JP2005214691A - フローセル装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】圧力損失や乱流が生じ難く、且つ流路が高精度に形成されたフローセル装置を提供する。
【解決手段】測定流体入口３８から排出口４４に至る流通経路がまっすぐに形成されることから、流路全体の圧力損失や乱流発生が抑制されるため、高い測定精度が得られる。また、シース流路３０を通り且つ細流路３６の流通方向に沿った平面で分割された第１流路構成板１２および第２流路構成板１４を重ね合わせることでシース流路３０、測定流路３２等が構成されるので、それらの形成が容易になり延いては高精度に形成することができる利点がある。
【選択図】 図１
【解決手段】測定流体入口３８から排出口４４に至る流通経路がまっすぐに形成されることから、流路全体の圧力損失や乱流発生が抑制されるため、高い測定精度が得られる。また、シース流路３０を通り且つ細流路３６の流通方向に沿った平面で分割された第１流路構成板１２および第２流路構成板１４を重ね合わせることでシース流路３０、測定流路３２等が構成されるので、それらの形成が容易になり延いては高精度に形成することができる利点がある。
【選択図】 図１
Description
本発明は、流体の測定、特にその流体に含まれる粒子の測定に用いられるフローセル装置に関する。
例えば液体中に含まれる細胞、血球、ファインセラミック粉体等の粒子の数、種類、大きさ、或いは形状等を測定する方法の一つに、その測定液体を細流路から吐出させると共にグリセリン溶液等のシース流体でその外周側から包んでその吐出方向に沿って導く過程で測定するシースフロー方式が知られている(例えば特許文献１等を参照)。このようなシースフロー方式によれば、細流路の詰まりが生じることなく測定液体中の粒子が１個ずつ下流に送られるので、予め設定された断面において粒子単位の測定が可能になって高い測定精度の得られる利点がある。
図７乃至図９は、上記特許文献１に記載されたフローセル装置１００を示したものであり、図７は頂部を省略して全体を表した斜視図、図８はその断面図、図９は構成部品を分解して示した斜視図である。これら図７〜図９において、フローセル装置１００は、薄板状部品１０２〜１１０を積層して相互に接着することにより構成されたものであって、全体が板状を成し、シース流体１１２の入口１１４および排出口１１６がその下面に設けられると共に、その入口１１４に連通した２つのシース流路１１８，１１８がその下流部で合流した後、直線状に設けられた測定流路１２０を経てその下流端に設けられた上記排出口１１６に連通させられている。また、下面には測定液体１２２の入口１２４が設けられており、それに連なる細流路１２６はシース流路１１８，１１８の合流点に開口させられている。図８に示されるように、細流路１２６の開口は測定流路１２０の断面よりも小さい断面積で形成されているので、入口１２４から送り込まれた測定液体１２２が細流路１２６の開口から吐出されると、入口１１４，１１４から送り込まれたシース流体１１２で全周から包まれ、その状態で測定流路１２０に送られる。そのため、測定液体１２２およびシース流体１１８の流速を制御することにより、測定流路１２０を流れる測定液体１２２の径を制御することが可能である。例えば細流路１２６の開口径が100(μm)程度であっても、測定流路１２０中の測定流体１２２の径を10(μm)以下にすることができるのである。
因みに、粒子を含む液体の測定においては複数の測定対象粒子が重なって送られると測定誤差が生じるため１個ずつ送ることが必要となるが、そのために細流路を数十(μm)程度或いはそれより細くすると、その寸法精度の確保が困難になると共に、詰まりが生じ易くなる。また、圧力損失も大きくなるので、大容量のポンプと耐圧性の高い配管が必要になるため装置が大がかりになると共に高価になる不都合がある。上述したシースフロー方式によれば、細流路をそれほど細くしなくとも粒子を１個ずつ送ることが可能となるので、このような不都合が生じない。
上記シースフロー方式を利用した測定装置としては、例えば、血球検査装置に代表される粒子計測装置や、尿中有形成分分析装置等がある。また、計測方法は光学式および電気抵抗式の二種類が主流である。前者は上記特許文献１に記載されているようにレーザ光を測定液体に照射してその散乱光や蛍光発光を検知して計測するものであり、後者は測定液体の流通経路に設けた細孔(オリフィス)を粒子が通過する際の電気インピーダンス変化を測定するものである。
