JPH0445787B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は特許請求の範囲第１項の前段に記載し
た形式の装置に関する。

小量の液体を収集する装置の所謂機能は収集さ
れる液体をカニユーレを介して収集管に滴下する
機能である。必要量の液が特定の管に収集される
と、カニユーレが次の管へ順に移動するか、また
は逆に管がカニユーレに対して移動するので、カ
ニユーレは液を次の管に送ることができる。

分析化学の発達は微量の液を用いて微量化学的
方法に向かつてますます進んできた。このことは
例えば液体クロマトグラフイの分野に当てはま
り、この分野ではクロマトグラフ分離後の分画
（フラクシヨン）の収集は、特に所謂ミクロボア
（microbore）技術に関連して微量液の処理を必
要とする。この特定の方法論においては、分離塔
の直径は激減し、移動相の流れはこれに対応した
程度に減少する。即ち流れは１分当たり数ミリリ
ツトルから１分当たり数ミクロミリリツトルへ減
少する。

これには分画を集めてこれを自動的にクロマト
グラフ装置に注入する工程に関連して液量を処理
する場合に種々の結果が伴う。流速が低いため、
分画は落下する小滴より小さい。分画量が大きい
場合には、小滴はこれが隣り合わす管に落下する
なら分画に分割する場合の必要な精度を失う程の
分画の大きな部分をなす。

ミクロボア技術は小量の試料分析に用いられる
ことが多い。その理由はクロマトグラフイでは注
入量が0.1〜１ミクロリツトルに制限されること
が多いためである。小量の試料の処理にはオート
インジエクタに特別な必要性がおかれている。オ
ートインジエクタは試料用ターンテーブルまたは
同類の装置においた管から吸入により試料を取出
すのに用いられる。次に試料は、これを吸入によ
つてバルブ内に引入れるか、またはバルブの射出
孔へカニユーレを自動的に入れることによつて、
インジエクシヨンバルブへ移送される。

極く小量の液の処理を可能にするため、漸進的
に細くなつて行く各試料管または試験管の使用が
始められており、これらの管には円錐状の底が設
けられていることが多い。しかし、出来る限り大
量の液を抜き出せるように管の底に極く近く吸入
カニユーレを入れることはこの種の管では困難で
ある。

微量液は液体クロマトグラフイのほかに試料作
成に用いられる自動ピベツト機に関連しても用い
られ、これらの機械では試薬と試料とは種々異な
る方法で混入される。しかし、できる限り小量の
試料の使用を可能にするように各試験管の底に届
くという問題はまたこれらの方法においてもおこ
る。

小量液の処理や感度のよいまたは敏感な分析方
法の発達に関連しておこる今一つの複雑な問題
は、物質、主として生物学的物質がその試料の自
動的処理中に装置外に逃げ出す危険を伴う問題で
ある。この危険は冷蔵試料を用いることや不透過
性膜で試料を保護することによつて相殺される。
また場合によつては試験管の口にかぶせた不透過
性または密封性の膜の内側にある空気を不活性ガ
スと入替えることもできよう。

小量の液を処理する問題は使用するカニユーレ
の端を試験管の壁に接触させることによつて普通
には解決されている。この場合の利点はカニユー
レの先端が試験管の底にあたることなく試験管壁
に沿つて摺動できることである。しかし、これに
も一つの欠点があつて、液滴が試験管の底に達せ
ずに管壁に止まつたままになり、後で試料を取出
す工程で試験管から取出されるということであ
る。ある場合には、試料がさらに劣化するのを阻
止するために初めに管内に小量の酸を入れること
が必要なこともある。この酸は管底に小滴の形で
存在し、上記の点で管壁にある小滴がこの酸内に
流れ落ちないおそれがある。

実際によく用いられる別の方法はカニユーレを
試料管または試験管の底に接触させるようにした
方法である。カニユーレに対する調整は以前には
カニユーレまたは試験管の垂直運動を、空間内の
一定の終点までどちらが他方に対し移動するかに
よつて、プログラムすることによりおこなうか、
またはカニユーレも試験管も傷めるおそれなくカ
ニユーレを試験管の底に着かせる弾性懸架装置上
に管を取着けることによつておこなわれた。

