JP6096295B2 - 垂直および水平ビームハイブリッド型ピペット較正システム - Google Patents

Description

開示の内容

〔関連出願の相互参照〕
本発明は、「VERTICAL BEAM CALIBRATION SYSTEM WITH HYBRID MULTI-WAVELENGTH FLOW CELL DESIGN」の名称で２０１２年７月１３日に出願され、同一譲受人（common assignee）に譲渡された、ＵＳ仮特許出願第６１／６７１，４４７号の非仮特許出願であり、その仮特許出願の優先権利益を主張するものである。優先権出願の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。

〔発明の背景〕
１．発明の分野
本発明は、分光光度計を用いた液体容量の測定に関する。より具体的には、本発明は、垂直分光測光（vertical spectrophotometry）と水平分光測光（horizontal spectrophotometry）との組み合わせを用いて、液体送達装置を試験または較正するためのシステムおよび関連方法に関する。

２．先行技術の説明
液体送達装置を試験または較正するために現在製造されているすべての比色分析システム（例えば、本発明および出願の譲受人である、メイン州ウェストブルックのArtel, Inc.から提供されるＰＣＳ（登録商標）システムおよびＭＶＳ（登録商標）システム、ならびに、ニューヨーク州マウントキスコのVistaLabにより提供されるPipette Volume Calibration Kit）は、広範な送達可能溶液容量を試験する目的で多数のサンプル溶液を使用する。サンプル溶液は、測定容器内の希釈剤中に、試験されている装置により送達され、溶液は、結果として得られる混合物の吸光度を測定する前に混合される。濃縮されたサンプル溶液は、小さい液体送達容量（small liquid delivery volume）を試験するのに使用され、より希薄なサンプル溶液は、大きな液体送達容量（large liquid delivery volume）を試験するのに使用される。本明細書で使用される「容器」は、シールされているかどうかにかかわらず、内部に流体を保持するための、任意のバイアル、セル、瓶、マイクロタイタープレート、または他のタイプの容器である。また、容器は、水平ビーム分光光度計（例えば、カリフォルニア州パロアルトのVarian, Inc.のCary 5000のような従来のＵＶ−Ｖｉｓ分光光度計）または垂直ビーム分光光度計（例えば、バーモント州ウィヌースキ（Winooski）のBioTek InstrumentsのELx800のようなマイクロタイタープレートリーダー）を用いて、光学的吸収測定値を収集するように設計され得る。

Artel PCSは、ピペットまたは他の液体送達システムを較正するための、測光方法およびシステムである。その利点は、国家規格に帰することのできる、非常に正確で再現可能な測定結果、使いやすさ、振動、温度変化、およびすきま風（drafts）などの環境要因からの独立性、ならびに、非常に低い（μＬの）液体分配容量への適用性、である。これの欠点は、希釈溶液が、高い光学基準に合わせて製造されることが必要な透明な使い捨てバイアルに包装されているために、消耗品のコストが比較的高いこと、ならびに、ある回数（サンプルサイズおよび濃度に応じて、１１〜４０回の分配）サンプルを追加した後で、新しい希釈剤バイアルに変更するためには、オペレーターの介入が必要であること、である。Artel PCSの高度の正確さおよび精度を達成する上で重要な１つの要素は、２つの波長で吸光度を測定し、極端に低いノイズおよび高い正確さ（典型的には、１の吸光度で２×１０^−５の吸光度単位より良好なノイズ）を有する水平ビーム分光光度計の使用である。

Artel MVSは、マルチチャネルピペットおよび自動化液体送達装置の較正のための測光測定方法およびシステムである。これは、希釈剤およびサンプル溶液の双方が加えられる、特殊化されたマイクロタイタープレートに基づいている。これは、２つの波長で吸光度を測定する垂直ビーム分光測光システムを利用する。サンプル溶液の容量は、マイクロタイタープレートのウェルの寸法および測定された吸光度を知った上で、算出され得る。その利点は：マルチチャネルディスペンサー（１回に最大で３８４回の分配）からの送達容量の測定への適用性、速度、国家規格に帰することのできる結果、およびオペレーターの技術または環境変数からの独立性である。その欠点は、（主に、特殊化されたマイクロタイタープレートについて）消耗品コストが高いこと、および、マイクロタイタープレートのウェル１つにつき、ただ１つのサンプル容量が送達され得るという制約である。

液体送達装置の自動化試験といった多くの適用が、オペレーターの介入なしに、自動的に行われるのが好ましい。オペレーターが注意または介入せずに、自動で、１日にわたり試験運用を計画および実行することが可能であるべきである。前述した既存技術方法のいずれも、使い捨てのバイアルまたはマイクロタイタープレートを交換するのにオペレーターの介入を必要とするため、このニーズを満たしていない。頻繁に液体取扱器の性能（liquid handler performance）を確認することが重要な、多くの重要な適用では、前述の方法のいずれについても、消耗品のコストは、法外になってきている。必要なのは、オペレーターの介入を必要とせず、かつ１回の試験につき、消耗品コストが著しく低い、液体送達較正システムである。また、処置におけるオペレーター時間および設備時間（equipment time）の必要性を最小限にする、液体送達較正システムも必要とされている。

〔発明の概要〕
本発明の目的は、オペレーターの介入を必要とせず、かつ１回の試験につき、消耗品コストが著しく低い、液体送達較正システムを提供することである。処置におけるオペレーター時間および設備時間の必要性を最小限にする、液体送達較正システムを提供することも、本発明の目的である。本発明のさらなる目的には、以下が含まれる：ａ）１００ｎＬ〜１０ｍＬの容量範囲を費用効果的にカバーする単一のシステムおよび方法を提供すること；ｂ）消耗品コストの減少；ｃ）１０個のデータ点較正では１〜１．５分を目標として、オペレーターまたは自動化ディスペンサがピペットで取り得る速度によってのみ作業速度が制限されるべきであること；ｄ）例えば、周囲の低周波数振動、すきま風、温度勾配、または電圧変動に反応しないことを含め、環境に反応しないこと；ｅ）ＩＳＯ ８６５５‐７に適合性があること、および結果が国家規格に帰することができなければならないこと。

