JPH0626906A - 体積測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】被測定物と接触することなく、またその表面の
様子（泡立ち、傾き）に影響されずにこ被測定物の体積
や表面の高さを測定できる計測装置を提供する。 【構成】液体等と気体との圧縮率に大きな違いがあるこ
とを利用し、被測定物が保持容器内に存在した場合と存
在しない場合の生じる圧力の違いから、被測定物の体積
等を計測する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、貴重な試料や汚染を好
まない貯蔵物質等の体積を、それに接触するなく（非接
触で）測定する体積測定方法及びこのような試料や貯蔵
物質等の体積を測定するための体積測定装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】例えば免疫診断等の分野においては、被
測定試料の微量取得あるいは微量分注等の操作が行われ
ているが、このような操作は高感度測定を実施するうえ
で必要不可欠である。

【０００３】一般にこのような免疫診断の分野では、試
料そのものの量がマイクロリットルの単位であり、例え
ば血液や血清等の試料中の、抗体や蛋白質等の極めて微
量の成分を対象とする場合が多いため、試料の取得操作
に当たっては高精度の試料取得が可能なマイクロピペッ
ト装置を使用し、取得量の変動で測定結果が影響される
ことを防いでいる。

【０００４】マイクロピペットを使用した操作は、ピペ
ット先端（下端）を試料を保持する容器（試料容器）に
差し込んで、試料を空気圧（負圧）で一定量吸い上げ、
その後、反応容器等に空気圧（正圧）で分注する等して
行われる。なお、試料の汚染を防止する目的で、各操作
の後に、ピペットを洗浄したり、ディスポ−ザブルピペ
ットチップを使用し、一操作ごとにチップを交換するこ
ともある。

【０００５】ところで、このような試料の微量取得を行
なう場合には、試料の液面高さと前記試料吸い上げ操作
時のピペット先端との相対的な位置関係（換言すれば、
ピペットの浸漬量）の管理が、高精度の試料の取得操作
を実現し、強いては高精度の測定を実現するうえで重要
である。これは、例えばピペット周壁に付着した試料が
反応容器への分注時に容器にたれて分注量の変動が生じ
る恐れ等があるからである。

【０００６】また、試料が例えば乳児の血清のようにご
く少量しか入手できないものでは、その全量を有効に使
用して種々の測定を実施するする必要があるが、この場
合、最後の定量取得でピペット先端が保持容器の底に突
き当たったり、試料の代わりに空気を吸い上げてしまっ
たりという不都合を生じる恐れがあるからである。

【０００７】試料の液面高さを正確に知らないと、ピペ
ット先端の試料への浸漬量を一定にすることは出来ない
が、一般に、免疫診断等の分野では、試料保持容器とし
て口径１０mm程度のものが多用され、加えて血液や血清
といった比較的粘度の高い生体試料を扱う場合には、特
にメニスカスの影響が大きく現れやすく、それを知るこ
とは容易ではない。また、この分野では蛋白質を多量に
含む血清等を試料として扱うことが多いが、こういった
試料は泡立ちやすいという性質を有している。

【０００８】一定容量の試料保持容器に、常に一定量の
試料を保持させている場合等には、単にピペット装置の
下降精度を厳密に管理するのみでピペット先端の試料へ
の浸漬量を一定に保つことができる。しかしながら実際
には、試料容量は限定されており、その液面高さは測定
のための取得操作が行われるごと、更にはその保持容器
が置かれた状況、例えば容器の傾き、等により変化して
しまう。従って結局、試料を取得する操作に先立ち、液
面高さを測定しなければならないのである。

【０００９】従来知られた液面の高さを測定するための
装置に、接触型や非接触型と呼ばれるものがある。接触
型は例えば、液体と空気の電気伝導度の違いを利用し
て、液体と接触した位置を通電で関知する装置である。
しかし接触型では、それ試料に接触した後に洗浄操作等
を実施し、他の試料について測定を行う際に当該試料に
汚染を生じさせないようにしなければならない、という
課題がある。一方、非接触型には、例えば光学式の反射
型センサ−を用いたものや静電容量センサ−等を用いた
ものがある。このような装置を液面に接近させること
で、反射光の光強度を測定する等して液面を測定するこ
とができる。非接触型装置では接触型のように汚染とい
う課題は生じないものの、特に液面の泡の位置を液面と
誤認してしまうため、なお正確な液面の高さの測定には
改善の余地がある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、固体や液
体の圧縮率と気体の圧縮率が大きく異なることに着目
し、その物性の違いを利用することにより、試料や試薬
に接触することなく、かつ泡等に影響されることなく試
料等の体積を測定できることを見出だし、本発明を完成
するに至った。本発明によれば、試料等の体積を知るこ
とが可能であるため、結果として試料容器中の試料の液
面高さを知ることが可能となる。

