WO2013054742A1 - 流体混合器及び流体混合方法 - Google Patents

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綾乃 大坪
修大 塚田
法雅 源
雅子 河原井
伊藤　正人
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株式会社日立ハイテクノロジーズ
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Definitions

  • the present invention relates to a fluid mixer that mixes two or more liquids.
  • amino acid analyzer using a post column reaction of liquid chromatography.
  • This amino acid analyzer is a device that measures the content of amino acids in a sample and identifies the type.
  • Conventional amino acid analyzers use T-shaped connectors and piping to mix the reagent solution and the component to be detected.
  • the reagent solution and the component to be detected join at a T-shaped connector, and are mixed by concentration diffusion in a pipe downstream thereof.
  • a fluid mixer is used to shorten the time required for mixing the reagent solution and the component to be detected.
  • the fluid mixer described in Patent Document 1 is a fluid mixture in which a tubular reagent channel through which a reagent liquid flows and a tubular sample channel through which a sample liquid from a separation column of a liquid chromatograph flows join at a connection portion It is
  • the fluid mixer includes a connecting portion, a junction flow path downstream thereof, a large diameter portion having a larger flow path cross sectional area than the reagent flow path and the sample flow path, and a flow path length shorter than the large diameter portion. It is the structure where the small diameter part whose flow passage cross-sectional area is small and the flow passage length is long is connected in order.
  • Patent Document 2 As another example of the fluid mixer, there is a technique described in Patent Document 2.
  • the fluid mixer described in Patent Document 2 has a structure in which the flow path repeats branching and mixing. In this flow path structure, turbulence occurs due to collision of two fluids, change of flow direction, change of flow velocity, and the like, and as a result, it is a fluid mixer in which the two fluids mix.
  • the fluid at the position of medium middle speed flow in the middle of the flow path and near the wall surface of the flow path becomes the position of fast flow at the center of the flow path in the branch flow path
  • the time during which the detection target component flowing into the position of the slow flow near the wall surface stays in the flow path before branching, the branching flow path and the flow path after joining is the flow in the flow path before branching It is longer than the time in which the detection target component flowing into the position of the fast flow in the center of the passage stays in the flow passage before branching and in the flow passage after merging and the flow passage after merging.
  • the time during which the detection target component flowing into the position of the slow flow near the wall surface stays in the flow path before the branching, the branch flow path and the flow path after joining is the flow path before the branching.
  • the detection target component that flows into the middle of the flow path in the middle of the flow path and near the flow path wall remains in the flow path before branching, in the flow path before branching, and in the flow path after merging .
  • the residence time in the fluid mixer varies depending on where the component to be detected flows.
  • the spread of the flow direction of the detection target component becomes larger downstream of the fluid mixer.
  • An object of the present invention is to realize a fluid mixer and a fluid mixing method capable of improving the analysis accuracy of an analyzer with a small spread in the flow direction of a detection target component.
  • the present invention is configured as follows.
  • FIG. 1 It is a schematic block diagram of the amino acid analyzer with which the fluid mixer of this invention was applied. It is an assembly exploded perspective view of a fluid mixer of the present invention. It is an example different from this invention, and is a figure which shows the expansion of the detection object component in a flow path for comparison with this invention. It is a figure which shows the suppression effect of the spreading
  • FIG. 1 is a schematic configuration of an amino acid analyzer when the fluid mixer of the present invention is applied.
  • the amino acid analyzer comprises a sample solution container 1, an elution solution container 2, an autosampler 3, an elution solution delivery pump 4, a reagent solution container 5, a reagent solution delivery pump 6, and a sample solution.
  • a separation column 7 for separating components to be detected.
  • the amino acid analyzer has a fluid mixer 13, a reaction pipe 9 and a reaction pipe 9, and has a heater 10 for heating and reacting the component to be detected and the reagent solution.
  • a detector 11 for detecting a reaction product generated in the reaction unit pipe 9, a pipe 17, and a waste liquid container 18 are provided.
  • 12 is a waste liquid that has passed through the detector 11
  • 14 is a sample solution
  • 15 is an eluent
  • 16 is a reagent solution.
  • the eluent 15 is fed from the eluent container 2 by the eluent feed pump 4.
  • the sample liquid 14 joins the eluent 15 from the sample liquid container 1 by the autosampler 3 and flows to the separation column 7.
  • the separation column 7 the detection target component in the sample liquid is separated due to the difference in charge, and the separated detection target component joins the reagent liquid 16 in the fluid mixer 13.
  • the fluid mixer 13 has the A substrate 407, the B substrate 408, and the C substrate 409 stacked.
  • the reagent solution 16 is fed from the reagent solution container 5 by the reagent solution feed pump 6.
  • the component to be detected separated in the separation column 7 and the reagent solution 16 are mixed in the fluid mixer 13 and then reacted in the reaction pipe 9. Then, the reaction product generated in the reaction part pipe 9 is detected by the detector 11 and is sent to the waste liquid container 18.
  • FIG. 6 is a view showing the distribution in the piping of the mixed solution 27 of the detection target component 19 (amino acid A21, amino acid B22, amino acid C23) separated by the separation column 7, the eluent 15, and the eluent and reagent solution.
  • amino acid A21, amino acid B22, amino acid C23, eluent 15, reaction product of amino acid A21 and reagent solution 24 and reaction product of amino acid B22 with reagent solution are formed inside piping 17
  • the reaction product 25, the reaction product 26 formed by the reaction of the amino acid C with the reagent solution, and the mixed solution 27 of the eluent and the reagent solution are present.
  • FIG. 6 shows the inside of the pipe 17 after the detection object component 19 and the eluent 15 are mixed, and in the pipe 17 after the mixing, the amino acid in the mixed liquid 27 of the eluent and the reagent liquid is shown.
  • a reaction product 24 produced by the reaction of A21 with the reagent solution
  • a reaction product 25 produced by the reaction of amino acid B22 with the reagent solution
  • a reaction product 26 produced by the reaction of amino acid C23 with the reagent solution 16 It will be.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the fluid mixer 13 of the present invention.
  • the fluid mixer 13 according to the first embodiment of the present invention is formed of an A substrate 407, a B substrate 408, and a C substrate 409.
  • a screw (not shown) into the screw hole 411 and inserting it into the screw hole 410, the three substrates are stacked and fixed to form the fluid mixer 13.
  • an inlet 404 for the A liquid 401, an inlet 405 for the B liquid 402, and an outlet 406 for the mixed liquid 403 are formed in the A substrate 407.
  • a substrate 407 As a material of the A substrate 407, the B substrate 408, and the C substrate 409, for example, stainless steel, polytetrafluoroethylene, polyetheretherketone or the like can be used.
  • the flow shape shown in FIG. 5 is formed by the fluid mixer shown in FIG.
  • FIG. 3 is an explanatory view of a fluid mixer having a principle different from that of the present invention, and a view showing a comparative example with the present invention.
  • FIG. 3 is a flow-path schematic sectional drawing for demonstrating expansion of the flow direction of the detection target component in one flow path.
  • the flow velocity distribution in the flow channel is 902 as in the flow channel center line of the flow channel The flow velocity becomes slower toward the wall of the flow path from the For this reason, the distribution of the detection target component also has a parabolic distribution 904, and the spread of the detection target component in the flow direction is 905.
  • FIG. 3 shows the expansion of the flow direction of the detection target component in the fluid mixer 911 in the comparative example including the flow path 111 before the flow path branching, the branch flow path 112, and the merging flow path 113. It is a flow-path schematic sectional drawing which shows a mode.
  • the component to be detected 19 when the component to be detected 19 enters the channel 111 before branching and passes through the channel 111 before branching, the component to be detected is parabolic flow velocity distribution 903 on the upstream side just before the branching portion 62 In this case, the parabolic distribution 930 is obtained.
  • the detection target component of the distribution 930 is branched in the + Y axis direction and the ⁇ Y axis direction shown in (b) of FIG. 3 at the branch part 62 (component 60 and component 61). It moves fast in the middle of the flow path (central component 908) and moves slowly near the wall (wall component 906). Therefore, the component to be detected spreads in the flow direction like the component 30 and the component 31 on the upstream side just before the merging portion 33.
  • the slow component of the flow near the wall surface in the flow channel (wall component 906 (component of the wall surface farther from the merging flow channel 113)) moves to the center in the merging flow channel (center Component 907)
  • the fast-flowing component at the center of the channel (central component 908) moves to the wall surface side in the merging channel (wall-side component 909).
