JP2009139332A - シリンジ及びそれを用いた全有機体炭素計 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンジを低温環境下で使用したり低温試料を送液したりする場合にも気密性又は液密性が低下しないようにする。
【解決手段】シリンジ１０は先端に液出入口をもつ円筒状のバレル３８と、バレル３８内面と気密及び液密を保って接触するプランジャチップ４４を先端にもち、プランジャチップ４４がバレル内面を摺動するようにバレル３８の軸方向に移動するプランジャ４２，４４とを備え、プランジャ軸４２の内部でプランジャチップ４４の近傍にヒータ４６が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は全有機体炭素計（ＴＯＣ計）等の各種分析計や医療用装置において液体や気体の流体を移送するために流体を吸入して吐出するシリンジと、そのシリンジを利用した一応用例としてのＴＯＣ計に関するものである。

シリンジは、先端に液出入口をもつ円筒状のバレルと、バレル内面と気密及び液密を保って接触するプランジャチップを先端にもち、プランジャチップがバレル内面を摺動するようにバレルの軸方向に移動するプランジャを備えている。プランジャチップはバレル内壁との間の気密性又は液密性を維持するために、ゴムや樹脂などを材質とするのが通常である。耐薬品性と試料汚染低減の観点から、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのフッ素系樹脂が用いられているが、フッ素系樹脂は弾性が低いため良好な気密性及び液密生を維持しにくいという欠点をもっている。一方、バレルの材質としては一般にガラスが用いられている。

このような材質のシリンジを低温環境、例えば１０℃以下、で使用したり、低温試料、例えば５℃以下の試料、を送液するのに用いたりすると、プランジャチップとバレルの熱膨張係数の違いによってバレルよりもプランジャチップの方が大きく収縮して気密性及び液密性が低下する。その結果、送られる流体又は気体が隙間から漏れることがある。

また、シリンジがＴＯＣ計の試料注入器として使用される場合には、バレルとプランジャチップの気密性の低下した部分から空気中の二酸化炭素が試料中に進入してＴＯＣ測定精度が低下する虞がある。

そこで、従来はプランジャチップの内側に弾性体からなるＯリングを設けることによってプランジャチップの弾性を補う手法が採られている。そのＯリングの弾性力によってプランジャチップを常にバレル内壁に押し付けられる方向に付勢しようとするものである。

シリンジ全体を加温した状態でガス状試料の分取及び移送を行うようにしたものは知られている（特許文献１参照。）。シリンジ全体を加温するのは、キシレン等の高沸点成分を含むガス状試料を分取して移送する場合に、その成分がシリンジ内面に吸着する等の現象が生じることがないようにするためである。
特開平１０−１０１０４号公報

プランジャチップの内側にＯリングを設けたシリンジでは、やはり低温環境や低温試料の送液時にはプランジャチップの弾性を補いきれず、流体漏れや外部からのガス進入の虞は残る。それだけでなく、低温環境や低温試料の送液でない通常温度での使用時にも、Ｏリングの圧力が常にプランジャチップをバレル内壁に押し付ける方向に作用しているため、プランジャチップの外周面の磨耗が激しく、プランジャチップの寿命を短くする欠点がある。
本発明は、シリンジを低温環境下で使用したり低温試料を送液したりする場合にも気密性又は液密性が低下することのないシリンジを提供することを目的とするものである。

本発明のシリンジは、先端に液出入口をもつ円筒状のバレルと、バレル内面と気密及び液密を保って接触するプランジャチップを先端にもち、プランジャチップがバレル内面を摺動するようにバレルの軸方向に移動するプランジャとを備えたものであり、さらにプランジャチップの温度を上昇させることができるようにプランジャ内部にヒータが設けられたものである。

低温環境で使用する場合や低温試料を送液する場合には、プランジャ内に備えたヒータに通電することによってプランジャを加温し、その熱によりプランジャチップ温度を一定温度以上に保つことができる。これにより温度低下に伴うバレル内壁面とプランジャチップ外周面との接触面に隙間が生じることを防ぐことができる。

プランジャとプランジャチップの材質や寸法により熱容量が決まるので、それに適した出力のヒータを選択することにより、特にプランジャチップの温度を測定してその温度が一定になるように制御しなくても、ヒータに連続通電して温度を平衡状態に保つことができる。

