JP3578084B2 - 自動分析装置と分析方法 - Google Patents

Description

【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る。
【０００２】
【従来の技術】
従来の化学分析装置の恒温槽には、（１）特開昭６３−１９０６５２号公報、（２）特開平４−２５８７６７号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。
また試薬を反応容器に注入する際に試薬を加熱する方式として、（３） 特開平５−１１９０４１号公報、（４）特開平５−２８１２３７号公報、（５）特開平６−３０８１３２号公報に記載の方式がある。以下にそれぞれの技術について説明する。
（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、反応容器への検体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可能となる。また低温の反応試薬を速やかに昇温させることができる。
（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る。（１）のように恒温槽外部にリザーブタンクや循環ポンプと、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。但し、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。これにより（１）の場合と同様な効果がある。
（３）〜（４）は、それぞれ冷蔵保存されている試薬を注入する時に加熱する方法、またはその都度使用する量の試薬を予め別の恒温槽で反応温度に昇温してから注入する方法であり、これにより反応を迅速に開始させる事ができるようになり、恒温槽内の温度を低下させることも無い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来技術の恒温水を循環させる方法と恒温槽内加熱攪拌には以下に示す問題点がある。
前記２つの方法とも、恒温槽内の恒温水の流れを積極的に作り出すことにより、反応容器と恒温水との間の熱伝達を促進し、反応容器内の温度を速やかに反応温度にしようとしている。しかしながら、反応容器の熱伝導による伝熱抵抗に比べ反応容器の移動で発生する程度の恒温水の流れでも十分小さな伝熱抵抗が得られるので、積極的に作り出す恒温槽内の恒温水の流れによる熱伝達促進は、反応容器内の温度を反応温度にするための所用時間を短縮する効果は少ない。
以上、従来の反応恒温槽では、いずれの方式においても反応試薬と検体が反応容器に吐出された後の反応温度に達する時間を積極的に短縮する上ではあまり効果が無いので、化学分析装置全体での検査処理速度を向上させたり、吸光分析の温度に起因する計測結果誤差を小さくさせることにはならない。
前記の注入する試薬を注入する際に昇温する方法では以下の問題点がある。
試薬を注入する際に昇温する方法では、注入する試薬の温度が精密に制御されていれば加える熱量を制御できるが、実際には吐出する試薬の量は非常に少ないため試薬の温度を精密に計測することは難しく、しかも注入時の周囲温度の影響を受けやすい。さらに瞬時の局所加熱を行うので試薬全体を目標とする温度にするためには、試薬が部分的に目標温度よりも高温になることがあるので、試薬の品質を劣化させることがありうる。
また、使用する量の試薬を予め別の恒温槽で反応温度に昇温してから注入する方法では以下の問題点がある。
一旦昇温された試薬は、特性が変化している可能性があるため、元の試薬容器に戻すことができない。このため検査で使用されなかった昇温済みの試薬は廃棄しなければならなかった。そのため、全体として試薬使用量が増え、検査装置のランニングコストが増大する。なお、予め検査項目数や、検査数などが分かっている場合は、試薬使用量を特定できるため、無駄になる試薬の量を減らすことができる。しかし、大量に同一試薬を使用する場合に、一度に全部の試薬を昇温しておくと使用するまで反応温度に保つ必要があり、長時間反応温度に保たれると試薬が劣化する恐れがある。また、検査前に昇温するために使用する容器は、使用前に付着した残留試薬を除去する必要がある。そのため、新たな洗浄機構が必要となり、検査装置自体のコストも大きくなると同時に洗浄に必要な純水の使用量も増えやはりランニングコストが増大する。
