WO2024111508A1 - 質量分析装置 - Google Patents

Abstract

質量分析装置は、試薬容器を保管する試薬保冷庫２１と、試薬容器に収容された試薬と反応させて前処理を行った検体に対して質量分析を行う質量分析部４０と、ガス源５０に接続され、ガス源からの不活性ガスを供給するガス配管７１と、を有し、ガス配管は、質量分析部に不活性ガスを供給する第１の不活性ガス流路と、試薬保冷庫に不活性ガスを供給する第２の不活性ガス流路とに分岐される。これにより、試薬保冷庫の中を清浄に保つことを可能とする。

Description

質量分析装置

　本発明は、質量分析装置に関する。

　特許文献１には、試薬容器が保管される試薬保冷庫の中を清浄に保つ自動分析装置が開示されている。分析用の試薬が収容される試薬容器を長期間低温で保管する試薬保冷庫に外気が流入すると、外気に含まれる塵埃や雑菌等の混入や試薬保冷庫内外の温度差による結露を招くことにより、試薬保冷庫の中を汚染させるおそれがある。このため、試薬容器を交換する試薬容器交換部が開口しているときには試薬保冷庫の中を試薬保冷庫の周囲に対して陽圧化する、または試薬容器に付着する塵埃または雑菌を除去することで試薬保冷庫の汚染を抑制する。

国際公開第２０２０／２０８９１４号

　特許文献１では、試薬容器の交換時に試薬保冷庫内を陽圧化することにより、常温の空気の流入を抑制することで、試薬保冷庫の内部に結露が生じることを抑制する。しかしながら、試薬交換時には、試薬保冷庫は大きく開口し、試薬交換のための機構動作に伴い試薬保冷庫の内部の空気がかき混ぜられることにより、外部からの空気がある程度流入してくることは避けられない。

　質量分析装置は、液体検体をイオン化して真空装置に導入し、質量電荷比（ｍ／ｚ）に応じてイオンを分離する装置である。質量分析装置が例えばエレクトロスプレーイオン化法（Electrospray Ionization：ESI法）によりイオンを発生させる場合、検体の液滴に対して加熱した不活性ガス（例えば、窒素ガス）を噴射する。このため、質量分析装置にはガス源から不活性ガスが導入されるようになっている。

　そこで、発明者らは、試薬保冷庫の中を清浄に保つため、ガス源からの不活性ガスを利用することを検討した。本発明の目的は、不活性ガスを用いて試薬保冷庫の中を清浄に保つことが可能な質量分析装置を提供することである。

　本発明の一実施態様である質量分析装置は、試薬容器を保管する試薬保冷庫と、試薬容器に収容された試薬と反応させて前処理を行った検体に対して質量分析を行う質量分析部と、ガス源に接続され、ガス源からの不活性ガスを供給するガス配管と、を有し、ガス配管は、質量分析部に不活性ガスを供給する第１の不活性ガス流路と、試薬保冷庫に不活性ガスを供給する第２の不活性ガス流路とに分岐される。

　不活性ガスを用いて試薬保冷庫の中を清浄に保つことが可能な質量分析装置を提供する。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

質量分析装置の構成例である。 質量分析装置の不活性ガス流路の構成図である。 試薬保冷庫における冷却水流路及び不活性ガス流路の構成図である。

　以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。

　図１に本実施例の質量分析装置１の構成例を示す。質量分析装置１は、その主要な構成として、検体投入部１０、前処理部２０、分離部３０、質量分析部４０を備えている。分析対象となる検体は検体容器に収容され、検体容器は検体ラック１６に搭載されて、検体投入部１０から質量分析装置１に投入される。