しかし、この種の装置は、各試験管にコイルば
ね懸架装置を取付ける必要があるので、高価にな
る。しかのみならず、このような調整ではカニユ
ーレの先端は試験管の底に接触する時に閉塞され
ることがある。このような理由から、横向きの孔
を設けた管が用いられることが多い。ただし、こ
うした管はオートインジエクシヨンの方法に関連
しては管の先きの深い部分にある液を抜き出す可
能性を著しく制限する。分画収集方法に関連して
は、またカニユーレ壁に小滴が残るという危険も
ある。

叙上の各問題点は付属の特許請求の範囲の主請
求事項に記載の基本的特徴を有する装置では簡単
で、確実な安価な方法において解決される。本発
明装置のその他の特徴は従属請求事項において記
載する。

本発明はオートインジエクシヨン法、分画収集
法、自動ピベツト法に関連して小量の液を吸引に
より引き抜いたり入れたりする問題の一般的解決
法を提供するものである。本発明によれば、カニ
ユーレにはこのカニユーレの端に対しその軸方向
に作用する圧力を記録するようにした機械的また
は電子的センサ装置に接続された物理的懸架装置
が設けられている。このセンサ装置は用途次第
で、また製造費次第で種々異なる形式が与えられ
る。センサの使用によりカニユーレの先端が管の
底に到着する場合の位置が正確に測定されるので
各カニユーレに従来使用されてきたコイルばねの
懸架装置を設ける必要はない。さらに、センサの
使用によつてカニユーレの先端は管の底との直接
接触からの解除が制御された方法で可能である。
カニユーレの先端と管の底との間の距離はカニユ
ーレまたは管の運動が制御されるような方法によ
つて極めて小さく保つことができる。この運動は
液が流れ出す時にカニユーレの上端で形成される
小滴の直径よりも小さいことを確実にするに十分
な小さい運動である。

本発明は小さい分画の収集、小さい試料のオー
トインジエクシヨンおよび小量試料のピベツトで
の測り取りに関連して一般に利用用できる。本発
明によつてプベツト管の自由端が使用する試験管
の深さに拘らず正確に位置決めできるので、種々
異なる寸法の管が自動的に働く装置に関連して使
用できる。本発明の装置はまたカニユーレの口が
空間座標方式を用いて位置決めされる方法より利
点がある。その理由はこの後者の方法では単一製
造シリーズにおいて製造される相互に異なる管の
底は通常その厚さに変化があることが考慮されて
いないからである。

本発明を以下に添付の図面を参考にしてさらに
詳しく説明する。

第１図の実施例では、試験管１，２は多数の管
を容れることができる弧状ホルダ３に配置されて
いる。なお図示の都合上、管の数は二本だけを示
す。一部を断面で示すホルダ３はシリンダ５に配
置された環状の外側へ突出する肩部４に固定装置
（図示せず）によつて着脱自在に固定されている。
シリンダ５はこれよりも小さい直径のもう一つの
シリンダ７を包んでこの周りを上下に入れこ式に
垂直運動するよう垂直運動制御装置６によつて制
御される。シリンダ５の運動は数多くの異なる方
法で制御できるが、このことは本発明のいずれの
部分も形成しないので詳述しない。

図示の本発明装置は患者または対応の被験者か
らの試料を採取するのに用いられるように企図し
たものであるけれども、この装置はまた以下の説
明からさらに明白なごとく、カニユーレの助けを
かりて試料管から試料を採取する時にも使用でき
る。

試験管１，２を支えるホルダ３の上にカニユー
レ取付装置１１に取付けられたカニユーレ１０を
支える別のホルダ９が配置されている。試料液を
収集する目的で、カニユーレ１０は可撓性ホース
１２を介して試料採取針１３に接続されていて、
この針は試料を採取することになつている被験者
に差込まれる。針１３は被検査物質を抜き取るこ
とができる特種な針である。従つて、この針には
液源に接続されている抽出ホース１４が設けられ
ている。この針装置は本発明のどの部分をも構成
しないのでここには詳述しない。

シリンダ５の軸には棒１５が回転可能に取付け
られており、この棒１５の機能はカニユーレ１０
を試験管１，２を後で引き抜く時にこの管を所定
位置に保持することにある。上記の軸より遠い方
の棒１５の端にはみぞ１６が設けられている。み
ぞ１６には固着された案内１７が容れられ、この
案内装置はシリンダ５の垂直位置に拘らず棒１５
が常に同一方向を取れるような装置である。棒１
５は穴１８と１９とを有し、これらの穴の各々は
各管１，２の位置の直上に配置されている。

