JPS62100663A - 小量の液体を処理する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は特許請求の範囲第１項の前段に記載した形式の
装置をこ関する。

小量の液体を収集する装置の所謂機能は収集される液体
をカニユーレを介して収集管に滴下する機能である。必
要量の液が特定の管に収集されると、カニユーレが次の
管へ順に移動するか、または逆に管がカニユーレに対し
て移動するので、カニユーレは液を次の管）こ送ること
ができる。

分析化学の発達は微量の液を用いて微量化学的方法に向
かってますます進んできた。このことは例えば液体クロ
マトグラフィの分野に当てはまり、この分野ではクロマ
トグラフ分離後の分画（フラクション）の収集は、特に
所謂ミクロボア（ｍ１ｃｒｏｂｏｒｅ　）技術に関連し
て微量液の処理を必要とする。この特定の方法論におい
ては、分離塔の直径は激減し、移動相の流れはこれに対
応した程度に減少する。即ち流れは１分当たり数ミリリ
ットルから１分当たり数ミクロミ　リリットルへ減少す
る。

これには分画を集めてこれを自動的にクロマトグラフ装
置に注入する工程に関連して液量を処理する場合に種々
の結果が伴う。流速が低いため、分画は落下する小滴よ
り小さい。分画量が大きい場合には、小滴はこれが隣り
合わす管に落下するなら分画に分割する場合の必要な精
度を失う程の分画の大きな部分をなす。

ミクロボア技術は小量の試料分析に用いられることが多
い。その理由はクロマトグラフィでは注入量が０．１〜
１ミクロリットルに制限されることが多いためである。

小量の試料の処理にはオートインジェクタに特別な必要
性がおかれている。オートインジェクタは試料用ターン
テーブルまたは同類の装置においた管から吸入により試
料を取出すのに用いられる。次に試料は、これを吸入に
よってバルブ内に引入れるか、またはバルブの射出孔へ
カニユーレを自動的に入れることによって、インジェク
ションバルブへ移送される。

瓶く小量の液の処理を可能にするため、漸進的に細くな
って行く各試料管または試験管の使用が始められており
、これらの管には円錐状の底が設けられていることが多
い。しかし、出来る限り大量の液を抜き出せるように管
の底に極く近く吸入カニユーレを入れることはこの種の
管では困難である。

微量液は液体クロマトグラフィのほかに試料作成に用い
られる自動ピペット機に関連しても用いられ、これらの
機械では試薬と試料とは種々異なる方法で混入される。

しかし、できろ限り小量の試料の使用を可能にするよう
に各試験管の底に届くという問題はまたこれらの方法に
おいてもおこる。

小量液の処理や感度のよいまたは敏感な分析方法の発達
に関連しておこる今一つの複雑な問題は、物質、主とし
て生物学的物質がその試料の自動的処理中をこ装置外に
逃げ出す危険を伴う問題である。この危険は冷蔵試料を
用いることや不透過性膜で試料を保護することによって
相殺される。また場合によっては試験管の口にかぶせた
不透過性または密封性の膜の内側にある空気を不活性ガ
スと入替えることもできよう。

小量の液を処理する問題は使用するカニユーレの端を試
験管の壁をこ接触させることによって普通には解決され
ている。この場合の利点はカニユーレの先端が試験管の
底にあたることなく試験管壁に沿って摺動できることで
ある。しかし、これにも一つの欠点があって、液滴が試
験管の底に達せずに管壁に止まったままにな９、後で試
料を取出す工程で試験管から取出されるということであ
る。ある場合には、試料がさらに劣化するのを阻止する
た〆）に初めに管内に小量の酸を入れろことが必要なこ
ともある。この酸は管底に小滴の形で存在し、上記の点
で管壁にある小滴がこの酸内に流れ落ちないおそれがあ
る。

実際によく用いられる別の方法はカニユーレを試料管ま
たは試験管の底に接触させるようにした方法である。カ
ニユーレに対する調整は以前にはカニユーレまたは試験
管の垂直運動を、空間内の一定の終点までどちらが他方
に対し移動するかによって、プログラムすることにより
おこなうか、またはカニユーレも試験管も傷める自それ
なくカニユーレを試験管の底に着がせる弾性懸架装置上
に管を取着けることによっておこなわれた。