【００１１】即ち本発明は、容積が一定である測定容器
内に存在する固体又は液体の体積を測定する方法であ
り、実質的に密閉状態で気体を測定容器内に挿入し又は
気体を測定容器から除去することで測定容器内に生じる
圧力の変化を測定し、この圧力変化に基づいて前記固体
又は液体の体積を測定する体積測定方法である。

【００１２】また本発明は、容積が一定である測定容器
内に存在する固体又は液体の体積を測定する方法であ
り、実質的に密閉状態で固体又は液体を測定容器内に挿
入しあるいは固体又は液体を測定容器から除去すること
で測定容器内に生じる圧力の変化を測定し、この圧力変
化に基づいて前記固体又は液体の体積を測定する体積測
定方法である。

【００１３】また本発明は、気体で満たされた容積が一
定である測定容器内に、実質的に密閉状態で固体又は液
体を挿入することで測定容器内に生じる圧力の変化を測
定し、この圧力変化に基づいて挿入された固体又は液体
の体積を測定する体積測定方法である。

【００１４】更に本発明は、容積が一定である測定容器
と、測定容器に密閉状態に接続され又は接続され得る、
液体、固体又は気体の測定容器への挿入／除去手段、測
定容器内の圧力を測定するための圧力測定手段及び圧力
測定手段からの出力を演算して結果を出力するための演
算手段を備えた液体又は固体の体積を測定する体積測定
装置である。以下に本発明を詳細に説明する。

【００１５】本発明は、免疫反応測定における血液、血
漿、血清、尿又は汗等の体液や酵素基質溶液等、更には
生化学の分野において使用する試薬溶液等に代表される
液体の体積又はその液面高さを計測するのに好適な方法
及び装置である。しかし、本発明の方法及び装置は、例
えば貯蔵タンク等に保持された液体の体積を測定する場
合や、例えば粉末試薬等についても適用することが可能
である。

【００１６】本発明の体積測定方法においては、測定容
器としてその内部の圧力が変化しても容積が一定である
ものを使用する。変化後の圧力は、測定容器にどの程度
の気体や液体又は固体を挿入するか、あるいはどの程度
を除去するかにより決定される。従って本発明の測定容
器は、この変化に耐えられ、本発明における液体、固体
又は気体に化学的に安定な性質を有するものであれば制
限はない。

【００１７】本発明でいう気体とは、例えば空気等のも
のである。測定されるべき固体や液体との関係で、これ
らと化学的に安定な不活性ガス等も好ましく使用でき
る。

【００１８】例えば液体又は固体の体積を、気体を挿入
又は除去することで測定する場合について述べれば、未
知体積の液体を保持する測定容器に、実質的に密閉状態
で気体を挿入又は除去した場合には、測定容器の容量が
一定なため液体又は固体の体積は一定のままであるか
ら、挿入された気体ともともと測定容器内に存在した気
体の体積の和又は差に関連して測定容器内の圧力が上昇
又は減少する。この圧力変化は測定容器内に存在する液
体又は固体の体積に相関しているから、測定容器内の液
体又は固体の体積が分かるのである。

【００１９】同様に、未知体積の液体又は固体を測定容
器内に実質的に密閉状態で挿入又は測定容器から実質的
に密閉状態で除去した場合にも、測定容器の容量が一定
なため液体又は固体の体積は一定のままであるから、挿
入又は除去による測定容器内の液体又は固体の体積の和
の変動に関連して圧力が上昇又は減少する。従って、挿
入又は除去後に測定容器内に残った液体又は固体の体積
が分かるのである。この場合において、測定容器内に液
体と固体の混合物が存在するときは、測定される体積は
当然この混合物の体積である。なお、例えば測定容器内
に存在する液体の体積を測定する場合、挿入する液体又
は固体に制限はないが、その液体が他の物質の汚染を避
けるべきものであれば同様の液体や当該液体と化学反応
を起こさない固体等を挿入すると良い。

【００２０】以上の説明は、測定容器内に液体又は固体
と気体が存在する場合の説明であるが、本発明は、例え
ば液体又は固体を保持していない測定容器、即ち空気や
不活性ガスで満たされた測定容器に対し、液体又は固体
を挿入する場合にも有効である。気体で満たされた測定
容器内に、実質的に密閉状態で液体又は固体を挿入する
と、測定容器の容量が一定なため挿入された液体又は固
体の体積に関連して測定容器内の圧力が上昇するのであ
る。本発明においてはこの場合、液体及び固体の混合物
を挿入しても良い。

