JP4251627B2

JP4251627B2 - 化学分析装置及びその分注方法

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Description

本発明は、液体中に含まれている成分を分析する化学分析装置及びその分注方法に関わり、特にヒトの血液や尿などに含まれる化学成分を自動的に分析する化学分析装置及びその分注方法に関する。

化学分析装置は生化学検査項目を対象とし、ほとんどの項目は、容器に分注した被検試料と測定項目に該当する試薬の混合液の反応によって生じる色調の変化を光の透過量を測定することにより、被検試料中の被測定物質または酵素の濃度／活性を測定する。

一方、生化学検査項目の中でも、ナトリウムイオン、カリウムイオン、または塩素イオンは、容器に分注した被検試料と測定項目に該当する試薬の混合液を、イオンセンサを用いて起電力の変化を測定することにより、被検試料中の濃度を測定する。この場合の試薬は、被検試料の希釈もしくはｐＨの調整のために使用される。

そして、化学分析装置における全ての測定項目に共通で、測定誤差要因の大きな割合を占めるのは、被検試料と試薬を所定の容器に分注し、被検試料と試薬が均一になるように混合する工程である。

被検試料と試薬の分注には、被検試料前分注方式と試薬前分注方式の２つがあり、それぞれ次のような問題を抱えている。

被検試料前分注方式は、最初に被検試料を容器に分注後、試薬を容器に分注して被検試料と試薬を混合する。

ここで、被検試料前分注方式は被検試料非接触分注方式と被検試料接触分注方式の２つに分類される。かつて１項目当りに使用される被検試料の量が多かった頃は、被検試料を分注するサンプル分注プローブが容器から離れた位置から分注する被検試料非接触分注方式が取られていた。

しかし、1項目当りに使用される被検試料の量の微量化が進められた現在では、被検試料非接触分注方式の場合は、容器に分注されるべき被検試料がサンプル分注プローブ先端の外壁に付着、または吐出された被検試料が飛散するなど容器の所定の位置に入らない要因により分注精度が悪いので、サンプル分注プローブ先端を容器に付けて被検試料を分注する被検試料接触分注方式が取られるようになってきた（例えば、特許文献１参照。）。

ところが、被検試料接触分注方式も、サンプル分注プローブと容器底面が接する部分の形状、あるいは容器の汚れの影響で、容器に分注された被検試料が容器内に拡散せずに、被検試料を分注後サンプル分注プローブが容器から離れる時にサンプル分注プローブ先端外壁に残存し、被検試料の分注精度を悪化させる問題がある。

特に、容器の底面形状の問題に対しては、容器として多数の反応管を使用するような化学分析装置においては、全ての容器に高い加工精度が要求され、反応管の汚れに対しては、常に高い洗浄力能力が要求される。

一方、試薬前分注方式は、最初に試薬を容器に分注し、次に被検試料を容器に分注した後、試薬と被検試料を混合する（例えば、特許文献２参照。）。

この方法は、容器に試薬を分注後、サンプル分注プローブを試薬に直接接触させる方法や、サンプル分注プローブ先端の試薬液面への接触を避けるようにその先端に形成される液滴を試薬液面と接触させながらサンプル分注プローブから被検試料を吐出させる方法によって分注するために、被検試料の飛び散り、サンプル分注プローブ先端外壁への被検試料の回り込みは起きず、被検試料の量の微量化が進められた現在でも、容器への被検試料の分注に問題は生じない。

しかし、試薬前分注方式は、被検試料に比べて数十倍の試薬量の中に微量の被検試料を分注するために、被検試料前分注方式以上に、被検試料と試薬とを均一に混合するための強力な撹拌ユニットを必要とする。ところが、最近は化学分析装置に高速化が要求されているので短時間で混合する必要があり、被検試料と試薬とを混合する技術を困難なものにしている。
特公昭６１−５６７８４号公報（第１−４頁、図４−５）特開平７−３３３２３０号公報（第３頁）

