JP7209096B2 - 脱気装置及び電解質測定システム - Google Patents

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Description

本発明は、脱気装置及び電解質測定システムの技術に関する。
従来、理化学分析装置、特に、臨床検査である血液分析装置において、サンプルや試薬等の分注精度を向上させるために、液内の溶存気体を脱気装置等によって分離(脱気)することが一般的に行われている。これは、例えば、血液分析装置において、シリンジや、電磁弁等の可動部において、急激な体積変化が起きると、溶液内の溶存気体が気化し、分注精度が悪化するためである。
特許文献1には、「試料を希釈して試料溶液を生成するための希釈液を希釈用容器に供給する希釈液供給手段と、標準液を前記希釈用容器に供給する標準液供給手段と、イオン選択性電極を用いて前記試料溶液および前記標準液のそれぞれの起電力を計測することにより、前記試料溶液に含まれる被測定成分の電解質濃度を測定する測定手段とを備えた電解質分析装置において、前記希釈液供給手段により供給される希釈液と、前記標準液供給手段により供給される標準液とを互いに熱交換させるための熱交換手段を備えたことを特徴とする」電解質分析装置が開示されている(請求項1参照)。
特許文献2には、「被温度調整物を流通させる1本又は複数本の被温調用チューブ1と温度調整用物を流通させる1本又は複数本の温調用チューブ2とを一緒に束ねて接触させることにより、前記被温度調整物を上記被温調用チューブ内を流通している間に所定の温度に調整するようにした」分析機器における温度調整装置が開示されている(要約参照)。
特開2005-62128号公報 特開2000-99162号公報
特許文献1に記載の技術では、液体間の熱交換手段を備えた電解質分析装置が記載されているが、脱気を行うことについては記載がされていない。
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。
このような背景に鑑みて本発明がなされたのであり、本発明は、複数の液体の脱気と熱交換を同時に行うことにより、装置を大型化することなく効率的な物質測定を可能にすることを課題とする。
前記した課題を解決するため、本発明は、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。
その他の解決手段は実施形態中において適宜記載する。
本発明によれば、複数の液体の脱気と熱交換を同時に行うことにより、装置を大型化することなく効率的な物質測定が可能となる。
第1実施形態における脱気システムの外観図である。 第1実施形態における中空糸の外観図である。 第1実施形態における中空糸の部分断面図である。 第1実施形態に係る脱気装置の側面図である。 第1実施形態に係る脱気装置の上面図である。 脱気システムの側面図である。 脱気装置内部への中空糸の実装方法を示す図である。 脱気装置の変形例を示す図である。 第2実施形態に係る脱気装置を示す図である。 第3実施形態における中空糸を示す図である。 第4実施形態に係る脱気装置の一部を切断した部分断面図である。 第4実施形態に係る脱気装置の上面図である。 脱気装置における中空糸を示す図である。 第5実施形態に係る脱気システムの外観図を示す図である。 第6実施形態に係る電解質測定システムの構成例を示す図である。 第7実施形態に係る電解質測定システムの構成例を示す図である。 本実施形態で用いられる処理装置のハードウェア構成を示す図である。 これまでの電解質測定システムの構成を示す図である。 これまでの電解質測定システム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。
次に、本発明を実施するための形態(「実施形態」という)について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において同様の構成については同一の符号を付して説明を適宜省略する。
[これまでの電解質測定システム1g]
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。
E=E0+(R T/n F)log C ・・・ (1)
ここで、Eはイオン選択性電極の電位、E0は標準電極電位、nは反応に関与するイオンの価数、Fはファラデー定数、Rは気体定数、Tは絶対温度、Cは測定対象物のイオン濃度である。
イオン選択性電極法による測定は、以下に記載するような、2つの電極の電位の差を測定することで求められる。測定対象物の電極の電位をEs、参照電極の電位をERefとすれば、式(2)、式(3)が成り立つ。従って、測定対象物の電極と参照電極の電位差Ewは式(4)となる。
Es=E0+(R T/n F)log Cs ・・・ (2)
ERef=E0+(R T/n F)log CRef ・・・ (3)
Ew=Es-ERef
=(R T/n F)log(Cs/CRef) ・・・ (4)
図18は、これまでの電解質測定システム1gの構成を示す図である。
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。
分注前加温装置301は、加温装置熱源302によって、所望の温度に恒温されている。所望の温度は、例えば、臨床検査用の電解質測定において、理想的には、摂氏37度であり、実用的には摂氏37±0.2度である。
