JPH09288053A

JPH09288053A - 粒子分析装置

Info

Publication number: JPH09288053A
Application number: JP9030555A
Authority: JP
Inventors: Hideo Enoki; 英雄榎; Isao Yamazaki; 功夫山崎; Akira Miyake; 亮三宅
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-02-22
Filing date: 1997-02-14
Publication date: 1997-11-04

Abstract

(57)【要約】【課題】サンプル液の補給が用意にでき、かつフロー
セルに連続的に安定してサンプル液の流れをつくること
ができる粒子分析装置を提供する。【解決手段】本装置は、上部が大気に開放され、分析
すべき粒子を含むサンプル液２１を貯えるサンプル液容
器１２と、サンプル液容器１２の下端に接続するノズル
１１と、ノズル１１の先端が挿入されたフローセル３
と、シース液タンク１３からフローセル３にシース液２
３を供給するギアポンプ５１Ａと、フローセル３下流部
の透明なガラス管３１を流れる粒子を撮像するＴＶカメ
ラ６３と、フローセル３の下流側からフローセル３内の
液体を吸引するモーノポンプ５２とを備え、さらにサン
プル液容器１２中に温度調節機６９５、温度センサ６９
２及び撹拌機構１２３を、シース液タンク１３中に温度
調節機６９８、温度センサ６９１及び撹拌機構１３８を
設けたもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、粒子を含むサンプ
ル液を連続して流路に流し、該流路で粒子を順次に検出
分析する粒子分析装置にかかり、特に粒子の径の分布範
囲が広くかつ粘性の高いサンプル液でも安定した流れを
つくり、分析できる信頼性の高い装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】海洋学や陸水学の分野では、海水や淡水
に含まれるプランクトンの数密度や種類を顕微鏡下で目
視分析することが一般に行われて来たが、大きさがμｍ
からｍｍにわたる広範囲のプランクトン試料に対する形
態学的特徴、状態、成長状況などを検討するには膨大な
時間が必要であり、観察者の主観が入ることを避けられ
なかった。これらの問題に対応するため、医学や細胞学
の分野で発達して来たフローサイトメトリー技術が適用
されてきている。フローサイトメトリーは分析対象とな
るの細胞などの微粒子を含むサンプル液をノズルを通し
てフローセル内に流す。このときノズルを包むフローセ
ルにも流体（シース液と呼ぶ）を流し、サンプル液の流
れを周囲からシース液の流れにより包み込むようにす
る。これにフローセルの下流側に設置したレーザからの
光をスポット状に照射する。サンプル液に含まれる粒子
はその種類により光の散乱、吸収の程度が異なる。ま
た、粒子に含まれる色素などが照射光により励起され蛍
光を発生する場合がある。これらの光をセンサにより光
電変換しそれらの信号の強度分布によりサンプル液に含
まれる粒子の大きさや種類を推定する。

【０００３】通常、サンプル液をフローセル内に注入す
るためには注射器状のシリンジポンプを使用する。シリ
ンジ内に吸入したサンプル液はバルブを切り替えること
によりシリンジポンプ先端のノズルから吐出するが、サ
ンプル液に含まれるプランクトンが大きい場合や凝集し
ている場合、バルブやシリンジ内にプランクトンが停滞
し流路閉塞を生じたり、計測精度の低下を招く恐れがあ
った。動物プランクトンのなどの大形のプランクトンを
分類するため直接テレビカメラで粒子を撮像する装置で
は、これに対処するためサンプル液を貯えるサンプル液
容器の下端に細孔を設け、この容器を直接フローセルに
取り付けることによりサンプル導入の流路を極力短くし
ている。しかしながら、サンプル液容器からのサンプル
液流出量は、サンプル液容器内の水位とフローセルに接
続した管を通じて供給するシース液を貯えるシース液溜
の水位との差から生じる圧力差と、両者を接続する流路
の抵抗により決まるが、サンプル液容器の水位はサンプ
ル液の流出に従って低下するため、サンプル液の流量が
計測開始時から徐々に変化する、またサンプル液容器の
水面とシース液溜の水面は拘束されていないため、外部
の振動により容易に水面が上下し、圧力差が変化するこ
とによりサンプル流量が脈動する。この影響は、流路が
太く流路抵抗が小さいほど大きくなるのでサンプル液に
含まれるプランクトンのサイズが大きくなるほど振幅が
大きくなる。これによりフローセル内のサンプル液流が
不安定になったり、サンプル液流の断面積が変化しサン
プル流内のプランクトンの位置が不確定になり、テレビ
カメラで捉えられる粒子像がぼけるなどの影響が生じ
る。従って、計測中にサンプル液容器に新たにサンプル
液を追加することは困難である。

【０００４】これらに関連する文献としては、Cytometr
y 10:522-528(1989)、Cytometry 17:109-118(1994)など
がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑みてなされたものであって、その目的はサンプル液の
補給が容易にでき、かつフローセル中に連続して安定し
たサンプル液の流れをもたらすことができる粒子分析装
置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の第１の粒子分析装置は、分析すべき粒子を
含むサンプル液を貯留し底部に下方に延びるノズルを有
する容器と、ノズルの先端部が挿入されたフローセル
と、ノズルから流入したサンプル液流を囲って流すシー
ス液をフローセルに注入する第一のポンプと、フローセ
ルの下流側を構成する透明な管路を流れるシース液に囲
まれたサンプル液中の粒子を撮像する撮像手段と、を備
えた装置であって、サンプル液容器の上部が大気に開放
されており、かつフローセルの透明な管路の下流にフロ
ーセル内の液体を吸引する第二のポンプを設けたもので
ある。

