JPH10300651A

JPH10300651A - 化学分析装置

Info

Publication number: JPH10300651A
Application number: JP9107588A
Authority: JP
Inventors: Akira Miyake; 亮三宅; Koichi Tsuzuki; 浩一都筑; Hiroshi Mimaki; 弘三巻; Susumu Kai; 奨甲斐; Kazumitsu Kawase; 一光川瀬
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-04-24
Filing date: 1997-04-24
Publication date: 1998-11-13
Anticipated expiration: 2017-04-24
Also published as: JP3944660B2

Abstract

(57)【要約】【課題】被分析液に接触することなく撹拌、混合を常
に安定して均一に行なうことが出来、且つ分析装置毎の
撹拌、混合の性能バラツキを少なくする。【解決手段】希釈容器１１に供給された被分析液を分
析する化学分析装置１において、希釈容器１１の底の壁
体１１ａを介して、被分析液に音波をあてて撹拌、混合
する圧電素子１２及び圧電素子ドライバ１３を備え、希
釈容器の壁体の厚さｂは、壁体１１ａを伝搬する音波の
（（１／２）ｎ＋１／１６）λと（（１／２）ｎ＋７／
１６）λ（但し、ｎ＝０、１、２…、λ：音波伝達媒体
中の音波波長）の範囲に入る値に設定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、生体液や水等の被
分析液の成分分析を行なう化学分析装置に係り、特に化
学分析装置における被分析液の撹拌、混合に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、生体液や水等の被分析液の成分分
析を行なう化学分析装置としては、米国特許第４，４５
１，４３３号明細書に記載の化学分析装置がある。この
装置は、血液中の淡泊、尿中の成分などを分析・定量す
るための比色測定部と、血液中のイオンを分析するイオ
ン分析部とから成る装置で、一時間に数百テストから、
大形の装置になると９０００テスト以上の処理速度を持
つ。

【０００３】図９は、従来技術に係る化学分析装置１０
の１例を示す系統図である。この図に示すように、従来
のイオン分析部は、主に希釈容器１１及び希釈容器１１
にサンプル３８を供給するための自動サンプル供給機構
(図中サンプル供給ピペッタ２１、サンプルシリンジポ
ンプ２２、洗浄液タンク２５から洗浄液２６を供給する
洗浄液供給ポンプ２３、洗浄液制御バルブ２４)、希釈
液タンク３５から希釈液３６を供給するための自動希釈
液供給機構(図中希釈液吐出ノズル３１、希釈液シリン
ジポンプ３２、希釈液供給ポンプ３３、希釈液制御バル
ブ３４)、希釈されたサンプルのイオン濃度を計測する
ためのイオン検知器４２、これらの動作を制御するため
の制御駆動部５１からなる。サンプルを希釈混合するた
めの機構は特に設けられておらず、希釈液吐出ノズル３
１の水流によって希釈容器１１内に流れを発生させて行
なう。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の化学分
析装置１０は、希釈ムラを低減し、高精度な分析を行な
うために希釈液の吐出ノズル３１の位置・方向を調整し
て、最適な水流を発生させるようにしているが、装置毎
に微妙な調整が必要なこと、メンテナンス時にノズルの
位置・方向が狂い易く、この調整が難しい等の問題点が
あった。一方これらの問題を解決するために強制的に撹
拌棒等を希釈容器１１内に挿入して撹拌するものもある
が、キャリーオーバを避けるためにテスト毎に撹拌棒を
洗浄する必要があり、そのための余分な時間及び余分な
洗浄液２６が必要になるという問題点があった。

【０００５】本発明の課題は、反応容器内の被分析液に
接触することなく、該被分析液の撹拌、混合を常に安定
して均一に行なうことが出来、且つ分析装置毎の撹拌、
混合の性能バラツキの少ないことである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、反応容器に供給された被分析液を分析する化
学分析装置において、音波を伝達する音波伝達媒体を介
して、前記被分析液に音波をあてて撹拌、混合する音波
発生手段を備え、前記音波伝達媒体の音波伝達方向の厚
さは、該音波伝達媒体中を伝搬する音波の半波長の整数
倍の値を避けた値である。音波をあてて被分析液に流れ
を発生させ、撹拌、混合するので、反応容器内の被分析
液に接触することがなく、精度の高い分析が出来る。