しかし、この種の装置は、各試験管にコイルばね懸架装
置を取付ける必要があるので、高価になる。しかのみな
らず、このような調整ではカニユーレの先端は試験管の
底に接触する時に閉塞されることがある。このような理
由から、横向きの孔を設けた管が用いられることが多い
。

ただし、こうした管はオートインジェクションの方法に
関連しては管の先ぎの深い部分にある液を抜き出す可能
性を著しく制限する。分画収集方法に関連しては、また
カニユーレ壁に小滴が残るという危険もある。

叙上の各問題点は付属の特許請求の範囲の主請求事項に
記載の基本的特徴を有する装置では簡単で、確実な安価
な方法において解決される。

本発明装置のその他の特徴は従属請求事項においてｇ８
載する。

本発明はオートインジェクション法、分画収集法、自動
ピペット法に関連して小爪の液を吸引により引き抜いた
り入れたりする問題の一般的解決法を提供するものであ
る。本発明によれば、カニユーレにはこのカニユーレの
端に対しその軸方向をこ作用する圧力を記録するように
した機械的または電子的センサ装置に接続された物理的
懸架装置が設けられている。このセンサ装置は用途次第
で、また製造費次第で種々異なろ形式が与えられる。セ
ンサの使用によりカニユーレの先端が管の底に到着する
場合の位１ｊが正確に測定されるので各カニユーレに従
来匣用されてきたコイルばねの懸架装置斤を設ける必要
はない。さらに、センサの使用によってカニユーレの先
端は管の底との直接接触からの解除が制御された方法で
可能である。カニユーレの先端と管の底との間の距離は
カニユーレまたは管の運動が制御されるような方法によ
って極めて小さく保つことができろ。この運動は液が流
れ出す時にカニユーレの上端で形成される小滴の直径よ
りも小さいことを確実にするに十分な小さい運動である
ことが重要である。

本発明は小さい分画の収集、小さい試料のオートインジ
ェクションおよび小量試料のとベットでの測り取りに関
連して一般に利用できる。

本発明によってピペット管の自由端が使用する試験管の
深さくこ拘らず正確に位置決めできるので、種々異なる
寸法の管が自動的に働く装置に関連して使用できる。本
発明の装置はまたカニューレの口が空間座標方式を用い
て位置決めされる方法より利点がある。その理由はこの
後者の方法では単一製造シリーズにおいて製造される相
互に異なる管の底は通常その厚さに変化があることが考
慮されていないからである。

本発明を以下に添付の図面を参考にしてさらに詳しく説
明する。

第１図の実施例では、試験管１，２は多数の管を容れる
ことができる弧状ホルダ３に配置されている。なお図示
の都合上、管の数は二本だけを示す。一部を断面で示す
ホルダ３はシリンダ５に配置された環状の外側へ突出す
る肩部４に固定装置（図示せず）によって着脱自在に固
定されている。シリンダ５はこれよりも小さい直径のも
う一つのシリンダ７を包んでこの周りを上下に入れこ式
に垂直運動するよう垂直運動制御装［６によって制御さ
れる。シリンダ５の運動は数多くの異なる方法で制御で
きるが、このことは本発明のいずれの部分も形成しない
ので詳述しない。

図示の本発明装置は患者または対応の被験者からの試料
を採取するのに用いられるように企図したものであるけ
れども、この装置はまた以下の説明からさらに明白なご
とく、カニユーレの助けをかりて試料管から試着を採取
する時）こも使用できる。

試験管１，２を支えるホルダ３の上にカニユーレ取付装
置１１に取付けられたカニユーレ１０を支える別のホル
ダ９が配置されている。試料液を収集する目的で、カニ
ユーレ１０は可撓性ホース１２を介して試料採取針１３
に接続されていて、この針は試料を採取することになっ
ている被験者に差込まれる。針１３は被検査物質を抜き
取ることができる特種な針である。従って、この針には
液源に接続されている抽出ホース１４が設けられている
。この針装置は本発明のどの部分をも構成しないのでこ
こをこは詳述しない。

シリンダ５の軸には棒１５が回転可能に取付けられてお
り、この棒１５の機能はカニユーレ１０を試験管１，２
を後で引き抜く時にこの管を所定位置に保持することに
ある。上記の軸より遠い方の棒１５の端にはみぞ１６が
設けられている。みぞ１６には固着された案内１７が容
れられ、この案内装置はシリンダ５の垂直位置に拘らず
棒１５が常に同一方向を取れるような装置である。棒１
５は穴１８と１９とを有し、これら穴の各々は各管１，
２の位置の直上に配置されている。

