JP4355059B2 - 分注動作の監視装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分注動作の監視装置、特に先端が第２液体中に浸漬された分注針からの第１液体の吐出しを監視する装置に関するもので、前記装置は光ビームによって第２液体を照射し得る光源、および第２液体から放射する光ビームを受光して受光した光の強度に相当する出力信号を発生する受光器を有する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、通過する目的物を検出するための、光源および受光器を有する遮光装置は一般に知られている。さらに、液柱内に含まれる気泡は、それらの光学的密度が液柱の光学的密度と異なることによって検出可能であることが知られている。したがって、液柱内の気泡は基本的に適当な遮光装置によって検出可能である。この目的の装置はたとえばＷＯ−Ａ−９７／３３１５４号明細書に記載されている。
【０００３】
液体解析用自動解析装置に関して、これらの液体が、分注針内への吸入およびそこからの吐出しによって、例えば、最少限１から２マイクロリットルの少量で処理されることが周知である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
解析処理において、針内の気泡発生は、そのような気泡が吐出される液体の量に強く影響し得るため、エラーの重大な原因を構成する。
【０００５】
従って本発明の主目的は、本明細書の導入部分に記載された種類の装置であって、解析誤差を防止するため高い制度で分注針内への液体の吸入およびそこからの吐出しを監視できる前記装置を得ることにある。本発明の別の目的は、この効果を非接触光学装置によって得ることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、この目的は前記受光器が連続的に強度信号を発生するように構成された上記種類の装置によって達成され、前記装置はさらに、
前もって決定された閾値を記憶する第１記憶装置、
受光器によって発生された強度信号およびそこから誘導される評価変数を記憶する第２記憶装置、および
前記評価変数を前記閾値と比較しその結果出力信号を発生する少なくとも一つの論理回路
を有する。
本発明による装置の好適な実施例は、従属項に記載されている。
【０００７】
本発明による装置によって得られる利点は、とくに、自動解析装置において、従来よりも実質的に一層信頼性がある測定を実施することができ、それによりそのような測定の情報内容および有用性を著しく改善し得ることである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施例を添付図面を参照して例示として一層詳細に説明する。
図１に示されたように、分注針１２は吐出されるべき第１液体１１を収容している。針１２は容器１３内に挿入され、その先端は第１液体１１とは異なる第２液体１４内に浸漬されている。吐出される液体１１は第２液体１４と混合するためのものである。分注針１２は可撓管１５に連結され、可撓管１５は圧力の変動によって液体の吐出しと吸入を個々に制御することができる。分注針１２は最少量１マイクロリットルのサンプル液体１１を吐出する。
【０００９】
可撓管１５は、容積が明瞭に確定できる第１液体１１上に分離気泡１７を収容し、分離気泡１７は第３の補助液体１６から第１液体１１を分離し、補助液体１６は常に分注針１２の上部に存在して水圧作用を呈している。針１２の先端は保護気泡２７を収容し、保護気泡２７は第１液体１１まで延長して実際上分注針１２の内部を外部から分離して第１液体１１の一部の突然の吐出しを防止する蓋の作用をしている。
【００１０】
図１に示された装置は、光源１８、たとえば近赤外範囲の（たとえば約９００ｎｍの波長の）光ビームを射出するＬＥＤ（発光ダイオード）、ならびに関連する受光器２０を有する。受光器２０は電子検出回路２２に接続されている。光ビーム１９は比較的大きいかつ斜めのヒームの形式で容器１３およびその中に収容されている液体１４を通過し、そこで気泡発生の際気泡壁における全反射は、受光器２０によって受光される光強度の大きい変化をもたらす。いかなる干渉性の背景からの輻射をも除去するため、受光器２０はスクリーン２１によって外部から遮蔽されている。このようにして、針１１によって第２液体１４内に吐出される最少の個々の気泡でさえもそれらがゆっくり上昇する間に検出することができる。
【００１１】