【０００７】この第１の粒子分析装置においては、第一
のポンプとしてギアポンプを、第二のポンプとしてモー
ノポンプを用いることが好ましい。ところで、モーノポ
ンプは、スラリのように高濃度の液体、または粉体を脈
動無しに搬送するのに適したポンプで、二条めねじのス
テータ内で一条おねじのロータが遊星運動しながら回転
してポンプ作用するもので、ステータとロータでポンプ
室を形成しており、ロータは駆動モータの回転軸に同軸
に結合している。モータ正回転では、液体はポンプに近
いポンプ室の部位に形成された開口から吸入され、ロー
タ先端の前方に形成された開口から送り出される。また
モータを逆回転すれば、正回転の場合と逆方向に液体を
搬送することができる（水力機械工学便覧コロナ社(1
968)、P554）。モーノポンプを逆回転して用いる場合に
は、モータに近い側のポンプ室に通じる開口部を吐出側
としモータから遠い側のロータの先端側の開口部を吸引
側とし、吸引側の開口部をフローセルの下流側に接続す
る。このような接続により、フローセルから直線的に液
体がモーノポンプに流入し、正回転使用の場合のように
液体がポンプ室の流路方向に交差して流入するよりも、
流体の抵抗を減ずることができる。

【０００８】また、上記第一の粒子分析装置において、
第一のポンプと第二のポンプを同一種のものとし、温度
変化による流量ドリフトをキャンセルする。

【０００９】また、上記第１の粒子分析装置において、
第二のポンプとしてのモーノポンプの代わりにギアポン
プを用いることができる。この場合には、第二のポンプ
としてのギアポンプの吸入口側に粒子を捕捉する機構を
設けることが好ましく、この機構は大きな粒子を取り除
いて、下流のギアポンプの目詰まりを防止する。

【００１０】また上記の各粒子分析装置においては、第
一のポンプの上流側に、上水を濾過してなるシース液を
貯留するタンクを設けることが好ましい。

【００１１】また本発明の第２の粒子分析装置は、第１
の粒子分析装置にシース液の循環経路を設けたもので、
上部が開放したサンプル液の容器、フローセル、シース
液をフローセルに注入する第一のポンプ、撮像手段及び
フローセル内の液体を吸引する第二のポンプと、加えて
第一のポンプ吸入口に配管接続しシース液を貯留するタ
ンクを備えたものであり、さらにシース液を循環させる
ために、フローセルの透明な管路の下流にサンプル液中
の粒子を捕捉する機構を設け、該機構と第二のポンプ間
の配管から分岐し第１のポンプの吸入口側に一つのバル
ブを介して接続する戻し配管を設け、さらにタンクの出
口側に別のバルブを設けたものである。

【００１２】第２の粒子分析装置においては、フローセ
ルから流出したサンプル液とシース液の混合液はそれに
含む粒子が粒子を捕捉する機構で除去されて浄化され、
浄化された液体は戻し配管を通じて第一のポンプの吸入
口側に搬送され、第一のポンプによりシース液としてフ
ローセルに注入される。かくしてシース液が循環するこ
とになる。なお、シース液を循環する際には、タンク出
口側の別のバルブを閉止し、戻り管に設けた一つのバル
ブを開く、また第二のポンプは、粒子を捕捉する機構で
浄化された液体の一部は流出させる。このシース液の循
環によりタンクに供給する上水を節約できる。

【００１３】また、本発明の第３の粒子分析装置は、第
１の粒子分析装置と同様に、上部が開放したサンプル液
の容器、フローセル、シース液をフローセルに注入する
第一のポンプ、撮像手段及びフローセル内の液体を吸引
する第二のポンプを備えた装置であって、第一、第二の
ポンプとしてシリンジポンプを用い、各シリンジポンプ
の入口および出口にバルブを設けたものである。そして
第一のポンプとしてのシリンジポンプ吸入側のバルブの
上流側に、上水を濾過してなるシース液を貯留するタン
クを設けている。シリンジポンプの吸入時には吸入側の
バルブを開けるとともに吐出側のバルブを閉止し、一
方、吐出側には吸入側のバルブを閉止するとともに吐出
側のバルブを開く。シリンジポンプを用いることによ
り、正確な量の液を供給することができる。

【００１４】上記第１〜第３の粒子分析装置において、
さらに次の(１)〜(５)に述べる構成の一つあるいは二つ
以上を加えて設けてもよい。

【００１５】(１)ノズルにサンプル液の流量を計測する
流量センサを設けるとよい。この流量センサでサンプル
液の流量を直接計測することによりサンプル流量を正確
に計測できる。

【００１６】(２)フローセルまたはノズルに分岐点を設
け、該分岐点に開閉バルブ及び流量センサを介し、清澄
な水を貯える容器を配管接続し、かつサンプル液の容器
出口に開閉バルブを設けるとよい。このように粒子を含
むサンプル液の代わりに清澄な水を用い、第一、第二の
ポンプを運転して清澄な水の流量を測定すれば、サンプ
ル液を用いる場合のように第二のポンプで粒子が詰まる
恐れもなく、サンプル液流量(ここでは代わりの清澄な
水)と各ポンプの回転数の関係を正確に把握することが
できる。

【００１７】(３)サンプル容器近傍のノズル部位に、下
流に向かって順次に閉止バルブ及びコネクタを設けると
よい。これにより、コネクタ部分からサンプル容器を取
外して清掃等のメンテナンスを容易に行うことができ
る。

【００１８】(４)サンプル液の温度を計測する温度セン
サと、シース液の温度を計測する温度センサと、第一、
第二のポンプの温度を計測する各温度センサとを設置す
るとよい。これにより、各温度センサの計測値により事
前に計測した温度−流量テーブルからサンプル流量を決
定する。

【００１９】(５)上記のサンプル液、シース液の温度を
計測する各温度センサ及び第一、第二のポンプの温度を
計測する各温度センサと共に、サンプル液を加熱または
冷却する温度調節器と、サンプル液容器内のサンプル液
を撹拌する撹拌機構と、シース液を加熱または冷却する
温度調節器と、シース液容器内のシース液を撹拌する撹
拌機構と、第一、第二のポンプを加熱または冷却する各
温度調節器とを設置するとよい。これにより各部の温度
を一定にして、サンプル流量のドリフトを防止する。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の粒子分析装置を図
面により具体的に説明する。

