JPH11174059A

JPH11174059A - 化学分析装置

Info

Publication number: JPH11174059A
Application number: JP34026897A
Authority: JP
Inventors: Isato Shimizu; 勇人清水; Yasuo Abe; 康夫阿部; Akira Miyake; 亮三宅; Takao Terayama; 孝男寺山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-12-10
Filing date: 1997-12-10
Publication date: 1999-07-02
Anticipated expiration: 2017-12-10
Also published as: JP3381023B2

Abstract

(57)【要約】【課題】反応容器中の低温の試薬を速やかに反応温度
に昇温すると共に、隣の反応容器の温度低下を招かず、
恒温水温度を均一に保つ反応恒温槽を備えた化学分析装
置を提供する。【解決手段】サンプルと試薬を入れる反応容器４を円
周状に配列し恒温槽１中の恒温水に浸し回転させる化学
分析装置において、恒温槽１の環状流路を４つの区間か
ら構成し、各区間始端では内周壁１９に恒温水の流入口
２を、終端で外周壁１８に排出口を設け、各流出口３か
らの恒温水を、循環ポンプ７、加熱手段５、冷却手段６
を介し各流入口２に戻す管路を設け、各区間では下流に
なるにつれて内周壁１９は内周壁１９と反応容器４との
間隔が減少するように、各区間の外周壁１８は外周壁１
８と反応容器４の間隔が増すように形成して、反応容器
同士間に恒温水が容易に流れるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液体中に溶存する物
質の濃度を定量する化学分析装置に係わり、特に生体液
や水などの成分分析を行う化学分析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術の化学分析装置では、サンプル
と試薬が入った複数の反応容器を保持し、これらを恒温
槽内の恒温水に浸して、一定温度下でサンプルと試薬と
を反応させる装置がある。化学分析装置の測定項目とし
ては数十種類あり、通常、一つの検体に対し、最低でも
十種類程度の項目について分析を行っているので、複数
の反応容器が、円周状に配列して保持され、恒温水に浸
されながら、この円周に沿った各位置、即ち、サンプル
と試薬を注入する個所、サンプルの物性を測定する個
所、反応容器を洗浄する個所を、巡回するように回転す
る。

【０００３】従来の恒温槽には、(1)特開昭６３−１９
０６５２号、(2)特開平４−２５８７６７号の各公報に
記載の化学分析装置の恒温槽がある。(1)は恒温槽外に
ある循環ポンプを用いて恒温槽内にある恒温水を循環さ
せる方式であり、(2)は恒温槽内に加熱手段を設け、更
に攪拌用の羽根で恒温槽内を攪拌する方式である。以下
にそれぞれの技術について説明する。

【０００４】(1)は、反応容器が浸される恒温水を収容
する恒温槽の外部に恒温水の加熱及び冷却手段を設置
し、この加熱及び冷却手段を通して循環ポンプにより恒
温水を恒温槽内に循環させる。これにより、恒温槽内の
恒温水の温度を一定に制御するようにしたものである。
循環ポンプにより供給された恒温水は環状の恒温槽内の
環状流路を周回し、恒温槽の外部へ排出されるようにな
っている。これにより恒温槽内に恒温水が停留すること
がないので、反応容器へのサンプルや試薬の吐出と廃棄
により、恒温水が冷却されたとしても恒温槽内の温度を
速やかに元の温度に戻すことが出来る。

【０００５】(2)は、恒温槽内に温度センサ、加熱手段
を設け、恒温槽内の温度を一定に保つようにしたもので
あり、したがって(1)のように恒温槽外部にリザーブタ
ンクや循環ポンプ、さらにそれらを結ぶ配管系を必要と
しないので小型低価格に実施できるという特徴がある。
ただし恒温槽内での局所的な温度不均一が発生し易いの
で、恒温槽内を回転する反応容器と共に回転する攪拌羽
根を設けることにより、恒温槽内の恒温水を攪拌し温度
の不均一を解消している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように恒温水を
循環させる方法には以下に示す問題点がある。(1)の循
環式恒温槽では、主に恒温水を円周状に流すため、反応
容器と隣の反応容器の間には恒温水の淀みができる。こ
のため反応容器と隣の反応容器の間では強制対流による
熱輸送が行われない。このことは、反応容器内を速やか
に反応温度にするためには不利になる。また、それぞれ
冷蔵保存されていた反応試薬とサンプルが反応容器に吐
出された際、その反応容器の周りの恒温水が反応試薬と
サンプルにより冷却されるが、恒温水の淀みがあると、
冷却された恒温水が反応容器と隣の反応容器の間に停留
するので、熱伝導により隣の反応容器内まで冷却され
る。

