JP7122950B2 - 分析試料前処理装置、分析試料前処理方法、及び分析試料前処理システム - Google Patents

Description

本発明は、分析試料前処理装置、分析試料前処理方法、及び分析試料前処理システムに関する。

従来、懸濁液中の溶質成分を液体クロマトグラフや質量分析等の分析装置で分析する場合、懸濁液中の濁質が流路内で目詰まりを起こしたり、ノイズの原因になってしまったりする可能性があるため、溶質成分を分析する前に懸濁液中の濁質を分離、除去する前処理が必要である。

該前処理は、現在においては用手法が主流であり、一般的には人手によって膜濾過を用いた濁質の分離、除去が行われている。

膜濾過を用いる方法以外の分離方法としては、例えば特許文献１には「懸濁液が流れる流路部が構成される懸濁液処理部と、前記懸濁液処理部を駆動する駆動部と、を備え、前記懸濁液処理部は、前記流路部の少なくとも一部の領域を挟むように、第１の振動子及び第２の振動子を含む２つ以上の振動子が設けられ、前記駆動部は、信号増幅部を含み、前記第１の振動子及び第２の振動子は、前記信号増幅部を介して電気的に接続され、前記信号増幅部は、前記第２の振動子からの電気信号を増幅して前記第１の振動子へ入力し、前記第１の振動子と前記第２の振動子との間の前記流路部の領域に超音波を発生させることにより、前記懸濁液から微粒子または固形物を分離する処理を行う」懸濁液処理装置が開示されている。

国際公開第２０１５／２５３９５号

用手法によって前処理を行う場合、人手によって試料のサンプリングと前処理を複数回実施することになるため、時間がかかり、人件費もかかる。また、膜濾過を用いる場合には、膜交換の手間や消耗品である膜の購入コストが必要となる。

特許文献１に記載の処理装置では、懸濁液を収容する容器に超音波振動子が接続されているため、容器を交換する場合等において超音波振動子の着脱が容易に行えないことが起こり得る。また、処理装置や容器には、構造上、濁質の沈殿物の排出や流路の洗浄が困難となる部分が存在する。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、濁質を含む分析試料の前処理を速やか、且つ、低コストで行えるようにすることを目的とする。

本願は、上記課題の少なくとも一部を解決する手段を複数含んでいるが、その例を挙げるならば、以下のとおりである。上記課題を解決すべく、本発明の一態様に係る分析試料前処理装置は、分析試料から濁質を除去した清澄液を得る分析試料前処理装置であって、前記分析試料を収容するためのセルと、前記セルを装着するために筐体の少なくとも一部が開口されたセルホルダと、を備え、前記セルホルダは、内部に装着された前記セルを挟んで対向する平面対に配置された超音波振動子及び超音波反射板を有し、前記セルは、前記分析試料を流入する第１開口部、前記清澄液を流出する第２開口部、及び前記濁質を排出する第３開口部を有し、前記セルを前記セルホルダに装着した状態において、前記第１開口部は、前記超音波振動子の上端よりも鉛直方向で低い位置、または前記超音波振動子の下端よりも鉛直方向で高い位置に設けられていることを特徴とする。

本発明の一態様によれば、濁質を含む分析試料の前処理を速やか、且つ、低コストで行うことができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る分析試料前処理装置１をなすセル１０及びセルホルダ２０の構成例を示す図である。 図２は、セル１０の構成例を示しており、図２（Ａ）はＹＺ側面図、図２（Ｂ）はＸＺ側面図である。 図３は、セル１０をセルホルダ２０に装着した状態を示しており、図３（Ａ）はＹＺ側面図、図３（Ｂ）はＸＺ側面図である。 図４は、前処理を説明するフローチャートである。 図５は、本発明の第２の実施形態に係る分析試料前処理装置２をなすセル１０及びセルホルダ２１の構成例を示す図である。 図６は、本発明の第３の実施形態に係る分析試料前処理装置３をなすセル１０及びセルホルダ２２の構成例を示す図である。 図７は、本発明の第４の実施形態に係る分析試料前処理装置４をなすセル１１及びセルホルダ２３の構成例を示す図である。 図８は、セル１１の構成例を示しており、図７（Ａ）はＹＺ側面図、図７（Ｂ）はＸＺ側面図である。 図９は、セル１１をセルホルダ２３に装着した状態を示しており、図９（Ａ）はＹＺ側面図、図９（Ｂ）はＸＺ側面図である。 図１０は、セル１０の第１の変形例であるセル１２を示しており、図１０（Ａ）はＹＺ側面図、図１１（Ｂ）はＸＹ側面図である。 図１１は、セル１０の第２の変形例であるセル１３を示しており、図１１（Ａ）はＹＺ側面図、図１１（Ｂ）はＸＹ側面図である。 図１２は、セル１０の第３の変形例であるセル１４を示しており、図１２（Ａ）はＹＺ側面図、図１２（Ｂ）はＸＹ側面図である。 図１３は、セル１０の第４の変形例であるセル１５を示しており、図１３（Ａ）はＹＺ側面図、図１３（Ｂ）はＸＹ側面図である。 図１４は、本発明の第５の実施形態に係る分析試料前処理装置５のセル１６の構成例を示しており、図１４（Ａ）はＹＺ側面図、図７（Ｂ）はＸＺ側面図である。す図である。 図１５は、本発明の第５の実施形態に係る分析試料前処理装置５をなすセル１６及びセルホルダ２４の構成例であって、セル１６をセルホルダ２４に装着した状態を示す斜視図である。 図１６は、本発明の第６の実施形態に係る分析試料前処理システム６の構成例を示す図である。 図１７は、本発明の第７の実施形態に係る分析試料前処理システム７の構成例を示す図である。 図１８は、本発明の第８の実施形態に係る分析試料前処理システム８の構成例を示す図である。 図１９は、本発明の第９の実施形態に係る分析試料前処理システム９の構成例を示す図である。