【００２１】本発明の実施の形態１の粒子分析装置を図
１に示す。この実施の形態１の装置では、サンプル液２
１がサンプル液容器１２に保持されている。容器１２の
下端には下方に延びるノズル１１が設けられ、その先端
がフローセル３内に挿入されている。サンプル液容器１
２には図示しない配管によりサンプル液２１が供給され
ていてもよいし、人手またはサンプリング機構（例え
ば、シリンジポンプなどによりサンプル液を容器からノ
ズルに一旦吸い込み、モータ等により駆動される搬送機
構によりノズルを移動してサンプル液容器に吐出する様
な機構）によりサンプル液２１が供給される。サンプル
液容器１２の外周には排水受け１２１を設ける。排水受
け１２１は容器１２からあふれたサンプル液２１を受
け、それを排水受け１２１に設けた排水管１２２から排
水溝などに排出する。なお、サンプル液２１はサンプル
液容器１２に供給される前に、適当な大きさのメッシュ
フィルタやトラップ等でフィルタリングし、サンプル液
２１がサンプル液容器１２から流出した後に進入する流
路よりも大きな径を有する粒子を除いておくのが望まし
い。

【００２２】一方、フローセル３にシース液２３を供給
するギアポンプ５１Ａの吸い込み側にはパイプ４８を介
してシース液タンク１３が接続されており、このタンク
１３にはフィルタ１３３を通って微細な夾雑物を除去し
た上水がシース液２３として補給される。シース液タン
ク１３内の水位は水位センサ１３６、１３７により監視
され、水位が水位センサ１３７まで低下するとバルブ１
３２を開いてシース液２３を補給する。タンク１３内の
シース液２３はギアポンプ５１Ａによりパイプ４０を通
じてフローセル３に供給される。なお、ギアポンプは連
続的に流体を吸引吐出するのに適しているので、本実施
例の形態ではシース液供給用として使用する。フローセ
ル３にはフローセル３内のシース液２３に生じる泡を抜
くのに用いるパイプ４９１が設けられている。パイプ４
９１の下流側にはバルブ７４、水位センサ８３があり、
バルブ７４が開放状態でフローセル３内の空気や泡がパ
イプ４９１を介して抜けパイプ４９１内の水位が水位セ
ンサ８３の位置まで達するとバルブ７４を閉塞する。な
お、パイプ４９１にポンプ（例えば、しごきポンプ）な
どを設置し空気を強制的に吸引することとしてもよい。
また、フローセル３の下流側は上流側より絞り込まれ角
形の断面を有する透明なガラス管３１となっている。ノ
ズル１１からフローセル３内に入ったサンプル液２１
は、シース液２３により包まれ、いわゆるシースフロー
となってガラス管３１の中央部分を流れる。フローセル
３の最下流側はパイプ４１に接続し、モーノポンプ５２
Ａの吸入口５２９に接続している。

【００２３】モーノポンプはスラリのように高濃度の液
体、または粉体を脈動無しに搬送するのに適したポンプ
で、二条めねじのステータ内で一条おねじのロータが遊
星運動しながら回転してポンプ作用するもので、ステー
タとロータでポンプ室を形成しており、ロータは駆動モ
ータ回転軸に同軸に結合している。モータ正回転では液
体はポンプに近いポンプ室の部位に形成された開口から
吸入され、ロータ先端の前方に形成された開口から送り
出される。

【００２４】この実施の形態１で用いるモーノポンプ５
２Ａは、モータ５２７により回転される軸の先端部の一
条おねじのロータ５２３が、ケーシング５２５の一端に
設けた二条めねじのステータ５２４と接触し、二つのね
じの隙間として形成される複数の個室がケーシング５２
５側から吐出口側に繰り返し移動することによりケーシ
ング５２５内の流体を吐出口５２８に導くもので、個室
の大きさにより通過する粒子のサイズが決まる。また、
ロータの回転に比例した流量の流体を搬送できるポンプ
である。モーノポンプ５２Ａにより吸い込まれたシース
液２３とサンプル液２１の混合液は吐出口５２８から排
水管５２６を介して排水溝などに排出される。この方式
ではノズル１１からフローセル３に入るサンプル液２１
の流量Ｑｓは、流路での漏れがなければ、ポンプ５１の
流量Ｑ１（すなわちシース液２３の流量）とポンプ５２
の流量Ｑ２から、Ｑｓ＝Ｑ２−Ｑ１となる。これによりサンプル液２１の流量を決める。

【００２５】なお、実施の形態１は、シース液２３に包
まれてガラス管３１の中央を流れるサンプル液２１に含
まれる粒子を、粒子検出手段や粒子撮像手段により捉え
るフローサイトメトリーの技術を基礎としている。これ
らの検出および撮像方式についてはフローサイトメトリ
ーの分野で適用されている技術が転用できることは言う
までもない。

【００２６】実施の形態１では、光学式の通過センサ６
０を主要部とする粒子検出部と、パルスランプ６６とＴ
Ｖカメラ６３を主要部とする粒子撮像部を用いる。通過
センサ６０は例えば、本体６０１に内蔵したレーザやＬ
ＥＤなどの光源から光ファイバにより光を導き一端から
光を照射する投光部６０２と、投光部６０２から発し、
ガラス管３１を通過した光を一端から受けて光ファイバ
により本体に内蔵した光センサまで導く受光部６０３と
から構成される。投光部６０２と受光部６０３は対向
し、光がサンプル液２１の流れの一部または全部を横切
る様にアラインメントする。ガラス管３１を通過した光
はサンプル液２１に含まれる粒子などにより吸収される
ので、光センサに達する光の量は粒子の通過により変化
する。光の量は、粒子が大きく吸収が大きいほど少なく
なる。また、粒子が大きいほど光の量の低下している時
間が長くなる。これを光電変換した光センサからの信号
（粒子信号６１と呼ぶ）は検出器本体６０１に入力され
る。本体６０１は、粒子信号６１の大きさや長さをパラ
メータとした適当なウインドウを設け、その範囲に入っ
た場合だけ粒子検出信号６１１を発生し、図示しないコ
ンピュータに入力する。なお、このときコンピュータに
は検出信号６１の大きさや長さを同時にデータとして送
ってもよい。なお、粒子の撮像のみを目的とするなら
ば、粒子検出系は必ずしも必要ではない。

