JP2620711B2 - 精密熱量計 - Google Patents

精密熱量計

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JP2620711B2
JP2620711B2 JP23052088A JP23052088A JP2620711B2 JP 2620711 B2 JP2620711 B2 JP 2620711B2 JP 23052088 A JP23052088 A JP 23052088A JP 23052088 A JP23052088 A JP 23052088A JP 2620711 B2 JP2620711 B2 JP 2620711B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は精密熱量計、さらに詳しくは、例えばヘパリ
ンなどの血液凝固阻止剤を加えた血液サンプルの遠心分
離により得られる、赤血球だけを除いた生体細胞を含む
血漿を赤血球と反応させることによって放出又は吸収さ
れる微小の熱量を計測するための精密熱量計に関するも
のである。
〔従来の技術〕
蛋白質や核酸等の生体分子や血液細胞等の生体細胞間
の反応により放出又は吸収される微小熱量の経時変化に
個体差があることに着目し、かかる微少熱量の経時変化
を定量的に測定することは、生体細胞の機能解明のため
の有力手段の一つであり、疾病診断のための一助ともな
る。
発明者は、隔月刊誌「漢方診療」(昭和60年10月号)
の第57頁以降に発表したように、漢方薬の選択のため生
体反応の差を検出することを試みている。すなわち、ヘ
パリンなどの血液凝固阻止剤を加えた血液サンプルの遠
心分離により得られる、赤血球だけを除いた生体細胞を
含んだ血漿と、赤血球との熱反応、該血漿と羊赤血球
(異種)との熱反応、及び該血漿とPHAとの熱反応が疾
病との間に相関関係を有するということが多くの検査結
果から明らかになってきた。
上記反応によって放出、又は吸収される反応熱は微少
なものであるため、その測定には微少熱量を高感度で測
定できる精密熱量計が必要である。
従来の精密熱量計は、恒温槽の中に検出槽を設け、該
検出槽内に熱電対とサンプル通過パイプを設け、恒温槽
に空気又は水を入れ、検出槽に空気を入れて構成したも
のであった。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の精密熱量計にあっては、熱電対は腐食を避ける
ため空気層に囲まれており、熱電対付近の温度制御が不
充分であるため、1μw程度の熱起電力検出感度しか得
られず、上記反応熱の精密測定に必要とされる0.1μw
には程遠いという問題があった。
本発明は、従来の精密熱量計の上記問題に鑑みなされ
たものであって、その目的とするところは、充分な熱起
電力検出感度を有し、恒温槽の温度制御が正確かつ容易
に行われ、しかも一度設定した温度が確実に維持される
ような精密熱量計を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するため、本発明の精密熱量計におい
ては、2枚の隔壁により分割され、該隔壁に穿設された
小穴により連通された第1室、第2室、第3室の3室か
ら成り、該3室を満たす水が外部に設けられた冷却器に
より第1室において冷却するように構成した冷却槽と、
小穴を穿設された仕切壁により分割されて共に水で満た
されて連通する上部室と下部室とから成り、上部室には
熱測定ユニットが載置され、下部室には上記冷却槽の第
3室からの水により環流されるスパイラル管及び該スパ
イラル管によって囲繞されたスパイラルヒーターが配設
されるように構成した恒温槽とを設けるようにすればよ
い。
〔実施例〕
以下、本発明の精密熱量計の1実施例を図に基づいて
説明する。精密熱量計は、第1図に示すように、恒温槽
100及び冷却槽200から成る。
恒温槽100は、小穴101を穿設された仕切壁102によっ
て区切られた上部室Aと下部室Bとに分割され、約50
の水が満たされている。
上部室Aは、熱測定ユニット300が収容されている測
温槽Cを含み、下部室Bは100Wのスパイラルヒーター10
3及び該ヒーター103を囲繞する中空スパイラル管104が
収容されている混合槽Dを含む。
中空スパイラル管104は内径4mmのテフロンチューブで
形成され、導管105及び106を介して冷却槽200に接続さ
れている。導管105の、上記混合槽Dに近接する端部の
近傍には、第1感温素子T1が配設されている。
第1ポンプP1が恒温槽100の外側に設けられていて、
導管107及び導管108が上記ポンプP1に接続されている。
導管107は、恒温槽100の底壁及び仕切壁102を貫通して
上方に延びて上部室Aに達し、その端部は恒温槽100の
内壁と測温槽Cの外壁との間に形成された環状領域内に
突出している。
一方、導管108は、恒温槽100の底壁を略その中心で上
方に貫き、混合槽Dへ連通されている。こうして、第1
ポンプP1が吸引運動を行うと、恒温槽100内には下部室
Bの混合槽Dを発し、上部室Aの測温槽Cを通過後、導
管107及び108を経て混合槽Dに戻る温水の環流が形成さ
れる。
恒温槽100内を環流する上記温水の温度は、該恒温槽1