シリンダはその下降させた位置にきてカニユー
レ１０が棒１５の上側に配置されると、カニユー
レホルダ９は回転制御装置２０により回転可能で
あるのでカニユーレは半径方向に内側の第１また
は半径方向に外側の管２へ交互に挿入される。同
様に、シリンダ５がその下降位置を取つている時
は、シリンダ自体は別の一対の試験管が棒１５の
下側にくるように回転制御装置８によつて回転可
能である。

装置を全体として制御するための主幹制御装置
２１は、垂直制御装置６がシリンダ５を管ホルダ
３および棒１５と一緒に前記下降位置へ順次移動
させることによつてカニユーレ１０の先端が棒１
５の上に位置するようにさせ、回転制御装置２０
が穴１８，１９の他方上にカニユーレ取付装置１
１の位置を変えるように、回転制御装置８が別の
二本の管を棒１５の下側に位置させるためにシリ
ンダを毎回交互に回転させ、制御装置６がシリン
ダ５を動かして上昇させるように構成され、また
はプログラムされている。シリンダ５が前記の下
側位置にある時にシリンダ５の角回転が特定の回
転制御装置８を設ける必要なく機械的におこなわ
れるようにシリンダ５の角運動と垂直運動のある
種の組合せた制御装置も可能である。しかし、本
発明の最も重要な特徴はカニユーレ取付装置１１
がカニユーレ１０を試験管に挿入してから受ける
上昇運動、即ちカニユーレの先端が管内の抵抗性
障害物と接触することから起る上昇運動を検出す
るセンサ２２がカニユーレホルダ９に設けられた
ことである。センサ２２自体は第１図にだけ示し
た。これは使われているセンサの形式は本発明に
は比較的重要性が乏しいからである。圧電形キヤ
パシタンス形、電磁形、または磁気ひずみ形の圧
力センサの使用が可能である。この圧力の検出を
容易にするため、第１図実施例のカニユーレホル
ダ９はスリーブの形式を取つている。カニユーレ
取付装置はスリーブ９内に部分的に延びた舌片２
３の外側へ突出する部分に配置されている。セン
サ２２は好ましくは舌片２３の上側とスリーブ９
の上壁との間に配置されている。舌片２３はスリ
ーブ９に、好ましくはその後部に弾性的に取付け
られるのが適当である。カニユーレ１０が試験管
の底に到着したことをセンサ２２が信号すると、
シリンダ５の上昇は主幹制御装置２１からの信号
に答えて、垂直運動制御装置６によつて停止され
る。先に述べたごとく、制御装置２１は次に垂直
運動制御装置６に命令してシリンダ５をごく僅か
下降させるので、カニユーレ１０は最早や管の底
とは直接接触しておらず、液が流れ出した時にカ
ニユーレの上端に形成される液滴の直径よりは小
さくない距離だけ管の底から離れている。

センサ２２は線形センサにすることができる。
ただしもつと高い感度を得たい時は例えば二次セ
ンサまたは指数形センサが使用される。

試験管１，２の口には保護膜で覆われているこ
とが多く、この膜は液を試験管に入れたりまたは
試験管から取出す時にカニユーレによつて穴が開
けられることが必要である。膜はカニユーレが試
験管に入る時、カニユーレの通過に抵抗する。し
かし、この最初の抵抗が検出されると、上昇運動
路におけるシリンダ５の位置はカニユーレが試験
の底と接触している時に位置していると考えられ
ている位置から遠く離れている。その結果、制御
装置２１はシリンダ５の上下の高さ位置が所定高
さ範囲、所謂感度範囲内にある時にセンサにより
伝達される信号にのみ反応または応動するように
構成されている。

しかしながら、試験管がそのホルダに斜めに置
かれるとか、あるいは作業者が新しい試験管の膜
にかぶせられていることが多い金属製保護キヤツ
プを取外すのを忘れたりすることがあり得る。そ
の結果、制御装置２１は所定の最高許容圧力レベ
ル（このレベルは比較的高い）以上の全てのセン
サ信号に応答してシリンダ５がさらに上昇するの
を防止する。