【０００７】更に、音波伝達媒体の厚さを音波の半波長
の整数倍の値を避けた値とすることによって、本来音波
の半波長の整数倍の値で最大の透過率を示し、且つ音波
伝達媒体の音波伝達方向の厚さの少しの変化で透過する
音波エネルギーの大きな変化を受けずに済み、音波エネ
ルギーの伝達量が比較的一定で安定し、被分析液の撹
拌、混合を常に安定して均一に行なうことが出来、且つ
分析装置毎の撹拌、混合の性能バラツキを小さく出来
る。

【０００８】ここで、音波発生手段の発生する音波とし
ては、その振動速度が（１／１０⁴）ｍ／ｓ以上のもの
である。この値以上であれば音波エネルギー的に反応容
器中の被分析液を十分に撹拌、混合することが可能であ
る。更に、音波発生手段の音波として、超音波を利用す
ることも出来る。この場合、使用する超音波の振動数ｆ
とその波長λの積は、上記振動速度（１／１０⁴）ｍ／
ｓと同じか、これより大きくなるように設定する。

【０００９】又、反応容器に供給された被分析液を分析
する化学分析装置において、音波を伝達する音波伝達媒
体を介して、前記被分析液に音波をあてて撹拌、混合す
る音波発生手段を備え、前記音波伝達媒体は、前記反応
容器の壁体であって、該壁体の厚さは、該壁体中を伝搬
する音波波長の半波長から一波長の間の値の整数倍に設
定されたことである。

【００１０】上記化学分析装置は、先の化学分析装置の
作用と同様に、音波をあてて被分析液に流れを発生さ
せ、撹拌、混合するので、反応容器内の被分析液に接触
することがなく、精度の高い分析が出来る。反応容器の
壁体を音波伝達媒体とすることにより、分析装置の構造
が単純化される。そして、壁体の厚さは、音波波長の半
波長から一波長の間の値の整数倍に設定されているの
で、音波エネルギーの伝達量が比較的一定で安定し、被
分析液の撹拌、混合を常に安定して均一に行なうことが
出来、且つ分析装置毎の撹拌、混合の性能バラツキを小
さく出来る。

【００１１】又、反応容器に供給された被分析液を分析
する化学分析装置において、音波を伝達する音波伝達媒
体を介して、前記被分析液に音波をあてて撹拌、混合す
る音波発生手段を備え、前記音波伝達媒体は、前記反応
容器の壁体であって、該壁体の厚さは、該壁体中を伝搬
する音波の（（１／２）ｎ＋１／１６）λと（（１／
２）ｎ＋７／１６）λ（但し、ｎ＝０、１、２…、λ：
音波伝達媒体中の音波波長）の範囲に入る値に設定され
たことである。

【００１２】上記化学分析装置は、先のいずれかの化学
分析装置と同様に、音波をあてて該被分析液に流れを発
生させ、撹拌、混合するので、反応容器内の被分析液に
接触することがなく、精度の高い分析が出来る。反応容
器の壁体を音波伝達媒体とすることにより、分析装置の
構造が単純化される。壁体の厚さは、上記範囲に入る値
に設定されているので、音波エネルギーの伝達量が比較
的一定で安定し、被分析液の撹拌、混合を常に安定して
均一に行なうことが出来、且つ分析装置毎の撹拌、混合
の性能バラツキを小さく出来る。

【００１３】本発明は、希釈容器外側の壁体の一部に接
触して設けられた音波発生手段によって発生した音波を
希釈容器内部の被分析液に照射するように構成した。こ
の音波は希釈容器の壁体を透過して内部の希釈液及びサ
ンプル（試料とも云う）を合わせた被分析液を撹拌、混
合するように作用する。容器内部の撹拌、混合の強さは
容器内部の音波エネルギーの強さに依存する。容器壁体
を透過してくる音波エネルギーの透過率は容器壁体の厚
さｂと、音波の容器伝達媒体中での波長λの関係で決ま
る。即ち、（１／２）ｎλ（但し、ｎは０、１、２・・
・）の厚さｂに設定した場合に最大の透過率を示す。