特公平７−１１９６８６号公報
ところで、上記特許文献１に記載されているフローセル装置では、複数枚の平坦な透明ガラス薄板を重ね合わせて測定流路を形成している。このため、安定したシースフローが形成された直後に光学系焦点を設けることを可能として圧力損失を低減すると共に、複雑な断面形状の流路も容易に高精度で形成できる利点がある。
しかしながら、上記フローセル装置では、ガラス薄板を重ね合わせて流路を形成することに起因して、その測定流体の流入口および排出口は、ガラス薄板の面に対して交わる向きに設けられている。そのため、それら流入口および排出口と内部に形成されている流路との間で測定流体の流れ方向が屈曲させられることから、これに起因する圧力損失や乱流が発生する不都合がある。
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであって、その目的は、圧力損失や乱流が生じ難く、且つ流路が高精度に形成されたフローセル装置を提供することにある。
斯かる目的を達成するため、本発明の要旨とするところは、測定流体を一方向に沿って直線的に導くための細流路と、その細流路にその測定流体を導き入れるためにその細流路の上流端に設けられた測定流体入口と、その細流路の下流端に設けられた吐出口においてその細流路に合流させられるシース流路と、合流させられた流体をそれら細流路およびシース流路の合流点から下流へ前記一方向に沿って直線的に導くための合流体流路と、合流させられた流体を排出するためにその合流体流路の下流端に設けられた排出口とを備え、前記吐出口から吐出された測定流体が前記シース流路から送り込まれたシース流体によって外周側から包まれて前記合流体流路を導かれる過程でその測定流体を測定するために用いられるフローセル装置であって、(ａ)前記シース流路を通り且つ前記一方向に平行で平坦な分割面で分割された複数の流路構成部材がその分割面において相互に密接させられることにより、そのシース流路、前記細流路、および前記合流体流路を内部に備えて構成されると共に、前記一方向に沿ったその細流路の延長線上における上流側端面に前記測定流体入口が備えられ且つ下流側端面に前記排出口が備えられたことにある。
このようにすれば、細流路の長手方向に沿った一方向に平行且つ平坦な分割面でシース流路が分割されるので、流路構成部材の相互に密接させられる分割面においてシース流路の内周面が開放されることから、シース流路の形状等に応じてその分割数を適宜に定めることにより、これを形成するための加工が容易になる。また、測定流体入口および排出口が細流路の延長線上に設けられて上流側端面および下流側端面にそれぞれ開口することから、細流路や合流体流路との間でも測定流体の流路が屈曲させられない。そのため、加工が容易であることからシース流路を高精度で形成することが可能になると共に、測定流体の流路が屈曲させられないことからその屈曲に起因する圧力損失や乱流が低減される。したがって、圧力損失や乱流が生じ難く、且つ流路が高精度に形成されたフローセル装置が得られる。
因みに、フローセル装置は、光学式、抵抗式の何れの測定装置に用いられるものであっても、乱流を抑制して測定精度を高めるためには細流路および合流体流路が同軸に形成されていることが必要であるが、更に、これに加えて測定流体入口および排出口も同軸に形成されていれば、一層乱流を抑制できるのである。
ここで、好適には、前記分割面は前記細流路および前記合流体流路を通るものである。このようにすれば、流路構成部材の相互に密接させられる分割面において細流路および合流体流路の内周面も開放されるため、これらを形成するための加工が容易になり、その寸法・形状精度を容易に高め得る。
これに対して、細流路が分割されていない構成によれば、それ以外の流路すなわちシース流路や合流体流路では流路構成部材がシース流体のみと接するため耐磨耗性を要求されない。そのため、細流路を含む流路構成部材以外の他の流路構成部材として用い得る材料の自由度が高くなる利点がある。例えば、透明材料を用いる必要がある場合にも、安価なガラス板等を用いることができる。なお、本発明の全ての態様において、透明材料としては、ガラスの他、サファイア等も用い得る。
また、好適には、前記複数の流路構成部材の少なくとも一部が透光性材料で構成されることにより前記合流体流路の内壁面から外壁面の少なくとも一部に至る光の透過経路が形成され、その合流体流路を通過する前記測定流体に光を照射して測定する形式の光学式分析装置に用いられるものである。本発明は、このような光学式分析装置のフローセル装置に好適に適用される。