【０００７】また、(2)のように恒温槽内に加熱手段を
有し、恒温水を攪拌する方式には以下に示す問題点があ
る。恒温槽内加熱攪拌では、低温の反応試薬とサンプル
が反応容器に吐出されたために冷却された周りの恒温水
は、攪拌により加熱手段付近の高温の恒温水と混合され
ることにより反応温度まで上昇される。これに要する時
間は、攪拌が十分であれば加熱手段の温度が高ければ高
いほど短くなるが、加熱手段が恒温槽内にあるために、
加熱手段の温度は恒温槽の設定温度である反応温度より
大きくすることができない。このため、低温の反応試薬
とサンプルによる恒温槽内全体での温度低下を抑えるた
め、恒温槽内の恒温水の容量を大きくする必要がある。
恒温水の容量を大きくすると恒温槽内には反応容器と反
応容器の間隔に比べて広い恒温水の流路が出来るため、
流体抵抗の大きな反応容器と反応容器の間には攪拌によ
る恒温水の流れができないので、循環式恒温槽の場合と
同様に、冷却された恒温水が反応容器と隣の反応容器の
間に停留し、隣の反応容器内まで冷却される。

【０００８】以上、従来の反応恒温槽では、いずれの方
式においても、低温の反応試薬とサンプルが反応容器に
吐出された際、隣の反応容器内にあって既に反応温度に
達している反応試薬とサンプルまでが冷却されてしまう
点が問題である。さらに、反応容器内を速やかに反応温
度にするためには、反応容器に熱伝導率の大きな材料を
用いることが有効であるが、反応容器の熱伝導率が大き
ければ大きいほど隣の反応容器内が冷却されやすくな
る。この冷却効果により反応時間が増加し、化学分析装
置全体での検査処理速度の低下および、吸光分析の計測
結果の誤差を生じる。

【０００９】そこで本発明の目的は、冷蔵保存され反応
容器内に吐出された反応試薬とサンプルを速やかに反応
温度に昇温するとともに、隣の反応容器の温度低下を招
かず、恒温槽内の温度を均一に保つ、新しい反応恒温槽
を備えた化学分析装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の化学分析装置は、サンプル及び試薬を入れ
る複数の反応容器と、この反応容器を互いにすき間をも
って円周状に配列して保持し該円中心にして回転させる
回転機構と、各反応容器を浸す恒温水を貯える環状流路
を、内周壁、外周壁及び底板とから構成して有する恒温
槽とを備える化学分析装置において、恒温槽の環状流路
は二つ以上の区間から構成し、各区間の始端部では内周
壁に周方向に恒温水を流入させる流入口を、各区間の終
端部では外周壁に恒温水を流出させる流出口を設け、さ
らに各区間の流出口からの恒温水を、循環ポンプ、加熱
手段及び冷却手段を介して各区間の流入口に戻す管路を
設け、そして各区間の内周壁は区間始端から区間終端に
いくにつれて内周壁と反応容器との間隔が次第に減少す
るように形成し、各区間の外周壁は区間始端から区間終
端にいくにつれて外周壁と反応容器の間隔が次第に増加
するように形成したことを特徴とする。そして、各反応
容器の部位で恒温槽の内周壁寄りかつ恒温水の上流側の
位置に、恒温水の流れを隣合う反応容器間のすき間に導
くフィンを設けるとよい。

【００１１】上記のように、環状流路の各区間ごとに内
周側に流入口を、外周側に流出口を設け、さらに区間ご
とに恒温水の流れの下流に向かって、内周側の流路断面
積は減少させ、外周側の流路断面積は増加させることに
よって、隣合う反応容器間のすき間に恒温水が流れやす
くなる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態を、図１〜
図５を用いて説明する。図１は本発明の化学分析装置の
恒温槽周りの構成を示す平面図である。図２は本発明の
化学分析装置の恒温槽周りの縦断面図である。図３は本
発明の効果を確認するために行った解析で得られた恒温
水流れの流速分布図である。図４は本発明の恒温水排出
口付近の説明図である。図５は本発明の恒温水流入口付
近の説明図である。

【００１３】図１、図２に示されるように、化学分析装
置の恒温槽周りの基本構成は、環状流路を有する恒温槽
１（後に詳述する）、サンプルや試薬を注入するため上
部が開口している反応容器４、反応容器４を円周状に並
べて支持する反応容器支持枠１２、支持枠１２と連結し
た回転軸１１、円周状に並べられた反応容器４を回転軸
１１周りに回転させるための回転駆動手段１３、恒温槽
１に取り付けられ吸光分析を行うための吸光分析光源１
４と吸光度測定部１５、恒温水１６を恒温槽１内に供給
循環させるための循環ポンプ７、恒温水１６を恒温に保
つために必要な加熱手段５と冷却手段６、さらにこれら
を配管する給水配管８と排水配管９からなる。