【００１４】しかしながら、この（１／２）ｎλ近傍で
の透過率の変化は激しく希釈容器壁体の厚さｂの少しの
寸法のバラツキで透過する音波エネルギーに大きな変化
を及ぼす。一方、音波エネルギーの透過率（出射エネル
ギー／入力エネルギー）が０．３を下回る（（１／２）
ｎ＋１／１６）λと（（１／２）ｎ＋７／１６）λ（但
し、ｎ＝０、１、２…、λ：音波伝達媒体中の音波波
長）の範囲では、透過率は穏やかな変化を示すため、寸
法誤差があっても比較的透過エネルギーのバラツキは少
ない。この範囲に音波発生手段に接触する容器壁体の厚
さｂを設定することで、撹拌、混合の装置毎のバラツキ
を抑えることが出来、微調整の手間を省くことが出来
る。

【００１５】更に、上記いずれかの化学分析装置におい
て、前記反応容器中の音波強度を検知する音波強度検知
手段と、該音波強度検知手段からの音波強度信号を受け
て前記音波発生手段の出力を制御する音波出力制御手段
とを備えたことである。音波強度検知手段と音波出力制
御手段とを備えたことにより、上記いずれかの化学分析
装置の作用に加え、反応容器中の音波強度を音波強度検
知手段により検知し、その強度を適正な値となるように
音波出力制御手段により音波発生手段の出力を制御する
ことが出来、音波伝達媒体の厚さのバラツキによる音波
エネルギーの変動を吸収し、反応容器内の被分析液の撹
拌、混合を常に安定して均一に行なうことが出来る。

【００１６】更に、上記音波強度検知手段と音波出力制
御手段とを備えた化学分析装置において、前記音波強度
検知手段は、圧力センサ又は温度センサである。音波強
度検知手段が圧力センサ又は温度センサであるものは、
上記音波強度検知手段と音波出力制御手段とを備えた化
学分析装置の作用に加え、簡便な検知機器により音波強
度を検知することが出来る。

【００１７】更に、上記いずれかの化学分析装置におい
て、前記反応容器と前記音波発生手段との間に一つ又は
二つ以上の別の音波伝達媒体を設け、該別の音波伝達媒
体の音波伝達方向の厚さは、該別の音波伝達媒体を伝搬
する音波の（（１／２）ｎ＋１／１６）λと（（１／
２）ｎ＋７／１６）λ（但し、ｎ＝０、１、２…、λ：
別の音波伝達媒体中の音波波長）の範囲に入る値に設定
されたことである。反応容器と音波発生手段との間に別
の音波伝達媒体を設けることにより、上記いずれかの化
学分析装置の作用に加え、反応容器の多様な条件に対応
して音波発生手段を備えることが出来、且つ音波エネル
ギーの大きさ自体を減衰させることも出来る。

【００１８】更に、上記いずれかの化学分析装置におい
て、前記音波発生手段の発生する音波周波数を調整する
周波数調整手段を備えたことである。周波数調整手段を
備えたことにより、上記いずれかの化学分析装置の作用
に加え、反応容器内の撹拌、混合の強さにバラツキの生
じないように調整することが出来る。

【００１９】更に、上記いずれかの化学分析装置におい
て、反応中又は反応を終了した前記被分析液を分析する
分析手段を備え、該分析手段は音波発生時を避けて分析
を行なうものである。音波発生時を避けて分析を行なう
分析手段を備えることにより、上記先のいずれかの化学
分析装置の作用に加え、上記化学分析装置と同様に音波
発生手段の音波発生時のノイズを取り除くことが出来、
化学分析装置の信頼性を向上させることが出来る。

【００２０】そして、上記いずれかの化学分析装置にお
いて、反応中又は反応を終了した前記被分析液を分析す
る分析手段を備え、該分析手段は音波発生時の分析デー
タを除いて演算するものである。音波発生時の分析デー
タを除いて演算する分析手段を備えることにより、上記
いずれかの化学分析装置の作用に加え、音波発生手段か
らのノイズを取り除くことが出来、化学分析装置の信頼
性を向上させることが出来る。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る化学分析装置
の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、第
１〜第８実施の形態の化学分析装置の説明において、同
一又は同等の構造、作用部分には同一符号を付け、第２
〜第８実施の形態の化学分析装置において説明した構
造、作用部分以外の部分で、第１実施の形態の化学分析
装置と同じ部分については、その説明を省略する。