化学分析装置においては、１項目当りに使用される被検試料の微量化が進み、ますます微量被検試料を容器に精度よく分注することが求められている。

しかしながら、被検試料前分注方式では、容器底面の形状や容器表面の汚れによる影響を受けやすく、試薬前分注方式では、被検試料と試薬を均一に混合するために被検試料前分注方式よりも強力な撹拌手段が必要とする夫々の問題を抱えている。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、特に被検試料を所定の容器に精度よく分注し、被検試料と試薬を均一に混合して、被検試料を精度よく測定できる化学分析装置及びその分注方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１に係る本発明の化学分析装置の分注方法は、被検試料と試薬を所定の容器に分注し、分注した前記被検試料と前記試薬の混合液を測定する化学分析装置の分注方法において、前記容器に第１の所定量の前記試薬を試薬分注手段により分注する第１の分注工程と、前記第１の分注工程の後に前記容器に分注された前記試薬に先端を浸けて所定量の前記被検試料をサンプル分注プローブにより分注する第２の分注工程と、前記第２の分注工程の後に前記容器に前記第１の所定量よりも多い第２の所定量の前記試薬を前記試薬分注手段により分注して前記第１の所定量の前記試薬と前記所定量の前記被検試料と前記第２の所定量の前記試薬を混合する第３の分注工程とを備えたことを特徴とする。

そして、請求項２に係る本発明の化学分析装置は、被検試料と試薬を所定の容器に分注し、分注した前記被検試料と前記試薬の混合液を測定する化学分析装置において、前記容器に第１の所定量の前記試薬を分注した後に前記第１の所定量よりも多い第２の所定量の前記試薬を分注する試薬分注手段と、前記試薬分注手段により前記第２の所定量の前記試薬が分注される前に前記容器に分注された前記第１の所定量の前記試薬に先端を浸けて所定量の前記被検試料を分注するサンプル分注プローブと、前記容器に分注された前記第１の所定量の前記試薬と前記所定量の前記被検試料と前記第２の所定量の前記試薬の混合液を測定する測定手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、同一試薬を２回に分けて分注することによって、被検試料を所定の容器に精度よく分注でき、被検試料と試薬を均一に混合できるので、被検試料を精度よく測定できる。

以下に、本発明による化学分析装置の分注方法及びそれに使用される希釈カップの実施例を図１乃至図５を参照して説明する。

図１は、本発明の実施例に係る化学分析装置の構成を示している。この化学分析装置は、被検試料の各種成分と反応する試薬の入った複数の試薬ボトル７を収納した試薬ラック１と、試薬ラック１を設置可能な試薬庫２及び３と、円周上に容器として複数の反応管４を配置した反応ディスク５と、被検試料が納められた被検試料容器１７がセットされるディスクサンプラ６と、第1試薬分注アーム８及び第２試薬分注アーム９とサンプル分注アーム１０により反応管４に分注された被検試料と試薬との混合液を測定する測光ユニット１３と、サンプル分注アーム１０により希釈カップ（容器）１９ａに分注された被検試料を測定する電解質測定モジュール１８とを有している。

試薬庫２及び３、反応ディスク５、ディスクサンプラ６は、それぞれ駆動装置により回転動作されるようになっている。

測定に必要な試薬は、試薬庫２あるいは試薬庫３の試薬ラック１に収納されている試薬ボトル７から、それぞれ第1試薬分注アーム８の第1試薬プローブ１４あるいは第２試薬分注アーム９の第２試薬プローブ１５から反応ディスク５の円周上に配置された反応管４の容器に分注される。

また、測定に必要な被検試料は、ディスクサンプラ６に設置された被検試料容器１７から、サンプル分注アーム１０のサンプル分注プローブ１６を介して反応管４または希釈カップ１９ａに分注される。

被検試料と試薬が分注された反応管４は、反応ディスク５の回動により撹拌位置まで移動し、撹拌ユニット１１により被検試料と試薬の混合液が撹拌される。その後、測光ユニット１３が、測光位置まで移動した反応管４に光を照射して混合液の吸光度変化を測定することにより、被検試料中のナトリウムイオン、カリウムイオン及び塩素イオン以外の生化学検査項目の成分分析が行なわれる。

そして、被検試料の成分分析を終了した反応管４内の被検試料と試薬の混合液は廃棄され、その後、反応管４は洗浄ユニット１２により洗浄される。

一方、希釈カップ１９ａに分注された被検試料は、電解質測定モジュール１８で被検試料中のナトリウムイオン、カリウムイオン及び塩素イオンの電解質成分濃度の測定が行われる。