【００２７】ガラス管３１の流路において通過センサ６
０の位置より下流側にはパルスランプ６６とＴＶカメラ
６３からなる粒子撮像系がある。パルスランプ６６の発
光部はガラス管３１を挟んでＴＶカメラ６３と対向し任
意の周期で発光するパルスランプ６６からの光を受けて
ガラス管３１内のサンプル液２１の流れに含まれる粒子
の瞬間像を捉える。瞬間像はカメラインターフェース６
５でＡ／Ｄ変換されコンピュータに送られ画像処理され
粒子部分の抽出・形状認識され分類される。また、粒子
検出信号６１１から一定の遅延時間（粒子が粒子検出部
の検出領域から粒子撮像部の撮像領域に達するまでの時
間）後にパルスランプの発光指令を発する光源インター
フェース６８を設けて、粒子検出部により検出された粒
子像をＴＶカメラ６３で確実に捉えることとしてもよ
い。

【００２８】次に、装置の運転例を順を追って説明す
る。まず、初期状態ではサンプル液容器１２、シース液
タンク１３にはサンプル液２１、シース液２３が入って
おらず、ポンプ５１Ａ、５２Ａを含む全流路は空である
とする。ただし、シース液タンク１３入口側のバルブ１
３２より上流側の流路は上水で満たされているとする。
また、各バルブは閉止、各ポンプは停止しているとす
る。この状態から、まず流体系の初期化を行う。図示し
ないコンピュータなどの制御手段により、シース液タン
ク１３入口側のバルブ１３２、およびモーノポンプ５２
Ａの空気抜き用のバルブ５２１を開放状態にする。これ
により上水がフィルタ１３３、バルブ１３２を通ってシ
ース液２３としてシース液タンク１３に流入する。シー
ス液２３の流入によりタンク１３の水位が上昇する。タ
ンク１３内の水位が水位センサ１３６のレベルまで達す
ると、水位センサ１３６から信号が制御手段に送出され
る。この信号を受けた制御手段はバルブ１３２を閉止す
る。なお、タンク１３内の水位は、水位センサ１３７に
より下限が、また水位センサ１３６により上限が設定さ
れ、水位センサ１３７、１３６の信号でバルブ１３２を
開閉することにより、タンク１３にシース液２３が補給
されて所定範囲の水位が保たれる。

【００２９】次に、制御手段はギアポンプ５１Ａを起動
し、タンク１３からシース液２３を吸引して、フローセ
ル３からモーノポンプ５２Ａ方向に流す。モーノポンプ
５２Ａの吐出口５２８はロータ５２３により塞がれてい
るので、ケーシング５２５内の空気は空気抜き用のパイ
プ４９２からバルブ５２１を通って抜けてゆく。パイプ
２９２内の水位が水位センサ５２２まで達すると、水位
センサ５２２から信号が制御手段に発せられ、制御手段
はバルブ５２１を閉止する。なお、空気抜き用のパイプ
４９２にポンプ（例えばしごきポンプ）を設け、空気を
吸引してもよいことは言うまでもない。次に、制御手段
はフローセル３内の空気抜き用のバルブ７４を開放す
る。これによりシース液２３がフローセル３を満たし、
空気抜き用のパイプ４９１に侵入してゆく。パイプ４９
１側ではバルブ７４の下流側の水位センサ８３まで水位
が達した時に、水位センサ８３から制御手段に信号が発
せられる。この信号を受けた制御手段はバルブ７４を閉
止する。このとき、シース液２３は、サンプル液容器１
２下端のノズル１１の内部に侵入し、パイプ４９１内の
水位とほぼ同じ位置になる。この状態で一旦、ギアポン
プ５１Ａを停止する。なお、パイプ４９１にポンプ（例
えばしごきポンプ）を設け空気を吸引してもよいことは
言うまでもない。次に、サンプル液容器１２にサンプル
液２１を供給する。この状態から測定を開始する。測定
開始と同時に、ギアポンプ５１Ａの流量Ｑ１とモーノポ
ンプ５２Ａの流量Ｑ２を、Ｑ１＜Ｑ２となるようにする。このとき、サンプル液２１の流量Ｑ
ｓは、Ｑｓ＝Ｑ２−Ｑ１となり、サンプル液２１がフローセル３内に吸い込まれ
ガラス管３１に流れて、粒子検出部、粒子撮像部で観測
される。

【００３０】この実施の形態１の装置によれば、サンプ
ル液容器１２はサンプル液２１の取り入れ側が開放して
いるので、サンプル液２１を連続して供給でき、長時間
の連続測定が可能になる。また、サンプル液２１の供給
が容易でサンプルの供給方法も他の容器からの継ぎ足し
やポンプによる供給など多様化する。また、サンプル液
２１の流れる流路が短く、直線状であるのでサンプル液
２１に含まれる固形物などによる閉塞が少なくなる。ま
た、モーノポンプ５２Ａによりシース液２３、サンプル
液２１の混合した液体を排出するので、サンプル液２１
に含まれる粒子によるポンプの詰まりがなくなる。

【００３１】本発明の実施の形態２の粒子分析装置を図
２に示す。なお、本実施の形態及び後述する各実施の形
態では、粒子の検出手段および撮像手段は上記実施の形
態１と同様であるので、これらについては図示および説
明を省略する。

【００３２】実施の形態２では、実施の形態１で用いた
正回転使用のモーノポンプ５２Ａの代わりに逆回転使用
のモーノポンプ５２Ｂを用いる。モーノポンプ５２Ｂ
は、モーノポンプ５２Ａの回転方向または、ロータ５２
３、ステータ５２４のねじ形状を逆方向とすることによ
り、モーノポンプ５２Ａの吸い込み側と、吐出側を逆転
させたものである。また、ロータ５２３中心軸を鉛直方
向とし、フローセル３と直線状に並べる。また、シース
液の供給側のポンプをフローセル３の下流側のポンプと
同一種のものとする。本実施の形態ではモーノポンプ５
２Ａを使用する。モーノポンプ５２Ａは正回転使用で、
パイプ４８を介してシース液タンク１３に接続し、吸入
口５２９からシース液を吸引し、吐出口５２８からパイ
プ４０を介してフローセル３にシース液２３を供給す
る。サンプル液２１の流量Ｑｓは、モーノポンプ５１
Ｂ、５１Ａの流量をそれぞれＱ１、Ｑ２とすると、実施
の形態１と同様に、Ｑｓ＝Ｑ２−Ｑ１となる。ポンプの流量は通常、温度変化や通過する液体
の粘性などの使用条件により変化するが、ポンプの種
類、構造により変化の程度は一定ではない。本実施の形
態では２つのポンプを同一種とすることにより使用条件
による流量変化がほぼ同一となり、上式の関係からサン
プル液の流量変化はキャンセルしてごく小さなものとな
る。

