JP7209096B2 - 脱気装置及び電解質測定システム - Google Patents
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Description
特許文献2に記載の技術では、熱交換と脱気を同時に行うことが記載されているが、複数の液体の脱気を行うことについては記載されていない。
その他の解決手段は実施形態中において適宜記載する。
まず、図18及び図19を参照して、これまでの電解質測定システム1g及び電解質測定方法について説明し、その問題点を記載する。
イオン選択性電極法には、式(1)のネルンストの式が基本的原理として用いられている。
=(R T/n F)log(Cs/CRef) ・・・ (4)
図18を参照して、これまでの電解質測定システム1gによる測定を説明する。
電解質測定システム1gは、分注前加温装置301、脱気装置100g、真空ポンプ201、標準液容器311、希釈液容器321、比較液容器331を有する。また、電解質測定システム1gは、標準液送液装置312、標準液用ノズル313を有する。さらに、電解質測定システム1gは、希釈液送液装置322、希釈液用ノズル323を有する。そして、電解質測定システム1gは、加温装置熱源302、吸引用ノズル354、ISE電極351、比較電極352、差分電圧算出装置355、処理装置400を有する。また、電解質測定システム1gは、検体容器341から分注する検体分注装置342、希釈槽380を有する。さらに、電解質測定システム1gは、廃液吸引用ノズル376、真空廃液容器371、廃液用真空ポンプ372、電位測定後廃液容器362を有する。
ここで、図19は、これまでの電解質測定システム1gにおける電解質測定の手順を示すフローチャートである。
まず、処理装置400は、ピンチ弁353を閉じた状態、かつ、比較液用二方電磁弁332、第1の廃液用二方電磁弁363a及び第2の廃液用二方電磁弁363bを開いた状態で、吸引用送液装置361を動作させる。この結果、比較液が比較電極352内部の流路に満たされる。つまり、比較液が比較電極352に送液される(S101)。比較液が比較電極352内部の流路を満たすと、処理装置400は、比較液用二方電磁弁332を閉じ、吸引用送液装置361を一旦停止させる。
ステップS101と同時に、処理装置400は、標準液送液装置312を動作させる。これによって、標準液用ノズル313から標準液が希釈槽380に分注される(S102)。
ステップS105において、処理装置400は、ピンチ弁353、第1の廃液用二方電磁弁363a及び第2の廃液用二方電磁弁363bを開き、比較液用二方電磁弁332を閉じる。そして、処理装置400は吸引用送液装置361を動作させる。これによって、比較電極352内の比較液、ISE電極351内の標準液は電位測定後廃液容器362を介して廃液として排出される。
さらに、ステップS111及びステップS112の処理と同時に、検体分注装置342が検体容器341から血清や尿等の検体を希釈槽380に分注する(S113)。これによって、検体である血清や尿に含まれる電解質は、同時に分注される希釈液によって希釈される。
ステップS116において、処理装置400は、ピンチ弁353、第1の廃液用二方電磁弁363a及び第2の廃液用二方電磁弁363bを開き、比較液用二方電磁弁332を閉じる。その後、処理装置400は吸引用送液装置361を動作させる。これによって、比較電極352内の比較液、ISE電極351内の希釈検体が電位測定後廃液容器362を介して廃液として排出される。
まず、便宜的に、標準液、希釈液が分注前加温装置301によって加温されず、それらの温度が環境内ですべて一定であるとする。つまり、環境温度による加温によって、標準液及び希釈液が一定であるとする。また、比較液についても、比較液が通る流路周辺温度は、環境温度と同一であると仮定する。つまり、標準液、希釈液、比較液の温度が同一であるとする。なお、希釈液には検体が加えられるが、希釈液の量に対して、検体の量は極微量であるため、検体が加えられたことによる希釈液の温度変化は無視することができる。