第２図は検出されたセンサの圧力をシリンダ５
が上昇している間のシリンダの最高位置の関数と
して示す図表である。S₁までの第１期中は圧力は
感知されない。S₁点において、カニユーレは膜と
接触しこれを貫通する。これで検出されたセンサ
圧力は、最高の圧力レベルとまでゆかなくとも急
激に上昇し、次いで、カニユーレ１０が膜をせん
孔するや否や下降している。しかし、膜はまたカ
ニユーレが続いて試験管中へ進入することにある
程度の抵抗もする。それ故にセンサ２２はこ点で
ある圧力量を検出する。この圧力をt₁で表わし
た。S₂の位置に達すると、カニユーレ１０は試験
管の底と接触し、検出されたセンサ圧力はその後
に増加する。S₂位置は試験管の底がくると予想で
きる範囲、即ち所謂感度範囲内にある。従つて、
制御装置２１はこの範囲内で許容される最高の信
号よりずつと低いセンサ信号に応答するように構
成されるか、あるいはこれに代つて感知された圧
力t₁より僅かに高い圧力に応答して、これに応え
てシリンダ５がさらに上昇するのが止まり、さら
に任意にシリンダが僅かに下降するように構成さ
れている。

処理された液が周囲の空気の作用で劣化するの
を防止するため、試験管に窒素などの不活性ガス
を充填することが多い。極めて小量の液の場合に
は、カニユーレの挿入および液の送りは試験管内
の圧力に大きな重要性を持たない。しかし、小量
とこれより僅かに多い量の液の両方を処理する装
置を使できることが望ましい。その結果、当該液
用のものと、不活性ガス源２４への接続用のもの
との二つの孔を備えるカニユーレが好んで用いら
れる。制御装置２１はこの不活性ガス源２４へ延
びる制御管路に組入れられた弁２５にこの制御管
路を介して接続されていて、実際に液を処理して
いる間はこの弁を開けておくように構成またはプ
ログラムされる。カニユーレへの液の導入はこれ
をカニユーレに挿入した後に、また希望によつて
はホース１４に接続された液制御装置（図示せ
ず）に送られる液制御信号と関連させておこなう
ことができる。

試験管１，２に前に入れてあつた小量の液を分
析のためこの管から採取するために第１図の装置
を用いることになつた場合、不活性ガス源２４に
ある圧力は試験管内にある圧力より高いことがあ
る。この点で、弁２５は試験管の底にある液をカ
ニユーレ１０に導入するその瞬間に開くことがで
きる。これによつて今後におこる試験管内の圧力
上昇がカニユーレオリフイス内への液の通過を助
けると同時にカニユーレに接続された液のホース
を一定のサブ圧力（subpressure）下に置く助け
ができる。

第１図の実施例は可動ホースによつて液移送装
置に接続されているので、この方が好まれること
になる。カニユーレが動く時、または液の粘度に
変化がある時におこる動圧および静圧の変化によ
つて装置の容量が変わる。この容量の変化は液移
送装置の可撓部分に起ることが好ましいが、この
変化は収集する液の量より極めて容易に大きくな
り易い。こうしたことが現在使用されている分画
収集機の場合では小量の液の収集を信頼できる方
法で制御することを非常に困難にしている。

さらに、カニユーレの動きで発生する動的力に
よつて、完全にでき上がつていない液滴がカニユ
ーレの先端から離れるので、得られた結果の精度
が危くなる。従つて、カニユーレができる限り動
かないように保持される時、即ち試験管を組入れ
た装置がカニユーレ構造体に代つて上下運動する
ように配置される場合は利点が生れる。

しかし、本発明の思想はまた固定の試験管ホル
ダと可動カニユーレホルダとを備えた現在使用さ
れている装置の場合も応用できる。従つて、第３
図には本発明装置の別の実施例が示されている。
この実施例では試験管２６は固定ホルダ２７に置
かれ、カニユーレ２９およびセンサ３０を備えた
カニユーレホルダ２８は制御装置３１からの指令
に応じて上下するように装置されている。この実
施例の装置は第１図について説明した原理にした
がつて制御される。