図２は、図１の電解質測定モジュール１８の構成を示している。電解質測定モジュール１８は、被検試料と試薬とを混合する希釈カップユニット１９と、希釈カップユニット１９に試薬を供給する試薬供給ユニット２２及び校正液を供給する校正液供給ユニット２３と、被検試料と試薬との混合液または校正液をイオンセンサユニット２０に導く試料吸引ユニット２１と、被検試料と試薬との混合液中または校正液中のナトリウムイオン、カリウムイオン及び塩素イオン濃度を測定するイオンセンサユニット２０とを有している。

希釈カップユニット１９は、試薬と被検試料とを混合する容器としての希釈カップ１９ａと、希釈カップ１９ａに試薬を分注する試薬吐出ノズル１９ｂ、及び校正液を分注する校正液吐出ノズル１９ｃを備えている。

試薬供給ユニット２２は、試薬供給ポンプ２２ａを用いて、試薬を試薬ボトル２２ｂから吸引して希釈カップユニット１９に供給し、被検試料を希釈する。

校正液供給ユニット２３は、校正液供給ポンプ２３ａを用いて、校正液を校正液ボトル２３ｂから吸引して希釈カップユニット１９に供給する。校正液は、希釈カップ１９ａで希釈された被検試料が、イオンセンサユニット２０に導かれた後に希釈カップ１９ａに残る被検試料を洗い流すための洗浄と、イオンセンサユニット２０の起電力を校正するために使用される。

試料吸引ユニット２１は、試料吸引ポンプ２１ａを用いて、希釈カップ１９ａ内で希釈された被検試料、または校正液をイオンセンサユニット２０に導き、廃液タンク２１ｂに排出する。

イオンセンサユニット２０は、ナトリウムイオンセンサ、カリウムイオンセンサ、塩素イオンセンサ及び参照電極で構成された流通型複合電極により、ナトリウムイオン、カリウムイオン、塩素イオンの濃度を測定する。

ところで、電解質は次の手順によって測定される。図１に示したサンプル分注プローブ１６によって、希釈カップ１９ａに分注された被検試料が、図２に示す試薬供給ユニット２２によって、試薬と均一に混合された後、試料吸引ユニット２１によりイオンセンサユニット２０内に導かれて電解質成分の測定が行われる。

イオンセンサユニット２０は、対象とするイオンの濃度に応じた電気信号を発生し、この電気信号は信号収集部２４で収集された後、信号処理部２５で被検体試料の算出処理に利用される。

次に、校正液供給ユニット２３からの校正液がイオンセンサユニット２０内に導かれ、校正液中の電解質成分が測定される。校正液の測定結果と前記検体試料の測定結果との比較によって、電解質成分濃度を測ることができる。

イオンセンサユニット２０に導かれた液は、測定後、試料吸引用ポンプユニット２１によって排液される。

前述した試料吸引ポンプ２１ａ、試薬供給ポンプ２２ａ及び校正液供給ポンプ２３ａの動作シーケンスと、イオンセンサユニット２０で発生した信号の処理は、予め図１に示した化学分析装置の図示しない記憶部に記憶されたプログラムに基づいて、制御部によって制御される。

図３は、図１及び図２に示した構成を利用して、希釈カップ１９ａに同一試薬を２回に分けて分注する分注手段の手順を示している。

図中の希釈カップ１９ａは側面から見たときの断面図を示している。希釈カップ１９ａの底には、イオンセンサユニット２０に導かれる流路面が形成されている。希釈カップ１９ａの内面は、重力方向に平行な希釈カップの中心軸１９ｆに垂直な断面が、希釈カップの中心軸１９ｆとその断面の交点を中心とする円形をなし、希釈カップ１９ａの底から上に行くに従い次第にその円形が大きくなるような緩やかな曲面を構成しており、ちょうど釣鐘を逆さましたような形状をしている。

そして、試薬吐出ノズル１９ｂは、希釈カップ１９ａの底よりも少し高い位置に水平に配置され、且つその高さにおける希釈カップの中心軸１９ｆに垂直な断面の円と接する接線上に、その接線と円の接点が試薬吐出ノズルの吐出口１９ｄになるように配置されている。