  • the slow component 933 of the flow near the wall surface in the flow channel 111 before branching is at the position 913 of the slow flow near the wall surface also in the branch flow channel 112. It is at position 914.
  • the fluid 934 located at the position of fast flow in the center of the channel is at the position of slow flow 935 near the wall surface in the branching channel 112, and again in the channel 113 after merging. It is in the position of the fast flow 907 in the middle of the flow path.
  • the fluid 936 located at the middle speed of the middle of the flow path and the middle of the flow path wall is located in the middle of the flow path 112 in the middle of the flow path. 908, and in the channel 113 after merging, it is again at the middle speed position of flow 909 between the center of the channel and near the wall of the channel.
  • the fluid 933 in the position of slow flow near the wall surface in the flow channel 111 before branching is also in the position of slow flow near the wall surface 913 in the branching flow channel 112 and also near the wall surface in the flow channel 113 after merging. It is at the slow flow position 914 and always flows at the slow flow position.
  • the time during which the detection target component 933 flowing into the position of the slow flow near the wall stays in the flow path 111 before branching, the branch flow path 112 and the merging flow path 113 is the flow before the branching It is longer than the time during which the detection target component 934 flowing into the position of the fast flow in the center of the channel in the channel 111 stays in the channel 111 before branching, the branch channel 112, and the merging channel 113.
  • the detection target component 933 flows into the middle of the flow path in the middle of the flow path in the flow path 111 before branching and near the flow path wall surface, and the detection target component 936 flows in the flow path 111 before branching It becomes longer than the time of staying in the branch flow channel 112 and the merging flow channel 113.
  • the time during which the detection target component flowing in the fluid mixer 911 stays in the fluid mixer 911 differs depending on the location where the detection target component flows in the cross section of the inlet (the flow path 111 before branching) of the fluid mixer. Therefore, compared with the upstream of the fluid mixer 911, the spread 912 in the flow direction of the detection target component becomes larger downstream of the fluid mixer 911. As a result, the peak width of the chromatogram that is the analysis result of the amino acid analyzer spreads, and the analysis accuracy decreases.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the principle of the fluid mixer of the present invention, and shows the effect of suppressing the spread of the detection target component in the flow channel structure 921.
  • the orthogonal axes of the orthogonal coordinates are taken as a first axis, a second axis, and a third axis. These are described as an X axis, a Y axis, and a Z axis.
  • the first axis can be set to any of the X, Y, and Z axes.
  • the second axis and the third axis can be set to any of the X, Y, and Z axes.
  • the flow direction of the flow passage 115 before branching is taken as the X axis
  • the direction perpendicular to the flow direction of the flow passage 115 before branching is taken as the Y and Z axes
  • the direction perpendicular to the paper is shown.
  • the flow direction of the flow passage 115 before branching is taken as the X axis
  • the direction perpendicular to the flow direction of the flow passage 115 before branching is taken as the Y and Z axes
  • the direction perpendicular to the paper is shown.
  • FIG. 4 shows a side view of the flow path
  • (a) of FIG. 4 shows a cross section taken along the line AA of (b) of FIG.
  • the fluid flows in the + X axis direction to the flow path 115 (first flow path) before branching, and the branch flow path 116 (second Flow in the + Y axis direction and the -Y axis direction, the flow is bent in the X axis direction downstream of it, and the flow is in the + Y axis direction and the -Y axis direction downstream Turn.
  • the 2nd flow path and the 3rd flow path are connected to the confluence part in the lower stream, and the branched fluid merges in this confluence part.
  • the junction is connected to the fourth flow path, and the fourth flow path extends in the ⁇ X axis direction, and the flow of fluid also bends in the ⁇ X axis direction.
  • the fourth flow path is connected to a fifth flow path (lead out path) that leads to the outlet for leading out the fluid.
  • the fifth flow path the flow is bent in the + Z axis direction, the flow is bent in the + X axis direction downstream thereof, the flow is bent in the ⁇ Z axis direction downstream thereof, and the flow is bent in the + X axis direction downstream thereof.
  • the fifth flow path extends in the + X axis direction, and the fluid flows in the + X axis direction.
  • the detection target component 19 flowing into the flow channel structure 921 becomes a component 940 having a parabolic distribution on the upstream side immediately before the branch portion 52 due to the flow velocity distribution 915.
  • the component 940 branches in the + Y axis direction and the ⁇ Y axis direction at the branch portion 52 (component 50 and component 51), and moves rapidly in the center of the flow channel (central component 918) by the flow velocity distribution 915 in the branch flow channel 116 Because it moves late near the wall (wall surface component 923), it spreads in the flow direction as components 53 and 54.
  • the component 53 and the component 54 merge, and the flow is bent in the ⁇ X axis direction to become a component 56.
  • the component 56 the component 53 and the component of the slow flow near the wall of the component 54 (wall component 923) move to the center of the channel (central component 917) and the component of the component 53 and the component 54 of fast flow in the center of the channel (Central component 918) moves to the wall surface (wall surface component 919).
  • the component of the slow flow near the wall surface of the component 53 and the component 54 (wall component 916) becomes the component 920 of the flow in the wall surface.
  • the fluid changes its flow direction in the + Z axial direction, + X axial direction, -Z axial direction, and + X axial direction.
  • the slow flow component 943 near the wall of the flow passage 115 before branching is located in the fast flow in the middle of the flow passage after the branching and merging (central component 917).
  • the spread of the distribution 926 of components at the fluid mixer outlet is 922.
  • the spread 922 is smaller than the spread 905 by the single flow passage 901 shown in FIG. 3 and smaller than the spread 912 by the fluid mixer 911 which branches and merges.
  • the component of the wall surface portion is located on the upstream side of the component of the central portion 925, and the distance between the component of the central portion 925 and the component of the wall surface portion is shortened toward the fluid mixer outlet. .
  • the fluid 945 located at the position of the fast flow in the center of the flow channel is at the position of slow flow 946 near the wall surface in the branching flow channel 116
  • Flow channel 117 is at a slow flow location 920 near the wall.
  • the fluid 947 at the middle speed position of middle between the flow path center and the flow path wall surface is located at the center of the flow path in the branch flow path 116. 918, and in the channel 117 after merging, it is again in the middle of the middle of the channel and in the middle of the flow position 919 near the wall of the channel.
  • the fluids 943 and 944 located at the slow flow position near the wall surface are also at the slow flow position 923 near the wall surface in the branching flow channel 116 and in the flow channel 117 after merging. It is at the position 917 of the fast flow in the middle of the flow path.
  • the time during which the detection target components 943 and 944 flowing into the slow flow position near the wall stay in the flow path 115 before branching, the branch flow path 116 and the merging flow path 117 It is equivalent to the time when the detection target component 945 flowing into the position of the fast flow in the center of the flow channel in the previous flow channel 115 stays in the flow channel 115 before branching, the branch flow channel 116 and the merging flow channel 117.
  • the detection target components 943 and 944 flowing into the slow flow position near the wall surface flow into the middle speed position of middle between the flow channel center and the flow channel wall in the flow channel 115 before branching. This time is equivalent to the time during which the detection target component 947 stays in the flow path 115, the branch flow path 116, and the merging flow path 117 before branching.
  • the time during which the detection target component flowing in the fluid mixer 921 stays in the fluid mixer 921 depends on the location where the detection target component flows in the inlet (flow path 115 before branching) section of the fluid mixer 921. It is equal. As a result, the spread in the flow direction of the detection target component downstream of the fluid mixer 921 with respect to the upstream of the fluid mixer 921 is reduced.
  • the peak width of the chromatogram which is the analysis result of the amino acid analyzer does not widen, and the analysis accuracy of the amino acid analyzer can be improved.
  • the extension distance in the axial direction and the extension distance in the -Z-axis direction are the detection target component of the flow path central portion and the detection target component of the flow path wall portion, taking into consideration the cross-sectional area of the flow path, fluid flow rate, etc. It is possible to set the positional relationship of ⁇ circle around (1) ⁇ to be closest to the outlet portion of the fluid mixer, that is, to make the spread 922 the smallest.
  • the fluid may be made to flow in a flow path structure in which the flow path 921 in FIG. 4 is rotated 90 degrees around the X axis.
