JPH0756491B2 - 汚染防止容器およびそれを使用した分析装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、新規で改良された最小持越特性の容器、この
容器使用の分析システムに関し、特に一連の試料液を自
動連続分析することに適している。

「従来技術」 種々の容器が勿論従来技術で公知であるが、本発明で教
示するような方法で操作され、外形を有し、特に単純
で、低価格、絶対的信頼性、応用の融通性および最小間
の汚染特性の重大な利点を提供する容器は知られていな
い。

特に、1982年11月２日に発行されて本出願人に譲渡され
たミカエル エム カサディ氏の米国特許第4,357,301
号に開示された反応容器即ちキューベットは、水溶液試
料および薬剤液の反応場所を提供し、完全に反応した試
料液の比色分析をその場で形成する。この容器は、使い
捨て、あるいは開示しない丸洗い洗浄をしないで再使用
する実際の方法がなく、試料液間の汚染特性を最小にす
ることを明確に指向していない。これと対照的に、上方
に突出した尾根等を有する親水性底面を備えたものとし
て特に開示された容器は、容器内に分散する試料液の区
分を囲む混和しない液体の包含フィルムが容器の底をた
たいて破れ、順に試料と薬剤とを混合して容器内で反応
することを保証している。この結果試料によって容器の
汚れは仮想的に必然性となる。

同様に、従来技術において、種々の自動連続試料分析シ
ステムが公知であり、隔離液基底の試料液の発生を通し
て試料液間の汚染特性を減少させるために混和しない隔
離液の使用の開示によって本発明の容器に適切である
が、本発明で教示するような方法で操作され、外形を有
し、分析システムの単純化、システムの製造および動作
での低価格、増加した信頼性、増加した動作速度および
増加した試料液の分析精度の重大な利点を提供する容器
は知られていない。

「発明が解決しようとする問題点」 特に、1969年11月18日に発行されて本出願人に譲渡され
たダブニュ ジェイ スマイス氏等の米国特許第3,479,
141号に開示された試料分析システムは、混和しない隔
離液基底の試料液の流れの発生を通して試料液に持越特
性を減少して満足に操作され、流れが発生する手段およ
び補充する試料液薬剤等が補充正確比率で添加されて、
試料および透析器の容器側、多重管ぜんどうポンプ、導
管継手等を含む手段は、隔離液基底の試料液の流れが試
料分析プロセスの中間でのみ発生するので、明らかに一
層複雑で、高価、更に明らかに試料液間の汚染特性の減
少に影響しない。余りにも、ぜんどうポンプの速度およ
び透析率の固有の制限が単位時間の試料分析期間の分析
システムの動作速度を制限し、本発明の分析システムに
形成される動作速度より遥かに下回っている。更に、こ
のシステムの隔離液の消費比率は、本発明のシステムの
それよりずっと高く、従って適切な隔離液が高価なので
システムの操業原価を重大に追加させる。一方、従来技
術の分析システムの透析器の含有物が自動試料液分析の
型において融通性を重大に制限する。

同様に、1981年３月３日に発行されて本出願人に譲渡さ
れたダブニュ ジェイ スマイス氏等の米国特許第4,25
3,846号に開示された試料分析システムは、混和しない
隔離液基底の試料液の流れの発生を通して試料液に持越
特性を減少して満足に操作され、流れが発生する手段お
よび補充する試料液薬剤が補充正確比率で添加されて、
試料液吸引プローブと接続される図示しないアプリケー
タ手段、ポペット弁注入器の複雑な組立体および作動構
造に動作的に接続される同等の複雑組立体を含む手段
は、本発明の容器に比べて明らかに一層複雑で、高価、
低信頼性である。更に、試料液の流れへの連続的試料お
よび薬剤液の導入要求が固有的に単位時間の試料液分析
期間の分析システムの動作速度を制限し、本発明の分析
システムに形成される動作速度より遥かに下回ってい
る。

同様に、1982年11月11日に出願されて本出願人に譲渡さ
れたエス サロス氏等の米国特許出願第441,181号に開
示された試料分析システムは、混和しない隔離液基底の
試料液の流れの発生を通して試料液に持越特性を減少し
て満足に操作され、流れが発生する手段および補充する
試料液薬剤等が補充正確比率で添加されて、試料液およ
び薬剤液吸引プローブと接続されるアプリケータ側板、
光電検知器および停止弁が要求される複雑な試料液、薬
剤、計量組立体および動作的に接続される作動構造を含
む手段は、本発明の容器に比べて明らかに一層複雑で、
高価、低信頼性である。更に、従来の分析システムの流
れ形成即ちフロントエンドで、試料液の流れへの導入お
よび連続的試料および薬剤液用の要求が再び固有的に単
位時間の試料液分析期間の分析システムの動作速度を制
限し、本発明の分析システムの動作速度より遥かに下回
っている。

勿論、米国特許第3,479,141号および第4,253,846号の従
来の分析システムおよび米国特許出願第441,181号に開
示された試料分析システムの各高価に関する特定の欠点
は、各例において、仮想的に多重チャンネル分析システ
ムの使用に経済的な実現的類似性を排除している。

これら米国特許第3,479,141号および第4,253,846号およ
び米国特許出願第441,181号は、許可される主題を含む
ものとして示され、本発明で参照する。

「問題点を解決するための手段」 本発明は最小持越特性の容器およびこの容器を用いた自
動分析システムに関する。この容器は、試料液導入手段
によって試料液が連続供給される入口手段と、試料液が
連続的に外部に供給される出口手段とを持つボア（な
お、ボアとは容器の内側を意味するものとする。）を備
えている。この容器内は、試料液導入手段と無関係に、
試料液と混和しない隔離液を入口手段に導入して、ボア
の壁を入口手段から出口手段まで覆って、隔離液を個別
に流れさせる手段を備えている、隔離液は個別試料液と
は混和せず、また、容器ボア壁は隔離液によって湿潤し
てその表面から個別試料液を排除するから、隔離液は実
質的に個別試料液がボア壁に接触するのを阻止する。従
って、隔離液は個別試料液の持ち越し、つまり、容器ボ
ア内へ次の個別試料液を注入するのに伴って前の個別試
料液の残滓により次の個別試料液が汚染するのを最小限
に押さえる。容器ボア壁には、容器の外側からの光エネ
ルギーを透過させ得る部分を直線状に並べた状態に設け
ることもできる。