上記光学式フローセル装置において、前記合流体流路は、前記細流路と同軸に設けられた小断面積の測定流路である。光学式フローセルにおいては、このような測定流路にレーザ光等の光を照射することにより測定が行われる。
また、好適には、前記合流体流路はその上流側端部にその合流体流路の流通断面積を所定の断面積に縮小した細孔を備えたものであり、その細孔の近傍にその合流体流路を挟んで配置された一対の膜状電極と、その細孔よりも下流側においてその合流体流路と合流させられる回収シース流路とを含み、それら一対の膜状電極間の電気抵抗変化に基づいて前記測定流体を測定する形式の抵抗式分析装置に用いられるものである。本発明は、このような抵抗式分析装置のフローセル装置にも好適に適用される。このとき、一対の電極が膜状であることから、配置位置の如何に関わらず乱流を引き起こし難い利点がある。例えば、細孔の流通方向前後のシース流路の内面および回収シース流路の内面に一対を設けることもできる。
また、抵抗式分析装置に用いられるフローセル装置において、好適には、前記分割面は前記細孔を通るものであって、前記一対の膜状電極はその細孔の内面に設けられたものであり、それら一対の膜状電極の取出し配線が前記複数の流路構成部材の少なくとも一つの内面に膜状に設けられたものである。このようにすれば、一対の膜状電極の相互間隔が小さくなることから、無用なインピーダンス計測が少なくなるので感度が高められて測定精度が高くなる利点がある。しかも、取出し配線が膜状を成すことからこれによる乱流も生じ難い利点がある。この態様によれば、細孔が複数の流路構成部材に分割されて備えられることから、その内面に膜状電極を容易に高精度で形成できるのである。因みに、細孔が分割されていない従来の抵抗式フローセル装置では、その内周面に電極は設けられていなかった。細孔は直径0.1(mm)以下、長さ0.1(mm)程度の円筒形状であることから、その内周面に電極を精度良く形成することは困難であったためと考えられる。
上記のように前記分割面が前記細孔を通る場合において、一層好適には、その細孔は、相対する互いに平行な一対の対向面を備え、それら一対の対向面に前記一対の膜状電極が設けられる。このようにすれば、一対の膜状電極が互いに平行に設けられることから、抵抗値計算が簡単になる利点がある。一層好適には、細孔は流路に垂直な断面が長方形(正方形を含む)を成すものである。
また、好適には、前記複数の流路構成部材は、内面を相互に密接させられることにより前記シース流路を構成する２部材から成るものである。このようにすれば、フローセル装置の構成部品点数が少なくなるので構成部品相互の相対位置精度を高めることが容易になると共に、製造工程が簡単になる利点がある。また、構成部品の各々の寸法および形状のばらつきに起因する精度低下が生じ難い利点もある。因みに、前記特許文献１に記載されていたフローセル装置では、前述したように多数(例えば５枚)の薄板状部品を積層していたため、構成部品点数が多いことに起因する精度低下が生じ易い不都合があった。
また、好適には、前記複数の流路構成部材は前記分割面が矩形を成す板状部材であり、前記測定流体入口および前記排出口が設けられた前記上流側端面および下流側端面は前記一方向に垂直を成すものである。このようにすれば、測定流体入口および排出口に測定流体や合流させられた流体を流通させるための管を接続することが容易になる。
また、好適には、前記流路構成部材が２部材から成る場合において、前記各流路は、それら２部材の各々の分割面において半円断面または半楕円断面を有し、同軸的に形成されたものである。このようにすれば、断面が矩形等の他の形状を成す場合に比較して測定流体がシース流体で一様に包まれ易くなると共に、乱流が生じ難くなる。
また、好適には、前記フローセル装置は、前記分割面において前記複数の流路構成部材を分離可能に構成されるものである。このようにすれば、分離された複数の流路構成部材の各々の分割面にはシース流路等の流路内周面が露出させられるため、洗浄が容易になる利点がある。因みに、前記特許文献１に記載されていたフローセル装置では、多数の薄板状部品が相互に接着されることから、分解不能となったその内部に複雑な形状の流路が形成される。そのため、このようなフローセル装置は洗浄も容易では無かったのである。上記分離可能な構成態様としては、例えば複数の流路構成部材の各々の分割面を鏡面に研磨し、その分割面を相互に押圧することで液密にシールする密着シールが挙げられる。更に、この密着状態でゴム、バネ等の弾性体により、或いはねじ込み等により分割面が相互に押しつけられる方向に押圧した状態で固定すれば、シールの信頼性を高めることができる。但し、分割面の表面粗さが過度に良くなるとリンギングによって流路構成部材相互の分離が不能となる。これを避けるためには、例えば、分割面を鏡面に研磨した後、ブラスト処理等によってその分割面に例えば凹部を島状に形成すればよい。
