JPH0690214B2 - 自動分注装置の液面検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は自動分注装置の液面検出方法、特に検出チュー
ブ内に注入されている液体試料をエアホースに連結され
たノズルチップにより吸入採取する際における液面検出
精度の改善に関する。

［従来の技術］ 検体検査などにおいて所望量の試料を吸入採取する分注
が不可欠であり、一般に吸引ポンプに連接されたノズル
チップを試料中に挿入して所定量の試料を吸入採取する
装置が広く用いられている。

特に近年では、人手を介さず各分注工程を連続的に実行
可能な自動分注装置が開発されており、多種類の試料に
対する分注を短時間で処理できるという利点がある。

こうした自動分注装置においては液体試料の吸引量を常
に所望の一定値に保持するためには検体チューブ内にお
ける液体試料の液面検出、すなわち液体試料吸引に際し
ノズルチップの先端が検体チューブ内の液体試料に到達
した時点を確実に検知することが非常に重要な条件とな
る。

従来における液面検出方法は、エアホース内に空気を流
しながらノズルチップの先端を検体チューブ上方から液
面に向けて下降させてゆき、この時のエアホース内圧を
モニタし、ノズルチップ先端が液面に触れて閉塞状態と
なることによって急上昇するエアホース内圧が現れた時
を液面であると判定するという手法を採用していた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、こうした方法ではエアホース内に送り込
んでいる流動的な空気圧力に装置間でばらつきが生じ易
いために同一試料に対する検出液面がずれ、これが試料
吸引量の誤差に結びついてしまうという問題があった。

また、同一装置であっても使用時の温度差などによって
エアホース内圧が変動することもあり、こうした不都合
を回避し誤動作を防止するために検出感度を低く設定さ
ぜるを得ないというのが実情であった。

発明の目的 本発明はこうした状況の下、周囲環境に左右されずまた
装置間誤差を招くこともなく常に安定して確実に液面を
検出することの可能な自動分注装置の液面検出方法を提
供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は、分注ポンプに連
設されたエアーホース先端のノズルチップを検体チュー
ブ内に挿入して液体試料を吸引採取する自動分注装置の
液面検出方法において、前記ノズルチップを検体チュー
ブ上方に移動させる工程と、空気を吐出させながら前記
ノズルチップを前記検体チューブ内の液面に向けて下降
させる工程と、前記ノズルチップの下降途中においてエ
アホース内圧をサンプリングする工程と、サンプリング
して得られたエアホース内圧を基準値とする工程と、エ
アホース内圧を前記基準値に基づいて設定されるしきい
値と比較することにより前記ノルズチップの吸引口が液
面と接触することによる閉止状態を判定する工程と、を
含むことを特徴とする。

［作用］ 以上の如く構成される本発明方法によれば、ノズルチッ
プ先端の試料液面への到達は該ノズルチップの液面への
下降途上でサンプリングされたエアホース内圧の基準値
に対するノズルチップ先端の液面への接触により生ずる
閉塞状態に起因するエアホース内圧の急激な上昇の割合
が所定のしきい値以上である時に判定される。

また、通常分注ポンプによる空気吐出開始時は、エアホ
ース及びノズルチップの圧力抵抗が生じるために、エア
ホース内圧は安定しない。本発明の方法によれば、空気
吐出後一定時間経過した後にサンプリングしたエアホー
ス内圧を基準値とするので、エアーホース内圧の安定時
の値とすることができ、正確な基準値が得られる。

従って、ノズルチップ先端が液面に到達して閉塞状態と
なった時に急激に上昇する圧直値そのもののみの現出を
対象とするのではなく、ノズルチップ下降時に検出した
基準値に対する変化の割合がその指標となるものである
ために種々の使用条件例えば温度やノズルチップ吸引口
の径あるいは装置固有な吸引性能その他の影響によって
液面検出時点に誤差が生じることはない。

すなわち、いかなる場合でも常にノズルチップ先端と液
面との接触により急激に上昇するエアホース内圧に前記
各他のパラメータがからんでくることがなく、常にこの
急激な内圧上昇という現象がそのまま液面検出判定の要
素として取り扱われることとなる。

換言すれば、装置間誤差や温度その他種々の周囲環境条
件パラメータはノズルチップ下降時のエアホース内圧を
基準値とすることによって該基準値の中に含まれるため
に液面到達時の検出圧力値との間で相殺される形とな
り、非常に優れた信頼性を備えた液面検出が可能とな
る。