脱気装置100gは、排気機構である真空ポンプ201によって、脱気装置100gの容器内が減圧され、脱気装置100gの内部に備えられている中空糸を通る液が気液分離される。また、検体容器341には検体である血清や、尿等が保持されている。また、実用的には、標準液容器311、希釈液容器321、比較液容器331は環境温度下で保管されている。ここで、通常、環境温度は摂氏18~32度である。
標準液は、標準液送液装置312によって、第1の標準液用二方電磁弁314a、第2の標準液用二方電磁弁314bを介して、標準液用ノズル313から希釈槽380に分注される。この際、標準液は、標準液送液装置312と希釈槽380との間に設置されている分注前加温装置301によって、同じく分注前加温装置301を流通する恒温液(不図示)と同じ温度に加熱される。
検体容器341に保持されている血清や、尿は、検体分注装置342によって、希釈槽380に分注される。希釈液は、検体である血清や、尿を希釈するものである。そして、希釈液は、希釈液送液装置322により、脱気装置100g、と希釈液送液装置322、第1の希釈液用二方電磁弁324a、第2の希釈液用二方電磁弁324bを介して希釈液用ノズル323に送液される。そして、希釈液は、希釈液用ノズル323によって、希釈槽380に分注される。この際、希釈液は、希釈液送液装置322と、希釈槽380との間に設置されている分注前加温装置301によって、同じく分注前加温装置301を流通する恒温液(不図示)と同じ温度に加熱される。つまり、標準液と希釈液とが同一の分注前加温装置301を流通することによって、希釈液と標準液との液温差が小さくなる。
比較液は、脱気装置100gを介して、比較電極352に直接流入する。比較液の比較電極352への流入は、比較液用二方電磁弁332によって、そのタイミングが調整される。比較液については、比較液は、分注前加温装置301を通していないため、比較液が通る流路の周辺温度によって、わずかに、加温又は冷却される。
次に、電解質測定システム1gにおける電解質測定の一般的な手順について、図18及び図19を参照して説明する。
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)。
次に、処理装置400が、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を開くとともに、吸引用送液装置361を動作させる。これによって、希釈槽380の標準液が吸引用ノズル354から吸引され、吸引された標準液がISE電極351内部の流路に満たされる。つまり、標準液がISE電極351へ送液される(S103)。標準液がISE電極351内部の流路を満たすと、処理装置400は吸引用送液装置361を一旦停止させる。
次に、差分電圧算出装置355が、ISE電極351に生じる電位と、比較電極352に生じる電位との電位差を算出する(S104)。これが、標準液の電位差となる。標準液の電位差は、式(4)で示した通り、標準液の濃度と比較液の濃度とに依存している。ただし、標準液の濃度は一定であるとみなす。算出された標準液の電位差は処理装置400へ送信される。なお、差分電圧算出装置355はアンプを内蔵しており、算出した電位差を増幅して処理装置400へ送る。
次に、廃液の排出処理が行われる(S105)。
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。
また、希釈槽380に残っている標準液は、真空廃液容器371を通して廃液として排出される。この場合、処理装置400は、廃液用二方電磁弁375及び真空切替用二方電磁弁373を閉じ、真空切替用二方電磁弁374を開く。そして、処理装置400は、廃液用真空ポンプ372を動作させる。これによって、真空廃液容器371内部が減圧される。その後に、処理装置400は、廃液用二方電磁弁375を閉じたまま、真空切替用二方電磁弁374を閉じ、真空切替用二方電磁弁373を開く。これによって、希釈槽380に残った液(標準液)が、廃液吸引用ノズル376から吸引され、真空廃液容器371に流れ込む。その後に、処理装置400が、廃液用二方電磁弁375を開くことにより、標準液の排出が行われる。
次に、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を開く。その後、処理装置400は吸引用送液装置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(S111)。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S111の処理と同時に、希釈液送液装置322によって、希釈液が第1の希釈液用二方電磁弁324a、第2の希釈液用二方電磁弁324bを介して希釈液用ノズル323へ送液される。これにより、希釈液が希釈液用ノズル323から希釈槽380に分注される(S112)。
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。
次に、処理装置400は、ピンチ弁353を開き、比較液用二方電磁弁332を閉じ、吸引用送液装置361を動作させる。これによって、検体を含む希釈液がISE電極351内部の流路を満たす。つまり、希釈された検体がISE電極351へ送液される(S114)。