【００２２】図１は、本発明に係る化学分析装置の第１
実施の形態を示す系統図、図２は、図１の被分析液の撹
拌、混合部分を示す拡大図である。第１実施の形態の化
学分析装置１は、生体液や水等のサンプル（試料とも云
う）３８と希釈液３６との混合した被分析液の成分分析
を行ない、非侵襲撹拌機構を有するイオン分析用のもの
である。そして、第１実施の形態の化学分析装置１は、
被分析液を保持する反応容器としての希釈容器１１と、
この希釈容器１１の上部開口部からサンプル３８を供給
するサンプル供給手段と、同じく希釈容器１１の上部開
口部から試薬又は希釈液を供給する試薬供給手段と、反
応中又は反応を終了した被分析液を分析する分析手段と
を備えている。

【００２３】サンプル供給手段は、希釈容器１１に対し
て、サンプル３８を供給するためのサンプル供給ピペッ
タ２１及びサンプル供給ピペッタ２１内の液の動作を司
るサンプルシリンジポンプ２２と、サンプルシリンジポ
ンプ２２に連結されている洗浄液供給ポンプ２３と、洗
浄液供給ポンプ２３とサンプルシリンジポンプ２２の間
に設けられている洗浄液制御バルブ２４と、洗浄液供給
ポンプ２３の入口と連結されて設けられ洗浄液２６を蓄
えている洗浄液タンク２５とを有する。

【００２４】試薬供給手段は、希釈容器１１に試薬又は
希釈液３６を供給するための希釈液吐出ノズル３１と、
希釈液の吐出を司る希釈液シリンジポンプ３２と、希釈
液シリンジポンプ３２と連結されており、希釈液３６を
供給するための希釈液供給ポンプ３３と、希釈液シリン
ジポンプ３２と希釈液供給ポンプ３３の間に設けられい
る希釈液制御バルブ３４と、希釈液供給ポンプ３３の入
口と連結され、希釈液３６を蓄えておくための希釈液タ
ンク３５とを有する。

【００２５】分析手段は、反応中又は反応を終了した被
分析液を吸引するためのサンプル吸引ノズル４１と、サ
ンプル吸引ノズル４１に連結されている被分析液中のイ
オン濃度を検出するためのイオン検出器４２と、イオン
検出器４２の出口に連結されており、被分析液を希釈容
器１１内から吸引するための検知用吸引ポンプ４３と、
分析、検査済みの分析液を蓄えておくための廃液ボトル
４４と、以上の各動作部と電気接続されており、動作を
制御するための制御駆動部５１とを有する。制御駆動部
５１は、上記サンプル供給手段、試薬供給手段及び後述
の音波発生手段の各動作部とも電気接続されており、動
作を制御する。

【００２６】更に、第１実施の形態の化学分析装置１
は、音波を伝達する音波伝達媒体としての希釈容器１１
の壁体、例えば底部の壁体１１ａを介して、希釈容器１
１に供給された被分析液に音波をあてて撹拌、混合する
音波発生手段を備え、壁体１１ａの音波伝達方向の厚さ
ｂは、壁体１１ａ中を伝搬する音波の半波長の整数倍の
値を避けた値である。音波発生手段としては、希釈容器
１１の底部壁体１１ａの下面に接着して設けられ、希釈
容器１１内の被分析液に音波（音響）直進流を発生させ
るために、その振動速度が（１／１０⁴）ｍ／ｓ以上の
音波を発生する圧電素子１２と、この圧電素子を駆動す
るために圧電素子１２と電気接続されている圧電素子ド
ライバ１３とが設けられている。

【００２７】更に、壁体の厚さｂは、壁体１１中を伝搬
する音波波長λの半波長から一波長の間の値の整数倍に
設定され、例えば、これを式で表すと、壁体の厚さｂ
は、壁体１１中を伝搬する音波の（（１／２）ｎ＋１／
１６）λと（（１／２）ｎ＋７／１６）λ（但し、ｎ＝
０、１、２…、λ：音波伝達媒体中の音波波長）の範囲
に入る値に設定される。

【００２８】以上の構成を有する第１実施の形態の化学
分析装置１は、以下のように動作する。先ずサンプル供
給ピペッタ２１が動作して、サンプル３８内にピペッタ
先端を浸す。その後サンプルシリンジポンプ２２が吸引
動作を開始してピペッタ中に所定のサンプルを吸入す
る。その後サンプル供給ピペッタ２１が希釈容器１１の
上部に移動し、サンプルシリンジポンプ２２が、今度は
吐出動作を行ってピペッタ中のサンプルを希釈容器１１
内に放出する。サンプルの放出と同時に希釈液シリンジ
ポンプ３２が吐出動作して、希釈液吐出ノズル３１より
希釈液３６を所定量吐出する。次に制御駆動部５１の信
号により圧電素子ドライバ１３が圧電素子１２を振動さ
せて音波を発生せしめる。