【００３３】実施の形態２の構成によれば、モータの吸
い込み側からフローセル３までの流路の体積が小さく曲
がりが少なくなるので、サンプル液２１に含まれる不溶
成分が装置内に溜まりにくくなる。さらに、流路内の空
気はフローセル３に上昇する、またはモーノポンプ５２
Ｂに吸入されるため空気抜き用のパイプ、バルブ（実施
の形態１におけるパイプ４９２、バルブ５２１）が不要
になる。また、吸い込み側のデッドボリュームが小さく
なり装置の初期設定が速やかにできる。また、ポンプが
同一種なので使用条件の変化が生じてもサンプル液流量
の変化が小さくフローセル３内のサンプル液流量が一定
するので時間当たりに流れるサンプル量を一定にでき、
サンプル液体積あたりの粒子数を正確に求めることがで
きる。

【００３４】本発明の実施の形態３の粒子分析装置を図
３に示す。本実施の形態３の装置は、実施の形態１にお
けるモーノポンプ５２Ａをギアポンプ５２Ｃに置き換え
たものである。ギアポンプはギアの歯とケーシングの間
に液を閉じこめギアの回転により液を入口から出口に導
くものである。ギアポンプは、通常、モーノポンプに比
較して消費電力、サイズが小さいが、ギアポンプを通過
する粒子サイズがモーノポンプに比較して小さいので、
サンプル液２１に含まれる不溶物のサイズが通過可能な
粒子サイズより大きなものを含む場合は上流側にフィル
タ５３を挿入し不溶物を除去する。本実施の形態によれ
ば装置が小形、低消費電力となる。

【００３５】本発明の実施の形態４の粒子分析装置を図
４に示す。この実施の形態４では、実施の形態３におい
てフローセル３下流のフィルタ５３に代えてトラップ５
３１を設け、ギアポンプ５２Ｃ上流側で液中に含まれる
不溶成分を除去する。トラップ５３１は上下に開口部を
有する中空体で液中に含まれる水と異なる比重を持つ不
溶物のうちサイズの大きなものや比較的比重の大きいも
の小さいものを除去するものである。トラップ５３１の
上下にはバルブ５６、バルブ５７が設置されている。バ
ルブ５６の入口はパイプ５５を介してシース液タンク１
３に連結している。粒子計測時にはバルブ５６、バルブ
５７が閉止している。トラップ５３１には徐々に不溶物
が溜まってくるので、適宜洗浄を行う。洗浄時はバルブ
５６、バルブ５７を開放する。これによりタンク１３内
の清澄なシース液２３がパイプ５５を通じバルブ５６を
経てトラップ５３１に入り、それからバルブ５７を経由
し排水管などに排出される。このとき、トラップ５３１
内に溜まった不溶物は押し流されトラップ５３１内が洗
浄される。なお、パイプ５５を介する洗浄用の清澄な液
体は、水道などの他の供給源から直接供給されてもよい
ことは言うまでもない。また、トラップ５３１の下流側
のパイプ４４にフィルタを設けてさらに不溶物を除いて
もよいことは言うまでもない。

【００３６】実施の形態４によれば、ギアポンプ５２Ｃ
を通過しない大きな粒子を予めトラップ５３１により多
く捉えることができるので、フィルタやギアポンプの閉
塞が少なくなる。

【００３７】本発明の実施の形態５の粒子分析装置を図
５に示す。この実施の形態では、図１に示すモーノポン
プ５２Ａの代わりにギアポンプ５２Ｃを用い、フローセ
ル３から出たシース液２３とサンプル液２１の混合液
を、フィルタ５３でフィルタリングし、サンプル液２３
に含まれる粒子や色素を除去し、シース液２３として再
循環させる。このため、シース液タンク１３から流出し
たシース液２３は、バルブ７１、７２、ギアポンプ５１
Ａ、フローセル３およびフィルタ５３を経て、ギアポン
プ５２Ｃの入口側で分岐するパイプ４５からバルブ７３
を通り、バルブ７２の入口側に合流する。このようにシ
ース液２３が循環しているため、シース液２３の流量は
ギアポンプ５１Ａの流量Ｑ１に一致する。また、サンプ
ル液容器１２下端のノズル１１から供給されるサンプル
液２１の流量は下流側に設置したギアポンプ５２Ｃの流
量Ｑ２と一致する。

【００３８】次に、実施の形態５の装置の運転例を説明
する。まず、初期状態ではサンプル液容器１２、シース
液タンク１３にはサンプル液２１、シース液２３が入っ
ておらず、ギアポンプ５１Ａ、５２Ｃを含む全流路は空
である。ただし、シース液タンク１３入口のバルブ１３
２より上流側の流路は上水で満たされている。また、各
流路のバルブは閉止、ポンプは停止している。この状態
から、まず流体系の初期化を行う。図示しないコンピュ
ータなどの制御手段により、バルブ１３２を開放状態と
する。これによりバルブ１３２から上水２３１がフィル
タ１３３を通って微細な夾雑物が除去され、シース液２
３となってシース液タンク１３に流入する。シース液２
３の流入によりシース液タンク１３の水位が上昇する。
シース液タンク１３内の水位が水位センサ１３６のレベ
ルまで達すると、水位センサ１３６から信号が制御手段
に送出される。この信号を受けた制御手段はバルブ１３
２を閉止する（なお、シース液タンク１３内の水位は、
水位センサ１３７により下限が、また水位センサ１３６
により上限が設定され、水位センサ１３７、１３６の信
号でバルブ１３２を開閉することにより、タンク１３に
シース液２３が補給され所定水位が維持される）。

