JP4570511B2

JP4570511B2 - 水質分析前処理システム

Info

Publication number: JP4570511B2
Application number: JP2005143427A
Authority: JP
Inventors: 國好杉尾
Original assignee: 株式会社北海ケミカル
Priority date: 2005-05-17
Filing date: 2005-05-17
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2025-05-17
Also published as: JP2006322712A

Description

本発明は一般に、水質分析において前処理工程を実施するためのシステムに関する。より詳細には、本発明は、水質分析において検体から目的成分（特に、重金属等の金属類）を測定する際の前処理工程を自動的に実施するためのシステムに関する。本発明のシステムにおける水質分析には、溶出試験液の分析を含む、水質分析全般が含まれる。

水道法や下水分析法においては、水質の分析、特に、水に重金属等の金属類が含まれているか否かの分析を行うための方法や手順が規定されている。このような水質分析では、実際に水質分析を行うに先立って、検体を前処理する必要がある。従来、検体の前処理に際しては、検査員が、水道法や下水分析法に規定されている手順に従って、前処理の各工程（試薬の添加、煮沸、分注、濾過、計量等）をいわば手作業で行っている。

しかしながら、前処理の各工程を手作業で行うと、前処理に手間と時間がかかり、検査コストの高騰を招く一因になるという課題がある。また、非熟練者が前処理の各工程を手作業で行うと、検体の前処理を一定の精度で行うことできず、これにより高精度の分析を実施するのが困難になるという課題もある。

本発明は、このような状況に鑑みて開発されたものであって、水質分析全般における金属類の測定の際の前処理工程を自動的に実施することができる水質分析前処理システムを提供することを目的としている。

本願請求項１に記載の水質分析前処理システムは、分析しようとする検体を入れる第１容器を載せる第１容器載置パレットと、前記検体に試薬を添加するための試薬添加ユニットと、前記試薬が添加された検体が入っている容器を加温するための加温ユニットと、加温された検体が分注された第２容器を載せる第２容器載置パレットと、前記検体の重量及び／又は容量を計量するための計量ユニットと、前記第１容器載置パレットを前記試薬添加ユニット及び前記加温ユニットに搬送する第１搬送手段と、前記第２容器載置パレットを前記計量ユニットに搬送する第２搬送手段と、前記第１容器及び前記第２容器を把持し所要箇所に移動させるための１又は複数のロボットハンドと、前記ロボットハンド、前記第１及び第２搬送手段、前記試薬添加ユニット、前記加温ユニット、及び前記計量ユニットの作動を制御するための制御ユニットとを備え、前記試薬添加ユニットにおいて検体に試薬を添加し、前記加温ユニットにおいて検体を加温し、前記計量ユニットにおいて検体を計量することによって、前処理工程を自動的に実施するように構成されていることを特徴とするものである。

本願請求項２に記載の水質分析前処理システムは、前記請求項１のシステムおいて、前記試薬添加ユニットが、第１搬送手段よりも高い箇所に配置され、前記第１容器の開口の設置行数と同数の開口が設けられた試薬添加ステージと、前記開口と同数のノズルを有する試薬添加用ディスペンサとを有し、前記試薬添加ステージに容器を載せ、試薬添加用ディスペンサを前記開口の直上に水平方向に移動させて試薬を添加させるように構成されていることを特徴とするものである。

本願請求項３に記載の水質分析前処理システムは、前記請求項１又は２のシステムおいて、前記加温ユニットが、前記第１容器に被せるための蓋を供給する蓋供給装置を有し、前記蓋供給装置が、複数の蓋が載せられる昇降テーブルと、前記蓋が落下しないように案内するための案内部材と、前記昇降テーブルの雌ねじ部に噛み合うボールネジと、前記ボールネジを回転させる駆動手段とを有し、前記駆動手段を駆動させ、前記ボールネジを回転させることにより、前記蓋が載せられた昇降テーブルを昇降させることができるように構成されていることを特徴とするものである。

