JP3533502B2 - 自動化学分析装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、試料に試薬を反応さ
せ、この反応液内の特定成分の濃度を測定する自動化学
分析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】人体の血清等を試料として用い、これに
所望の試薬を反応させこの反応液内の特定成分の濃度を
比色法により測定して診断に供するようにしたディスク
リートタイプの自動化学分析装置が知られている。

【０００３】従来のディスクリートタイプの自動化学分
析装置は、例えば米国特許４４５１４３３号に開示され
ており、図１５に示すように、複数の測光セル４を環状
のターンテーブル３上に配列し、ターンテーブル３に近
接して試料ボトル９、スライダ１０、サンプルピペッタ
８からなる試料供給部と、試薬ボトル７、試薬分注器６
からなる試薬供給部と、洗浄器１１と、光源ユニット１
２と検出ユニット１３からなる分光測定部を持つ。コン
トローラ２がそれぞれの機構部に接続し、またアナライ
ザ１４が前記分光測定部のフォトダイオードアレイ２４
に接続されている。

【０００４】ターンテーブル３が回転する間に、測光セ
ル４への試料および、試薬の供給、分光測定、洗浄が行
われる。試料の供給は、サンプルピペッタ８が動作して
試料ボトル９から一定量の試料を測光セル４に分注して
行われる。試薬の供給は試薬分注器６により行われ、測
光セル４内で試料と試薬が反応する。洗浄は、洗浄器１
１により測光セル４に洗浄液を給排して行われる。

【０００５】分光測定は、分光測定部で光源２１から出
た光束がレンズ２２、測光セル４を通り、回折格子２３
で波長分離されたのち、フォトダイオードアレイ２４に
入射し、入射光がフォトダイオードアレイ２４で光電変
換されて行われる。測光セル４中の試料と試薬の反応物
は、試薬の種類により、また試料中の特定成分の濃度に
より、特定波長の光の吸収率が変化する。測光セル４の
なかに、光を減衰させる要素が入っていない参照セルが
あり、この参照セルを通過した光が基準の光となる。し
たがって、フォトダイオードアレイ２４の特定波長に対
応する素子が検出する光の強さを測定し、前記基準の光
と比較して減衰率を算出し、アナライザ１４で分析すれ
ば試料中の特定成分の濃度の情報が得られる。

【０００６】この従来の装置によれば、複数の種類の試
料を試料ボトル９に入れてスライダ１０上に並べると、
スライダ１０が動いて試料ボトル９が１つずつサンプル
ピペッタ８の吸引位置になる位置に移動し、サンプルピ
ペッタ８で吸引する試料を選択して複数の試料の分析を
行うことができる。また、試薬ボトル７に複数の種類の
試薬をセットし、試薬分注器６で選択的に測光セル４に
分注すれば、複数の成分の分析が行える。これらの動作
はコントローラ２で制御されるため、自動的に多項目の
分析を複数の試料に対して行うことができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の装置では、十分
な感度で光の吸収率を測定するためには、試料と試薬の
反応物中を光束が通過する長さを一定の長さ以上にする
必要があり、測光セル４の高速通過方向の厚さを薄くす
ることができなかった。このため、測光セル４の容積を
小さくすることができないので、必要な試薬の量を減少
するのが難しく、多量の試薬を収納しておく必要がある
ために装置のコンパクト化が困難であった。また、検出
ユニット１３と光源ユニット１２が測光セル４を挟んで
相対する位置に設置されるため、広い占有面積を必要と
し、更に光学系や周辺の装置の配置が制限され、装置が
大きくなった。

【０００８】本発明の目的は、コンパクトな自動分析装
置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、分析対象の各種溶液を収納した測光セ
ルに光を照射し、この測光セルを透過した光を受光して
光電変換する光検出器とを含んでなる分光ユニットと、
光検出器の出力信号を分析するアナライザとを備えてな
る自動化学分析装置において、測光セルを透過した照射
光源からの光束が、再び測光セルを透過したのち光検出
器に受光されるように配置した。

【００１０】具体的に、分光ユニットは、照射光源から
出射される光束の光軸上に配置されたビームスプリッタ
ーと、ビームスプリッターを出た光束の光軸上に配置さ
れ光束を反射させて測光セルに入射させる反射プリズム
と、測光セルを透過した光束が入射する位置に配置され
入射した光を同じ方向に反射して再び測光セルに入射さ
せるキューブリフレクターとを備えて構成する。

【００１１】このとき、反射プリズムは、反射プリズム
で反射される光束が測光セルの圧さ方向に斜めに照射す
るように配置する。具体的には、測光セルを一定の速度
で搬送し、かつ搬送、停止状態を繰り返す搬送系に対し
て、反射した光束が搬送系の移動方向に垂直な面内で斜
め上方に入射するように配置する。また、照射光源から
照射される光束が測光セル内を通過する経路が、搬送系
の搬送方向に垂直な面に平行で、かつ水平方向に対して
傾斜して入射する構成とすることもできる。

【００１２】また、搬送系を複数の測光セルが環状に載
置される回転可能なターンテーブルを含んで構成し、該
ターンテーブルに載置された環状の測光セルのうちの１
列を対象とする複数の分光ユニットを設けた構成とする
ことができる。また、搬送系を、同心状に配置されそれ
ぞれ複数の測光セルを環状１列に載置するとともに互い
に独立して回転する複数のターンテーブルを含んで構成
し、それぞれのターンテーブルに載置された環状の測光
セルを対象とするターンテーブルごとに独立した分光ユ
ニットを設けた構成にできる。

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】また、分光ユニットの照射光源が測光セル
の上もしくは下に設置され、光束が鉛直方向に測光セル
を通過往復するようにする構成にできる。具体的には、
分光ユニットに、測光セルの上方に配置されて測光セル
を下方から上方に向かって透過した光を下方に向けて反
射し、再び測光セルを透過させるミラーを備えることで
実現できる。このとき、このミラーを測光セルに収納さ
れた溶液内に移動させる機構を備えた構成とすることが
できる。

