JPH04110752A

JPH04110752A - 生化学分析装置

Info

Publication number: JPH04110752A
Application number: JP2231356A
Authority: JP
Inventors: Yuji Miyahara; 裕二宮原; Toshiko Fujii; 藤井　稔子; Biyuuraa Toomasu; トーマス　ビューラー; Yoshio Watanabe; 渡辺　吉雄
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-08-31
Filing date: 1990-08-31
Publication date: 1992-04-13

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は生化学分析装置、特に血液検査用生化学分析装
置に関する。

［従来の技術］従来、赤外分光法を利用する生体液等の生化学物質の分
析は、アナリティカル　ケミストリー６１　（１９８９
年）第２００９〜２０１５頁ＣＡｎａ１．　Ｃｈｅｍ、
、６１（１９８９）ｐｐ２００９〜２０１５）において
論じられている。上北においては、汎用のフーリエ変換
赤外分光装置と減衰全反射（Ａ　ｔｔｅｎｕａｔｅｄＴ
ｏｔａｌ　Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　；　ＡＴ　Ｒ）法を
用いて血液中のグルコース濃度が測定されている。

測定試料は円柱型のＡＴＲプリズムを組み込んだフロー
セル中に導入し、室温で赤外吸収スペクトルを測定し、
部分最小二乗法を用いてグルコース成分の濃度を算出す
るものである。

［発明が解決しようとする課題］前記従来技術は、グルコース分析の基準法である酵素を
用いた比色法と分析値の相関性の点で不十分であり、分
析精度も低いと云う問題があった。

また、汎用のフーリエ変換赤外分光器を用いているので
、試料の注入、ＡＴＲプリズムの洗浄、または較正等す
べて手作業で行われており、一般病院等で使用される生
化学分析装置としては使い勝手が悪いと云う問題があっ
た。

本発明の目的は、装置の較正、洗浄等の自動機能を備え
た赤外光利用の生化学分析装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、対象とする生化学物質を高
精度に分析できる生化学分析装置を提供するにある。

［課題を解決するための手段］前記目的を達成する本発明の要旨は下記のとおりである
。

（１）赤外光と、分散型赤外分光器またはフーリエ変換
赤外分光器を用いた生化学分析装置において、減衰全反射（ＡＴＲ）プリズムの表面が試料セルを構成
しており、該試料セルに液体試料を注入する試料注入手段と、試料
注入後の該セルを前記分光器内に搬送する搬送手段と、
測定後の試料セルを洗浄する洗浄手段を備え、前記試料セルに入射させた赤外光を検知する検知器と、
前託績知器からの検知信号を演算処理するメモリ機能を
有するコンピュータを備え、該コンピュータの指令に基
づき前記試料注入手段、搬送手段、洗浄手段を制御する
制御手段を備えたことを特徴とする生化学分析装置。

（２）前記分光器内に、前記液体試料の凍結状態におけ
る赤外吸収が測定できる試料セルの冷却装置を備えたこ
とを特徴とする前項（１）に記載の生化学分析装置。

（３）前記冷却装置の試料セル冷却部が大気と遮断され
ており、該冷却装置の試料セル装着部に設けられた赤外
光入射窓が二重窓であり、該二重窓の隙間は真空または
乾燥ガスが充填されていることを特徴とする前項（２）
に記載の生化学分析装置。

本発明の特徴は、分散型赤外分光器またはフーリエ変換
赤外分光器の前記ＡＴＲプリズムで形成された試料セル
への試料の注入、試料セルの洗浄液、較正のための標準
液、およびこれらをセルに送る送液手段を備え、測定の
都度セルを洗浄し、必要に応じ標準液を導入して測定装
置の較正を行うことができる点にある。

また、分光器内に冷却装置を設けて試料セルを冷却し、
液体試料の凍結状態での赤外吸収スペクトルを測定でき
ることにある。なお、短い光路長で再現性をよく測定す
るために前記ＡＴＲプリズムにはＺｎ５ｅ、Ｓ　ｉ、Ｇ
ｅ、ＫＨ２−５（Ｔｊ！ＢｒとＴＮＩの混晶）等が用い
られる。

該セルを冷却する冷媒としては、液体窒素または液体ヘ
リウムが用いられる。該冷媒はデユワ−瓶等の容器に入
れ、該容器の底部に設けた良熱伝導体のブロックをセル
のＡＴＲプリズムに密着することによって冷却される。

また、Ｂｉ２Ｔｅ、とＳｂ２Ｔｅ、等で構成されるＮ型
またはＰ型の半導体素子からなる熱電冷却素子をＡＴＲ
プリズムの背面に密着させ、所定の電流を流すことによ
るベルチェ効果によって冷却することもできる。