　検体投入部１０は、検体搬入出部１１、バッファ部１４を備える。検体搬入出部１１に投入された検体ラック１６はラック搬送機構１２によって、前処理部２０に向けて搬出される。前処理部２０において、検体ラック１６はラック搬送機構１５に移送され、ラック搬送機構１５上の分注位置にて、検体容器から必要量の検体がインキュベータ２３上の反応容器に分注される。検体ラック１６に搭載された複数の検体容器に収容された検体に対する分注がすべて終了すると、検体ラック１６はラック搬送機構１５からラック搬送機構１３に移送され、ラック搬送機構１３により検体搬入出部１１に返却され、その後、オペレータによって回収される。バッファ部１４は、検体搬入出部１１に投入される検体ラック１６の数が多すぎて、装置１の分析処理が追い付かない場合に、ラック搬送機構１２上に検体ラック１６が滞留しないよう、一時的に検体ラック１６を退避するために使用される。なお、図１の例ではラック搬送機構としてベルトコンベア式の搬送機構を例示したが、この方式に限定されるものではない。

　前処理部２０は、質量分析のための前処理を行うユニットである。前処理の内容については限定しない。例えば、前処理部２０では検体中の分析対象成分を増幅させる処理を行う。前処理部２０は、前処理に必要な試薬を保管する試薬保冷庫２１、試薬と検体との混合液を一定の温度に保って反応を促進させるインキュベータ２３、試薬と検体とを混合させる反応容器を保管し、反応容器をインキュベータ２３に供給する反応容器供給機構２４、試薬保冷庫２１に保管された試薬容器からインキュベータ２３上の反応容器に試薬を分注する試薬分注機構２５、検体ラック１６上の検体容器からインキュベータ２３上の反応容器に検体を分注する検体分注機構２６、インキュベータ２３での反応が終了した試薬と検体との反応液から、以降の分析に不要な成分を取り除く検体抽出部２７を備えている。

　分離部３０は、前処理部２０にて前処理のなされた検体を複数の成分に分離するユニットであり、質量分析部４０は分離部３０によって分離された複数の成分に対して質量分析を行うユニット（質量分析計）である。分離部３０として液体クロマトグラフを用い、液体クロマトグラフの検出器として質量分析計を用いる分析手法は、液体クロマトグラフィー質量分析法（ＬＣ－ＭＳ）として知られている。

　図１および図３を用いて、試薬保冷庫２１の構造を簡単に説明する。図３には試薬保冷庫２１を断面図として示している。試薬保冷庫２１に冷却水が供給されることにより、庫内が低温に保たれる。また、試薬保冷庫２１には蓋２８が固定されており、蓋２８には試薬交換機構２２、分注孔２９が設けられている。また、図示していないが、試薬保冷庫２１内には試薬を保持する試薬ディスクが回転可能に設けられている。試薬交換機構２２は、通常は試薬保冷庫２１とは遮断され、外気が試薬保冷庫２１に流入しないようになっているが、試薬交換時には開口２２ｏから庫内の試薬ディスクに対して試薬の出し入れを行うため、この際、外気が試薬保冷庫２１内に流入する。また、試薬分注機構２５が試薬容器から試薬を分注するため、プローブを通過させるための分注孔２９も、開口面積は小さいとはいえ、常時開口している。

　このように試薬保冷庫２１内を常時、外気から遮断することは困難である。このため、試薬保冷庫２１内に結露が生じると、カビや雑菌が繁殖するおそれがある。本実施例では、質量分析装置１にはガス源５０から不活性ガスが供給されていることに着目し、外気と違って酸素を含んでいないガス源５０からの不活性ガスを、質量分析部４０のみならず、試薬保冷庫２１にも供給することにより、試薬保冷庫の中を清浄に保つ構成としている。

　図２に質量分析装置１の不活性ガス流路の構成図を示す。なお、二点鎖線で示す境界線６０は質量分析装置１と外部装置との境界を概念的に示すものである。ガス源５０は、不活性ガスを発生させるガス発生装置であってもよいし、不活性ガスを蓄積するボンベであってもよい。不活性ガスとしては、ここでは窒素ガスを用いるものとして説明する。ガス源５０は接続部６２を介して、ガス配管７１に接続される。ここではガス配管７１を３つの区間Ａ～Ｃに区分して説明する。なお、図２に示す流路構成は一例であって、この流路構成に限定されるものではない。