  • the fluid mixer that switches the position of the fast flow and the position of the slow flow in the XY plane, and the fluid mixer that switches the position of the fast flow and the slow flow in the XZ plane There can be two fluid mixers.
  • the fourth flow path is connected to the fifth flow path, and the fifth flow path is bent in the + Y axis direction, and the + X axis is downstream thereof.
  • the flow is bent in the direction, the flow is bent in the -Y axis direction downstream thereof, and the flow is bent in the + X axis direction downstream thereof.
  • the fifth flow path extends in the + X axis direction, and the fluid flows in the + X axis direction.
  • the flow path structure is obtained when the X-axis and the Y-axis in FIG. 4 are interchanged.
  • the flow of fluid in the flow path 117 after merging is in the -Y direction.
  • the flow path structure is obtained when the X-axis and the Z-axis are interchanged.
  • the flow of fluid in the flow path 117 after merging is in the -Z direction.
  • the fluid flow in the flow path 117 after merging is in the + Z direction.
  • a pipe having a square cross-sectional shape and a dimension of 100 to 1000 micrometers on one side can be used for the fluid mixer.
  • FIG. 5 is a diagram showing the flow path shape of the fluid mixer according to the first example of the present invention.
  • elements 101 to 106 described later are formed according to the principle of the present invention shown in FIG. 4, for convenience of illustration, immediately after the branched fluids merge, the -X axis direction, the -Y axis direction or The flow path for flowing the fluid in the + Z axis direction is omitted.
  • the fluid mixer in the first embodiment of the present invention is A solution (corresponding to a sample solution) 401 and B solution.
  • (Equivalent to the reagent solution) 402 is introduced in the -Z-axis direction from the A-solution inlet 404 and the B-solution inlet 405, which are the respective inlets, and the A solution 401 flows in the + X-axis direction, and the B solution 402 It flows in the X-axis direction, merges with each other at the merging portion 801, and then flows in the -Z-axis direction.
  • the A liquid 401 and the B liquid 402 are positioned on the left and right as viewed from the Y-axis direction (flow path cross section A). Downstream thereof, the branch portion 802 branches in the ⁇ Y axis direction and the + Y axis direction, and flows in the + X axis direction (flow path cross section B).
  • the first element 101, the third element 103, and the sixth element 106 are spread by the flow velocity distribution in the XY axis direction.
  • the second element 102, the fourth element 104, and the fifth element 105 can suppress the spread due to the flow velocity distribution in the XZ axis direction, and can suppress the spread of the component distribution at the outlet 406. .
  • the ease of mixing of the liquid A and the liquid B is determined by the number of elements to be joined. Assuming that the channel width (119) is 0.2 mm and the channel length of one element (118) is 1.0 mm, the thickness (120) of the fifth multi-layer flow is 0.00625 mm. Clearly, Since the diffusion coefficient of glycine, which is a kind of amino acid to be detected, in water is 1.04 ⁇ 10 -9 m 2 / s, the thickness of 0.00625 mm of the multi-layer flow of glycine is the fifth element in water. The spreading time is 0.009 s. When the flow rate is 0.75 mL / min, since the average time for fluid to pass through one element is 0.0137 s, glycine passes through the sixth element completely mixed with the reagent solution.
  • the detection target component and the reagent liquid are completely mixed by passing through the fluid mixer of the present invention.
  • FIG. 7 is a graph showing simulation results of the relationship between the mixing ratio and the distance from the junction.
  • the horizontal axis of FIG. 7 shows the distance (m) from the junction of A liquid and B liquid, and the vertical axis shows the mixing ratio which indicates whether A liquid and B liquid spread uniformly in the flow path cross section. .
  • the mixing ratio of 100% is in a completely mixed state.
  • the present invention shows around 0.008 m. While the mixing ratio is almost 100%, in the case of the T-shaped connector, about 2 m is required for the mixing ratio to be almost 100%. Thus, it can be seen that the fluid mixer of the present invention allows mixing in a shorter distance than the T-connector.
  • the fluid mixer of the present invention when the fluid mixer of the present invention is applied to an amino acid analyzer, the length of piping necessary for mixing the component to be detected and the reagent becomes short, so analysis is performed more than the amino acid analyzer without the fluid mixer of the present invention. Time can be shortened.
  • the fluid mixer of the present invention when the fluid mixer of the present invention is applied to an amino acid analyzer, the length of piping necessary for mixing the component to be detected and the reagent becomes short, so a pump is used rather than the amino acid analyzer without the fluid mixer of the present invention.
  • the delivery pressure of fluid can be reduced.
  • FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a fluid mixer in the second and third embodiments of the present invention.
  • (A) of FIG. 8 is a second embodiment of the present invention, and
  • (b) of FIG. 8 is a third embodiment of the present invention.
  • the shape of the branch flow channel is not limited to the rectangular flow channel when viewed from the Z-axis direction as shown in FIG. 4, and may be a circular or oval shape shown in FIG. It may be in the shape of a rhombic or triangular shape shown in). That is, the bend of the flow path may be bent at an angle or a curve other than a right angle.
  • FIG. 9 is a schematic block diagram of an example in which the fluid mixer according to the fourth embodiment of the present invention is applied to an amino acid analyzer.
  • the difference between the example shown in FIG. 1 and the example shown in FIG. 9 is that, in the example shown in FIG. 1, the fluid mixer 13 and the heater 10 having the reaction section pipe 9 are separately provided.
  • a fluid mixing heater 30 in which the fluid mixer and the heater are combined into one. It is the point which constituted.
  • the fluid mixing heater 30 includes, for example, a heating mechanism in the flow path of the configuration of FIG. 5.
  • the fluid flowing in the + X-axis direction is branched into two and joined together, and then flowed in the -X-axis direction, so that the central component of the flow passage is on the downstream side of the wall surface component, + Z-axis
  • the configuration is such that flow is performed in the direction ⁇ + X axis direction ⁇ ⁇ Z axis direction to cross the downstream flow path, but the present invention is not limited to this configuration.
  • the fluid mixer or fluid mixing method of the present invention is applied to an amino acid analyzer, the length of piping necessary for mixing the components to be detected and the reagents becomes short. Analysis time is shortened.
  • the fluid mixer or fluid mixing method of the present invention when applied to an amino acid analyzer, the length of piping necessary for mixing the component to be detected and the reagent becomes short, so that it is better than the amino acid analyzer which does not use a fluid mixer. Pumping pressure decreases.