なお、冷却温度は測定試料によって選択されるが、前記
ブロックを介して冷却する場合には、該ブロック中に温
度センサと加熱用ヒータを設けることによって冷却温度
を制御することができる。

また、ベルチェ効果による熱電冷却素子を用いる場合は
、流す電流を制御することにより、前記と同様に冷却温
度を制御することができる。

前記セルを冷却して測定する場合には、試料セルを大気
と遮断すると共に、赤外光が入射できるよう二重窓を設
けているが、これは大気中の水蒸気の結露によって、該
二重窓を曇らせないためである。

本発明の生化学分析装置において、測定試料を極低温で
冷却、凍結することにより、所定の濃度範囲では従来の
ものより高Ｓ／Ｎ比の検知信号が得られるために、分析
精度が高いと云う特徴がある。

［作用］本発明の生化学分析装置において、測定試料を冷却凍結
することにより従来のものよりも測定精度をアップする
ことができるのは、低温では分子の振動が小さく、また
、液体が固体となるため水等の妨害成分の吸収ピークを
小さくでき、対象とする吸収ピークを増大することがで
きるためである。

［実施例コ以下本発明を実施例に基づき詳細に説明する。

第１図は本発明の生化学分析装置の分光器の例を説明す
る模式図である。

光源１からの出射された赤外光２は、半透鏡３により固
定ｔｌ！４に向う成分と、可動鏡５に向う成分とに分割
され、固定鏡４と可動鏡５のそれぞれによって反射され
て、再び半透鏡３に戻されて合成される。合成された光
は鏡６．７で反射されてＡＴＲプリズム８に入射する。

ＡＴＲプリズム８に入射した赤外光２は一部試料に吸収
され、検知器９で検知される。

該検知信号はＡＤ変換器１２によりＡＤ変換される。

前記可動鏡５は可動鏡駆動部ｌＯにより駆動され、ここ
で反射された光は固定鏡４で反射された光と干渉し、イ
ンター′フェログラム（干渉波形）を生ずる。

前記ＡＴＲプリズムは冷却装置１１内に設置されており
、測定試料を冷却状態で分析することができる。

第２図は、本発明の分析装置の制御系の一例を説明する
模式図である。

分光器１３で測定された試料の吸収スペクトル信号は、
ＡＤ変換器１２を介してコンピュータ１４に入力され、
そこでピーク面積の算出、濃度計算等の演算処理が行わ
れる。これらの結果並びにそれに基づ（必要情報は表示
部１５に出力される。

また、前記コンピュータには記憶装置１６が接続され測
定された吸収スペクトル、面積強度、濃度計算結果等が
メモリされる。

更にまた、前記分光器の可動鏡５の動作は制御部１７に
より制御される。ＡＴＲプリズムの搬送はＡＴＲ駆動部
１８により行われる。なお、ＡＴＲ搬送のシーケンスは
コンピュータ１４により設定される。

測定試料の冷却温度はコンピュータ１４も指令に基づき
温度制御部１９により行われる。また、ＡＴＲプリズム
の洗浄に必要な洗浄液、較正に使用される欅準液は送液
装置２０により送られる。

前記のように測定試料の分析操作、分析装置の洗浄、較
正、冷却装置の温度の制御等は、オペレータが操作部２
１から必要な情報を入力するだけで行うことができる。

第３図は本発明の生化学分析装置の一例を示す斜視図で
ある。

測定試料は試料注入口２２からＡＴＲプリズム８上に注
入され、ケース２３中に収納されているＡＴＲ搬送装置
により冷却装置１１内に搬送される。該冷却装置１１は
その下部に設置されている分光器１３の試料セル装着部
と一体化されており、冷却状態で試料の赤外吸収スペク
トルを測定することができる。

ＡＴＲプリズムの洗浄液および標準液は、それぞれ容器
２４．２５に入れられ、使用後の廃液はケース２６中に
設置されている廃液容器に集められる。

測定された試料の成分濃度は、コンピュータで演算処理
され表示部４に表示されると共に、必要に応じてプリン
タ２７に出力される。なお、測定項目、試料番号等は操
作部２１から入力される。

第４図は試料セルを構成するＡＴＲプリズムの側断面図
である。

ＡＴＲプリズム８の端部は、入射された赤外光２が多重
反射をくり返して出射されるように４５度の角度に形成
されている。そして、該プリズムは支持体３０によって
固定支持されており、該支持体３０には試料溶液がＡＴ
Ｒプリズム８の上面に保持し得るように、段差３１が枠
状に形成されて試料セルを構成している。