【００１７】さらにまた上記の課題は、測光セルが搬送
系の移動方向の位置によって光透過方向の厚みが異なる
部分を持ち、アナライザは、１個の測光セルに対し所定
の時間間隔をおいて少なくとも２回の光検出器の測光結
果を併せて演算分析するものであるものとした請求項２
記載の自動化学分析装置によっても達成される。

【００１８】

【作用】本発明の場合は、試料と試薬を混合した反応液
を収納した測光セルを搬送する経路の１部で、照射光源
から出た光束が再び測光セルを透過するように配置され
るために、測光セル内の反応液を２回光束が通過する。
適当に選んだ試薬により、反応液は試料中の特定の成分
の濃度に関連して特定波長の光を吸収する。反応液を通
過した後の光束の強度を光検出器で検出し、吸収率を分
析することで特定成分の濃度を得る。反応液を２回光束
が通過するために、光の吸収が２回行われ、反応液中の
光束の径路が２倍の長さを持った場合と同じ量の光の吸
収が生じる。そのため、十分な感度で濃度の分析を行う
ために必要な測光セル内の反応液の厚みが従来の半分で
済み、必要な試薬の量を減少することができる。したが
って、装置に収納しておく試薬容器の容量を小さくする
ことができ、装置をコンパクト化することができる。

【００１９】また、分光ユニットが測光セルの片側から
光束を照射検出し、測光セルの反対側には単純な光反射
素子を配置しているのみなので、複雑な光学系が測光セ
ルの搬送径路の両側に配置されることがなく、装置の構
成を単純化し、装置をコンパクト化できる。さらに、光
束を測光セルの厚さ方向に斜め方向に透過させること
で、厚さ方向に平行に光束が通過する場合に比べて光路
長を長できるので、分析に必要な光路の長さを確保する
ために必要な測光セルの厚さを更に薄くすることがで
き、更に装置の小型化をできる。また、ミラーを測光セ
ルに収納された溶液内に沈めることにより、光束が液面
を通過しないようにできるので、反応液の量の差や液面
の揺れの影響を受けずに常に一定の光束の通過長さを保
つことができ、高精度の分析が可能になる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

【００２１】図１は、本発明の第１実施例の平面図であ
る。図において、自動化学分析装置１は、同心状に配置
されて搬送系をなす半径が異なる３つのターンテーブル
３ａ，３ｂ，３ｃと、それらターンテーブル上に各１列
に環状に載置配列された複数の測光セル４と、前記ター
ンテーブル３ａ，３ｂ，３ｃをそれぞれ個別に内包する
環状溝用の恒温槽５ａ，５ｂ，５ｃと、ターンテーブル
３ａ，３ｂ，３ｃの一部を上から覆う形で配置された洗
浄器１１と、該洗浄器１１のターンテーブル回転方向下
流側にターンテーブルと独立に配置されたサンプルピペ
ッタ８と、該サンプルピペッタ８に近接して配置され試
料ボトル９を多列に置けるようになっているスライダ１
０と、前記サンプルピペッタ８のターンテーブル回転方
向下流側に配置され前記ターンテーブル３ａ，３ｂ，３
ｃに載置された測光セル４に所定量の試薬を注入する試
薬分注器６と、複数の試薬ボトル７を収納し前記試薬分
注器６に配管で結ばれている冷却器１６と、前記試薬分
注器６のターンテーブル回転方向下流側に、ターンテー
ブル３ａ，３ｂ，３ｃそれぞれに配置された分光ユニッ
ト１５ａ，１５ｂ，１５ｃと、これら分光ユニット１５
ａ，１５ｂ，１５ｃから信号線で接続されているアナラ
イザ１４と、洗浄器１１、サンプルピペッタ８、スライ
ダ１０、試薬分注器６及びターンテーブル３ａ，３ｂ，
３ｃに信号線で接続されているコントローラ２と、を含
んで構成されている。

【００２２】ターンテーブル３ａ，３ｂ，３ｃは互いに
独立に回転可能となっているが、互いに同期して同速度
での回転、同期しての停止を行うこともできるようにし
てある。また、ターンテーブル３ａ，３ｂ，３ｃの上面
は互いにほぼ同じ水平面に位置している。

【００２３】測光セル４は、図２に示されているよう
に、ターンテーブルに形成された開口に嵌め込まれてお
り、その高さの半ば以上がターンテーブルの面より下方
に位置している。ターンテーブル３ａ，３ｂ，３ｃに載
置された測光セル４の数は、各ターンテーブルとも同数
で、ターンテーブルの回転中心とターンテーブル３ａに
載置された測光セル４の中心を結ぶ線上に、ターンテー
ブル３ｂ，３ｃに載置された測光セル４の中心がくるよ
うに配置されている。測光セル４の水平面での断面はほ
ぼ正方形である。また、分析したい項目に対応する試薬
が複数種類試薬ボトル７に入れられている。分析する試
料は１本ずつ分けて試料ボトル９に入れ、スライダ１０
に３列に並べて置かれている。サンプルピペッタ８は上
下動、回転が可能であり、３ヶ所から同時に液を吸引吐
出できる３本のピペッタがアーム８Ａの先端についてい
る。

【００２４】洗浄器１１、サンプルピペッタ８、スライ
ダ１０、試薬分注器６の詳細構成は、従来、米国特許４
４５１４３３に開示されているものと同様のものであ
り、詳細な説明は省略する。