Abstract

　検出対象成分の流れ方向の拡がりが小さく、分析装置の分析精度を向上可能な流体混合器を実現する。分岐前の流路１１５に流体が＋Ｘ軸方向に流れ、分岐流路１１６で＋Ｙ軸方向と－Ｙ軸方向の流れに分岐し、下流でＸ軸方向に流れが曲がり、その下流で＋Ｙ軸方向と－Ｙ軸方向に流れが曲がり、その下流で合流し－Ｘ軸方向に流れが曲がる。さらに、その下流で＋Ｚ軸方向に流れが曲がり、その下流で＋Ｘ軸方向に流れが曲がり、その下流で－Ｚ軸方向に流れが曲がり、その下流で＋Ｘ軸方向に流れが曲がる。流体混合器９２１内を流れる検出対象成分が流体混合器９２１内に滞留する時間は、流体混合器９２１の入口断面において検出対象成分が流入する場所によらず同等である。よって、流体混合器９２１の上流に対する流体混合器９２１の下流における検出対象成分の流れ方向の拡がりが小さくなる。

Description

流体混合器及び流体混合方法
　本発明は、２種類以上の液体を混合する流体混合器に関する。
　例えば、液体クロマトグラフのポストカラム反応を利用したアミノ酸分析装置がある。このアミノ酸分析装置は試料内のアミノ酸の含有量の測定や種類の同定を行う装置である。
　アミノ酸分析装置は、試料液を分離カラムに通して、試料液内の検出対象成分であるアミノ酸を分離し、分離したアミノ酸にニンヒドリン試薬などの試薬液を混合し、混合液を加熱することで反応させ、反応生成物を検出器で検出する装置である。
　従来のアミノ酸分析装置は、試薬液と検出対象成分とを混合するためにＴ字コネクタと配管とを用いていた。試薬液と検出対象成分はＴ字コネクタで合流し、その下流の配管内で濃度拡散によって混合する。
　この場合、混合に必要な時間が長いため、混合に必要な配管長が長くなり、その配管内において測定対象成分が流れ方向に拡がる。液体クロマトグラフでは、検出対象成分が配管内で流れ方向に拡がると、検出対象成分が検出器に流入してから流出するまでの時間が長くなるため、分析結果であるクロマトグラムのピーク幅が拡がり、分析精度が低下する。
　したがって、試薬液と検出対象成分の混合に必要な時間を短くするために流体混合器が用いられる。
　分析装置内にある流体混合器の一例として、特許文献１に記載された技術がある。特許文献１に記載の流体混合器は、試薬液が流れる管状の試薬流路と、液体クロマトグラフ装置の分離カラムからの試料液が流れる管状の試料流路とが連結部にて合流する流体混合器である。
　この流体混合器は、連結部と、その下流の合流流路と、試薬流路および試料流路よりも流路断面積が大きくかつ流路長が短い大径部と、この大径部よりも流路断面積が小さくかつ流路長が長い小径部とが順に連結されている構造である。
　この流体混合器では、合流流路と大径部の幅が異なるため、大径部において渦流が発生し、この渦流により液体の混合が行われる。
　また、流体混合器の他の例としては、特許文献２に記載された技術がある。特許文献２に記載の流体混合器は、流路が分岐と混合を繰り返す構造である。この流路構造では、２つの流体の衝突、流れ方向の変化、流速の変化などで乱流が発生し、その結果、２つの流体が混合する流体混合器である。
特開２００２－１３１３２６号公報 特開２００８－２４６２８３号公報
　特許文献１に記載の流体混合器にあっては、渦流によって液体を混合するが、この場合、渦流に巻き込まれた検出対象成分と渦流に巻き込まれなかった検出対象成分とは、流体混合器内での滞留時間が異なる。そのため、流体混合器の上流に比べて流体混合器の下流では検出対象成分の流れ方向の拡がりが大きくなる。
　その結果、分析結果であるクロマトグラムのピーク幅が拡がり、分析精度が低下する。
　特許文献２に記載の流体混合器は、流体が分岐前の流路と、分岐流路と、合流後の流路とを流れることによって、流体が分岐と合流を繰り返す。この流体混合器の流路では、流路中央では流れが速く、流路の壁面近くでは流れが遅い流速分布を持つ。
　また、特許文献２に記載の流体混合器では、分岐前の流路において流路中央の速い流れの位置にある流体は、分岐流路においては壁面近くの遅い流れの位置となり、合流後の流路においては再び流路中央の速い流れの位置となる。
　また、分岐前の流路において流路中央と流路壁面近くの中間の中程度の速さの流れの位置にある流体は、分岐流路においては流路中央の速い流れの位置となり、合流後の流路においては再び流路中央と流路の壁面近くの中間の中程度の速さの流れの位置となる。
　一方、分岐前の流路において壁面近くの遅い流れの位置にある流体は、分岐流路においても壁面近くの遅い流れの位置にあり、合流後の流路においても壁面近くの遅い流れの位置にあり、常に遅い流れの位置を流れる。
　したがって、分岐前の流路において壁面近くの遅い流れの位置に流入する検出対象成分が分岐前の流路と分岐流路と合流後の流路に滞留する時間は、分岐前の流路において流路中央の速い流れの位置に流入する検出対象成分が分岐前の流路と分岐流路と合流後の流路に滞留する時間に比べて長い。
　また、上記分岐前の流路において壁面近くの遅い流れの位置に流入する検出対象成分が分岐前の流路と分岐流路と合流後の流路に滞留する時間は、分岐前の流路において流路中央と流路壁面近くの中間の中程度の速さの流れの位置に流入する検出対象成分が分岐前の流路と分岐流路と合流後の流路に滞留する時間に比べて長い。
　すなわち、流体混合器の入口（分岐前の流路）の断面において、検出対象成分が流入する場所によって、流体混合器内に滞留する時間が異なる。その結果、流体混合器の上流に比べて流体混合器の下流では検出対象成分の流れ方向の拡がりが大きくなる。
　その結果、アミノ酸分析装置の分析結果であるクロマトグラムのピーク幅が拡がり、分析精度が低下する。
　本発明の目的は、検出対象成分の流れ方向の拡がりが小さく、分析装置の分析精度を向上可能な流体混合器及び流体混合方法を実現することである。
　上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。
　少なくとも２種類の流体を混合させる流体流路を有し、直交座標系の互いに直交する３軸を、第１軸、第２軸、第３軸としたとき、＋第１軸方向に延び、流体導入口からの流体を＋第１軸方向に流体を流し、上記第１の流路から第２の流路及び第３の流路に流体を分岐し、上記第２の流路と第３の流路とに分岐された流体を合流部で合流し、上記合流部で合流した流体を、－第１軸方向に流し、上記流体を導出口に導出する。
　検出対象成分の流れ方向の拡がりが小さく、分析装置の分析精度を向上可能な流体混合器及び流体混合方法を実現することができる。
本発明の流体混合器が適用されたアミノ酸分析装置の概略構成図である。 本発明の流体混合器の組み立て分解斜視図である。 本発明とは異なる例であり、本発明との比較のため、流路内での検出対象成分の拡がりを示す図である。 本発明の原理説明のため、検出対象成分の拡がりの抑制効果を示す図である。 本発明の第１の実施例における流体混合器を複数組み合わせた例を示す図である。 配管内の検出対象成分と溶離液と試薬液の様子を説明する図である。 混合率と合流部からの距離の関係のシミュレーション結果を示す図である。 本発明の第２、第３の実施例による流体混合器の説明図である。 本発明の第４の実施例における流体混合器が適用されたアミノ酸分析装置の概略構成図である。
　以下、添付図面を参照して本発明の実施例について説明する。なお、本発明は以下に説明する実施例に限定されるものではない。
　図１は本発明の流体混合器が適応されたとアミノ酸分析装置の概略構成である。図１において、アミノ酸分析装置は、試料液容器１と、溶離液容器２と、オートサンプラー３と、溶離液送液ポンプ４と、試薬液容器５と、試薬液送液ポンプ６と、試料液中の検出対象成分を分離する分離カラム７とを備える。
　また、アミノ酸分析装置は、流体混合器１３と、反応部配管９と、反応部配管９を内部に有し、検出対象成分と試薬液を加温させて反応させるための加温機１０と、反応部配管９で生じた反応生成物を検出する検出器１１と、配管１７と、廃液容器１８とを備える。１２は検出器１１を通過した廃液、１４は試料液、１５は溶離液、１６は試薬液である。
