JP4753770B2 - 分注装置における配管内の気泡の有無判定方法および分注装置 - Google Patents

Description

本発明は、分注装置における配管内の気泡の有無判定方法および分注装置に関するものである。

従来、分析装置において検体や試薬を含む液体試料を分注する際に使用する分注装置は、給排ポンプによって配管内の液体、例えば、洗浄水を吸引或いは排出することによって配管に接続された分注ノズルから液体試料を吸引し、吸引した液体試料を所定位置に吐出して分注を行っている。このとき、分注装置は、洗浄水中に気泡が混入すると、気泡によって液体試料の分注精度が低下する。このため、分注装置は、配管に脱気した洗浄水を満たしている。

しかし、メンテナンス等の際に配管に接続された部品類を着脱した場合、配管に僅かな気泡が混入することがある。このような場合、気泡を発見することは容易ではないことから、分注装置は、気付かない間に分注精度が低下してしまう可能性があった。

このため、配管内の気泡の存在を検出する機能を備えた分注装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）

特開２００３−２５４９８２号公報

しかしながら、特許文献１の分注装置は、分注後に気泡の存在を告知するアラームを発することから、事前に気泡の存在を知ることができず、液体試料、特に、検体や試薬が無駄になり、再検のための時間が必要となる等の問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、配管内における気泡の有無をいつでも判定することができ、検体や試薬を含む液体試料を無駄にせず、再検を行う時間を減らすことが可能な分注装置における配管内の気泡の有無判定方法および分注装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１に係る分注装置における配管内の気泡の有無判定方法は、分注ノズルを接続した配管内に液体を充填し、当該配管内で前記液体を移動させて前記分注ノズルから検体または試薬を含む液体試料を吸引し、吸引した液体試料を吐出して分注を行う分注装置における配管内の気泡の有無判定方法であって、前記配管内の液体を前記分注ノズルから吐出し、前記配管内における圧力変化を検出する工程と、検出した圧力変化から圧力変化波形の山の数を演算する工程と、演算した前記山の数に基づいて前記配管内における気泡の有無を判定する工程と、を含むことを特徴とする。

また、請求項２に係る分注装置における配管内の気泡の有無判定方法は、上記の発明において、前記気泡の有無を判定する工程は、所定の閾値を越える前記山の数が１以下の場合に前記配管内に気泡が有ると判定することを特徴とする。

また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項３に係る分注装置は、分注ノズルを接続した配管内に液体を充填し、当該配管内で前記液体を移動させることにより、前記分注ノズルから検体または試薬を含む液体試料を吸引し、吸引した液体試料を吐出して分注を行う分注装置であって、前記配管内における圧力変化を検出する圧力センサと、前記配管内の液体を前記分注ノズルから吐出し、前記圧力センサが検出した前記配管内の圧力変化から圧力変化波形の山の数を演算し、演算した前記山の数に基づいて前記配管内における気泡の有無を判定する判定手段と、を備えたことを特徴とする。

また、請求項４に係る分注装置は、上記の発明において、前記判定手段は、所定の閾値を越える前記山の数が１以下の場合に前記配管内に気泡が有ると判定することを特徴とする。

本発明にかかる分注装置における配管内の気泡の有無判定方法および分注装置は、配管内の液体を前記分注ノズルから吐出した際に検出した配管内の圧力変化から圧力変化波形の山の数を演算するので、気泡の有無をいつでも判定することができ、検体や試薬を含む液体試料を無駄にせず、再検を行う時間を減らすことができるという効果を奏する。

以下、本発明の分注装置における配管内の気泡の有無判定方法および分注装置にかかる実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、この発明の分注装置の構成を示すブロック図である。図２は、プローブ３が検体を分注する際の配管内の圧力変化を圧力センサの出力電圧によって示した圧力変化波形図である。分注装置１は、図１に示すように、プローブ３、分注ポンプ５、圧力センサ７、洗浄水ポンプ８、増幅回路１２及び有無判定部１３を備えており、単独で使用される他、分析装置に組み込んで使用される。

プローブ３は、配管２によって分注ポンプ５、圧力センサ７及び洗浄水ポンプ８と接続されている。プローブ３は、ノズル駆動部４によって図中矢印Ｚで示す上下方向に移動され、プローブ３の下部に順次搬送されてくるサンプルカップ２０から検体を吸引し、この検体を反応容器に吐出することによって検体を分注する。