シリンダはその下降させた位置瘉こきてカニユーレ１０
が棒１５の上側※こ配置されると、カニユーレホルダ９
は回転制御装＠２０により回転可能であるのでカニユー
レは半径方向に内側の管１または半径方向に外側の管２
へ交互に挿入される。同様に、シリンダ５がその下降位
置を取っている時は、シリンダ自体は別の一対の試験管
が棒１５の下側にくるように回転制御装置８によって回
転可能である。

装置を全体として制御するための主幹制御装置２１は、
垂直制御装置６がシリンダ５を管ホルダ３および棒１５
と一緒に前記下降位置へ順次移動させることによってカ
ニユーレ１０の先端が棒１５の上に位置するようにさせ
、回転制御装置２０が穴１８，１９の他方上にカニユー
レ取付装置１１の位置を変えるように、回転制御装置８
が別の二本の管を棒１５の下側に位置させるためにシリ
ンダを毎回交互に回転させ、制御装置６がシリンダ５を
動かして上昇させるように構成され、またはプログラム
されている。

シリンダ５が前記の下側位置（こある時にシリンダ５の
角回転が特定の回転制御装置８を設ける必要なく機械的
をこおこなわれるようにシリンダ５の角運動と垂直運動
のある種の組合せた制御も可能である。しかし、本発明
の最も重要な特徴はカニユーレ取付装置工１がカニユー
レ１０を試験管に挿入してから受ける」二昇運動、即ち
カニユーレの先端が管内の抵抗性障害物と接触すること
から起る上昇運動を検出するセンサ２２がカニユーレホ
ルダ９に設けられたことである。

センサ２２自体は第１図にだけ示した。これは使われて
いるセンサの形式は本発明※こは比較的重要性が乏しい
からである。圧電キャパシタンス形、電磁形、または磁
気ひずみ形の圧力センサの使用が可能である。この圧力
の検出を容易にするため、第１図実施例のカニユーレホ
ルダ９はスリーブの形式を取っている。カニユーレ取付
装置はスリーブ９内に部分的に延びた舌片２３の外側へ
突出する部分に配置されている。

センサ２２は好ましくは舌片２３の上側とスリーブ９の
土壁との間に配置されている。舌片２３はスリーブ９に
、好ましくはその後部に弾性的に取付けられるのが適当
である。カニユーレ１０が試験管の底に到着したことを
センサ２２が信号すると、シリンダ５の上昇は主幹制御
装置２１からの信号に答えて、垂直運動制御装置６によ
って停止される。先に述べたごとく、制御装置２１は次
をこ垂直運動制御装置６に命令してシリンダ５をごく僅
か下降させるので、カニユーレ１０は最早や管の底とは
直接接触しておらず、液が流れ出した時にカニユーレの
上端に形成される液滴の直径よりは小さくない距ｙＡ〔
だけ管の底から離れている。

センサ２２は線形センサ（こすることができる。

ただしもつと高い感度を得たい時は例えば二次センサま
たは指数形センサが使用される。

試験管１，２の目には保護膜で覆われていることが多く
、この膜は液を試験管に入れたりまたは試験管から取出
す峙にカニユーレによって穴が開けられることが必要で
ある。膜はカニユーレが試験管に入る時、カニユーレの
通過に抵抗する。しかし、この最初の抵抗が検出される
と、上昇運動路におけろシリンダ５の位置はカニユーレ
が試験の底と接例；シている時に位置していると考えら
れている位置から遠く離れている。その結果、制御装置
２１はシリンダ５の上下の高さ位置が所定高さ範囲、所
謂感度範囲内にある時にセンサにより伝達される信号に
のみ反応または応動するように構成されている。

しかしながら、試験管がそのホルダに斜めに置かれると
か、あるいは作業者が新しい試験管の膜にかぶせられて
いることが多い金属製保護キャップを取外すのを忘れた
りすることがあり得る。その結果、制御装置２１は所定
の最高許容圧力レベル（このレベルは比較的高い）以上
の全てのセンサ信号に応答してシリンダ５がさらに上昇
するのを防止する。

第２図は検出されたセンサの圧力をシリンダ５が上昇し
ている間のシリンダの最高位置の関数として示す図表で
ある。Ｓｌまでの第１期中は圧力は感知されない。８１
点において、カニユーレは膜と接触しこれを貫通する。