　区間Ａは、接続部６２を介してガス源５０に接続されるとともに、途中で二分岐され、分岐されたガス配管がそれぞれレギュレータ５４ａ，５４ｂに至るまでの区間である。区間Ａのガス配管７１をガス配管７１Ａと表記する。ガス配管７１Ａには上流からフィルタ５１、圧力センサ５２が設けられる。フィルタ５１は、ガス配管７１に供給されるガスに埃や微粒子が混じっている場合にそれらを捕捉することにより、不活性ガスが供給される機構を保護するために設けられる。圧力センサ５２はガス源５０から供給される不活性ガスの圧力を監視するために設けられる。圧力センサ５２の下流において、ガス配管７１Ａは分岐され、一方の流路は質量分析部用レギュレータ５４ａに、他方の流路は試薬保冷庫用レギュレータ５４ｂに接続される。分岐流路にはそれぞれ手動バルブ５３ａ，５３ｂが設けられている。これらは装置のメンテナンス時に、質量分析部４０または試薬保冷庫２１への不活性ガスの供給を停止させたい場合に使用する。

　区間Ｂは、レギュレータ５４ａから質量分析部４０に至る区間である。区間Ｂのガス配管７１をガス配管７１Ｂと表記する。レギュレータ５４ａは、区間Ａよりも不活性ガスのガス圧を低下させるとともに安定したガス圧で質量分析部４０に不活性ガスを供給するために設けられる。質量分析部４０に供給された不活性ガスは、例えば、検体のイオン化のために使用された後、真空ポンプ５５により排気され、接続部６３を介して接続される排気設備６５により処理される。

　区間Ｃは、レギュレータ５４ｂから試薬保冷庫２１に至る区間である。区間Ｃのガス配管７１をガス配管７１Ｃと表記する。レギュレータ５４ｂは、区間Ａよりも不活性ガスのガス圧を低下させるとともに安定したガス圧で試薬保冷庫２１に不活性ガスを供給するために設けられる。区間Ｃのガス圧は、区間Ｂのガス圧よりも低くてよい。ガス配管７１Ｃには上流からニードルバルブ５６、流量計５７、ガス冷却器５８が設けられる。ニードルバルブ５６は、試薬保冷庫２１に供給する不活性ガスの流量を調整するために設けられる。流量計５７は試薬保冷庫２１に供給される不活性ガスの流量を監視するために設けられる。ガス冷却器５８は試薬保冷庫２１に供給する不活性ガスを冷却するために設けられる。不活性ガスを冷却する構成については図３を用いて説明する。

　試薬保冷庫２１に供給された不活性ガスは、試薬保冷庫２１の開口から漏れ出していく。そこで装置の外装カバー６１に排気ファン５９を設けることにより、試薬保冷庫２１の開口から漏れ出した不活性ガスは排気され、接続部６４を介して接続される排気設備６５により処理される。

　図３は、試薬保冷庫２１における冷却水流路及び不活性ガス流路の構成図である。不活性ガス流路は図２に示した流路であるが、ここでは簡略化して示している。本実施例では、試薬保冷庫２１に不活性ガスを供給することで試薬保冷庫２１内の酸素濃度を低下させることにより、庫内の汚染の発生を抑制する。このためには、結露が溜まりやすい試薬保冷庫２１底面付近の酸素濃度を低下させることが効果的である。しかしながら、不活性ガスとして窒素ガスを用いる場合には、窒素ガスの比重は0.967（空気＝１）と、空気とガス密度があまり変わらない。そこで、窒素ガスが試薬保冷庫２１底面付近に滞留しやすくなるよう、本実施例では、窒素ガスを冷却し、ガス密度をより大きくする。

　試薬保冷庫２１内部を冷却するため、水冷チラー７６と、水冷チラー７６と試薬保冷庫２１との間で冷却水を循環させる冷却水配管７５が設けられている。この冷却水流路を窒素ガスの冷却のために利用する。水冷チラー７６から試薬保冷庫２１に冷却水を供給する冷却水流路において、冷却水配管７５にガス冷却器５８を接続し、ガス冷却器５８内にガス配管７１を通すことにより、窒素ガスを冷却する。ガス冷却器５８を試薬保冷庫２１よりも冷却水流路の上流に配置することにより、試薬保冷庫２１の温度よりも低温の窒素ガスを供給することができる。また、窒素ガスが試薬保冷庫２１底面付近に滞留しやすくなるよう、ガス配管７１を試薬保冷庫２１の底面で接続することが望ましい。試薬保冷庫２１の底面の複数個所から不活性ガスが供給されるようにしてもよい。