【００２５】上記構成の自動分析装置の動作を以下に説
明する。ターンテーブル３ａ，３ｂ，３ｃは、それぞれ
に載置された測光セル４の中心がサンプルピペッタ８の
直下になる位置で停止している。まず、サンプルピペッ
タ８のアーム８Ａが支点８Ｂを中心に回転して、スライ
ダ１０上の１組の試料ボトル９の上で降下する。サンプ
ルピペッタ８は、３本の試料ボトル９から同時に試料を
吸引して上昇し、ターンテーブルに載置された測光セル
４の上まで回転する。次いでサンプルピペッタ８が、３
本（ターンテーブル３ａ，３ｂ，３ｃの各１本）の測光
セル４に一定量ずつ試料を吐出すると、ターンテーブル
３ａ，３ｂ，３ｃは同時に一定角度回転し、別の測光セ
ル４がサンプルピペッタ８の下に来る。試料の吐出とタ
ーンテーブルの回転を繰り返して分析項目数の組の測光
セルに一定量ずつ３種類の試料が注入される。このと
き、サンプルピペッタ８は１組の測光セルに試料を注入
するごとに試料ボトル９から試料を吸引するようにして
もよいし、複数組の測光セルに試料を注入したのち、試
料ボトル９から試料を吸引するようにしてもよい。

【００２６】ターンテーブル３ａ，３ｂ，３ｃが更に回
転し、試薬分注器６の下に試料の分注された測光セル４
が搬送されると、試薬分注器６は個々の測光セル４に試
薬ボトル７から選択吸引した試薬を一定量分注する。測
光セル４の中では、試料と試薬が混合されて反応液４０
となり、試料と試薬の反応が行われる。測光セル４は恒
温槽５ａ，５ｂ，５ｃの恒温液４１中にあるので、温度
が一定に保たれており、反応速度が一定である。

【００２７】さらに、ターンテーブルが回転し、測光セ
ル４が分光ユニット１５ａ、１５ｂ、１５ｃをそれぞれ
通過するときに分光測定が行われる。

【００２８】分光測定後、ターンテーブルはさらに回転
し、洗浄器１１から反応液４０が吸引排除され、さらに
洗浄液を注入吸引することで測光セル４の内部は洗浄さ
れ、最後に液が全て吸引されて空になる。

【００２９】上記一連の動作の間に、スライダ１０が動
いて別の試料ボトル９の組がサンプルピペッタ８の吸引
位置にセットされ、試料の吸引、注入、試薬の分注、測
定が行われる。こうして、連続的に３個ずつの試料につ
いて複数項目の分析が行われる。これらの動作はコント
ローラ２により自動的に制御される。

【００３０】図２は上記第１の実施例の分光ユニット１
５を含む分光測定部の構成を示す図である。図示の分光
ユニット１５は、恒温槽５の側壁下方に配置されて鉛直
上方に光束３０を出射する照射光源２１と、恒温槽５の
側壁付近の前記光束３０の光軸上に配置され該光束３０
を直角に反射して恒温槽５の壁面を通して内部の測光セ
ル４に入射させるミラー２６と、該ミラー２６と前記照
射光源２１を結ぶ前記光軸に４５度の角度をなして配置
されたビームスプリッター２５と、前記ミラー２６と測
光セル４及び恒温槽５を挟んで対向する位置に配置され
前記ミラー２６で反射されて測光セル４を透過してきた
光束を同じ光路に反射するミラー２７と、該ミラー２７
と恒温槽５の外壁面の間に配置された波長板２８と、前
記ビームスプリッター２５で反射された光束が入射する
位置に配置されたフォトダイオード２９と、を含んで構
成されている。

【００３１】照射光源２１は単色の、直線偏光の光束を
出射するものである。照射光源２１から出射した光束３
０の光路を直角に反射するミラー２６があり、折り返し
た光束が恒温槽５、測光セル４を透過した先でミラー２
７で１８０度反射するようになっている。恒温槽５と測
光セル４の光束が入射する面は、透明で平坦な材質でで
きている。恒温槽５内の恒温液４１は一定温度に制御さ
れた、正常な透明液体である。

【００３２】ビームスプリッター２５は偏光成分により
透過光と反射光の比率が変化するタイプのもので、波長
板２８は直線偏光を円偏光に、円偏光を直線偏光に変換
するものである。

【００３３】照射光源２１からでた光束３０は、ビーム
スプリッター２５に対して最も透過率が高い偏光成分を
もっており、大部分が透過して直進し、ミラー２６に入
射する。ミラー２６に入射した光束３０は、このミラー
２６で直角に反射されて恒温槽５の壁面を通って測光セ
ル４の反応液４０に入射する。反応液４０を透過した光
束は測光セル４と恒温槽５の壁面を通って波長板２８を
通過し、波長板２８で円偏光に変換される。円偏光に変
換された光束はミラー２７に入射して反射され、再び波
長板２８を通過する。光束は今度は元の光束と直交する
成分をもつ直線偏光に変換される。再び測光セル４、恒
温槽５を透過した光束はミラー２６で直角に反射され、
ビームスプリッター２５に入射する。ビームスプリッタ
ー２５では光束の大部分が反射されて、フォトダイオー
ド２９の受光面に入る。

【００３４】フォトダイオード２９に入射する光は、測
光セル４内の反応液４０を２度通過しており、反応液に
よる光の吸収を受けて減衰した光である。ターンテーブ
ルに載置された測光セル４のなかには、反応によって生
成される減衰要素を含まない液体が注入されている参照
セルがあり、この参照セルを透過した光束を検出して得
られた基準データと、前記減衰した光束を検出して得ら
れた光強度の情報がアナライザ１４で分析され、結果が
出力される。

【００３５】この実施例の場合は、光束が２度反応液４
０の中を通過するので、十分な精度で分析するために必
要な光の吸収量を得るための反応液の厚さが光束が１回
だけ通過する場合の半分ですむ。したがって、反応液４
０の厚さが小さくて済む。また、測光セル４の断面は正
方形であるため、厚さと共に幅も半分ですむ。したがっ
て、測光セル４が厚さ、幅共に半分の大きさのために、
測光セル４を載置すべき半径位置でのターンテーブルの
周長はこれまでの半分で十分であり、したがってターン
テーブルの直径も半分で済み、装置の小型化が可能であ
る。