［実施例］ 以下、図面に基づき本発明の好適な実施例を説明する。

第１図に本発明方法を適用するための装置構成をブロッ
ク図で示す。

分注ポンプ10に連接されたエアホース12の先端にはノズ
ルチップ14が接続されており、このノズルチップ14を通
常複数個配列されている検体チューブ16内へ挿入し、所
定量の液体試料を吸入採取すると共にこれを所定の別チ
ューブに移し変えるという作業を行う。

エアホース12途上には該エアホース12内圧をモニタする
ための圧力センサ18が接続去されており、圧力センサ18
の出力はDCアンプ20により増幅作用を受けた後リミッタ
22へ向う。

以上の分注ポンプ10からリミッタ22までの各構成要素の
単位列をチャンネル（CH）と呼び、分注作業の迅速・効
率化のため一般にはこうしたチャンネルが複数個（図示
例では５個）並列に接続されていることが多い。

なお、簡略化のため図示例では単一のチャンネルのみを
描いている。

リミッタ22から伝送されてきた圧力検出信号はADC（ア
ナログ／デジタルコンバータ）24によりデジタル変換を
受けた後LSU（液体感知ユニット）26内で後述する一連
の演算分析処理が為され、その結果がホストMPU28に報
告されるという構成をとる。

他方、ホストMPU28からは後述する液面検出作用の開始
に先立って所定のパラメータ、すなわち液面検出動作開
始後基準値サンプルまでの時間や基準値に対する液面検
出レベルの設定値などがコマンドとしてLSU26内に設定
され、この指定信号に応答してLSU26は液面検出動作を
行うチャンネルADC24に指定するという一連の信号伝送
作用が実施される。

本発明の方法において特徴的なことは、ノズルチップ14
が試料液面に向けて上方から下降していく途上、空気吐
出開始から一定時間経過後のエアホース12内圧をサンプ
リングしてこれを液面判定の基準値として用い、この基
準値に対するその後のエアホース12内圧の変化率が所定
値を超えている場合に液面であると判定するよう構成し
たことであり、これによって装置間誤差や温度あるいは
ノズルチップ吸入口径のばらつきその他の使用環境の影
響は有効に吸収されて検出作用に対して悪影響を及ぼす
ことがなく、いかなる状況の下でもノズルチップ先端が
液面に触れて閉塞状態となったときを液面検出として確
実にとらえることが可能となる。

こうした本発明方法の動作原理を第２図のエアホース内
圧変化グラフ及び第３図のフローチャートを参照しつつ
説明する。

まず、分注ポンプ10を駆動してノズルチップ14内に空気
を吸引させ、エアホース12内圧を大気圧レベルに保持す
る（110）。

そして所定のアクチュエータによってノズルチップ14を
検体チューブ16の上方に向けて移動させる（120）。

この状態から分注ポンプ10を駆動してノズルチップ14先
端から吸引している空気を吐出させながら検体チューブ
16の液面に向けての下降を開始する。同時にホストMPU2
8からのコマンドに応答してLSU26が機能し、各所定のチ
ャンネルを制御することとなる。

ここで、ホストMPU28からLSU26に指令される主なパラメ
ータは次の２個である。

（１）タイムラグ値（一定時間）…これは液面検出開始
から基準値サンプリングまでの時間に相当する。すでに
エアホース12内圧が安定していて、しかも液面が検体チ
ューブの最も高い位置にあった場合にもノズルチップ14
先端がその液面に触れていないという状態にある時間を
指定することが必要である。

（２）検出レベル（一定レベル）…上記基準値に対する
液面検出時のエアホース12内圧レベルの差である。

まだ同時にLSU26内に液面検出時のエア吐出量、エア吐
出スピード、ノズルチップ下降量およびノズルチップ下
降速度の相互に関連したパラメータが以下の基準に従っ
て設定される。