以下に説明する各実施形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、各実施形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。

さらに、各実施形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。また、各実施形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、図面においては、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸を備える直交座標系を用い、Ｘ軸及びＹ軸は水平方向を示し、Ｚ軸は鉛直方向を示すものとする。

＜本発明の実施形態の概要＞
本発明の実施形態に係る分析試料前処理装置及び分析試料前処理システムは、分析試料としての懸濁液に含まれた溶質成分を分析する分析装置の前段に配置されるものである。すなわち、分析試料前処理装置及び分析試料前処理システムは、濁質を含む分析試料から濁質を分離、除去する前処理を行い、その結果得られる清澄な分析試料（以下、清澄液と称する）を分析装置に供給することができるように構成されている。

ここで、分析試料としては、液体状態の化学品、医薬品、食品、環境試料、固体微粒子を含む懸濁液、油滴が分散した乳濁液等が想定される。

＜本発明の第１の実施形態に係る分析試料前処理装置１＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る分析試料前処理装置１をなすセル１０及びセルホルダ２０の構成例を示している。

分析試料前処理装置１は、濁質の密度が媒質成分の密度よりも大きい分析試料の前処理に適している。分析試料前処理装置１は、セルホルダ２０の下方からセル１０を装着でき、また取り外しできるようになされている。

セル１０は、濁質を含む分析試料を収容するためのものである。セルホルダ２０は、装着されたセル１０を保持し、セル１０に対して超音波を照射することにより、セル１０の中の分析試料から濁質を分離させるためのものである。

次に、図２は、セル１０の構成例を示しており、同図（Ａ）は、ＹＺ面の側面図を示し、同図（Ｂ）は、ＸＺ面の側面図を示している。図３は、セルホルダ２０に対してセル１０を装着した状態を示しており、同図（Ａ）は、ＹＺ面の側面図を示し、同図（Ｂ）は、ＸＺ面の側面図を示している。

セル１０は、化学的に安定しており、機械的強度と耐熱性がある材料によって直方体に形成されている。なお、セル１０の中の分析試料が見えるようにする場合、ガラス、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、フッ素樹脂等の透明な材料を用いることが望ましい。また、セル１０の内部が見えなくても構わない場合、ステンレス鋼等を用いてもよい。セル１０の内部には、分析試料を収容するための直方体の空間が形成されている。

セル１０には、第１開口部１０１、第２開口部１０２、及び第３開口部１０３が設けられている。なお、第１開口部１０１、第２開口部１０２、及び第３開口部１０３は、セル１０の壁面に形成された穴であってもよいし、該穴に配管を接続したものでもよい。

セル１０がセルホルダ２０に装着された状態において、第１開口部１０１は、超音波振動子２０２の上端よりも鉛直方向（Ｚ方向）で低い位置に設けられている。なお、濁質の分離効率を上げるため、第１開口部１０１は、超音波振動子２０２の下端よりも鉛直方向（Ｚ方向）で低い位置に設けられていることが望ましい。第２開口部１０２は、第１開口部１０１及び第３開口部１０３よりも鉛直方向（Ｚ方向）で高い位置に設けられている。第３開口部１０３は、第１開口部１０１よりも鉛直方向（Ｚ方向）で低い位置に設けられている。

いまの場合、第１開口部１０１は、セル１０の対向するＸＺ面対のうちの一方に設けられ、第２開口部１０２は、セル１０の対向するＸＹ面対のうちの上面に設けられ、第３開口部１０３は、対向するＸＹ面対のうちの下面に設けられている。なお、第１開口部１０１、第２開口部１０２、及び第３開口部１０３を設ける面は上述した例に限定されない。

第１開口部１０１、第２開口部１０２、及び第３開口部１０３には、それぞれ分析試料、清澄液、洗浄液、濁質等のタンクに繋がれた配管が接続される。各配管には制御部によって制御される開閉バルブ及び繋がれたタンクを切り替えるための切り替えバルブが設けられている。また、各配管にはポンプ（いずれも不図示）が接続されていてもよい。

第１開口部１０１は、濁質を含む分析試料や洗浄液の流入口として用いられる。第２開口部１０２は、清澄液の流出口として、または洗浄液の流入口として用いられる。第３開口部１０３は、分析試料から分離された濁質や洗浄液の排出口として用いられる。

セルホルダ２０は、ステンレス鋼、アルミニウム等の金属、またはアクリル樹脂等を材料とする直方体であり、その内部にてセル１０を保持するための空間が設けられている。また、セルホルダ２０は、セル１０を下方から着脱できるように、対向するＸＹ面対のうちの下面が開放されている。セルホルダ２０の材料は、機械的強度が高く、耐熱性があるものが望ましい。また、セルホルダ２０は、超音波を伝達し易くするため、吸音率が低く、隣接する物質と音響インピーダンスが近い材料を選ぶことがより望ましい。

セルホルダ２０の対向するＹＺ面対のうちの一方の面の外側には押し付けねじ２０１が配置され、該面の内側には超音波振動子２０２が配置されている。また、セルホルダ２０の対向するＹＺ面対のうちの他方の面の外側であって、超音波振動子２０２に対向する位置には超音波反射板２０６が配置されている。超音波振動子２０２は、PZT等の圧電セラミックス素子、P(VDF-TrFE)素子、及びZnO素子等からなる。超音波振動子２０２は、制御部（不図示）からの制御に従い、所定波長の超音波を出力する。超音波反射板２０６は、超音波を反射する金属等からなる。超音波反射板２０６は、超音波振動子２０２から出力され、セル１０に収容された分析試料を伝搬する超音波を反射する。