【００２１】このように、本発明の体積測定方法によれ
ば、第一に液体又は固体の体積を知ることができる。使
用する測定容器の形状等を予め調べておけば、特に液体
についてはその体積から、その測定容器内における液面
高さをも知ることができる。

【００２２】以上に説明した本発明の体積測定方法は、
以下に説明する、これら方法を実施するための装置につ
いての説明において、より詳細に理解される。

【００２３】本発明の装置は、容積が一定である測定
容器、測定容器に密閉状態に接続され又は接続され得
る、液体、固体又は気体の測定容器への挿入／除去手
段、測定容器内の圧力を測定するための圧力測定手段
及び圧力測定手段からの出力を演算して結果を出力す
るための演算手段を備えた液体又は固体の体積計測装置
である。以下、これらの各構成物について説明する。

【００２４】容積が一定である測定容器（以下、単に
容器ということがある） 容器は、形状、大きさ又はその材質において、先に説明
したような条件を満たすものであれば何等制限はなく、
後に説明する挿入／除去手段と最終的に密閉状態で接続
され得るものであれば良い。通常測定容器は、それが保
持する試料の一定量の取得のために上部に開口等を有す
る、例えばカップ状のものが例示できるが、時には免疫
反応測定においてしばしば使用されるプレ−ト状のもの
であっても良い。

【００２５】その形状及び容積が予め分かっている測定
容器を使用した場合、本発明の測定結果をもとに、それ
が保持する液体等の容器内における液面の高さ等を簡単
に算出することが可能になる。しかしながら、例えば形
状や容積を知らない場合又は複雑な形状を有する容器を
使用した場合等であっても、既知量の液体等を添加した
時の液面高さを予め調査しておけば、液面等の高さを知
ることができる。

【００２６】被測定物保持容器に密閉状態に接続され
又は接続され得る、液体、固体又は気体の測定容器への
挿入／除去手段（挿入／除去手段） 挿入／除去手段は、液体、固体又は気体を測定容器に挿
入し又は測定容器から除去する作用を有し、それにより
測定容器内の圧力に変化を生じさせるものである。具体
的にはシリンダ−やシリンジ等の、それ自体が有する空
間体積を変化（減少又は増加）させることで、その体積
分の気体等を測定容器に挿入し又は測定容器から除去
し、結果として測定容器内の圧力を変化させる手段を使
用すれば良い。またこの手段は、例えばエアコンプレッ
サ−等のように、それ自体の空間体積の変化を伴わない
ものであっても使用できる。

【００２７】挿入／除去手段としてエアコンプレッサ−
等を使用する場合について具体的に述べれば、測定容器
にバルブを介してサ−ジタンクを設け、サ−ジタンクと
コンプレッサ−の間にレギュレタ−等を設ける機構が例
示できる。即ち、まず、サ−ジタンクと測定容器の間の
バルブを閉じ、レギュレタ−でコンプレッサ−を制御し
てサ−ジタンク内を一定の圧力とする（この状態でコン
プレッサ−を停止させる）。この後に、測定容器とサ−
ジタンクの間のバルブを解放し、測定容器からサ−ジタ
ンクに至る空間内の圧力が均一とさせ、その時の測定容
器内の圧力変化を測定するのである。このような機構
は、サ−ジタンクの容量等を適宜決定することで、比較
的容量の大きな測定容器について本発明を実施するうえ
で好ましく使用される。

【００２８】挿入／除去手段は、後に説明する演算手段
において、予め用意した検量線を用いて被測定物の体積
を算出する場合には、一定量（一定体積）の液体、固体
又は気体を測定容器に挿入し又は測定容器から除去する
ように作動させれば良い。また、検量線を使用しないの
であれば、段階的に一定量の液体、固体又は気体を測定
容器に挿入し又は測定容器から除去するように作動させ
れば良い。

【００２９】ところで前記したように、測定容器を気体
で満たしておき、実質的に密閉状態で液体又は固体を挿
入することにより、その体積を測定することが可能であ
る。この場合には、前記挿入／除去手段に代えて液体又
は固体を測定容器に挿入するための挿入手段を使用する
が、この手段は前記した挿入／除去手段と同様の構成で
良い。

【００３０】挿入／除去手段は、測定容器と不可分一
体、即ち実質的に密閉状態に接続された状態に構成する
ことができる。例えば測定容器として上部開口を有する
容器を使用する場合について述べると、その側面部にシ
リンジ等を直接密閉状態に結合させれば良い。しかしな
がら、複数の測定容器に対し一の体積測定装置で対応す
るためには、挿入／除去手段と測定容器は分離可能な状
態であって、かつ、後に密閉可能な状態とできるものが
好ましい。例えば、上部開口を有する測定容器であれ
ば、該容器とシリンジ等の手段を、測定容器開口に適合
する形状、大きさを有し、それ自体密閉可能であり、容
器と機構を接続した場合にそれら全体を密閉状態にし得
る管等で接続することが例示できる。なおこの場合に
は、接続管は測定容器と同様に容量が一定である部材で
構成する。