00の外側に設けられた第1温度調節装置TC1が上記スパ
イラルヒーター103に供給する電力を比例制御すること
によって調節される。
冷却槽200は、小穴202を穿設された隔壁203と小穴204
を穿設された隔壁205とによって、等しい容積の3室
a、b及びcに分割されている。上記小穴202及び204は
直径5mm程度の大きさを有し、上記3室a、b及びcは
これらの穴によって連通され、約30の水で満たされて
いる。
室aは、冷却槽の外側の冷却器206に接続された冷却
源207、冷却源207により冷却された水を攪拌するためモ
ーター208によって回転させられる攪拌器209、及び水温
を検出するため第2感温素子T2を含む。第2感温素子T2
は、上記第感温素子T1と共に、第2温度調節装置TC2
接続されている。
第2ポンプP2が冷却槽200の外側に設けられていて、
該ポンプの1端には上記導管105が、他端には室cと連
通する導管211が接続されている。また、導管105は途中
で分岐して導管212となり室bと連通している。一方、
上記導管106は室aと連通している。
従って、第2ポンプP2が吸引運動を行うと、室aの冷
却水は小穴202を通過して室bに流入し、室bに流入し
た冷却水は小穴204を通過して室cに流入し、室cに流
入した冷却水は室cから第2ポンプP2を経て導管105中
を進み中空スパイラル管104に流入するが、一部の冷却
水は導管212を介して室bに戻される。又、中空スパイ
ラル管104を環流後該スパイラル管104から流出した冷却
水は導管106を介して室aに戻されるので、冷却水の環
流が冷却槽200内に形成されることになる。
次に、以上詳述した、冷却槽200つき恒温槽100の動作
について説明する。いま、恒温槽100を36℃の温度に維
持したい場合には、冷却槽200を36℃よりも5℃乃至10
℃位低い温度、たとえば30℃に温度調節する。そのため
には、冷却器206を温度制御器(図示せず)によって30
℃±0.1〜0.3℃の温度に制御する。恒温槽100の下部室
Bに配設されているスパイラル管104には30℃±0.1℃以
内で温度制御された冷却水が第2ポンプP2の吸引運動に
よって環流する。
一方、下部室Bの100Wスパイラルヒーター103が通電
されていてその温度は第1温度制御装置TC1によって±
0.1℃の精度で比例制御されているので、第1ポンプP1
の吸引運動によって、混合室Dを発し、仕切壁102に穿
設された小穴101を経て測温槽Cに流入し、該測温槽C
に載置されている測温ユニット300を上向きに通過し、
その後導管107及び導管108を経て混合室Dに戻る温水の
環流が恒温槽100内に形成される。
しかるに、第2温度調節装置TC2が設けられていて、
恒温槽100の下部室Bに配設されている第1感温素子T1
の検出した下部室Bの温度と第2感温素子T2の検出した
冷却槽200の室aの温度を比較して、導管105及び106を
介してスパイラル管104を環流する冷却水の温度が恒温
槽100を環流する温水の温度36℃よりも、今の場合は6
℃だけ低い30℃に維持されるように絶えず調節してい
る。
従って、恒温槽100の環流温水の温度が設定温度36℃
より少しでも上昇又は下降すればこれに相当しただけの
熱量に見合った流量の冷却水がスパイラル管104を環流
することになり、これにより恒温槽100は36℃の定温度
に維持される。
混合熱を測定しようとするサンプル溶液A及びBは、
本実施例の精密熱量計の外側に別置きされたオートサン
プラー400によって供給される。オートサンプラー400は
サンプル吸引ポンプP1及びP2を備え、測定サンプル溶液
AA及びBBをそれぞれに吸引する。吸引されたサンプル溶
液の通るチューブには、内径0.50mm乃至0.86mmのポリエ
チレンチューブを使用する。
サンプル溶液AA及びBBは、一定温度、例えば36℃に温
度制御されている恒温槽200の上部室Aに形成されてい
る測温槽C中に載置された熱測定ユニット300に進入す
るに先立って、上記恒温槽200を上部室Aと下部室Bと
に分割している仕切壁102上に載置された2本の測温ユ
ニット支持ポスト310A及び310Bにポリエチレンチューブ
をそれぞれに1m螺旋状に巻き付けて形成した熱変換器31
2A及び312Bを通すことによって均一な一定温度にもたら
される。
熱交換器312A及び312Bを通過したサンプル溶液AA及び
BBは、第2図に詳細が示されている熱測定ユニット300
に進入する。熱測定ユニット300は空気でなく、フロリ
ナートで充填された円筒形のアルミブロック320から成
り、該ブロックの円筒面にはサンプル溶液AA及びBBを流
すポリエチレンチューブが約1m巻き付けられて熱交換効
果を利用するようにしている。
サンプル溶液AA及びBBはサンプルチューブ331及び332
を経てミキサー330に進入し、そこで混合された後蛇行
ポリエチレンチューブ334aに進入する。蛇行ポリエチレ
ンチューブ334aは、感熱素子であるサーモパイル338及
び339が内設されているアルミブロック350a及び350bの
間に挟設されている。このサーモパイルと蛇行チューブ
との間には、熱伝導を良くするため、特殊なシリコンオ