これで検出されたセンサ圧力は、最高の圧力レベルとま
でゆかなくとも急激に上昇し、次いで、カニユーレ１０
が膜をせん孔するや否や下降している。しかし、膜はま
たカニユーレが続いて試験管中へ進入することにある程
度の抵抗もする。それ故にセンサ２２はこの点である圧
力量を検出する。

この圧力を１＋で表わした。Ｓ、の位置に達すると、カ
ニユーレ１０は試験管の底と接触し、検出されたセンサ
圧力ｉＪＬその誇ζこ増加オろ、Ｓ９位置は試験管の底
がくると予想できる範囲、即ち所謂感度範囲内にある。

従って、制御装置ｆｉ２１はこの範囲内で許容される最
高の信号よりずっと低いセンサ信号に応答するように構
成されるか、あるいはこれを３代って感知された圧力ｔ
１より僅かに高い圧力に応答して、これに応えてシリン
ダ５がさらに上昇するのが止まり、さらに任意にシリン
ダが僅かをこ下降するように１１々戊されている。

処理された液が周囲の空気の作用で劣化するのを防止す
るため、試）験管（・こ窒素などの不活性ガスを充填す
ることが多い。極めて小Ｉ４の液の場合には、カニユー
レの挿入および液の送りは試験管内の圧力をこ大きな重
要性を持たない。しかし、小量とこれより僅かに多い量
の液の両方を処理する装置を使用できることが望ましい
。

その結果、当該液相のものと、不活性ガス源２４への接
続用のものとのニクの孔を備えるカニユーレが好んで用
いられる。制御装置２１はこの不活性ガス源２４へ延び
る制御管路に組入れられた弁２５にこの制御管路を介し
て接続されていて、実際に液を処理している間はこの弁
を開けておくように構成またはプログラムされる。

カニユーレへの液の導入はこれをカニユーレに挿入した
後に、また希望によってはホース１４に接続された液制
御装首（図示せず）に送られる液制御信号と関連させて
おこなうことができる。

試験管１，２に前に入れてあった小量の液を分析のため
この管から採取するために第１図の装置を用いることに
なった場合、液源２４にある圧力は試験管内にある圧力
より高いことがある。この点で、弁２５は試験管の底に
ある液をカニユーレ１０に導入するその瞬間に開くこと
ができる。これによって今後におこる試験管内の圧力上
昇がカニユーレオリフィス内への液の通過を助けると同
時にカニユーレに接続された液のホースを一定のサブ圧
力（５ｕｂｐｒｅｓｓｕｒｅ　）下に置く助けができる
。

第１図の実施例は可動ホースによって液移送装ｒｖｔ、
Ｇこ接続されているので、この方が好まれることになる
。カニユーレが動く時、または液の粘度に変化がある時
におこる動圧および静圧の変化によって装置の容量が変
わる。この容量の変化は液移送装置の可撓部分に起るこ
とが好ましいが、この変化は収集する液の爪より極めて
容易に大きくなり易い。こうしたことが現在使用されて
いる分画収集機の場合では小量の液の収集を信頼できる
方法で制御することを非常に困８Ｉこしている。

さらに、カニユーレの動きで発生する動的力によって、
完全にでき上がってない液滴がカニユーレの先端から離
れるので、得られた結果の精度が危くなる。従って、カ
ニユーレができる限り動かないように保持される時、即
ち試験管を組入れた装置がカニユーレ構造体に代って上
下運動するように配置される場合は利点が生れる。

しかし、本発明の思想はまた固定の試験管ホルダと可動
カニユーレホルダとを備えた現在使用されている装置の
場合も応用できる。従って、第３図には本発明装置の別
の実施例が示されている。この実施例では試験管２６は
固定ホルダ２７に置かれ、カニユーレ２９およびセンサ
３０を備えたカニユーレホルダ２８は制御装置３１から
の指令に応じて上下するように装置されている。この実
施例の装置は第１図について説明した原理にしたがって
制御される。