【００３６】また、測光セル４の厚みが半分になるのに
伴い、ターンテーブルを小型化することで、小出力の駆
動装置でも回転の速度を上げることができるので、分析
時間を短縮できる。

【００３７】また、測光セル４の断面が正方形のため、
内部での流れがスムーズになり、試薬と試料の混合、反
応が効果的に行われ、洗浄も効果的に行われる。

【００３８】また、照射光源２１とフォトダイオード２
９が恒温槽５の下に配置され、恒温槽５の横には小さい
ミラー２６とミラー２７及び波長板２８が配置されてい
るのみであるので、複数のターンテーブルを同軸に並べ
て設置することができる。この実施例では３列のターン
テーブルであるが、更に増やすことも可能である。複数
のターンテーブルを同軸で並べることにより、装置が小
型化され、また複数試料の分析が同時に行え、分析時間
を短くすることができる。

【００３９】また、測光セル４の厚さ、幅が半分ですむ
ので、反応液の量は１／４以下でよく、必要な試料、試
薬の量は１／４以下となる。したがって試薬の消費量が
減らせる。同様に洗浄液の必要量も１／４以下でよい。
必要な試薬量が少ないため、試薬ボトル７を小さくする
ことができ、装置の小型化が図れる上に、冷却器１６の
能力も小さくてすむ。

【００４０】また、ターンテーブルおよび試薬ボトルを
小型化することで、試薬ボトル７と試薬分注器６を結ぶ
配管の長さを短くすることができる。この配管は、冷却
器１６の外になるため、配管内に残った試薬は早く劣化
するが、配管が短いために劣化する試薬の量を少なくす
ることができる。

【００４１】また、この実施例の場合、直線偏光の照射
光源２１とミラー２７を用いているために、光束３０が
ビームスプリッター２５を最初に通過する際と反射して
戻ってくる際に偏光成分が９０度回転しており、２５に
より行きにはほとんど透過、帰りにはほとんど反射する
ため、光量の損失が少ない。また、恒温槽５や測光セル
４の壁面で反射して戻ってくる光束は偏光成分が回転し
ていないために、ビームスプリッター２５でほとんど透
過するので、フォトダイオード２９には入射せず、分析
の妨げとならない。従って、光強度の検出を高い分解能
で行うことができ、高い精度の分析が可能である。

【００４２】また、本実施例の場合、照射光源２１の出
射する光束は単色であるため、回折格子などの分光素子
を用いなくとも、特定波長に対する光吸収の分析が行え
るため、装置構成が単純であり、小型化低コスト化が可
能である。

【００４３】なお、本実施例では、ターンテーブルを３
重に配置し、各ターンテーブルに分光ユニットが１組づ
つ配置されているが、ターンテーブル１組に対し、複数
組の分光ユニットを配置してもよい。このような配置と
すれば、各分光ユニットがそれぞれ特定の波長の光を照
射するようにしておくことにより、１個の測光セルに入
った反応液に対し、複数の波長の光束による測定を行う
ことができ、使用する試料や試薬の量をさらに減らすこ
とができる。

【００４４】図３は本発明の第３の実施例の分光測定部
の構成を示す図である。図示の構成では、恒温槽５、タ
ーンテーブル３及び測光セル４等は前記図２のものと同
一構成である。分光ユニットは、恒温槽５の斜め下方に
配置され恒温槽５の外壁面に向かって斜め上方に光束３
０を出射する照射光源２１と、恒温槽５の外壁面近傍の
前記光束３０の光軸上に配置され入射する光束を屈折さ
せて該外壁面にほぼ直角に入射させる波長分散素子であ
る分散プリズム３１と、該分散プリズムと恒温槽５を挟
んで対向する位置に配置され測光セル４を透過してきた
光束を反射するミラー２７と、前記照射光源２１と前記
分散プリズム３１とを結ぶ光軸上に該光軸と４５度の角
度をなして配置され入射する光を直角に反射するビーム
スプリッター２５と、このビームスプリッター２５で反
射された光を受光して光電変換するフォトダイオードア
レイ２４と、を含んで構成されている。

【００４５】この場合は照射光源２１は白色光源であ
り、幅広い波長成分をもつ。ビームスプリッター２５
は、入射光のうち半分を透過し、半分を反射する。フォ
トダイオードアレイ２４は光強度の分布を測定できる。

【００４６】この実施例の場合は、照射光源２１から平
行ビームとして出射した光束３０が分散プリズム３１で
波長毎に角度をもって広がって測光セル４を通過する。
測光セル４を通過した光束は、ミラー２７で反射されて
再び測光セル４を通過した後、再び分散プリズム３１に
入射し、ここでまた角度を広げられ、ビームスプリッタ
ー２５に入射する。ビームスプリッター２５に入射した
光束は、ここで反射されてフォトダイオードアレイ２４
の検出面上に入射する。検出面上の照射強度分布は、波
長毎の分布を表わす。フォトダイオードアレイ２４によ
り検出した照射強度分布から、複数の波長に対する反応
液４０の吸収率の情報が得られる。分析に用いる試薬の
種類と、分析対象の成分により、吸収率の変化する波長
は異なるが、この実施例の場合には、１つの分光測定部
で必要な波長による分析結果を選択できるし、複数の波
長による分析にも対応できる。また、分散プリズム３１
を２回光束が通過するので、波長による分散が２回行わ
れ、フォトダイオードアレイ２４上での波長による広が
りが大きくなり、波長の分解能が高い正確な測定が可能
である。