前記分析システムは、複数の個別試料液を順次注入して
分析処理するために前記容器を利用するから、個別試料
液を容器ボア内に順次導入する手段を備えている。この
導入手段は、前の個別試料液が前記容器ボア出口手段を
通って容器から完全に流出した後に、はじめて作動して
次の個別試料液を容器ボア内に導入するようになってい
る。また、前記分析システムは、各個別試料液の容器ボ
ア内への注入に付随して、一種以上の個別試料処理用液
を容器ボア内に導入する手段を備えている。前記容器ボ
ア出口手段には、これと連通する出口通路手段を設けて
もよい。この出口通路手段は、容器ボアから容器ボア出
口手段へ向けて、隔離液で包まれた処理後の個別試料液
の流れを形成するためのものであり、かつ、この流れを
処理後の個別試料液用の連続分析手段へ供給するための
ものである。また、前記容器ボアから容器ボア入口手段
を介して処理後の個別試料液を順次繰り出して前記分析
手段へ供給する手段を設けることもできる。さらに、前
記容器ボア壁上に直線状に並べた部分に、光エネルギー
の透過検出により作動する分析手段を連設することもで
きる。これは、容器ボア内の処理後の個別試料液をその
場で順次分析するためである。またさらに、前記容器ボ
ア入口手段には浸漬分析手段を連結することもできる。
この浸漬分析手段は、処理後の個別試料液を容器ボア内
でその場で分析するために、容器ボア内の同液に順次浸
漬される。さらにまた、容器ボア内における個別試料液
および試料処理用液の滞留時間を制御するために、前記
容器ボア出口手段に弁手段を連設することもできる。

本発明の目的は、新規でかつ改良型の汚染防止容器を提
供することである。

本発明の他の目的は、安価な汚染防止容器を提供するこ
とである。

本発明のさらに他の目的は、単純かつ信頼性のある構造
で、しかも操作勝手も簡単な汚染防止容器を提供するこ
とである。

本発明のさらに他の目的は可動部品を持たない汚染防止
容器を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、ほぼ無制限に再使用可能な
汚染防止容器を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、汚染防止機能を持ち、洗浄
を全く不要とした汚染防止容器を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、汎用性に富んだ汚染防止容
器を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、用途に応じた確かな信頼性
を持ち、入手し易い材料から簡単に製作できる汚染防止
容器を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、個別試料液間の相互汚染を
最小に押さえた状態で、一連の個別試料液を順次注入す
るのに適した汚染防止容器を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、個別試料液間の相互汚染を
最小に押さえた状態で、一連の個別試料液を順次注入
し、かつ、その場で処理するのに適した汚染防止容器を
提供することである。

本発明のさらに他の目的は、個別試料液間の相互汚染を
最小に押さえた状態で、一連の個別試料液を順次その場
で分析するのに適した汚染防止容器を提供することであ
る。

本発明のさらに他の目的は、個別試料液と試料処理用液
とを同時にに容器内へ導入するのに適した汚染防止容器
を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、個別試料液と混和しない隔
離液を使用した状態で作動する汚染防止容器であって、
この隔離液を個別試料液とは別に容器内へ導入するのに
適した汚染防止容器を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、単位時間内に多数の個別試
料液を使用できる汚染防止容器を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、前記相互汚染を最小に押さ
えた状態で、間隔をおいて並ぶ個別試料液の区切られた
部分、すなわち、隔離液で包まれた個別試料液の流れを
形成するのに適した汚染防止容器を提供することであ
る。

本発明のさらに他の目的は、隔離液の消費量が極めて小
さい汚染防止容器を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、自動連続試料分析システム
に用いて好適な汚染防止容器を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、新規かつ改良型であり、上
記汚染防止容器と一体化される自動連続試料液分析シス
テムを提供することである。

本発明のさらに他の目的は、高精度の試料液分析結果を
出す自動連続試料分析システムを提供することである。

本発明のさらなる目的は、簡単かつ信頼性の高い構造
で、設備費および運転費の両者が安価であり、また、単
位時間当たりに分析できる試料液の数が多い試料液分析
システムを提供することである。

「実施例」 以下に、図面を参照して本発明の実施例を説明する。第
１図および第２図には、本発明の教示によって代表的に
形成され、操作される第１実施例の最小持越特性の容器
20が示されている。この容器20は、直立する円筒形の容
器本体22を備えている。この本体22は、図示の如く、例
えばじょうご状のボア24の形態の中央内部空間が形成さ
れ、上部と下部とに入口26および出口28が最適な方法で
形成される。用語ボアは、ここに用いられるように、本
体22の内部空間の形成方法あるいは形状を制限するもの
でない。

このボア24は、第２図に代表的に示すように、入口26を
形成する円筒形状の上部部分30と、この上部部分30に接
続されて、接続部から均一に傾斜して出口28を形成する
円錐台形状の下部部分32とを備えている。これの代り
に、ボア24は、例えば、第2A図に示すように入口26から
出口28までの円錐台、あるいは第2B図に示すように入口
26から出口28までのパラボラ形状を主要として、ボア24
の形状が入口26から出口28まで隠れた空間あるいは反転
した傾斜あるいは曲面を伴ない円滑な遷移、従って後述
するように入口26から出口28までボアを通して円滑な流
体流が促進できる別の形状でもよい。

ボア24が図示の形状なので、入口26および出口28が円形
であることが明白である。出口28では円形状が最も好ま
しいが、入口26では円形形状が重要でなく、図示しない
他の形状でもよい。

本体22は、更に上部部分32に入口26を完全に囲む環状肩
36と、肩36内に環状溝34とが形成される。この溝34の底
から本体22内に穿孔されて、螺子切りされた入口ポート
40に接続される通路38が形成される。

この入口ポート40には、通路44を含む螺子栓42が螺子込
まれ、溝34を通路38を経由して通路44に連通させてい
る。一方、本体22の底では、出口28を完全に囲んで螺子
切り出口ポート46が形成され、出口通路50を含む螺子栓
48が出口ポート46に螺子込まれて、出口28を同一寸法お
よび形状の出口通路50に連通させている。