また、ＡＴＲプリズム８とＡＴＲ支持体３ｏによって構
成された試料セル５２は、第５図に示すように可撓性の
ベルト状または鎖状の搬送手段３２上に固定支持され、
冷却装置１１内に搬送される。なお、該搬送手段３２に
は、複数の試料セルを固定支持して、順次搬送すること
ができる。

第６図は、前記搬送手段を取付けた分析装置のの模式図
である。

前記搬送手段３２の位置ａにある試料セル５２に、試料
注入口２２から測定試料が注入される。

試料が注入された試料セルは搬送手段３２が矢印方向に
駆動されることによって、冷却装置１１内の位置すに運
ばれる。位置すで所定温度に冷却された試料セル５２は
、位置Ｃに運ばれ、赤外光２が下方より照射されて吸収
スペクトルが測定される。

なお、赤外光２は仕切られた二重窓３３．３３′を介し
て入射されるように構成されている。該二重窓３３．３
３′の隙間３４は真空、または乾燥ガスが封入され、二
重窓板３３と３３′とは断熱されており、冷却によって
窓３３の表面に水蒸気等が結露して故意を曇らせるのを
防いでいる。

次に、測定の終了した試料セルは、位置ｄで凍結した試
料が融解される。もし、融解が不十分の場合は、位置ｅ
においてヒータ３５で加熱して完全に融解する。そして
、洗浄部３６内に搬送され、位置ｆおよびｇで洗浄液吐
出口３７から吐出される洗浄液により自動洗浄される。

なお、洗浄後の洗浄液は廃液容器３８に回収される。

次に試料セルは位置りで乾燥されて、再び測定に使用さ
れる。該試料セル５２を複数設置することにより、分析
数を向上することができる。

第６図において、冷却装置１１として、例えばＢｉ、Ｔ
ｅ、と５ｂ２Ｔｅｓから構成されるＮ型またはＰ型の半
導体素子からなる熱電冷却素子を用いることができる。

該素子を位置すにおいて、試料セル８の背面に接触させ
電流を流すことによってペルチェ効果により冷却するこ
とができる。

前記冷却装置１１の冷媒として液体窒素または液体ヘリ
ウム等を用いて極低温で測定を行う場合、第７図に例示
すような冷却装置１１を用いる。

冷媒が充填された例えばデユワ−瓶のような冷媒容器３
９の底部を、例えば銅のような良熱伝導体製のブロック
４０で形成し、これと押え板４１゜４１゛とで試料セル
５２を挾むことにより冷却される。前記ブロック４０は
温度センサ４３と温度制御用ヒータ４４が埋設されてお
り、ブロックの温度を制御することができる。なお、前
記押え板４１はモータ４２により上下に駆動される。

また、この冷却装置１１の内部空間４５内には、常に乾
燥したガスがガス供給口４６から供給されており、試料
セル５２のＡＴＲプリズム８、二重窓３３の表面に水等
が結露するのを防いでいる。

該冷却装置１１内に測定試料が注入された試料セルを搬
送手段３２により搬入、搬出する際は、冷却装置１１に
設けられているドア４７、または、ドア４８を開いて行
う。また、冷却装置本体の上蓋４９は必要に応じて開く
ことができるようツク・ソキング５０を介して本体に繋
止されている。

次に、前記第７図に示す冷却装置を備えた本発明の測定
装置を用いて測定したグルコース水溶液の赤外吸収スペ
クトルを第８図に示す。

図はグルコース濃度　０．５モルの水溶液を、温度約１
４７Ｋ（曲線Ａ）と、室温（曲線Ｂ）とで測定した場合
を比較したものである。

図から明らかなように、グルコースピークが増大する９
５０〜１１８０ｃｍ　’のピーク面積を比較すると、低
温におけるグルコースピーク面積は、室温のそれの１０
倍以上あり、生化学物質の低温における測定感度が極め
て大きいことが分かる。

第９図に室温で測定した血液の赤外吸収スペクトルを示
す。

図中Ｃ，Ｄのピークはそれぞれ蛋白質のアミドエ、アミ
ド■のピークである。グルコースビークは１０３５ｃｍ
−’付近のブロードなピークがそれである。

なお、前記測定装置によって測定された吸収スペクトル
のピーク面積が測定試料の濃度と比例関係にあることを
利用し、９５０〜１１８０ｃｍの範囲で既知濃度のグル
コースビークの面積から検量線を作成し、該検量線を用
いて未知グルコースの濃度を容易に求めることができる
。