【００４７】図４は本発明の第３の実施例の分光測定部
の構成を示す図である。図３の場合と異なるのは、波長
分散素子として、分散プリズムの代わりに回折格子３２
を用いていることで、恒温槽５、ターンテーブル３、及
び測光セル４等の構成は前記図３の場合と同じである。
本実施例の分光ユニットは、恒温槽５の壁面下方に配置
されてほぼ鉛直上方に光束３０を出射する照射光源２１
と、恒温槽５の外壁面近傍の前記光束３０の光軸上に配
置され入射する光束を反射して該外壁面にほぼ直角に入
射させる波長分散素子である回折格子３２と、該回折格
子３２と恒温槽５を挟んで対向する位置に配置され測光
セル４を透過してきた光束を反射するミラー２７と、前
記照射光源２１と前記回折格子３２とを結ぶ光軸上に該
光軸と４５度の角度をなして配置され入射する光を直角
に反射するビームスプリッター２５と、このビームスプ
リッター２５で反射された光を受光して光電変換するフ
ォトダイオードアレイ２４と、を含んで構成されてい
る。本実施例によれば、回折格子を用いることにより更
に高い波長分解能での分析が可能である。

【００４８】図５は本発明の第４の実施例の分光測定部
の構成を示す図である。図示の分光ユニットは、測光セ
ル４の斜め下方に配置されほぼ鉛直上方に光束３０を出
射する照射光源２１と、該照射光源２１の直上の前記光
束３０の光軸上に配置されたレンズ３７と、前記光束３
０の光軸上でかつ前記測光セル４の反応液収容部分の水
平横方向に配置され下方から入射する光束３０を反射し
て測光セル４にほぼ水平に入射させるミラー３５と、ミ
ラー３５で反射されて測光セル４を透過した光束が入射
する位置に配置され入射した光を反射して再び前記測光
セル４に入射させるミラー２７と、このミラー２７に測
光セル４を挟んで対向する位置に配置され測光セル４を
透過してきた光をほぼ鉛直下方に反射するミラー２６
と、このミラー２６で反射された光の光軸上に配置され
たスリット３６と、前記ミラー２６で反射された光の光
軸上のミラー２６とスリット３６を挟んで対向する位置
に配置され入射する光束を上方に反射する波長分散素子
である回折格子３２と、回折格子３２で反射された光を
受光して光電変換するフォトダイオードアレイ２４と、
を含んで構成されている。

【００４９】照射光源２１からでた光束３０は、レンズ
３７、ミラー３５を経て測光セル４を透過し、ミラー２
７で反射され、再び測光セル４を通り、ミラー２６で反
射されてスリット３６を通った後に、回折格子３２で反
射されてフォトダイオードアレイ２４に入射、検出され
る。レンズ３７は光束３０がスリット３６上で収束する
ように構成、配置されている。この実施例の場合には、
光束３０がスリット３６で絞られ、点光源として回折格
子３２で分散されて測光されるので、光束３０が広がり
を持っていても高い波長分解能で測定できる。また、波
長の分解能はスリット３６、回折格子３２、フォトダイ
オードアレイ２４で決まり、ミラー３５や測光セル４、
ミラー２７、ミラー２６の歪みや表面の傷等で光束が広
がったりした場合でも、光束の広がりの分はスリット３
６で除去できるので、表面精度の低い安価な要素を用い
ても高い精度の測定ができ、安価に装置を構成すること
が可能である。また、この場合には光束３０を反射する
ミラー３５が、ミラー２６と別に設けられているので、
独立に調整可能で、調整が単純化できる。この図では、
恒温槽を省略してあるが、恒温槽がある場合でも同じで
ある。

【００５０】図６は本発明の第５の実施例の分光測定部
の構成を示す図である。図示の分光ユニットは、恒温槽
５の側壁の下方に配置されほぼ鉛直上方に光束３０を出
射する照射光源２１と、該照射光源２１の直上の前記光
束３０の光軸上に該光軸と４５度の角度をなして配置さ
れたビームスプリッター２５と、前記光束３０の光軸上
でかつ前記恒温槽５の側壁の下部に接して配置され下方
から入射する光束３０を反射させて測光セル４に搬送系
の移動方向に垂直な面内で斜め上方に入射させる反射プ
リズム３３と、反射プリズム３３で反射されて測光セル
４を透過した光束が入射する位置に配置され入射した光
を同じ方向に反射して再び前記測光セル４に入射させる
キューブリフレクター３４と、前記反射プリズム３３方
向からビームスプリッター２５に入射した光が反射され
る方向に配置されたフォトダイオード２９と、を含んで
構成されている。恒温槽５、ターンテーブル３及び測光
セル４等は前記図２のものとほぼ同一の構成であるが、
恒温槽５の壁面にキューブリフレクター３４と、前記反
射プリズム３３が装着されている点が異なる。

【００５１】この場合は、反射プリズム３３で反射し、
測光セル４に対して斜め方向に光束３０を透過させ、キ
ューブリフレクター３４により逆方向に光束を反射す
る。この実施例の場合には、光束が反応液４０の中を測
光セル４の厚さ方向に斜めに２度通過するので、厚さ方
向に平行に光束が通過する場合に比べて光路長が長くな
る。そのため、分析に必要な光路の長さを確保するため
に必要な測光セル４の厚さを更に薄くすることができ、
更に装置の小型化をできる効果がある。また、この実施
例の場合には、光束の反射にキューブリフレクター３４
を用いているので、光束がどんな角度で入っても逆方向
に反射することができ、角度の微細な調整を行う必要が
なく、組み立て調整が単純化できる。また調整用のスペ
ースが不要なため、装置を小型化できる効果がある。ま
た、この図のように、恒温槽５の外面に、反射プリズム
３３及びキューブリフレクター３４を直接取り付けるこ
とで、間の空気層を無くし、光束の反射による損失を小
さくする効果がある。恒温槽５を用いないで、測光セル
４の外面にキューブリフレクター３４を取り付けた構成
も可能である。

【００５２】なお、これまでに述べた各実施例において
は、測光セル４はターンテーブルに載置された状態での
水平方向断面がほぼ四角形であることを述べたが、測光
セル４は、この四角形の各辺が、ターンテーブルの周方
向もしくは半径方向に平行になるようにターンテーブル
に載置されている。特に、周方向に平行になる面はでき
るだけ互いに平行な面としておくのが望ましい。