分注ポンプ５は、プローブ３にサンプルカップ２０内の検体を吸引し、サンプルカップ２０に引き続いて搬送されてくる反応容器に吸引した検体を吐出するシリンジポンプであり、ポンプ駆動部６によってピストン５ａが往復動される。

圧力センサ７は、配管２内の圧力を検出し、圧力信号（アナログ）として増幅回路１２へ出力する。

洗浄水ポンプ８は、タンク１０に貯留された脱気した洗浄水１１を吸い上げ、圧力センサ７との間に設けた電磁弁９を介して配管２内に圧送する。このとき、電磁弁９は、ＣＰＵ１３ｂからの制御信号によって、吸い上げた洗浄水１１を配管２内に圧送する場合には「開」に切り替えられ、分注ポンプ５によってプローブ３が液体試料を吸引し、吐出する場合には「閉」に切り替えられる。

増幅回路１２は、圧力センサ７から出力される圧力信号（アナログ）を増幅し、増幅した圧力信号を有無判定部１３へ出力する。

有無判定部１３は、処理部１３ａ、検出部１３ｂ、演算部１３ｃ、判定部１３ｄおよび制御部１３ｅを備えており、例えば、コンピュータ装置が使用される。

処理部１３ａは、増幅回路１２から入力される圧力信号（アナログ）をデジタル信号に変換処理する部分で、例えばＡ／Ｄ変換器が使用される。検出部１３ｂは、処理部１３ａによってデジタル信号に変換された圧力信号から配管２内の圧力を検出する。演算部１３ｃは、検出部１３ｂが検出した圧力変化から圧力変化波形の山の数を演算し、演算結果を判定部１３ｄに出力する。判定部１３ｄは、演算部１３ｃが演算した山の数に基づいて配管２内における気泡の有無を判定する。制御部１３ｅは、ノズル駆動部４，ポンプ駆動部６，洗浄水ポンプ８および電磁弁９の作動を制御する。判定部１３ｄは、判定結果をディスプレイ装置に表示させ、あるいは警報装置によって警報音を発することによってオペレータに告知させてもよい。

以上のように構成される分注装置１は、以下のように使用される。先ず、電磁弁９を閉じて分注ポンプ５を駆動し、洗浄水１１で内部の洗浄（内洗）が済んだプローブ３から洗浄水１１を洗浄容器に吐出する。

このとき、図２に示す圧力変化波形Ｗにおいては、Ｗ1が内洗の際の波形を示し、Ｗ2が洗浄水１１吐出の際の波形を示しており、吐出の場合、圧力センサ７は出力電圧が負で、下に凸の波形を示すが、配管２内の圧力は正圧となる。一方、吸引の場合、図２の圧力変化波形Ｗは、圧力センサ７の出力電圧が正で、上に凸の波形を示すが、配管２内の圧力は負圧となる。

次に、分注ポンプ５を逆方向に駆動して、プローブ３の先端に空気を所定量吸引する（図２波形Ｗ3参照）。

次いで、ノズル駆動部４によってプローブ３を下降し、搬送されてくるサンプルカップ２０の検体中にプローブ３の先端を所定量侵入させる。

その後、分注ポンプ５を駆動し、プローブ３内に検体を所定量吸い込む（図２波形Ｗ4参照）。このとき、検体は、洗浄水１１との間に前記空気が介在した状態で吸い込まれるので、洗浄水１１と混ざり合うことはない。また、プローブ３は、分析に必要な量よりも少し多く検体を吸引する。

次に、吸引した検体をサンプルカップ２０へ僅かに吐出する（図２波形Ｗ5参照）。次いで、ノズル駆動部４によってプローブ３を上昇した後、ノズル駆動部４によって再びプローブ３を下降させ、吸い込んだ検体をサンプルカップ２０に引き続いて搬送されてくる反応容器に吐出する（図２波形Ｗ6参照）。

そして、ノズル駆動部４によってプローブ３を再度上昇させた後、プローブ３を反応容器に引き続いて搬送されてくる洗浄容器に下降させ、電磁弁９を開に切り替える。そして、洗浄水ポンプ８を駆動してタンク１０内の洗浄水１１を配管２に圧送し、プローブ３から洗浄容器に吐出してプローブ３を洗浄水１１で洗浄する。これにより、１つの検体をサンプルカップ２０から反応容器に分注する一連の分注作業が完了する。このとき、洗浄水１１によるプローブ３の内洗が不十分のときには、さらに洗剤でプローブ３を洗浄することもある。一方、他の検体を分注するときには、以上の動作を繰り返すことにより、新たなサンプルカップ２０から新たな反応容器に順次新たな検体を分注してゆく。

