JP4108780B2 - 分析装置用アスピレーター又はディスペンサー及び気液界面の検知方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体界面検出器を有するアスピレーター又はディスペンサーに関し、また液体中に捕捉される気泡の発生を防止するそれらの改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
吸引目的でアスピレーターの先端をその中へ降下させていく液体と該先端部との接触を検知する方法が知られている。非常に好ましい方法は、一定圧力の加圧空気を先端のオリフィスから追い出し、該先端部内部の圧力を圧力検出器又は圧力変換器で検知する方法である。該圧力検出器又は圧力変換器が液体との接触による圧力増大を検知した時点で加圧空気源を先端部から遮断する。次いで、ポンプによる従来法で先端部の排気を行うことにより、該液体を吸引し、その後別の場所でこれを分配することができる。この構成、配置について記載している代表的な特許明細書は、米国特許第5,013,529号明細書(特に、第3図)である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記の機構には以下の欠点がある。先端部と加圧源との連通を断つ遮断弁では、先端部から先端オリフィスを覆う液体中に1個又は2個以上の様々な大きさの気泡を放逐する原因となるような圧力の増大を常に防止することは不可能である。このような気泡は望ましいものではない。なぜなら、これらの気泡は、完全に分散しない限り、液体の代わりに逆に先端部に吸引されるため、期待される液体容量の精度が低下するからである。より詳細に説明すると、該機構は、圧力変換器を利用して、先端オリフィスを現に閉塞している液体の壁を表す増大圧力のスパイク(spike) を検知する方法である。この圧力のスパイクは圧力変換器が作動するために必須である。残念ながら、このスパイクが、その後先端オリフィスに気泡を生ぜしめる。この気泡は、結局のところ先端オリフィスに位置し、先端部の吸引サイクル中に吸引されるにすぎない。このような場合には、気泡の容積は、先端部の容量残部の一部となりこれに影響を及ぼすだけであり、また「分配」されることは決してない。さらに、このような気泡は、空気排出装置における固有空気容量(dead air volume) を事実上変化させることによる二次効果(second order effect) を発生させる。例えば、気泡容積が、吸引された液体アリコートの10%に相当する場合でも、その後の分配に対するその影響は2%にすぎないこともある。
【0004】
しかしながら、しばしば起こることであるが、気泡が先端部から解離した場合には状況は悪化する。その場合、気泡は、分配される容量の「スラッグ(slug)」の一部として先端部内に逆に吸引されてしまう恐れがある。この気泡は容量残部中へ移行しうる。しかしながら、この移行が(試料の流動性や気泡の最初の所在によっては)分配工程前に常に完了しないようなタイミングがある。その場合、気泡は一次誤差(first order error) を生ぜしめる、即ち、分配されるアリコート容積の10%に相当する気泡容積が、結局その分配されるアリコートにおいて10%の誤差となる。
いずれの場合においても、高精度の計量様式にとってはどちらの誤差も許容できるものではない。
【0005】
上記の問題は、単に、空気圧源の断絶時に先端部に発生する圧力増大量を縮小する意図で、放逐される空気圧の圧縮空気源の全圧PT を低下させるだけでは解決することはできない。圧力検出器の引き金を引いて断絶を行うために、圧力スパイクΔP1 が先端部内に必要であることに変わりはない。このため、たとえ空気源のPT を半分に低下させ、スパイク圧ΔP2 が、例えば前記米国特許第5,013,529号明細書の装置において断絶を起こすスパイク圧ΔP1 の半分だけになったとしても、先端部から液体中に気泡を放出するに十分な圧力であることに変わりはない。このような気泡は1個たりとも許容できないので、単に加圧空気源のPT を半分に低下させる方法では、十分な解決にはならない。その上、気泡の大きさを縮小すべく、検出器の引き金となる圧力スパイクを大幅に縮小する試みは、いずれも検出可能なスパイクに必要とされるシグナル対ノイズ比によって課される限界値に直ぐに達してしまう。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記問題の解決には、液体界面との接触時の先端部内の圧力増大を、先端オリフィス以外の出口を介して瞬間的に解放する必要があることを見い出した。本発明者は、これを達成するための装置及び方法を提供する。
より詳細には、本発明の一側面によると、
加圧空気源と、
前記空気源と連通している液体収集用且つ液体保持用のベッセルであって、吸引オリフィスを有するベッセルと、
吸引すべき液体を含む容器の中へ、前記空気源と連通した状態で前記ベッセルを降下させるための手段と、