第１０図は本発明の生化学分析装置により測定したグル
コース濃度と、従来の酵素を用いた比色法により測定し
たグルコース濃度との相関を示すグラフである。

両者の相関係数は　０．９７であり、両者の測定結果が
よく一致していることが分かる。

［発明の効果］本発明によれば、使い勝手がよく、分析効率の高い生化
学分析装置を提供することができる。

また、本発明によれば低温での測定ができるので、生化
学物質の赤外吸収ピークの高感度化を実現することがで
き、高精度な生化学分析装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の生化学分析装置の分光器の例を説明す
る模式図、第２図は本発明の生化学分析装置の制御系を
説明する模式図、第３図は本発明の生化学分析装置の外
観の斜視図、第４図はＡＴＲプリズムの側断面図、第５
図はＡＴＲプリズムの搬送手段の模式図、第６図は前記
搬送手段を取付けた分析装置の模式図、第７図は本発明
の生化学分析装置の冷却装置部の模式断面図、第８図は
本発明の生化学分析装置によるグルコース水溶液の赤外
吸収スペクトル、第９図は室温で測定した血液の赤外吸
収スペクトル、第１０図は本発明の生化学分析装置によ
るグルコース濃度と従来の酵素法によるグルコース濃度
の相関を示すグラフである。ｌ・・・光源、２・・・赤外光、３・・半透鏡、４　固
定鏡、５・・・可動鏡、６，７・・・鏡、８・・ＡＴＲ
プリズム、９・・検知器、１０・・・可動鏡駆動部、１
１・冷却装置、１２・・ＡＤ変換器、１３・・分光器、
１４・コンピュータ、１５・表示部、１６・・詑憶装置
、１７・・制御部、１８・ＡＴＲ駆動部、１９・・温度
制御部、２０・・・送液装置、２１・・・操作部、２２
試料注入口、２３・・ケース、２４・洗浄液、２５・・
標準液、２６・・廃液容器、２７・・プリンタ、２９・
電源スィッチ、３０・・・支持体、３１・段差、３２・
搬送手段、３３・・二重窓、３４・・隙間、３５・ヒー
タ、３６・・洗浄部、３７・・洗浄液吐出口、３８・・
廃液容器、３９・・・冷媒容器、４０　ブロック、４１
　押え板、４２　モータ、４３　温度センサ、４４　温
度制御用ヒータ、４５・内部空間、４６・ガス供給口、
４７．４８・　ドア、４９・・上蓋、５０・・・バッキ
ング、５１−繋止ネジ、５２・試料セル。代理人　弁理士　高欄　明夫、−二・−寸（ほか１名）
１．弓−二第２−赤外光　８−Ａ　Ｔ　Ｒプリズム＋３−分光器　１５　　表示部２２　　試料注入口　２３　　ケース２５・標準液　２７　　プリッタ３０　　支持体　３１　　段差図 ■　冷却装置２１　　操作部２４・−洗浄液２９　電源スィッチ３２・−搬送手段３３・・・二重窓　３４・・・隙間　３５・・・ヒータ
　３６・洗浄部３７・・・洗浄液吐出口　３８・・・廃
液容器　５２・・試料セル第図

Claims

【特許請求の範囲】１、赤外光と、分散型赤外分光器またはフーリエ変換赤
外分光器を用いた生化学分析装置において、減衰全反射（ＡＴＲ）プリズムの表面が試料セルを構成
しており、該試料セルに液体試料を注入する試料注入手段と、試料
注入後の該セルを前記分光器内に搬送する搬送手段と、
測定後の試料セルを洗浄する洗浄手段を備え、前記試料セルに入射させた赤外光を検知する検知器と、
前記検知器からの検知信号を演算処理するメモリ機能を
有するコンピュータを備え、該コンピュータの指令に基
づき前記試料注入手段、搬送手段、洗浄手段を制御する
制御手段を備えたことを特徴とする生化学分析装置。２、前記分光器内に、前記液体試料の凍結状態における
赤外吸収スペクトルが測定できる試料セル冷却装置を備
えたことを特徴とする請求項第１項に記載の生化学分析
装置。３、前記冷却装置が、前記試料セルに密着する良熱伝導
体からなるブロックと、該ブロックを冷媒により冷却す
る冷却手段を備えていることを特徴とする請求項第２項
に記載の生化学分析装置。４、前記冷却装置が、前記試料セルに密着するペルチエ
効果利用の熱電冷却素子であることを特徴とする請求項
第２項に記載の生化学分析装置。５、前記冷却装置の試料セル冷却部が大気と遮断されて
おり、該試料セル装着部に設けられた赤外光入射窓が二
重窓であり、該二重窓の隙間は真空または乾燥ガスが充
填されていることを特徴とする請求項第２項に記載の生
化学分析装置。６、前記液体試料が生体液であることを特徴とする請求
項第１〜５項のいずれかに記載の生化学分析装置。