図２は、二つの異なった場合での、時間ｔの関数として受光器２０によって得られる出力信号／強度信号の典型的な挙動を示す。意図した通常の場合、所要量の第１液体１１には、液体が分注針１２に収容されるとき気泡は存在しない。実線２８はこの場合の出力信号Ｕの通常の経過を示す。吐出し操作の開始後保護気泡２７の吐出しに相当する、小さい深さの第１の局部的極小値３１が現れる。続く局部的極大値３２は、第１液体１１の吐出しに相当する。液体１１が完全に分注針１２から吐出されるや否や、分離気泡１７の一部が続き、これにより第２の一層深い極小値３３を生ずる。
【００１２】
破線２９は第２の具合の悪い場合における出力信号Ｕの典型的な挙動を示し、液体はほとんどまたはまったく存在しないが、主に分注針１２から出る空気が第２液体１４に導入される。この第２の場合、ただ一つの極小値３４が現れ、その深さは第１の場合の主要極小値３３の深さとほぼ同一である。実際上、曲線Ｕ対Ｔは形状をどのようにも大きく変化することができ、それらは図２に示された曲線２８および２９の形状を混合したものにそれぞれ相当する。
【００１３】
図３は、検出回路２２のブロック線図を示す。この回路２２は、第１記憶装置４１および第２記憶装置４２ならびに二つの論理回路４３および４４を有する。検出回路２２は、受光器２０から測定された信号Ｕ_nを受信し、線４５上に制御信号ＥまたはＦを出力する。
【００１４】
記憶装置４１には、図２に示された典型的な強度対時間線図に相当する基準値が記憶されている。これらの基準値は好適には閾値Ｓとして役立つ。
【００１５】
記憶装置４２には、強度値すなわち分注針１２からの液体１１の吐出しの途中で検出された測定値Ｕ_n（ｎ：連続番号）が連続的に記憶され、そこで各一連の測定値は処理時に常に利用可能である。静的変化を混乱する作用を減少するため、記憶装置４２に記憶された測定値Ｕ_nは好適には濾波された測定値で、濾波作用は例えば５個の連続した個々の値を平均することによって得られる。
【００１６】
第１論理回路４３は好適にはかつ連続的に、連続した（多分濾波された）測定値Ｕ_nから、差値ｄＵ_n＝Ｕ_n−Ｕ_n-1を演算する。これらの差値と時間差ｄｔの商すなわちｄＵ_n／ｄｔは、図２に示された曲線の各傾斜に相当する。これらの傾斜、とくにそれらの平均値およびそれらの時間的位置は、すでに重大な推論に帰結する。しかしながら、さらに、一連の差値ｄＵ_nも各強度対時間線図の極小値および極大値のいずれか一方または双方を決定することができ、強度値自体も極限点（極大点または極小点）における関連する強度を決定できる。例として、図４は傾斜ｂ₁₂＝ｔ₁とｔ₂との間に含まれる極小値に対する（ｄｕ／ｄｔ）を示している。極限点に関する傾斜は第１評価変数Ｂ_m（ここにｍ＝１，２，３，等）を構成する。好適な実施例において、極限点における強度値も評価変数Ｂ_mとして使用可能である。
【００１７】
積分値Ａが別の評価変数を得るため使用される。このため、図２による強度対時間線図によって画定される面が決定される。図４は図２の線図に相当する各線図を示す。積分値Ａ_mは、時間ｔ₁に始まり所定時間Δｔ後に終点ｔ₃に終わる各線図曲線上方の面に相当する。積分値Ａ_totは、上記の点ｔ₁および時間Δｔによって画定される関連する長方形の面に相当する。これらの各積分値の比率Ａ_m／Ａ_totは付加的評価変数を構成する。
【００１８】
第２論理回路４４において、各評価変数は第１記憶装置４１において利用し得る閾値と比較される。下記に記載される基準が満足されるや否や、論理回路４４は終了信号Ｅまたはエラー信号Ｆを線４５上に発生する。
【００１９】
好適な実施例において、論理回路４３，４４および記憶装置４１，４２は、それらがゼロ点調節を実施し得るように構成されている。
【００２０】
検出回路２２は通常のように、たとえば演算増幅器を使用する、個々の回路から構成することができる。しかしながら、好適な実施例において、検出回路２２は関連する記憶装置を含むプログラム制御処理装置であり、論理回路４３，４４は特殊な直列に接続されるプログラムルーチンによって実現される。
【００２１】
この点において、図５は検出回路２２の全機能を示すきわめて簡単な流れ図を示している。受光器２０によって発生された強度値Ｕ_nは、記憶装置４２に未処理テータとして記憶される。第１処理段階において、それらは上記評価変数Ｂ_m，Ａ_m／Ａ_totを演算するのに役立つ。その後、基本的に二つの決定段階が、主として第１評価変数Ｂ_mが記憶された閾値Ｓによって決定される状態に相当するか否か、また積分値の比率Ａ_m／Ａ_totが別の閾値Ｓ _m を超過していないかを決定するために、実施される。もし決定がエラーのない分注の状態に相当すると回答するならば、正の終了信号が発生する。そうでなければ、エラーが発生しているかも知れず、この場合エラー信号Ｆが得られる。このエラー信号Ｆは、ハードストップ信号または分注工程の反復をトリガする。