【００１４】本実施形態における恒温水１６の循環の様
子は図１に矢印で示されるとおりである。まず恒温水１
６は循環ポンプ７により送り出され冷却手段６で目的と
する温度に調整されて、給水配管８で恒温水の流入口２
から恒温槽１内へ流入する。次に恒温水１６は恒温槽１
内を流れながら反応容器４を目的の温度に保ち、恒温水
の排出口３から恒温槽外へ流出する。排出口３から流出
した恒温水１６は加熱手段５でいったん目的の温度以上
の温度にまで昇温され、排水配管９により再び循環ポン
プ７にもどる。本実施形態での恒温水の流入口２と排出
口３はそれぞれ複数個あるので、排水配管７と給水配管
８には必要に応じて配管の分岐１０が設けてある。

【００１５】次に本実施の形態での恒温槽の形状につい
て図１と図２を用いて説明する。恒温槽１は、各反応容
器４を浸す恒温水１６を貯える環状流路を有し、この環
状流路は内周壁１９、外周壁１８及び底板２０とから構
成している。恒温槽１の環状流路は４つの区間から構成
され、各区間の始端部では内周壁１９に周方向に恒温水
１６を流入させる流入口２を、各区間の終端部では外周
壁１８に恒温水１６を流出させる排出口３を設けられて
いる。各区間で恒温槽１の内周壁１９は恒温水の流入口
２で内周壁１９と反応容器４との間隔が最大で、図１中
の矢印で示される恒温水の流れの下流に向かって内周壁
１９と反応容器４との間隔が減少するように形成する。
同時に恒温槽１の外周壁１８は恒温水の流入口２のある
位置で外周壁１８と反応容器４との間隔が最小で恒温水
の流れの下流に向かって恒温槽１の外周壁１８と反応容
器４との間隔が増加するように形成する。

【００１６】図３に本発明の効果を確認するために行っ
た解析結果を示す。図３(Ａ)に外周壁１８と内周壁１９
が同心円状の恒温槽１での恒温水流れの流速分布図を示
し、図３(Ｂ)に本発明にかかる恒温槽１における流速分
布図を示す。

【００１７】本発明にかかる恒温槽１では、図３(Ｂ)に
示すように、外周壁１９と反応容器４列間での恒温水１
６の流れ、及び内周壁１８と反応容器４列間での恒温水
１６の流れは、クロス斜線で示すように流入口２での流
速の５０％以上となり、隣合う反応容器４間のすき間で
の流れは単斜線で示すように流入口２での流速の５〜５
０％となり、したがって内周壁１９側から反応容器４の
隙間を通って外周壁１８側に流れる恒温水１６の流れ
が、反応容器４の隙間ごとに偏ることなく均一に流れ
て、反応容器４の周りに淀みがなくなる。一方、外周壁
１８と内周壁１９が同心円状の恒温槽１では、図３(Ａ)
に示すように、外周壁１９と反応容器４列間での恒温水
１６の流れ、及び内周壁１８と反応容器４列間での恒温
水１６の流れは、本発明にかかる恒温槽１におけると同
じ流速であるが、隣合う反応容器４間のすき間での流れ
は流入口２での流速の５%以下となり、反応容器４の周
りに淀みが生じることがわかる。

【００１８】図１に示す恒温槽１の環状流路は４つの区
間に分割されているが、分割数は２以上であれば幾つで
もよく、分割数が変わっても前記の位置関係は同様であ
る。このように恒温槽１を幾つかに分割して恒温水１６
を流すことにより、恒温水１６が恒温槽１に滞在する時
間が短くなり、反応容器４が冷却されたことによる恒温
槽１内の恒温水１６全体の温度低下がなくなる。

【００１９】次に図２に示される恒温槽１断面形状につ
いて説明する。１７は反応容器４に入った試薬とサンプ
ルの混合溶液である。１aと１ｂ、は２つの異なる恒温
槽１の底面の断面形状であり、どちらを使用してもよい
が底面と反応容器４の底との間隔ｄは隣り合う反応容器
４の間隔よりも狭くする。これにより恒温槽１の内周側
から外周側に向かう恒温水１６の流れが、反応容器４の
下を回り込むことがなく、反応容器４の間を流れるよう
になる。１ｃは恒温槽１の上部カバーであり、恒温槽１
の内周側の恒温水１７の水面を一定以上にならないよう
に保つためのものであり、反応槽４の回転を阻害しない
範囲で、恒温槽１の内周側を覆う。また上部カバー１ｃ
と反応溶液１７の液面との距離ｈが常に正となるように
する。これにより、恒温槽１に流入してきた恒温水１６
の動圧が、反応容器４により流路が狭まることにより、
恒温槽１の内周側で静圧に変換され恒温水１６の水位を
上昇させてあふれる事を防止するとともに、恒温水１６
の水位が反応溶液１７の水位よりも高くなるようにす
る。