　図１に示したアミノ酸分析装置は、溶離液１５が溶離液容器２から溶離液送液ポンプ４によって送液される。試料液１４は試料液容器１からオートサンプラー３によって、溶離液１５に合流し、分離カラム７に流れる。分離カラム７では、電荷の違いで試料液の中の検出対象成分が分離され、分離された検出対象成分は試薬液１６と流体混合器１３で合流する。流体混合器１３は後述するように、Ａ基板４０７、Ｂ基板４０８、Ｃ基板４０９が積層されている。
　試薬液１６は試薬液容器５から試薬液送液ポンプ６によって送液される。分離カラム７で分離された検出対象成分と試薬液１６とは流体混合器１３で混合された後、反応部配管９にて反応する。そして、反応部配管９で生じた反応生成物は検出器１１にて検出され、廃液容器１８に送液される。
　図６は、分離カラム７で分離された検出対象成分１９（アミノ酸Ａ２１、アミノ酸Ｂ２２、アミノ酸Ｃ２３）と溶離液１５と溶離液と試薬液の混合液２７の配管内の分布を示す図である。図６において、配管１７の内部には、アミノ酸Ａ２１、アミノ酸Ｂ２２、アミノ酸Ｃ２３、溶離液１５、アミノ酸Ａ２１と試薬液と反応してできた反応生成物２４、アミノ酸Ｂ２２と試薬液が反応してできた反応生成物２５、アミノ酸Ｃと試薬液が反応してできた反応生成物２６、溶離液と試薬液の混合液２７が存在している。
　図６の（ａ）は、検出対象物成分１９と溶離液１５との混合前の配管１７内を示し、検出対象成分１９（アミノ酸Ａ２１、アミノ酸Ｂ２２、アミノ酸Ｃ２３）は、それぞれ溶離液１５中に分離されて流れる。
　そして、流体混合器１３でアミノ酸Ａ２１、アミノ酸Ｂ２２、アミノ酸Ｃ２３が試薬液１６と混合する。図６の(ｂ)は、検出対象物成分１９と溶離液１５との混合後の配管１７内を示し、混合後の配管１７内では、溶離液と試薬液の混合液２７の中に、アミノ酸Ａ２１と試薬液が反応してできた反応生成物２４、アミノ酸Ｂ２２と試薬液が反応してできた反応生成物２５、アミノ酸Ｃ２３と試薬液１６が反応してできた反応生成物２６が存在するようになる。
　図２は本発明の流体混合器１３の組み立て分解斜視図である。図２が示すように、本発明の第１の実施例による流体混合器１３は、Ａ基板４０７と、Ｂ基板４０８と、Ｃ基板４０９とから形成される。ネジ（図示せず）をネジ通し穴４１１に通してネジ穴４１０に回し入れることで、３枚の基板を積層して固定し、流体混合器１３を形成する。Ａ基板４０７には、Ａ液４０１の導入口４０４、Ｂ液４０２の導入口４０５、混合液４０３の導出口４０６が形成されている。
　Ａ基板４０７、Ｂ基板４０８、Ｃ基板４０９の材質は、例えば、ステンレス、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルエーテルケトンなどを用いることができる。図２に示した流体混合器により、図５に示す流路形状が形成される。
　図３は、本発明とは異なる原理の流体混合器の説明図であり、本発明との比較例を示す図である。
　図３の（ａ）は、１本の流路内での検出対象成分の流れ方向の拡がりを説明するための流路概略断面図である。図３の（ａ）において、１本の流路９０１に検出対象成分１９が入り、流路内を通過する場合、流路内の流速分布は９０２のように、流路の流体流れ方向中心線から流路の壁面に向かうにつれて流速が遅くなる放物線状となる。このため、検出対象成分の分布も放物線状の分布９０４となり、検出対象成分の流れ方向の拡がりは９０５となる。
　図３の（ｂ）は、流路分岐前の流路１１１と、分岐流路１１２と、合流流路１１３とからなる比較例における流体混合器９１１内での検出対象成分の流れ方向の拡がりの様子を示す流路概略断面図である。
　図３の（ｂ）では、分岐前の流路１１１に検出対象成分１９が入り、分岐前の流路１１１を通過すると、検出対象成分が放物線状流速分布９０３によって分岐部６２の直前の上流側では放物線状の分布９３０になっている。分布９３０の検出対象成分は分岐部６２で、図３の（ｂ）に示した＋Ｙ軸方向と－Ｙ軸方向に分岐し（成分６０および成分６１）、分岐流路１１２内の流速分布９０３により、流路中央では速く移動し（中央成分９０８）、壁面付近では遅く移動する（壁面成分９０６）。そのため、合流部３３の直前の上流側では、検出対象成分は成分３０および成分３１のように流れ方向に拡がる。
　合流部３３において、成分３０と成分３１とが合流して図３の（ｂ）に示した＋Ｘ軸方向に流れ、成分４０になる。
　ここで、成分３０については、流路内の壁面近くの流れの遅い成分（壁面成分９０６（合流流路１１３から遠い方の壁面の成分））が、合流流路内の中央に移動し（中央成分９０７）、流路中央の流れの速い成分（中央成分９０８）が合流流路内の壁面側に移動する（壁面側成分９０９）。
　一方、分岐前の流路１１１での壁面近くの流れの遅い成分９３３は、分岐流路１１２内においても壁面近くの遅い流れの位置９１３にあり、合流流路１１３においても壁面近くの遅い流れの位置９１４にある。
　したがって、合流流路１１３での成分の分布９１０の拡がりは９１２となる。
　分岐前の流路１１１において、流路中央の速い流れの位置にある流体９３４は、分岐流路１１２においては、壁面近くの遅い流れの位置９３５にあり、合流後の流路１１３においては、再び流路中央の速い流れの位置９０７にある。
　また、分岐前の流路１１１において、流路中央と流路壁面近くの中間の中程度の速さの流れの位置にある流体９３６は、分岐流路１１２においては流路中央の速い流れの位置９０８にあり、合流後の流路１１３においては再び流路中央と流路の壁面近くの中間の中程度の速さの流れの位置９０９にある。
　一方、分岐前の流路１１１において壁面近くの遅い流れの位置にある流体９３３は、分岐流路１１２においても壁面近くの遅い流れの位置９１３にあり、合流後の流路１１３においても壁面近くの遅い流れの位置９１４にあり、常に遅い流れの位置を流れる。
　したがって、分岐前の流路１１１において壁面近くの遅い流れの位置に流入する検出対象成分９３３が分岐前の流路１１１と分岐流路１１２と合流流路１１３に滞留する時間は、分岐前の流路１１１において流路中央の速い流れの位置に流入する検出対象成分９３４が分岐前の流路１１１と分岐流路１１２と合流流路１１３に滞留する時間より長い。また、検出対象成分９３３は、分岐前の流路１１１において流路中央と流路壁面近くの中間の中程度の速さの流れの位置に流入する検出対象成分９３６が分岐前の流路１１１と分岐流路１１２と合流流路１１３に滞留する時間に比べて長くなる。
　すなわち、この流体混合器９１１内を流れる検出対象成分が流体混合器９１１内に滞留する時間は、流体混合器の入口（分岐前の流路１１１）断面において検出対象成分が流入する場所によって異なる。よって、流体混合器９１１の上流に比べて流体混合器９１１の下流では検出対象成分の流れ方向の拡がり９１２が大きくなる。その結果、アミノ酸分析装置の分析結果であるクロマトグラムのピーク幅が拡がり、分析精度が低下する。
　図４は、本発明の流体混合器の原理説明図であり、流路構造９２１において、検出対象成分の拡がりの抑制効果を示している。直交座標の互いに直交する軸を、第１軸、第２軸、第３軸とする。これらを、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸として説明する。
ただし、第１軸をＸ、Ｙ、Ｚ軸のいずれにも設定可能である。同様に、第２軸、第３軸をＸ、Ｙ、Ｚ軸のいずれにも設定可能である。
　図４の（ａ）においては、分岐前の流路１１５の流れ方向をＸ軸とし、 分岐前の流路１１５の流れ方向に垂直な方向をＹ軸、Ｚ軸とし、紙面に垂直な方向をＺ軸とする。
　図４の（ｂ）においては、分岐前の流路１１５の流れ方向をＸ軸とし、 分岐前の流路１１５の流れ方向に垂直な方向をＹ軸、Ｚ軸とし、紙面に垂直な方向をＹ軸とする。
　図４の（ｂ）は、流路の側面図を示し、図４の（ａ）は、図４の（ｂ）のＡ－Ａ線に沿った断面を示す。