また、好適には、前記流路構成部材は、少なくとも前記細流路を含むものがセラミックスから成るものである。このようにすれば、セラミックス粉体のような磨耗性材料を含む液体や血液や尿のような腐食性を有する液体の測定にも用い得るフローセル装置が得られる。セラミックスは一般に高硬度の脆性材料であることから加工性に劣るが、本発明によれば、シース流路等が分割面に内周面が露出するように分割形成されるので、その形成延いては流路構成部材の加工が容易であるため、セラミックスで構成し得るのである。また、絶縁性を有するセラミック材料で構成すれば、抵抗式フローセルを構成するに際して電極相互間の絶縁の確保が容易になる利点がある。
このようなセラミックスとしては、例えば、純度99(％)以上のアルミナ、焼結粒子が微細なジルコニア、窒化珪素等が好適である。
また、好適には、前記フローセル装置は、前記流路構成部材が平板状を成すものであり、測定流体を測定する際に用いられ得る流体の温度を制御するためのヒータや冷却素子、振動を与える超音波発振素子等を備えたものである。流路構成部材が平板状を成す場合には、その表面にヒータ、冷却素子、発振素子等を形成することが容易であるため、一体形成して測定装置の構成を簡単にすることができる。
また、好適には、前記シース流路は、前記細流路の断面中心を通る軸線に対して対称的に複数が備えられる。このようにすれば、測定流体がその外周側からシース流体に対称的に包まれることとなるため、その流通方向の直線性が維持されるので一層測定精度が高められる。
また、好適には、フローセル装置は、前記細流路、前記シース流路、前記合流体流路、前記回収シース流路、およびそれらの境界部を含む全体に屈曲部が存在しないものである。すなわち、シース流路等は滑らかな曲線で湾曲させられると共に、各流路の境界は滑らかな曲線で接続される。このようにすれば、乱流が発生させる屈曲部分が無いので、一層高精度の測定が可能となる。このようなシース流路は、例えば、合流体流路と併せてＹ字状を成し、そのＹ字の頭部間に細流路が備えられることになる。
また、前記細流路、前記シース流路、前記合流体流路、および前記回収シース流路は、その流体流通方向に垂直な断面が円形または楕円形を成すものである。このようにすれば、流体の粘性に起因する壁面抵抗の影響が抑制されることから、各流路内で乱流が発生し難いので、測定精度が高められる。
また、前記流路構成部材は、フローセル装置が光学式測定装置に用いられる場合には、少なくとも一部が外部から測定流路として機能する合流体流路内を観察できるように透光性材料で構成されることが好ましい。この場合、例えば流路構成部材の分割された一枚全体を透光性の材料で構成するほか、光を入射させ或いは反射光を透過させる部分に貫通孔を設け、それを透明なガラス材料等で封止すれば不透明な材料で全体を構成することもできる。
また、フローセル装置には、上述した各流路の他、測定流体を希釈するための流体流路や、蛍光体添加流路等の適宜の流路を更に備えたものであっても良い。
以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。
図１は、一実施例である光学式測定装置に用いられるフローセル装置１０の全体を第１流路構成板１２を省略して示す図であり、図２(ａ)はその上流側端面を、(ｂ)は下流側端面をそれぞれ示す図である。これら図１、図２において、フローセル装置１０は、全体が略矩形板状を成し、例えば、第１流路構成板１２および第２流路構成板１４が相互に重ね合わされ、図示しないゴム、バネ、ねじ込み等によって相互に押圧固定されることにより一体化させられたものである。
上記の第１流路構成板１２は、例えば平坦なガラス板から成るものであって、光学式測定装置に備えられたレーザ光発生装置等の光源から射出された光を実質的に全て透過させ得る透明度を有している。このガラス板は、例えば理化学用ガラスや石英、サファイア等から構成されるものであって、例えば1(mm)程度の厚さ寸法を備えたものである。また、第１流路構成板１２の第２流路構成板１４側に向かう内面すなわち分割面２０は何ら凹凸の存在しない平坦面例えば所謂鏡面になっている。