本発明の目的は、温度制御が難しい試薬を注入する時に加熱する方法や、コストのかかる試薬を予め反応温度に昇温してから注入する方法を用いることなく、反応容器内に注入された反応試薬と検体が反応温度に達するまでの時間を短縮した反応恒温槽を備えた化学分析装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、一定温度に制御された恒温水を入れた恒温槽と、その恒温槽の個々の位置で機能する検体ピペティング機構と、試薬注入機構と、吸光度計測機構と、反応容器の廃液および洗浄機構とを備え、恒温水に浸された複数の反応容器が、前記機構の各位置でいったん停止しながら前記機構を順番に移動し、複数の検体について複数の試薬による化学分析を自動で行う装置において、
試薬注入機構で反応容器に試薬を注入する位置、またはその後の停止位置に設けた反応容器内を攪拌する第１の攪拌機構と、前記第１の攪拌機構と吸光度計測機構との間の停止位置に反応容器内を攪拌する第２の攪拌機構を設けた構成とした。この構成により、反応試薬と検体の混合攪拌の後で反応溶液を再度攪拌し、反応容器内に溶液の流れを作り出すことで反応容器と溶液との熱伝達を促進することで昇温時間を短縮できる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を、図１〜図２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図である。図２は本発明の本発明の効果を確認するために行った解析で得られた反応容器内温度の時間変化を表す図である。
図１に示されるように化学分析装置の構成は、恒温槽１の中に複数の反応容器２が所定の間隔で反応容器支持枠７に設けられている。さらに、恒温槽１の周りには、検体ピペティング機構３や、試薬注入機構４や、吸光度計測機構５や、廃液および洗浄機構６や、反応容器駆動手段８や、反応溶液の混合用の第１の攪拌機構９や、再度攪拌する第２の攪拌機構１０が設けられている。さらに本実施例では恒温槽１中には恒温水１１が満たされており、恒温水１１は反応を行う温度に保たれている。恒温水１１の代わりに、反応を行う温度に保たれた空気等の気体であっても構成は変わらない。また、各機構は直線状に配置されている。
本実施例では、反応容器支持枠７に支持された複数の反応容器２は、反応容器駆動機構８により、図中矢印１２の方向に反応容器１個分ずつ移動しては停止する動作を繰り返している。
【０００６】
まず、反応容器２が停止している時の各機構の動作を説明する。検体ピペティング機構３は、検体をピッペティングしその場所に停止している反応容器２に検体を吐出する。同様に試薬注入機構４は、検査に使用する試薬を対応する反応容器２内に吐出する。また、反応溶液の混合用の第１の攪拌機構９と再度攪拌する第２の攪拌機構１０は反応容器２内の溶液の攪拌を行う。吸光度計測機構５は吸光度の測定を行う。廃液および洗浄機構６は、検査の済んだ反応溶液を廃棄して反応容器２を洗浄する。これらの動作終了後、反応容器駆動機構８により反応容器２の移動を開始する。
なお、反応容器２が移動している間に、検体ピペティング機構３と、試薬注入機構４と、第１及び第２の攪拌機構９、１０とは図示していない、他に設けた洗浄機構により洗浄される。前記動作を繰り返すことにより多数の化学分析が行われる。
前記動作からわかるように、恒温槽に付随する各機構は、検体ピペティング機構３と、試薬注入機構４と、反応溶液の混合用の第１の攪拌機構９と、再度攪拌する第２の攪拌機構１０と、吸光度計測機構５と、廃液および洗浄機構６とが反応容器の移動方向１２に沿って順番に配置する必要がある。
また、検体ピペティング機構３と、試薬注入機構４と、第１の攪拌機構９と、第２の攪拌機構１０と、廃液および洗浄機構６とは、反応容器２の移動中は、この移動を阻害しないように先端が反応容器２内から出せるように、上下方向に移動可能に構成されている。また必要に応じて恒温槽外に設けた、他の洗浄機構での洗浄のためや、検体、試薬のピッペティングのために旋回できるようになっている。これらの動作は、各機構の構成に応じ、必ずしも行えなくてもよい。
反応溶液の混合用の第１の攪拌機構９と吸光度計測機構５の間は、反応温度に達するまでの時間と反応に要する時間を確保するため、他の機構同士の間隔よりも広い間隔に設定されている。第２の攪拌機構１０の設置位置は前記第１の攪拌機構９と吸光度計測機構５の間で、反応容器が停止する場所であればどこであっても良く、また本実施例に示すように１つに限るものではなく、２つ以上設けても良い。
【０００７】
次に、本実施例のように第２の攪拌機構を設けたことによる、温度上昇効果について図２を用いて説明する。
