JP4054324B2 - 液中の気泡の検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体の化学的又は物理的パラメータを測定するための少なくとも１個の測定装置又はセンサを有し、液体、好ましくは試料液、品質検査液又は検定液で満たされた測定セル内の気泡、例えば空気泡の検出のための方法に関する。

液体、特に生体液例えば全血、血清、尿等で満たされた例えば血液ガス分析装置の測定セルでは、試料測定、検定又は品質検査の際に試料、品質検査又は検定の媒体が測定セルを十分に満たしていないか又はセンサの区域の液中に気泡例えば空気泡があれば問題が起こる。特に、多くの場合キャピラリー状の構造をしている、試料容積が小さい測定セルの場合は、空気泡が誤った測定をもたらすから、空気泡の有無について有効な検査を行わなければならない。

すでに米国特許第４，３５８，４２３Ａ号で、封入された空気泡の問題が指摘されている。空気泡は使用されるセンサの表面の十分な濡れを妨げるので、測定結果を歪めるのである。特に測定キャピラリーの充填過程又は測定セル内の試料の無気泡を自動的にチェックしなければならない自動式分析装置では、このようなエラーを認識する対策が必要である。米国特許第４，３５８，４２３号では問題の解決のために、測定セル内の少なくとも２個所の間で抵抗値を測定し、測定された抵抗の確認された値に従って測定セルの充填操作を制御する方法が提案される。

測定セルの全長の中に電気抵抗の測定のための３個の接点を設け、切換えスイッチによってそれぞれ１対の接点、即ち第１と第２の接点か又は第２と第３の接点を抵抗測定に使用する。測定セルの充填に空気泡が伴う場合は、まず第１と第２の接点の間に電気接続が生じるが、封入された空気泡によってこの電気接続が再び切断された後、第２と第３の接点の間の区間が導通になる。これから誘導された電気信号は、充填過程を中断するため及び障害の信号を送るために利用される。

ところが上記の方法では、測定通路又は測定キャピラリーの横断面の一部分のみを塞ぐ空気泡を有効に検出することができない。このような場合には、抵抗測定において測定信号が僅かな変動を示す。しかしこのような変動と、個々の試料の導電率の差異（例えばヘマトクリット値の相違に原因する）に基づく信号の変化とを区別することはできない。

国際出願ＷＯ ０１／３３１９５Ａ１には、液体が例えばｐＯ_２又はｐＣＯ_２センサと接触する、液中の気泡の検出装置が開示されている。センサの区域に気泡があるか否かを検査するために、測定セル内において第１の圧力値でガス濃度の第１の測定値を実施し、続いて測定セルの圧力を第２の圧力値に変更する。この第２の圧力値でもガス濃度を測定し、第２の測定値を得る。この第２の測定値と変化した圧力での予想値とを比較して、２つの値の差に従って気泡の存在を推定する。ＷＯ ０１／３３１９５Ａ１の方法の欠点は、適用がガスセンサの使用に限られていることである。空気泡が測定セルの別のセンサの区域にある場合は、この空気泡を上記の方法で検出することはできない。またガスセンサの区域にある空気泡が圧力の変化によって電極の感知範囲から移動してしまうことにより、測定結果を歪める更なる測定上の因子が現われることもあり得る。

最後に、液体の圧力、温度及び体積流量の測定装置を有し、高圧点と低圧点の間で流量を測定し、これから液体の気泡含量を計算する、流れる液体の気泡含量の動的測定のための装置が欧州特許第０４８４８７６B１号により周知である。この方法はおおむね圧力変化の結果生じる液体の体積変化が気泡含量に関係することを利用する。
米国特許第４，３５８，４２３号明細書 国際公開第０１／３３１９５号パンフレット 欧州特許第０４８４８７６号明細書

本発明の課題は、測定される液体中の気泡、特に空気泡の有無に関して、測定セルで使用されるセンサと独立して、迅速かつ正確な情報が得られるように、液体で充填された測定セル内の気泡の検出方法を改善することである。また追加的な検査が行われるにもかかわらず、慣用の測定手順をほとんど変えずに維持できるようにすることである。

この課題は本発明に基づき次のようにして解決される。即ち液体の導電率（又はインピーダンス、抵抗）又はそれから誘導された量を測定セル内において第１の圧力値ｐ_１で測定し、こうして第１の測定値Ｓ_１を検出し、測定セル内の圧力を変えて、少なくとも１つの第２の圧力値ｐ_２で液体の導電率又はそれに依存する量を測定し、こうして第２の測定値Ｓ_２を検出し、２つの測定値Ｓ_１及びＳ_２の比較から液中の気泡の有無を推定するのである。本発明に基づく方法は、液中に気泡があれば、圧力の変化によって液体の例えば導電率の変化が起こることを利用する。本発明に基づく方法はガスセンサの使用に限定されず、充填操作のチェックのために導電率測定用の電極をすでに装備している測定セルで極めて簡単に適用することができる。従って本発明に基づく方法は測定セルに更なる構成要素を組み込むことなく実現することができる。