また、上記の第２流路構成板１４は、例えば純度が99(％)以上の高純度アルミナ、焼結体粒子が微細なジルコニア、或いは安定化ジルコニア等の緻密質セラミックスから成るものであって、プラスチック、金属、或いはガラス材料等と比較すると実質的に磨耗させられない耐磨耗性と、血液や尿等で腐食させられない耐腐食性を有している。上記ジルコニアは、例えば、Y2O3、CeO2、CaO等を安定化剤として例えば2〜5(mol％)程度添加された高強度の部分安定化ジルコニアであり、例えば焼結体粒子の平均粒径を1(μm)以下と微細にすることにより長期の水溶液安定性が高められ、分解し難くされたものである。このようなジルコニアは、例えば、微細な原料を用いて低温で焼結させ、或いは、Al2O3等の粒子成長抑制剤を添加することによって得られる。また、上記安定化ジルコニアは、部分安定化ジルコニアに比較して機械的強度が低いものであるが、水溶液安定性を有している。そのため、低強度でも支障が無い場合にはこのような材料を用い得る。
この第２流路構成板１４の第１流路構成板１２側に向かう内面すなわち分割面２２も平坦面例えば所謂鏡面に構成されているが、そこには、その長手方向における一端面(すなわち図１における左上端)２４から他端面(すなわち右下端)２６に至るＹ字状の凹部２８が形成されている。凹部２８は、図２に示されるようにその底面が平坦であり且つその底面角部がＲをとった断面形状を有する。なお、分割面２２は、少なくとも凹部２８に沿った適当な幅寸法の部分が鏡面に仕上げられていれば、他の部分は鏡面になっていなくともよい。分割面２２がこのような面に構成される場合には、第１流路構成板１２の分割面２０も、その鏡面部分と相対する部分のみ鏡面仕上げされていれば足りる。
上記凹部２８は、一端面すなわち上流側端面２４側に形成され且つ分割面２２の略中央部で合流させられた２本のシース流路３０，３０と、その合流点から他端面すなわち下流側端面２６に亘る範囲に形成された測定流路３２とから構成される。シース流路３０，３０は、例えば幅寸法および深さ寸法がそれぞれ3(mm)程度の寸法を有して合流点に向かって滑らかに湾曲させられている。また、測定流路３２は、例えば幅寸法および深さ寸法がそれぞれ3(mm)程度の寸法を有して真っ直ぐに形成されており、その長手方向は下流側端面２６と垂直を成している。これらシース流路３０，３０と測定流路３２との間には、図１に示されるように屈曲部が存在せず滑らかに連続させられている。
また、上記シース流路３０，３０相互間に形成された凸部３４内には、前記測定流路３２と同軸に細流路３６が形成されている。シース流路３０，３０は、細流路３６に対して対称的な位置関係にある。細流路３６は、上流側端面２４から下流側端面２６に向かう流体の流れ方向において先細りに形成されたものである。このため、上流側端面２４上の開口すなわち測定流体入口３８の大きさは、図２(ａ)(ｂ)に示されるように、シース流路３０，３０の合流点に開口する吐出口４０の大きさに比較して大きくなっている。また、吐出口４０は、シース流路３０の高さ方向における中間の高さ位置に開口している。
なお、測定流体入口３８の大きさは例えば直径1.5(mm)程度、吐出口４０の大きさは例えば直径0.1(mm)程度である。また、上流側端面２４に位置するシース流路３０，３０の一端すなわちシース流体の流入口４２は、例えば3(mm)×3(mm)程度の大きさに構成されており、測定流体入口３８よりも更に大きくなっている。また、測定流路３２は一様な断面形状を備えており、その下流側端面２６に開口する排出口４４は、例えば3(mm)×3(mm)程度の大きさに形成されている。
また、上記測定流路３２の底面には、図示しない光学反射膜が形成されている。光学反射膜は例えば白金や白金合金等の貴金属、窒化チタン(TiN)やこれと炭化チタン(TiC)等との固溶体、窒化ジルコニウム(ZrN)やこれと炭化ジルコニウム(ZrC)等とのセラミック固溶体等から成るものであって、例えば全面で一様な0.4(μm)程度の厚さ寸法を有する。上記各材料は、耐磨耗性、耐腐食性、光学反射特性に優れるものである。また、光学反射膜は例えば薄膜プロセスによって形成されたものである。