環状肩36には、環状溝34の開口部を覆う多孔質の環状ワ
ッシャ52が入口26の回りを囲んで配置される。これは、
溝34内の内容物が多孔質の環状ワッシャ52を経由して入
口26に透過させ、溝54の上部を効果的に閉塞する。

本体22の上側の外周面には螺子59が形成され、蓋60の内
周面にも螺子が形成される。この蓋60は、上部部分30と
同径の中央穴62を有し、本体22に螺子込まれた時に、上
部部分30と中央穴62が位置合せされ、また多孔質環状ワ
ッシャ52が環状溝54に押し付けられる。更に、蓋60は、
容器20を機械的に支える肩63を形成して取付けを容易に
させる。

第２図において、隔離液供給手段64は、最適な隔離液の
源66と、源66に接続されて栓42の通路44に正確に設定さ
れた流速で隔離液を供給する正確なポンプ率で制御可能
の計量ポンプ68とを備えている。これは、入口ポート40
および通路38を通して、迅速に完全に溝34に隔離液を充
填し、従って隔離液を入口26の回りに供給する隔離液70
の流れを形成する。この環境において、隔離液70は、溝
54に横たわる多孔質環状ワッシャ52に接触し、毛細現象
によって吸引されて隔離液を360度全域に環状ワッシャ5
2内で飽和させる。従って、追加の隔離液70がポンプ68
で溝34に供給されると、環状ワッシャ52の全周からにじ
み出し、ボア24の内壁を重力の作用で入口26から出口28
に均一な厚さで落下する。従って、均一厚の隔離液の層
流72を有するボア24の壁の完全な膜は、例えば本体22の
向きが垂直から少し傾いていても、保証される。即ち、
多孔質環状ワッシャ52は、隔離液70を入口26の周辺回り
に分配して、均一に導入する。計量ポンプ68のポンプ率
によって形成された一様の隔離液流状態および隔離液70
の粘度および表面張力で、光学的厚さの隔離液70の層流
72が容易に形成されて、完全にボア24の壁を入口26から
出口28まで覆って一定に落下し、ボア24から出口28を通
って最後に出口通路50に流出する。

例えば、化学特性が異なる別々の試料液、例えば先行の
試料液の残余で汚染する恐れがある次に続く試料液を順
次供給する容器20にとっては、各本体22、即ち少なくと
もボア24の壁、多孔質環状ワッシャ52、栓48および蓋60
が試料液による濡れに強い材料で作られ、一方隔離液70
がこれらの材料に容易に選択的に濡れて、試料液をはじ
き、試料液と混和しない液体から作られる。この選択的
湿潤性は米国特許第3,479,141号に幾らか詳述してい
る。

試料液と相対して、前述のように直接特定された物理特
性および組成の容器20の成分および隔離液70によって、
ボア24の内壁に沿って流れる隔離液の層流72は、１成分
の試料液74がボア24の壁に接触、従って吸着するのを効
果的に防止することが明白である。これの代わりに、一
定流速の隔離液の層流72との試料液の界面が極端に低摩
擦で存在する試料液74の確かな分子は、試料液をボア24
の壁から離して、試料液74の容積をボア24から出口28を
通って通路50に最後に排出する。即ち、試料液74は、本
質的に全部取り出され、隔離液の層流72によってボア24
の壁から隔離され、ボア24の壁に接触も吸着もしないユ
ニットとして、ボア24を単純に下方から外に流出する。
勿論、液体間の性質の低摩擦は、仮に全部が防止できな
くとも、極端につるつる滑る、即ち仮想的に零引張面の
混和しない隔離液の層流72への試料液74の吸着を禁止す
る。従って、最初の試料液74の残余はボア24に残らない
で、最初の試料液と同様に導入した次に続く試料液を汚
染しないことが明白である。通常、試料液74には、隔離
液70の非常に薄い膜75が形成されるが、勿論、この膜75
がボア24から試料液と共に単純に排出されるので、キャ
リオーバ、即ち残余の持越が生じない。

各例において、次に使用される試料液の導入前に、先に
使用した試料液を完全に抜き取ることを保証する最適な
時間後に、ボア24への連続試料液の導入は、どの従来の
方法、例えば第２図に概略的に示される標準試料液分配
プローブ手段76で達成される。

重力の影響で試料液が出口28を通して完全に抜き取られ
るに要求される時間より長い期間のボア24内の試料液74
の滞留時間は、通路50を閉塞するように動作する弁手段
78の使用で提供される。この弁手段78は、閉塞しても隔
離液のみが流出して、重力の影響でボア24の壁を降下
し、弁手段78が開口あるいはある場合再開されるまで、
大部分の隔離液70が集められ、あるいはボア24の底で溜
められる。集められた隔離液70および試料液74はボア24
から出口28を通って抜き取られる。このような例におい
て、ボアからの試料液の抜取時間が関数なので、真空ポ
ンプ手段80が弁手段78の下流に配置されて、開口時に試
料液74および集められた隔離液70をボア24から迅速に吸
引される。

連続的に含まれる試料液が水溶液である容器20の使用に
とっては、本体22あるいは少なくともボア24の壁、多孔
質ワッシャ52、栓48および蓋60が容易に供給可能な広範
囲の不活性フッ素化炭化水素固体材料（テフロン）から
作られ、一方隔離液70が不活性で、安定で、低表面張力
および最適粘度の広範囲のフッ素化あるいは過剰フッ素
化炭化水素液体（テフロン系溶剤）から製造される。こ
れら固体および液体フッ素化炭化水素は、各々ポリテト
ラフルオロエチレンおよびパーフルオロデカリンであ
る。

第３図および第４図には、本発明の教示によって代表的
に形成され、操作される第２実施例の最小持越特性の容
器100が示されている。この容器100は、第１図および第
２図の本体22と異なった円筒形の本体102を備えてい
る。この容器100は、他の部分については第１図および
第２図の容器20と仮想的に同様なので、対応の部材には
同一の符号が付してある。本体102は、対向する壁に外
からボア30方向に同軸に未貫通穴104および106が形成さ
れ、ボア30と未貫通穴104および106間にかなり薄い厚さ
の壁部分108および110が形成される点が本体22と異なっ
ている。これは、本質的にボア24内に分配された試料液
74の容器100と観察するために、本体102の位置合せ監視
窓を提供する。