本願請求項４に記載の水質分析前処理システムは、前記請求項１から請求項３までのいずれか１項のシステムにおいて、前記計量ユニットが、検体の容量を計測し、規定の容量に不足している場合には純水を添加して規定の容量にするためのメスアップ装置を有し、前記メスアップ装置が、第２容器に純水を添加するためのディスペンサと、前記ディスペンサを昇降させるための第１昇降手段と、前記第１昇降手段を昇降させるための第２昇降手段と、撮影手段と、前記第２容器を前記ディスペンサの直下に移動させるための水平移動手段とを有し、検体が入っている第２容器が載せられている前記水平移動手段を前記ディスペンサの直下に移動させ、前記撮影手段により前記第２容器の標線を検索させるようにして前記第２昇降手段を昇降させ、次いで、前記第１昇降手段を昇降させて、前記ディスペンサのノズル先端を前記第２容器の上端に入れ、前記撮影手段で監視しつつ、所要量になるまで前記第２容器内に純水を添加するように構成されていることを特徴とするものである。

本発明のシステムによれば、水質分析における前処理工程を自動的に実施することができるので、迅速かつ廉価に検査を行うことが可能になる。また、本発明のシステムによれば、検体の前処理を一定の精度で行うことができるので、高精度の分析が可能になる。

次に図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態に係る水質分析前処理システムについて詳細に説明する。図１は、本発明の好ましい実施の形態に係る水質分析前処理システムの全体像を示した模式図である。図１において全体として参照符号１０で示される本発明の好ましい実施の形態に係る水質分析前処理システムは、分析しようとする検体を入れる第１容器１４を載せる第１容器載置パレット１２を備えている。第１容器載置パレット１２は、矩形のプレート１２ａに複数（図示される例では、５行×３列＝１５個）の開口１２ｂが設けられている。開口１２ｂの大きさは、第１容器１４が第１容器載置パレット１２の所定箇所からずれたり落下したりしないように、第１容器１４の下部が嵌まり込む程度に形成されている（図３（ｂ）参照）。なお、図示されている第１容器１４は、開放した上部が比較的幅広で閉鎖した下部が比較的幅狭の形態に形作られているが、第１容器の形態はこれに限定されるものではない。

水質分析前処理システム１０は又、検体に試薬を添加するための試薬添加ユニット２０を備えている。第１容器載置パレット１２は、第１搬送手段１６によって試薬添加ユニット２０に搬送されるが、試薬添加ユニット２０において検体に試薬が添加された後に第１容器載置パレット１２が後述する次の領域に容易に搬送されるように、試薬添加ユニット２０は、搬送手段１６が設けられている高さよりも高い箇所に配置されている（図２参照）。なお、試薬添加ユニット２０において添加される試薬は、塩酸又は硝酸である。また、第１搬送手段１６は、通常のベルトコンベアを用いてよい。

試薬添加ユニット２０は、試薬添加ステージ２２と、試薬添加用ディスペンサ２４とを有している。搬送手段１６よりも高い箇所に配置されている試薬添加ステージ２２には、第１容器載置パレット１２の開口１２ｂの設置行数と同数（５個）の開口２２ａが設置されている。なお、開口２２ａは、開口１２ｂと同じ大きさとなるように形作られている。試薬添加用ディスペンサ２４は、開口１２ｂの設置行数と同数（５基）だけ設置されており、各ディスペンサ２４は水平部材２６に取付けられている。試薬添加ステージ２２の開口２２ａの下流側には、開口２２ａに隣接して、各ディスペンサ２４のノズル２４ａを洗浄するためのノズル洗浄容器２８が配置されている。水平部材２６（従って、水平部材２６に取付けられている各ディスペンサ２４）は、レール２６ａに沿って摺動できるように構成されており、各ディスペンサ２４は、駆動源（図示せず）によって駆動されるシリンダ（図示せず）によって、開口２２ａの直上又はノズル洗浄容器２８の直上の位置に移動されるようになっている。