（ａ）ノズルチップ下降量（最大値）…検体チューブ16
底面までの下降量最大値である。

（ｂ）ノズルチップ下降速度および空気吐出速度…実際
の液面検出が所望の高さで行われるように調整する。

（ｃ）空気吐出量…ノズルチップ14が最下点に到達して
もなお空気が吐出され続けるように調整する。

なお、ノズルチップ下降量は実際の液面検出に際し検体
チューブ16の底にぶつからないような値とする必要があ
る。

また、上記（ａ）〜（ｃ）の各要素はノズルチップ14容
量、エアホース12の径および長さおよび分注ポンプ10駆
動用パルスモータの駆動性能などにも影響を受ける。

さて、上述の如くノズルチップ14を検体チューブ16上方
へ移動（120）させた後LSU26へ液面検出データ（13
0）、ノズル下降データ（140）、およびエア吐出データ
（150）をそれぞれセットされることとなる。なお、こ
れら（130）〜（150）の操作は順序が入れ代ってもかま
わない。

そして、こうした状態からノズルチップ14の下降と吸引
空気を吐出およびLSU26の始動とを同時に開始する（16
0）。

すると、エアホース12内圧はこの直後に若干上昇するも
ののすぐに安定状態に入り、前記LSU26内に設定されて
いる所定時間が経過するとエアホース12内圧の基準値サ
ンプリング作用が実施され、圧力センサ18により検出さ
れた基準圧力信号はCDアンプ20、リミッタ22を経てADC2
4に入力し、ディジタル信号としてLSU26内に一時記憶さ
れる。

そして、ノズルチップ14が液面に達するとその先端すな
わち吸入口が閉塞状態となるためにエアホース12内圧は
急激な上昇を示し、この上昇していくエアホース12内圧
値がLSU26によって内部に保持されている前記基準値に
対して所定のレベル差に至った時に液面検出であるとの
判定が下され、LSU26はノズルチップ14の下降動作を停
止するか否かを決める（170）。YESであれば次のステッ
プに進んでストップフラグをONするか否かを判定し（18
0）、NOであればノズルチップ14を約1cm上昇させるかあ
るいはエアホース12途上に設けられたバルブを開放する
などの操作によてエアホース12内圧を大気圧に戻す作用
を行い（190）、ストップフラグをONする（200）。

他方、ステップ（180）においてストップフラグをONす
べきであると判定されたならばそのまま次のステップ
（210）に進み、複数個配列されている各チャンネルの
全ノズルすなわち分注ポンプ10の動作を停止させるか否
かを判定する（220）。NOであればステップ（210）で次
チャンネルのノズルへ切り換えてステップ（170）に戻
って同様の処理過程を繰り返す。YESであればLSU26を停
止し（220）、エアホース12内の空気を吐出（230）し
て、大気圧に復帰するまで待つ（240）。

その後検体チューブ16から抜き出すために再度上昇させ
たノズルチップ14を再び約1cm程度下降させるかあるい
はバルブ閉鎖をし（250）、ホストMPU28がLSU26から検
出された液面レベルに関するデータを読み出し（26
0）、終了となる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明方法によれば、ノズル下降途
中におけるエアホース内圧を液面検出判定の基準値とし
て用いることとしたので、各検出時で変化する温度や微
妙な圧力の変動あるいは装置間誤差その他の使用条件の
及ぼす影響を被ることなく、いかなる場合でもノズルチ
ップ吸入口が閉塞状態となることによる圧力上昇をその
まま液面到達の合図として有効に活用することができ、
非常に高感度で安定性の高い液面検出を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を適用する装置構成例を示すブロッ
ク図、 第２図は本発明方法の原理を示すエアホース内圧変化の
グラフ図、 第３図は本発明方法の動作を示すフローチャート図であ
る。 10……分注ポンプ 12……エアホース 14……ノズルチップ 16……検体チューブ 18……圧力センサ 20……DCアンプ 22……リミッタ 24……ADC 26……LSU 28……ホストMPU。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−137067（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−109373（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−202165（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−164958（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】分注ポンプに連設されたエアーホース先端
   のノズルチップを検体チューブ内に挿入して液体試料を
   吸引採取する自動分注装置の液面検出方法において、 前記ノズルチップを検体チューブ上方に移動させる工程
   と、 空気を吐出させながら前記ノズルチップを前記検体チュ
   ーブ内の液面に向けて下降させる工程と、 前記ノズルチップの下降途中においてエアホース内圧を
   サンプリングする工程と、 サンプリングして得られたエアホース内圧を基準値とす
   る工程と、 エアホース内圧を前記基準値に基づいて設定されるしき
   い値と比較することにより前記ノズルチップの吸引口が
   液面と接触することによる閉止状態を判定する工程と、 を含むことを特徴とする自動分注装置の液面検出方法。