特に、穴104および106が十分に本体102に延長して、一
体構造として十分な強度の本体102に匹敵する最小厚の
監視窓108および110を形成し、本体102が例えばこれら
の環境下で光エネルギ透過性のフッ素化炭化水素固体材
料から製造され、隔離液の層流72の厚が計量ポンプ68の
ポンプ率の制御で決定されて、試料液に対面するボア隔
離機能に匹敵する最小厚の隔離液の層流を形成し、隔離
液70が例えばこれらの環境下で本体102の材料と同様
に、同じ屈折率の最適な光エネルギ透過性のフッ素化あ
るいは過剰フッ素化炭化水素液体材料から製造されて、
光エネルギを容器100を通して、例えば壁部分108、層流
れ72、勿論光エネルギ透過性の試料液74、層流れ72およ
び壁部分110を各々通過して伝送が可能となり、従って
伝送された光エネルギを試料液74で誘発された減衰の量
を定量化して意味深長に検知されることが当業者にとっ
て容易に理解される。もし、光学的考慮が必要ならば、
図示しないが、壁部分108および110の内面を平坦にして
伝送される光エネルギの平行度を最高にしてもよい。

未貫通穴104および106は、これらの穴の一致軸線が最大
直径のボア24の部分30を貫通する位置で本体102に形成
される。これは、軸線112に沿って試料液74を通る前述
の光通路が壁部分108および110の各厚に対面する最大長
であり、従って試料液74に対する壁部分108および110お
よび隔離液の層流れ72での光エネルギ減衰率が最小にな
ることを保証する。

第５図に示す本体102の変形例は、穴104および106の各
底で壁部分108および110の外面に面接触して張付けられ
る透明な窓部材114および116を備えている。例えば、強
化ガラス材料から作られる窓部材114および116によって
は、本体102の一体構造強度に悪影響なしに壁部分108お
よび110をより薄くして光伝送効率を増加できることが
明白である。第６図は、窓部材がレンズ115および117の
外形からなる変形例を示し、光エネルギの伝送を光通路
に沿って集光して、更に壁部分108および110をより薄く
できる。第７図は本体102の別の変形例を示し、レンズ1
15および117が本体102の部分を実際に形成して、記載さ
れた環境下で最大の光エネルギの伝送を形成する。この
例において、レンズ115および117の各内面はボアの壁を
実際形成するが、皮膜あるいは他の処理膜119および121
を本体102と同等の材料で形成してもよい。

第８図には、本発明の教示によって代表的に形成され、
操作される第１実施例の自動試料液分析システム120が
示されている。この自動試料液分析システム120の操作
は、要求される自動処理、連続流動流への形成および試
料液に含まれる１以上の分析物の各濃度に関する各一連
の分離試料液の分析に影響され、米国特許第3,241,432
号、第3,479,141号および第4,253,846号および米国特許
出願第441,181号に詳細に開示されている。従って本発
明はこれらを参照している。

特に、システム120は、第１図および第２図の最小持越
（耐汚染）容器20を備えている。集約分配プローブ手段
122は、共通の支持本体130で支持される分配プローブ12
4、126および128を備えて、プローブ駆動モータ手段132
で機械的に駆動されて、プローブ手段122を容器20の所
望位置に移動させる。プローブ124は、所定の時間間隔
で分離試料液の所定量がサンプラ手段134からポンプ手
段136で吸引してボア24に連続分配する。一方、プロー
ブ126および128は、間欠的に、あるいは所定時間間隔
後、試料液薬剤および希釈液の各所定量が薬剤源138お
よび希釈液源140からポンプ手段142および144によって
各々吸引されて、ボア24に供給されて、これらの液が試
料液と混合される。

各試料液、薬剤および希釈液の量の記載した分配は、か
なり高速が好ましく、プローブ126および128が図示の如
く入口26およびプローブ124に対して曲がっていて、ボ
ア24に導入時に、試料液、薬剤および希釈液の量の瞬間
混合を向上させることが好ましい。勿論、ボア24への分
配には、隔離液の層流れ72を破壊し、あるいは部分破壊
する程強力なエネルギが存在しない。上記の代りに、分
配プローブ手段122は、最適な隔離液を用いた追加の利
点を提案して源から供給される試料液の持越を最小にす
る米国特許第4,121,466号に開示された方法をとっても
よい。

分析システム120に容器20を使用する場合には、入口26
の最小直径がプローブ手段122によって液体を容易に分
配できる寸法で決定される。これに関して、第８図に示
すように、プローブ124、126および128の各動作端部
は、プローブ駆動モータ手段132で位置させられて、液
体をボア24に分配するために、蓋60の縁以下に延長する
ことが注目される。出口28、従って線48の出口通路50の
最大直径は、通路50で後述するように形成される隔離液
70および内部試料液泡あるいは空気の泡がドレインとし
て完全に出口28を塞ぎ、ボア24から押圧されることを保
証する寸法に決定される。この線48には、柔軟な導管14
6が図示しない最適手段で接続される。この導管146は、
本体22と同様の材料のテフロンから作られ、栓48の通路
50に隣接して同径の出口通路148を含んでいる。

追加の試料液処理手段、例えば混合コイル150は、米国
特許第4,422,773号に開示され、出口28の下流に導管146
が接続される。試料液分析手段152は、例えば源138から
の薬剤と混合反応した分離試料液の色の変化を検知し、
従って各例において、試料液分析物の濃度を示す出力信
号を形成する最適な比色計手段である。この分析手段15
2は、混合コイル150の下流の導管146に配置され、下流
に導管146を経由して試料液流ポンプ154が接続される。
このポンプ154は、ボア24から導管146を通って分析手段
152に流れる試料液の流れを一定の流速で、勿論プロー
ブ手段122の動作比に同期して操作される。最上流側の
導管146には、気泡導管内に侵入した時に、各気泡の先
端を順次検知する気泡検知手段155が取付けられ、従っ
て後述するように各例において試料液が完全に抜き取ら
れたことを検知する。