図２は反応温度である恒温槽１の恒温水１１の温度を３７℃として５℃の試薬を反応容器２の１つに注入した時の、その反応容器２内の溶液の最低温度の時間変化を数値解析により求めたものである。図２の横軸は混合用第１の攪拌機構で攪拌を行った時間を０とし、その後の時間を示している。なお、プロット２１は、第２の攪拌機構１０によって再度攪拌を行わなかった時の結果である。一方プロット２２は混合用の第１の攪拌機構９から、反応容器２が再度攪拌する第２の攪拌機構１０に移動した５秒後に、停止時間の１秒間に渡って攪拌を行ったときの結果である。図２から明らかなように、再度攪拌を行った時の反応容器内の温度２２は、行わなかった時に比べて早く温度が上昇している。
【０００８】
本発明の他の実施例を、図３を用いて説明する。図３は攪拌機構に超音波攪拌装置を用いた場合の説明図である。
図１と異なる点は、図１では、攪拌に攪拌棒を用いていたのに対して、反応溶液の混合用の第１の攪拌機構９と再度攪拌する第２の攪拌機構１０の両方、又は再度攪拌する第２の攪拌機構１０を超音波攪拌装置に置き換えたもので、他の部分の構成は図１と同じである。
図３において、超音波発生装置３３が恒温槽１の底部外側に設けられ、超音波発生装置３３の発生した超音波を収束させるための音響レンズが恒温槽１の底部に設けられている。なお、超音波発生装置３３は反応容器２が停止する位置に設けられることは言うまでもない。
反応容器２が超音波発生装置３３と音響レンズ３４の上方に停止した時に、超音波発生装置３３で超音波を発生させ音響レンズ３４と恒温水１１反応容器２を介し反応容器２内に導く。音響レンズ３４により反応容器２内の溶液のほぼ中央の位置３１に超音波を収束させることにより、図３の３２の矢印に示すような検体と試薬の混合液の流れが発生する。この反応容器２内の中央で上向きに反応容器２の内周辺側で下向きの流れにより溶液が攪拌される。
本実施例では、超音波攪拌装置を用いることで非接触に攪拌を行うので、攪拌機構の洗浄がいらない、また機械的な攪拌機構に比べて安価なので多くの攪拌機構を設けることができ、反応容器内の熱伝達をさらに改善する事ができる。
【０００９】
本発明の他の実施例を、図４と図５を用いて説明する。図４は円形恒温槽を使ったときの構成図である。図５は円形恒温槽を使ったときの上方から見た模式図である。本実施例の恒温槽の構成と動作は図１の実施例と同様で恒温槽１の形状のみが異なる。また、本実施例では、反応溶液の混合用の第１の攪拌機構９と再度攪拌する第２の攪拌機構１０に超音波攪拌装置を使用しているが、必ずしも超音波攪拌装置でなくてもよい。図３に示されるように、本実施例では反応容器支持枠７により複数の反応容器２が円周上に支持され、駆動手段８により円周の中心を軸として回転される。
図１では直線状に配置された検体ピペティング機構３と、試薬注入機構４と、反応溶液の混合用の第１の攪拌機構９と、再度攪拌する第２の攪拌機構１０と、吸光度計測機構５と、廃液および洗浄機構６の各機構は前述のように円周上に配置される。反応容器２の移動は図４又は図５に示した矢印の方向に回転して行うが、本実施例の円周上の配置では必ずしも検体ピペティング機構３、試薬注入機構４、反応溶液の混合用攪拌機構９、再度攪拌する機構１０、吸光度計測機構５、廃液および洗浄機構６の順に配置する必要はないし、一回の移動量も必ずしも反応容器１つ分でなくてもよい。さらに攪拌機構９と１０は超音波攪拌装置を使用する場合は、他の３〜６機構がある位置に配置してもよい。
図５に示されるように再度攪拌する第２の攪拌機構１０は、それぞれの反応容器２が試薬注入機構４から最終的に吸光度計測機構５に達するまでの間であって、反応容器２が停止する位置であればどこに設置してもよく、また幾つ設置してもよい。さらに反応溶液の混合用の第１の攪拌機構９も複数個ある再度攪拌する第２の攪拌機構１０のうちの一つで代用しても良い。また逆に再度の攪拌を混合用の第１の攪拌機構９で行っても良い。第１の攪拌機構９と第２の攪拌機構１０の動作は検体ピペティング機構３で検体を試薬注入機構４で試薬をそれぞれ注入された反応容器が最初に停止する位置にある第１の攪拌機構９か、あるいは第２の攪拌機構１０により溶液の混合攪拌を行い、その後、吸光度計測機構５で吸光度測定が行われるまでの間で停止した位置にある第１の攪拌機構９か、あるいは第２の攪拌機構１０がある場合には再度攪拌を行う。少なくとも、１回以上再度攪拌が行われるように第１の攪拌機構９かあるいは第２の攪拌機構１０を配置する。
以上本実施例によれば配置の自由度が大きくコンパクトな恒温槽ができ、しかも少ない攪拌装置で多数回の再度攪拌ができるので反応容器内の熱伝達をさらに改善する事ができる。
【００１０】