Es2=E0+(R T/n F)log C2 ・・・ (6)
Ew1=Es1-ERef
=(R T/n F)log(C1/CRef) ・・・ (7)
=(R T/n F)log(C2/CRef) ・・・ (8)
Ew0=Ew1-Ew2
=(R T/n F)log(C1/C2) ・・・ (9)
TRef=Tk+T2 ・・・ (11)
ERefk=E0+[{R(Tk+T2)}/(n F)]log CRef
・・・ (13)
Ewk=Esk-ERefk
=(R Tk/n F)log(Cs/CRef)+(R T1/n F)logCs
-(R T2/n F)log CRef ・・・ (14)
図1は、第1実施形態における脱気システム200の外観図である。図2は、第1実施形態における中空糸130の外観図を示し、図3は、第1実施形態における中空糸130の部分断面図を示す。図4は、第1実施形態に係る脱気装置100の側面図であり、図5は、第1実施形態に係る脱気装置100の上面図である。そして、図6は、脱気システム200の側面図である。ちなみに、図2は図1における符号150の拡大図である。
図1及び図6に示すように脱気システム200は、脱気装置100及び真空ポンプ201を有している。また、脱気装置100における容器110は、有底円筒形状を有する外筒部111と、上面を構成する蓋部112とを備え、内部に空間Sを有している。そして、図1、図4、図5、図6に示すように、蓋部112には第1の導入口121a、第1の導出口121b、第2の導入口122a、第2の導出口122b、真空ポンプ接続口125を備えている。
図1に示すように、これらの中空糸130のうち、第1の中空糸131は、一端が第1の導入口121aに接続され、他端が第1の導出口121bに接続される。また、第2の中空糸132は、一端が第2の導入口122aに接続され、他端が第2の導出口122bに接続される。第1の中空糸131には第1の導入口121aから第1の導出口121bへ流通する一の液が流通する。同様に、第2の中空糸132には第2の導入口122aから第2の導出口122bへ流通する他の液が流通する。
以上のような脱気装置100の機能から、脱気装置100内における第1の中空糸131及び第2の中空糸132の長さは、第1の中空糸131及び第2の中空糸132を流通する液中のガスが脱気可能な程度の長さ以上である。また、第1の中空糸131及び第2の中空糸132が互いに接している部分の長さは、第1の中空糸131及び第2の中空糸132を流通する液同士の熱交換が十分に行われ、熱平衡状態となる程度の長さ以上である。第1の中空糸131及び第2の中空糸132の長さは、少なくとも0.5mの長さを有することが望ましい。
複数の中空糸130(図7の例では2つ)をまとめられた中空糸130は、図7に示すように、多重に折り曲げられた後、袋140に収納される。そして、中空糸130を収納した袋140が、外筒部111に、さらに収納される。中空糸130の材質や、太さにもよるが、束ねられた際における折り曲げられた箇所の幅(符号142)が3cm程度になるように束ねられると、送液の途中で、脱気性能が損なわれない。つまり、流路抵抗を十分小さくできる。中空糸130を束ねる際には、図7に示すように、ひも141が使用されてもよいし、中空糸130が折り曲げられた状態で袋140に直接収納されてもよい。なお、中空糸130を収納するための袋140は、脱気機能を損なわないよう網目の入ったものであることが望ましい。
図8は、脱気装置100の変形例を示す図である。
図1、図4及び図6に示す例では、インジェクション成型、又は、ブロー成型とし、円筒の外筒部111と、底部が一体となった形状、すなわち有底円筒形状となっている。しかし、これに限らず、外筒部111aを硬質ポリ塩化ビニル管のような直管とし、底部113を別部品としてもよい。つまり、図8に示すような、底蓋別型の脱気装置100aとなる。なお、外筒部111、蓋部112、底部113は、真空の気密性を保つために超音波溶着で一体にしているが、嵌め込み式にしてもよい。
図9は、第2実施形態に係る脱気装置100bを示す図である。