本発明によれば、２つの測定値Ｓ_１及びＳ_２から標準化した差値、例えばΔＳ／Ｓ_１を算出し、しきい値と比較することによって液中の気泡の有無を推定することができる。

また測定値の比Ｓ_２／Ｓ_１を算出し、しきい値と比較することによって液中の気泡の有無を推定することが可能である。

測定セル内の圧力を変えた後に導電率又はそれに依存する量の測定値の時間的経過を測定し、時間的に外挿した値としきい値を比較することによって液中の気泡の有無を推定することが特に好ましい。必要ならば、こうして検出された測定値を測定区間外の時間的範囲に外挿することができる（例えば所定の曲線モデルを利用して）。

例えば標準化した差値ΔＳ／Ｓ_１に対するしきい値を設定しておき、値がしきい値よりも低くなったときに気泡の存在を指示することができる。分析装置の種類と基本設定によっては、例えば試料を廃棄し、自動的に新しい試料採取サイクルをスタートすることができる。

測定セル内の圧力を約１００〜３００ｍｂａｒだけ高めて第２の測定値にすることも可能であるが、本発明に基づく測定セル内の圧力変化を１００〜４００ｍｂａｒの範囲、好ましくは約２５０ｍｂａｒの圧力低下として行うならば、気泡検出を分析装置の通常の測定手順に特に具合よく統合することができる。具体的には、例えば測定セルの洗浄操作の開始を気泡検出のために利用することができる。

圧力を変えると、液柱の運動によって試料、例えば血液試料の導電率の変化が起こることがある。従って圧力の変更の後であって第２の測定値Ｓ_２の検出の前に待機時間を設けることが好都合である。

急速な圧力変化の際に液体のガス分圧の変化が起こらないようにするために、液中の気泡の検出を液体の化学的又は物理的パラメータの本来の測定の後に行うことが好都合である。

本発明によれば導電率又はそれから誘導された量の測定のために、測定セル入口と測定セル出口の電気接点を使用する。導電率又はそれから誘導された量を測定セル入口と測定セル出口の間の少なくとも１個の別の接点に関して測定することも可能である。その場合、測定セルの少なくとも２つの部分の導電率値を比較して、存在している可能性のある気泡の所在を確認することができる。

本発明により、測定される液体中の気泡、特に空気泡の有無に関して、迅速かつ正確な情報を得ることができる。

次に図面に基づいて発明を詳述する。

図１は試料液又は検定液Ｆで満たされた測定セル１の概略図を示す。測定セル１は例えば流量測定セルとして構成することができる。測定セル１は入口側に入口弁２、出口側に出口弁３を有し、試料の輸送はチューブポンプ４によって行われる。測定セル１は複数個のセンサ５〜８を有し、これらのセンサは測定セル１の中の液体Ｆと接触する。また測定セルは例えば欧州特許第０８１８６８２Ａ２号又は欧州特許第１０５４２５２Ａ２号で説明されているように、物理的又は化学的量例えばヘモグロビン濃度の測定のための光学装置を備えることもできる。

センサ６の感知面６’の区域に空気泡９が示されている。これが認識されなけばこのセンサの測定値を歪めることになる。測定セル１の入口側及び出口側に電気接点ＭＣＩ及びＭＣＯがあり、これらは評価・制御装置１０に接続されている。測定セル入口と測定セル出口の間、すなわち接点ＭＣＩ及びＭＣＯの間には、別の接点があってもよく、例えば接点ＭＣＣをセンサ５及び６の間に配置することができる。こうして導電率、電気抵抗又はそれから誘導された量の測定のために、どの接点の間で導電率を測定するかに応じて、測定セル１の全体又は測定セルの一部にわたる測定区間を得ることができる。上記の接点の配置は測定セルの液位測定にも適している。但しこれは本発明の主題ではない。

センサ５〜８を用いた試料液Ｆの本来の測定の後に、気泡の検出のためにいわゆる膨張検査を行う。具体的には、その場合弁２及び３を閉じた状態で、圧力ｐ_１（例えば大気圧）で第１の導電率測定値Ｓ_１を検出し、チューブポンプ４によって測定セルの前方に吸込み圧力を生じさせる。この圧力はポンプの運転時間と管路系の容積に応じて１００〜４００ｍｂａｒの範囲、好ましくは約２５０ｍｂａｒとする。次に吸込み側の弁３を開き、低圧を作用させる。次に例えば０．２秒の短い待機時間（圧力変動による液柱の運動を消滅させるため）の後に、測定セル内の圧力を低下させて導電率測定Ｓ_２”を、約０．５秒後に導電率測定Ｓ_２’を、最後にさらに０．５秒後に（弁２の開放から合計約１．２秒後に）導電率測定Ｓ_２を行なう。この最後の測定値Ｓ_２を基準となる測定値Ｓ_１と対比し、この商を評価する。