これらおよび他の目的は、水平ビームおよび垂直ビームの双方を備える分光光度計と、実質的に一定の断面積、光学的品質の底部および開いた上部を有する測定セルと、希釈剤のバルク供給部（bulk supply）と、希釈剤をセル内に運ぶポンプと、セルを空にする別のポンプと、廃液容器と、セルの内容物を混合する手段と、を含むシステムである、本発明により達成される。関連する方法は、発色団を含有するサンプル溶液を、セルの開いた上部内またはセルに通じるチャネル内にピペットで入れることと、バルク供給部から送達された希釈剤とサンプル溶液を混合して、サンプルと希釈剤との混合物を作ることと、分光光度計で、１つまたは複数の波長にて水平および垂直の双方に吸光度を測定することと、を含む。吸光度の測定値、セル寸法、ならびにサンプルおよび希釈剤溶液の光学的特性に基づいて、セルに加えられるサンプル溶液の容量が、ランベルト・ベールの法則の適用に基づき算出される。システムは、例えば８または１２個のチャネルディスペンサを試験するために、多数のセル用に構成されてもよい。

本発明は、いくつかの点で、ＭＶＳおよびＰＣＳのテクノロジーとは異なる。ＭＶＳシステムに関しては、垂直吸光度測定のみに限られていることが注目され、これについては、光ビームが空気と液体との界面のメニスカスを通じてセルの液体内容物に入るかまたはこれから出るという事実によって、吸光度測定値の再現性が制限される。メニスカスの厳密な場所および形状は、測定ごとに正確に再現可能ではなく、これは以下によるためである：ａ）メニスカス形状に局所的に影響し得る、空気と液体もしくは液体と固体との界面における不純物（例えば、油もしくは界面活性剤を有する塵もしくは砂粒）；ｂ）小さな周囲振動によるメニスカスの運動、混合により残った残留運動、または大気の運動。この点で、測定するセルの直径が大きいほど、運動の可能性が高まることが注目される。さらに、ＭＶＳシステムでは、示度は、これらの影響により、約０．０００５吸光度単位より良く再現することができない。このような理由で、ＭＶＳシステムは、吸光度示度の非再現性によるエラーが、全体的な測定不確実性に、大いに影響することのないよう十分小さくなることを確実にするために、０．２５０吸光度単位より小さい吸光度の差を測定しないように、設計されている。１回のサンプル添加当たり０．２５０吸光度単位未満の変化を許容しないための、この要件により、多くのサンプルを同じウェルに添加する可能性は、小さな容量のサンプルの場合であっても、排除される。試みた場合には、吸光度は、すぐに可測性の限界を超えるであろう。うまくいった場合には、良くても、ユーザーは、正確な測定のための合理的限界である２．０に吸光度が達する前に８個のサンプルを添加できる程度であろう。悪くすると、ユーザーは、ウェルに１個のサンプルしか添加できないかもしれない。このサンプル数は、節約または作業速度の観点から、最善ではない。水平ビーム構成で本発明を用いることにより、ＭＶＳプロセスに関連するこれらの制約は排除される。

本発明は、希釈剤の発色団とは異なる、ただ１つの発色団をサンプル溶液に含むことをもたらす。既存のＭＶＳ特許は、サンプル溶液が第１の発色団（希釈剤の発色団）および第２の発色団の双方を含有する場合をカバーしている。その相違点は、実質的に一定の断面を有するセルを使用することにより、本発明で可能となる。ＭＶＳプロセスでは、開始前にマイクロタイタープレートを洗浄および乾燥することが必要である。本発明は、実質的に一定の断面のセルを用いることで、セルの内容物を貯蔵部内へ自動的に注ぎ込むことができ、希釈剤がバルク供給部から自動的に添加され、よって、ＭＶＳでは利用することのできない自動化特徴部を加えている点で異なる。その結果、可能性としての悪影響またはエラーの蓄積なしで、未知量の両発色団を含有する残存量の溶液（容量は未知）が、セルを空にした後にセルに残り得る（すなわち、完全には洗浄および乾燥されていない）。

ＰＣＳ法では、許容される最小限の吸光度変化についての対応する限界は、ＭＶＳの１０分の１、すなわち０．０２５吸光度単位である。これは、ビームが液体と空気との界面を通過する必要がないために可能であり、吸光度測定値は、はるかに再現可能である。ＰＣＳでは、Ａ＝１での吸光度示度は、０．００００２５吸光度単位以内で再現可能であり、すなわち、ＭＶＳの２０倍再現可能であり、これにより、４０個ものサンプルを各バイアルに入れることができる。本発明のシステムは、希釈剤中にある発色団である第１の発色団の濃度の選択を可能にし、波長１での垂直吸光度測定値は、決して約１未満にならない。これは、測定セル内の液体の総容量を測定するのに使用される波長である。この垂直測定における０．０００５吸光度単位の不確実性は、報告結果において０．１％未満の全体的な不確実性を結果として生じるが、これは、許容可能である。さらに、サンプル溶液中の発色団である第２の発色団の濃度は、水平吸光度の変化が０．０２５吸光度単位と小さくなることができて、溶液が濃縮されすぎて正確に測定できなくなる前にサンプル溶液を何度も添加できるように、選択され得る。ＰＣＳの実施例に従うと、限界は、恐らく約４０個のサンプルとなる。

よって、本発明のシステムは、ＭＶＳシステムおよびＰＣＳシステム双方の要素を利用して、両システムの長所を、１つの統合されたシステムに取り込む。ＰＣＳの態様は、測定セルを満たすたびに多くのサンプルを許容するために、水平吸光度測定能力を使用し、迅速かつ経済的な動作を結果としてもたらしている。ＭＶＳの態様は、測定セル内の総液体容量を測定する垂直測定システムの能力を使用しており、これは、セルが、製造所では極めて正確に事前に満たされる必要はないが、貯蔵部から未較正ポンプにより現地で（in the field）満たされてよいことを意味しており、これにより、動作の節約、およびほったらかしの動作（un-tended operation）に対するオプションが可能となる。本発明のこれらおよび他の特徴および利点は、以下の詳細な説明、添付図面、および請求項を見れば明らかになるであろう。