そして、差分電圧算出装置355が、ISE電極351に生じる電位と、比較電極352に生じる電位との電位差を算出する(S115)。これが、検体を含んだ希釈液の電位差となる。この電位差は、式(4)で示した通り、検体を含んだ希釈液の濃度と比較液の濃度とに依存している。なお、以降では検体を含んだ希釈液、すなわち、希釈液によって希釈された検体を希釈検体と称する。
次に、廃液の排出処理が行われる(S116)。
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。
また、希釈槽380に残っている希釈検体は、真空廃液容器371を通して廃液として排出される。この場合、処理装置400は、廃液用二方電磁弁375及び真空切替用二方電磁弁373を閉じ、真空切替用二方電磁弁374を開く。そして、処理装置400は、廃液用真空ポンプ372を動作させる。これによって、真空廃液容器371内部が減圧される。その後に、処理装置400は、廃液用二方電磁弁375を閉じたまま、真空切替用二方電磁弁374を閉じ、真空切替用二方電磁弁373を開く。これによって、希釈槽380に残った液(検体を含む希釈液)が、真空廃液容器371に流れ込む。その後に、処理装置400が、廃液用二方電磁弁375を開くことにより、希釈検体の排出が行われる。
その後、処理装置400によって、測定された2つの電位差を基に検体に含まれる電解質の分析が行われる(S121)。
以下では、これまでの電解質測定システム1gの課題を記載する。
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。
ここで、C1を標準液の濃度、C2を希釈された検体の濃度、Es1を標準液測定時のISE電極351に生じる電位とする。また、Es2を希釈検体測定時のISE電極351に生じる電位、Ew1を標準液測定時のISE電極351に生じる電位と比較電極352に生じる電位の電位差とする。さらに、Ew2を、希釈検体測定時のISE電極351に生じる電位と比較電極352に生じる電位の電位差、Ew0をEw1とEw2の差分とする。この時、以下の式(5)、式(6)、式(7)が成り立つ。
Es1=E0+(R T/n F)log C1 ・・・ (5)
Es2=E0+(R T/n F)log C2 ・・・ (6)
Ew1=Es1-ERef
=(R T/n F)log(C1/CRef) ・・・ (7)
また、以下の式(8)が成り立ち、式(9)が導き出せる。なお、式(9)で、C1は一定であることから、Ew1は一定である。すなわち、Ew0は、C2のみに依存する。
Ew2=Es2-ERef
=(R T/n F)log(C2/CRef) ・・・ (8)
Ew0=Ew1-Ew2
=(R T/n F)log(C1/C2) ・・・ (9)
以上は、環境温度がすべて一定であると仮定した結果である。実際には、図18に示すように、分注前加温装置301によって、希釈液と標準液は加温され、比較液は比較液が通る流路の周辺温度によって、影響を受ける。この影響を以下の計算によって考察する。ちなみに、Es1、Es2が前記した測定対象物の電位Esに相当し、ERefが前記した参照電極の電位ERefに相当する。
T1は、分注前加温装置301によって生じた加温前後の希釈液及び標準液の温度差、T2は、比較液が通る流路の周辺温度によって生じる比較液の温度差を示す。また、Tkを環境温度、TsをISE電極351に流入する液の温度、TRefを比較電極352に流入する液の温度であるとする。これらにより、以下の式(10)、式(11)が成り立つ。
Ts=Tk+T1 ・・・ (10)
TRef=Tk+T2 ・・・ (11)
よって、周辺の温度影響を考慮した際のISE電極351の電位をEsk、比較電極352の電位をERefkとすると、式(2)及び式(3)より、以下の式(12)、式(13)が成り立つ。この際に生じる電位差Ewkは式(14)で表される。
Esk=E0+[{R(Tk+T1)}/(n F)]log Cs ・・・ (12)
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)
式(14)と、式(7)とを比べると明らかなように、式(14)には、式(14)の右辺第2項及び第3項に示す誤差項がある。この誤差項が測定の誤差につながり、電解質測定における、正確性及び精密性の低下の原因となっている。
以上の問題点を解決するための手法を、図1~図17を参照して説明する。
[第1実施形態]
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、脱気装置100の内部には複数の中空糸130(図1~図3の例では第1の中空糸131及び第2の中空糸132の2つ)が備えられる。
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。
第1の中空糸131及び第2の中空糸132のそれぞれは、例えば、四フッ化エチレン樹脂等、気体を透過するが液体は透過しない材質で構成されている。また、第1の中空糸131及び第2の中空糸132は、図2及び図3に示すように、らせん状に編み込まれることで互いに接している。このように、第1の中空糸131及び第2の中空糸132がらせん状に編み込まれることで、第1の中空糸131を流通する液と、第2の中空糸132を流通する液との間で熱交換が可能となる。なお、第1の中空糸131及び第2の中空糸132は、互いに接していればらせん状に編み込まれる形式でなくてもよいが、らせん状に編み込む形式とすることで効率的な熱交換が可能となる。