水質分析前処理システム１０は又、試薬が添加された検体が入っている第１容器１４を加温するための加温ユニット３０を備えている。加温ユニット３０は、ホットプレート３２を有している。ホットプレート３２は、公知の型式のものを使用してよい。第１容器１４をホットプレート３２上に載せて加温することによって、第１容器１４内の検体が煮沸される。

好ましくは、加温ユニット３０は、蓋供給装置３４を有している。ホットプレート３２において第１容器１４内の検体の煮沸時に、検体の第１容器１４外への飛散防止や外部から第１容器１４内への汚染物質の混入を防ぐため、加温に際して、第１容器１４に蓋３６が被せられる。蓋３６として時計皿が図示されているが、時計皿以外のものを使用してもよい。

図５は、蓋供給装置３４を概略的に示した図である。蓋供給装置３４は、蓋３６が載せられる昇降テーブル３４ａと、蓋３６が落下しないように案内するための案内部材３４ｂと、昇降テーブル３４ａの雌ねじ部（図示せず）に噛み合うボールネジ３４ｃと、ボールネジ３４ｃを回転させる駆動手段３４ｄとを有しており、駆動手段３４ｄを駆動させ、ボールネジ３４ｃを回転させることにより、蓋３６が載せられた昇降テーブル３４ａを昇降させることができるように構成されている。

また、好ましくは、加温ユニット３０は、共洗い領域３８を有している。第１容器１４内の検体が煮沸されると、第１容器１４の底に残留固形物が生ずる場合があるが（図６（ｃ）参照）、分析の精度を向上させるため、この残留固形物も分析物の中に含める必要がある。そこで、残留固形物が生じた場合には、加温した検体を他の容器に分注した後に、第１容器１４内に純水を注入して残留固形物を溶解させ、このようにして得られた残留固形物溶解水を検体と一緒にして、後続の工程に供することが望ましい。本明細書における「共洗い」とは、上述のように、加温によって生じた残留固形物に純水を添加して溶解させることを意味している。なお、図１において参照符号４０は、加温工程に用いられた使用済みの蓋３６を廃棄するための廃棄口を示している。

好ましくは、水質分析前処理システム１０は又、濾過領域４２を備えている。濾過領域４２においては、ピペットチップにフィルターを装着した状態で、ピペットチップを用いて各第１容器１４から第２容器４４に検体を分注する。ピペットチップにフィルターを装着する代わりに、フィルター付きピペットチップを用いてもよい。検体が分注された第２容器４４は、第２容器載置パレット４６に置かれ、第２搬送手段４７によって搬送され、次の工程に供される（第２搬送手段４７は、通常のベルトコンベアを用いてよい）。第２容器４４としては、例えばメスフラスコ等が使用される。なお、図１において、参照符号４８ａ、４８ｂ、４８ｃ、４８ｄは、ピペットチップセットラック、フィルターセットラック、使用済みピペットチップ廃棄口、使用済みフィルター廃棄口をそれぞれ示している。

水質分析前処理システム１０は又、計量ユニット５０を備えている。計量ユニット５０は、重量計５２及びメスアップ装置５４の一方又は両方を有している。重量計５２は、通常の自動計量計を用いてよい。メスアップ装置５４は、検体の容量を計測し、規定の容量に不足している場合には純水を添加して規定の容量にするための装置である。

図７は、メスアップ装置５４の一例を示した図である。メスアップ装置５４は、第２容器４４に純水を添加するためのディスペンサ５４ａと、ディスペンサ５４ａを昇降させるための第１昇降手段５４ｂと、第１昇降手段５４ｂを昇降させるための第２昇降手段５４ｃと、撮影手段５４ｄと、容器をディスペンサ５４ａの直下に移動させるための水平移動手段５４ｅとを有している。なお、撮影手段５４ｄとしては、公知の型式のＣＣＤカメラを用いてよい。図１において参照符号５４ｆは、ディスペンサ５４ａに取り付けるピペットチップ用のセットラックを示している。