押し付けねじ２０１（本発明の押し付け部材に相当する）は、セルホルダ２０に対してねじ込むことができ、超音波振動子２０２は、Ｘ方向に可動できるようにセルホルダ２０の内壁面に保持されている。よって、押し付けねじ２０１をセルホルダ２０にねじ込むことにより、超音波振動子２０２をセル１０側に移動させ、セル１０を、超音波振動子２０２と、超音波反射板２０６が外側に配置されたセルホルダ２０の壁面とに密着させることができる。

なお、押し付けねじ２０１の代わりに、例えばバネ等を用いてもよい。また、超音波反射板２０６を、セルホルダ２０の対向するＹＺ面のうちの他方の内側であって、超音波振動子２０２に対向する位置に配置したり、Ｘ方向に可動できるようにしたりしてもよい。さらに、超音波振動子２０２と超音波反射板２０６との配置を入れ替えて、押し付けねじ２０１により、超音波反射板２０６をセル１０に押し付けるようにしてもよい。

セルホルダ２０の対向するＸＺ面対のうちの一方の面には、セル１０をセルホルダ２０の下方から着脱する際に、セル１０の第１開口部１０１を通すためのスリット２０３と、セル１０の中の分析試料の状態（前処理による濁質の分離状態等）を観察するための観察窓２０５とが形成されている。なお、スリット２０３からも、セル１０の中の分析試料の状態を観察することができる。

セルホルダ２０の対向するＸＹ面対のうちの上面には、セル１０の第２開口部１０２に接続された配管を通すための配管穴２０４が形成されている。

分析試料前処理装置１においては、ユーザにより、セルホルダ２０に対して下方からセル１０が装着される。そして、ユーザにより押し付けねじ２０１がねじ込まれると、セル１０が超音波振動子２０２と超音波反射板２０６の間に挟まれる。この状態で超音波振動子２０２が超音波を出力すると、超音波はセル１０のＹＺ平面または超音波反射板２０６にて反射されて、セル１０内の分析試料には定在波が形成されることになる。

なお、超音波の伝達効率が上がるように、超音波振動子２０２とセル１０との当接面、及びセル１０とセルホルダ２０のＹＺ面との当接面を密着させるため、各当接面にはゲル状のエラストマー樹脂等を塗布することが望ましい。

セル１０内の分析試料に発生した定在波の節には、分析試料中の濁質が寄せ集められて凝集する。該濁質が媒質成分よりも密度が大きい場合には、濁質の凝集が進むと沈降し、セル１０の底部に溜まる。これにより、濁質が分離、除去された清澄液を、上方に設けられた第２開口部１０２から排出して後段に供給することができる。また、沈降した濁質は、下方に設けられた第３開口部１０３から排出することができる。

＜分析試料前処理装置１による前処理＞
次に、図４は、分析試料前処理装置１による前処理を説明するフローチャートである。該前処理は、例えばユーザからの所定の開始操作に応じて実行される。

はじめに、ユーザがセルホルダ２０の下方からセル１０を装着する（ステップＳ１）。そして、セル１０の第１開口部１０１、第２開口部１０２、及び第３開口部１０３に所定の配管を接続する。なお、第１開口部１０１、及び第３開口部１０３については、セル１０をセルホルダ２０に装着する前に配管を接続してもよい。

次に、セル１０の第３開口部１０３に接続された配管の開閉バルブが、制御部からの制御に従い、該配管を閉鎖する（ステップＳ２）。次に、超音波振動子２０２が、制御部（不図示）からの制御に従い、所定波長の超音波の照射を開始する（ステップＳ３）。

次に、セル１０の第１開口部１０１に接続された配管の開閉バルブが、制御部からの制御に従い、該配管を開放して濁質を含む分析試料をセル１０に流入させる。これと同時に、第２開口部１０２に接続された配管の開閉バルブが、制御部からの制御に従い、該配管を開放する（ステップＳ４）。

これにより、セル１０に流入した分析試料には、超音波の定在波が生じ、その節には濁質が凝集し、凝集した濁質はセル１０の底部に沈降することになる。したがって、開放されている第２開口部１０２からは、濁質が分離、除去された清澄液が排出される。該清澄液は、分析試料前処理装置の後段に配置された分析装置（不図示）に供給されることになる。

次に、セル１０の第１開口部１０１に接続された配管の開閉バルブが、制御部からの制御に従い、該配管を閉鎖する。これにより、濁質を含む分析試料のセル１０に対する流入が止った後、超音波振動子２０２が、制御部からの制御に従い、所定波長の超音波の照射を終了する（ステップＳ５）。なお、ステップＳ５における制御部の制御タイミングは、ステップＳ３によって超音波の照射が開始されてから所定の時間が経過した後に実行してもよいし、観察窓２０５からの目視によって濁質がセル１０の底部に溜まったことを確認したユーザからの指示に応じて実行してもよい。

次に、セル１０の第３開口部１０３に接続された配管の開閉バルブが、制御部からの制御に従い、該配管を開放する（ステップＳ６）。次に、制御部が、第１開口部１０１及び第２開口部１０２の少なくとも一方に接続されている配管の切り替えバルブを洗浄液のタンクに切り替えて、開放バルブを開放してセル１０に洗浄液を流入させる（ステップＳ７）。これにより、セル１０の底部に沈降した濁質が洗浄液とともに第３開口部１０３から排出される。以上、分析試料前処理装置１による前処理の説明を終了する。

以上説明したように、分析試料前処理装置１によれば、媒質成分よりも密度が大きい濁質を含む分析試料から連続的に濁質を除去、分離することができる。また、濁質を濾過するフィルタ等を用いないので、フィルタ等を用いる場合に比べて低コストで前処理を実行できる。

また、セルホルダ２０から取り外すことなくセル１０の内部を洗浄できるので、速やかに次回の前処理を開始することができる。その場合、ステップＳ１を省略し、ステップＳ２から開始すればよい。

