JPH08210896A

JPH08210896A - 自動化学分析装置

Info

Publication number: JPH08210896A
Application number: JP7202118A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Shimizu; 慶昭清水
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-08-08
Filing date: 1995-08-08
Publication date: 1996-08-20
Anticipated expiration: 2013-10-27
Also published as: JP2816117B2

Abstract

(57)【要約】【課題】正確かつ高感度の液面検知ができるととも
に、試料のプローブでの吸引状態をモニタできる自動化
学分析装置を提供する。【解決手段】液面検知装置は、一端がプローブ６に接
続され、サンプル・カップ４内に収容された液体と接地
電位間に生じる静電容量を構成要素の一部としたブリッ
ジ回路を備えている。この液面検知装置の出力に基づき
プローブ６内の液体の吸引状態の良否を判定する。プロ
ーブ６自身が液面検知機能を兼ね備えた構成であるの
で、正確かつ高感度の液面検知ができるとともに、プロ
ーブ６での試料の吸引状態により、ブリッジ回路の出力
が変化することにより、吸引状態の良否を判定すること
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、血清等の液体試料
を試薬と反応させ吸光度を自動的に測定し、その吸光度
より濃度を演算、表示する自動化学分析装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】自動化学分析装置における液面検知装置
を例えば患者等から採取した試料（以下、サンプルと呼
ぶこともある）を、吸引、吐出するサンプリング装置に
応用した場合について先ず説明する。

【０００３】自動化学分析装置におけるサンプリング装
置は、図１０に示すように、第１のポンプ例えばシリン
ダ１１、ピストン１２およびシール部１３から成る容積
型のシリンジポンプ１と、第２のポンプ例えばシリンダ
１４およびプランジャ１５を有する注射器型のシリンジ
・ポンプ２と、水を収容する容器７と、患者等から採取
した試料を収容するサンプル・カップ４と、酵素反応等
の生化学反応をその中で行なう反応管５と、一端が前記
容器７内の水中に没する第１のパイプ８と、第１のポン
プ８を介して第２ポンプ２内に水を吸引し、また第２ポ
ンプ２内より第１ポンプ１内へと水を送り込むように開
閉する開閉弁３と該開閉弁３と第１ポンプ１を接続する
第２のパイプ９と、一端に吸引、吐出プローブ６を装着
してこの吸引、吐出プローブ６をサンプル・カップ４内
および反応管５とに移動させることができると共に、サ
ンプル・カップ４内および反応管５とに移動させること
ができると共に、サンプル・カップ４内及び反応管５内
にそれぞれ吸引、吐出プローブ６を挿入することができ
るようになっている第３のパイプ１０と、サンプル・カ
ップ４内の試料の液面を検知し、吸引、吐出プローブ６
を試料内に一定深さ浸入し、試料を吸引するための液面
検知器１６とを具備している。

【０００４】以上述べたような構成から成るサンプリン
グ装置で、吸引、吐出プローブ６よりサンプル・カップ
４内の試料を吸引する前の初期状態においては、第１の
パイプ８、第２のパイプ９および第３のパイプ１０と、
第１ポンプ１および第２ポンプ２内、および吸引、吐出
プローブ６の先端まで水が充填されている。そして、サ
ンプリング装置は次のように動作する、吸引、吐出プロ
ーブ６がサンプル・カップ４上に移動しはじめると、開
閉弁３を操作して、第２のパイプ９と第２ポンプ２との
間を閉鎖状態にしておき、第１ポンプ１とピストン１２
を引いて、吸引吐出プローブ６の先端内に一定量の空気
を保持したまま、吸引、吐出プローブ６を下降させる。
液面検知器１６の作用により、サンプル・カップ４内の
試料の液面を検知した後、更に一定深さプローブ先端を
没入させる。そしてピストン１２を更に引くことによ
り、吸引、吐出プローブ６の先端内に所定量の試料を吸
引した後、吸引、吐出プローブ６を上昇させて、サンプ
ル・カップ４内の上方に位置させる。次いで、吸引、吐
出プローブ６を軌跡２１のように移動して、今度はピス
トン１２を押すことにより反応管５内に試料を吐出する
と共に、吸引、吐出プローブ６内の試料を完全に反応管
５内に分注するために一定量の水をも吐出する。試料及
び水を吐出後、吸引、吐出プローブ６を再び軌跡２１に
沿って移動させ、図示しない洗浄用控内にて、吸引、吐
出プローブ６の内側洗浄を第２ポンプ２のプランジャ１
５を上方に押すことにより行ない、同時に外側も洗浄水
溜にプローブ６を浸漬することにより洗浄を行ない、初
期状態にもどる。