【００２９】図２に示すように、圧電素子１２からの音
波１６は音波伝達媒体（又は音波伝達媒質）としての壁
体１１ａ中を経て、被分析液中鉛直上方に放射される。
この液中での音波１５の伝搬に応じて、音響直進流と呼
ばれる流れが発生する。この定常流の発生要因として
は、文献「Ｐｈｙｓｉｃａｌａｃｏｕｓｔｉｃｓ」Ｐ
ａｇｅ２６５〜３３０に記載されているように、音
波が被分析液中に伝搬していく際に被分析液の粘性や体
積粘性の影響で音波の吸収が発生、この吸収によって伝
搬方向に音波のエネルギー差が生じて圧力勾配を生じる
ためと考えられている。

【００３０】希釈容器１１内の音波エネルギーの分布は
希釈容器底部各点からの放射エネルギーの積分で求める
ことが出来る。この第１実施の形態の場合、底部面全体
から音波が放射されるので、希釈容器１１中心軸上に最
も音波エネルギーが集まることになる。音波エネルギー
の相対強度に応じて流れが生じるが、この場合、中心軸
上で上昇流が発生し、音波エネルギーが小さい希釈容器
１１周囲部では下降流が生じることになる。これらによ
って循環流れ１４が生じる。この循環流れ１４は、希釈
液とサンプルを上下まんべんなく撹拌、混合する効果が
あるため、混合を瞬時に終えることが出来る。

【００３１】以上のように希釈、撹拌、混合を行なうこ
とが出来るが、この内部の撹拌、混合の強さは、反応容
器１１内部の音波のエネルギーの強さに依存する。反応
容器１１底部を透過してくる音波のエネルギー透過率は
次式で表わせるように、容器壁体の厚さｂと、音波１６
の伝達媒体中での波長λの関係で決まる。

【００３２】

【数１】

【００３３】ここで、ｂは透過媒質の厚さ、ρ₀は希釈
容器内の被分析液の密度、ｃ₀は被分析液中での音速
（＝ｆ・λ₀）、λ₀は被分析液中での音波の波長、ρ₁
は希釈容器媒質の密度、ｃ₁は媒質中での音速（＝ｆ・
λ₁）、λ₁は媒質中での音波の波長、を各々示す。

【００３４】図３は、透過媒質の厚さｂと音波エネルギ
ーの透過率Ｔとの関係を示す曲線図である。例えば希釈
容器１１としてガラスを用いた場合で、音波の周波数ｆ
が２．４５ＭＨｚの場合を示す。この図に示すように、
透過媒質の厚さｂ（図１、２における厚さｂ）を半波長
の整数倍の値に設定すると音波エネルギーの透過率Ｔは
極大となる。しかしながら、この極大値付近では厚さｂ
の少しの変動で音波エネルギーの透過率Ｔが大きく変化
するため、例えば厚さｂに０．１ｍｍ程度のバラツキが
あっても内部の撹拌の強さは大幅に変わることが判る。
通常０．１ｍｍ程度の寸法製作誤差は十分にあり得るの
で、希釈容器１１毎に圧電素子から発せられる音波エネ
ルギーを微調整する必要が生じる。

【００３５】これに対し第１実施の形態の化学分析装置
の非侵襲撹拌機構では、希釈容器の透過壁体厚さを図３
の１８の範囲に設定する。即ち、厚さｂを、音波エネル
ギーの透過率が０．３を下回る（（１／２）ｎ＋１／１６）λ ＜ｂ＜（（１／２）ｎ＋７／１６）λ 式（２）但し、λ：伝達媒体中での波長、ｎ＝０，１，２・・
・の範囲内に設定することで、厚さｂの誤差に対して透
過率の変化が少なく、装置毎に微調整する必要がなくな
る。この場合、音波エネルギーの透過量は格段に減少す
るが、著者らの実験によれば撹拌に必要な音波エネルギ
ーの絶対量は比較的小さいため、圧電素子の元の放射エ
ネルギーを増加させることで対応出来る。