【００２０】次に本実施の形態における恒温水の排出口
付近の形状について図４を用いて説明する。図４に示す
ように、排水口３は上流側の恒温槽外周壁１８aを下流
側の恒温槽外周壁１８ｂの下流側間で延長して閉じた空
間を作ることにより形成し、その底部に排出配管９を接
続することにより恒温水を恒温槽から排出する。これに
より、メンテナンス等で恒温水を排出するときにも排水
口３を利用することができる。

【００２１】次に本実施形態における恒温水の流入口付
近の形状について図５を用いて説明する。図５に示すよ
うに、給水口２は、恒温槽内周壁１９の上流側の区間と
下流側の区間の接続面で階段状の段差部分１９aを形成
し、この段差の部分１９aに給水配管８を接続すること
により形成する。これにより給水口２から流入した恒温
水を最初は冠状恒温槽１の周方向に流れる様にすること
が出来る本発明の他の実施の形態を、図６を用いて説明する。図
６は本発明の別の反応容器を示す説明図である。この実
施の形態では、恒温槽の構成は前記の一実施の形態と同
様で、反応容器４の形状のみが異なる。図６に示される
ように、他の実施形態における反応容器４には、恒温槽
の内周壁１９側であって恒温水の流れに対して上流側の
位置に、恒温水の流れを図中矢印に示すように反応容器
４と上流側の反応容器の間に導くようにフィン４ａを、
恒温水の上流側に傾けて取り付ける。この実施形態によ
れば、フィン４のかきとり効果により、恒温水の流れは
よりスムーズに反応容器４の間に流れるため、恒温槽内
を循環する恒温水の流量が前記の一実施の形態の時より
も少なくても同様の効果が得られる。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、化学分析装置の恒温槽
の環状流路を複数区間で構成し、各区間では内周側から
恒温水を流入させ外周側に流出させるように流入口及び
流出口を設け、かつ恒温水の下流になるにつれて内周壁
と反応容器との間隔が次第に減少するように、かつ外周
壁と反応容器の間隔が次第に増加するように形成したの
で、反応容器同士間のすき間で恒温水が流れ易くなり、
冷蔵保存され反応容器内に吐出された反応試薬を速やか
に反応温度に昇温するとともに、試薬が入ったばかりの
反応容器に隣接する反応容器の温度低下を招かず、恒温
槽内の温度を均一に保つ、新しい反応恒温槽を備えた化
学分析装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の化学分析装置の恒温槽周りの構成図で
ある。

【図２】本発明の化学分析装置の恒温槽周りの断面図で
ある。

【図３】本発明の効果を確認するために行った解析で得
られた恒温水流れの流速分布図である。

【図４】本発明にかかる恒温水排出口付近の説明図であ
る。

【図５】本発明にかかる恒温水流入口付近の説明図であ
る。

【図６】本発明の別の反応容器を示す説明図である。

【符号の説明】

１恒温槽２恒温水の流入口３恒温槽の排出口４反応容器５加熱手段６冷却手段７循環ポンプ８給水配管９排水配管１０配管の分岐１１回転軸１２反応容器支持枠１３回転駆動手段１４吸光分析光源１５吸光度測定部１６恒温水１７反応溶液１８恒温槽外周壁１９恒温槽内周壁２０恒温槽底板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者寺山孝男茨城県ひたちなか市大字市毛882番地株式会社日立製作所計測器事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】サンプル及び試薬を入れる複数の反応容器
と、該反応容器を互いにすき間をもって円周状に配列し
て保持し該円中心に回転させる回転機構と、各反応容器
を浸す恒温水を貯える環状流路を、内周壁、外周壁及び
底板とから構成して有する恒温槽とを備える化学分析装
置において、恒温槽の環状流路は二つ以上の区間から構成し、各区間
の始端部では内周壁に周方向に恒温水を流入させる流入
口を、各区間の終端部では外周壁に恒温水を流出させる
流出口を設け、さらに各区間の流出口からの恒温水を、
循環ポンプ、加熱手段及び冷却手段を介して各区間の流
入口に戻す管路を設け、そして各区間の内周壁は区間始
端から区間終端にいくにつれて内周壁と反応容器との間
隔が次第に減少するように形成し、各区間の外周壁は区
間始端から区間終端にいくにつれて外周壁と反応容器の
間隔が次第に増加するように形成したことを特徴とする
化学分析装置。
【請求項２】各反応容器の部位で恒温槽の内周壁寄り
かつ恒温水の上流側の位置に、恒温水の流れを隣合う反
応容器間のすき間に導くフィンを設けた請求項１記載の
化学分析装置。