ここで、図２に示す圧力変化波形Ｗにおいて、左縦軸は圧力センサ７が出力する圧力信号の出力電圧（Ｖ）、横軸が時間（秒）である。また、図２において、信号波形Ｓは、制御部１３ｅからポンプ駆動部６に出力される分注ポンプ５を駆動する駆動信号の波形図であり、右縦軸は駆動電圧（Ｖ）である。

このとき、圧力変化波形Ｗにおいて、例えば、プローブ３から洗浄水１１を洗浄容器に吐出する際の波形Ｗ2について観察すると、配管２内の洗浄液１１中に気泡がない場合には、波形Ｗ2を拡大した図３に示すように、駆動信号Ｓがポンプ駆動部６に入力された後、駆動信号Ｓの入力が停止されるまでの間、複数の山Ｐ1，Ｐ2が見られる。ここで、図３〜図７は、信号波形Ｓの一部と波形Ｗ2を模式的に示している。

これに対し、洗浄液１１中に気泡が存在すると、気泡によって圧力の伝達が遅くなるため、圧力変化が緩慢になる。このため、図４に示すように、波形Ｗ2には山が見られない。このとき、図４は、洗浄液１１中に存在する気泡の量が多い場合であり、気泡の量が少なくなるに従って山が出現してくる。

そして、洗浄液１１中に存在する気泡の量が、例えば、図４より少ない中程度の場合には、図５に示すように、山Ｐが僅かに出現する。また、洗浄液１１中に存在する気泡の量が、図５の場合よりさらに少ない小程度の場合には、図６に示すように、山Ｐが明確に出現する。

従って、本発明においては、山の数に基づいて前記配管内における気泡の有無を判定するのである。即ち、図７に示すように、駆動信号Ｓがポンプ駆動部６に入力された後、駆動信号Ｓの入力が停止されるまでの信号出力時間ｔにおいて、駆動信号Ｓが入力されたときの電圧値よりも所定値ΔＶ（＝４Ｖ）だけ小さい電圧値を閾値Ｔsとして設定し、判定部１３ｄに記憶させる。そして、信号出力時間ｔにおいて、演算部１３ｃは、波形Ｗ2に含まれる閾値Ｔsを超える電圧値を有する山Ｐの数Ｎiを演算する。一方、予め気泡が存在していない洗浄水１１を吐出させた場合にも、演算部１３ｃは、同様にして山Ｐの数Ｎ0を演算する。判定部１３ｄは、演算部１３ｃが演算した山Ｐの数Ｎi，Ｎ0を比較し、数Ｎiが数Ｎ0よりも小さい場合に（Ｎi＜Ｎ0）、配管２内に気泡があると判定する。

以下、有無判定部１３による配管２内の気泡の有無の判定と判定結果に基づく対処を図８に示すフローチャートに基づいて説明する。先ず、分注装置１は、例えば、分析装置をスイッチオンした立上げ時における分注開始前のチェックに際し、制御部１３ｅの制御の下に、分注ポンプ５を駆動し、内部の洗浄（内洗）が済んだプローブ３から洗浄水１１を洗浄容器に吐出する。これにより圧力センサ７から増幅回路１２を介して有無判定部１３に出力される信号により、検出部１３ｂは、配管２内の圧力を検出する（ステップＳ１００）。

次に、演算部１３ｃは、検出部１３ｂが検出した圧力から前記閾値に基づいて圧力変化波形の山の数Ｎiを演算する。（ステップＳ１０２）。次いで、判定部１３ｄは、演算した山の数Ｎiを山の数Ｎ0と比較し、配管２内に気泡があるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。

山の数Ｎiが山の数Ｎ0よりも大きい場合（ステップＳ１０４，Ｎｏ）、判定部１３ｄは、配管２内には気泡がないと判定し、判定作業を終了する。この場合、判定部１３ｄは、ディスプレイにその旨を表示してもよい。また、判定作業の終了により、分注装置１は、液体試料の分注を開始する。一方、演算値が前記閾値以下の場合（ステップＳ１０４，Ｙｅｓ）、判定部１３ｄは配管２内に気泡が混入していると判定する。

その後、判定部１３ｄは、泡抜き回数が設定回数以下か否かを判定する（ステップＳ１０６）。泡抜き回数が設定回数以上の場合（ステップＳ１０６，Ｎｏ）、泡抜き動作にも拘わらず配管２内に気泡が混入している場合であるから、判定部１３ｄは、異常を告知する（ステップＳ１０８）。異常の告知は、例えば、ディスプレイ装置に気泡混入の旨を表示し、或いはアラームによって警報音を発する。