図８は、メスアップ装置５４の一連の動作を示した図である。まず、駆動源（図示せず）によって水平移動手段５４ｆを作動させ、水平移動手段５４ｆに載せられている第２容器４４（図８（ａ）参照）をディスペンサ５４ａの直下に移動させる（図８（ｂ）参照）。次いで、撮影手段５４ｅを作動させ、撮影手段５４ｅにより第２容器４４の標線を検索させるようにして第２昇降手段５４ｄを昇降させる（図８（ｃ）参照）。次いで、第１昇降手段５４ｃを昇降させて、ディスペンサ５４ａのノズル先端を第２容器４４の上端に入れ、撮影手段５４で監視しつつ、所要量になるまで第２容器４４内に純水を添加する（図８（ｄ）参照）。

好ましくは、水質分析前処理システム１０は又、第２容器４４等に収容されている検体を、分析に適した他の容器（例えば、バイアル）に移し替えるための分注領域５６を備えている。図１において参照符号５６ａは、バイアル用セットラックを示している。

水質分析前処理システム１０は又、３基のロボットハンドＡ１、Ａ２、Ａ３を備えている。各ロボットハンドＡ１、Ａ２、Ａ３は、後述するように、第１及び第２容器１４、４４や蓋３６等を把持する等の精密な作業を行うため、多関節型式のものが用いられる。ロボットハンドＡ１、Ａ２、Ａ３自体は公知の型式のものを使用してよい。各ロボットハンドＡ１、Ａ２、Ａ３は、後述する制御ユニットの制御を受けて、モータ等の駆動源（図示せず）によって駆動される。なお、ロボットハンドＡ１、Ａ２、Ａ３は、制御ユニットの制御の下、駆動源（図示せず）によって搬送路ａ１、ａ２、ａ３上をそれぞれ移動できるように構成されている。

水質分析前処理システム１０は更に、各ロボットハンドＡ１、Ａ２、Ａ３、第１及び第２搬送手段１６、４７、試薬添加ユニット２０、加温ユニット３０、及び計量ユニット５０の動作を制御するための制御ユニット６０を備えている。制御ユニット６０は、バスによって相互に接続された中央演算装置（ＣＰＵ）、メモリ、ハードディスク、キーボード等の入力装置、及び表示装置であるディスプレイを有する通常のコンピュータによって構成されている。

以上のように構成された水質分析前処理システム１０の作動について説明する。まず、分析しようとする検体を第１容器１４に入れ、第１容器１４を第１容器載置パレット１２に載せる（或いは、予め第１容器載置パレット１２に載せた容器に検体を入れてもよい）。これと同時に、制御ユニット６０の入力装置から、検体を入れた第１容器１４の数を入力する（本例の場合、５行×３列＝１５個とする）。第１搬送手段１６を作動させると、第１容器１４を載せた第１容器載置パレット１２が移動し、試薬添加ユニット２０に到達する。第１容器載置パレット１２が試薬添加ユニット２０に到達したことをセンサ（図示せず）が検知すると、第１ロボットハンドＡ１が作動して、第１列目の第１容器１４を試薬添加ステージ２２に載せる。試薬添加ステージ２２に第１容器１４が載せられたことをセンサ（図示せず）が確認すると、試薬添加用ディスペンサ２４が各第１容器１４の直上に移動して、第１容器１４内の検体に所定量の試薬を添加する。試薬が添加された第１容器１４は、第１ロボットハンドＡ１によって第１容器載置パレット１２の元の位置に戻され、次いで第２列目の第１容器１４が試薬添加ステージ２２に載せられる。このようにして、第２列目及び第３列目の第１容器１４に対して同様の操作が繰り返される（なお、ディスペンサ２４は試薬を添加した後、ノズル洗浄容器２８の直上に移動してノズルの洗浄が行われる）。