以上３つの実施例により、一定温度に制御された恒温水を入れた恒温槽とその恒温槽の個々の位置で機能する検体ピペティング機構と試薬注入機構と吸光度計測機構と反応容器の廃液および洗浄機構を有し、恒温水に浸された複数の反応容器が前記機構の各位置でいったん停止しながら前記機構を順番に移動して複数の検体について複数の試薬による化学分析を自動で行う装置において、反応容器と溶液との熱伝達を促進し、反応容器内に注入された反応試薬と検体が反応温度にするまでの時間を短縮できる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。
以上のように、本発明にかかる化学分析装置は、恒温槽を用いて試薬と検体を反応温度に昇温する時間の短縮を図るため、従来１つの攪拌機構で行っていた、反応容器内の攪拌を、１度攪拌してから所定時間経過後に、再攪拌することにより昇温時間を短縮できることがわかりなされたもので、恒温槽等を用い、反応液を所定の温度昇温するものであればどのようなものにも適用できることは言うまでもない。
【００１１】
【発明の効果】
本発明により、制御が難しい試薬を注入する時に加熱する方法や、コストのかかる試薬を予め反応温度に昇温してから注入する方法を用いずに、反応容器内に注入された反応試薬と検体を、反応温度にするまでの時間を短縮できる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】本発明の本発明の効果を確認するために行った解析で得られた反応容器内温度の時間変化を表す図である。
【図３】本発明の超音波攪拌装置を使ったときの攪拌機構の説明図である。
【図４】本発明の円形恒温槽を使ったときの構成図である。
【図５】本発明の円形恒温槽を使ったときの上方から見た模試機図である。

Claims (5)

1. 一定温度に保たれた恒温水を入れた恒温槽と、前記恒温水に浸されながら恒温槽内を移動可能な複数の反応容器と、前記反応容器内に検体を注入する検体ピペティング機構及び試薬を注入する試薬注入機構と、前記反応容器内の反応液を分析する吸光度計測機構と、前記反応容器の廃液排水および洗浄機構を備え、前記反応容器が前記機構の各位置で一旦停止しながら前記機構を順次移動して複数の検体について複数の試薬による分析を行う自動分析装置において、
   前記試薬注入機構で反応容器に試薬を注入する位置またはその後の停止位置に反応容器内を攪拌する第１の攪拌機構を有し、前記第１の攪拌機構と吸光度計測機構との間の停止位置で反応容器内を攪拌する第２の攪拌機構を設け、前記第1の攪拌機構或いは第２の攪拌機構は少なくとも超音波発生装置或いは液に接触して機械的に攪拌する機構を有し、
   前記試薬と前記検体とを攪拌した後であって前記計測工程の前に前記攪拌した反応容器を再度攪拌して昇温するようにしたことを特徴とする自動分析装置。
2. 請求項１の自動分析装置において、
   前記第１、又は第２の攪拌機構が、恒温槽の攪拌を行う位置の底部に設けた超音波発生装置であることを特徴とする自動分析装置。
3. 請求項２の自動分析装置おいて、
   前記恒温槽を円環状に形成し、前記複数の反応容器を恒温槽内に配置して支持し、前記反応容器を回転駆動する駆動機構を備え、前記円環状恒温槽の反応容器が停止する１個所以上の周方向停止位置に前記攪拌機構を配置し、前記反応容器が前記攪拌機構を配置した位置に停止している間に反応容器内の攪拌を行うことを特徴とする自動分析装置。
4. 恒温槽内に一定温度に保たれた恒温水中を移動しながら検体、試薬を注入し、前記注入した検体と試薬を混ぜ合わせ反応させ、所定の反応温度に達した反応容器内の液体を吸光度計測手段にて測定し、分析を行う自動分析方法において、
   前記反応容器に検体と試薬を注入後、第１回目の攪拌を行い、前記注入攪拌工程終了後で前記測定工程の前に、前記攪拌から所定時間経過後に第２回目の攪拌を行い、前記２回目の撹拌の後に前記反応容器内が反応温度に到達後に吸光度計測手段で反応液を分析する前記測定工程を行うようにしたことを特徴とする自動分析方法。
5. 恒温槽内に一定温度に保たれた恒温水中を移動しながら検体、試薬を注入し、前記注入した検体と試薬を混ぜ合わせ反応させ、所定の反応温度に達した反応容器内の液体を吸光度計測手段にて測定し、分析を行う自動分析方法において、
   前記反応槽に検体と試薬を注入し攪拌する工程終了後で前記測定する工程の前に、前記攪拌して検体と前記試薬の混ざり合った溶液が反応温度に達する前に少なくとも１回以上の再度の攪拌を行い、前記再度の撹拌の後に前記反応容器内が反応温度到達後に吸光度計測手段で反応液を分析するようにしたことを特徴とする自動分析方法。

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