【００３１】検量線を用いて液体又は固体の体積を測定
する場合には、一定ストロ−クのシリンダ−やシリンジ
等を挿入／除去手段として使用すると良い。例えばこの
ような機構であって正圧を生じさせるものを使用した場
合については、挿入／除去手段の容量（即ちシリンダ−
又はシリンジの容量であり、測定容器に挿入される液
体、固体又は気体の容量）をＶ１、測定容器の容積をＶ
２、測定容器内の液体又は固体の体積をＶｘとし、挿入
／除去手段を作用させる以前の測定容器内の圧力をＰ
０、挿入／除去手段の作用により一定量の液体、固体又
は気体が測定容器に挿入された結果、前記Ｖ１が消失し
たときの測定容器内の圧力であって、測定容器内に液体
又は固体が存在していない場合の圧力をＰ１、未知体積
の液体又は固体が存在した場合の圧力をＰ２とすると、 Ｐ０×（Ｖ１＋Ｖ２）＝Ｐ１×Ｖ２ （１） Ｐ１×Ｖ２＝Ｐ２×（Ｖ２−Ｖｘ） （２）
と示される。

【００３２】（１）は液体又は固体が存在していない測
定容器内を測定した状態であり、（２）は液体又は固体
の存在により変化した圧力値を示している。液体又は固
体の体積Ｖｘは、予め用意された圧力値と被測定物の体
積との関係の検量線と比較することで測定できる。な
お、先の説明ごとく、測定容器と挿入／除去手段を分離
して構成した場合、両者の接続管の体積は変化機構の作
用によっては消失しないから、前記式におけるＶ２に加
えられている。またこのことは、例えば挿入／除去手段
としてシリンダ−等を使用し、シリンダ−の全ストロ−
クのうち、全部気体等を測定容器に挿入しなかった場合
には、シリンジの残りのストロ−ク分の体積は、接続管
の体積と同様、前記式におけるＶ２に加えられることを
意味している。

【００３３】検量線を用いない場合には、挿入／除去手
段を作用させて少なくとも２回以上液体、固体又は気体
を測定容器に挿入又は前記容器から除去することを例示
できる。この場合にも、例えばシリンダ−やシリンジ等
を用いることが例示できる。

【００３４】例えば２段階に正圧を生じさせる場合につ
いては、測定容器の容量をＶ０、挿入／除去手段におい
て第一段階で変化する挿入／除去手段の容量（即ち第一
段階で消失するシリンダ−又はシリンジの容量であり、
第一段階で測定容器に挿入される液体、固体又は気体の
容量）をＶ１、挿入／除去手段において第一及び第二段
階を通じて測定容器に挿入される液体、固体又は気体の
量（即ち、シリンダ−又はシリンジ等において、第一及
び第二段階を通じて消失する容量であり、測定容器に挿
入される液体、固体又は気体の総量）をＶ２、被測定物
の体積をＶｘとし、挿入／除去手段の第一段階の作用が
終了した時点での測定容器内の圧力をＰ１、挿入／除去
手段の第二段階の作用が終了した時点での測定容器内の
圧力をＰ２とすると、 Ｐ１×（Ｖ０＋Ｖ２−Ｖ１）＝Ｐ２×（Ｖ０−Ｖｘ） （３） Ｐ１×（２×Ｖ０−Ｖｘ）＝Ｐ２×（Ｖ０−Ｖｘ） （４）と示され る。従って、３、４式から、 Ｖｘ＝（Ｐ２×Ｖ０−Ｐ１（Ｖ０＋Ｖ２））／（Ｐ２−Ｐ１）（５）が導か れる。

【００３５】この方法においては、前記Ｖ２をＶ０と同
一にすることで、５式から Ｖｘ＝Ｖ０（Ｐ２−２×Ｐ１）／（Ｐ２−Ｐ１）とする
ことが可能であり、結果的に先の方法における検量線を
用意する必要はなくなるのである。

【００３６】なお、先の説明と同様に、容器と挿入／除
去手段を分離して構成した場合、両者の接続管の体積は
変化機構の作用によっては消失しないから、前記式にお
けるＶ０に加えられる。

【００３７】測定容器内の圧力を測定するための圧力
測定手段 この手段はこれまで説明してきた本発明の装置におい
て、測定容器内の圧力を測定するものであり、通常の圧
力測定に用いられるセンサ−等を使用することができ
る。