しかしながら、プランジャチップの温度を正確に一定温度に保ちたいという要請がある場合には、プランジャ内でプランジャチップの温度を検出できる位置にヒータと直接接触しない状態で温度センサを埋め込み、その温度センサによる検出温度に基づいてヒータへの通電が制御されるようにしてもよい。

本発明のシリンジは各種分析計や医療用装置に用いることができるが、その一例はＴＯＣ計である。ＴＯＣ計は、水溶液試料中の全炭素をＣＯ₂に変換するＴＣ酸化反応部を少なくとも含む反応部と、水溶液試料の一定量を採取して反応部に注入する試料注入器と、反応部にキャリアガスを供給するキャリアガス供給部と、反応部からキャリアガスとともに送られてきたＣＯ₂を検出するＣＯ₂検出部とを備えている。本発明のＴＯＣ計では試料注入器で水溶液試料の採取と反応部への注入を行う採取・注入機構として本発明のシリンジが用いられ、さらに、シリンジに設けられたヒータへの通電を行う電源装置を備えている。

このＴＯＣ計において、ヒータへの通電を行うか否かは作業者が環境温度や送液する試料温度から判断して必要な場合に通電するように操作することができる。しかしながら、環境温度を検出して自動的に通電を行わせるようにすることもできる。その場合はこのＴＯＣ計の周囲の環境温度を検出する環境温度センサをさらに備え、電源装置は環境温度が予め定められた温度以下のときにシリンジに設けられたヒータへの通電を行うものとする。

同様に試料温度を検出して必要な場合に自動的にヒータに通電するようにすることもできる。その場合は試料注入器へ水溶液試料を供給する流路に試料温度を検出する試料温度センサをさらに備え、電源装置は試料温度が予め定められた温度以下のときにシリンジに設けられたヒータへの通電を行うものとする。

さらに環境温度センサと試料温度センサをともに備え、電源装置は環境温度が予め定められた温度以下になったとき、又は試料温度が予め定められた温度以下になったときにシリンジに設けられたヒータへの通電を行うようにしてもよい。

本発明のシリンジでは、プランジャ内部でプランジャチップの近傍にヒータを設けたので、低温環境で使用したり低温試料を送液する際には、ヒータに通電することによってプランジャチップ温度を一定温度以上に保つことができ、温度低下に伴うバレル内壁面とプランジャチップ外周面との接触面に隙間が生じることを防ぐことができる。

（実施例１）
図１は一実施例のシリンジが適用される分析装置の一実施例としてのＴＯＣ計を表わす。ＴＯＣ計本体内には水溶液試料中のＴＣ（全炭素）をＣＯ₂に変換するＴＣ酸化反応部２と、水溶液試料中のＩＣ（無機体炭素）をＣＯ₂に変換するＩＣ反応部４が設けられている。水溶液試料の一定量を採取してＴＣ酸化反応部２又はＩＣ反応部４へ導くために、試料注入器６が設けられており、試料注入器６はマルチポートバルブ８と一実施例としてのマイクロシリンジ１０を備えている。マルチポートバルブ８には試料容器１２が接続されており、サンプル容器１２内の水溶液試料がマイクロシリンジ１０で一定量採取され、ＴＣ酸化反応部２又はＩＣ反応部４へ導かれる。

ＴＣ酸化反応部２には酸化触媒が充填されたＴＣ燃焼管１４が設けられ、ＴＣ燃焼管１４を加熱するためにＴＣ燃焼管１４の外側に加熱炉１６が設けられている。ＴＣ燃焼管１４にはスライド式の試料注入部１８が設けられ、水溶液試料は試料注入部１８を経てＴＣ燃焼管１４に注入され、また、ガス流量制御部２０からキャリアガスとして純酸素ガス又は酸素を含むガス（例えば炭素分を除いた高純度空気）が試料注入部１８からＴＣ燃焼管１４へ供給される。ＴＣ燃焼管１４の出口はＩＣ反応部４を経て除湿及び除塵を行う除湿ガス処理部２２へ接続され、除湿ガス処理部２２からＮＤＩＲ（非分散型赤外分光光度計）のＣＯ₂検出部２４へ接続されている。

マルチポートバルブ８には塩酸などの酸水溶液を供給する流路が接続され、ガス流量制御部２０からのキャリアガスはマイクロシリンジ１０内にも導くことができるようになっている。これより、マイクロシリンジ１０に採取された試料溶液に酸を添加し、キャリアガスをスパージガスとして吹き込んで試料溶液中のＩＣを除去できるようになっている。