図1及び図6に示すように真空ポンプ接続口125には、他端が真空ポンプ201に接続されている真空ポンプ接続チューブ202が接続される。このような構成を有することにより、真空ポンプ201によって脱気装置100の内部が減圧される。真空ポンプ201によって、脱気装置100の内部は0~15KPa(望ましくは8KPa)程度に減圧されている。
このように真空ポンプ201によって脱気装置100の内部が減圧されることによって、第1の中空糸131及び第2の中空糸132を流通する液に溶解しているガス(溶存気体)が中空糸壁を透過して脱気装置100の内部に拡散する。これによって、第1の中空糸131及び第2の中空糸132を流通する液の脱気が可能となる。
すなわち、図1~図6に示す脱気装置100によれば、脱気装置100を大型化することなく、第1の中空糸131及び第2の中空糸132の内部を流通する複数の液体の脱気と、熱交換による熱平衡とを同時に行うことが可能となる。
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。
真空ポンプ201の駆動時、脱気装置100の内部は減圧されるため、外筒部111が大きく変形するおそれがある。この時、外筒部111の経時的な変形によって、外筒部111にクリープ破壊が生じるおそれがある。そこで、外筒部111の成形材料は、引張弾性係数が、10~30[Gpa]の材料を用いると経時的な変形を防ぐことができる。
また、図2及び図3に示すように第1の中空糸131及び第2の中空糸132それぞれの表面はひだ状(凹凸)となっている。このような構成を有することにより、第1の中空糸131及び第2の中空糸132それぞれの表面積が大きくなり、透過するガスの量が多くなる。すなわち、効率的な脱気が可能となる。さらに、第1の中空糸131及び第2の中空糸132それぞれの表面がひだ状となることで、第1の中空糸131及び第2の中空糸132同士が接する面積が大きくなる。これにより、第1の中空糸131と、第2の中空糸132との間の熱交換が効率的に行われる。
なお、図2及び図3に示す例では、第1の中空糸131及び第2の中空糸132それぞれの表面がひだ状となることで、第1の中空糸131及び第2の中空糸132それぞれの表面に凹凸が設けられている。しかし、これに限らず、第1の中空糸131及び第2の中空糸132それぞれの表面に突起上のものが設けられることで、第1の中空糸131及び第2の中空糸132それぞれの表面に凹凸が設けられてもよい。
なお、図1、図4~図6に示す図では、真空ポンプ接続口125が中央に配置されているが、中央に限らなくてもよい。また、第1の導入口121a、第1の導出口121b、第2の導入口122a及び第2の導出口122bの配置は、図1及び図5に示す配置でなくてもよい。つまり、第1の導入口121a、第1の導出口121b、第2の導入口122a及び第2の導出口122bの配置は、図1及び図5に示すように対照的に配置されていなくてもよい。
図7は、脱気装置100内部への中空糸130の実装方法を示す図である。
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。
(変形例)
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。
[第2実施形態]
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。
[第3実施形態]
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。
また、図10に示す例では、第1の中空糸131cと、第2の中空糸132との長さが異なってもいる。このようにすることによって、第1の中空糸131cを流通する液と、第2の中空糸132を流通する液との送液量や比熱が異なる場合でも、これらの液の温度を同一にすることができる。図10に示す例では、第1の中空糸131cと、第2の中空糸132との太さが異なっているが、同じ太さの第1の中空糸131と、第2の中空糸132との長さが異なってもよい。このようにすることで、第1の中空糸131を流通する液と、第2の中空糸132を流通する液との送液量や比熱が異なる場合でも、これらの液の温度を同一にすることができる。また、脱気装置100を大型化することなく複数の液体の脱気をすることができる。
[第4実施形態]
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。
そして、脱気装置100dの内部には、図13に示すような3つの中空糸130d(第1の中空糸131、第2の中空糸132、第3の中空糸133)が収納されている。第1の中空糸131、第2の中空糸132、第3の中空糸133のそれぞれには異なる液が流通する。そして、第1の中空糸131の一端は第1の導入口121aに接続され、他端は第1の導出口121bに接続される。同様に、第2の中空糸132の一端は第2の導入口122aに接続され、他端は第2の導出口122bに接続される。また、第3の中空糸133の一端は第3の導入口123aに接続され、他端は第3の導出口123bに接続される。