＜本発明の第２の実施形態に係る分析試料前処理装置２＞
次に、図５は、本発明の第２の実施形態に係る分析試料前処理装置２をなすセル１０及びセルホルダ２１の構成例を示している。

分析試料前処理装置２は、分析試料前処理装置１と同様、分析試料中の濁質の密度が媒質成分の密度よりも大きい分析試料の前処理に適している。分析試料前処理装置２は、分析試料前処理装置１と共通のセル１０を用い、分析試料前処理装置１におけるセルホルダ２０をセルホルダ２１に置換したものである。

分析試料前処理装置２は、セルホルダ２１の上方からセル１０を装着でき、また取り外しできるようになされている。

セルホルダ２１は、セルホルダ２０と同じ材質からなる直方体である。セルホルダ２１は、セル１０を上方から着脱できるように、対向するＸＹ面のうちの上面が開放されている。

セルホルダ２１には、セルホルダ２０と同様の位置に、押し付けねじ２０１、超音波振動子２０２、及び超音波反射板２０６が設けられている。これらについては説明を省略する。

セルホルダ２０の対向するＸＺ面対のうちの一方の面には、セル１０をセルホルダ２０の上方から着脱する際に、セル１０の第１開口部１０１を通すためのスリット２１１と、セル１０の中の分析試料の状態を観察するための観察窓２１２とが形成されている。なお、スリット２１１からも、セル１０の中の分析試料の状態を観察することができる。

セルホルダ２１の対向するＸＹ面対のうちの下面には、セル１０の第３開口部１０３に接続された配管を通すための配管穴２１３が形成されている。

分析試料前処理装置２による前処理については、分析試料前処理装置１による前処理と同様であるため、説明を省略する。

分析試料前処理装置２によれば、分析試料前処理装置１と同様の効果を得ることができる。また、分析試料前処理装置２によれば、観察窓２１２により、セル１０の底部の状態（濁質の溜り具合等）を観察することができる。

＜本発明の第３の実施形態に係る分析試料前処理装置３＞
次に、図６は、本発明の第３の実施形態に係る分析試料前処理装置３をなすセル１０及びセルホルダ２２の構成例を示している。

分析試料前処理装置３は、分析試料前処理装置１と同様、濁質の密度が媒質成分の密度よりも大きい分析試料の前処理に適している。分析試料前処理装置３は、分析試料前処理装置１と共通のセル１０を用い、分析試料前処理装置１におけるセルホルダ２０をセルホルダ２２に置換したものである。

分析試料前処理装置３は、セルホルダ２２の側方からセル１０を装着でき、また取り外しできるようになされている。

セルホルダ２２は、セルホルダ２０と同じ材質からなる直方体である。セルホルダ２２は、セル１０を側方から着脱できるように、対向するＸＺ面対のうちの一方の面が開放されている。

セルホルダ２２は、セルホルダ２０と同様の位置に、押し付けねじ２０１、超音波振動子２０２、及び超音波反射板２０６が設けられている。これらについては説明を省略する。

セルホルダ２２の対向するＸＹ面対のうちの上面には、セル１０をセルホルダ２２の側方から着脱する際に、セル１０の第２開口部１０２を通すためのスリット２２１が形成されている。また、ＸＹ面対のうちの下面には、セル１０をセルホルダ２２の側方から着脱する際に、セル１０の第３開口部１０３を通すためのスリット２２２が形成されている。なお、セルホルダ２２の場合、開放されているＸＺ面からセル１０の中の分析試料の状態を観察することができる。

分析試料前処理装置３による前処理については、分析試料前処理装置１による前処理と同様であるため、説明を省略する。

分析試料前処理装置３によれば、分析試料前処理装置１と同様の効果を得ることができる。

また、分析試料前処理装置３によれば、第１開口部１０１、第２開口部１０２、及び第３開口部１０３のいずれにおいても、接続されている配管を取り外すことなく、セル１０をセルホルダ２２に対して着脱することができる。したがって、分析試料前処理装置３は、例えば、細胞や微生物等の培養液を分析試料とする場合のように、セル１０に各配管を接続した状態で滅菌を行い、滅菌後は汚染防止のためにセル１０から各配管を外すことができない場合に用いて好適である。

＜本発明の第４の実施形態に係る分析試料前処理装置４＞
次に、図７は、本発明の第４の実施形態に係る分析試料前処理装置４をなすセル１１及びセルホルダ２３の構成例を示している。

分析試料前処理装置４は、濁質の密度が媒質成分の密度よりも小さい分析試料の前処理に適している。具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、木片等のように水（媒質成分）よりも密度が小さい固体微粒子を含む水溶液や、水中に油滴が分散した乳濁液等の前処理に適している。分析試料前処理装置４は、セルホルダ２３の上方からセル１１を装着でき、また取り外しできるようになされている。

セル１１は、濁質を含む分析試料を収容するためのものである。セルホルダ２３は、装着されたセル１１を保持し、セル１１に対して超音波を照射することにより、セル１１の中の分析試料から濁質を分離させるためのものである。

次に、図８は、セル１１の構成例を示しており、同図（Ａ）は、ＹＺ面の側面図を示し、同図（Ｂ）は、ＸＺ面の側面図を示している。

セル１１は、セル１０と同様の材料によって直方体に形成されている。セル１１の内部には、分析試料を収容するための直方体の空間が形成されている。

セル１１には、第１開口部１１１、第２開口部１１２、及び第３開口部１１３が設けられている。なお、第１開口部１１１、第２開口部１１２、及び第３開口部１１３は、セル１１の壁面に形成された穴であってもよいし、該穴に配管を接続したものでもよい。