【００５３】図７は本発明の第６の実施例の分光測定部
の構成を示す図である。本実施例において使用されてい
る測光セル４は、これまでに説明した実施例で使用され
ている測光セルと異なり、上部に階段状になった段差部
４Ａが形成され、反応液４０はこの段差部４Ａより高い
位置まで注入されている。また、測光セル４の前記段差
部４Ａ及び底面は透明な材料で構成されている。

【００５４】図示の分光ユニットは、測光セル４の段差
部４Ａの上方に配置され鉛直下方に光束３０を出射する
照射光源２１と、該照射光源２１と測光セル４を挟んで
対向する位置に配置され鉛直に測光セル４を透過してき
た光束３０を鉛直上方に反射して再び同じ経路で測光セ
ル４を透過させるミラー２７と、照射光源２１から出射
された光束３０の光軸上に該光軸と４５度の角度をなし
て配置され測光セル４を透過してきた光束を直角方向
（水平方向）に反射するビームスプリッター２５と、ビ
ームスプリッター２５で反射された光束が入射する位置
に配置されたフォトダイオード２９と、を含んで構成さ
れている。

【００５５】この場合は、照射光源２１及びフォトダイ
オード２９を測光セル４より上に設置し、測光セル４に
対して上から光束３０を照射し、測光セル４の下に設置
したミラー２７から反射した光束を検出する。測光セル
４には、上部及び下部に透明な面を有し、上下の透明面
を光束３０が通る。この実施例の場合には、測光セル４
の側方には光学部品が配置されないので、装置構成が単
純化できる。特にターンテーブルを多列化する場合、タ
ーンテーブル相互の間にミラーを入れる必要がないの
で、ターンテーブルの半径方向間隔を狭くして配置する
ことができる。また、恒温槽をターンテーブル毎に別々
に設けず、共通化することができるので、更にターンテ
ーブル相互間の半径方向間隔を狭めることができる。ま
た、本実施例の場合には、反応液４０を深さ方向に光束
が通過するので、測光セル４の横幅を小さくしても光束
が通過する距離は減らない。従って、測光セル４の横幅
を小さくして、装置の小型化と、試料、試薬の使用量の
減少を可能にする効果がある。また、この実施例の場合
には、光束を反応液４０の上から照射しながらも液面を
通さないので、反応液の量の差や液面の揺れの影響を受
けずに常に一定の光束の通過長さを保つことができ、高
精度の分析が可能である。

【００５６】図８は本発明の第７の実施例の分光測定部
の構成を示す図である。本実施例は、分光ユニットの構
成配置は、前記第６の実施例の場合と同じであるが、測
光セル４の構成が異なっている。図の測光セル４は、タ
ーンテーブルに載置された状態の測光セル４を、ターン
テーブルの円周面に平行な面で切断して示したもので、
底面の高さがターンテーブルの周方向位置で直線的に変
化している。図の矢印はターンテーブルの回転方向を示
している。

【００５７】この場合も、照射光源２１及びフォトダイ
オード２９を測光セル４より上に設置し、測光セル４に
対して上から光束３０を照射し、測光セル４の下に設置
したミラー２７から反射した光束を検出する。図７と異
なるのは、反応液４０の自由液面を通して光束３０が入
射することと、測光セル４が進行方向に沿って深さが徐
々に変化することである。本実施例の場合、透過光の測
定は、ターンテーブルを回転させつつ断続的に行われ
る。

【００５８】図９は、図８の装置の、フォトダイオード
２９で検出される透過光強度の時間変化を示したグラフ
である。横軸は時間で、縦軸は透過光強度であり、特性
６１、６２はそれぞれ反応液４０の量が少ない場合、及
び多い場合の透過光の時間変化を表す。透過光強度は反
応液４０により減衰した光束３０の強度であり、光束通
過の長さが異なると透過光強度が異なる。この場合は測
光セル４の反応液４０の深さが時間の経過（ターンテー
ブルの回転）とともに減少しているので、透過光強度は
時間と共に増加する。反応液４０の量が正確に同じでな
い場合、同じ濃度でも透過光強度は異なり、図の特性６
１、６２のように差が出る。これを時刻Ａ及び時刻Ｂの
最低２回検出し、透過光強度の変化を演算し、そのタイ
ミングの測光セル４の底面の高さの差の情報を用いて演
算して、反応液４０の量の影響を除いた濃度の分析を行
う。つまり、測光セル４の底面のターンテーブル周方向
の傾斜角は既知であり、ターンテーブルの回転速度も既
知であるから、時刻Ａと時刻Ｂの時間差から、測光セル
４の底面の高さの差を知ることができる。

【００５９】この実施例では、反応液４０の量が不正確
でもその影響を補正した結果が得られるので、精度の高
い分注手段を用いなくても高精度の分析が行える。ま
た、測光セル４の形状が単純であるので、洗浄が効果的
に行える。また、深さが直線的に徐々に変化しているの
で、透過光強度の信号も徐々に変化し、複数のタイミン
グでの検出が容易に行える。

【００６０】図１０は、本発明の第８の実施例の分光測
定部の構成を示した図である。図１０も前記図８と同じ
くターンテーブルの円周に平行な面での断面で示され、
図８の場合と異なるのは、測光セル４の底部にターンテ
ーブルの円周方向の位置によって高さの異なる２ヶ所の
平坦な部分がある点であって、分光ユニットの構成その
ものは同じである。透過光強度を示す特性６１、６２
は、図１１に示したように、時刻Ａ及び時刻Ｂの前後が
平坦になっている。この実施例の場合は、測光のタイミ
ングが多少ずれても透過光強度は変化しないので、精度
の高い分析が可能である。また、透過光検出の期間を長
くすることができるので、ノイズの影響を除いた高精度
分析が可能である。

