取り付けるだけで済み、既存の分析装置にもセンサ７とセンサ検出のための操作機構を追加することで適用可能である。
【００３４】
また液面検知が不要であるため、液面検知に必要な電極やセンサ等の部材の収納スペースやコストを節減することができる。
【００３５】
さらに高価な撮像デバイスを使用することなく液量測定が可能となる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、反応容器内に分注された液体をシリンジによって吸引するに際し、その液量を、従来のように反応容器内の液面高さを検出することなく、また一次元撮像デバイスを使用することなく、簡単な構成によって、つまり流路内の定点を通過する液体の通過時間と、予め求めておいた予測時間との比較換算によって測定し、反応容器内の液量の適否を検出して分析結果の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例の液量測定方法を実現する吸引機構の動作説明図。
【図２】本実施例の液量測定方法における流路状態（その１）の説明図。
【図３】本実施例の液量測定方法における流路状態（その２）の説明図。
【図４】本実施例の液量測定方法における流路状態（その３）の説明図。
【図５】本実施例の液量測定方法における流路状態（その４）の説明図。
【図６】本実施例の液量測定方法における流路状態（その５）の説明図。
【図７】本実施例の液量測定方法における流路状態（その６）の説明図。
【図８】本実施例の液量測定方法のフローチャート。
【符号の説明】
１…液体、２…シリンジ、３…流路、４…ノズル、５…アーム、６…反応容器、７…センサ、８…検出位置、９…作動流体、１０ａ…空気、１０ｂ…空気、１１…制御部。

Claims

液体を分注する反応容器と、前記液体を吸引するシリンジと、前記シリンジに接続された流路と、前記流路に接続されたノズルと、前記ノズルを反応容器内で移動させるノズル保持機構と、前記シリンジおよびノズル保持機構の動作を制御する制御部とを備え、
反応容器内に分注された液体をシリンジによって吸引するに際し、流路内の定点を通過する液体の先端から終端までの通過時間を、予め求めておいた予測時間と比較することにより、前記反応容器内に分注された液体の液量を測定することを特徴とする液量測定方法。
請求項１において、流路内の定点を通過する液体の先端から終端までの通過予測時間を、液体の吸引速度、液体を吸引する流路の内径、ノズル先端から液体検出センサの検出位置までの距離に基づいて予め既知の値として求める液量測定方法。
液体を分注する反応容器と、前記液体を吸引するシリンジと、前記シリンジに接続された流路と、前記流路に接続されたノズルと、前記ノズルを反応容器内で移動させるノズル保持機構と、前記シリンジおよびノズル保持機構の動作を制御する制御部とを備える分注器において、
前記流路の途中に、液体の先端と終端を検出する定点を有するセンサを設け、かつ前記制御部には、反応容器内に分注された液体をシリンジによって吸引するに際し、流路内の定点を通過する液体の先端から終端までの通過時間を、予め求めておいた予測時間と比較することにより、前記反応容器内に分注された液体の液量を測定する手段を付加したことを特徴とする分注器。
請求項３において、制御部には、流路内の定点を通過する液体の先端から終端までの通過予測時間を、液体の吸引速度、液体を吸引する流路の内径、ノズル先端から液体検出センサの検出位置までの距離に基づいて予め既知の値として設定してある分注器。
請求項３または４記載の分注器を備え、前記分注器によって測定された液量が規定量と異なる場合には、その分析結果は信頼できないものと判断し、分析結果に異常として記録する手段を備えたことを特徴とする分析装置。