図３（ａ）は、試薬を第1の所定量容器に分注する第1の分注工程を示している。

図２に示した試薬供給用ポンプユニット２２によって、例えば試薬の設定量を５７５μＬとしたとき、第1の所定量として設定量の約２２％の試薬１２５μＬが試薬吐出ノズル１９ｂから吐出され、希釈カップ１９ａに分注された試薬２６ａが溜る。これを第1の分注工程とする。

第1の分注工程の試薬吐出速度は、図２の試薬供給ポンプ２２ａによって、希釈カップ１９ａから飛び出さないように制御されている。

図３（ｂ）は前記第１の分注工程の後に被検試料を所定量前記容器に分注する第２の分注工程を示している。

図１に示したサンプル分注アームユニット１０の回動により、サンプル分注プローブ１６が、希釈カップ１９ａの中央位置で一旦停止後降下し、試薬２６ａの液面を検知してから試薬表面から約１ｍｍの深さで停止し、例えば２５μＬの被検試料を分注する。そして、希釈カップ１９ａには、２５μＬの被検試料と１２５μＬの試薬との中間混合液２６ｂが溜る。

このように、試薬前分注方式を利用して、第１の分注工程により分注された試薬２６ａ中にサンプル分注プローブ１６を浸けて被検試料を分注するので、被検試料の飛散及びサンプル分注プローブ１６先端の外壁への被検試料の付着が起きなくなり、被検試料を精度よく分注できる。

図３（ｃ）は、前記第２の分注工程の後に前記試薬を第２の所定量前記容器に分注する第３の分注工程を示している。

希釈カップ１９ａに被検試料を分注後、試薬供給用ポンプユニット２２によって、設定量の残りの試薬、例えば４５０μＬの試薬が試薬吐出ノズル１９ｂから吐出され、第３の分注工程による試薬と中間混合液２６ｂとが均一に混合されて、試薬と被検試料の最終混合液２６ｃになる。

ここで、第３の分注工程においては、第1の所定量よりも多い設定量の約７８％の試薬４５０μＬを吐出させることと、希釈カップ１９ａの釣鐘を逆さましたような内面形状の吐出口１９ｄから吐出速度を制御した試薬を吐出させて、図３（ｃ）及び希釈カップ１９ａの上面図を示している図３（ｄ）に図示した矢印の渦巻状の上昇流を形成させることにより、良好な撹拌効果が得られる。

その後、最終混合液２６ｃは、図２に示した試料吸引ユニット２１によって、イオンセンサユニット２０に導かれ、被検試料中の電解質成分の測定が行われる。

前述したサンプル分注アームユニット１０とサンプル分注プローブ１６の動作は、図２で説明した夫々ポンプ動作シーケンスに連動するように、予め図１に示した化学分析装置の図示しない記憶部に記憶されたプログラムに基づいて、制御部によって制御される。

図４は、図１及び図２に示した構成を用いて、希釈カップ１９ａに同一試薬を２回に分けて分注する分注手段の手順を示している。図４が、図３と異なる点は、図３は試薬吐出ノズル１９ｂが希釈カップカップ１９ａの底付近に配置されているのに対して、図４の試薬吐出ノズル１９ｅは希釈カップ１９ａの上に配置されている点である。

図４（ａ）は、試薬を第1の所定量容器に分注する第1の分注工程を示している。図２に示した試薬供給用ポンプユニット２２によって、試薬の設定量を５７５μＬとしたとき、第1の所定量として、例えば設定量の約２２％の試薬１２５μＬが試薬吐出ノズル１９ｅから吐出され、希釈カップ１９ａに第1の分注工程により分注された試薬２７ａが溜る。

第1の分注工程の試薬吐出速度は、図２の試薬供給ポンプ２２ａによって、希釈カップ１９ａ壁面に当たって飛散しないように制御されている。

図４（ｂ）は前記第１の分注工程の後に被検試料を所定量前記容器に分注する第２の分注工程を示している。

図１で示したサンプル分注アームユニット１０の回動により、サンプル分注プローブ１６が、希釈カップ１９ａの中央位置で一旦停止後降下し、第１の分注工程により分注された試薬２７ａの液面を検知してから試薬表面から約１ｍｍの深さで停止し、２５μＬの被検試料を分注する。そして、希釈カップ１９ａには、試薬１２５μＬと被検試料２５μＬの中間混合液２７ｂが溜る。