次いで、第１容器載置パレット１２は、第１搬送手段１６によって加温ユニット３０に隣接した箇所に搬送される。第１容器載置パレット１２が加温ユニット３０に隣接した箇所に到達したことをセンサ（図示せず）が検知すると、第１ロボットハンドＡ１が作動して、各第１容器１４を第１容器載置パレット１２からホットプレート３２にそれぞれ載せる。それとともに、第２ロボットハンドＡ２が作動して、蓋供給装置３４から蓋３６を把持して、各第１容器１４に被せる。次いで、第１容器１４（従って、検体）を所定温度・所定時間で加温する。加温が完了すると、第２ロボットハンドＡ２を作動させて、第１容器１４から蓋３６を取った後、第２ロボットハンドＡ２により把持したピペットチップ（図示せず）により、第１容器１４内の検体を吸引して、第２搬送手段４７上にある第２容器載置パレット４６上の第２容器４４内に検体を排出する。その際、共洗いをする必要がある（第１容器１４の底に残留固形物がある）場合には、第１容器１４内に純水を注入して残留固形物を溶解させ、再びピペットチップにより吸引して第２容器４４内に排出する。また、検体を濾過する必要がある（例えば、検体に不純物が混在している）場合には、ピペットチップにフィルターを装着する等して、分注を行う。ピペットチップ及びフィルターは、第３ロボットハンドＡ３によって、ピペットチップセットラック４８ａ、フィルターセットラック４８ｂからそれぞれ取得される。使用済みの蓋３６、ピペットチップ、フィルターは、第２又は第３ロボットハンドＡ２、Ａ３によって、使用済み蓋廃棄口４０、使用済みピペットチップ廃棄口４８ｃ、使用済みフィルター廃棄口４８ｄにそれぞれ廃棄される。

次いで、第２容器載置パレット４６は、第２搬送手段４７によって計量ユニット５０に搬送される。第２容器載置パレット４６が計量ユニット５０に到達したことをセンサ（図示せず）が検知すると、第３ロボットハンドＡ３が作動して、第２容器４４を重量計５２及び／又はメスアップ装置５４に移動させる。重量計５２で重量計測された第２容器４４は、第３ロボットハンドＡ３によって第２容器載置パレット４６上に戻される。メスアップ装置５４で容量計測され、規定容量に不足している場合には、純水を添加して規定容量にした後、第３ロボットハンドＡ３によって第２容器載置パレット４６上に戻される。

次いで、必要がある場合には、検体を分注領域５６においてバイアルに分注する。以上のようにして前処理された検体が水質分析に供される。

なお、制御ユニット６０のメモリ又はハードディスクには、試薬添加ユニット２０での試薬の添加量、計量ユニット５０での重量値及び／又はメスアップ後の標線を含む画像に関するデータが記憶される。

本発明は、以上の発明の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

例えば、前記実施の形態では、３基のロボットハンドが設置されているが、設置基数を３基以外にしてもよいし、異なる形態のロボットハンドを用いてもよい。また、前記搬送手段１６、４７も、例えば異なる形態のチェーンコンベア等を用いてもよい。

本発明の好ましい実施の形態に係る水質分析前処理システムの全体像を示した模式図である。図１の水質分析前処理システムの試薬添加ユニットを示した概略斜視図である。図３（ａ）は第１容器載置パレットの斜視図、図３（ｂ）は図３（ａ）の第１容器載置パレットに第１容器が載せられている状態を示した斜視図である。試薬添加ユニットの正面図である。加温ユニットに配置される蓋供給装置を示した図である。図６（ａ）はホットプレート上に第１容器が載せられている状態を示した図、図６（ｂ）は第１容器に時計皿が被せられている状態を示した断面図、図６（ｃ）は加温後に第１容器の底に残滓分が残っている状態を示した断面図である。図７（ａ）はメスアップ装置の正面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）の線７ｂ−７ｂに沿って見た図である。図７のメスアップ装置の動作を示した一連の図である。