【００３９】それから、制御手段はタンク１３出口のバ
ルブ７１、７２と、フローセル３の空気抜き用のバルブ
７４とを開放し、ポンプ５１Ａを起動してシース液２３
をパイプ４８からパイプ４７、パイプ４０を通ってフロ
ーセル３内に送り込む。フローセル３内に入ったシース
液２３はポンプ５２が起動していないので、空気抜き用
のパイプ４９１側に流れ、バルブ７４を通って液面が水
位センサ８３まで達する。このとき水位センサ８３から
信号が制御手段に発せられ、これをもとに制御手段はバ
ルブ７４を閉止し、ギアポンプ５２Ｃを起動する。この
ときポンプ５１Ａとポンプ５２Ｃの流量を一致させ、パ
イプ４１やフィルタ５３、パイプ４４に存在する空気を
ギアポンプ５２Ｃ吐出側のパイプ４６側から排出する。
これらの流路がシース液２３で満たされる様に十分にシ
ース液２３を流した後、シース液循環流路のバルブ７
３、７２とフローセル３の空気抜き用のバルブ７４を開
放し、シース液タンク１３出口のバルブ７１を閉止し、
ポンプ５２Ｃを停止することにより、シース液循環流路
のパイプ４５内の空気をパイプ４７、パイプ４０からフ
ローセル３の空気抜き用パイプ４９１を通って排出す
る。パイプ４９１内の水位が水位センサ８３のレベルま
で回復すると、制御手段はポンプ５１Ａを停止し、フロ
ーセル３の空気抜き用のバルブ７４、シース液タンク１
３出口のバルブ７１を閉止し、シース液循環流路のバル
ブ７２、７３を開放する。以上で初期設定が完了する。

【００４０】測定時は、この状態で、ギアポンプ５１Ａ
とギアポンプ５２Ｃを起動する。このときのポンプ５１
Ａの流量Ｑ１はシース液２３の流量に一致し、ポンプ５
２Ｃの流量Ｑ２はサンプル液２１の流量に一致する。こ
の状態でシース液２３は循環しており、シース液タンク
１３からの供給はない。時間が経過し、循環しているシ
ース液２３がサンプル液２１により汚れてきた場合は、
バルブ７３を閉止し、ポンプ５１Ａとポンプ５２Ｃの流
量を一致させて運転することにより新鮮なシース液２３
を供給し循環路内のシース液を新しくすることができ
る。実施の形態５の装置によれば、シース液を循環再利
用するのでシース液が節約できる。

【００４１】本発明の実施の形態６の粒子分析装置を図
６に示す。実施の形態６の装置は、図１に示す実施の形
態１におけるギアポンプ５１Ａ、モーノポンプ５２Ａを
それぞれシリンジポンプ５１Ｂ，５２Ｄにより置き換え
たもので、シリンジポンプ５１Ｂの入口、出口にそれぞ
れバルブ７５、７６を設け、シリンジポンプ５２Ｄの入
口、出口にそれぞれバルブ７７、７８を設ける。計測時
は、まずシリンジポンプ５１Ｂ入口のバルブ７５とシリ
ンジポンプ５２Ｄ出口のバルブ７８とを開放し、バルブ
７６、バルブ７７を閉止し、ポンプ５１Ｂはシース液２
３の吸引、ポンプ５２Ｄはバルブ７８を通して排水の吐
出を行う。次に、バルブ７５、バルブ７８を閉止し、シ
リンジポンプ５１Ｂ出口のバルブ７６、シリンジポンプ
５２Ｄ入口のバルブ７７を開放して、シリンジポンプ５
１Ｂを吐出、シリンジポンプ５２Ｄを吸引する。このと
きの吐出、吸引量の差がノズル１１からのサンプル液２
１の流入量となる。

【００４２】実施の形態６の装置によれば、シリンジポ
ンプを用いるので計測するサンプル液の量を正確に決め
ることができる。

【００４３】本発明の実施の形態７の粒子分析装置を図
７に示す。通常、モーノポンプ５２Ｂやギアポンプ５１
Ａ自体の流量は駆動用のモータの回転数に比例して増減
するから、モータの回転数をモータに設けたエンコーダ
などの回転検知機構により検知し回転数を調整すること
により流量を設定する。しかしながら、モータの回転変
動以外の要因による流量変動は補正できないので、各ポ
ンプにそれぞれの流量範囲をカバーする流量センサを設
置し、それぞれ流量を計測して二つのポンプの流量差か
らサンプル流量（Ｑｓ＝Ｑ1−Ｑ2）を求めることが考え
られる。ところが、二つのポンプの流量差が二つのポン
プそれぞれの流量に対して小さくなってくると、二つの
ポンプの流量自体を測定しても、流量センサの測定分解
能が大きくて流量差を正確に捉えられなくなる。そこ
で、実施の形態７の装置では、サンプル液容器１２から
延びるノズル１１に各ポンプの流量範囲よりもかなり狭
い範囲のサンプル液の流量範囲をカバーする流量センサ
４９５を設け、流量センサ４９５によりノズル１１から
フローセル３内に吸入されるサンプル液２１の流量を直
接計測する。

【００４４】実施の形態７の装置によれば、サンプル液
の流量を流量センサにより直接計測し各ポンプの流量を
制御するので、サンプル液の流量を安定させることがで
きる。また、流量を細かく設定できる。

【００４５】本発明の実施の形態８の粒子分析装置を図
８に示す。上記実施の形態７の装置は、サンプル液の流
量を流量センサにより直接計測し、その計測値が所定の
値になるように各ポンプを制御するようにしたが、サン
プル液に混在する粒子が流量センサに詰まって、サンプ
ル液の流量と各ポンプの流量との関係が乱れるおそれが
ある。そこで、実施の形態８の装置では、実施の形態７
におけるサンプル液容器１２、流量センサ４９５及びノ
ズル１１からなる流路のダミーを別に設け、サンプル液
の代わりに清澄な液あるいはシース液を流して流量セン
サによりその流量を測定し、各レベルの流量に対応する
各ポンプの回転数を予め求めるようにした。実際にサン
プル液容器１２からサンプル液を流す時には、予め求め
た各ポンプの回転数を用いることになる。なお、実施の
形態７の装置においてサンプル液容器１２の下流に設置
した流量センサ４９５は不要になり、この流量センサ４
９５を実施の形態８の装置のダミーの流路に用いる。