【００３８】圧力測定手段からの出力を演算して結果
を出力するための演算手段 演算手段は、前記した圧力測定手段からの出力をもと
に、先に説明した計算式にのっとり、被測定物の体積を
演算し、出力するものである。従って、必要に応じて圧
力測定手段からの出力をいったん記憶し、後に演算を行
うようなタイプのものを使用しても良い。例えば通常使
用されるマイクロチップ又は小型コンピュ−タ−等を使
用すれば良く、特別の制限はない。

【００３９】なお、本発明において演算手段とは、上記
したような手段の他に、単に圧力測定手段からの出力を
本発明の装置を使用する者に知らしめるものでも良い。
例えば、圧力測定手段から電圧値が出力される場合に
は、電圧計等が例示できる。

【００４０】この演算手段に対し、例えば測定容器の形
状及び容積に関する情報や、例えば溶液の体積とその容
器内における液面高さに関する情報等を記憶しておけ
ば、算出した液体の体積とこれら情報をもとに、測定さ
れた液体の容器内における液面高さ等を算出することが
できる。

【００４１】本発明の装置は、以上に説明した各構成手
段からなる装置であるが、更にこれら各手段の作用を制
御する制御手段、測定容器の移送手段、測定容器の位置
検出手段、接続管の下降手段等を備えることにより、自
動的に液体又は固体の体積やその測定装置における高さ
等を測定する、自動体積測定装置を提供できる。

【００４２】自動体積測定装置において制御手段は、例
えば移送手段を作用・制御して本発明の装置まで測定容
器を運び、位置検出手段を作用・制御してその正確な位
置を検出し、接続管の下降手段を作用させて接続管を下
降させ、測定容器と挿入／除去手段を密閉状態に接続
し、前記のごとく挿入／除去手段を作用させ、圧力測定
手段を作用させて容器内の圧力を測定し、演算手段を作
用させて液体又は固体の体積を演算・出力させ、最後に
移送手段を再び作用させて測定の終了した測定容器を移
送すると供に、次に測定されるべき測定容器を装置に導
入するのである。

【００４３】また、制御手段に関し、本発明の装置によ
り測定された液体又は固体の体積やその高さ等を例えば
液体定量取得装置等に指示するようにすれば、この指示
にもとづいた高精度の液体試料定量取得も実現できる。

【００４４】本発明の体積測定装置において、測定容器
を先に気体で満たしておき、液体又は固体を挿入する場
合には、更に前記制御手段を装備することで、常に測定
容器内の液体又は固体を一定体積に制御する装置が提供
される。即ち、液体又は固体の挿入に伴なう測定容器内
の圧力変化を測定し、圧力値が一定値を越えた場合に挿
入手段の作用を停止するようにしておけば、常に測定容
器内に存在する液体又は固体の体積（量）を一定に保つ
ことができるのである。

【００４５】以下に、本発明の具体例を図面に基づき説
明する。

【００４６】第１図は本発明の測定装置を、液体の体積
測定装置として使用した様子を説明するものである。１
は液体を保持する測定容器（以下容器という）であり、
後に説明する挿入／除去手段の作用によってはその容積
が変化しない部材（ポリスチレン製）により構成され
た、上部開口を有する円筒形の容器（容積２ｍｌ）であ
る。本図は、数百μｌの血清試料等を保持した免疫診断
用の測定容器を想定している。

【００４７】２は容器の上部開口に適合するシリコン製
のシ−ル材であり、３のシ−ル機構部の一端に構成され
ている。３のシ−ル機構部は、４の圧着用スプリング及
び７の外管も具備している外管の内側にはシ−ル機構部
３に接続する、容積が一定（1 ml）のテフロン製の接続
管６が貫通している。２、３及び４は、全体として水平
方向に移動可能な状態で５の架台に取り付けられてい
る。架台５は、垂直方向に移動可能な状態で不動の台座
１０に取り付けられており、不図示の垂直方向駆動装置
により移動され、測定容器１にシ−ル材２を実質的に密
閉状態に圧着する。なおシ−ル機構部３の内側には、不
図示の圧力測定手段が装備されている。

【００４８】架台５の垂直方向の移動によりシ−ル材２
が測定容器の上部に圧着され、この結果、測定容器１と
１２の挿入／除去手段（シリンジ）は接続管６を介して
密閉状態で接続される。接続管６は、外管７の内側を貫
通している。この接続管は、３が容器に圧着される際の
垂直方向の歪みを解消するのに十分な柔軟性を有する
が、挿入／除去手段の作用によってはその容積は変化し
ない。

【００４９】外管７の一端はシ−ル機構部３に接続さ
れ、他端９は架台５を貫通している。外管の一端９に
は、圧接用スプリングを圧縮した状態で取り付けるため
のピン８が取り付けられ、２、３、４及び７で構成され
る部分が架台５から脱落するのを防止している。