前記液体との接触により前記ベッセル内の圧力が増大した際に前記ベッセルへの前記加圧空気の流入を停止させるための停止手段と、
前記オリフィス以外の出口から前記ベッセル内の前記加圧空気を抜くためのベントであって、前記ベッセルと並列に連通しており、前記停止手段の下流に位置し、且つ前記オリフィスの閉塞により前記ベッセル内の圧力が増大した際に前記ベッセルから圧力を抜くのに有効な場所に置かれたベントとを含み、
前記オリフィスが液体で閉塞された際に、前記ベッセル内の加圧空気が、前記容器内の液体中に気泡を生ぜしめることなく前記ベントから抜かれる分析装置用アスピレーター又はディスペンサーが提供される。
【0007】
本発明の別の側面によると、
気液界面を形成する液体に向けて降下され且つ前記液体中に入れられるベッセルを有するアスピレーター又はディスペンサーによって前記気液界面の存在を検知する方法であって、(a)前記アスピレーター又はディスペンサーの前記ベッセルを加圧しながら前記ベッセルを降下させる工程、(b)工程(a)を実施する間、前記ベッセル内の圧力レベルを検出する工程、及び(c)前記ベッセルが前記界面に接触したことを表す圧力増大が発生した時点で工程(a)を停止させる工程を含み、
工程(a)及び工程(b)は、前記ベッセルの降下中、前記ベッセルとは隔離された出口から前記アスピレーター又はディスペンサーを大気に向けてガス抜きする工程を含み、よって前記圧力が増大した際には、工程(c)の実施中に過剰圧力が瞬時に前記ベッセルから解放されるため、過剰圧力による気泡が前記液体中に追い出されることがない方法が提供される。
【0008】
本発明を特定の好ましい実施態様との関連で説明する。ここでは、特定の一定圧力を圧縮空気源により発生させ、そして特定の圧力変換器を使用して、流体界面と接触した際の圧力スパイクを検知する。さらに、検知用の空気圧や、その空気圧が圧縮空気源由来であるか否か、特定の圧力変換器を使用するか否か、さらには検知される液体の種類とは無関係に、検出器が、吸引用のベッセルオリフィスから離れて独立して大気に向けてガス抜きされる限り、本発明は有用である。
【0009】
図1は、上記従来法を例示するものである。一定圧力空気源が22に設けられており、そして調節器23b及び圧力検知器24を介して圧力検知器24に応答する三方弁21へ送られる。三方弁21は、ベッセル3を液体12に向けて降下させている間、最初からベッセル3に連通している。ベッセル3が液体と接触すると、ベッセル3において圧力スパイクが起こり、これを検出器24で検知する。これに応答して、三方弁21が切り替わり、管路22からの一定圧力はこれ以上かからなくなり、代わりにベッセル3はピストンポンプ26に連通して液体をベッセル3の中に吸引する。
しかしながら、検出器24の引き金を引く圧力スパイクは、ベッセル3の先端オリフィスの外部を除くと行き場がないため、上記のように気泡が発生して問題となる。
【0010】
実施態様
本発明の解決策は、流体界面の探索時には一般に開放しておくが、空気加圧管路(図1では22)をベッセルから断絶した後には閉鎖する弁を介して、管路20に大気排気用管路を付加する方法である。
【0011】
好ましい構造(図2)を参照すると、先端部又はベッセル103は管路120と連通したまま昇降される。管路120は、容器140に入れられている血清などの流体112に向かいベッセル102が進行している際には通常開放されている弁121を介して、圧縮空気123のような源由来の一定空気圧源を受容する管路122と圧力変換器検知器124とに連通している。(ベッセル103の昇降には、例えばラック130及び被動ピニオンギア132のように、任意の機構を採用することができる。)流体112がベッセル103と接触すると、常用のピストンポンプ126を、例えばステップモーター141によって作動させることにより、液体を容器103の中に吸引し、その後、吸引した液体を、例えばスライド試験要素の上に、又は別の容器の中に、分配することができる(いずれも図示なし)。
【0012】
本発明により付加されるものは、ベッセル103と並列に連通し、弁202により管路122に連通し、さらに圧力変換器124にも連通しているベント管路200である。弁202は、液体レベルの検知工程だけの場合には開放されたままである。ベント管路200の出口は大気に向いている。弁202及び121は順に常用のコントローラー210に接続されており、これが圧力変換器124に応答してこれらの弁を作動させる。圧力変換器124は、例えば、歪ゲージ式シリコンダイアフラム相対圧力検知器であることができる。
【0013】