上記第２流路構成板１４は、例えば、板材を焼成後に化学的或いは機械的加工を施すことにより流路が形成され、または、Ｙ字状の凹部２８を有する板形状を粉末プレス成形等で成形した後、細流路３６を焼成前に孔明け加工することにより製造される。或いは、射出成形法を用いて凹部２８および細流路３６を一度に形成することもできる。
成形体の焼成温度は、構成材料に応じて定められるものであるが、例えば1350〜1650(℃)程度である。焼成後の分割面２０，２２の平面度や表面粗さが不十分な場合には、平面研削や研磨加工を施せばよい。また、流路内面は、液体ホーニング加工などを用いて表面粗さを所定の粗さに仕上げることができる。このとき、分割面２０，２２全体を鏡面に仕上げると、フローセル装置１０を分解する際に第１流路構成板１２および第２流路構成板１４が密着して分離困難となる(リンギングする)場合には、鏡面仕上げする面積を小さく限定すればよい。例えば、前述したように流路(凹部２８)近傍のみに限定することが考えられる。他の部分は、例えば、全体を鏡面仕上げした後に鏡面の必要な部分に樹脂などを被覆して保護した後、サンドブラスト等で適度な表面に荒らせば良い。この場合、樹脂は剥離、溶解、熱分解等により除去する。このような処理は分割面２０，２２の両方に施しても片方に施してもよいが、両方に施す場合には、もちろん、対応するパターンで設けることにより、重ね合わせたときに鏡面が相対するように構成する。なお、サンドブラスト処理は、凹部が島状に形成されるように分割面全体に施すことができ、このときは、分割面２０，２２上に連続した鏡面が残るのでパターニング樹脂被覆の必要はない。
前記の第１流路構成板１２は、このように構成された第２流路構成板１４に鏡面が相対するように重ね合わされ、相互に押し付けられた状態で固定されることにより、分割２２に垂直な方向において凹部２８を液密に閉じている。そのため、これら第１流路構成板１２および第２流路構成板１４との間には、図２(ａ)(ｂ)に示すようなＲ面取りされた矩形断面或いは円形断面の流路が形成されている。なお、第１流路構成板１２と第２流路構成板１４とは、接着剤を用いて恒久的に接合することもできる。
以上のように構成されたフローセル装置１０は、光学式測定装置の所定位置に固定され、測定流体入口３８に測定流体を流す配管が、流入口４２にシース流体を流す配管が、排出口４４に測定を終えた液体を回収するための配管がそれぞれオーリング等を用いて液密に接続され、測定流体入口３８から粒子を含む測定流体、例えば血液等が適当な流速で流し込まれると共に、流入口４２からグリセリン等のシース流体が測定流路３２内において測定流体の適当な流通断面積が得られるように流し込まれて使用される。このように測定流体等を流しつつ、第１流路構成板１２の上方から測定流路３２に向かって光を入射させ、測定流体に含まれる粒子による蛍光や散乱光等の反射光を測定することにより、その粒子の大きさや形状等が測定される。なお、測定方法の詳細については周知のものと同様であり、本実施例の理解に必要ではないため省略する。
このように構成されたフローセル装置１０によれば、測定流体入口３８から排出口４４に至る流通経路がまっすぐに形成されることから、流路全体の圧力損失や乱流発生が抑制されるため、高い測定精度が得られる。また、シース流路３０を通り且つ細流路３６の流通方向に沿った平面で分割された第１流路構成板１２および第２流路構成板１４を重ね合わせることでシース流路３０、測定流路３２等が構成されるので、それらの形成が容易になり延いては高精度に形成することが容易になる利点がある。
また、本実施例によれば、測定流体入口３８，流入口４２，および排出口４４が何れも分割面２０，２２に直交する端面２４，２６上にあり、細流路３６および測定流路３２の軸心方向すなわち流体の流れ方向に対して略直交するように形成されている。そのため、フローセル装置１０の厚み方向すなわち測定流路３２等に略直交する向きに流入口や排出口が形成される場合に比較して、それら流入口や排出口に付随する空間の確保が無用となる利点がある。
また、本実施例によれば、測定流体の接する細流路３６がセラミックスで構成されていることから、耐腐食性および対摩耗性に優れるため、摩耗や腐食による劣化が生じ難い利点がある。なお、測定流路３２の底面には光学反射膜が設けられているが、ここを測定流体が流れる際にはシース流体に包まれていることから、光学反射膜に接するのはシース流体のみである。したがって、光学反射膜には耐食性や対摩耗性が殆ど要求されないので、これらの特性を考慮することなく種々の材料を用い得る。すなわち、前記のような材料を用いても特性上の支障は何ら無いのである。