そして、第1の中空糸131、第2の中空糸132、第3の中空糸133は、互いにらせん状に編み込まれることによって互いに接している。なお、第1の中空糸131、第2の中空糸132、第3の中空糸133は、らせん状に編み込まれなくても接していればよいが、らせん状に編み込まれることによって効率的な熱交換が可能となる。このようにすることで、第1の中空糸131、第2の中空糸132、第3の中空糸133を流通する3つの異なる液の温度を、効率的に同一にすることができる。
なお、蓋部112には真空ポンプ接続チューブ202が接続される真空ポンプ接続口125が備えられている。真空ポンプ接続チューブ202を介して、真空ポンプ接続口125に真空ポンプ201が接続され、真空ポンプ201が稼働することにより、脱気装置100dの内部が真空ポンプ201によって減圧される。これにより、第1の中空糸131、第2の中空糸132、第3の中空糸133のそれぞれを流通する液の脱気が可能となる。
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。
[第5実施形態]
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。
[第6実施形態]
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。
また、3つの液が流通するため、図11~図13に示す脱気装置100cが用いられる。
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。
なお、電解質測定システム1における電解質測定において、比較液と、希釈液は脱気が必須である。また、標準液と、希釈液とは同一の温度であることが必須であり、比較液の温度は一定であることが必要である。ちなみに、希釈液には検体が混合されるが、希釈液に対して検体は極微量であるため、希釈液の温度は変わらないとみなしてよい。すなわち、標準液の脱気は必須ではなく、比較液と、標準液及び希釈液とを同一の温度にすることも必須ではない。ただし、標準液を脱気しても問題はなく、比較液と、標準液及び希釈液とを同一の温度にしても問題はない。従って、比較液、標準液、希釈液を脱気装置100cに流通させることに問題はない。そして、比較液、標準液、希釈液を脱気装置100cに流通させることで、分注前加温装置301及び加温装置熱源302を省略することが可能となる。脱気装置100cを大型化することなく、つまり、電解質測定システム1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により、図15に示す電解質測定システム1の省スペース化を図ることができる。
[第7実施形態]
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。
図16に示す電解質測定システム1fでは、標準液容器311、希釈液容器321の代わりに標準・希釈液容器391が設けられている。また、電解質測定システム1fでは、標準液送液装置312、希釈液送液装置322の代わりに標準・希釈液送液装置392が設けられている。さらに、電解質測定システム1fでは、標準液用ノズル313、希釈液用ノズル323の代わりに標準・希釈液用ノズル393が設けられている。そして、電解質測定システム1fでは、第1の標準液用二方電磁弁314a、第1の希釈液用二方電磁弁324aの代わりに第1の標準・希釈液用二方電磁弁394aが設けられている。また、電解質測定システム1fでは、第2の標準液用二方電磁弁314b、第2の希釈液用二方電磁弁324bの代わりに第2の標準・希釈液用二方電磁弁394bが設けられている。
そして、脱気装置100には、標準・希釈液が流通する標準・希釈液流路395と、比較液が流通する比較液流路335とが接続されている。ここで、標準・希釈液流路395は、標準・希釈液を標準・希釈液容器391から標準・希釈液用ノズル393へ、すなわち、希釈槽380へ送液する流路である。
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。
このような構成とすることで、電解質測定に必要な試薬は2つとなり、図15に示す電解質測定システム1よりも電解質測定システム1fの省スペース化を図ることができる。
[処理装置400]
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。
そして、記憶装置403に格納されているプログラムがメモリ401にロードされ、CPU402によって実行される。これにより、電解質測定システム1の各部を制御するための機能や、電解質測定システム1によって得られた電位差を分析する機能が具現化する。
本実施形態に示す脱気装置100を用いることにより、脱気と熱交換を同時に行うことができる。精度の高い電解質測定を行うことができる。
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。
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の効果を数式で証明する。本実施形態の脱気装置100(100c)均一になった温度をThとする。すなわち、式(10)、式(11)は式(15)、式(16)のようになる。この時生じる電位差Ewkhは、式(14)より式(17)となる。