イルに熱伝導性の高い金属酸化物を配合したグリース状
シリコンパウンドが充填されている。又、蛇行チューブ
334aにはポリエステル被覆を施したマンガニン線351が
巻き付けてあり、これに一定の較正電流を流すことによ
り基準熱量を発生させることができる。測定終了後の混
合液は、ポリエチレンチューブ334を介して外部に排出
される。
次に、熱測定ユニット300の構成及び動作を第3図に
基づいて説明する。
熱測定ユニット300は、サンプル吸引ポンプP1及びP2
によって吸引されたサンプル溶液AA及びサンプル溶液BB
を混合するためのミキサー330と、サンプル溶液AAをミ
キサー330に導く第1サンプルチューブ331及びサンプル
溶液BBをミキサー330に導く第2サンプルチューブ332
と、吸引ポンプP1、P2とミキサー330との間に介在して
サンプル溶液AA及びBBの混合に先立ち上記第1サンプル
チューブ331と上記第2サンプルチューブ332を接触させ
て収容する第1ヒートブロック333と、ミキサー330から
の混合サンプル溶液を排出するための第3サンプルチュ
ーブ334と、該第3サンプルチューブの1部334aを蛇行
させて収容する第2ヒートブロック335と、第1ヒート
ブロック333を挟んで配置された第1感熱素子(サーモ
パイル)336及び第2感熱素子(サーモパイル)337と、
第2ヒートブロック335を挟んで配置された第3感熱素
子(サーモパイル)338及び第4感熱素子(サーモパイ
ル)339と、上記感熱素子336、337、338及び339に発生
する熱起電力を増幅するための増幅器340とから成り、
上記第感熱素子336と上記第2感熱素子337は直列に接続
されて第1感熱素子対336−337を形成し、上記第3感熱
素子338と上記第4感熱素子339は直列に接続されて第2
感熱素子対338−339を形成し、上記第1感熱素子対336
−337と上記第2感熱素子対338−339は極性が互に逆相
になるように上記増幅器340に並列接続されている。
いま、例えば、第1ヒートブロック333に低温のサン
プル溶液AA及びBBが流入して増幅器340に現われる出力
が増加したとすれば、このサンプル溶液AA及びBBが第2
ヒートブロック335に流入して増幅器340に現われる出力
は減少することになる。高温サンプル溶液AA及びBBの場
合も同様にして、減少する出力と増加する出力が増幅器
340に現われるので、ミキサー330の手前に位置する第1
ヒートブロック333において混合すべきサンプル溶液AA
及びBBの流量に増減する変動があったとしても、感熱素
子が流量に比例する熱起電力を発生する限りは、この変
動に基因する熱量変化はミキサー330の後方に位置する
第2ヒートブロック335に流入する混合サンプル溶液に
よって生じる熱量変化によって相殺される。
従って、感熱素子を上述のように増幅器に接続すれ
ば、ミキサーによって混合される際に生じる発熱量又は
吸熱量はミキサーに流入する混合さるべき成分サンプル
溶液の流量変動の影響を受けなくなるので、正しい混合
熱が測定されることになる。ポンプを止めて流量を0に
落しても、記録紙上に描かれる、発熱量又は吸熱量の経
時変化を表わす反応熱曲線の基線にずれが見られない。
このような構成にしなければ、当然のこととして基線の
変動が起きることになる。
〔発明の効果〕
本発明は、以上説明したように構成されているので、
本発明の精密熱量計は充分な熱起電力検出感度を有し、
恒温槽の温度制御が正確かつ容易に行われ、しかも測定
サンプル溶液に流量の変動があったとしてもその影響を
受けることなく恒温槽の設定温度が確実に維持されると
いう効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の精密熱量計の1実施例の構成を示す1
部断面ブロック図、第2図は精密熱量計の熱測定ユニッ
トを示す斜視図、そして第3図は熱測定ユニットの構成
を示すブロック図である。 100……恒温槽 101……小穴 102……仕切壁 103……スパイラルヒーター 104……スパイラル管 200……冷却槽 202……小穴 203……隔壁 204……小穴 205……隔壁 206……冷却器 300……熱測定ユニット A……上部室 B……下部室 a……室 b……室 c……室

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】2枚の隔壁により分割され、該隔壁に穿設
    された小穴により連通された第1室、第2室、第3室の
    3室から成り、該3室を満たす水を外部に設けられた冷
    却器により第1室において冷却するように構成した冷却
    槽と、 小穴を穿設された仕切壁により分割されて共に水で満た
    されて連通する上部室と下部室とから成り、上部室には
    熱測定ユニットが載置され、下部室には上記冷却槽の第
    3室からの水により環流されるスパイラル管及び該スパ
    イラル管によって囲繞されたスパイラルヒーターが配設
    されるように構成した恒温槽とを設けたことを特徴とす
    る精密熱量計。
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