【０００５】上記サンプリング装置でその役割を述べた
液面検知器１６はこれまで電気電導度などの変化を検知
する電気的方式によっていた。図１０に示されるよう
に、その構成として液面センサ部は２本のプローブから
成っており、一方が導電性材料からなる吸引、吐出プロ
ーブ６、他方が金属の幅プローブ１７であり、両者は固
定部１８により、その間隔等が設定されている。それぞ
れのプローブ６，１７は、導線１９および２０を介して
液面検知器１６に接続されている。これら二つのプロー
ブ６，１７はその下端がほぼ同一位置か吸引、吐出プロ
ーブ６側を若干突出した状態に調整されており、両プロ
ーブ６，１７が試料液面に接触した時のプローブ６，１
７間の電導度の変化を検知して試料液面の検出を行な
う。

【０００６】

【発明が解決ようとする課題】しかしながら、このよう
な液面検知装置は、その構成に由来する本質的な要因に
より、いくつかの不具合或いは問題点があった。その第
１はサンプル・カップ４の入口径は通常１０ｍｍ以下で
あるため、これら二本のプローブ６，１７の間隔を狭く
する必要があり、狭くしすぎるとプローブ６，１７間に
洗浄水等の液絡が生じて、正しい液面の検知ができなく
なってしまうこと、第２に方式上、蒸留水等の電導度の
小さい液体や非導電性液体では検出不可能なこと、第３
に試料吸引のためには本来不必要な副プローブ１７も試
料液内に浸漬することによるクロス・コンタミネーショ
ンの増大、第４に容器入口に十字切り込みの入った蒸発
防止用フタが取り付けられているようなサンプル・カッ
プ４に対しては適用できないこと等である。

【０００７】また、試料表面に気泡が付着していて、そ
の気泡の表面を検知してしまうことにより、結果として
試料の空吸いが起こってしまうことがあった。

【０００８】本発明は、前記事情に鑑みてなされたもの
であり、正確かつ高感度の液面検知ができるとともに、
プローブでの試料の吸引状態をモニタできる自動化学分
析装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、容器内に収容された液体を、液面検知装置
に接続されたプローブを用いて反応容器に供給し化学分
析を行う自動化学分析装置において、前記液面検知装置
は、一端が前記プローブに接続され、前記液体と接地電
位間に生じる静電容量を構成要素の一部としたブリッジ
回路を備え、前記液面検知装置の出力に基づきプローブ
内の液体の吸引状態の良否を判定することを特徴とする
ものである。

【００１０】本発明は上記の構成としたので次のように
作用する。

【００１１】すなわち、プローブ自身が液面検知機能を
兼ね備えた構成であるので、正確かつ高感度の液面検知
ができるとともに、プローブでの試料の吸引状態によ
り、ブリッジ回路の出力が変化することにより、吸引状
態の良否を判定することできる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面を
参照して説明する。

【００１３】図１は本発明の液面検知装置の回路構成ブ
ロック図を示し、図４は本装置が採用する方式の原理を
説明するための主要信号波形の間の関係を示すものであ
る。

【００１４】以下、回路の構成および動作を述べる。図
１において、ブリッジ回路３０は、導電性材料からなる
吸引、吐出プローブ（以下、本液面検知装置においては
「採取プローブ」という。）６と試料間の浮遊容量（静
電容量）をその構成要素の一部としており、具体的には
図２，図３に示すように３つの抵抗３０ａ，３０ｂ，３
０ｃと浮遊容量３０ｄとからなる回路構成であり、浮遊
容量３０ｄ部分は実際には例えば図３に示すように、プ
ローブ６と仮想接地３０ｅとしたサンプル・カップ４と
からなっている。その浮遊容量３０ｄの値をＣｘとする
と、Ｃｘは採取プローブ６が試料液面へ接触した時、よ
り大きな変化を与える。容量Ｃｘのインピーダンスは１
／ｊωＣｘと表わされる。これはＺ（ω）ｅ^{ｉφ（ω）}
の形で記述すると、Ｚ（ω）＝１／ｊωＣｘ，φ（ω）＝ｔａｎ^-1（−１／
ωＣｘ）となる。従って容量のインピーダンス変化を検知するた
め、発振回路２５により周波数ωの発振信号を、ブリッ
ジ回路３０に加える。一般に、このような浮遊容量３０
ｄは、数ｐＦよりも更に小さいので、大きなインピーダ
ンス変化を得るための周波数ωは、数十ｋＨｚ以上であ
ることが望ましい。ブリッジ回路３０の具体的な構成と
しては、例えばＣｘを０．１ｐＦとし、ωを１００ｋＨ
ｚとすると、Ｃｘのインピーダンスは１０ＭΩとなる。
この場合ブリッジを構成する他の成分３０ａ，３０ｂ，
３０ｃのＲの値としては１０ＭΩ程度の値を選ぶことが
望ましい。この様にして構成されたブリッジ回路３０の
出力は、増幅回路３５を介して、同期整流回路４０の入
力信号ｅ_Sを与える。一方、発振回路２５で生成された
周波数ωは、移相回路４５を介して、同期整流回路４０
の参照信号ｅ_Rを与える。同期整流回路４０は、参照信
号と同一の周波数成分を有する入力信号成分だけを選択
的に取り出すように、動作する。その動作原理は図４に
示すように、入力信号と同期した参照信号の極性に従っ
て両波整流を行なうものである。参照信号は図に示すよ
うに振幅Ａの短形波とし、フーリエ級数で表わすと、