動作時には、圧縮空気源123の圧力PT が弁121を介して管路120及び200の両方(矢印290及び292)にかかり、その間にベッセル103が血清112に向けて(矢印300)降下される。ベッセル103の先端オリフィス260から放出される空気(矢印302)は、ベッセル103が血清112と接触した時に圧力PT を上回る圧力のスパイクを発生させ、このスパイクが圧力変換器124の引き金を引く。この引き金は、コントローラー210を介して弁121を遮断する信号を送り、空気圧PT がさらに管路120及びベッセル103にかからないようにする。その結果、管路120及びベッセル103における周囲よりも高い空気圧、具体的には上記引き金となった圧力スパイクは、ベッセル103から液体112に向かう代わりに、弁202及びベント200を介して(矢印292)外部へ瞬時に解放される。その直後、例えばその30ミリ秒後に、コントローラー210が弁202を遮断し、そしてモーター140を、好ましくは間を置いてから作動させることでポンプ126を動かし、気泡をまったく発生させることなく、血清112の一部をベッセル103の中に吸引する。(ベッセル103は、液体112を容器140から吸引しながら徐々に下降する。)
【0014】
別法として(図3)、ポンプ126の代わりに常用のベローズポンプ400、例えば1989年8月1日に発行された米国特許第4,852,620号明細書に記載されているものを使用して、慣用法であるが、部分真空及び部分加圧を発生させることによりそれぞれ液体をベッセル103の中に吸引及びベッセル103から分配することも可能である。
【0015】
【発明の効果】
従って、本発明の有利な特徴は、吸引すべき液体中に気泡を発生させることなく、アスピレーター又はディスペンサーの先端部で加圧空気を利用して気液界面を検知できることである。
【図面の簡単な説明】
【図1】加圧空気を利用した従来技術の気液界面検出装置の概略図である。
【図2】本発明により構築された検出装置の概略図である。
【図3】本発明の別の態様を示す断片的部分断面立面図である。
【符号の説明】
3,103…ベッセル
12,112…液体
20,120,122…管路
21…三方弁
26,126…ポンプ
121,202…弁
124…圧力変換器
130…ラック
132…被動ピニオンギア
140…容器
141…モーター
200…ベント管路
210…コントローラー
260…オリフィス
400…ベローズポンプ
Claims (3)
- 加圧空気源と、
前記空気源と連通している液体収集用且つ液体保持用のベッセルであって、吸引オリフィスを有するベッセルと、
吸引すべき液体を含む容器の中へ、前記空気源と連通した状態で前記ベッセルを降下させるための手段と、
前記液体との接触により前記ベッセル内の圧力が増大した際に前記ベッセルへの前記加圧空気の流入を停止させるための停止手段と、
前記オリフィス以外の出口から前記ベッセル内の前記加圧空気を抜くためのベントであって、前記ベッセルと並列に連通しており、前記停止手段の下流に位置し、且つ前記オリフィスの閉塞により前記ベッセル内の圧力が増大した際に前記ベッセルから圧力を抜くのに有効な場所に置かれたベントとを含み、
前記ベントは前記ベッセルの降下中に開放されたままであることにより、前記オリフィスが液体で閉塞された際に、前記ベッセル内の加圧空気が、前記容器内の液体中に気泡を生ぜしめることなく前記ベントから抜かれる分析装置用アスピレーター。 - 加圧空気源と、
前記空気源と連通している液体収集用且つ液体保持用のベッセルであって、吸引オリフィスを有するベッセルと、
吸引すべき液体を含む容器の中へ、前記空気源と連通した状態で前記ベッセルを降下させるための手段と、
前記液体との接触により前記ベッセル内の圧力が増大した際に前記ベッセルへの前記加圧空気の流入を停止させるための停止手段と、
前記オリフィス以外の出口から前記ベッセル内の前記加圧空気を抜くためのベントであって、前記ベッセルと並列に連通しており、前記停止手段の下流に位置し、且つ前記オリフィスの閉塞により前記ベッセル内の圧力が増大した際に前記ベッセルから圧力を抜くのに有効な場所に置かれたベントとを含み、
前記ベントは前記ベッセルの降下中に開放されたままであることにより、前記オリフィスが液体で閉塞された際に、前記ベッセル内の加圧空気が、前記容器内の液体中に気泡を生ぜしめることなく前記ベントから抜かれる分析装置用ディスペンサー。 - 気液界面を形成する液体に向けて降下され且つ前記液体中に入れられるベッセルを有するアスピレーター又はディスペンサーによって前記気液界面の存在を検知する方法であって、(a)前記アスピレーター又はディスペンサーの前記ベッセルを加圧しながら前記ベッセルを降下させる工程、(b)工程(a)を実施する間、前記ベッセル内の圧力レベルを検出する工程、及び(c)前記ベッセルが前記界面に接触したことを表す圧力増大が発生した時点で工程(a)を停止させる工程を含み、
工程(a)及び工程(b)は、前記ベッセルの降下中、前記ベッセルとは隔離された出口から前記アスピレーター又はディスペンサーを大気に向けてガス抜きする工程を含み、よって前記圧力が増大した際には、工程(c)の実施中に過剰圧力が瞬時に前記ベッセルから解放されるため、過剰圧力による気泡が前記液体中に追い出されることがない方法。
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