　流路構造９２１においては、図４の（ａ）に示すように、分岐前の流路１１５（第１の流路）に流体が＋Ｘ軸方向に流れ、その下流の分岐流路１１６（第２の流路、第３の流路）で＋Ｙ軸方向と－Ｙ軸方向の流れに分岐し、その下流でＸ軸方向に流れが曲がり、その下流で＋Ｙ軸方向と－Ｙ軸方向に流れが曲がる。そして、その下流で第２の流路と第３の流路は合流部に接続され、分岐した流体がこの合流部で合流する。この合流部は第４の流路に接続されており、第４の流路は、－Ｘ軸方向に延び、流体の流れも－Ｘ軸方向に曲がる。
　さらに、図４の（ｂ）に示すように、第４の流路は、流体を導出する導出口に導く第５の流路（導出路）に接続される。この第５の流路は、＋Ｚ軸方向に流れが曲がり、その下流で＋Ｘ軸方向に流れが曲がり、その下流で－Ｚ軸方向に流れが曲がり、その下流で＋Ｘ軸方向に流れが曲がる。そして、第５の流路は、＋Ｘ軸方向に延びて、流体は＋Ｘ軸方向に流れる。
　図４の（ａ）において、流路構造９２１に流入する検出対象成分１９は、流速分布９１５により、分岐部５２の直前の上流側で放物線状の分布を持つ成分９４０となる。成分９４０は分岐部５２で＋Ｙ軸方向と－Ｙ軸方向に分岐し（成分５０および成分５１）、分岐流路１１６内の流速分布９１５により、流路中央では速く移動し（中央成分９１８）、壁面付近では遅く移動するため（壁面成分９２３）、成分５３および成分５４のように流れ方向に拡がる。
　合流部５５で、成分５３と成分５４とが合流して－Ｘ軸方向に流れが曲がり、成分５６になる。成分５６については、成分５３と成分５４の壁面近くの遅い流れの成分（壁面成分９２３）が流路中央に移動し（中央成分９１７）、成分５３と成分５４の流路中央の速い流れの成分（中央成分９１８）が壁面側に移動する（壁面側成分９１９）。また、成分５３と成分５４の壁面近くの遅い流れの成分（壁面成分９１６）は、壁面における流の成分９２０となる。その後、図４の（ｂ）に示すように、流体は＋Ｚ軸方向、＋Ｘ軸方向、－Ｚ軸方向、＋Ｘ軸方向に流れ方向を変化していく。
　したがって、分岐前の流路１１５の壁面近くの遅い流れの成分９４３は、分岐と合流後に流路中央の速い流れに位置する(中央成分９１７)。流体混合器出口での成分の分布９２６の拡がりは９２２となる。この広がり９２２は、図３に示した１本の流路９０１による拡がり９０５よりも小さく、分岐合流する流体混合器９１１による拡がり９１２よりも小さくなる。分布９２６は中心部９２５の成分より壁面部の成分が上流側に位置する状態となっており、流体混合器出口に向かうにつれ、中心部９２５の成分と壁面部の成分のとの距離は短縮する。
　本発明の流路構造９２１では、分岐前の流路１１５において、流路中央の速い流れの位置にある流体９４５は、分岐流路１１６においては壁面近くの遅い流れの位置９４６にあり、合流後の流路１１７においては壁面近くの遅い流れの位置９２０にある。
　また、分岐前の流路１１５において、流路中央と流路壁面近くの中間の中程度の速さの流れの位置にある流体９４７は、分岐流路１１６においては流路中央の速い流れの位置９１８にあり、合流後の流路１１７においては再び流路中央と流路の壁面近くの中間の中程度の速さの流れの位置９１９にある。
　一方、分岐前の流路１１５において、壁面近くの遅い流れの位置にある流体９４３、９４４は、分岐流路１１６においても壁面近くの遅い流れの位置９２３にあり、合流後の流路１１７においては流路中央の速い流れの位置９１７にある。
　したがって、分岐前の流路１１５において、壁面近くの遅い流れの位置に流入する検出対象成分９４３、９４４が分岐前の流路１１５と分岐流路１１６と合流流路１１７に滞留する時間は、分岐前の流路１１５において流路中央の速い流れの位置に流入する検出対象成分９４５が分岐前の流路１１５と分岐流路１１６と合流流路１１７に滞留する時間と同等となる。
　また、壁面近くの遅い流れの位置に流入する検出対象成分９４３、９４４は、分岐前の流路１１５において流路中央と流路壁面近くの中間の中程度の速さの流れの位置に流入する検出対象成分９４７が分岐前の流路１１５と分岐流路１１６と合流流路１１７に滞留する時間と同等となる。
　すなわち、この流体混合器９２１内を流れる検出対象成分が流体混合器９２１内に滞留する時間は、流体混合器９２１の入口（分岐前の流路１１５）断面において検出対象成分が流入する場所によらず同等である。その結果、流体混合器９２１の上流に対する流体混合器９２１の下流における検出対象成分の流れ方向の拡がりが小さくなる。
　したがって、アミノ酸分析装置の分析結果であるクロマトグラムのピーク幅が拡がらず、アミノ酸分析装置の分析精度を向上することができる。
　なお、図４の（ｂ）に示した流路において、＋Ｚ軸方向に延長した後、＋Ｘ軸方向に延び、その後、－Ｚ軸方向に延びているが、＋Ｚ軸方向への延長距離、＋Ｘ軸方向への延長距離、及び－Ｚ軸方向への延長距離は、流路の断面積、流体の流量等を考慮して、流路中心部分の検出対象成分と流路壁面部分の検出対象成分の位置関係が、流体混合器の出口部分で最も接近するように、つまり、拡がり９２２が最も小となるように設定することが可能である。
　図４に示した流体混合器９２１は、分岐前流路１１５と合流流路１１７との間でＸＹ平面内での速い流れの位置と遅い流れの位置とを入れ替えた。しかし、ＸＺ平面の流速分布によるＸＺ平面での検出対象成分の流れの拡がりが存在し、図４に示した流れの位置の入れ替えをＸＺ平面についても行うことで、ＸＺ平面での検出対象成分の流れ方向の拡がりを抑えることができる。
　ＸＺ平面での流れの位置の入れ替えは、図４の流路９２１をＸ軸回りに角度９０度回転させた流路構造に流体を流せばよい。ＸＹ平面での速い流れの位置と遅い流れの位置とを入れ替えを行う流体混合器と、ＸＺ平面での速い流れの位置と遅い流れの位置とを入れ替えを行う流体混合器とを接続し、一つの流体混合器とすることができる。
　ＸＺ平面での流れの位置の入れ替えの流路構造を以下に説明する。
　図４に示したＹ軸をＺ軸とし、Ｚ軸をＹ軸として、分岐前の流路１１５（第１の流路）に流体が＋Ｘ軸方向に流れ、その下流の分岐流路１１６（第２の流路、第３の流路）で＋Ｚ軸方向と－Ｚ軸方向の流れに分岐し、その下流でＸ軸方向に流れが曲がり、その下流で＋Ｚ軸方向と－Ｚ軸方向に流れが曲がる。そして、その下流で第２の流路と第３の流路は合流部に接続され、分岐した流体がこの合流部で合流する。この合流部は第４の流路に接続されており、第４の流路は、－Ｘ軸方向に延び、流体の流れも－Ｘ軸方向に曲がる。
　さらに、図４の（ｂ）に示すように、第４の流路は、第５の流路に接続され、この第５の流路は、＋Ｙ軸方向に流れが曲がり、その下流で＋Ｘ軸方向に流れが曲がり、その下流で－Ｙ軸方向に流れが曲がり、その下流で＋Ｘ軸方向に流れが曲がる。
　そして、第５の流路は、＋Ｘ軸方向に延び、流体は＋Ｘ軸方向に流れる。
　また、ＸＹ平面において、Ｙ軸方向から流体が流入する場合は、図４のＸ軸とＹ軸とを入れ替えた場合の流路構造となる。この場合、合流後の流路１１７における流体の流れは、－Ｙ方向となる。
　さらに、ＹＺ平面において、＋Ｚ軸方向から流体が流入する場合は、図４において、Ｘ軸とＺ軸とを入れ替えた場合の流路構造となる。この場合、合流後の流路１１７における流体の流れは、－Ｚ方向となる。ＹＺ平面において、－Ｚ軸方向から流体が流入する場合は、合流後の流路１１７における流体の流れは、＋Ｚ方向となる。
　ＸＹ平面での速い流れの位置と遅い流れの位置とを入れ替えを行う流体混合器と、ＸＺ平面での速い流れの位置と遅い流れの位置とを入れ替えを行う流体混合器と、ＹＺ平面での速い流れの位置と遅い流れの位置とを入れ替えを行う流体混合器とを接続し、一つの流体混合器とすることも可能である。各流体混合器をそれぞれ複数個とし、６つ以上の流体混合器を接続して流体混合器を構成することも可能である。
　ここで、流体混合器に流路の一例として、断面形状が正方形であり、一辺の寸法が１００～１０００マイクロメートルの配管を使用することができる。