　本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１：質量分析装置、１０：検体投入部、１１：検体搬入出部、１２，１３，１５：ラック搬送機構、１４：バッファ部、２０：前処理部、２１：試薬保冷庫、２２：試薬交換機構、２２ｏ：開口、２３：インキュベータ、２４：反応容器供給機構、２５：試薬分注機構、２６：検体分注機構、２７：検体抽出部、２８：蓋、２９：分注孔、３０：分離部、４０：質量分析部、５０：ガス源、５１：フィルタ、５２：圧力センサ、５３：手動バルブ、５４：レギュレータ、５５：真空ポンプ、５６：ニードルバルブ、５７：流量計、５８：ガス冷却器、５９：排気ファン、６０：境界線、６１：外装カバー、６２，６３，６４：接続部、６５：排気設備、７１：ガス配管、７５：冷却水配管、７６：水冷チラー。

Claims (9)

1. 　試薬容器を保管する試薬保冷庫と、
   　前記試薬容器に収容された試薬と反応させて前処理を行った検体に対して質量分析を行う質量分析部と、
   　ガス源に接続され、前記ガス源からの不活性ガスを供給するガス配管と、を有し、
   　前記ガス配管は、前記質量分析部に前記不活性ガスを供給する第１の不活性ガス流路と、前記試薬保冷庫に前記不活性ガスを供給する第２の不活性ガス流路とに分岐される質量分析装置。
2. 　請求項１において、
   　前記試薬保冷庫を冷却するための水冷チラーと、
   　前記水冷チラーと前記試薬保冷庫との間で冷却水を循環させる冷却水配管と、
   　前記試薬保冷庫に前記冷却水を供給する冷却水流路に配置され、前記不活性ガスを冷却するガス冷却器と、を有する質量分析装置。
3. 　請求項２において、
   　前記ガス冷却器は、前記第２の不活性ガス流路を構成する前記ガス配管を通過する前記不活性ガスを前記冷却水により冷却する質量分析装置。
4. 　請求項１において、
   　前記試薬保冷庫の底面に、前記第２の不活性ガス流路を構成する前記ガス配管が接続される質量分析装置。
5. 　請求項１において、
   　前記第１の不活性ガス流路には第１のレギュレータが接続され、前記ガス源から供給されるガス圧よりも降圧させた前記不活性ガスが供給され、
   　前記第２の不活性ガス流路には第２のレギュレータが接続され、前記ガス源から供給されるガス圧よりも降圧させた前記不活性ガスが供給され、
   　前記第２の不活性ガス流路のガス圧は、前記第１の不活性ガス流路のガス圧よりも低くされる質量分析装置。
6. 　請求項５において、
   　前記ガス配管における前記第１の不活性ガス流路と前記第２の不活性ガス流路との分岐よりも上流に前記ガス源から供給される前記不活性ガスのガス圧を計測する圧力センサが配置される質量分析装置。
7. 　請求項５において、
   　前記第１の不活性ガス流路には、前記質量分析部への前記不活性ガスの供給を遮断可能な第１のバルブが配置され、
   　前記第２の不活性ガス流路には、前記試薬保冷庫への前記不活性ガスの供給を遮断可能な第２のバルブが配置される質量分析装置。
8. 　請求項１において、
   　前記質量分析部に供給された前記不活性ガスは、前記質量分析部に接続される真空ポンプにより排気され、
   　前記試薬保冷庫に供給された前記不活性ガスは、外装カバーに設けられた排気ファンにより排気され、
   　排気された前記不活性ガスは、排気設備により処理される質量分析装置。
9. 　請求項１において、
   　前記質量分析部は、前記検体をイオン化するために前記不活性ガスを使用し、
   　前記不活性ガスは窒素ガスである質量分析装置。

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