また、本実施例によれば、細流路３６が分割されておらず、第２流路構成板１４内に設けられていることから、第１流路構成板１２には測定流体が接触しない。そのため、その第１流路構成板１２の構成材料に耐磨耗性や耐腐食性のそれほど優れていない安価なガラス材料を用いても、何ら支障のない利点がある。
次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の実施例において、上述した実施例と共通する部分は説明を省略する。
図３は、抵抗式フローセル装置５０を構成するための第２流路構成板５２を示す斜視図である。この第２流路構成板５２の上には、例えば平坦な第１流路構成板が液密に取り付けられるが省略した。第１流路構成板は、例えばガラス板から成るものであるが、セラミックス等の不透明材料で構成されていても差し支えない。
上記の図３において、フローセル装置５０には、前記のフローセル装置１０と同様に一対のシース流路３０，３０が備えられているが、それらの中間に位置する細流路５４は、シース流路３０と同様に上面が開放された溝形状に形成されており、その下流側であってシース流路３０，３０の合流点には、前記の吐出口４０に代えて溝形状の吐出口５６が備えられている。すなわち、本実施例においては、細流路５４および吐出口５６も第１流路構成板の分割面でその内周面の一部が構成されている。
シース流路３０，３０の合流点の下流には、第１流路構成板との間で細孔を構成するための細溝５８が設けられており、シース流路３０，３０と下流に設けられた回収流路６０とを接続している。この回収流路６０には、第２流路構成板５２の裏面に開口する入口６２を備えた回収シース流路６４，６４が備えられている。そのため、シース流体に包まれて細溝５８(細孔)を通過した測定流体が、入口６２から送り込まれた回収シース流体で更に包まれ、回収路６０に流れ込んで排出口４４から排出される。この回収シース流路６４，６４は、細孔から吐出させられた微細流に乱流が発生することを防止すると共に、各流路が測定流体で汚染されることを防止するために設けられたものである。
上記の細溝５８は、図４に回収流路６０側から見た正面図を示すように、矩形断面を成すものであって、例えば0.1(mm)×0.1(mm)程度の大きさに構成されている。また、流体の流通方向における長さ寸法は例えば0.1(mm)程度である。この細溝５８の一対の内壁面には一対の膜状電極６６，６６が形成されており、側端面に向かって伸びる膜状配線６８，６８にそれぞれ接続されている。なお、側端面には切り欠き７０，７０が形成されており、膜状配線６８，６８はその切り欠き７０，７０内に至る範囲に形成されている。上記膜状電極６６および膜状配線６８は、それぞれ0.4(μm)程度の厚さ寸法を備えたものである。これら膜状電極６６および膜状配線６８の構成材料は、前記の光学反射膜と同様なものを用い得る。
このように構成されたフローセル装置５０においては、シース流体で包まれた測定流体が排出口４４に向かって流れることとなるが、その測定流体中の粒子が細孔(細溝５８)内を通過するとき、膜状電極６６，６６間のインピーダンスが変化する。そのため、そのインピーダンス変化に基づき、通過した粒子径や形状等を測定できる。なお、測定の詳細については、本実施例の理解に必要ではないので省略する。
このような本実施例によれば、膜状電極６６，６６が細溝５８内に対向形成されていることから、その電極間隔が極めて小さいため、周辺のインピーダンス変化の影響を受け難い。そのため、微細な粒子が通過しても明確なインピーダンス変化が検知されるので、高精度の測定が可能となる利点がある。
なお、本実施例においては、第１流路構成板は透光性が要求されないので平坦なガラス平板である必要は無い。そのため、例えば入口６２，６２が備えられていない他は第２流路構成板５２と同様に構成された板部材を用意し、例えば前記の切り欠き７０，７０等を基準として位置合わせをして分割面を相互に密着して固定すれば、円形或いは略円形断面の流路を備えたフローセル装置５０が得られる。