このように、試薬前分注方式を利用して、第1の分注工程により分注された試薬２７ａ中にサンプル分注プローブ１６を浸けて被検試料を分注するので、被検試料の飛散及びサンプル分注プローブ１６先端の外壁への被検試料の付着が起きなくなり、被検試料を精度よく分注できるようになる。

図４（ｃ）は、前記第２の分注工程の後に前記試薬を第２の所定量前記容器に分注する第３の分注工程を示している。

希釈カップ１９ａに被検試料を分注後、試薬供給用ポンプユニット２２によって、設定量の残りの試薬、例えば４５０μＬが試薬吐出ノズル１９ｅから吐出され、第２の分注工程による試薬と中間混合液２７ｂとが均一に混合されて、試薬と被検試料の最終混合液２７ｃになる。

ここで、第３の分注工程においては、第1の所定量よりも多い設定量の約７８％の試薬４５０μＬを吐出させることによる撹拌効果と、試薬を希釈カップ１９ａの上から吐出したときに液が飛散しない範囲で、最大速度に制御した試薬吐出の勢いによる撹拌効果により、試薬と被検試料は均一に混合されて、試薬と被検試料の最終混合液２７ｃになる。

その後、最終混合液２７ｃは、図２に示した試料吸引ユニット２１によって、イオンセンサユニット２０に導かれ、被検試料中の電解質成分の測定が行われる。

以上の方法は、生化学検査項目の中でも、特に高い試薬と被検試料の分注精度が要求される電解質の項目に有効である。

図５は、図１に示した構成を利用して、反応管４に同一試薬を２回に分けて分注する分注手段の手順を示している。

図５（ａ）は、試薬を第1の所定量容器に分注する第1の分注工程を示している。

図１に示した第１試薬分注プローブ１４は、試薬庫２に設置された測定項目に該当する第１試薬を吸引後、第１試薬分注アーム８の回動によって、同一試薬を１回目に分注する１回目試薬分注位置に移動する。そして、第１の所定量として、例えば測光ユニット１３における測光に必要な第１試薬の量の下限値を１２０μＬとすると、第1試薬設定量の３分の１以下の４０μＬの第１試薬が、第１試薬分注プローブ１４から反応管４のほぼ中央に分注され、第１の分注工程により分注された試薬２８ａが溜る。その後、反応管４は、反応ディスク５の回転により、サンプル分注位置に移動する。

第1の分注工程の試薬吐出速度は、反応管４の底に当たって飛散、または反応管４の内壁側面に飛散しないように制御される。

図５（ｂ）は前記第１の分注工程の後に被検試料を所定量前記容器に分注する第２の分注工程を示している。

図５（ａ）で図１に示したサンプル分注アームユニット１０の回動により、サンプル分注プローブ１６は、反応管４のほぼ中央位置で一旦停止後、降下して試薬２８ａの液面を検知してから、試薬表面から約１ｍｍの深さで停止し、測定項目に該当する設定量の被検試料を分注する。反応管４には、設定量の被検試料と４０μＬの試薬との中間混合液２８ｂが溜る。その後、反応管４は、反応ディスク５の回転により、反応ディスク５上にあって同一試薬を２回目に分注する２回目試薬分注位置に移動する。

このように、試薬前分注方式を利用して、第１の分注工程により分注された試薬２８ａ中にサンプル分注プローブ１６を浸けて被検試料を分注するので、被検試料の飛散及びサンプル分注プローブ１６先端の外壁への被検試料の付着が起きなくなり、精度よく分注できる。

図５（ｃ）は、前記第２の分注工程の後に前記試薬を第２の所定量前記容器に分注する第３の分注工程を示している。

図１に示した第１試薬分注プローブ１４は、試薬庫２から前記第１試薬を吸引後、第１試薬分注アーム８の回動によって、前記２回目試薬分注位置に移動する。そして、反応管４が前記２回目試薬分注位置で停止した時に、第２の所定量として、例えば第1の所定量よりも多い前記第1試薬設定量の３分の２以上の第1試薬が、第１試薬プローブ１４から前記反応管４のほぼ中央に吐出され、第２の分注工程による試薬と中間混合液２８ｂとが混合されて、被検試料と試薬との最終混合液２８ｃになる。