セル１１がセルホルダ２３に装着された状態において、第１開口部１１１は、超音波振動子２０２の下端よりも鉛直方向（Ｚ方向）で高い位置に設けられている。なお、濁質の分離効率を上げるため、第１開口部１１１は、超音波振動子２０２の上端よりも鉛直方向（Ｚ方向）で高い位置に設けられていることが望ましい。第２開口部１１２は、第１開口部１１１及び第３開口部１１３よりも鉛直方向（Ｚ方向）で低い位置に設けられている。第３開口部１１３は、第１開口部１１１よりも鉛直方向（Ｚ方向）で高い位置に設けられている。

いまの場合、第１開口部１１１は、セル１１の対向するＸＺ面対のうちの一方に設けられ、第２開口部１１２は、セル１１の対向するＸＹ面対のうちの下面に設けられ、第３開口部１１３は、対向するＸＹ面対のうちの上面に設けられている。なお、第１開口部１１１、第２開口部１１２、及び第３開口部１１３を設ける面は上述した例に限定されない。

第１開口部１１１、第２開口部１１２、及び第３開口部１１３には、それぞれ分析試料、清澄液、洗浄液、濁質等のタンクに繋がれた配管が接続される。各配管には制御部によって制御される開閉バルブ及び繋がれたタンクを切り替えるための切り替えバルブが設けられている。また、各配管にはポンプ（いずれも不図示）が接続されていてもよい。

第１開口部１１１は、濁質を含む分析試料や洗浄液の流入口として用いられる。第２開口部１１２は、濁質が除去された清澄液の流出口として、または洗浄液の入口として用いられる。第３開口部１１３は、分析試料から分離された濁質や洗浄液の排出口として用いられる。

次に、図９は、セルホルダ２３に対してセル１１を装着した状態を示しており、同図（Ａ）は、ＹＺ面の側面図を示し、同図（Ｂ）は、ＸＺ面の側面図を示している。

セルホルダ２３は、セルホルダ２０と同様の材料からなる直方体であり、その内部にてセル１１を保持するための空間が設けられている。セルホルダ２３は、セル１１を上方から着脱できるように、対向するＸＹ面対のうちの上面が開放されている。

セルホルダ２３には、セルホルダ２０と同様の位置に、押し付けねじ２０１、超音波振動子２０２、及び超音波反射板２０６が設けられている。これらについては説明を省略する。

セルホルダ２３の対向するＸＺ面対のうちの一方の面には、セル１１をセルホルダ２３の上方から着脱する際に、セル１１の第１開口部１１１を通すためのスリット２３１と、セル１１の中の分析試料の状態を観察するための観察窓２０５とが形成されている。なお、スリット２３１からも、セル１０の中の分析試料の状態を観察することができる。

セルホルダ２３の対向するＸＹ面対のうちの下面には、セル１１の第２開口部１１２に接続された配管を通すための配管穴２３２が形成されている。

分析試料前処理装置４において、分析試料中の濁質が媒質成分よりも密度が小さい場合には、濁質の凝集が進むと浮上し、セル１０の上部に溜まる。これにより、濁質が分離、除去された清澄液を、下方に設けられた第２開口部１１２から排出して後段に供給することができる。また、浮上した濁質は、上方に設けられた第３開口部１１３から排出することができる。

なお、分析試料前処理装置４による前処理については、分析試料前処理装置１による前処理と同様であるため、説明を省略する。

分析試料前処理装置４によれば、媒質成分よりも密度が小さい濁質を含む分析試料から連続的に濁質を除去、分離することができる。また、濁質を濾過するフィルタ等を用いないので、フィルタ等を用いる場合に比べて低コストで前処理を実行できる。

また、セルホルダ２３から取り外すことなくセル１１の内部を洗浄できるので、速やかに次回の前処理を開始することができる。

なお、セルホルダ２３は、セル１１を上方から着脱できるが、セルホルダ２０，２２のように、セル１１を側方や下方から着脱できるように形成してもよい。

＜セル１０の変形例＞
次に、セル１０の変形例について説明する。

図１０は、セル１０の第１の変形例であるセル１２を示しており、同図（Ａ）はＹＺ平面図、同図（Ｂ）はＸＹ平面図である。

セル１２は、その外観形状はセル１０（図２）と同様に形成されており、セル１０と同じ位置に第１開口部１０１、第２開口部１０２、及び第３開口部１０３が設けられている。したがって、セル１２は、セルホルダ２０（図３）、セルホルダ２１（図５）、及びセルホルダ２２（図６）に対して装着することができる。

なお、図示は省略するが、セル１２において、第１開口部１０１、第２開口部１０２、及び第３開口部１０３を設ける代わりに、セル１１（図８）と同じ位置に第１開口部１１１、第２開口部１１２、及び第３開口部１１３を設けるようにすれば、セルホルダ２３（図７）に対して装着することができる。

また、セル１２には、分析試料を収容するための内部空間が形成されおり、内部空間の上部及び下部の少なくとも一方（同図の場合、両方）は四角錐状に形成されている。第２開口部１０２は、内部空間の上部に形成された四角錐状の頂点と一致するように配置されている。第３開口部１０３は、内部空間の下部に形成された四角錐状の頂点と一致するように配置されている。

このように、セル１２の内部空間の上部を四角錐状に形成することにより、浮上した濁質、セル１０内に混入した気泡をセル１２から排出し易くすることができる。また、内部空間の下部を四角錐状に形成することにより、沈殿した濁質をセル１２から排出し易くすることができる。さらに、セル１２の内部における清澄液や洗浄液の滞留の発生を抑止することができる。

次に、図１１は、セル１０の第２の変形例であるセル１３を示しており、同図（Ａ）はＹＺ平面図、同図（Ｂ）はＸＹ平面図である。

セル１３は、その外観形状はセル１０と同様に形成されており、セル１０と同じ位置に第１開口部１０１、第２開口部１０２、及び第３開口部１０３が設けられている。したがって、セル１３は、セルホルダ２０（図３）、セルホルダ２１（図５）、及びセルホルダ２２（図６）に対して装着することができる。