多くの改変が本発明の範囲内で考えられる。所
望により、第１図の実施例のカニユーレは硬質管
および可撓管によつて液移送装置に接続可能であ
る。カニユーレホルダはまた完全に不動性にする
こともできるので二本の管内で回転したりねじれ
たりすることはない。このようにカニユーレが動
かないことによつて前記した圧力変化が最小限と
なり、従つて、こうした圧力変化から生じる液移
送装置における容量の変化も減少する。弾性また
は可撓性管を使用する必要がないので、液の温度
の変化あるいは環境の温度の変化または定流速に
おいて圧力変化を生む当該液の粘度変化に基因す
る管系の容量変化を完全に、また部分的に除去す
る材料から、または上記容量変化の計測を可能に
する材料から選択的に上記弾性管または可撓管を
造ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の実施例を一部斜視図にし
て示す主要図、第２図は第１図の装置の一部の高
さの関数としてセンサの信号を示す図表、第３図
は本発明装置の別の実施例を示す主要図である。 なお図において付号１，２は容器、３〜５は容
器保持装置、６，８，２２，２１は制御装置、
９，１１，２３はカニユーレ懸架装置、１０はカ
ニユーレ、２０はセンサである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 小量の液体を容れるための少なくとも一つの
   容器１，２と、該容器内にその底まで挿入される
   ようになされたカニユーレ１０を有するカニユー
   レ懸架装置９，１１，２３と、容器の底へ向けて
   のカニユーレの動きについて容器とカニユーレ懸
   架装置のシステムを相互に対し制御するための制
   御装置とよりなる小量の液体を処理する装置にお
   いて、 上記カニユーレ懸架装置９，１１，２３はカニ
   ユーレにかかる機械的な力を感知する圧電形、キ
   ヤパシタンス形、電磁形あるいは磁気ひずみ形の
   圧力センサ２２を含み、この圧力センサ２２は制
   御装置６，２１に接続されかつカニユーレの前記
   容器内での前記容器底への降下運動の間にカニユ
   ーレ１０の先端がカニユーレに対し軸方向に作用
   する力を受けると応答するように配置され、上記
   制御装置６，２１はある信号レベル以上の信号を
   前記圧力センサから受けると直ちにカニユーレが
   それ以上容器内に挿入されるのを停止するように
   なつていることを特徴とする小量の液体を処理す
   る装置。 ２ 前記制御装置６，２１は液を処理する目的で
   カニユーレ懸架装置９，１１，２３と容器保持装
   置３〜５とが相互に対し予め決められた第１距離
   範囲内にある時にのみ圧力センサからの信号に答
   えるように配置されたことを特徴とする容器にそ
   の開口を覆う保護膜を設けた特許請求の範囲第１
   項に記載の装置。 ３ 前記制御装置６，２１がまた前記距離範囲外
   にある圧力センサ２２からの信号に答えるように
   配置されたことにより、カニユーレが前記容器内
   へさらに挿入されるのを停止すると共に後続する
   全ての液処理順序を停止し、上記信号は上記制御
   装置６，２１が前記第１距離範囲内で応答するレ
   ベルよりもずつと高い最高の許容レベルを有する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の
   装置。 ４ 液を処理する目的で前記制御装置はカニユー
   レが容器内へさらに挿入されるのを停止してから
   装置と、容器とカニユーレとを逆方向に少しの距
   離だけ動かすように配置されていて、該距離が処
   理される液の直径または小滴より短いことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれ
   か一項に記載の装置。 ５ 前記カニユーレ懸架装置９，１１，２３が垂
   直方向に不動で、前記容器１，２が前記制御装置
   で制御された方法で垂直方向に移動できる容器保
   持装置３〜５に配置されたことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項乃至第４項のいずれか一項に記
   載の装置。 ６ 前記カニユーレ懸架装置および（または）容
   器保持装置３〜５はカニユーレ懸架装置と容器保
   持装置とが第２の所定距離範囲だけ垂直方向に隔
   離されると制御装置６，８，２０，２１によつて
   実質的水平方向に移動するよう制御可能で、上記
   距離範囲内でカニユーレの先端が上記水平方向に
   動いてもどの容器または容器保持装置とも接触し
   ないことを特徴とする多数の容器１，２を組入れ
   た特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれか一
   項に記載の装置。 ７ 前記第１距離内で前記制御装置が応答するよ
   うに配置された一定のセンサ信号レベルは挿入運
   動順序中に検出されたレベル以上の所定レベルで
   あること、該レベルが上記第１距離範囲外に検出
   されたレベルと該第１距離範囲内に検出されたレ
   ベルとの間にあること、後者の検出レベルは最高
   許容レベルよりは低いが、高いレベルであること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項乃至第６項の
   いずれか一項に記載の装置。