【００３６】図１に示すように、上記の作用により撹
拌、混合が終了すると、検知用吸引ポンプ４３が動作し
て、被分析液をサンプル吸引ノズル４１よりイオン検知
器４２を通過するところまで吸引する。イオン検知器４
２では、被分析液の通過と共に被分析液中のイオン濃度
を検知する。検知が終了した後、検知用吸引ポンプ４３
が動作し続け、廃液を廃液ボトル４４へ排出する。サン
プル供給ピペッタ２１の洗浄は、洗浄液制御バルブ２４
を開放にして、洗浄液供給ポンプ２３を動作させて洗浄
液タンク２５から所定量の洗浄液２６をサンプル供給ピ
ペッタ２１内に供給することで行なう。又、希釈液の希
釈液シリンジポンプ３２内への補充は、希釈液制御バル
ブ３４を開放にして、希釈液供給ポンプ３３を動作させ
て、希釈液タンク３５内の希釈液３６を供給することで
行なう。

【００３７】以上の第１実施の形態の化学分析装置は、
サンプル、希釈液に接触することなく、希釈容器１１内
の撹拌、混合を行なって希釈することが出来、且つ装置
毎に撹拌、混合のための微調整を必要としない非侵襲撹
拌機構を備えたものである。

【００３８】図４は、第２実施の形態の撹拌、混合部分
を示す拡大図である。第２実施の形態の化学分析装置
は、その非侵襲撹拌機構に第１実施の形態の非侵襲撹拌
機構に加えて、音波発生手段を構成する圧電素子１２の
音波発振周波数を調整する周波数調整手段２０を圧電素
子ドライバ１３に備えられている。第１実施の形態で
は、希釈容器の底部厚さｂを式２で表わされる範囲に設
定することを述べたが、希釈容器の製作方法、材質によ
っては、容易に予め設定された厚さに製作できない場合
がある。その場合には圧電素子の発振周波数を周波数調
整手段２０で変更して、式２を満足するように媒質中の
音波の波長を変更する。こうすることで新しい希釈容器
において製作誤差が生じても、内部の撹拌の強さにバラ
ツキが生じない非侵襲撹拌機構とすることが出来る。

【００３９】図５は、第３実施の形態の撹拌、混合部分
を示す拡大図である。第３実施の形態の化学分析装置
は、希釈容器１１中の音波強度を検知する音波強度検知
手段として圧力センサ４５と、この圧力センサ４５から
の音波強度信号を受けて音波発生手段の出力を制御する
音波出力制御手段１９とを備えたことである。サンプル
吸引ノズル４１とイオン検知器４２の途中の管路に圧力
センサ４５が設けられており、その音波強度信号４５ａ
は音波出力制御手段１９に伝達される。音波出力制御手
段１９と圧電素子ドライバ１３が電気接続されており、
又、圧力センサ４５とイオン検知器４２との間にはサン
プル吸引制御弁４７が設けられている。

【００４０】以上の構成で以下のように動作する。上記
第１又は第２実施の形態で説明したように、予め壁体１
１ａの厚さｂに製作のバラツキがあっても、透過する音
波エネルギーが一定になるように、希釈容器１１中の音
波エネルギーの強さを自動測定して、圧電素子からの放
射エネルギーを自動調節しても良い。この手段によっ
て、装置毎の音波エネルギー透過のバラツキを吸収する
ことも出来る。この場合、検知用吸引ポンプ４３を動作
させて、サンプル吸引ノズル４１の先端から予め微小空
気量を吸引しておく。この状態で被分析液が投入される
とサンプル吸引ノズル４１の先端は液中に没するため、
ノズル先端内部には、微小空気層４６が形成される。音
波が放射されると、サンプル吸引ノズル４１の微小空気
層４６下部には音響放射圧が作用するため、微小空気層
４６を介して圧力センサ４５がその大きさを検知する。
この際、サンプル吸引制御弁４７は閉じており、検知用
吸引ポンプ４３には被分析液が流れないようになってい
る。