多くの改変が本発明の範囲内で考えられろ。

所望により、第１図の実施例のカニユーレは硬質管およ
び可撓管によって液移送装置に接続可能である。カニユ
ーレホルダはまた完全に不動性にすることもできるので
二本の管内で回転したりねじれたりすることはない。こ
のようにカニユーレが動かないことによって前記した圧
力変化が最小限となり、従って、こうした圧力変化から
生じろ液移送装置における容仝の変化も減少する。弾性
または可撓性管を使用する必要がないので、液の温度の
変化あるいは環境の温度の変化または定流速において圧
力変化を生む当該液の粘度変化に基因する管系の客間変
化を完全に、または部分的※こ除去する材料から、また
は上記容器（変化の計測を可能にする材料から選択的に
上記蝉性管または可撓管を造ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置′ｔの実施例を一部斜Ｈ，１，４図
にして示す主要図、第２図は第１図の装置の一部の高さ
の関数としてセンサの信号を示す図表、第３図は本発明
装置の別の実施例を示す主要図である。 なお図に、す５いて信号１，２は容器、３〜５は容器保
持装置、６，８，２０．２１は制御装置、９．１１．２
３はカニユーレ懸架装置、１０はカニユーレ、２０はセ
ンサである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、小量の液体を容れるための少なくとも一つの容器（
   １、２）と、該容器内に挿入可能なカニユーレ（１０）
   を有するカニユーレ懸架装置（９、１１、２３）と、上
   記液量を処理する目的で容器の底にカニユーレを位置決
   めするように装置、容器およびカニユーレを相互に対し
   制御すべく配置された制御装置（６、２１）とよりなる
   小量の液体を処理する装置において、上記カニユーレ懸
   架装置（９、１１、２３）が制御装置（６、２１）に接
   続されていて、カニユーレ（１０）の頂部がカニユーレ
   に対し軸方向に作用する力を受けると応答するように配
   置されたセンサを含み、上記制御装置（６、２１）があ
   る信号レベル以上の信号をセンサから受けるとカニユー
   レがそれ以上容器内に挿入されるのを停止するように配
   置されていることを特徴とする小量の液体を処理する装
   置。 ２、前記制御装置（６、２１）は液を処理する目的でカ
   ニユーレ懸架装置（９、１１、２３）と容器保持装置（
   ３〜５）とが相互に対し予め決められた第１距離範囲内
   にある時にのみセンサからの信号に答えるように配置さ
   れたことを特徴とする容器にその開口を覆う保護膜を設
   けた特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ３、前記制御装置（６、２１）がまた前記距離範囲外に
   あるセンサからの信号に答えるように配置されたことに
   より、カニユーレが前記容器内へさらに挿入されるのを
   停止すると共に後続する全ての液処理順序を停止し、上
   記信号は上記信号制御装置（６、２１）が前記第１信号
   範囲内で応答するレベルよりもずつと高い最高の許容レ
   ベルを有することを特徴とする特許請求の範囲第２項に
   記載の装置。 ４、液を処理する目的で前記制御装置はカニユーレが容
   器内へさらに挿入されるのを停止してから装置と、容器
   とカニユーレとを逆方向に少しの距離だけ動かすように
   配置されていて、該距離が処理される液の直径または小
   滴より短いことを特徴とする特許請求の範囲前記各項の
   いずれかに記載の装置。 ５、前記カニユーレ懸架装置（９、１１、２３）が垂直
   方向に不動で、前記容器（１、２）が前記制御装置で制
   御された方法で垂直方向に移動できるホルダ装置（３〜
   ５）に配置されたことを特徴とする特許請求の範囲前記
   各項のいずれかに記載の装置。 ６、前記カニユール懸架装置および（または）容器保持
   装置（３〜５）はカニユーレ懸架装置と容器装置は第２
   の所定距離範囲に垂直方向に隔離されると制御装置（６
   、８、２０、２１）によつて実質的水平方向に移動する
   よう制御可能で、上記距離範囲内でカニユーレの先端が
   上記水平方向に動くと、どの容器または容器保持装置と
   の接触からも離れることを特徴とする多数の容器（１、
   ２）を組入れた特許請求の範囲前記各項のいずれかに記
   載の装置。 ７、前記第１距離内で前記制御装置が応答するように配
   置された一定のセンサレベルは挿入運動順序中に検出さ
   れたレベル以上の所定レベルであること、該レベルが上
   記第１距離範囲外に検出されたレベルと該第１距離範囲
   内に検出されたレベルとの間にあること、後者の検出レ
   ベルは最高許容レベルよりは低いが、高いレベルである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項乃至第６項のい
   ずれかに記載の装置。