図9に示す脱気装置100bは、図8と同様に、底部113を別部品とし、第1の導入口121a及び第2の導入口122aが蓋部112に配置され、第1の導出口121b及び第2の導出口122bが底部113に配置されている。すなわち、第1の導入口121a及び第2の導入口122aと、第1の導出口121b及び第2の導出口122bとが異なる面に配置されている。図9に示す例では、底部113を別部品としたが、図1、図4、図6等のように、底部113を外筒部111と一体とした場合、つまり、外筒部111が有底円筒形状である場合でも、第1の導出口121b及び第2の導出口122bを底部に配置してもよい。また、第1の導入口121a及び第1の導出口121bを蓋部112に配置し、第2の導入口122a及び第2の導出口122bを底部に配置してもよい。つまり、第1の導入口121a、第1の導出口121b、第2の導入口122a、第2の導出口122bは、脱気装置100の、どの面に配置されてもよい。このようにすることにより、図15等で後記する電解質測定システム1における流路の配設における自由度を高めることができる。
図10は、第3実施形態における中空糸130cを示す図である。
図10に示す例は、異なる太さの中空糸130cが用いられている。すなわち、太い中空糸130cである第1の中空糸131cと、細い中空糸130cである第2の中空糸132とがらせん状に接している。このような構成とすることで、第1の中空糸131cを流通する液と、第2の中空糸132を流通する液の送液量や比熱が異なる場合でも、同一の温度にすることができる。
図11は、第4実施形態に係る脱気装置100dの一部を切断した部分断面図である。図12は、第4実施形態に係る脱気装置100dの上面図である。図13は、脱気装置100dにおける中空糸130dを示す図である。ちなみに、図13は、図11の符号150aを拡大した図である。
図11~図13では、3つの液が流通する脱気装置100dを示している。すなわち、図11及び図12に示すように脱気装置100の蓋部112には、第1の導入口121a、第1の導出口121b、第2の導入口122a、第2の導出口122b、第3の導入口123a、第3の導出口123bを備えている。ただし、図11では、第1の導出口121bが図示されていない。
これにより、脱気装置100dを大型化することなく、複数の液体の脱気と熱交換を同時に行うことができる。
図14は、第5実施形態に係る脱気システム200eの外観図を示す図である。
脱気システム200eでは、脱気装置100eの周囲に調温機構であるヒータ160が備えられている。それ以外の構成は、図1等で示す構成と同様であるので説明を省略する。このようなヒータ160が備えられることにより、脱気装置100の内部に備えられる中空糸130のそれぞれを流通する液の温度を所望の温度に調整することができる。これにより、脱気装置100を大型化することなく、つまり、脱気システム200eを大型化することなく、複数の液体の脱気と熱交換を同時に行うことができるとともに、液温を所定の温度に調整することも可能になる。
図15は、第6実施形態に係る電解質測定システム1の構成例を示す図である。図15に示す電解質測定システム1は、本実施形態で示される脱気装置100が用いられているものである。
図15において、図18と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
図15に示す電解質測定システム1が、図18に示す電解質測定システム1gと異なる点は以下の通りである。
1.分注前加温装置301、加温装置熱源302が省略されている。
2.比較液、希釈液に加えて、標準液も脱気装置100cを流通する。つまり、標準液が流通する標準液流路315、希釈液が流通する希釈液流路325、及び、比較液が流通する比較液流路335が脱気装置100cに接続されている。ここで、標準液流路315は、標準液を標準液容器311から標準液用ノズル313へ、すなわち、希釈槽380へ送液する流路である。また、希釈液流路325は、希釈液を希釈液容器321から希釈液用ノズル323へ、すなわち、希釈槽380へ送液する流路である。そして、比較液流路335は、比較液を比較液容器331から比較電極352へ送液する流路である。