なお、図示は省略するが、セル１３において、第１開口部１０１、第２開口部１０２、及び第３開口部１０３を設ける代わりに、セル１１（図８）と同じ位置に第１開口部１１１、第２開口部１１２、及び第３開口部１１３を設けるようにすれば、セルホルダ２３（図７）に対して装着することができる。

また、セル１３には、分析試料を収容するための内部空間が形成されおり、該内部空間の上部及び下部の少なくとも一方（同図の場合、両方）は半球状、円錐状、または回転方物面状に形成されている。第２開口部１０２は、内部空間の上部に形成された半球状等の頂点と一致するように配置されている。第３開口部１０３は、内部空間の下部に形成された半球状等の頂点と一致するように配置されている。

このように形成されたセル１３は、上述したセル１２と同様の効果を得ることができる。

次に、図１２は、セル１０の第３の変形例であるセル１４を示しており、同図（Ａ）はＹＺ平面図、同図（Ｂ）はＸＹ平面図である。

セル１４は、セル１３（図１１）における第１開口部１０１の位置を、同じ高さ（同じＺ座標）のままＸＺ面からＹＺ面に移動したものである。

このように形成されたセル１４は、上述したセル１２，１３と同様の効果を得ることができる。ただし、セル１４は、第１開口部１０１の位置がセル１０と異なるので、セル１４のＹＺ面に設けられている第１開口部１０１に対応できるように、セル１４を装着するセルホルダのＹＺ面にはスリット等を形成すればよい。

次に、図１３は、セル１０の第４の変形例であるセル１５を示しており、同図（Ａ）はＹＺ平面図、同図（Ｂ）はＸＹ平面図である。

セル１５には、分析試料を収容するための内部空間が外観形状に対して斜めに形成されている。そして、該内部空間の上部及び下部の少なくとも一方（同図の場合、両方）は半球状、円錐状、または回転方物面状に形成されている。第２開口部１０２は、内部空間の上部に形成された半球状等の頂点と一致するように配置されている。第３開口部１０３は、内部空間の下部に形成された半球状等の頂点と一致するように配置されている。

このように形成されたセル１５は、上述したセル１２～１４と同様の効果を得ることができる。ただし、セル１５を装着するセルホルダは、セル１５を装着可能な空間を有し、セル１５の第１開口部１０１、第２開口部１０２、及び第３開口部１０３に対応したスリットや貫通孔が形成されている必要がある。

＜本発明の第５の実施形態に係る分析試料前処理装置５＞
次に、図１４は、本発明の第５の実施形態に係る分析試料前処理装置５をなすセル１６及びセルホルダ２４のうちのセル１６を示しており、同図（Ａ）はＹＺ平面図、同図（Ｂ）はＸＹ平面図である。図１５は、セル１６に対応するセルホルダ２４に対して上方からセル１６を装着した状態を示している。

セル１６は、セル１０と同様の材料によって、ＸＺ面対を有する円柱状に形成されている。セル１６には、分析試料を収容するための、外観形状と同じ形の内部空間が形成されている。セル１６には、セル１０と同様に、第１開口部１０１が、超音波振動子２０２（図１５）の上端よりも鉛直方向（Ｚ方向）で低い位置に設けられている。なお、濁質の分離効率を上げるため、第１開口部１０１は、超音波振動子２０２の下端よりも鉛直方向（Ｚ方向）で低い位置に設けられていることが望ましい。第２開口部１０２は、第１開口部１０１及び第３開口部１０３よりも鉛直方向（Ｚ方向）で高い位置に設けられている。第３開口部１０３は、第１開口部１０１及び第２開口部１０２よりも鉛直方向（Ｚ方向）で低い位置に設けられている。

セルホルダ２４は、外観形状が異なるセルホルダ２０（図３）やセルホルダ２１（図５）と同様に、押し付けねじ２０１、超音波振動子２０２、超音波反射板２０６、スリット２１１、及び観察窓２１２を有する。セルホルダ２４は、セル１６を上方から装着でき、また取り外せるようになされている。

なお、セルホルダ２４は、セルホルダ２０（図１）やセルホルダ２２（図６）と同様に、セル１６を側方または下方から装着できるように形成してもよい。

分析試料前処理装置５による前処理については、分析試料前処理装置１による前処理と同様であるため、説明を省略する。

分析試料前処理装置５によれば、分析試料前処理装置１と同様の効果を得ることができる。また、分析試料前処理装置５によれば、観察窓２１２により、セル１６の底部の状態（濁質の溜り具合等）を観察することができる。また、セル１６の上部及び下部底部が曲面に形成されているので、セル１６の内部における分析試料、洗浄液、濁質の滞留を抑止できる。また、分析試料前処理装置５によれば、セルホルダ２４の上面が曲面状に開放されているので、セル及びセルホルダが直方体である場合に比べて、セルホルダ２４に対してセル１６を装着し易い、換言すれば、セルホルダ２４に対するセル１６の挿入時の位置の自由度が高いメリットがある。

＜本発明の第６の実施形態に係る分析試料前処理システム６＞
次に、図１６は、本発明の第６の実施形態に係る分析試料前処理システム６の構成例を示している。

分析試料前処理システム６は、後段の分析装置に対して清澄液を連続的に供給し続けるためのものであり、複数の分析試料前処理装置１（図３）が並列配置されている。なお、分析試料前処理システム６は、濁質の密度が媒質成分の密度よりも大きい分析試料の前処理に適している。