ＩＣ反応部６には、ＩＣ反応液が充填されたＩＣ反応器２８が備えられており、スライド式の試料注入部２６を経て試料注入器６から液体試料が注入されるようになっている。ＩＣ反応器２８では注入された液体試料中のＩＣがＣＯ₂として発生し、ＴＣ酸化反応部２を経て供給されるキャリアガスによって除湿ガス処理部２２からＣＯ₂検出部２４へ導かれる。ＩＣ反応器２８にはＩＣ反応液を供給するＩＣ反応液供給器（図示略）が接続され、ＩＣ反応器２８のＩＣ反応液を排出するドレインバルブ（図示略）も設けられている。

ＴＣ酸化反応部２からＩＣ反応部４に至る流路には、ＴＣ酸化反応部２からのガスが冷却されて生じた水蒸気を凝縮して保持するブランクチェック用超純水トラップ３０が設けられている。超純水トラップ３０に保持された超純水の流路は、マルチポートバルブ８の１つのポートに接続され、試料注入用のマイクロシリンジ１０により採取してＴＣ酸化反応部２へ注入できるように接続されている。

マルチポートバルブ８の他のポートには、他の試料を供給するためのオートサンプラと、試料の希釈や流路の洗浄に用いて希釈水を供給する流路も接続されている。

マイクロシリンジ１０としては本発明の一実施例であるシリンジを用いる。マイクロシリンジ１０は図２及び図３に示されたものであり、バレル３８とプランジャ４２，４４を備えている。バレル３８は硬質ガラス製であり、円筒状をなしている。バレル３８の先端には液出入口４０が設けられている。バレル３８内にはプランジャ軸４２の先端にプランジャチップ４４が取り付けられたプランジャが設けられ、プランジャはバレル３８の軸方向に沿って前後方向（前進する方向と後退する方向）に移動できるように支持されている。プランジャ軸４２はステンレス製、プランジャチップ４４はＰＴＦＥ製である。

プランジャ軸４２の内部にはその先端部、すなわちプランジャチップ４４の温度を上昇させることができる位置にはカートリッジヒータ４６が設けられている。ヒータ４６の電極引出線４８はプランジャ軸４２の内部を通ってプランジャ軸４２の基端部から外部に引き出され、電源装置５０（図１）に接続されている。この実施例ではプランジャ内にはヒータ４６が設けられているが、温度センサは設けられていない。

シリンジ１０は容量が５ｍＬのものであり、プランジャ軸４２の直径は８ｍｍである。プランジャ軸４２の中心軸には基端部側から直径４ｍｍの穴が開けられ、その穴の先端部にヒータ４６が挿入されて固定されている。このようなシリンジ１０において、ヒータ４６を連続通電して加熱したときにプランジャチップ４４を周囲温度よりも約１０℃高い温度に加温するためのヒータ４６として、発熱量が３Ｗのカートリッジヒータを選択して使用している。

このＴＯＣ計においては、環境温度を測定するための環境温度センサ５２が設けられている。その温度センサ５２による検出温度が１５℃未満になると電源装置５０はヒータ４６への通電を行うように電源装置５０にプログラムが施されている。

この実施例ではプランジャチップ４４の温度を検出してその温度からヒータ４６への通電を制御するフィードバック回路は設けられていないが、連続して通電するだけでプランジャ軸４２及びプランジャチップ４４の熱容量及び送液される試料の熱容量から周囲温度よりも約１０℃高い温度に保たれる。そしてフィードバック回路を設けないことにより装置コストを抑えることができる。

シリンジ１０が図１に示されるような通気処理用のガスを供給できるものである場合には、シリンジ１０に液を吸入するときにプランジャチップ４４が後退する位置よりも先端側に通気処理ガスを供給するための導入口５４を設ける。そのようなシリンジ１０の形態では、プランジャチップ４４は導入口５４よりも基端側まで後退してバレル３８内に試料と酸を吸入し、シリンジ１０が外気に導通するようにバルブ８が切り替えられた後、導入口５４からキャリアガスが導入されてバレル内の試料が通気処理され、もともと試料に含まれていた無機体炭素が放出される。