【００５０】シリンジで構成された挿入／除去手段１２
（容量２ｍｌ）は、台座１０に接続された支持板１１に
より固定されている。挿入／除去手段１２は、そのプラ
ンジャ−１３の上下動により、接続管６を通じて任意量
の気体又は液体を測定容器に挿入又は除去することがで
きる。本装置では、プランジャ−１３の上下動をタンジ
ェントスクリュ−方式により行っている。

【００５１】一端がパルスモ−タ−１６に接続されたボ
−ルネジ１４は、不図示の制御装置からの出力を受け、
一定量回転する。このボ−ルネジ１４の回転運動は、ネ
ジの切られた台座１５において直線運動に変換され、プ
ランジャ−１３を上下に駆動する。なお、１８は台座の
回転を抑えるためのガイド棒であり、１７は台座１５の
下動下限を制限するためのストッパ−である。

【００５２】この装置では、架台５を垂直方向に駆動す
ることで２、３、４、７、８、９を全体として下降さ
せ、シ−ル材２を測定容器１に圧着することで挿入／除
去手段１２と測定容器１を実質的に密閉状態に接続す
る。その後、パルスモ−タ−１６を駆動してプランジャ
−１３を上又は下動させ、気体又は液体を測定容器１に
挿入し又は除去するのである。

【００５３】図２は、本発明の装置の測定原理を簡潔に
示す図であり、第１図に示されたような測定容器１、シ
−ル材２及びシ−ル機構部３のみが示されている。な
お、本図では、測定されるべきものを液体、挿入される
ものが気体とし、挿入される気体の全量が測定容器に挿
入されたものとして記載する。

【００５４】容器内に液体が存在しない場合の容積をＶ
とし、そこに不図示の挿入／除去手段を作用させた場合
の圧力をＰとする。ここでは説明を簡単にするために、
挿入／除去手段により容器の容量と同量の空気が容器に
吹き込まれた状態、即ち、Ｐ＝２気圧とする（図２
左）。

【００５５】この容器内に体積Ｖｘの液体が存在した場
合には（図２右）、容器の容積はＶ´、前記同様に挿入
／除去手段を作用させた場合の圧力はＰ´となる。ここ
でＶｘは、ＰＶ＝Ｐ´Ｖ´であるから、Ｖｘ＝Ｖ（１−
Ｐ／Ｐ´）で示されることになる。 この場合、温度や
湿度等の外的環境の変化は、断熱圧縮の状態あるいは圧
力変化に伴う温度変化が小さければ、原理的に測定精度
には影響がない。挿入／除去手段、容器及び接続管によ
り形成される空間部分についてこのことがいえるなら
ば、先にのべたような圧力の変化が常に一定に生じるこ
とが理解できる。

【００５６】従って本発明の装置においては、外的環境
が変化したとしても、常に安定した測定精度を達成する
ことが可能である。先の例に従うならば、例えば検量線
を使用して測定を行なう場合の、検量線を作成する際に
使用した容器と実際の被測定対象物を保持した容器の容
積の違いや複数の測定を行なう場合の各容器の容積の違
いが十分に小さいとするならば、容器の容積のばらつき
により生じるＰのばらつきと圧力測定の感度により測定
精度が決定される。

【００５７】免疫診断等で使用される容器の画一性や、
圧力測定手段の精度を鑑みれば、本発明の装置が十分実
用に耐え得る体積測定装置であることが理解できる。

【００５８】図３は本発明の計測装置の他の一例を示す
ものであり、液体貯蔵タンク内の溶液の管理に用いる際
の装置概要を示している。

【００５９】密閉可能なタンク１９には、体積が測定さ
れるべき液体３０が存在している。タンク１９は、三方
弁２４を介してサ−ジタンク２３に接続されている。サ
−ジタンク２３は、二方弁２５を介してエアコンプレッ
サ−２１に接続され、エアコンプレッサ−はレギュレ−
タ２２により駆動される結果、サ−ジタンク２３の圧力
を任意に変化させることができる。これら装置を接続す
る接続管２０は、容量が一定の管で構成される。

【００６０】２６はタンク１９からの液体の送液管であ
り、２７は送液を制御するための二方弁である。２８は
タンク１９に液体を供給するための供給管であり、２８
は液体供給を制御するための二方弁である。また、タン
ク１９には、その内部の圧力を測定するための圧力セン
サ−３１が具備されている。