同図の場合、分析試料前処理システム６は、２台の分析試料前処理装置１Ａ，１Ｂ、切り替えバルブ３０１，３０２、ポンプ３０３、及び開閉バルブ３０４，３０５を有する。

切り替えバルブ３０１，３０２、及び開閉バルブ３０４，３０５は、制御部（不図示）からの制御に従い、それぞれ第１の状態と第２の状態とを切り替えることができる。

切り替えバルブ３０１は、配管を介して分析試料前処理装置１Ａ，１Ｂの第１開口部１０１に接続されている。切り替えバルブ３０１は、第１の状態（図示する状態）において、前処理を行う前の濁質を含む分析試料を分析試料前処理装置１Ａの第１開口部１０１に供給し、それと同時に洗浄液を分析試料前処理装置１Ｂの第１開口部１０１に供給する。また、切り替えバルブ３０１は、第２の状態（図示しない状態）において、前処理を行う前の濁質を含む分析試料を分析試料前処理装置１Ｂの第１開口部１０１に供給し、それと同時に洗浄液を分析試料前処理装置１Ａの第１開口部１０１に供給する。

切り替えバルブ３０２は、配管を介して分析試料前処理装置１Ａ，１Ｂの第２開口部１０２に接続されている。切り替えバルブ３０２は、第１の状態（図示する状態）において、分析試料前処理装置１Ａの第２開口部１０２とポンプ３０３とを接続し、それと同時に洗浄液を分析試料前処理装置１Ｂの第２開口部１０２に供給する。また、切り替えバルブ３０２は、第２の状態（図示しない状態）において、分析試料前処理装置１Ｂの第２開口部１０２とポンプ３０３とを接続し、それと同時に洗浄液を分析試料前処理装置１Ａの第２開口部１０２に供給する。

ポンプ３０３は、切り替えバルブ３０２を介して接続される分析試料前処理装置１Ａまたは１Ｂの第２開口部１０２から前処理の結果得られる清澄液を吸引して後段の分析装置（不図示）に供給する。

開閉バルブ３０４は、第１の状態において閉鎖され、第２の状態において開放される。反対に、開閉バルブ３０５は、第１の状態において開放され、第２の状態において閉鎖される。

上述したように構成される分析試料前処理システム６において、第１の状態と第２の状態とを交互に繰り返せば、後段の分析装置に対して清澄液を連続的に供給し続けることができ、かつ、分析試料前処理装置１Ａ，１Ｂのセル１０の内部も交互に洗浄することができる。

なお、分析試料前処理システム６における分析試料前処理装置１は、分析試料前処理装置２または分析試料前処理装置３に置換してもよい。

また、分析試料前処理システム６における分析試料前処理装置１を分析試料前処理装置４に置換すれば、濁質の密度が媒質成分の密度よりも小さい分析試料の前処理に適したものに変更できる。

＜本発明の第７の実施形態に係る分析試料前処理システム７＞
次に、図１７は、本発明の第７の実施形態に係る分析試料前処理システム７の構成例を示している。

分析試料前処理システム７は、後段の分析装置に対して清澄液を連続的に供給し続けるためのものである。分析試料前処理システム６は、濁質の密度が媒質成分の密度よりも大きい分析試料の前処理に適している。

分析試料前処理システム７は、分析試料前処理システム６における切り替えバルブ３０１を削除して、切り替えバルブ３１１，３１２を追加したものである。

分析試料前処理システム７における切り替えバルブ３１１，３１２、及び開閉バルブ３０４，３０５は、制御部（不図示）からの制御に従い、それぞれ第１の状態と第２の状態とを切り替えることができる。

切り替えバルブ３１１は、配管を介して分析試料前処理装置１Ａの第１開口部１０１に接続されている。切り替えバルブ３１１は、第１の状態（図示する状態）において、前処理を行う前の濁質を含む分析試料を分析試料前処理装置１Ａの第１開口部１０１に供給する。また、切り替えバルブ３１１は、第２の状態（図示しない状態）において、洗浄液を分析試料前処理装置１Ａの第１開口部１０１に供給する。

切り替えバルブ３１２は、配管を介して分析試料前処理装置１Ｂの第１開口部１０１に接続されている。切り替えバルブ３１２は、第１の状態（図示する状態）において、前処理を行う前の濁質を含む分析試料を分析試料前処理装置１Ｂの第１開口部１０１に供給する。また、切り替えバルブ３１２は、第２の状態（図示しない状態）において、洗浄液を分析試料前処理装置１Ｂの第１開口部１０１に供給する。

なお、切り替えバルブ３１１に供給されている濁質を含む分析試料と、切り替えバルブ３１２に供給されている濁質を含む分析試料とは同一のもの（例えば、共通のタンクに収容されているもの）であってもよいし、異なるもの（例えば、濁質の濃度が異なるもの）であってもよい。

上述したように構成される分析試料前処理システム７において、第１の状態と第２の状態とを交互に繰り返せば、後段の分析装置に対して清澄液を連続的に供給し続けることができ、かつ、分析試料前処理装置１Ａ，１Ｂのセル１０の内部も交互に洗浄することができる。

なお、分析試料前処理システム７における分析試料前処理装置１は、分析試料前処理装置２または分析試料前処理装置３に置換してもよい。

また、分析試料前処理システム７における分析試料前処理装置１を分析試料前処理装置４（図９）に置換すれば、濁質の密度が媒質成分の密度よりも小さい分析試料の前処理に適したものに変更できる。

＜本発明の第８の実施形態に係る分析試料前処理システム８＞
次に、図１８は、本発明の第８の実施形態に係る分析試料前処理システム８の構成例を示している。

分析試料前処理システム８は、後段の分析装置（不図示）に対して清澄液を供給するためのものである。分析試料前処理システム８は、媒質成分よりも密度が大きい濁質と密度が小さい濁質の両方を含む分析試料の前処理に適している。