【数１】また、入力信号を、ｅ_S（ｔ）＝Ｓ（ｔ）ｓｉｎ（ωｔ−θ）とすると、この両者の積として表わされる整流出力は低
域濾波器を通じて高周波成分等の不要交流成分を除く
と、

【数２】となる。即ち、入力信号の振幅Ｓ（ｔ）およびその位相
差ｃｏｓθに比例した出力信号が得られ、この位相差を
みることにより容量Ｃｘの変化を直接みる場合よりも高
感度の検知をなし得るようになる。

【００１５】上述した同期整流回路４０の出力を低域濾
波回路５０により濾波し、得られた直流成分を増幅回路
５５により増幅した後、比較回路６０に入力し、予め設
定された検知レベルと比較を行ない、比較回路６０の出
力をＣＰＵ７５にセンサ信号７０として送り、所定の処
理を行なう。

【００１６】液面検知器としての実際的動作は次のよう
になる。先ず採取プローブ６がサンプル・カップ４の上
方静止位置で試料液面に接触しない状態で低域濾波回路
５０の出力ｅ_Oが丁度零になるように、移相回路４５に
より、同期整流回路の入力信号ｅ_sと参照信号ｅ_Rの位
相を調整しておく。次に採取プローブ６が試料液面に接
触すると、入力信号ｅ_Sは、振幅と位相に変化を生じ、
その変化分が低域濾波回路の出力ｅ_Oの直流成分の変化
に変換される。

【００１７】以上説明してきたように、本検知装置は、
容量Ｃｘの変化を検知するものである。容量は、物質の
有する誘電率に比例することはよく知られている。従っ
て、他の条件が同じ時、増幅回路５５の出力Ｖｓの値
は、試料の誘電率が大きくなれば増し、小さくなればそ
れに伴い減少すると考えらえる。これは図５に示すよう
に、同一体積の種々の誘電率の液体試料による出力信号
Ｖｓの測定結果により、確かめることができた。図６は
純水および血清を試料として用いた場合の、試料容積と
出力信号Ｖｓの関係を示す一例である。血清は水よりも
誘電率が大きいが図６においても同一容積血清が水より
も大きな出力を与え、そのことを示している。

【００１８】次に、このようにして、構成された液面検
知装置を、自動化学分析装置のサンプリング装置に応用
した場合について、図７に従って説明する。サンプリン
グ装置の基本的な構成および動作は先に図１０で述べた
通りなので省略する。図１０と図７の装置における違い
は、液面検知装置の構成であり、図７では、センサ部が
吸引、吐出プローブと共用になっており、導線１９′に
より液面検知器１６′に接続されている。以上の構成か
ら成るサンプリング装置で吸引、吐出プローブ６′より
サンプル・カップ４′内の試料を吸引する前の初期状態
において吸引、吐出プローブ６′は、いわゆるホーム・
ポジションに位置している。この状態において、液面検
知器１６′の初期設定を行なう。初期設定の手順は次の
通りである。図１の移相回路４５を調整して増幅回路５
５の出力信号Ｖｓを零に設定する。試料がサンプル・カ
ップ４′内にない状態でも吸引、吐出プローブ６′とサ
ンプル・カップ４′間にはサンプリング装置の機械的構
成に伴う環境に起因する固有の浮遊容量がある。図６に
示した試料がない場合の出力値Ｖｏがそれを示すもので
ある。これを考慮して図１の検知レベル電圧を必要な最
小検出試料容積に対応する値に設定する。