〔発明の好適な実施形態の詳細な説明〕
本発明のハイブリッド型較正システム１０が、図１に表わされている。システム１０は、トランスミッタ光源１３および検出器１４を含む垂直ビーム分光光度計１２を含む分光光度計サブシステムを含む。分光光度計サブシステムは、トランスミッタ光源２１および検出器２２を含む水平ビーム分光光度計２０をさらに含む。分光光度計サブシステムは、光透過および信号検出を制御するために共通のコンピュータプロセッサを備える少なくとも１つの水平ビーム分光光度計および１つの垂直ビーム分光光度計を含む、複数の分光光度計から形成され得る。あるいは、分光光度計サブシステムは、水平ビームおよび垂直ビーム分光測光を行うのに適したトランスミッタおよび検出器を備えた単一の分光光度計として確立されてもよい。市販の分光光度計、例えばアリゾナ州トゥーソンのS.I. Photonics, Inc.が提供しているS.I. Photonics 400 Series UV/Vis分光光度計、は、垂直ビーム分光光度計１２または水平ビーム分光光度計２０のどちらかとして、またはこれらの両方として使用され得る。あるいは、垂直ビーム分光光度計１２および水平ビーム分光光度計２０は、ニュージャージー州ニュートンのThorLabs、またはフロリダ州ダニーディンのOcean Opticsといった会社から市販される、さまざまな光学的構成要素および光ファイバから組み立てられ得る。逆に、分光光度計サブシステム全体は、ニュージャージー州バリントンのEdmund Opticsまたはカリフォルニア州カールズバッドのMelles Griotといった会社の、光学素子および光学的構成要素から設計され組み立てられてもよい。

システム１０は、固定された（使い捨てでない）上部が開いた円筒形セル３４をさらに含み、このセルは、決して液体で完全に満たされることはない。セル３４内の液体内容物の容量は、セル３４を垂直に通過する光の経路長に関連する。セル３４は、システム１０の耐用年数にわたりシステム１０内にとどまってよく、あるいは、洗浄、保管などがしやすいように取り外し可能であってもよい。ポンプ３６などの、セル３４を満たす装置は、適切な容量の希釈剤３７がバルク希釈剤供給部３８から送られる、コンピュータ制御ポンプであってよい。システム１０により提供される結果は、希釈剤容量に影響を受けないので、ポンプ３６を較正する必要はない。セル３４は、排水ポート４０と、関連する排水ポンプ４２とを含み、システム１０のユーザーが、測定シーケンスの終わりにセル３４の内容物を廃棄物容器４４にほぼ注ぎ込むことができるようにする。セル３４が「空になった」後、未知の濃度の未知の容量の溶液が、セル３４に残るであろうと予測される。

システム１０は、サンプル溶液送達構成要素４６も含み、これは、例えばピペットの先端部、または、サンプル溶液を送達することのできる他の導管であってよく、また、セル入口ポート５３に希釈剤３７を送達するための希釈剤送達導管５２のサンプル溶液入口ポート５０と、取り外し可能に係合可能とすることができる。混合要素５４は、セル３４の一部を形成するか、または、セル３４に取り外し可能に挿入可能であってよい。同じ機能を達成する他のデザインは、当業者には明らかであろう。システム１０はまた、極めて近接して構成された、いくつかのセルと共に構成されてよく、自動液体取扱器（ＡＬＨ）または手動マルチチャネルピペットのいずれかである、マルチチャネルディスペンサーが、１つのウェルにつき１つのチャネルを同時に送達することにより、試験され得る。

セル３４は、前述したように、空にすること、満たすこと、および混合することに備えて、上部が開いたフローセルであってよい。セルは、半径Ｒを備えて断面が円形であってよいが、この形状は、任意の規則的かつ均一な断面を有してもよい。セル３４の断面積は、Ｓ_ｃで表わされる。その値は、国家規格に帰することのできる方法を用いて、その起源となる製造所（factory of its origin）で測定されるべきであり、その値は、メモリ、または本明細書に記載するタイプの計算を実行するのに使用されるコンピュータプロセッサと関連付けられるデータベースなどに、記憶され得る。セル３４は、寸法的に安定していることが知られている材料（例えばホウケイ酸ガラス）で作られるので、Ｓ_ｃの値は、経時的に変化しない。セル３４を水平に通過する光の経路長は、ｌで表わされる。この値は、国家規格に帰することのできる手段を用いて、その起源となる製造所で測定されてよく、その値は、セルの断面積に関して示したように、記憶されることもできる。これもやはり時間と共に変化してはならない。セル３４は、その耐用期間にわたってサイズまたは形状を変えないことが知られる材料で作られるので、Ｓ_ｃおよびｌの値は、これらのパラメータを再測定する必要なしに、システム１０の耐用期間にわたり国家規格に帰することのできる結果を生成するのに使用され得る。セル３４は、カバー５６を有してよく、カバーは、読み取りが行われる場合には光路から自動的に出ることができるが、他の状況では、混合または輸送中に液体がセル３４からはねて出るのを防ぐために、適所にある。セル３４は、廃棄物容器４４に通じるオーバーフロー導管６０を備えたオーバーフローポート５８を含み、オーバーフローポート５８が遮断されていないと仮定すると、セル３４は、完全に満たされることはできない。

システム１０は、セル３４の内容物に対する水平ビーム分光法および垂直ビーム分光法からの結果を使用して、較正方法、容量決定方法、またはその両方の工程を実行するのに使用され得る。この方法は、セルの内容物の迅速かつ完全な混合を可能にするようにセル３４の直径が選択されることを必要とするが、ミリリットル範囲で送達装置を試験することを可能にする十分な能力も有していなければならない。サンプル溶液容量の上限が１０ｍＬの場合、これら２つの要件により、約２ｃｍのセル直径、および１５ｍＬの総容量がもたらされる。

本発明の方法の例としての実施形態は、２つの発色団を使用すること、ならびに複数の波長で水平方向および垂直方向両方において吸光度を測定することを含む。これはほんの一例であり、当業者には、他の実施が明らかであろう。この例としての実施形態では、希釈剤３７は、ピーク吸光度がλ_１＝７３０ｎｍの第１の発色団（例えば銅塩ＣｕＣｌ_２など）を含有する。他の発色団は、この波長で著しく吸収しないように選択される。較正または容量決定に使用されるべきサンプル溶液は、第２の発色団を含み、第２の発色団は、単一の発色団、または複数の発色団の組み合わせであってよく、第２の発色団は、７３０ｎｍより短い波長で１つまたは複数の特徴を有する。単一または組み合わせられた第２の発色団の例には、タートラジンおよびポンソーＳまたはこれら２つの混合物が含まれる。サンプル溶液は、第１の発色団のいずれも含有せず、希釈剤３７は、第２の発色団のいずれも含有しない。第２または他の発色団の吸光度は、１つまたは複数の波長で測定され得る。