【００４１】圧力値は、音波強度信号４５ａとして音波
出力制御手段１９に渡され、それを受けて音波出力制御
手段１９は、圧電素子ドライバ１３に音波エネルギーを
変更する信号を送る。こうすることで定期的に内部の音
波エネルギーを自動で調整することが出来る。音波エネ
ルギーの自動調整が終了した後、サンプル吸引制御弁４
７が開放され被分析液はイオン検知器４２に導入され
る。尚、上記音波強度検知手段としては、圧力センサ４
５を利用しているが、圧力センサ４５の代わりに温度セ
ンサを使用することも出来る。音波の放射強度に応じて
被分析液の温度変化を捕らえて、音波出力制御手段１９
に温度変化信号を送り、圧電素子ドライバ１３に音波エ
ネルギーを変更する信号を送る。

【００４２】図６は、第４実施の形態の撹拌、混合部分
を示す拡大図である。第４実施の形態の化学分析装置の
基本的な構成は、第１実施の形態の化学分析装置と同じ
であるが、希釈容器１１と音波発生手段の一つを構成す
る圧電素子１２との間に一つ又は二つ以上の別の音波伝
達媒体、第４実施の形態の場合は、壁体１１ａとは別の
音波伝達媒体６０を設け、例えば希釈容器１１の材質が
直接圧電素子１２に接着できない場合、或いは音波エネ
ルギーの大きさ自体を減衰させたい場合等に有効であ
る。この場合、別の音波伝達媒体６０の超音波伝達方向
の厚さｂ₁は、この別の音波伝達媒体６０を伝搬する音
波の（（１／２）ｎ＋１／１６）λと（（１／２）ｎ＋
７／１６）λ（但し、ｎ＝０、１、２…、λ：別の音波
伝達媒体中の音波波長）の範囲に入る値に設定される必
要があるが、このように設定すると装置毎に透過エネル
ギーの変わらない安定した撹拌、混合を行なうことが出
来る。

【００４３】図７は、第５実施の形態の撹拌、混合部分
を示す拡大図である。第５実施の形態の化学分析装置
は、別の音波伝達媒体６０として伝達液体６３を用いた
場合で、伝達液体６３は希釈容器１１中の被分析液であ
る。この場合にも希釈容器１１と圧電素子１２との間の
距離である伝達液体６３の厚さｂ₁は、式（２）で表さ
れる範囲に設定されるのが良い。

【００４４】図８は、第６実施の形態の化学分析装置を
示す系統図である。第１〜第５実施の形態で述べた化学
分析装置１は、希釈容器として比較的大形のものが用い
られているが、非侵襲に撹拌出来るため、撹拌棒等余分
な機構を希釈容器内に入れる必要がない。従って、希釈
容器自体は、計測に必要なサンプル量が確保されていれ
ば、微量化しても良い。そこで第６実施の形態の化学分
析装置１は、希釈容器１１を微小化し、イオン検知器４
２までの流路を短縮し、デッドボリュームを減らしたも
のである。こうすることで低改造コストで、サンプル
量、希釈液量ともに容易に微量化することが可能とな
る。

【００４５】次に、本発明の第７実施の形態の化学分析
装置について図１を用いて説明する。第７実施の形態の
化学分析装置は、反応中又は反応を終了した被分析液を
分析する分析手段（サンプル吸引ノズル４１、イオン検
知器４２、検知用吸引ポンプ４３及び制御駆動部５１を
含むもの）を備え、この分析手段は音波発生時を避けて
分析を行なうものである。制御駆動部５１において、音
波が圧電素子１２から放射されている間は、イオン検知
器４２より分析データを取り込まないようにする。こう
することで圧電素子１２或いは圧電素子ドライバ１３か
らのノイズによる検知データへの影響を取り除くことが
出来る。

【００４６】又、本発明の第８実施の形態の化学分析装
置として、図１において、反応中又は反応を終了した被
分析液を分析する分析手段（サンプル吸引ノズル４１、
イオン検知器４２、検知用吸引ポンプ４３及び制御駆動
部５１を含むもの）を備え、この分析手段はイオン検知
器４２からの分析データの内、音波が照射されている時
間の分析データを取り除いて演算するものである。こう
することで第７実施の形態の化学分析装置と同様に、圧
電素子１２或いは圧電素子ドライバ１３からのノイズに
よる検知データへの影響を取り除くことが出来る。

【００４７】

【発明の効果】本発明の化学分析装置によれば、反応容
器内の被分析液に接触することなく、この被分析液の撹
拌、混合を常に安定して均一に行なうことが出来、且つ
化学分析装置毎の撹拌、混合の性能バラツキを少なくす
ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る化学分析装置の第１実施の形態を
示す系統図である。