次に本発明の更に他の実施例を説明する。図５は、他のフローセル装置８０における図３の細流路５４近傍に対応する図であり、図６はこれを上流側端面側から見た図である。このフローセル装置８０においては、第１流路構成板８６および第２流路構成板８８の相対する一面に、それぞれシース流路３０，３０を構成するための全体として略半円状断面の凹溝が形成されており、シース流路３０の長手方向に沿って伸びる支持部(連結部)９２，９２がそれら略半円状断面の凹溝の底面中央部から突設されている。支持部９２，９２の頂部には、それぞれ二股に分かれた隔壁部８４，８４が形成されており、その内周側には円形断面の細流路８２を構成するための半円状溝がそれぞれ形成されている。隔壁部８４，８４の上端面は、シース流路３０，３０よりも外側の部分の上端面と同一高さに位置させられており、図６に示されるように重ね合わされた状態において、相互に分離した細流路８２およびシース流路３０，３０が形成される。このとき、隔壁部８４，８４が二股に分岐させられていることから、シース流路３０，３０は、細流路８２の下側および上側に巻き込むように形成されている。
そのため、細流路８２の先端の吐出口９０から吐出させられた測定流体は、フローセル装置５０の場合に比較して周方向において一層広い範囲に亘ってシース流体に囲まれることとなる。しかも、シース流路３０，３０は全体として略円形断面となって細流路８２をその略全周から囲むよう同軸的に形成されているので、測定流体が一層等方的に包み込まれることになる。そのため、一層測定精度が高められる。このような形状の第１流路構成板８６および第２流路構成板８８は、例えば射出成形法などを用いることにより容易に製造することができる。
以上、本発明を図面を参照して詳細に説明したが、本発明は更に別の態様でも実施でき、その主旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものである。
１０：フローセル装置、１２：第１流路構成板、１４：第２流路構成板、３０：シース流路、３２：測定流路、３６：細流路、３８：測定流体入口、４４：排出口
Claims (7)
- 測定流体を一方向に沿って直線的に導くための細流路と、その細流路にその測定流体を導き入れるためにその細流路の上流端に設けられた測定流体入口と、その細流路の下流端に設けられた吐出口においてその細流路に合流させられるシース流路と、合流させられた流体をそれら細流路およびシース流路の合流点から下流へ前記一方向に沿って直線的に導くための合流体流路と、合流させられた流体を排出するためにその合流体流路の下流端に設けられた排出口とを備え、前記吐出口から吐出された測定流体が前記シース流路から送り込まれたシース流体によって外周側から包まれて前記合流体流路を導かれる過程でその測定流体を測定するために用いられるフローセル装置であって、
前記シース流路を通り且つ前記一方向に平行で平坦な分割面で分割された複数の流路構成部材がその分割面において相互に密接させられることにより、そのシース流路、前記細流路、および前記合流体流路を内部に備えて構成されると共に、前記一方向に沿ったその細流路の延長線上における上流側端面に前記測定流体入口が備えられ且つ下流側端面に前記排出口が備えられたことを特徴とするフローセル装置。 - 前記分割面は前記細流路および前記合流体流路を通るものである請求項１のフローセル装置。
- 前記複数の流路構成部材の少なくとも一部が透光性材料で構成されることにより前記合流体流路の内壁面から外壁面の少なくとも一部に至る光の透過経路が形成され、その合流体流路を通過する前記測定流体に光を照射して測定する形式の光学式分析装置に用いられるものである請求項１のフローセル装置。
- 前記合流体流路はその上流側端部にその合流体流路の流通断面積を所定の断面積に縮小した細孔を備えたものであり、その細孔の近傍にその合流体流路を挟んで配置された一対の膜状電極と、その細孔よりも下流側においてその合流体流路と合流させられる回収シース流路とを含み、それら一対の膜状電極間の電気抵抗変化に基づいて前記測定流体を測定する形式の抵抗式分析装置に用いられるものである請求項１のフローセル装置。
- 前記分割面は前記細孔を通るものであって、前記一対の膜状電極はその細孔の内面に設けられたものであり、それら一対の膜状電極の取出し配線が前記複数の流路構成部材の少なくとも一つの内面に膜状に設けられたものである請求項４のフローセル装置。
- 前記複数の流路構成部材は、内面を相互に密接させられることにより前記シース流路を構成する２部材から成るものである請求項１のフローセル装置。
- 前記複数の流路構成部材は前記分割面が矩形を成す板状部材であり、前記測定流体入口および前記排出口が設けられた前記上流側端面および下流側端面は前記一方向に垂直を成すものである請求項１のフローセル装置。
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