分析試料前処理システム８は、分析試料前処理装置１（図３）（本発明の第１分析試料前処理装置に相当する）及び分析試料前処理装置４（図９）（本発明の第２分析試料前処理装置に相当する）から成り、分析試料前処理装置１の第２開口部１０２と、分析試料前処理装置４の第１開口部１１１とが配管によって接続されている。

分析試料前処理システム８においては、分析試料前処理装置１の第１開口部１０１から、濁質を含む分析試料が入力される。分析試料前処理装置１では、前処理によって、媒質成分よりも密度の高い濁質が分離、除去され、その結果得られる上澄みの分析試料が分析試料前処理装置１の第２開口部１０２から出力されて、分析試料前処理装置４の第１開口部１１１に供給される。分析試料前処理装置４では、前処理によって、媒質成分よりも密度の低い濁質が分離、除去され、その結果得られる清澄液が分析試料前処理装置４の第２開口部１１２から出力されて、後段の分析装置（不図示）に供給される。

なお、分析試料前処理装置１のセル１０の底部に沈降した濁質、及び分析試料前処理装置４のセル１１の上部に浮上した濁質は、洗浄液とともに第３開口部１０３，１１３から排出される。

分析試料前処理システム８によれば、媒質成分よりも密度が大きい濁質と密度が小さい濁質の両方を含む分析試料に対して前処理を行い、その結果得られる清澄な分析試料を後段の分析装置に供給することができる。

なお、分析試料前処理システム８における分析試料前処理装置１は、分析試料前処理装置２または分析試料前処理装置３に置換してもよい。

＜本発明の第９の実施形態に係る分析試料前処理システム９＞
次に、図１９は、本発明の第９の実施形態に係る分析試料前処理システム９の構成例を示している。

分析試料前処理システム９は、後段の分析装置（不図示）に対して清澄液を供給するためのものである。分析試料前処理システム９は、媒質成分よりも密度が大きい濁質と密度が小さい濁質の両方を含む分析試料の前処理に適している。

分析試料前処理システム９は、分析試料前処理システム８における分析試料前処理装置１（図３）及び分析試料前処理装置４（図９）の配置を入れ替えたものであり、分析試料前処理装置４の第２開口部１１２と、分析試料前処理装置１の第１開口部１０１とが配管によって接続されている。

分析試料前処理システム９においては、分析試料前処理装置４の第１開口部１１１から、濁質を含む分析試料が入力される。分析試料前処理装置４では、前処理によって、媒質成分よりも密度の低い濁質が分離、除去され、その結果得られる、媒質成分よりも密度の高い濁質を含む分析試料が分析試料前処理装置４の第２開口部１１２から出力されて、分析試料前処理装置１の第１開口部１０１に供給される。分析試料前処理装置１では、前処理によって、媒質成分よりも密度の高い濁質が分離、除去され、その結果得られる清澄液が分析試料前処理装置１の第２開口部１０２から出力されて、後段の分析装置（不図示）に供給される。

なお、分析試料前処理装置４のセル１１の上部に浮上した濁質、及び分析試料前処理装置１のセル１０の底部に沈降した濁質は、洗浄液とともに第３開口部１０３，１１３から排出される。

分析試料前処理システム９によれば、媒質成分よりも密度が大きい濁質と密度が小さい濁質の両方を含む分析試料に対して前処理を行い、その結果得られる清澄液を後段の分析装置に供給することができる。

なお、分析試料前処理システム９における分析試料前処理装置１は、分析試料前処理装置２または分析試料前処理装置３に置換してもよい。

＜変形例＞
上述した各実施の形態においては、セルホルダに超音波振動子２０２及び超音波反射板２０６を付けるようにしたが、セルを交換しない場合や超音波振動子２０２及び超音波反射板２０６を再利用せずセルとともに交換しても良い場合には、超音波振動子２０２及び超音波反射板の少なくとも一方をセルに直接付けるようにしてもよい。また、セルの対向する平面対の一方の一部を超音波振動子とし、他方の一部を超音波反射板としてもよい。

なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上述した各実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えたり、追加したりすることが可能である。

１～５・・・分析試料前処理装置、６～９・・・分析試料前処理システム、１０～１６・・・セル、２０～２４・・・セルホルダ、１０１・・・第１開口部、１０２・・・第２開口部、１０３・・・第３開口部、１１１・・・第１開口部、１１２・・・第２開口部、１１３・・・第３開口部、２０２・・・超音波振動子、２０３・・・スリット、２０４・・・配管穴、２０５・・・観察窓、２０６・・・超音波反射板、２１１・・・スリット、２１２・・・観察窓、２１３・・・配管穴、２２１，２２２・・・スリット、２３１・・・スリット、２３２・・・配管穴、３０１，３０２・・・切り替えバルブ、３０３・・・ポンプ、３０４，３０５・・・開閉バルブ、３１１，３１２・・・切り替えバルブ

Claims (1)

1. 分析試料から濁質を除去した清澄液を得る分析試料前処理装置であって、
   前記分析試料を収容するためのセルと、
   前記セルを装着するために筐体の少なくとも一部が開口されたセルホルダと、を備え、
   前記セルホルダは、前記筐体の側面が開口されており、
   前記セルは、側方から前記セルホルダに装着され、
   前記セルホルダは、内部に装着された前記セルを挟んで対向する平面対に配置された超音波振動子及び超音波反射板を有し、
   前記セルは、前記分析試料を流入する第１開口部、前記清澄液を流出する第２開口部、及び前記濁質を排出する第３開口部を有し、
   前記セルを前記セルホルダに装着した状態において、
   前記第１開口部は、前記超音波振動子の上端よりも鉛直方向で低い位置、または前記超音波振動子の下端よりも鉛直方向で高い位置に設けられている
   ことを特徴とする分析試料前処理装置。

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