一方、泡抜き回数が設定回数以下の場合（ステップＳ１０６，Ｙｅｓ）、判定部１３ｄは、泡抜き動作が不十分と判断し、自動泡抜き処理を実行する（ステップＳ１１０）。この自動泡抜き処理は、電磁弁９に制御信号を出力して弁を開き、洗浄水ポンプ８を駆動してタンク１０内の洗浄水１１を配管２内に圧送することによって実行される。これにより、配管２内に混入している気泡が、洗浄水と共に洗浄容器に吐出される。その後、判定部１３ｄは、ステップＳ１００に戻り、配管２内における気泡の有無の判定を繰り返す。

このように、本発明の分注装置における配管内の気泡の有無判定方法および分注装置は、電磁弁９を閉じて分注ポンプ５を駆動し、ローブ３から洗浄水１１を吐出することにより、配管２内の圧力変化を検出すればよいので、配管２内における気泡の有無をいつでも簡単に判定することができる。このため、本発明の分注装置における配管内の気泡の有無判定方法および分注装置は、検体や試薬を含む液体試料を無駄にせず、再検を行う時間を減らすことができる。

ここで、分注装置のメンテナンス後や、長時間に亘って分注作業を停止していた後に分注を再開する場合には、環境温度，気圧，些細なリーク等に起因して配管中に気泡が生ずることが考えられる。このため、気泡の有無の判定は、このような場合にも実行するようにしてもよい。

この発明の分注装置の構成を示すブロック図である。 プローブが検体を分注する際の配管内の圧力変化を圧力センサの出力電圧によって示した圧力変化波形図である。 プローブから洗浄水を洗浄容器に吐出する際の波形を拡大した図であり、配管内に気泡がない場合である。 図３において、配管内に存在する気泡の量が多い場合の図である。 配管内に存在する気泡の量が図４より少ない場合の図である。 配管内に存在する気泡の量が図５より少ない場合の図である。 検出した圧力変化から圧力変化波形の山の数の演算方法を説明する図である。 本発明方法による配管内の気泡の有無の判定方法と判定結果に基づく対処について説明するフローチャートである。

符号の説明

１ 分注装置
２ 配管
３ プローブ
４ ノズル駆動部
５ 分注ポンプ
６ ポンプ駆動部
７ 圧力センサ
８ 洗浄水ポンプ
１２ 増幅回路
１３ 判定部
８ 洗浄水ポンプ
１０ タンク
１１ 洗浄水
９ 電磁弁
１２ 増幅回路
１３ 有無判定部
１３ａ 処理部
１３ｂ 検出部
１３ｃ 演算部
１３ｄ 判定部
１３ｅ 制御部

Claims (4)

1. 分注ノズルを接続した配管内に液体を充填し、当該配管内で前記液体を移動させて前記分注ノズルから検体または試薬を含む液体試料を吸引し、吸引した液体試料を吐出して分注を行う分注装置における配管内の気泡の有無判定方法であって、
   前記配管内の液体を前記分注ノズルから吐出し、前記配管内における圧力変化を検出する工程と、
   検出した圧力変化から圧力変化波形の山の数を演算する工程と、
   演算した前記山の数に基づいて前記配管内における気泡の有無を判定する工程と、
   を含むことを特徴とする分注装置における配管内の気泡の有無判定方法。
2. 前記気泡の有無を判定する工程は、所定の閾値を越える前記山の数が１以下の場合に前記配管内に気泡が有ると判定することを特徴とする請求項１に記載の分注装置における配管内の気泡の有無判定方法。
3. 分注ノズルを接続した配管内に液体を充填し、当該配管内で前記液体を移動させることにより、前記分注ノズルから検体または試薬を含む液体試料を吸引し、吸引した液体試料を吐出して分注を行う分注装置であって、
   前記配管内における圧力変化を検出する圧力センサと、
   前記配管内の液体を前記分注ノズルから吐出し、前記圧力センサが検出した前記配管内の圧力変化から圧力変化波形の山の数を演算し、演算した前記山の数に基づいて前記配管内における気泡の有無を判定する判定手段と、
   を備えたことを特徴とする分注装置。
4. 前記判定手段は、所定の閾値を越える前記山の数が１以下の場合に前記配管内に気泡が有ると判定することを特徴とする請求項３に記載の分注装置。

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