【００６１】図１２は本発明の第９の実施例の分光測定
部の構成を示す図である。本実施例における分光ユニッ
トの構成は、図７に示した構成を上下逆にしたものであ
り、ミラー２７が、段差部上方に配置されている。この
場合は、照射光源２１及びフォトダイオード２９が測光
セル４より下に設置され、測光セル４に対して下から光
束３０が照射される。、測光セル４を下から上に向けて
段差部を透過した光束は、測光セル４の段差部４Ａの上
方に設置されたミラー２７で反射され、測光セル４内の
同じ光路を下方に向けて逆行し、ビームスプリッター２
５でそれまでの光路と直角に反射される。ビームスプリ
ッター２５で反射された光束はフォトダイオード２９に
入射し、透過光強度が検出される。測光セル４には、前
記図７の場合と同様、上部の段差部水平面及び底面が透
明な面を有し、上下の透明面を光束３０が通る。

【００６２】この実施例の場合には、測光セル４の側方
には光学部品が配置されないので、装置構成が単純化で
きる。特にターンテーブルを多列化（環状のターンテー
ブルを複数個、ターンテーブル面を同じ高さにして同心
状に配置）する場合、列と列の間にミラーを入れる必要
がないので、ターンテーブルの半径方向間隔を狭くする
ことができる。また、恒温槽をターンテーブル毎に別々
に設けず、共通化することができるので、更にターンテ
ーブル相互間の間隔を狭めることができる。また、本実
施例の場合には、反応液４０を深さ方向に光束が通過す
るので、測光セル４の横幅を小さくしても光束が通過す
る距離は減らない。従って、測光セル４の横幅を小さく
して、装置の小型化と、試料、試薬の使用量の減少を可
能にする効果がある。また、この実施例の場合には、光
束を反応液４０の自由液面を通さないので、反応液の量
の差や液面の揺れの影響を受けずに常に一定の光束の通
過長さを保つことができ、高精度の分析が可能である。

【００６３】図１３は本発明の第１０の実施例の分光測
定部の構成を示す図である。図示の分光測定部が、図１
２の場合と異なるのは、ミラー２７が測光セル４の上方
に設置された駆動機構３８に取り付けられており、測光
セル４が測定部に入ってきたら、下降して反応液４０の
中に入るようにしてあることと、測光セル４には段差部
が設けられていないことである。測定後、ミラー２７は
上昇して、図示しない洗浄機構で洗浄される。

【００６４】この実施例の場合は、ミラー２７を反応液
４０の中の所定の高さまで降下させるので、反応液の量
の差や液面の揺れの影響を受けずに常に光束の通過長さ
を一定の値に保つことができ、高精度の分析が可能であ
る。

【００６５】なお、これまでに述べた各実施例では、タ
ーンテーブル、洗浄器、試薬分注器、サンプルピペッ
タ、冷却器、スライダ、アナライザ、コントローラ等
は、特に説明しないかぎり、第１の実施例と同一の構成
である。

【００６６】図１４は本発明の第１１の実施例の要部構
成を示す平面図である。図示の自動化学分析装置は、搬
送系を構成する閉ループをなしたコンベア４３と、該コ
ンベア４３の上に１列に載置された測光セル４と、コン
ベア４３の一部を上面から覆う形で配置された洗浄器１
１と、該洗浄器１１のコンベア進行方向下流側でコンベ
ア４３の外周側にコンベア４３と独立に配置されコンベ
ア４３上の測光セル４に到達できるように構成されたサ
ンプルピペッタ８と、該サンプルピペッタ８のそばに配
置され試料ボトル９を１列に置けるようになっているス
ライダ１０と、前記サンプルピペッタ８のコンベア進行
方向下流側に配置されコンベア４３上の測光セル４に所
定量の試薬を注入する試薬分注器６と、複数の試薬ボト
ル７を収納し試薬分注器６に配管で結ばれている冷却器
１６と、前記試薬分注器６のコンベア進行方向下流側に
コンベア４３の両側にまたがって配置された分光ユニッ
ト１５と、分光ユニット１５に信号線で接続されている
アナライザ１４と、洗浄器１１、サンプルピペッタ８、
スライダ１０、試薬分注器６及びコンベア４３に信号線
で接続されているコントローラ２と、を含んで構成され
ている。

【００６７】本実施例の分光ユニット１５は、図２乃至
図１０のいずれに記載されたものでもよいが、図７、図
８、図１０に記載された構成のものとするときは、ミラ
ー２７を分光ユニットから外し、測光セル４の底部に組
み込むか、あるいはコンベア４３の上面全体に亘って配
置する等の考慮が必要である。本実施例では、測光セル
を移動する搬送系として閉じたループをなすコンベア４
３が用いられているので、搬送系の形状が円形である必
要はなく、自由な形にできるから無駄な空間を減らし、
装置を小型化することができる。

【００６８】なお、上記各実施例では、ミラー２７はす
べて測光セル４の外部に配置されているが、測光セル４
それぞれの外壁面、底面外面あるいは段差部外面にミラ
ー面を内側に向けて密着させた構成としてもよい。内壁
面にミラー２７を装着することも理論的には可能である
が、ミラー面の汚れ等を考慮するとあまり好ましくな
い。

【００６９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば測光
セルを小さくし、コンパクトに配置することができるの
で、小型で試料および試薬の必要量の小さい自動化学分
析装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の平面図である。