【図２】図１の被分析液の撹拌、混合部分を示す拡大図
である。

【図３】透過媒質の厚さと音波エネルギーの透過率との
関係を示す曲線図である。

【図４】第２実施の形態の撹拌、混合部分を示す拡大図
である。

【図５】第３実施の形態の撹拌、混合部分を示す拡大図
である。

【図６】第４実施の形態の撹拌、混合部分を示す拡大図
である。

【図７】第５実施の形態の撹拌、混合部分を示す拡大図
である。

【図８】第６実施の形態の化学分析装置を示す系統図で
ある。

【図９】従来技術に係る化学分析装置の１例を示す系統
図である。

【符号の説明】

１化学分析装置１１希釈容器（反応容器）１１ａ壁体（音波伝達媒体）１２圧電素子（音波発生手段）１３圧電素子ドライバ（音波発生手段）１９音波出力制御手段２０周波数調整手段３６希釈液（被分析液）３８サンプル（被分析液）４１サンプル吸引ノズル（分析手段）４２イオン検知器（分析手段）４３検知用吸引ポンプ（分析手段）４５圧力センサ（音波強度検知手段）４５ａ音波強度信号６０別の音波伝達媒体ｂ厚さｂ₁ 厚さ

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応容器に供給された被分析液を分析す
る化学分析装置において、音波を伝達する音波伝達媒体
を介して、前記被分析液に音波をあてて撹拌、混合する
音波発生手段を備え、前記音波伝達媒体の音波伝達方向
の厚さは、該音波伝達媒体中を伝搬する音波の半波長の
整数倍の値を避けた値であることを特徴とする化学分析
装置。
【請求項２】反応容器に供給された被分析液を分析す
る化学分析装置において、音波を伝達する音波伝達媒体
を介して、前記被分析液に音波をあてて撹拌、混合する
音波発生手段を備え、前記音波伝達媒体は、前記反応容
器の壁体であって、該壁体の厚さは、該壁体中を伝搬す
る音波波長の半波長から一波長の間の値の整数倍に設定
されたことを特徴とする化学分析装置。
【請求項３】反応容器に供給された被分析液を分析す
る化学分析装置において、音波を伝達する音波伝達媒体
を介して、前記被分析液に音波をあてて撹拌、混合する
音波発生手段を備え、前記音波伝達媒体は、前記反応容
器の壁体であって、該壁体の厚さは、該壁体中を伝搬す
る音波の（（１／２）ｎ＋１／１６）λと（（１／２）
ｎ＋７／１６）λ（但し、ｎ＝０、１、２…、λ：音波
伝達媒体中の音波波長）の範囲に入る値に設定されたこ
とを特徴とする化学分析装置。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれかにおいて、前
記反応容器中の音波強度を検知する音波強度検知手段
と、該音波強度検知手段からの音波強度信号を受けて前
記音波発生手段の出力を制御する音波出力制御手段とを
備えたことを特徴とする化学分析装置。
【請求項５】請求項４において、前記音波強度検知手
段は、圧力センサ又は温度センサであることを特徴とす
る化学分析装置。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれかにおいて、前
記反応容器と前記音波発生手段との間に一つ又は二つ以
上の別の音波伝達媒体を設け、該別の音波伝達媒体の音
波伝達方向の厚さは、該別の音波伝達媒体を伝搬する音
波の（（１／２）ｎ＋１／１６）λと（（１／２）ｎ＋
７／１６）λ（但し、ｎ＝０、１、２…、λ：別の音波
伝達媒体中の音波波長）の範囲に入る値に設定されたこ
とを特徴とする化学分析装置。
【請求項７】請求項１乃至６のいずれかにおいて、前
記音波発生手段の発生する音波周波数を調整する周波数
調整手段を備えたことを特徴とする化学分析装置。
【請求項８】請求項１乃至７のいずれかにおいて、反
応中又は反応を終了した前記被分析液を分析する分析手
段を備え、該分析手段は音波発生時を避けて分析を行な
うものであることを特徴とする化学分析装置。
【請求項９】請求項１乃至７のいずれかにおいて、反
応中又は反応を終了した前記被分析液を分析する分析手
段を備え、該分析手段は音波発生時の分析データを除い
て演算するものであることを特徴とする化学分析装置。