図２〜４のダイアグラムに示すように、変化した圧力ｐ_２での導電率を初期圧力ｐ_１での導電率Ｓ_１に対するΔ％値として、ΔＳ／Ｓ_１の形で表示することも可能である。

図２〜４のダイアグラムには、２つの測定値の標準化した差値ΔＳ／Ｓ_１（％）と時間の関係が描かれている。またしきい値ｋが記入されており、値がこれを下回れば空気泡又は気泡が存在することを示す。

図２には、空気泡がある（曲線ｍ）又は空気泡がない（曲線ｏ）品質検査液の測定の状況が示されている。明らかに曲線ｍでは、空気泡の存在に関して有意義とみなされるパーセント領域の導電率低下が認められる。

図３に血漿試料の例における対照測定を示す。ここでｍは気泡のある測定曲線、ｏは気泡のない測定曲線を表示する。

最後に図４は血液試料の測定状況を示す。この場合はまず気泡のある血液試料（ｍ）でも気泡のない血液試料（ｏ）でも導電率の上昇が認められる。使用した測定装置での導電率の上昇は、減圧によって引き起こされる液体の運動及びその結果生じる血液細胞の空間配置の変化によって誘起される。別の水性乳液や懸濁液でも同様な効果が予想される。気泡のない血液試料の測定値はしばらくして再び初期値に近づき、これに対して気泡のある血液試料の測定値はしきい値ｋ以下に低下する。測定曲線の時間的経過は、実際の測定範囲の外へ外挿することもできる。

液体で満たされた測定セル内の気泡の検出のための本発明に基づく方法の実施のための装置の図である。 空気泡が封入された又は封入されない種々の試料液及び品質検査液の測定ダイアグラムを示す。 空気泡が封入された又は封入されない種々の試料液及び品質検査液の測定ダイアグラムを示す。 空気泡が封入された又は封入されない種々の試料液及び品質検査液の測定ダイアグラムを示す。

Claims (14)

1. 液体の化学的又は物理的パラメータを測定するための少なくとも１個の測定装置又はセンサを有し、液体で満たされた測定セル内の気泡の検出のための方法において、液体の導電率、インピーダンス又は抵抗を測定セル内において第１の圧力値ｐ_１で測定し、こうして第１の測定値Ｓ_１を検出し、測定セル内の圧力を変えて、少なくとも１つの第２の圧力値ｐ_２で液体の導電率、インピーダンス又は抵抗を測定し、こうして第２の測定値Ｓ_２を検出し、２つの測定値Ｓ_１及びＳ_２の比較から液中の気泡の有無を推定することを特徴とする方法。
2. 気泡が、空気泡からなる請求項１に記載の方法。
3. 液体が、試料液、品質検査液又は検定液である請求項１に記載の方法。
4. ２つの測定値Ｓ_１及びＳ_２の標準化した差値、例えばΔＳ／Ｓ_１を算出し、しきい値と比較することにより液中の気泡の有無を推定することを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 測定値の比Ｓ_２／Ｓ_１を算出し、しきい値と比較することによって液中の気泡の有無を推定することを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 測定セル内の圧力の変化の後に導電率、インピーダンス又は抵抗の時間的経過を測定し、時間的に外挿した値としきい値を比較することによって液中の気泡の有無を推定することを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 測定セル内の圧力の変化を１００〜３００ｍｂａｒの圧力上昇として行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 測定セル内の圧力の変化を１００〜４００ｍｂａｒの圧力低下として行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
9. 測定セル内の圧力の変化を２５０ｍｂａｒの圧力低下として行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
10. 圧力の変化の後であって第２の測定値Ｓ_２の検出の前に待機時間を設けることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 液体の化学的又は物理的パラメータの本来の測定の後に液中の気泡の検出を行うことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 導電率、インピーダンス又は抵抗の測定のために測定セル入口及び測定セル出口の電気接点を使用することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 導電率、インピーダンス又は抵抗を測定セル入口と測定セル出口の間の少なくとも１個の別の接点に関して測定することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 測定セルの少なくとも２つの部分の導電率値、インピーダンス値又は抵抗値を比較して、気泡の所在を確認することを特徴とする請求項１３に記載の方法。

Images