【図２】図１に示す実施例の分光測定部の構成を示す断
面図である。

【図３】本発明の第２の実施例の分光測定部の構成を示
す断面図である。

【図４】本発明の第３の実施例の分光測定部の構成を示
す断面図である。

【図５】本発明の第４の実施例の分光測定部の構成を示
す断面図である。

【図６】本発明の第５の実施例の分光測定部の構成を示
す断面図である。

【図７】本発明の第６の実施例の分光測定部の構成を示
す断面図である。

【図８】本発明の第７の実施例の分光測定部の構成を示
す断面図である。

【図９】図８の実施例の信号の時間変化を示す概念図で
ある。

【図１０】本発明の第８の実施例の分光測定部の構成を
示す断面図である。

【図１１】図１０の実施例の信号の時間変化を示す概念
図である。

【第１２図】本発明の第９の実施例の分光測定部の構成
を示す断面図である。

【図１３】本発明の第１０の実施例の分光測定部の構成
を示す断面図である。

【図１４】本発明の第１１の実施例の分光測定部の構成
を示す断面図である。

【図１５】従来の分析装置の例を示す平面図である。

【符号の説明】

１ 自動化学分析装置 ２ コントローラ ３ ターンテーブル ４ 測光セル ５ 恒温槽 ６ 試薬分注器 ７ 試薬ボトル ８ サンプルピペ
ッタ ８Ａ アーム ８Ｂ 支点 ９ 試料ボトル １０ スライダ １１ 洗浄器 １２ 光源ユニッ
ト １３ 検出ユニット １４ アナライザ １５ 分光ユニット １６ 冷却器 ２１ 照射光源 ２２ レンズ ２３ 回折格子 ２４ フォトダイ
オードアレイ ２５ ビームスプリッター ２６ ミラー ２７ ミラー ２８ 波長板 ２９ フォトダイオード ３０ 光束 ３１ 分散プリズム ３２ 回折格子 ３３ 反射プリズム ３４ キューブリ
フレクター ３５ ミラー ３６ スリット ３７ レンズ ３８ 駆動機構 ４０ 反応液 ４１ 恒温液

フロントページの続き (72)発明者 山田 俊宏 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 (72)発明者 左藤 猛英 茨城県勝田市市毛882番地 株式会社 日立製作所 計測器事業部内 (72)発明者 内田 裕康 茨城県勝田市市毛882番地 株式会社 日立製作所 計測器事業部内 (56)参考文献 特開 昭63−285446（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−122958（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−135347（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−186153（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−168145（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−221922（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−26883（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−102048（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−311765（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−17449（ＪＰ，Ａ) 特表 昭63−502931（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 21/00 - 21/61 G01N 35/00 - 35/08 ＰＡＴＯＬＩＳ

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 分析対象の各種溶液を収納した測光セル
   を保持し、該測光セルを一定の速度で搬送するととも
   に、搬送、停止状態を繰り返す搬送系と、該搬送系の一
   部に隣接し前記測光セルに光を照射する位置に配置され
   た照射光源と該照射光源から照射され測光セルを透過し
   た光を受光して光電変換する光検出器とを含んでなる分
   光ユニットと、前記光検出器の出力信号を分析するアナ
   ライザとを備えてなる自動化学分析装置において、 前記分光ユニットは、前記照射光源から出射される光束
   の光軸上に配置されたビームスプリッターと、前記ビー
   ムスプリッターを出た光束の光軸上に配置され入射する
   光束を反射させて前記測光セルに搬送系の移動方向に垂
   直な面内で斜め上方に入射させる反射プリズムと、反射
   プリズムで反射されて測光セルを透過した光束が入射す
   る位置に配置され入射した光を同じ方向に反射して再び
   前記測光セルに入射させるキューブリフレクターと、前
   記反射プリズム方向からビームスプリッターに入射した
   光が反射される方向に配置された光検出器と、を含んで
   構成され、 前記光検出器は、測光セルを透過した照射光源からの光
   束が、前記キューブリフレクターで反射されて再び測光
   セルを透過したのち前記反射プリズムで反射され次いで
   ビームスプリッターを経てから該光束を受光するもので
   あることを特徴とする自動化学分析装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の自動化学分析装置にお
   いて、 照射光源から照射される光束が測光セル内を通過する経
   路が、搬送手段の搬送方向に垂直な面に平行で、かつ水
   平方向に対して傾斜していることを特徴とする自動化学
   分析装置。
3. 【請求項３】 分析対象の各種溶液を収納した測光セル
   を保持し、該測光セルを一定の速度で搬送するととも
   に、搬送、停止状態を繰り返す搬送系と、該搬送系の一
   部に隣接し前記測光セルの下方から光を照射する位置に
   配置された照射光源と該照射光源から照射され測光セル
   を透過した光を受光して光電変換する光検出器とを含ん
   でなる分光ユニットと、前記光検出器の出力信号を分析
   するアナライザとを備えてなる自動化学分析装置におい
   て、 前記分光ユニットは、前記測光セルの上方に配置されて
   測光セルを下方から上方に向かって透過した光を下方に
   向けて反射し、再び測光セルを透過させるミラーと、こ
   のミラーを測光セルの上方位置から測光セルに収納され
   た溶液の液面下に移動させる駆動手段とを含んで構成さ
   れ、 前記光検出器は、測光セルを透過した照射光源からの光
   束が、再び測光セルを透過したのち該光束を受光するも
   のであることを特徴とする自動化学分析装置。
4. 【請求項４】 請求項１〜３の内のいずれか１項に記載
   の自動化学分析装置において、分光ユニットが、測光セ
   ルの一方の側から光束を照射する照射光源と、前記測光
   セルの照射光源が光束を照射する側から出てきた光束を
   測光する光検出器と、前記照射光源から出射された光束
   が測光セルに入射する側と測光セルを挟んで相対する位
   置に配置されている光反射素子とを含んでなることを特
   徴とする自動化学分析装置。
5. 【請求項５】 請求項１〜３の内のいずれか１項に記載
   の自動化学分析装置において、 搬送系が複数の測光セルが環状に載置される回転可能な
   ターンテーブルを含んでなり、該ターンテーブルに載置
   された環状の測光セルのうちの１列を対象として設けら
   れた分光ユニットが複数個あることを特徴とする自動化
   学分析装置。
6. 【請求項６】 請求項４記載の自動化学分析装置におい
   て、 搬送系が、同心状に配置されそれぞれ複数の測光セルを
   環状１列に載置するとともに互いに独立して回転する複
   数のターンテーブルを含んでなり、それぞれのターンテ
   ーブルに載置された環状の測光セルを対象とするターン
   テーブルごとに独立した分光ユニットを設けたことを特
   徴とする自動化学分析装置。