較正が始まり得る前のある時期に、光度計の吸光度は、ベースラインを参照しなければならない。ベースラインの示度は、１つの波長での０を、別の波長での０に関連付ける。透明な（目的の波長範囲で吸収性でない）「ベースライン」溶液が、セル３４に添加され、セル３４は、セル３４内に発色団が残らないことを確実にするため、十分にすすがれる。これらの条件下で、吸光度の示度を、すべての波長で取得する。これらは、測定プロセスに使用されるベースライン吸光度値である。ベースライン溶液は発色団を含有しないので、吸光度を有しておらず、そのため、ベースライン溶液の容量は、水平または垂直な吸光度測定の結果に影響を与えない。ベースライン測定は、光度計の安定度に応じて、間隔をおいて定期的に繰り返されるべきである。以下の分析におけるすべての吸光度は、その波長のベースライン値と呼ばれる。

希釈剤供給貯蔵部３８内の希釈剤３７は、第１の発色団を含有する。ポンプ３６は、測定シーケンスにより指示されるのとほぼ同じ量の希釈剤３７を自動的にセル３４内に入れる。前記のとおり、ポンプ３６の容量送達（volume delivery）が、較正されたり、高度に再現可能であったりする必要はない。図１は、サンプル送達構成要素４６としてピペット先端部を用いたサンプル溶液の添加を示しているが、送達装置は、セル３４が適応し得る容量範囲で液体を送達する任意のものであってよい。アリコートのサンプル溶液がセル３４に添加された後、希釈剤ポンプ３６は、アリコートの希釈剤３７を送達し、この希釈剤は、入口エリアおよび導管５２を洗い流すため、および、サンプル溶液すべてがセル３４に入るのを確実にするために、使用される。この洗い流し希釈剤の容量は、Ｖ_flushである。厳密な容量は、結果にとって重要ではない。セル３４の内容物は、サンプルおよび洗い流し希釈剤が添加された後で混合される。混合要素５４は、垂直な光ビームが接触しないようにセル３４内部でセル底部６２に位置付けられているという条件で、セル３４の底部にある磁気撹拌子であってよい。磁気撹拌子の代わりとして、混合要素５４は、希釈剤ポンプ３６または別のポンプ装置の使用を伴って、セルの内容物をセル３４の開口部６４内へと再循環させる再循環ループを確立し、これにより、プロセスにおいて内容物を混合することができる。混合機構（これらのうちいずれか一方）の存在は、セル３４の効果的な外形が、単に直円柱でないことを意味している。撹拌子（または再循環ループ）により占められる容量Ｖ_ｍｉｘは、本明細書で述べる計算において、考慮する必要がある。Ｖ_ｍｉｘは、前記のとおり、セル３４および／またはシステム１０の生産地点において測定され、記憶され得る。

サンプル溶液がセル３４に添加され、混合された後、セル３４の内容物の吸光度が、第１の発色団のピーク吸光度波長で、垂直および水平に測定される。ＣｕＣｌ_２の場合は、その波長は７３０ｎｍである。これらの２つの吸光度値（垂直および水平）は、水平方向経路長ｌ、セル断面積Ｓｃ、および混合容量Ｖｍｉｘの値を考えれば、セル３４内の液体の全容量の値を生み出す。第１の発色団の濃度は、分光光度計サブシステム１２の最も正確な範囲で吸光度を生じるのに十分である限りは、重要ではない。詳細な数学的解析は、以下に記載する。サンプル溶液は、第１の発色団のいずれも含有しないが、送達されているサンプル溶液の容量を測定するのに適切な濃度で、第２の発色団を含有する。この第２の発色団の存在により得られる吸光度は、１つまたは複数の波長で（例えばポンソーＳでは、１つの波長は５２０ｎｍ（ピーク）であってよく、別の波長は４２０ｎｍ（谷）であってよい）水平に測定される。以下の分析は、ただ１つの波長λ_２を扱うが、同じ式が、第２の発色団の適切な特徴が位置する他の波長に関係するであろう。特徴は、ピーク、または谷、または吸光度と波長との曲線が平坦になる（傾斜が０か、またはほぼ０）プラトーとして定められる。以下の説明は、サンプル溶液がただ１つの発色団を含有するが、前記のように、所与の適用に最適な吸光度プロファイルを生じるために、発色団を組み合わせたものがサンプル溶液に添加され得ることを、想定している。

実行され得る計算およびシステム１０を用いて得られる情報を説明する前に、システム１０は、マルチチャネルバージョンに容易に適応可能であることに注目されたい。サンプルをセル３４に送達するためにピペット先端部ではなくチャネルを使用することにより、アクセス点の比較的狭い間隔（９ｍｍ）が可能となり、この間隔は、マルチチャネルピペットおよび自動送達装置に特有であり、そのため、図１に示すデザインは、測定されるべき各チャネルのためにセルを加えることにより、マルチチャネルピペットに使用され得る。セル３４の開口部６４内へピペットで入れるのではなくチャネルを用いる別の理由は、セル３４が垂直な光路から出ない限り、垂直吸光度測定のための必要な光学素子がピペットの邪魔になることである。光路からから出ることは可能ではあるが、より費用がかからず、より頑丈なデザインを作るために、機械的機序を最小化することが望ましい。

本発明の方法を引き続き参照すると、１日の第１のピペット較正の開始時に、システム１０は、セル１０を空にし、新しい希釈剤３７でセルを再び満たす。セル内に各発色団の一部が残ることは、当然であろう。吸光度の測定が行われるまで、厳密な量は分からない。各較正の開始時にセル３４を完全に洗い流すことは、不要であり、また、希釈剤３７の無駄遣いである。セル３４は、作業の開始時に希釈剤３７で、ある適切なレベル（例えば２ｍＬ）まで満たされるが、必然的に、未知の濃度の発色団を有する。言えるのは、ここに記載する工程より前に、希釈剤、サンプル溶液、またはそれらの混合物の任意の残留物がセル３４内にある限りにおいて、第２の発色団の濃度は、恐らく相対的に低く、第１の発色団の濃度は、希釈剤３７の濃度未満であろうということだけである。