各ポンプ154、126、142、144および68、試料液分析手段
152、気泡検知手段155および分配プローブ駆動モータ手
段132は、システム制御器156に接続されて、試料液の流
れの形成および試料液に含まれる各分離試料液の順次分
析に対して試料液分析システム120の操作を同期し、制
御するように操作される。

連続試料液の分析用の分析システム120によって、各希
釈、反応試料液74は、ボア24から出口28および栓48の通
路50を通って導管148に流出した時に、付随して流れる
隔離液の層流れ72で効率よく閉じ込められて、隔離液70
で通路50および148の各壁から隔離された分離試料液の
区分S1を形成する。勿論、これは、これらの壁が試料液
で汚染するのを防止する。勿論、希釈、反応試料液の量
S1がボア24から完全に排出された時には、空気がボア24
内に充満して、通路50に一部が侵入して気泡、即ち空気
区分A1を発生し始める。この気泡A1は、搬送排出隔離液
70で囲まれて、初期の試料液区分の下流側で持越（相互
汚染）防止密閉を形成する。この気泡A1は、先端が気泡
検知手段155を通過した時に、検知手段155で検知され
て、初期試料液区分が完全に抜き取られたことが認識さ
れ、従って検知手段155は、気泡の検知に応答してシス
テム制御器156に信号を送出し、分配プローブ手段122を
起動して、次期の試料液、薬剤および希釈液をボア24に
導入させる。これら希釈反応試料液は、重力で下方に落
下して、空気と置換しながらボア24内に溜まり、空気と
置換しない領域に到達した時に、気泡がボア24の最下部
に閉じ込められる。このボア径、即ち流入液体で気泡が
発生する領域が表面張力の関数であり、ある場合流速も
影響する。従って、かく封じ込められた気泡は、一定流
速の隔離液の層流れ72によって、完全な気泡A1に形成さ
せられて、次期の希釈反応試料液がボア24から通路50お
よび148に進むように押し込まれる。

この次期の希釈反応試料液は、ボア24から出口28を通っ
て通路50および148に流れ、隔離液70で閉じ込められ
て、次期試料液区分S2を形成し、連続して気泡区分A2が
形成される。このサイクルは、目的の希釈反応試料液が
分配プローブ手段122でボア24に順次分配されて、順次
通路148に流入して、隔離液を基底とする空気で区分さ
れた試料液の区分SSを形成するまで繰り返される。

その後、かく発生した流れSSは、別の試料液、薬剤およ
び希釈液を混合して別の試料液区分を形成する要求が生
じた時に、これら区分の液流の一体の逆転なしにポンプ
154によって一定流速で混合コイル150を通って流れて、
各試料液区分S1、S2、S3等を順次比色計152で連続的に
計測する。流れSSの性質の試料液／隔離液基底流の自動
分析および分析結果の最適精度を伴った試料液間の汚染
の最小化の重大な利点は、米国特許第3,479,141号およ
び第4,253,846号および米国特許出願第441,181号に詳述
されている。

この自動試料分析システム120は、特に追加の重大な利
点がフロントエンドシステムとして単純な20を使用した
ので同様に得られ、前述の従来の連続システムより簡単
で、高い信頼性を有し、かなり低コストで、試料液／隔
離液基底流を効果的に発生できる。実際、この分析シス
テム120での試料液／隔離液基底流の発生原価は、米国
特許第4,253,856号のそれに比較して10分の１以下であ
る。更に、システム120への隔離液の導入は、従来の分
配プローブ手段で隔離液が同時に導入されたものと対照
的に、本発明の教示によって、例えばプローブ手段での
希釈液および薬剤分配の自由度が増加し、全操作速度を
重大に増加させることができ、必須的に精巧なプローブ
手段の試料液、希釈液および薬剤軽量機能に干渉しな
い。更に、分析システム120は、可動部分がなくて、容
器20の操作速度、即ち各分離試料液毎に、試料液、薬剤
および希釈液の分配および排出に必要な時間が主に通常
長時間の排出時間に支配される事実から、分析時間が更
に早くなる。従って、ボアからの完全な排出時間は、実
験で0.5秒が達成できることから、特に高速操作が各例
の試料液、薬剤および希釈液の効果的混合および試料液
／隔離液基底流SSの効果的排出に対する容器20によって
達成できることが当業者に理解される。勿論、これは、
自動試料分析システム120の使用に際して重大な財務利
点である。

この分析システム120に関する記載の明確かのため、ボ
ア24における隔離液の層流72の厚さおよび通路50および
148に気泡区分および次期試料液を閉じ込める隔離液の
流の厚さは、誇張されているが、実際更に薄いことが当
業者に理解される。

第９図には、本発明の教示によって代表的に形成され、
操作される第２実施例の自動試料分析システム160が示
されている。このシステム160は、第１図および第２図
の耐汚染容器20を備えている。この実施例において、容
器20は、最初、各試料液、希釈液および薬剤が試料液希
釈反応用に導入され、その後希釈反応した試料液74の所
定量が吸引されて、導管164に沿って、追加の試料液処
理手段、例えば混合コイル166を通って、自動試料液分
析手段168、例えば比色計に導入される試料液の希釈お
よび反応、即ち前希釈および前反応槽として機能する。
比色計168の下流にはポンプ169が配置されて、比色計16
8を通過する流速を一定にさせる。

分配吸引プローブ手段170は、図示しない源から容器20
のボア24に連続試料液の量を分配し、これら試料液の量
を順次希釈反応させて、順にボア24から導管164を通っ
て試料分析手段168に供給する。この分配吸引プローブ
手段170は、例えば米国特許第4,121,466号に開示された
形態をとってもよい。

希釈液および薬剤分配プローブ171および173は、図示し
ない源からボア24に希釈液および薬剤を各々順次分配す
るように操作される。これらプローブ171および173は、
移動させる必要がないので、蓋60に容易に支持され、従
って分析システム160を単純化できる。

分析システム160に更に含まれるのは、導管176に沿って
配置される弁手段172およびポンプ手段174である。これ
ら弁手段172およびポンプ手段174は、ボア24内に試料
液、希釈液および薬剤の滞留時間を制御し、要求時にボ
ア24から出口28を通って導管176に排出させるドレイン
を早めるように操作される。