その他の構成は図18に示す電解質測定システム1gと同様である。
図16は、第7実施形態に係る電解質測定システム1fの構成例を示す図である。
図16に示す電解質測定システム1fでは、標準液と希釈液とを同一の試薬としている。図16における標準液と希釈液とを同一にした試薬を標準・希釈液と称する。例えば、標準液をトリエタノールアミン等の緩衝液を主成分とし、ナトリウムイオンを4.0~5.0mmol/L、カリウムイオンを0.1~0.2mmol/L、塩化物イオンを3.0~4.0mmol/L含む構成とすると、標準液と希釈液とを同一成分にしても電位差は測定できる。
そして、図16に示す電解質測定システム1fでは、脱気装置100を流通する液が標準・希釈液及び比較液の2液であるので、図1~図10に示される脱気装置100,100a,100bが用いられる。
その他の構成は図15に示す電解質測定システム1と同様であるので、説明を省略する。
図17は、本実施形態で用いられる処理装置400のハードウェア構成を示す図である。
処理装置400は、PC(Personal computer)等で構成されている。そして、処理装置400は、メモリ401、CPU(Central Processing Unit)402、HD(Hard Disk)等の記憶装置403を有している。さらに、処理装置400は、キーボードや、マウスなどの入力装置404、ディスプレイ等の表示装置405、NIC(Network Interface Card)等の通信装置406を備えている。
本実施形態の脱気装置100は、その内部において、それぞれの中空糸130が、互いに接している。そのような構成を有することで、接する中空糸130内の液が効率的に熱交換し、それぞれの中空糸130を流通している液の同一の温度にすることができる。また、らせん状であることによって、中空糸130の外部が半分、脱気装置100内の真空圧と接するので、効果的に溶液の気液分離ができる。
Th=Tk+T2 ・・・ (16)
Ewkh=(R Th/n F)log Cs-(R Th/n F)log CRef
=(R Th/n F)log(Cs/CRef) ・・・ (17)
ここで、式(17)と式(14)とを比較すると、式(14)における誤差項が式(17)ではキャンセルされている。従って、誤差項による、電位差の変動が起きないことが証明される。
Es2h=E0+(R Th/n F)log C2 ・・・ (18-2)
ERefh=E0+(R Th/n F)log CRef ・・・ (18-3)
Ew1h=Es1h-ERefh ・・・ (18-4)
Ew2h=Es2h-ERefh ・・・ (18-5)
Ew0h=Ew1h-Ew2h
=(R Th/n F)log(C1/C2) ・・・ (18-6)
100,100a,100b,100d,100e 脱気装置
121a 第1の導入口(一端側の口)
121b 第1の導出口(他端側の口)
122a 第2の導入口(一端側の口)
122b 第2の導出口(他端側の口)
130,130c,130d 中空糸
131 第1の中空糸
132 第2の中空糸
133 第3の中空糸
200 脱気システム
201 真空ポンプ(排気機構)
110 容器
111,111a 外筒部
112 蓋部(容器)
113 底部(容器)
160 ヒータ(調温機構)
311 標準液容器
315 標準液流路(第1の流路)
321 希釈液容器
325 希釈液流路(第3の流路)
331 比較液容器
335 比較液流路(第4の流路)
341 検体容器(サンプル容器)
351 ISE電極
352 比較電極
355 差分電圧算出装置
380 希釈槽
391 標準・希釈液容器
395 標準・希釈液流路(第2の流路)
S 空間
Claims (12)
- 一端側の口から他端側の口へと第1の処理液が通流されて該処理液中の気体を膜透過させる第1の中空糸と、
一端側の口から他端側の口へと第2の処理液が通流されて該処理液中の気体を膜透過させる第2の中空糸と、
内部に、前記第1の中空糸及び前記第2の中空糸を収容する容器と、
前記容器の内部の空間と接続される排気機構とを、備え、