作業の開始時において、セル３４が満たされた後、セルは、濃度Ｃ_１（０）の第１の発色団を含有する。（０）は、これが初期状態であることを示す。１回目のサンプル溶液添加（希釈剤による洗い流しを伴う）の後は（１）となり、同じように続く。セルは、濃度Ｃ_２（０）の第２の発色団も含有する。セル３４内の希釈剤およびサンプル溶液の総容量は、Ｖ_Ｔ（０）であり、垂直ビームが通過しなければならない、セル３４内の液体内容物の高さは、ｈ（０）である。較正の開始時に、Ｍ_１（０）モルの第１の発色団およびＭ_２（０）モルの第２の発色団がある。これらの量は、最初は分からない。前記のとおり、セル３４は、断面積Ｓ_ｃ、および水平方向光学経路長ｌを有する。Ｓ_ｃおよびｌの値は、システム１０の各特定のバージョンで異なっていてよいが、特定のセルの値は、維持されている。波長２における第１の発色団の吸光係数は、ε_１，２である。工程０の後、波長１で垂直に測定される吸光度は、

であり、水平方向の吸光度は、

である。

どれだけ多くの、一定分量のサンプル溶液（aliquots of sample solution）が添加されているか、またはどれほどの希釈剤が添加されているかにかかわらず、以下の関係が、一般には保たれる：
液体深さ。ｉ回目のサンプル溶液添加の後の、セル３４の液体深さと、セル３４の液体内容物の総容量との間の関係は：
Ｖ_Ｔ（ｉ）＝Ｓ_ｃｈ（ｉ）−Ｖ_ｍｉｘ （１．１）
である。
セル３４の内容物を混合するために混合要素５４として混合バーが使用される場合、Ｖ_ｍｉｘは正であり、混合するために混合要素５４として再循環ループが使用される場合、再循環ループの容量は負となる。両方の混合形態を使用することが可能であり、その場合、２つの容量が、部分的または完全に、互いを補う（offset）ことができる。セル内にいかなる混合装置も存在しない状態で、セルの内容物を振り動かしたりボルテックスしたりすることにより、混合することも可能であり、この場合、Ｖ_ｍｉｘ＝０である。
セル３４内の液体の総容量。ｉ回目のサンプル溶液添加後の、波長１での垂直および水平方向の吸光度は：

である。
これら２つを割り、ｈ（ｉ）を求める：

次に、この結果を式（１．１）に当てはめる。

この式（１．５）により、既知の量（Ｓ_ｃ、ｌ、およびＶ_ｍｉｘ）および測定された２つの吸光度に基づいて、任意の工程で、セル３４内の液体内容物の総容量を算出することができる。

サンプル溶液の添加量に対する希釈剤３７の量については何も知る必要がなく、希釈剤３７中の第１の発色団の濃度を知る必要もない。吸光度の示度が、分光光度計サブシステム１２が最適な性能をもたらす範囲内、典型的には０．７５〜１．２５吸光度単位、となるように十分濃縮されることが必要となるのみである。
第２の発色団の濃度。式（１．３）を、波長２で水平に測定された第２の発色団に当てはめる：

発色団がベールの法則に完全に従う場合、吸光係数ε_２，２は、一定となる。非常に厳格な定量的作業（very exacting quantitative work）では、直線性からの逸脱を観察することは一般的であり、例えば、ε_２，２は、一定でないが、濃度に依存している。この依存は、設備の良い研究室で定量化されてよく、濃度の関数としての吸光係数の依存を示す経験的関係が発見される。本発明の目的のため、この依存は、十分に特徴づけられて、既知の係数をもつ関数（例えば多項式展開）により表示され得る吸光係数と濃度との関係を可能とすると考えられる。この係数は、製剤室で測定され、試薬瓶上のバーコードまたは他の手段により器具に伝えられることができる。吸光係数と濃度との関係は、ε_２，２（Ｃ_２（ｉ））である。
式（１．６）は、

となる。
測定された吸光度、既知の経路長ｌ、および濃度への吸光係数の依存を説明する係数を考えると、この式は、必要であれば連続近似を用いることで、濃度Ｃ_２（ｉ）について解くことができる。以下の計算では、濃度について言及するときはいつでも、それは、分析的表現または連続近似のいずれかを用いて濃度を算出するのに式（１．７）が使用される場合に結果として得られる値である。

セル３４の内容物の初期特徴づけが完了した後、方法の次の工程は、分析されるべきサンプル溶液を添加することである。セル３４は、最初は、先の作業で残された、Ｍ_２（０）モルの第２の発色団を含有する。第１の一定分量のサンプル溶液、およびある容量の洗い流し希釈剤３７がセル３４の既存の内容物に添加および混入された後は、Ｍ_２（１）モルを含む。Ｍ_２（０）とＭ_２（１）との差は、（濃度Ｃ_Ｓ２の第２の発色団を有する）第１の一定分量のサンプル溶液中に添加された量である：

これは、希釈剤の洗い流し溶液の容量とは無関係である。それは、洗い流しに使用される希釈剤が第２の発色団を何も含有していないためである。Ｃ_Ｓ２は、各特定ロットの試薬について製剤室で測定され、キットパッケージ上のバーコードによって、または他の手段によってシステム１０に伝えられた、値である。式（１．８）は、サンプル容量Ｖ_ｓ（１）について解くことができる：

第１の波長での吸光度の新たな水平および垂直方向の測定値が取られ、式（１．５）を用いて、新たな総容量Ｖ_Ｔ（１）が算出される。式（１．７）と共に、第２の波長での水平方向の吸光度測定値が次に使用されて第２の発色団の新しい濃度Ｃ_２（１）を決定する。これらの量および濃度の定義から、以下が得られる：

この関係により、初期状態および第１の一定分量のサンプル溶液添加後の状態に関する先の２つの計算（式（１．５）および（１．７））の結果に基づいて、サンプル溶液容量の正確な値がもたらされる。式（１．１０）は、任意のサンプル添加の容量を見出すために、一般化され得る：