符号の説明

１０水質分析前処理システム
１２第１容器載置パレット
１４第１容器
１６第１搬送手段
２０試薬添加ユニット
２２試薬添加テーブル
２４試薬添加ディスペンサ
３０加温ユニット
３２ホットプレート
３４蓋供給装置
３８共洗い領域
４０使用済み蓋の廃棄口
４２濾過領域
４４第２容器
４６第２容器載置パレット
４７第２搬送手段
５０計量ユニット
５２重量計
５４メスアップ装置
５６分注領域
６０制御ユニット
Ａ１、Ａ２、Ａ３ロボットハンド

Claims

水質分析において検体中の金属類の測定をする際の前処理工程を実施するためのシステムであって、
分析しようとする検体を入れる第１容器を載せる第１容器載置パレットと、
前記検体に試薬を添加するための試薬添加ユニットと、
前記試薬が添加された検体が入っている容器を加温するための加温ユニットと、
加温された検体が分注された第２容器を載せる第２容器載置パレットと、
前記検体の重量及び／又は容量を計量するための計量ユニットと、
前記第１容器載置パレットを前記試薬添加ユニット及び前記加温ユニットに搬送する第１搬送手段と、
前記第２容器載置パレットを前記計量ユニットに搬送する第２搬送手段と、
前記第１容器及び前記第２容器を把持し所要箇所に移動させるための１又は複数のロボットハンドと、
前記ロボットハンド、前記第１及び第２搬送手段、前記試薬添加ユニット、前記加温ユニット、及び前記計量ユニットの作動を制御するための制御ユニットとを備え、
前記試薬添加ユニットにおいて検体に試薬を添加し、前記加温ユニットにおいて検体を加温し、前記計量ユニットにおいて検体を計量することによって、前処理工程を自動的に実施するように構成されていることを特徴とするシステム。
前記試薬添加ユニットが、第１搬送手段よりも高い箇所に配置され、前記第１容器の開口の設置行数と同数の開口が設けられた試薬添加ステージと、前記開口と同数のノズルを有する試薬添加用ディスペンサとを有し、前記試薬添加ステージに第１容器を載せ、試薬添加用ディスペンサを前記開口の直上に水平方向に移動させて試薬を添加させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
前記加温ユニットが、前記第１容器に被せるための蓋を供給する蓋供給装置を有し、前記蓋供給装置が、複数の蓋が載せられる昇降テーブルと、前記蓋が落下しないように案内するための案内部材と、前記昇降テーブルの雌ねじ部に噛み合うボールネジと、前記ボールネジを回転させる駆動手段とを有し、前記駆動手段を駆動させ、前記ボールネジを回転させることにより、前記蓋が載せられた昇降テーブルを昇降させることができるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のシステム。
前記計量ユニットが、検体の容量を計測し、規定の容量に不足している場合には純水を添加して規定の容量にするためのメスアップ装置を有し、前記メスアップ装置が、第２容器に純水を添加するためのディスペンサと、前記ディスペンサを昇降させるための第１昇降手段と、前記第１昇降手段を昇降させるための第２昇降手段と、撮影手段と、前記第２容器を前記ディスペンサの直下に移動させるための水平移動手段とを有し、検体が入っている第２容器が載せられている前記水平移動手段を前記ディスペンサの直下に移動させ、前記撮影手段により前記第２容器の標線を検索させるようにして前記第２昇降手段を昇降させ、次いで、前記第１昇降手段を昇降させて、前記ディスペンサのノズル先端を前記第２容器の上端に入れ、前記撮影手段で監視しつつ、所要量になるまで前記第２容器内に純水を添加するように構成されていることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のシステム。