　図５は、本発明の第１の実例による流体混合器の流路形状を示す図である。なお、後述する要素１０１～１０６は、図４に示した本発明の原理に従って形成されているが、図示の都合上、分岐した流体が合流した直後に、－Ｘ軸方向、－Ｙ軸方向又は＋Ｚ軸方向に流体を流す流路は省略されている。
　図５において、直交座標系の３軸を、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸とすると、本発明の第１の実施例における流体混合器は、Ａ液（試料液に相当）４０１と、Ｂ液（試薬液に相当）４０２が、それぞれの入口であるＡ液導入口４０４、Ｂ液導入口４０５から、－Ｚ軸方向に導入され、Ａ液４０１は＋Ｘ軸方向に流れ、Ｂ液４０２は－Ｘ軸方向に流れて、合流部８０１で互いに合流し、その後に－Ｚ軸方向に流れる。
　そのとき、Ａ液４０１とＢ液４０２とがＹ軸方向から見て左右に位置する（流路断面Ａ）。その下流で、－Ｙ軸方向と＋Ｙ軸方向とに分岐部８０２で分岐し、＋Ｘ軸方向に流れる（流路断面Ｂ）。その後、－Ｙ軸方向と＋Ｙ軸方向に流れ、合流部８０３で合流し、－Ｘ軸方向から＋Ｚ軸方向に流された後、＋Ｘ軸方向に流れ、分岐部８０４で、＋Ｚ軸方向と－Ｚ軸方向に分岐し、＋Ｘ軸方向に流れた後（流路断面Ｃ）、＋Ｚ軸方向と－Ｚ軸方向に流れて合流部８０５で合流する。その後、－Ｘ軸方向に流れた後、＋Ｙ軸方向に流れ、＋Ｘ軸方向と－Ｘ軸方向に分岐部８０６で分岐し、＋Ｙ軸方向に流れた後（流路断面Ｄ）、＋Ｘ軸方向、－Ｘ軸方向に流れて、合流部８０７で合流する。その後、－Ｙ軸方向に流れた後、＋Ｚ軸方向に流れ、＋Ｙ軸方向と－Ｙ軸方向に分岐部８０８で分岐し、－Ｚ軸方向に流れ（流路断面Ｅ）、＋Ｙ軸方向と－Ｙ軸方向に流れて合流部８０９で合流する。
　その後、＋Ｚ軸方向に流れた後、＋Ｘ軸方向に流れ、＋Ｚ軸方向、続いて＋Ｘ軸方向に流れた後、＋Ｚ軸方向と－Ｚ軸方向に分岐部８１０で分岐する。そして、＋Ｘ軸方向に流れた（流路断面Ｆ）後、＋Ｚ軸方向と－Ｚ軸方向に流れ、合流部８１１で合流し、－Ｘ軸方向に流れた後、＋Ｙ軸方向に流れ、＋Ｘ軸方向と－Ｘ軸方向に分岐部８１２で分岐し、＋Ｙ軸方向、＋Ｘ軸方向、－Ｘ軸方向に流れた後、合流部８１３で合流し、－Ｙ軸方向に流れた後、＋Ｚ軸方向に流れる。そして、混合液導出口４０６から混合液４０３が導出される。
　Ａ液４０１とＢ液４０２とは、流路内で層を形成し、Ａ液４０１とＢ液４０２とが上下または左右に位置する。そして、Ａ液４０１とＢ液４０２との２液の層間の距離が短くなり、互いに混合する。
　このように、要素１０１～１０６をＸＹ軸方向とＸＺ軸方向に繋ぎ合わせることで、１番目の要素１０１と３番目の要素１０３と６番目の要素１０６とは、ＸＹ軸方向の流速分布による拡がりを抑制し、２番目の要素１０２と４番目の要素１０４と５番目の要素１０５とは、ＸＺ軸方向の流速分布による拡がりを抑制して、出口４０６での成分分布の拡がりを抑えることができる。
　つなぎ合わせる要素数で、Ａ液とＢ液との混合のしやすさが決まる。流路幅（１１９）が０．２ｍｍ、１つの要素の流路の長さ（１１８）が１．０ｍｍとすると、５個目の要素数の多層流の厚さ（１２０）は０．００６２５ｍｍとなる。検出対象成分のアミノ酸の一種であるグリシンの水中における拡散係数は１．０４×１０－９ｍ２／ｓであるため、グリシンが水中で５個目の要素の多層流の厚さ０．００６２５ｍｍを拡散する時間は０．００９ｓである。流量が０．７５ｍＬ／ｍｉｎのとき、１つの要素を流体が通過する平均時間は０．０１３７ｓであることから、６個目の要素を通過したときグリシンは試薬液と完全に混合する。
　このように、検出対象成分の拡散係数と流路寸法と流量に応じて要素の数を設けておけば、検出対象成分と試薬液が本発明の流体混合器を通過することで完全に混合する。
　図７は、混合率と、合流部からの距離との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。
　図７の横軸は、Ａ液とＢ液の合流部からの距離（ｍ）を示し、縦軸は、Ａ液とＢ液とが流路断面に均一に拡がっているかを表す混合率を示す。混合率１００％が完全に混合した状態である。
　本発明の流体混合器での混合率の変化１１１（実線）と、本発明とは異なりＴ字コネクタでの混合率の変化１１２（破線）とを比較すると、本発明では、０．００８ｍ近辺で混合率がほぼ１００％となっているのに対し、Ｔ字コネクタの場合は、混合率がほぼ１００％となるのに約２ｍ必要としている。このように、本発明の流体混合器ではＴ字コネクタよりも短い距離で混合が可能なことがわかる。
　したがって、本発明の流体混合器をアミノ酸分析装置に適用すると、検出対象成分と試薬の混合に必要な配管の長さが短くなるので、本発明の流体混合器を用いないアミノ酸分析装置よりも分析時間を短くすることができる。
　また、本発明の流体混合器をアミノ酸分析装置に適用すると、検出対象成分と試薬の混合に必要な配管の長さが短くなるので、本発明の流体混合器を用いないアミノ酸分析装置よりもポンプの送液圧力を小さくすることができる。
　図８は、本発明の第２、第３の実施例における流体混合器の概略構成図である。図８の（ａ）が本発明の第２の実施例であり、図８の（ｂ）が本発明の第３の実施例である。
　分岐流路の形状は、図４に記載のようなＺ軸方向から見て、四角形の流路に限らず、図８の（ａ）に示す円形または楕円形の形状や、図８の（ｂ）に示す菱形又は三角形の形状でもよい。つまり、流路の曲り部は直角以外の角度又は曲線状に曲がっていてもよい。
　図８の（ａ）に示す楕円形の形状の流路では、図４に示す四角形の流路に比べて、曲がり部での淀みや渦流がより小さくなる。このため、検出対象成分の流路内の流れ方向の拡がりが小さくなり、アミノ酸分析装置の分析結果であるクロマトグラムのピーク幅が小さくなって、分析精度が向上する。
　また、図８の（ｂ）に示す菱形の形状では、図４に示す四角形の流路に比べて曲がりの数が少ないため、曲がり部での淀みや渦流による検出対象成分の流路内の流れ方向の拡がりが小さくなる。このため、アミノ酸分析装置の分析結果であるクロマトグラムのピーク幅が小さくなり、分析精度が向上する。
　図９は、本発明の第４に実施例である流体混合器をアミノ酸分析装置に適用した例の概略構成図である。
　図１に示した例と、図９に示した例との相違点は、図１に示した例においては、流体混合器１３と、反応部配管９を有する加温機１０とが別箇に設けられているが、図９に示した例においては、本発明の流体混合器を反応部配管と兼用することにより、流体混合器と加温器とを一つとした流体混合加温器３０として構成した点である。流体混合加温機３０は、例えば、図５の構成の流路に加温機構を備えている。
　この第４の実施例は、第１の実施例と同様な効果を有する他、流体混合器と加温機とを一体化してアミノ酸分析装置の構造を簡素化することができる。
　なお、本発明の流体混合器は、流体が互いに分岐した後に合流するまでの流路距離と、合流して再び分岐するまでの流路距離は、流路断面積、材質が同一であることを条件として原則的に同一である。ただし、流体流量、流路断面積を考慮して、流速分布が分岐前の流速分布と同一となる距離未満まで合流後の流路距離を延長可能である。
　また、上述した実施例においては、＋Ｘ軸方向に流れる流体を２つに分岐し、合流した後に、－Ｘ軸方向に流すことにより、流路中央成分を壁面側成分の下流側とし、＋Ｚ軸方向→＋Ｘ軸方向→－Ｚ軸方向に流し、下流側となった流路を跨ぐ構成としているが、本発明はこの構成に限定されるものではない。
　例えば、＋Ｘ軸方向に流れる流体を２つに分岐し、合流した後に、＋Ｚ軸方向に流した後、－Ｘ軸方向に流し、その後、＋Ｚ軸方向→＋Ｘ軸方向→－Ｚ軸方向に流し、下流側となった流路を跨ぐ構成とすることも可能である。
　以上のように、本発明の流体混合器又は流体混合方法をアミノ酸分析装置に適用すると、クロマトグラムのピーク幅の拡がりが小さく、従来の流体混合器を用いるアミノ酸分析装置よりも分析精度が向上する。
　また、本発明の流体混合器又は流体混合方法をアミノ酸分析装置に適用すると、検出対象成分と試薬の混合に必要な配管の長さが短くなるので、 流体混合器を用いないアミノ酸分析装置よりも分析時間が短くなる。