Th=Tk+T1 ・・・ (15)
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)
なお、式(15)及び式(16)において、T1=T2である。
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。
この場合、式(5)、式(6)、式(7)、式(8)、式(9)、式(13)と同様に、Es1hを標準液測定時のISE電極351に生じる電位、Es2hを希釈検体測定時のISE電極351に生じる電位とする。同様に、ERefhを比較電極352に生じる電位、Ew1hを標準液測定時のISE電極351に生じる電位と比較電極352に生じる電位の電位差とする。さらに、Ew2hを希釈検体測定時のISE電極351に生じる電位と比較電極352に生じる電位の電位差、Ew0hをEw1hとEw2hの差分とする。すると、ERefhは相殺される。つまり、式(17)を用いて、式(5)~(9)に相当する式を算出すると、以下の式(18-1)~(18-6)が成り立つ。
Es1h=E0+(R Th/n F)log C1 ・・・ (18-1)
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)
本実施形態によれば、均一な温度であるThを用いた式(18-6)を用いることで、誤差項による電位差の変動を除去することができ、精度の高い電解質分析を実現することができる。
なお、本実施形態では、血液の電解質測定について説明したが、この分野に限らない。例えば、本実施形態の脱気装置100を化学発光免疫装置に適用することも可能である。化学発光免疫装置では、免疫の反応量を化学発光させることで測定が行われる。この際、検体と試薬の混合溶液に、過酸化水素が主成分であるプレトリガが投入され、その後、水酸化ナトリウムが主成分であるトリガが投入される。この際に、プレトリガ溶液と、トリガ溶液の温度差を最小にすること、さらに、両方の溶液を脱気させることによって、精度の高い分析測定ができる。従って、プレトリガ容器及びトリガ容器を本実施形態の脱気装置100に流通させることで、化学発光免疫の分析測定が可能となる。
また、電気化学発光の免疫項目測定装置においても、異なる2種類の溶液の温度差を最小にし、当該2種類の溶液を脱気させることによって、精度の高い分析測定ができる。従って、電気化学発光の免疫項目測定装置において、異なる2種類の溶液を本実施形態における脱気装置100に流通させることで、精度の高い分析測定が可能となる。
なお、本実施形態では、電解質測定システム1,1fにおける各部の制御、及び、電解質の分析が処理装置400によって行われている。しかし、これに限らず、電解質測定システム1,1fにおける各部の制御と、電解質の分析とが異なる装置によって行われてもよい。
本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した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、必ずしも説明したすべての構成を有す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実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
また、前記した処理装置400における各構成、機能、記憶装置403等は、それらの一部又はすべてを、例えば集積回路で設計すること等によりハードウェアで実現してもよい。また、図17に示すように、前記した各構成、機能等は、CPU402等のプロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、HDに格納すること以外に、メモリ401や、SSD(Solid State Drive)等の記録装置、又は、IC(Integrated Circuit)カードや、SD(Secure Digital)カード、DVD(Digital Versatile Disc)等の記録媒体に格納することができる。
また、各実施形態において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんどすべての構成が相互に接続されていると考えてよい。
1,1f 電解質測定システム
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)

  1. 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。
  2. (削除)
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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。
  11. 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。
  12. 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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