【００６１】この装置では例えば、まず三方弁２４を解
放してタンク内圧力を大気圧とした後、タンクと２１、
２２、２３、２５から構成される挿入／除去手段との気
体の流通がないように閉じ、次に二方弁２５を解放して
エアコンプレッサ−２１とサ−ジタンク２３を接続し、
サ−ジタンクが任意の圧力となるまでコンプレッサ−を
駆動する。サ−ジタンクの圧力が任意の圧力となった時
点で弁２５を閉じ、三方弁２４開いて挿入／除去手段と
タンクを接続する。タンク内の圧力とサ−ジタンク内の
圧力が同一となるのに十分な時間が経過した後、圧力セ
ンサ−３１の出力を読み取る。

【００６２】このように、それ自体の体積変化は生じな
いものの、実質的に体積変化を生じてその体積分の空気
を測定容器（タンク）に挿入し又は容器から除去できる
挿入／除去手段を供えたものでは、タンクの容積サイズ
に関係なく同一の構成を有する本発明の測定装置によ
り、内部に保持された液体体積を測定することが可能で
る。

【００６３】

【実施例】以下に、本発明を更に詳細に説明するために
実施例を記載するが、本発明はこれら実施例に限定され
るものではない。

【００６４】実施例１ 測定容器として市販のサンプルカップ（Ellay 社製、80
0 Boston Turnpike,Shrewsbury,USA、容積 2 ml 、ポリ
スチレン製）を、シ−ル機構部にシリコンとプレッシャ
スプリングを、挿入／除去手段にシリンダ−（体積2 m
l）を、圧力測定手段としては市販の圧力センサ−（山
洋電気（株）製、ＰＳＭシリ−ズ）を装備した装置（図
１）を作製した。ここで、前記容器は金型により成形さ
れた上部開口を有する容器であり、多数の容器間で均一
な容積を有し、密閉性において本発明に好適なものであ
る。また、シリンジと測定容器を接続するための接続管
は、はとしては、全体で 1mlの容量を有するテフロン製
チュ−ブを使用した。

【００６５】以上のような装置を用い、室温にて、１回
の操作につきサンプルカップに１００μｌづつ溶液を入
れて挿入／除去手段を作動させ、そのつど圧力センサ−
からの出力をオペアンプを用いて増幅し、電圧計を用い
て測定した。結果を図３に示す。なお、出力はは電圧値
であるが、圧力値と電圧値は比例関係にあるため、図は
電圧値でプロットしてある。また、その値は、測定電圧
値と溶液を保持していない場合に同様に挿入／除去手段
を作動させた場合の電圧値の差電圧で示した。

【００６６】次に、１回の操作につきサンプルカップに
５０μｌづつ溶液を入れて挿入／除去手段を作動させ、
そのつど電圧を測定した。結果を図４に示す。

【００６７】図３からは、測定容器の内部に０から１０
００μｌ以上と広範囲に渡って溶液が存在した場合であ
っても、溶液体積と測定値の間の良好な相関が認められ
る。また図４からは、測定容器の内部に存在する溶液が
０から２００μｌと狭い範囲の場合には特に、溶液体積
と測定値の関係は直線関係になることが分かり、より正
確な測定が溶液と接触することなしに実施できることが
分かる。

【００６８】実施例２ 実施例１で使用した装置及び測定容器を用いて、測定容
器に保持された液体についてその体積を測定した。

【００６９】測定容器に任意の量の蒸留水を入れて室温
条件下で測定を行ったところ、圧力センサ−からの出力
（電圧値）は０．０３５Ｖであった。

【００７０】先に実施例１で得られた結果（図４）を検
量線として、測定容器に保持された蒸留水の体積を計算
し、１２６μｌとの結果を得た。

【００７１】この測定容器の重量を、蒸留水を保持した
状態で精密天秤で測定し、後に蒸留水を完全に蒸発させ
て再度同一容器の重量を測定した。その結果、測定され
た重量の差は１２５ｍｇであり、先の測定の結果が正確
であることが確認された。

【００７２】

【発明の効果】本発明の体積測定方法又は測定装置によ
れば、従来の定量装置等に見られた課題を解決し、容器
に保持されている被測定物の体積を精度よく計測するこ
とができる。しかも本発明では、容器の形状等に関する
情報があれば、溶液等の容器内における液面高さ等も知
ることができる。このように、本発明の装置は、それ自
体が独立して有効な装置であることは勿論、液等を一定
量取り出す定量取り出し装置の一部分としても使用で
き、特に生化学測定装置や免疫反応装置等に好適に使用
できる。

【００７３】本発明の装置は、被測定物に接触すること
なくその体積を測定できる。従って複数の被測定物につ
いて測定を実施しようとする場合にも、それらに汚染を
生じる恐れはない。