システム１０の出力情報および／または制御動作を処理するコンピュータ装置がセル３４を空にし、最初の量の希釈剤３７で再び満たす時点である、１つまたは複数の限界に到達するまで、引き続き、追加の一定分量のサンプル溶液が、セル３４に添加され得る。

波長２での吸光度が許容範囲の限界（end）まで達すると、あるいは、総容量が、次の送達後にあまりに大きくなる場合、あるいは、作業におけるデータ点の数が何らかの事前設定された限界を超えた場合、システム１０は、自動的にセル３４から排水し、新たな量の希釈剤３７でセル３４を再び満たし、最初の吸光度示度を取得する。システム１０のオペレーターは、その後、次の一定分量のサンプル溶液を添加するよう促され得る。このように、任意の数のデータ点が、セルの総容量未満の任意の容量のピペット較正のために取得され得る。セル３４から排水し、希釈剤３７でセル３４を再び満たし、０示度を取得するプロセスは、完全に自動化される。

システム１０を使用する日の最初に、システムは、十分な希釈剤３７でセル３４を洗い流し、セル３４に第２の発色団がないことを確実にし、水平方向の吸光度の読み取りが、第１の波長を除くすべての波長で行われる。これにより、その日の最初に、これらの波長のベースラインが確立される。波長１および２でのベースライン間の、先に確立された関係が、波長１での読み取りのベースラインを推測するために適用される。このベースライン設定作業は、周囲温度が初期ベースラインの示度から、予め確立された量を超えて変化するときはいつでも、自動的に反復されることもできる。光学素子（例えば検出器２８および３０）が温度依存性であってよいので、これが行われ、そのため、ベースラインを再び設定することなしでは、結果は、温度と共に変動し得る。追加の較正工程が、定期的に使用されて、システム１０の正しい動作を確認することができる。推奨される較正間隔は、システム１０の安定性によって左右され得る。当然、較正は、いつでも行うことができる。

本発明の較正プロセスは、以下の工程を含む。まず、システム１０のユーザーは、希釈剤容器３８を、単に透明な非吸収溶液であるベースライン溶液を含有するものと取り換える。システム１０は、あらゆる発色団を排除するよう十分なベースライン溶液でセル３４を自動的に洗い流す。システム１０は次に、すべての利用可能な波長で、垂直方向および水平方向両方の吸光度の示度を取得する。これらの値は、後で使用するために記録される。ユーザーは次に、正確に分かっている濃度の両発色団を含有する特別な較正溶液を添加するために、ピペットまたは他の移動装置を使用するよう促される。較正溶液は、入口ポート５０の中に添加される。システム１０は、セル３４がオーバーフローポート５８に至るまで較正溶液で満たされるまで、中身を出し（empty）、いっそう多くの較正溶液を要求し、洗い流しを続ける。この時点で、垂直方向の経路長は、そのポート５８の高さと等しいことが分かっている。この高さは、ｈ（Ｃ）で示される。この高さは、セル３４の出所（origin）で確立され、示したように記憶されるべきである。式（１．４）からのｈ（Ｃ）およびｌの既知の値を前提として、垂直方向の吸光度と水平方向の吸光度との割合は以下となる：

測定された吸光度の割合が、この割合と等しくない（または何らかの事前に決められた許容誤差外である）場合、システム１０は、この特定の較正試験を失敗している。波長それぞれにおける水平方向の吸光度の絶対値は、同様に、結果が国家規格に帰することのできる器具を用いて較正溶液の出所で決定されたような、較正溶液の瓶のバーコードに記載された値の何らかの許容誤差内になるべきである。異なるレベルで吸光度の正確性を試験するためにいくつかの異なる濃度の較正溶液を有することが望ましい場合がある。その場合、オペレーターは、溶液それぞれを順に用いてシステム１０を較正する。器具較正の別のオプションは、水平方向および垂直方向のビームに出入りしてそれらを弱め、分光光度計の反応を較正することができる、光学フィルターを使用することである。

本明細書に記載し図示したシステム１０および方法の他のバリエーションを、実行することができる。さらに、プロセス、その工程、およびさまざまな実施例、ならびに、これらのプロセスおよび工程のバリエーションは、個々に、または組み合わせて、コンピュータ可読媒体、例えば不揮発性記録媒体、集積回路メモリ素子、別個のデータベース、またはこれらの組み合わせ、におけるコンピュータ可読信号として有形に具体化されるコンピュータプログラム製品として、実行されることができる。このようなコンピュータプログラム製品は、コンピュータ可読媒体上で有形に具体化されるコンピュータ可読信号を含んでよく、このような信号は、例えばコンピュータにより実行される結果として、本明細書に記載される１つまたは複数のプロセスまたは行為、ならびに／あるいはさまざまな実施例、バリエーション、およびそれらの組み合わせを行うようにコンピュータに指示する、１つまたは複数のプログラムの一部として、命令を定めている。このような命令は、複数のプログラミング言語のいずれか、例えばＪａｖａ、ビジュアルベーシック、ＸＭＬ、ＣまたはＣ＋＋、フォートラン、パスカル、Ｅｉｆｆｅｌ、ベーシック、コボルなど、または、それらのさまざまな組み合わせのうち任意のもので、書かれてよい。コンピュータプログラムは、液体送達装置試験製品と共に、メイン州ウェストブルックのArtel, Inc.により供給されるタイプのものであってよい。

本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに、本明細書に記載するようなシステムおよび／または方法に対するさまざまな改変が行われてよいことが理解される。したがって、他の実施形態は、請求項の範囲内となる。