試料の通気処理を試料容器１２で行うようにすることもできる。その場合にはシリンジ１０には通気処理のための導入口５４を設ける必要はない。

（実施例２）
実施例２はプランジャ内の先端部、すなわちプランジャチップ４４の温度を検出できる位置にプランジャチップ４４の温度を検出するための温度センサを備えたものである。具体的には、図４に示されるようにプランジャ軸４２の中心軸に穴が開けられ、その穴の先端部でカートリッジヒータ４６よりもさらに先端側に、ヒータ４６と直接接触しないでプランジャチップ４４の温度を検出できるように温度センサ５６としてサーミスタが配置されている。温度センサ５６のリード線５８もプランジャ軸４２の基端部側から取り出され、電源装置５０に接続されている。

この実施例では、ヒータ４６に通電を行う際に、温度センサ５６による温度検出信号に基づいて温度センサ５６の検出温度が一定になるように、電源装置５０によりヒータ４６への通電がフィードバック制御される。

この実施例ではヒータ４６の電力をプランジャ軸４２、プランジャチップ４４や送液される液体の熱容量に合わせて最適なものを選択しなくても、フィードバックによりプランジャチップ４４の温度を所定の温度に保つことができる利点がある。

（実施例３）
図１に示されるように、試料容器１２からシリンジ１０へ試料を供給する流路に試料温度センサ６０が設けられている。この温度センサ６０により送液しようとする試料の温度が検出される。温度センサ６０は電源装置５０に接続され、供給される試料の温度が所定の温度以下の場合に電源装置５０はシリンジのヒータ４６への通電を行うように電源装置５０がプログラムされている。

図１の実施例では、環境温度センサ５２と試料温度センサ６０が設けられているので、電源装置５０は環境温度が予め定められた温度以下になったとき、又は試料温度が予め定められた温度以下になったときにヒータ４６への通電を行うようにプログラムが施されていてもよい。

一実施例のＴＯＣ計を示す概略構成図である。 一実施例のシリンジを示す概略構成図である。 同実施例のシリンジにおけるプランジャを示す概略正面図である。 他の実施例のシリンジにおけるプランジャを示す概略正面図である。

符号の説明

２ ＴＣ酸化反応部
４ ＩＣ反応部
６ 試料注入器
８ マルチポートバルブ
１０ マイクロシリンジ
３８ バレル
４２ プランジャ軸
４４ プランジャチップ
４６ カートリッジヒータ
５０ 電源装置
５２ 環境温度センサ
５６ 温度センサ
６０ 試料温度センサ

Claims (5)

1. 先端に液出入口をもつ円筒状のバレルと、
   前記バレル内面と気密及び液密を保って接触するプランジャチップを先端にもち、前記プランジャチップが前記バレル内面を摺動するように前記バレルの軸方向に移動するプランジャと、
   前記プランジャチップの温度を上昇させることができるように、前記プランジャ内部に設けられたヒータと、
   を備えたシリンジ。
2. 前記プランジャ内でプランジャチップの温度を検出できる位置には前記ヒータと直接接触しない状態で温度センサが埋め込まれており、前記温度センサによる検出温度に基づいて前記ヒータへの通電が制御される請求項１に記載のシリンジ。
3. 水溶液試料中の全炭素をＣＯ₂に変換するＴＣ酸化反応部を少なくとも含む反応部と、水溶液試料の一定量を採取して前記反応部に注入する試料注入器と、前記反応部にキャリアガスを供給するキャリアガス供給部と、前記反応部からキャリアガスとともに送られてきたＣＯ₂を検出するＣＯ₂検出部とを備えた全有機体炭素計において、
   前記試料注入器で水溶液試料の採取と反応部への注入を行う採取・注入機構として請求項１又は２に記載のシリンジが用いられ、
   さらに、前記シリンジに設けられたヒータへの通電を行う電源装置を備えたことを特徴とする全有機体炭素計。
4. この全有機体炭素計の周囲の環境温度を検出する環境温度センサをさらに備え、
   前記電源装置は環境温度が予め定められた温度以下のときに前記シリンジに設けられたヒータへの通電を行うものである請求項３に記載の全有機体炭素計。
5. 前記試料注入器へ水溶液試料を供給する流路に試料温度を検出する試料温度センサをさらに備え、
   前記電源装置は試料温度が予め定められた温度以下のときに前記シリンジに設けられたヒータへの通電を行うものである請求項３又は４に記載の全有機体炭素計。

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