【００７４】被測定物が液体である場合には、特に液面
に発生する泡や液面の傾きが液面検出等に影響を及ぼす
ことがある。しかしながら本発明では、このような泡や
液面の傾きに影響されないという効果もある。

【００７５】本発明装置は、圧力の変化をもとに計測を
行なうことを特徴とし、原理的にも従来の装置とは異な
るものである。従って、これを単独で使用することは無
論のこと、従来の装置と併用することにより、より正確
を期すことも可能となる。即ち、本発明の装置により液
量等を計測した後、従来知られたような液面検出を行な
い、従来装置による検出結果と本発明の装置による計測
結果が異なる値を示した場合、状況を総合的に判断して
いずれの値を採用するか、決定することができるのであ
る。例えば溶液が泡立ち易い性質を有するものである場
合には、従来の装置により得られた値が液面の泡による
誤差を含んだものと判断し、本発明の装置により得られ
た値を優先するような場合がある。また、外的環境によ
っては、本発明の装置により得られた値より、従来装置
により得られた値を優先するような場合もある。いずれ
にせよ、このように二種の異なった測定原理による測定
結果を得ることで、よりいっそう正確な計測や定量取り
出しが可能となる。

【００７６】以上のように、本発明の装置は、被測定物
の体積計測等をより高精度に実施し得るという効果を有
するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の体積測定装置の具体的な例を
示す図であり、実施例１で実際の溶液の体積測定に使用
した装置を示すものである。

【図２】図２は、本発明の体積測定装置の測定原理を簡
単に示す図である。図左は測定容器内に体積が測定され
るべき液体が存在しない場合を、図右は液体が存在した
場合を示している。

【図３】図３は、本発明の体積測定装置を液体貯蔵タン
ク内の溶液の管理に使用する場合の一例を示すものであ
る。

【図４】図４は、実施例１の結果を示す図である。縦軸
は、圧力センサ−により出力された測定電圧（Ｖ）と、
溶液を保持しない測定容器についての測定電圧の差電圧
を示し、横軸は測定容器内に保持された溶液量（μｌ）
を示す。

【図５】図５は、実施例１の結果を示す図である。縦軸
は、圧力センサ−により出力された測定電圧（Ｖ）と、
溶液を保持しない測定容器についての測定電圧の差電圧
を示し、横軸は測定容器内に保持された溶液の体積（μ
ｌ）を示す。

【符号の説明】

１ 測定容器 ２ シ−ル材 ３ シ−ル機構部 ４ 圧着用スプリング ５ 架台 ６ 接続管 ７ 外管 ８ ピン ９ 外管の一端 １０ 台座 １１ 挿入／除去手段の支持板 １２ 挿入／除去手段（シリンジ） １３ プランジャ− １４ ボ−ルネジ １５ ネジの切られた台座 １６ パルスモ−タ− １７ ストッパ− １８ 台座の回転を抑えるためのガイド棒 １９ 溶液タンク ２０ 接続管 ２１ エアコンプレッサ− ２２ レギュレ−タ ２３ サ−ジタンク ２４ 三方弁 ２５ 二方弁 ２６ タンクからの液体の送液管 ２７ タンクからの送液を制御する二方弁 ２８ タンクへの液体の供給管 ２９ 液体のへの液体供給を制御する二方弁 ３０ タンクに保持された液体（体積が測定されるべき
液体） ３１ 圧力センサ−

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】容積が一定である測定容器内に存在する固
   体又は液体の体積を測定する方法であり、実質的に密閉
   状態で気体を測定容器内に挿入し又は気体を測定容器か
   ら除去することで測定容器内に生じる圧力の変化を測定
   し、この圧力変化に基づいて前記固体又は液体の体積を
   測定する体積測定方法。
2. 【請求項２】容積が一定である測定容器内に存在する固
   体又は液体の体積を測定する方法であり、実質的に密閉
   状態で固体又は液体を測定容器内に挿入しあるいは固体
   又は液体を測定容器から除去することで測定容器内に生
   じる圧力の変化を測定し、この圧力変化に基づいて前記
   固体又は液体の体積を測定する体積測定方法。
3. 【請求項３】気体で満たされた容積が一定である測定容
   器内に、実質的に密閉状態で固体又は液体を挿入するこ
   とで測定容器内に生じる圧力の変化を測定し、この圧力
   変化に基づいて挿入された固体又は液体の体積を測定す
   る体積測定方法。
4. 【請求項４】容積が一定である測定容器と、測定容器に
   密閉状態に接続され又は接続され得る、液体、固体又は
   気体の測定容器への挿入／除去手段、測定容器内の圧力
   を測定するための圧力測定手段及び圧力測定手段からの
   出力を演算して結果を出力するための演算手段を備えた
   液体又は固体の体積を測定する体積測定装置。