各ポンプ68、169および174、弁手段172、分配吸引プロ
ーブ手段170および分配プローブ171および173は、シス
テム制御器178に図示の如く接続されて、各操作を同期
制御させる。

水溶試料液の自動連続分析用の試料分析システム160に
よっては、隔離液の層流72でボア24の壁を完全に覆い、
弁手段172を閉塞することによって、目的の第１の試料
液用に、試料液、薬剤および希釈液の各所定量が分配プ
ローブ170、173および171によって同時にボア24に分配
されて希釈反応させることが明白である。反応が始まっ
て完成すると、プローブ170は、希釈反応した試料液の
所定量を吸引して導管164に供給する。吸引後、弁手段1
72が開口し、ポンプ手段174が作動して、残った第１の
試料液をボア24から排出し、あるいは導管176に沿って
図示しない別の分析システムに供給する。排出が終了す
ると、弁手段172が再び閉塞し、次の試料液用の試料
液、薬剤および希釈液の各所定量が分配プローブ170、1
73および171によって同時にボア24に分配されて、これ
らのサイクルが繰り返される。

このサイクルは、勿論、各試料毎に順次繰り返され、こ
の結果目的の各試料液の連続離散区分を含む図示しない
試料液の流れを形成し、これらの試料液の流れが当該分
野で公知の方法で最適な分離液で分離されてもよく、連
続試料液分析用に導管164に沿ってポンプ手段169で試料
液分析手段168に供給される。この分析システム160は、
再び低コスト、高速操作、高信頼性を有し、勿論、試料
液の希釈反応に関連する全実施例において試料液間の汚
染を最小化できる。

第10図には、本発明の教示によって代表的に形成され、
操作される第３実施例の自動試料分析システム180が示
されている。このシステム180は、第１図および第２図
の持越防止容器20を備えている。この実施例において、
容器20は、試料液の希釈反応および試料液分析の両者を
同時に効果的に実施し、試料液の流れを試料液分析手段
に遷移することが不必要になるので試料分析方法がより
単純になる。

分配プローブ手段182は、図示しない各源から所定量の
試料液、希釈液および薬剤をボア24に分配する。この分
配プローブ手段172には、プローブ手段をボア24の上部
の液体分配位置即ち第10図の実線の第１の位置およびボ
ア24外部の非アクセス位置即ち点線の第２の位置間を移
動させる駆動モータ手段183が接続される。このプロー
ブ手段182は、例えば第８図に示されるように全ポン
プ、液体源および導管を含んだ集約プローブ手段122の
形態でもよい。これの代りに、分配プローブ手段182は
米国特許第4,121,466号に開示された形態をとってもよ
い。

試料液分析手段184は、駆動モータ手段184に機械的に接
続されて、分析手段がプローブ手段182の位置でボア24
の外部近傍に位置しない第１の分析位置および第10図の
点線で示す第２の分析位置に移動させられる。この第２
の分析位置では、分析手段184がボア24内に配置され
て、試料液74に侵漬される。この結果、試料液分析手段
184は、例えば侵漬比色計あるいは侵漬電極の形態の侵
漬分析手段からなっている。洗浄液の容器188には、最
適源から供給されて使用後捨てられる試料液洗浄液19
0、例えば水溶試料液用の水が充填されている。分析手
段184は、第１の分析位置の場合に図示の如く洗浄液内
に侵漬され、試料液の残余を除いて試料液の持越を最小
限にして、分析手段184の汚染を最小限に抑えている。

弁手段192およびポンプ手段194は、各々図示の如く導管
196に沿って配置され、目的が第２図および第９図を参
照して前述される。

駆動モータ手段184および186、分配プローブ手段182、
ポンプ68および194および弁手段192は、システム制御器
198に図示の如く接続されて、各操作を同期制御させ
る。

水溶試料液をボア24内のその場で自動連続分析するため
の試料分析システム180によっては、隔離液の層流72で
ボア24の壁を完全に覆い、弁手段192を閉塞することに
よって、分配プローブ手段182が第１の位置に移動させ
られて液体を分配し、一方試料液分析手段184が洗浄液
容器180内の第１の位置に配置されることが明白であ
る。このプローブ手段182が第１の試料液用に試料液、
薬剤および希釈液の各所定量を分配する。分配が完了す
ると、プローブ手段182が駆動モータ手段183で第２の位
置に移動させられ、分析手段184が駆動モータ手段186で
第２の位置に移動し、最適に希釈反応した試料液74内に
侵漬させられて、ボア24内で試料液74をその場で分析す
る。

試料液の分析が完成すると、分析手段184が第１の位置
に戻り、洗浄液容器188に浸けられて第１の試料液の残
余を除去する。その後、弁手段192が開口し、ポンプ手
段194が作動して、残った第１の試料液をボア24から排
出し、あるいは導管196に沿って図示しない別の分析シ
ステムに供給する。この分析手段184がボア24から離れ
ると、プローブ手段182が駆動モータ手段183で第１の位
置に戻される。排出が終了すると、弁手段192が再び閉
塞し、次の試料液用に試料液、薬剤および希釈液の各所
定量が分配されて、分析手段184で記載されたその場で
の分析が実施される。この手順は、勿論、試料液分析が
終了するまで、目的の各試料液毎に順に繰り返される。

上記の環境下では、第10図の試料分析システム180が従
来の連続対面システムの記載利点の全部を提供すること
が当業者に理解される。また、試料液の流れを形成し、
最小の持ち越しで試料液分析手段に移送する構造的機能
的要求が完全に除去される追加の利点が得られる。

第11図には、本発明の教示によって代表的に形成され、
操作される第４実施例の自動試料分析システム200が示
されている。このシステム200は、第３図および第４図
の耐汚染容器100を備えている。この実施例において、
容器100は、試料液の希釈反応および試料液分析の両者
を同時に効果的に実施し、試料液の流れを試料液分析手
段に遷移することが不必要になるので試料分析方法がよ
り単純になる。

分配プローブ手段202は、第８図の分配プローブ手段122
あるいは米国特許第4,121,466号に開示された改良プロ
ーブを有する液体分配器と同様に、図示しない各源から
所定量の試料液、希釈液および薬剤をボア24に分配す
る。