所定長にわたって1本の前記第1の中空糸、及び、1本の前記第2の中空糸が、互いにらせん状に編まれることで、中空糸同士が互いに接している
ことを特徴とする脱気装置。 - (削除)
- 前記第1の中空糸及び前記第2の中空糸の太さが異なる
ことを特徴とする請求項1に記載の脱気装置。 - 前記第1の中空糸及び前記第2の中空糸の長さが異なる
ことを特徴とする請求項1に記載の脱気装置。 - 前記第1の中空糸及び前記第2の中空糸の口のうち、少なくとも1つが、他の口とは異なる前記容器の面に配置されている
ことを特徴とする請求項1に記載の脱気装置。 - 前記第1の中空糸及び前記第2の中空糸を流通する液体の温度を調整する調温機構
を有することを特徴とする請求項1に記載の脱気装置。 - 前記第1の中空糸及び前記第2の中空糸の表面に凹凸が設けられている
ことを特徴とする請求項1に記載の脱気装置。 - 前記第1の中空糸と前記第2の中空糸に加えて、さらに他の中空糸が前記容器の内部に収容されて、1本の前記他の中空糸、1本の前記第1の中空糸、及び、1本の前記第2の中空糸が互いにらせん状に編まれる
ことを特徴とする請求項1に記載の脱気装置。 - 一端側の口から他端側の口へと第1の処理液が通流されて該処理液中の気体を膜透過させる第1の中空糸と、
一端側の口から他端側の口へと第2の処理液が通流されて該処理液中の気体を膜透過させる第2の中空糸と、
内部に、前記第1の中空糸及び前記第2の中空糸を収容する容器と、
前記容器の内部の空間と接続される排気機構とを、備え、
所定長にわたって1本の前記第1の中空糸、及び、1本の前記第2の中空糸が、互いにらせん状に編まれることで、中空糸同士が互いに接している脱気装置
を有する電解質測定システム。 - 検体を保持するサンプル容器と、
前記検体を希釈する希釈液と、標準液との役割を有する標準・希釈液を保持する標準・希釈液容器と、
比較液を保持する比較液容器と、
前記サンプル容器から注入された試料を前記標準・希釈液によって希釈する希釈槽と、
前記比較液の電位を測定する比較電極と、
前記標準・希釈液の電位、及び、前記検体が希釈されている前記標準・希釈液の電位を測定するISE電極と、
前記ISE電極で測定された電位と、前記比較電極で測定された電位との差分である差分電位を算出する差分電圧測定装置と、
前記差分電圧測定装置で算出された前記差分電位を基に、前記検体に含まれる電解質の解析を行う解析装置と、
前記比較液を前記比較液容器から前記比較電極へ送液する第1の流路と、
前記標準・希釈液を前記希釈槽へ送液する第2流路と、
前記第1の流路及び前記第2の流路に接続された2つの前記中空糸を内部に有する前記脱気装置と、
を有することを特徴とする請求項9に記載の電解質測定システム。 - 前記第1の中空糸と前記第2の中空糸に加えて、さらに他の中空糸が前記容器の内部に収容されて、1本の前記他の中空糸、1本の前記第1の中空糸、及び、1本の前記第2の中空糸が互いにらせん状に編まれる
ことを特徴とする請求項9に記載の電解質測定システム。 - 検体を保持するサンプル容器と、
前記検体を希釈する希釈液を保持する希釈液容器と、
標準液を保持する標準液容器と、
比較液を保持する比較液容器と、
前記サンプル容器から注入された試料を前記希釈液によって希釈する希釈槽と、
前記比較液の電位を測定する比較電極と、
前記標準液の電位、及び、前記検体が希釈されている前記希釈液の電位を測定するISE電極と、
前記ISE電極で測定された電位と、前記比較電極で測定された電位との差分である差分電位を算出する差分電圧測定装置と、
前記差分電圧測定装置で算出された前記差分電位を基に、前記検体に含まれる電解質の解析を行う解析装置と、
前記比較液を前記比較液容器から前記比較電極へ送液する第1の流路と、
前記希釈液を前記希釈槽へ送液する第3の流路と、
前記標準液を前記希釈槽へ送液する第4の流路と、
前記第1の流路、前記第3の流路及び前記第4の流路に接続された3つの前記中空糸を内部に有する前記脱気装置と、
を有することを特徴とする請求項11に記載の電解質測定システム。
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