〔実施の態様〕
（１） 液体送達装置の試験を助けるために前記液体送達装置によりセルに送達されたサンプル溶液の容量を判定するシステムにおいて、
ａ．セルであって、前記液体送達装置から前記セル内に前記サンプル溶液を受容するように構成されたセル入口ポート、実質的に一定の断面積、および既知の水平方向光学経路長を有し、中に前記液体を収容するように構成された、セルと、
ｂ．前記セルの内容物を通して水平方向の光ビームを送り、前記内容物により吸光度を示す情報を出力するように構成された、水平ビーム分光光度計であって、前記セルの前記内容物は希釈剤を含み、前記希釈剤は第１の発色団を含む、水平ビーム分光光度計と、
ｃ．前記セルの前記内容物を通して垂直方向の光ビームを送り、前記内容物により吸光度を示す情報を出力するように構成された、垂直ビーム分光光度計であって、前記セルの前記内容物は、前記サンプル溶液および前記希釈剤を含み、前記サンプル溶液は、第２の発色団を含む、垂直ビーム分光光度計と、
ｄ．前記実質的に一定の断面積、前記既知の水平方向光学経路長、前記水平ビーム分光光度計からの前記吸光度の情報、および前記垂直ビーム分光光度計からの前記吸光度の情報に基づいて、前記液体送達装置によって前記セル内に分配された前記サンプル溶液の容量を算出するように構成されたコンピュータプログラムと、
を含む、システム。
（２） 実施態様１に記載のシステムにおいて、
前記セル入口ポートを通じて前記セルへと前記希釈剤を送達するように構成されたポンプをさらに含む、システム。
（３） 実施態様２に記載のシステムにおいて、
前記サンプル溶液の前記第２の発色団は、前記希釈剤の前記第１の発色団の吸収特性とは異なる吸収特性を有する、システム。
（４） 実施態様３に記載のシステムにおいて、
ある量の前記第１の発色団を有する前記希釈剤、および既知の濃度の前記第２の発色団を有する前記サンプル溶液を含む、既知の光学特性を有する１組の試薬溶液をさらに含む、システム。
（５） 実施態様３に記載のシステムにおいて、
前記希釈剤と前記サンプル溶液とを共に混合するための混合要素をさらに含む、システム。

（６） 実施態様１に記載のシステムにおいて、
前記セルは、前記セルが完全に満たされるのを防ぐための、オーバーフローポートを含む、システム。
（７） 実施態様１に記載のシステムにおいて、
前記セルは、前記セルへの前記サンプル溶液の送達を可能にし、前記セル入口ポートを迂回するために、前記セルの上部に開口部を含む、システム。
（８） 液体送達装置の試験を助けるために前記液体送達装置によりセルに送達されたサンプル溶液の容量を判定する方法において、
ａ．希釈剤をセルに送達する工程であって、前記希釈剤は、第１の発色団を含み、前記セルは、実質的に一定の断面積、および既知の水平方向光学経路長を含む、工程と、
ｂ．水平ビーム分光測光および垂直ビーム分光測光を用いて前記セル内の前記第１の発色団の第１の吸光度を検知する工程と、
ｃ．液体送達装置を用いて前記サンプル溶液を前記セルに送達する工程であって、前記サンプル溶液は、第２の発色団を含み、前記第２の発色団は、前記第１の発色団の光吸収特性とは異なる光吸収特性を有する、工程と、
ｄ．水平ビーム分光測光および垂直ビーム分光測光を用いて前記セル内の前記第１の発色団の第２の吸光度を検知する工程と、
ｅ．水平ビーム分光測光を用いて前記セル内の前記第２の発色団の吸光度を検知する工程と、
ｆ．前記実質的に一定の断面積、前記既知の水平方向光学経路長、および検知された前記吸光度を用いて、前記液体送達装置によって前記セル内に送達された前記サンプル溶液の容量を判定する工程と、
を含む、方法。
（９） 実施態様８に記載の方法において、
工程ｃ〜ｆを、１回または複数回繰り返す工程をさらに含む、方法。
（１０） 実施態様８に記載の方法において、
前記第１の発色団の前記第２の吸光度を検知する前に、希釈剤とサンプル溶液との混合物を作るため、前記セル内で前記希釈剤と前記サンプル溶液とを共に混合する工程をさらに含む、方法。

（１１） 実施態様１０に記載の方法において、
送達された前記サンプル溶液の容量を判定する工程の後で、前記希釈剤とサンプル溶液との混合物を取り除く工程をさらに含む、方法。
（１２） 実施態様１１に記載の方法において、
工程ｃ〜ｆを１回または複数回繰り返す工程をさらに含む、方法。
（１３） 実施態様８に記載の方法において、
前記サンプル溶液を前記セルに送達する前に、前記セル内の前記希釈剤の容量を判定する工程をさらに含む、方法。
（１４） 実施態様１３に記載の方法において、
前記希釈剤の容量を判定する工程は、式：

を使用する工程を含み、
式中、Ｖ_Ｔは、前記セル内の希釈剤および任意の残留流体の容量であり、
Ｓ_ｃは、前記セルの前記実質的に一定の断面積であり、
ｌは、前記セルの前記既知の水平方向光学経路長であり、
Ａ^ｖ _１は、前記垂直ビーム分光測光により検知された前記第１の発色団の前記吸光度であり、
Ａ^ｈ _１は、前記水平ビーム分光測光により検知された前記第１の発色団の前記吸光度であり、
Ｖ_ｍｉｘは、前記セル内にあってよい任意の混合要素により占められる前記セル内の任意の容量である、方法。
（１５） 実施態様１３に記載の方法において、
式：

を用いて判定される、前記セル内の前記第２の発色団の濃度を判定する工程と、
バーコードまたは他の手段によりシステムに渡された、吸光係数と濃度との既知の関係を用いて、濃度Ｃ_２（ｉ）を求める工程と、
をさらに含む、方法。

（１６） 実施態様１４に記載の方法において、
前記液体送達装置により前記セルに送達された前記サンプル溶液の容量を判定する工程は、式：

を使用する工程を含み、
式中、Ｃ_ｓ２は、前記サンプル溶液内に含有される前記第２の発色団の既知の濃度である、方法。

本発明のハイブリッド型垂直ビーム‐水平ビーム法を実行するための、本発明の実施形態の構成要素の簡略化した図表示である。

Claims (16)