試料液分析手段203は、比色計の形態をとり、本体の未
貫通穴108および110の軸線112に位置合わせされて、図
示の如く対面するた位置合わせ光源206、レンズ208、回
転フィルタ210、マスク212および214および検知器206を
備えている。これは、光源206からの最適に処理された
エネルギで光エネルギ透過壁部分108を通してボア24の
試料液74の部分を何時でも照明でき、試料液74および光
エネルギ透過壁部分110を通して検知器216に衝突する光
エネルギの部分を検知できる。壁部分108および110およ
び２個の隔離液の層流72による光エネルギの減衰量が一
定照度、波長で略一定で、各例において容易に決定でき
るので、当業者が容易に理解できるように、各例におい
て試料液74に向けられる合計光エネルギ減衰量が定量化
でき、従って効果的に比色計的に測定することが可能で
ある。

弁手段218およびポンプ手段220は、導管222に沿って配
置され、目的が前述されている。

システム制御器224には、弁手段218、ポンプ220、光エ
ネルギ源206、回転フィルタ210、分配プローブ手段202
および検知器216が各々図示の如く接続されて、各操作
を同期制御させる。

水溶試料液をボア24内のその場で自動連続分析するため
の試料分析システム200によっては、隔離液の層流72が
前述のように個別に流れてボア24の壁を入口26から出口
28まで完全に覆い、弁手段192を閉塞することによっ
て、第１の試料液用に試料液、薬剤および希釈液の各所
定量が希釈反応用に分配プローブ手段202によってボア2
4に分配されることが明白である。試料液薬剤反応が完
了すると、比色計204は、活性化されて、第１の希釈反
応された試料液を分析する。分析が完了すると、弁手段
218が開口し、ポンプ手段220が作動して、隔離液70およ
び第１の希釈反応試料液74を容器100のボア24から完全
に排出させ、あるいは導管222に沿って図示しない別の
分析システムに供給する。ボア24からの試料液の排出が
終了すると、弁手段228が再び閉塞し、分配プローブ手
段202が次の試料液用に第２の試料液、薬剤および希釈
液の各所定量がボア24に分配されて、比色計204で前述
のように分析される。この手順は、勿論、試料液分析が
終了するまで、各試料毎に順に繰り返される。

「発明の効果」 勿論、第６、７および８図に示される容器102の変形例
は、第11図の試料分析システム200に使用できる。透明
な窓部材114および116をボア104および106に含まれて、
この結果壁部分108および110がより薄くなった第５図の
変形例では、より良い光エネルギの透過、従ってより高
い分析精度が分析システム200で提供される。同様の利
点が分析システム200に第６図のレンズ115および117の
形態の窓部材を用いることによって、更に効果が増加
し、従って比色試料液分析の光学的効率を増加できる。
また、第７図のレンズ115および117を適用した場合に
は、最大の光学的効率が得られる。

以上のことから、試料分析システム200は、分析手段ま
での試料液の流れの形成および遷移を完全に除去でき、
従って更に、最初に処理した試料液の持ち越しを次に処
理される試料液に混じることがなくなることが明白であ
る。第１〜第３実施例と同様に、第４実施例の分析シス
テム200においても、試料液の持ち越を絶対的に最小化
して、特に単純、低コスト、高信頼性、高速および高精
度の利点が得られる。

本発明の容器は、定期的あるいは試料液を使用毎に洗浄
する必要が完全に除去され、可動部分も、摩耗する部分
もないので、無制限に使用できる利点が得られる。

本発明の持越最小化容器の注意した監視およびしばしば
繰り返される正確な研究所での検査は、発生する持越の
最少量のレベルが診断で許容される量以下で達成され
る。

勿論、本発明の試料分析システムの低コストは、並列配
置して、経済的な観点から多重チャンネル分析システム
を形成できる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係る汚染防止容器の第１実施例を示す
平面図、第２図は第１図のII−II線矢視図、第2A図およ
び第2B図は各々、第１図と第２図に示す容器のボアの変
形例を示すもので第２図を単純化した形態の図、第３図
は本発明に係る汚染防止容器の第２実施例を示す平面
図、第４図は第３図のIV−IV線矢視図、第５図は第３図
と第４図に示す容器の変形例の要部を示すもので第４図
と同様の断面図、第６図は第３図と第４図に示す容器の
他の変形例の要部を示すもので第４図と同様の断面図、
第７図は第３図と第４図に示す容器のさらに他の変形例
の要部を示すもので第４図と同様の断面図、第８図は本
発明に係る試料分析システムの第１実施例を示す概略構
成図で第１図と第２図に示す容器の断面図を含むもの、
第９図は本発明に係る試料分析システムの第２実施例を
示す概略構成図で第１図と第２図に示す容器の断面図を
含むもの、第10図は本発明に係る試料分析システムの第
３実施例を示す概略構成図で第１図と第２図に示す容器
の断面図を含むもの、第11図は本発明に係る試料分析シ
ステムの第４実施例を示す概略構成図で第３図と第４図
に示す容器の断面図を含むものである。 20……容器、22……本体、24……ボア、26……入口、28
……出口、30……上部部分、32……下部部分、34……環
状溝、36……肩、38……通路、42……栓、44……通路、
64……隔離液供給手段、68……計量ポンプ、70……隔離
液、72……層流、74……試料液。