【００４６】実施の形態８の装置では、上記ダミーの流
路として、フローセル３上部の分岐点４９０に先端を接
続するパイプ４９９を設け、パイプ４９９に開閉バルブ
１１４、流量センサ４９５を設け、パイプ４９９の末端
に容器４９４を設ける。容器４９４にはシース液容器１
３または図示しない他の容器からシース液２３（清澄な
液体であればシース液でなくともよい）をパイプ４９７
を通してポンプ４９８により供給する。容器に入ってい
るシース液２３の量は、水位センサ４９６によりチェッ
クし水位が下がったときは、ポンプ４９８により補給す
る。また、パイプ４９７を図８のように２本とし、シー
ス液を環流することにより水位を一定に保ってもよい。
なお、前述のポンプ４９８、パイプ４９７による還流部
がなく、人手により容器４９４に清澄な液をシース液と
して供給してもよいことは言うまでもない。

【００４７】また、パイプ４９９の先端をフローセル３
の上部に接続する代わりに、シース液容器１３下流のノ
ズル１１に分岐点を設け、ここにパイプ４９９の先端を
接続し、容器４９４からノズル１１を通じてシース液を
流して、容器４９４出口に設けた流量センサで流量を測
定してもよい。あるいはパイプ４９９の先端を、シース
液タンク１３出口側のギアポンプ５１Ａからフローセル
を経由してモーノポンプ５２Ｂに至る流路のどこかに接
続してもよい。ただし、ノズルに分岐点を設けパイプ４
９９と接続する場合は、ノズル１１で分岐点より上流側
の部位に開閉バルブ１１１を設ける。

【００４８】図８に示す構成の装置において、サンプル
流量を測定するときは、パイプ４９９上のバルブ１１４
を開き、ノズル１１に設置したバルブ１１１を閉め、容
器４９４からパイプ４９９を通してシース液２３をフロ
ーセル３内に吸引する。このとき、パイプ４９９に設置
した流量センサ４９５によりサンプル流量に相当する流
量を計測する。サンプル計測時には、サンプル液２１が
ノズル１１から吸入されるようにバルブ１１１を開き、
バルブ１１４を閉じる。

【００４９】実施の形態８の装置には、その他、バルブ
１１１とサンプル液容器１２の間にノズル１１とサンプ
ル液容器１２をつなぐコネクタ１１２およびサンプル液
２１漏出防止用閉止バルブとしてのコック１１３を設け
ている。サンプル液容器１２はコネクタ１１２部分でノ
ズル１１と切り放せるようにしておく。サンプル液容器
１２を脱着するときはコック１１３を閉じてサンプル液
２１がサンプル液容器１２から漏出するのを防ぐ。

【００５０】また、サンプル液容器１２内のサンプル液
２１の温度を計測する温度センサ６９２とサンプル液を
加熱または冷却する温度調節器６９５を設置する。さら
に、サンプル液容器１２内のサンプル液２１を撹拌する
撹拌機構１２３を設ける。一方、シース液容器１３内に
シース液２３の温度を計測する温度センサ６９１とシー
ス液２３を加熱または冷却する温度調節器６９８を設置
する。さらに、シース液容器１３内のシース液２３を撹
拌する撹拌機構１３８を設ける。また、ギアポンプ５１
Ａの温度を計測する温度センサ６９４を設置する。ま
た、ギアポンプ５１Ａにギアポンプ５１Ａを加熱または
冷却する温度調節器６９７を設置する。また、モーノポ
ンプ５２Ｂのステータ５２４の温度を計測する温度セン
サ６９３を設置する。また、ステータ５２４の外周にス
テータ５２４を加熱または冷却する温度調節器６９６を
設置する。シース液２３、サンプル液２１、ステータ５
２４の温度はそれぞれ温度センサ６９１、６９２、６９
３の信号により温度調節器６９８、６９５、６９６を制
御して一定に保つ。なお、各ポンプの温度−流量特性を
事前に測定しテーブルとして持つことにより、温度調節
器無しに温度センサからのデータのみでサンプル液の流
量を制御してもよいことは言うまでもない。

【００５１】実施の形態８によれば、シース液、サンプ
ル液の温度を一定にできノズル、フローセル内での液体
の温度変化を小さくできるので、温度による流れの変動
を小さくできる。また、シース液の温度、ギアポンプの
温度を一定にできるので、ギアポンプの周囲の温度変化
によるギアポンプ流量の温度ドリフトを防止できる。ま
た、シース液の温度、サンプル液の温度、モーノポンプ
のステータの温度を一定にできるのでモーノポンプの周
囲の温度変化によるモーノポンプ流量の温度ドリフトを
防止できる。また、流量センサ４９５用の容器４９４内
の液体の温度を計測、制御する温度センサ、温度調節器
（図示しない）を設けて、容器４９４内の温度を一定に
保ことにより、温度による流量センサのドリフトを防止
できる。

【００５２】以上述べた各実施の形態におけるサンプル
液は、まずプランクトンなどの微生物を含む液体を対象
としたが、本方式では、粒子を含むもの例えば血液や
尿、細胞培養液などを含む液体を対象としてもよい。ま
た汚泥や食品などのスラリー状の液体を対象としてもよ
い。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、サンプル液の容器上部
が開放しているので、サンプル液の供給が容易で、サン
プルの供給方法も他の容器からの継ぎ足しやポンプによ
る供給など多様化でき、サンプル液中の粒子を長時間連
続測定でき、またフローセル下流に第二のポンプを設け
たので、フローセルに流入させるサンプル液の供給が脈
動もなく安定して行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の粒子分析装置の構成図
である。