　さらに、本発明の流体混合器又は流体混合方法をアミノ酸分析装置に適用すると、検出対象成分と試薬の混合に必要な配管の長さが短くなるので、流体混合器を用いないアミノ酸分析装置よりもポンプの送液圧力が小さくなる。
　１・・・試料液容器、２・・・溶離液容器、３・・・オートサンプラー、４・・・溶離液送液ポンプ、５・・・試薬液容器、６・・・試薬液送液ポンプ、７・・・分離カラム、９・・・反応部配管、１０・・・加温機、１１・・・検出器、１２・・・廃液、１３・・・流体混合器、１４・・・試料液、１５・・・溶離液、１６・・・試薬液、１７・・・配管、１８・・・廃液容器、１９・・・検出対象成分、３０・・・流体混合加温機、１１５・・・分岐前の流路、１１６・・・分岐流路、１１７・・・合流後の流路、４０７～４０９・・・基板

Claims (12)

  1. 　少なくとも２種類の流体を混合させる流体流路を有する流体混合器において、
    　直交座標系の互いに直交する３軸を、第１軸、第２軸、第３軸としたとき、
    　＋第１軸方向に延び、流体導入口からの流体を＋第１軸方向に流す第１の流路と、
    　上記第１の流路から分岐する第２の流路及び第３の流路と、
    　上記第２の流路と第３の流路と接続された合流部と、
    　上記合流部に接続され、－第１軸方向に延びる第４の流路と、
    　上記第４の流路に接続され、流体を導出する導出口に導出する導出路と、
    　を備えることを特徴とする流体混合器。
  2. 　請求項１に記載の流体混合器において、
    　上記第２の流路は、上記第１の流路から＋第２軸方向に延び、＋第１軸方向に延び、－第２軸方向に延びて上記合流部に接続され、
    　上記第３の流路は、上記第１の流路から－第２軸方向に延び、＋第１軸方向に延び、＋第２軸方向に延びて上記合流部に接続されることを特徴とする流体混合器。
  3. 　請求項１に記載の流体混合器において、
    　上記第２の流路は、上記第１の流路から＋第３軸方向に延び、＋第１軸方向に延び、－第３軸方向に延びて上記合流部に接続され、
    　上記第３の流路は、上記第１の流路から－第３軸方向に延び、＋第１軸方向に延び、＋第３軸方向に延びて上記合流部に接続されることを特徴とする流体混合器。
  4. 　請求項２及び請求項３に記載の流体混合器を互いに接続されることを特徴とする流体混合器。
  5. 　請求項２に記載の流体混合器において、
    　上記第１軸をＸ軸、第２軸をＹ軸、第３軸をＺ軸とした流体混合器である第１の要素と、
    　上記第１軸をＸ軸、第２軸をＺ軸、第３軸をＹ軸とした流体混合器であり、上記第１の要素の導出路に接続される第２の要素と、
    　上記第１軸をＹ軸、第２軸をＸ軸、第３軸をＺ軸とした流体混合器であり、上記第２の要素の導出路に接続される第３の要素と、
    　上記第１軸をＺ軸、第２軸をＹ軸、第３軸をＸ軸とした流体混合器であり、上記第３の要素の導出路に接続される第４の要素と、
    　上記第１軸をＸ軸、第２軸をＺ軸、第３軸をＹ軸とした流体混合器であり、上記第４の要素の導出路に接続される第５の要素と、
    　上記第１軸をＹ軸、第２軸をＸ軸、第３軸をＺ軸とした流体混合器であり、上記第５の要素の導出路に接続される第６の要素と、
    　を備えることを特徴とする流体混合器。
  6. 　アミノ酸を分析するアミノ酸分析装置において、
    　試料液と溶離液とを合流させるオートサンプラーと、
    　上記オートサンプラーから供給される混合液から検出対象成分を分離する分離カラムと、
    　上記分離カラムにより分離された検査対象成分と試薬液とを混合する流体混合器であり、直交座標系の互いに直交する３軸を、第１軸、第２軸、第３軸としたとき、＋第１軸方向に延び、流体導入口からの流体を＋第１軸方向に流す第１の流路と、上記第１の流路から分岐する第２の流路及び第３の流路と、上記第２の流路と第３の流路と接続された合流部と、上記合流部に接続され、－第１軸方向に延びる第４の流路と、上記第４の流路に接続され、流体を導出する導出口に導出する導出路とを有する流体混合器と、
    　上記流体混合器により混合された試薬液及び検査対象成分を加温する加温機と、
    　上記加温機で生じる反応生成物を検出する検出器と、
    　を備えることを特徴とするアミノ酸分析装置。
  7. 　請求項６に記載のアミノ酸分析装置において、
    　上記流体混合器の上記第２の流路は、上記第１の流路から＋第２軸方向に延び、＋第１軸方向に延び、－第２軸方向に延びて上記合流部に接続され、
    　上記流体混合機の上記第３の流路は、上記第１の流路から－第２軸方向に延び、＋第１軸方向に延び、＋第２軸方向に延びて上記合流部に接続されることを特徴とするアミノ酸分析装置。
  8. 　請求項６に記載のアミノ酸分析装置において、
    　上記流体混合器の上記第２の流路は、上記第１の流路から＋第３軸方向に延び、＋第１軸方向に延び、－第３軸方向に延びて上記合流部に接続され、
    　上記流体混合機の上記第３の流路は、上記第１の流路から－第３軸方向に延び、＋第１軸方向に延び、＋第３軸方向に延びて上記合流部に接続されることを特徴とするアミノ酸分析装置。
  9. 　アミノ酸を分析するアミノ酸分析装置において、
    　試料液と溶離液とを合流させるオートサンプラーと、
    　上記オートサンプラーから供給される混合液から検出対象成分を分離する分離カラムと、
    　上記分離カラムにより分離された検査対象成分と試薬液とを混合し、加温する流体混合加温器であり、直交座標系の互いに直交する３軸を、第１軸、第２軸、第３軸としたとき、＋第１軸方向に延び、流体導入口からの流体を＋第１軸方向に流す第１の流路と、上記第１の流路から分岐する第２の流路及び第３の流路と、上記第２の流路と第３の流路と接続された合流部と、上記合流部に接続され、－第１軸方向に延びる第４の流路と、上記第４の流路に接続され、流体を導出する導出口に導出する導出路とを有する流体混合部と、この流体混合部を加温する加温部と有する流体混合加温器と、
    　上記流体混合器により混合された試薬液及び検査対象成分を加温する加温機と、
    　上記加温機で生じる反応生成物を検出する検出器と、
    　を備えることを特徴とするアミノ酸分析装置。
  10. 　請求項９に記載のアミノ酸分析装置において、
    　上記流体混合部の上記第２の流路は、上記第１の流路から＋第２軸方向に延び、＋第１軸方向に延び、－第２軸方向に延びて上記合流部に接続され、
    　上記流体混合機の上記第３の流路は、上記第１の流路から－第２軸方向に延び、＋第１軸方向に延び、＋第２軸方向に延びて上記合流部に接続されることを特徴とするアミノ酸分析装置。
  11. 　請求項９に記載のアミノ酸分析装置において、
    　上記流体混合部の上記第２の流路は、上記第１の流路から＋第３軸方向に延び、＋第１軸方向に延び、－第３軸方向に延びて上記合流部に接続され、
    　上記流体混合機の上記第３の流路は、上記第１の流路から－第３軸方向に延び、＋第１軸方向に延び、＋第３軸方向に延びて上記合流部に接続されることを特徴とするアミノ酸分析装置。
  12. 　少なくとも２種類の流体を混合させる流体流路を有する流体混合方法において、
    　直交座標系の互いに直交する３軸を、第１軸、第２軸、第３軸としたとき、
    　＋第１軸方向に延び、流体導入口からの流体を＋第１軸方向に流体を流し、
    　上記第１の流路から第２の流路及び第３の流路に流体を分岐し、
    　上記第２の流路と第３の流路とに分岐された流体を合流部で合流し、
    　上記合流部で合流した流体を、－第１軸方向に流し、
    　上記流体を導出口に導出することを特徴とする流体混合方法。
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