その後、反応管４は反応ディスク５の回転により、第１試薬撹拌ユニット１１の位置に移動する。そこで、最終混合液２８ｃは、第１試薬撹拌ユニット１１によって更に撹拌される。

ここで、第３の分注工程においては、第1の所定量よりも多い第１試薬設定量の３分の２以上の試薬を吐出させることによる撹拌効果と、中間混合液２８ｂまたは第３の分注工程によって液が飛散しない程度に高速に試薬吐出速度を制御することよる撹拌効果により、更には第１試薬撹拌ユニット１１により、最終混合液２８ｃは均一に混合される。

次に、例えば２試薬系反応項目の場合は、反応ディスク５の回転により、所定の時間後に第２試薬分注位置に反応管４が停止した時に、第２試薬分注プローブ１５によって、試薬庫３から測定項目に該当する第２試薬が吸引され、第２試薬分注アーム９の回動により、第２試薬分注プローブが反応管４に第２試薬を分注する。

その後、設定時間に従って、測光ユニット１３は反応管４に光を照射し、その透過光の変化を測定することにより、被検試料の成分が測定される。

ここでは、特に微量の被検試料を用いて測定される項目の中でも、許容誤差要因に被検試料分注精度の占める割合が大きい項目に対して、試薬を２回に分けて容器に分注する分注手段を利用すると有効である。

なお、化学分析装置に、第１試薬量と、第１の分注工程及び第３の分注工程の分注量と吐出速度の関係を求めて、それらの条件を予めインプットしておくようにすれば、化学分析装置は、試薬を２回に分けて分注する条件が選択された項目に対して、その項目の第１試薬設定量に応じて、試薬を２回に分けて分注し、精度よく被検試料と試薬を分注し均一に混合できるようになる。

本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。

本発明の実施例に係る化学分析装置の構成を示す図。本発明の実施例に係る電解質測定モジュールの構成を示す図。本発明の実施例に係る希釈カップへの分注方法を示す図。本発明の実施例に係る希釈カップへの分注方法を示す図。本発明の実施例に係る反応管への分注方法を示す図。

符号の説明

１６サンプル分注プローブ
１９希釈カップユニット
１９ａ希釈カップ
１９ｂ試薬吐出ノズル
１９ｃ校正液吐出ノズル
１９ｅ試薬吐出ノズル
１９ｆ希釈カップの中心軸
２６ａ第1の分注工程により分注された試薬
２６ｂ中間混合液
２６ｃ最終混合液

Claims

被検試料と試薬を所定の容器に分注し、分注した前記被検試料と前記試薬の混合液を測定する化学分析装置の分注方法において、前記容器に第１の所定量の前記試薬を試薬分注手段により分注する第１の分注工程と、前記第１の分注工程の後に前記容器に分注された前記試薬に先端を浸けて所定量の前記被検試料をサンプル分注プローブにより分注する第２の分注工程と、前記第２の分注工程の後に前記容器に前記第１の所定量よりも多い第２の所定量の前記試薬を前記試薬分注手段により分注して前記第１の所定量の前記試薬と前記所定量の前記被検試料と前記第２の所定量の前記試薬を混合する第３の分注工程とを備えたことを特徴とする化学分析装置の分注方法。
被検試料と試薬を所定の容器に分注し、分注した前記被検試料と前記試薬の混合液を測定する化学分析装置において、前記容器に第１の所定量の前記試薬を分注した後に前記第１の所定量よりも多い第２の所定量の前記試薬を分注する試薬分注手段と、前記試薬分注手段により前記第２の所定量の前記試薬が分注される前に前記容器に分注された前記第１の所定量の前記試薬に先端を浸けて所定量の前記被検試料を分注するサンプル分注プローブと、前記容器に分注された前記第１の所定量の前記試薬と前記所定量の前記被検試料と前記第２の所定量の前記試薬の混合液を測定する測定手段とを備えたことを特徴とする化学分析装置。
前記容器に分注する前記試薬の吐出速度を調整する吐出速度調整手段を有することを特徴とする請求項２に記載の化学分析装置。