Claims (31)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料液入口手段と、そこから導入された試
   料液を排出するための出口手段とを有して上下方向に配
   置される容器において、 上記入口手段の上端付近に隔離液導入手段が設けられて
   おり、その隔離液導入手段がさらに入口手段の全周に沿
   って設けられている隔離液分配手段を具備していること
   を特徴とする汚染防止容器。
2. 【請求項２】前記出口手段に、前記容器内を通過した試
   料液の連続流および前記隔離液の層流を通過させる通路
   手段が接続されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の容器。
3. 【請求項３】前記容器内壁がフッ素化炭化水素で処理さ
   れており、かつ前記隔離液がフッ素化炭化水素である特
   許請求の範囲第１項または第２項に記載の容器。
4. 【請求項４】前記容器内部はじょうご形状を有してお
   り、前記入口手段の口径が前記出口手段の口径より大き
   いことを特徴とする特許請求の範囲第１項から第３項ま
   でのいずれかに記載の容器。
5. 【請求項５】前記容器の対向側面に位置合せ部分が配置
   され、これら位置合せ部分が光エネルギを透過できるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項から第４項までの
   いずれかに記載の容器。
6. 【請求項６】前記容器の対向側壁に位置合せレンズ手段
   が配置されて、容器の一部分を形成していることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項から第５項までのいずれか
   に記載の容器。
7. 【請求項７】前記入口手段の口径が前記出口手段の口径
   より大きく、入り口手段から出口手段までを滑らかに液
   体が流れるように、前記容器内壁が滑らかに形成されて
   いる特許請求の範囲第１項から第６項までのいずれかに
   記載の容器。
8. 【請求項８】前記出口手段が円形であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項から第７項までのいずれかに記
   載の容器。
9. 【請求項９】前記出口手段に弁手段が設けられているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項から第８項までの
   いずれかに記載の容器。
10. 【請求項１０】前記容器内壁が入口手段が設けられた円
    筒形状の上部部分と、出口手段が形成された円錐台形状
    の隣接下部部分とから形成されていることを特徴とする
    特許請求の範囲第１項から第９項までのいずれかに記載
    の容器。
11. 【請求項１１】前記容器が、入口手段から出口手段まで
    が断面放物線形状であることを特徴とする特許請求の範
    囲第１項から第10項までのいずれかに記載の容器。
12. 【請求項１２】前記液体分配手段が重力を利用している
    ことを特徴とする特許請求の範囲第３項から11項までの
    いずれかに記載の容器。
13. 【請求項１３】前記隔離液分配手段が浸透手段を有して
    おり、この浸透手段により前記隔離液導入手段からの隔
    離液が吸い込まれ、試料液入口手段付近から隔離液の層
    流が形成されることを特徴とする特許請求の範囲第３項
    から第12項までのいずれかに記載の容器。
14. 【請求項１４】前記位置合せ部分に窓部材が配置されて
    いることを特徴とする特許請求の範囲第５項から第13項
    までのいずれかに記載の容器。
15. 【請求項１５】前記位置合せ部分にレンズ手段が配置さ
    れていることを特徴とする特許請求の範囲第５項から第
    14項までのいずれに記載の容器。
16. 【請求項１６】前記入口手段の回りに環状の溝が設けら
    れ、この溝に前記浸透手段が配置されていることを特徴
    とする特許請求の範囲第15項記載の容器。
17. 【請求項１７】試料液が順次供給される入口手段と、 上記入口手段から導入された試料液が順次流出される出
    口手段と、 上記容器内に順次に導入された試料液が容器から完全に
    流失した後にのみ、次期試料液を容器に導入するように
    操作される試料液導入手段と、 上記入口手段に動作的に接続されて、試料液毎に容器に
    少なくとも１種の処理液を導入する処理液導入手段と、 試料液および処理液とは混和しない隔離液を前記入口手
    段付近に導入して、上記入口手段から出口手段までの容
    器の内壁を覆って、該隔離液を個別に流れさせる手段を
    備えた容器を用いることを特徴とする、数種の試料液を
    連続して分析する装置。
18. 【請求項１８】前記出口手段に、前記容器内を通過した
    試料液の連続流および前記隔離液の層流を通過させる通
    路手段が接続されていることを特徴とする特許請求の範
    囲第17項記載の分析装置。
19. 【請求項１９】前記容器の対向側壁に、光エネルギを透
    過できる位置合せ部分が配置されていることを特徴とす
    る特許請求の範囲第17項あるいは第18項に記載の分析装
    置。
20. 【請求項２０】前記容器に、前記処理済み試料液をその
    場で連続的に分析するように操作される分析手段が接続
    されていることを特徴とする特許請求の範囲第16項から
    第18項までのいずれかに記載の分析装置。
21. 【請求項２１】前記出口手段に前記処理済み試料液を連
    続的に廃棄するように操作される廃棄手段が接続されて
    いることを特徴とする特許請求の範囲第17項から第19項
    までのいずれかに記載の分析装置。
22. 【請求項２２】前記分析手段が、前記位置合せ部分を通
    過した光エネルギを検知する分析手段であることを特徴
    とする特許請求の範囲第20項あるいは第21項に記載の分
    析装置。
23. 【請求項２３】前記出口手段に、弁手段が設けられてい
    ることを特徴とする特許請求の範囲第16項から第21項ま
    でのいずれかに記載の分析装置。
24. 【請求項２４】前記分析手段が、該試料液を連続的に分
    析することを特徴とする特許請求の範囲第17項から第22
    項までのいずれかに記載の分析装置。
25. 【請求項２５】前記通路手段および入口手段に、各試料
    液の流れを検知することができる検知手段が接続されて
    いることを特徴とする特許請求の範囲第17項から第24項
    までのいずれかに記載の分析装置。
26. 【請求項２６】前記分析手段が比色計である特許請求の
    範囲第20項から第25項までのいずれかに記載の分析装
    置。
27. 【請求項２７】前記分析手段が電極を利用したものであ
    る特許請求の範囲第20項から第25項までのいずれかに記
    載の分析装置。
28. 【請求項２８】試料液を充填容器の入口手段に連続導入
    し、ついで前記試料液を前記容器の出口手段から連続的
    に流出させる、試料液を連続して導入する方法におい
    て、 上記入口手段の上端付近でかつ入口手段の全周に沿って
    設けられている隔離液分配手段から、上記試料液と混和
    しない隔離液を導入させ、入口手段から出口手段までの
    容器の内壁を覆い湿潤させて、前記容器の内壁から前記
    試料液を除外することを特徴とする、試料液間の汚染を
    最小にする方法。
29. 【請求項２９】前記入口手段が大気に対して開口してお
    り、先行の試料液が完全に流出した後、隔離液を導入す
    ることにより、試料液と隔離液との間に空気を介在させ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第28項記載の方法。
30. 【請求項３０】前記処理済み試料液が、前記容器内で分
    析される特許請求の範囲第28項あるいは第29項記載のい
    ずれかに記載の方法。
31. 【請求項３１】前記通路手段を通過した処理済み試料液
    が、試料液分析手段に供給される特許請求の範囲第27項
    から第31項までのいずれかに記載の方法。