【００２２】
本発明による装置を完全に作動するため、閾値Ｓは比較し得るサンプルによって前もって決定されるものと理解される。さらに、ゼロ点調節が少なくとも各初期化の後に必要である。これにより、第２液体１４の容積差および透明度差、液体１１および／または１４の屈折率および/または粘性の差、容器１３の容積差のような、外乱要因を除去または最小にする。
【００２３】
本発明による装置の有利な特性は、主として、多数の一連の測定結果の知的評価よりなる、ほぼ動的の原理の結果である。さらに、二つの異なった種類の値、すなわち一つは傾斜ｄＵ_n／ｄｔおよびもう一つは積分値Ａ、が使用されることは重要である。起り得るエラーを検出する可能性は、それによりいちじるしく増大する。
【００２４】
光源１８および受光器２０の物理的構造に関連する、ならびに検出回路２２による信号の処理に関連して様々な変形態様は、記載された発明の範囲内において可能である。そのような変形態様はたとえば選択された構造またはそれぞれ使用された光の波長、または比較されるデータの選択および検出、基本的流れ図等に適用される。
【００２５】
以上、要するに分注動作の監視装置、特に先端が第２液体１４に浸漬された分注針１２からの第１液体１１の吐出しを監視する装置を以上で説明した。装置は、その通路が第１液体１１の通路の横断方向である光ビーム１９の光源１８、および実際上受光した光の強度に相当する出力信号を発生する光ビームの終点における受光器２０を有する。受光器２０は測定された信号Ｕ_nに相当する強度信号を発生するように構成されている。
【００２６】
装置はさらに前もって決定された閾値Ｓを記憶する第１記憶装置４１、測定された信号_nに相当する瞬間的な強度信号およびそこから発生される評価変数Ｂ_m，Ａ_m／Ａ_totの第２記憶装置４２、および評価変数Ｂ_m，Ａ_m／Ａ_totを閾値と比較して、最終結果信号Ｅ，Ｆを発生することが可能な少なくとも一つの論理回路４３，４４を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置の基本的構造。
【図２】強度対時間特性線図。
【図３】受光器に接続された電子回路のプロック線図。
【図４】強度積分
【図５】流れ線図。
【符号の説明】
１１ 第１液体
１２ 分注針
１３ 容器
１４ 第２液体
１５ 可撓管
１６ 補助液体
１７ 分離気泡
１８ 光源
１９ 光ビーム
２０ 受光器
２１ スクリーン
２２ 電子検出回路
２７ 保護気泡
２８，２９ 出力信号Ｕ
３３，２４ 信号極小値
４１，４２ 記憶装置
４３，４４ 論理回路

Claims (2)

1. 先端が容器（１３）内の第２液体（１４）中に浸漬された分注針（１２）からの第１液体の吐出しを監視する方法において、
   光源（１８）から発せられる光ビーム（１９）によって第２液体（１４）が照射され、
   光ビーム（１９）が容器（１３）を通過し、更に第２液体（１４）の、容器の一方の内壁から反対側の内壁へ延在する領域を通過し、
   第２液体（１４）から発せられる光ビーム（１９）が受光器（２０）によって受光され、受光器（２０）は受光した光の強度に関連する強度信号（Ｕ）を出力信号によって発生し、
   測定された強度信号（Ｕ）が連続的に測定され且つ記憶され、
   評価されたデータが強度信号（Ｕ）の前記記憶された測定値から由来し、前記データは予め判明している閾値と比較されてその結果の信号を発生する方法。
2. 先端が容器（１３）内の第２液体（１４）中に浸漬された分注針（１２）からの第１液体と気泡の吐出しを監視する方法において、
   光源（１８）から発せられる光ビーム（１９）によって第２液体（１４）が照射され、
   光ビーム（１９）が容器（１３）を通過し、更に第２液体（１４）の、容器の一方の内壁から反対側の内壁へ延在する領域を通過し、
   第２液体（１４）から発せられる光ビーム（１９）が受光器（２０）によって受光され、受光器（２０）は受光した光の強度に関連する強度信号（Ｕ）を出力信号によって発生し、
   測定された強度信号（Ｕ）が連続的に測定され且つ記憶され、
   評価されたデータが強度信号（Ｕ）の前記記憶された測定値から由来し、前記データは予め判明している閾値と比較されてその結果の信号を発生する方法。

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