【００１９】以上のように液面検知器１６′が初期設定
された状態で、サンプリング装置は次のように動作す
る。

【００２０】吸引、吐出プローブ６′がサンプル・カッ
プ４′上に移動しはじめると開閉弁３を操作して、第２
のパイプ９と第２ポンプ２の間を閉鎖状態にしておき、
第１ポンプ１のピストン１２を引いて吸引、吐出プロー
ブ６′の先端内に一定量の空気２３を保持したまま、吸
引、吐出プローブ６′を下降させる。液面検知器１６′
の作用により、サンプル・カップ４′内の試料の液面を
検知した後、必要な吸引サンプル量に応じて、更に一定
深さプローブ６′先端を試料内に没入させる。そして、
ピストン１２を更に引くことにより、吸引、吐出プロー
ブ６′の先端内に所定量の試料を吸引する。試料吸引量
が多くてプローブ６′が試料内に深く没入しなければな
らないような場合には、プローブ６′の試料内への没入
を少なくするため、一時に、全吸引量に対応する深さま
でプローブ６′を没入させず、代りにプローブ６′を一
定深さまで没入し、試料を少量吸引し、再びプローブ
６′の没入、試料の吸引という操作を繰り返し行なうこ
とにより、所定量の試料の吸引を行なう方法も可能であ
る。

【００２１】所定量の試料を吸引した後、吸引、吐出プ
ローブ６′を上昇させて、サンプル・カップ４′の上方
に位置させる。この時点で吸引動作が正常に行なわれた
時の吸引、吐出プローブ６′内の様子を図８に示す。吸
引、吐出プローブ６′内は水層２２、空気層２３および
試料層２４の順に、図に示す如く並んでいる。この状態
の時、吸引、吐出プローブ６′内には水より誘電率の大
きな試料があるため、液面検知器１６′の出力信号Ｖｓ
６５は、水で満たされていた時の出力信号よりも大きな
値を示す。その一例として図９は、図８の試料層に血清
試料が吸引された時の出力信号の変化の様子を示してい
る。ここでサンプル・カップ４′の試料表面に気泡が付
着していて、その気泡の表面を検知してしまうことによ
り、結果として試料の空吸いが起こった場合、試料層２
４は完全に試料で満たされていないため、出力信号Ｖｓ
６５は水で満たされた時とほぼ同じ値を示す。これによ
り試料の吸引が正しく行なわれたかどうかを判断するこ
とが可能となる。従って本装置は吸引モニタとしても使
用できる。

【００２２】以上本発明の一実施例について説明したが
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明
の要旨の範囲内で適宜に変形実施可能であることはいう
までもない。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は次のよう
な効果を奏する。

【００２４】第１にプローブを１本化したので、機構を
簡素化することでき、それに伴ない液絡の発生をなくす
こと及び正確な液面の検出が可能になった。第２に非導
電性或いは水等の電導等の小さい液体も検知可能にな
り、液面センサの適用範囲を大幅に拡大できる。第３に
プローブとの共用化に伴ないクロス・コンタミネーショ
ンを最小限度に抑えることが可能になった。第４にプロ
ーブ自身が液面検知機能を兼ね備えた構成であるので、
小さな静電容量の検出が可能となり、高感度の液面検知
が可能となる。さらに、プローブでの試料の吸引状態に
より、ブリッジ回路の出力が変化することにより、吸引
状態の良否を判定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る液面検知回路の一例のブロック図

【図２】ブリッジ回路を示す図

【図３】ブリッジ回路を示す図

【図４】同期整流波形の説明図

【図５】誘電率による出力電圧の変化を示すグラフ

【図６】サンプル量による出力電圧の変化を示すグラフ

【図７】本発明を適用したサンプリング装置のブロック
図

【図８】吸引、吐出プローブ内の試料の吸引状態説明図

【図９】吸引、吐出プローブ内の血清試料による出力電
圧の変化を示すグラフ

【図１０】従来の液面検知器を有するサンプリング装置
のブロック図

【符号の説明】

１容積型シリンジ・ポンプ２注射器型シリンジ・ポンプ３開閉弁４サンプル・カップ５反応管６′ 吸引、吐出プローブ７水容器１６′ 液面検知器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】容器内に収容された液体を、液面検知装
置に接続されたプローブを用いて反応容器に供給し化学
分析を行う自動化学分析装置において、前記液面検知装置は、一端が前記プローブに接続され、
前記液体と接地電位間に生じる静電容量を構成要素の一
部としたブリッジ回路を備え、前記液面検知装置の出力
に基づきプローブ内の液体の吸引状態の良否を判定する
ことを特徴とする自動化学分析装置。