【図２】本発明の実施の形態２の粒子分析装置の構成図
である。

【図３】本発明の実施の形態３の粒子分析装置の構成図
である。

【図４】本発明の実施の形態４の粒子分析装置の構成図
である。

【図５】本発明の実施の形態５の粒子分析装置の構成図
である。

【図６】本発明の実施の形態６の粒子分析装置の構成図
である。

【図７】本発明の実施の形態７の粒子分析装置の構成図
である。

【図８】本発明の実施の形態８の粒子分析装置の構成図
である。

【符号の説明】

３フローセル１１ノズル１２サンプル液容器１３シース液タ
ンク２１サンプル液２３シース液３１ガラス管５１Ａギアポンプ５１Ｂシリンジ
ポンプ５２Ａモーノポンプ（正回転）５２Ｂモーノポ
ンプ（逆回転）５２Ｃギアポンプ５２Ｄシリンジ
ポンプ５６、５７バルブ６３ＴＶカメラ６６パルスランプ７１、７２、７
３、７４バルブ８３水位センサ１１１開閉バル
ブ１１２コネクタ１１３コック１１４開閉バルブ１２１排水受け１２３撹拌機構１３２バルブ１３３フィルタ１３６、１３７
水位センサ１３８撹拌機構４９０分岐点４９４容器(清澄水／シース液) ４９５流量セン
サ５２１バルブ５２２水位セン
サ５２３ロータ５２４ステータ５２５ケーシング５２６排水管５２７モータ５２８吐出口５２９吸入口５３１トラップ６０１本体６０２投光部６０３受光部６９１、６９２、６９３、６９４温度センサ６９５、６９６、６９７、６９８温度調節器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】分析すべき粒子を含むサンプル液を貯留
し底部に下方に延びるノズルを有する容器と、ノズルの
先端部が挿入されたフローセルと、ノズルから流入した
サンプル液流を囲って流すシース液をフローセルに注入
する第一のポンプと、該第一のポンプの吸入口に配管接
続しシース液を貯留するタンクと、フローセルの下流部
を構成する透明な管路を流れるシース液に囲まれたサン
プル液中の粒子を撮像する手段と、を備えた粒子分析装
置において、サンプル液を貯留する容器の上部が大気に開放され、か
つフローセルの透明な管路の下流にフローセル内の液体
を吸引する第二のポンプを設けたことを特徴とする粒子
分析装置。
【請求項２】第一のポンプとしてギアポンプを、第二
のポンプとしてモーノポンプを用いたことを特徴とする
請求項１記載の粒子分析装置。
【請求項３】第一のポンプと第二のポンプを同一種の
ポンプとしたことを特徴とする請求項１記載の粒子分析
装置。
【請求項４】第二のポンプとしてモーノポンプを用い
かつ該モーノポンプのロータを駆動するモータに近い側
のポンプ室に通じる開口部を吐出側としモータから遠い
側のロータの先端側の開口部を吸入側とし、吸入側の開
口部をフローセルの下流側に接続したことを特徴とする
請求項１記載の粒子分析装置。
【請求項５】第二のポンプとしてギアポンプを用いた
ことを特徴とする請求項１に記載の粒子分析装置。
【請求項６】第二のポンプの吸入口側に粒子を捕捉す
る機構を設けたことを特徴とする請求項５記載の粒子分
析装置。
【請求項７】タンクに上水を濾過してなるシース液を
貯留することを特徴とする請求項１ないし６いずれかに
記載の粒子分析装置。
【請求項８】分析すべき粒子を含むサンプル液を貯留
し底部に下方に延びるノズルを有する容器と、ノズルの
先端部が挿入されたフローセルと、ノズルから流入した
サンプル液流を囲って流すシース液をフローセルに注入
する第一のポンプと、該第一のポンプ吸入口に配管接続
しシース液を貯留するタンクと、フローセルの下流側を
構成する透明な管路を流れるシース液に囲まれたサンプ
ル液中の粒子を撮像する撮像手段と、を備えた粒子分析
装置において、サンプル液を貯留する容器の上部が大気に開放され、か
つフローセルの透明な管路の下流にサンプル液中の粒子
を捕捉する機構とフローセル内の液体を吸引する第二の
ポンプとを配管を通じて順次に設け、そして第二のポン
プの吸入口側から分岐し第一のポンプの吸入口側に一つ
のバルブを介して接続する戻し配管を設け、さらにタン
クの出口側に別のバルブを設けたことを特徴とする粒子
分析装置。
【請求項９】分析すべき粒子を含むサンプル液を貯留
し底部に下方に延びるノズルを有する容器と、ノズルの
先端部が挿入されたフローセルと、ノズルから流入した
サンプル液流を囲って流すシース液をフローセルに注入
する第一のポンプと、該第一のポンプ吸入口に配管接続
しシース液を貯留するタンクと、フローセルの下流側を
構成する透明な管路を流れるシース液に囲まれたサンプ
ル液中の粒子を撮像する撮像手段と、を備えた粒子分析
装置において、サンプル液を貯留する容器の上部が大気に開放され、第
一のポンプとしてシリンジポンプを用い、かつフローセ
ルの透明な管路の下流にフローセル内の液体を吸引する
第二のポンプとしてシリンジポンプを設け、各シリンジ
ポンプの入口および出口それぞれにバルブを設けたこと
を特徴とする粒子分析装置。
【請求項１０】タンクに上水を濾過してなるシース液
を貯留することを特徴とする請求項９記載の粒子分析装
置。
【請求項１１】ノズルにサンプル液の流量を計測する
流量センサを設けたことを特徴とする請求項１から１０
のいずれかに記載の粒子分析装置。
【請求項１２】フローセルまたはノズルに分岐点を設
け、該分岐点に開閉バルブ及び流量センサを介し、清澄
な水を貯える容器を配管接続し、かつサンプル液の容器
出口に開閉バルブを設けたことを特徴とする請求項１か
ら１０のいずれかに記載の粒子分析装置。
【請求項１３】サンプル容器近傍のノズル部位に、下
流に向かって順次に閉止バルブ及びコネクタを設けたこ
とを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の粒
子分析装置。
【請求項１４】サンプル液の温度を計測する温度セン
サと、シース液の温度を計測する温度センサと、第一の
ポンプの温度を計測する温度センサと、第二のポンプの
温度を計測する温度センサとを設置したことを特徴とす
る請求項１から１３のいずれかに記載の粒子分析装置。
【請求項１５】サンプル液の温度を計測する温度セン
サと、サンプル液を加熱または冷却する温度調節器と、
サンプル液容器内のサンプル液を撹拌する撹拌機構と、
シース液の温度を計測する温度センサと、シース液を加
熱または冷却する温度調節器と、シース液容器内のシー
ス液を撹拌する撹拌機構と、第一のポンプの温度を計測
する温度センサと、第一のポンプを加熱または冷却する
温度調節器と、第二のポンプの温度を計測する温度セン
サと、第二のポンプを加熱または冷却する温度調節器と
を設置したことを特徴とする請求項１から１３のいずれ
かに記載の粒子分析装置。