1. 液体送達装置の試験を助けるために前記液体送達装置によりセルに送達されたサンプル溶液の容量を判定するシステムにおいて、
   ａ．セルであって、前記液体送達装置から前記セル内に前記サンプル溶液を受容するように構成されたセル入口ポート、セルの高さ方向に対して実質的に一定の断面積、および既知の水平方向光学経路長を有し、中に前記液体を収容するように構成された、セルと、
   ｂ．前記セルの内容物を通して水平方向の光ビームを送り、前記内容物により吸光度を示す情報を出力するように構成された、水平ビーム分光光度計であって、前記セルの前記内容物は希釈剤を含み、前記希釈剤は第１の発色団を含む、水平ビーム分光光度計と、
   ｃ．前記セルの前記内容物を通して垂直方向の光ビームを送り、前記内容物により吸光度を示す情報を出力するように構成された、垂直ビーム分光光度計であって、前記セルの前記内容物は、前記サンプル溶液および前記希釈剤を含み、前記サンプル溶液は、第２の発色団を含む、垂直ビーム分光光度計と、
   ｄ．前記実質的に一定の断面積、前記既知の水平方向光学経路長、前記水平ビーム分光光度計からの前記吸光度の情報、および前記垂直ビーム分光光度計からの前記吸光度の情報に基づいて、前記液体送達装置によって前記セル内に分配された前記サンプル溶液の容量を算出するように構成されたコンピュータプログラムと、
   を含み、
   前記水平ビーム分光光度計及び垂直ビーム分光光度計は、少なくとも第１の発色団のピーク吸光度波長での測定を行い、
   当該波長において、前記第２の発色団が著しく吸収しない、ことを特徴とする、システム。
2. 請求項１に記載のシステムにおいて、
   前記セル入口ポートを通じて前記セルへと前記希釈剤を送達するように構成されたポンプをさらに含む、システム。
3. 請求項２に記載のシステムにおいて、
   前記サンプル溶液の前記第２の発色団は、前記希釈剤の前記第１の発色団の吸収特性とは異なる吸収特性を有する、システム。
4. 請求項３に記載のシステムにおいて、
   ある量の前記第１の発色団を有する前記希釈剤、および既知の濃度の前記第２の発色団を有する前記サンプル溶液を含む、既知の光学特性を有する１組の試薬溶液をさらに含む、システム。
5. 請求項３に記載のシステムにおいて、
   前記希釈剤と前記サンプル溶液とを共に混合するための混合要素をさらに含む、システム。
6. 請求項１に記載のシステムにおいて、
   前記セルは、前記セルが完全に満たされるのを防ぐための、オーバーフローポートを含む、システム。
7. 請求項１に記載のシステムにおいて、
   前記セルは、前記セルへの前記サンプル溶液の送達を可能にし、前記セル入口ポートを迂回するために、前記セルの上部に開口部を含む、システム。
8. 液体送達装置の試験を助けるために前記液体送達装置によりセルに送達されたサンプル溶液の容量を判定する方法において、
   ａ．希釈剤をセルに送達する工程であって、前記希釈剤は、第１の発色団を含み、前記セルは、セルの高さ方向に対して実質的に一定の断面積、および既知の水平方向光学経路長を含む、工程と、
   ｂ．水平ビーム分光測光および垂直ビーム分光測光を用いて前記セル内の前記第１の発色団の第１の吸光度を検知する工程と、
   ｃ．液体送達装置を用いて前記サンプル溶液を前記セルに送達する工程であって、前記サンプル溶液は、第２の発色団を含み、前記第２の発色団は、前記第１の発色団の光吸収特性とは異なる光吸収特性を有する、工程と、
   ｄ．水平ビーム分光測光および垂直ビーム分光測光を用いて前記セル内の前記第１の発色団の第２の吸光度を検知する工程と、
   ｅ．水平ビーム分光測光を用いて前記セル内の前記第２の発色団の吸光度を検知する工程と、
   ｆ．前記実質的に一定の断面積、前記既知の水平方向光学経路長、および検知された前記吸光度を用いて、前記液体送達装置によって前記セル内に送達された前記サンプル溶液の容量を判定する工程と、
   を含み、
   前記水平ビーム分光測光及び垂直ビーム分光測光は、少なくとも前記第１の発色団のピーク吸光度波長での測定を行い、
   当該波長において、前記第２の発色団が著しく吸収しない、ことを特徴とする、方法。
9. 請求項８に記載の方法において、
   工程ｃ〜ｆを、１回または複数回繰り返す工程をさらに含む、方法。
10. 請求項８に記載の方法において、
    前記第１の発色団の前記第２の吸光度を検知する前に、希釈剤とサンプル溶液との混合物を作るため、前記セル内で前記希釈剤と前記サンプル溶液とを共に混合する工程をさらに含む、方法。
11. 請求項１０に記載の方法において、
    送達された前記サンプル溶液の容量を判定する工程の後で、前記希釈剤とサンプル溶液との混合物を取り除く工程をさらに含む、方法。
12. 請求項１１に記載の方法において、
    工程ｃ〜ｆを１回または複数回繰り返す工程をさらに含む、方法。
13. 請求項８に記載の方法において、
    前記サンプル溶液を前記セルに送達する前に、前記セル内の前記希釈剤の容量を判定する工程をさらに含む、方法。
14. 請求項１３に記載の方法において、
    前記希釈剤の容量を判定する工程は、式：
    

    

    を使用する工程を含み、
    式中、Ｖ_Ｔは、前記セル内の希釈剤および任意の残留流体の容量であり、
    Ｓ_ｃは、前記セルの前記実質的に一定の断面積であり、
    ｌは、前記セルの前記既知の水平方向光学経路長であり、
    Ａ^ｖ _１は、前記垂直ビーム分光測光により検知された前記第１の発色団の前記吸光度であり、
    Ａ^ｈ _１は、前記水平ビーム分光測光により検知された前記第１の発色団の前記吸光度であり、
    Ｖ_ｍｉｘは、前記セル内にあってよい任意の混合要素により占められる前記セル内の任意の容量である、方法。
15. 請求項１３に記載の方法において、
    式：
    

    

    を用いて判定される、前記セル内の前記第２の発色団の濃度を判定する工程と、
    バーコードまたは他の手段によりシステムに渡された、吸光係数と濃度との既知の関係を用いて、濃度Ｃ_２（ｉ）を求める工程と、
    をさらに含む、方法。
16. 請求項１４に記載の方法において、
    前記液体送達装置により前記セルに送達された前記サンプル溶液の容量を判定する工程は、式：
    

    

    を使用する工程を含み、
    式中、Ｃ_ｓ２は、前記サンプル溶液内に含有される前記第２の発色団の既知の濃度である、方法。

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