JP6554793B2 - 自動試料採取装置 - Google Patents

Description

本発明は、試料が収容された複数の試料収容部から自動的に試料を採取して分析装置に導入する自動試料採取装置に関する。特に、液体試料を採取して液体クロマトグラフに導入するオートサンプラに関する。

液体クロマトグラフ等の分析装置を使用して複数の液体試料を自動的に分析する際には、複数の試料収容部から液体試料を順次採取して分析装置に導入する自動試料採取装置（オートサンプラ）が用いられる。オートサンプラでは、例えば、サンプルラックの上面に設けられた複数の試料収容部に液体試料を収容した複数のバイアル瓶がセットされる。そして、サンプリングニードルを用いて各試料収容部にセットされたバイアル瓶から予め指定された順序で所定量の液体試料を採取して分析装置に注入する。

オートサンプラでは、サンプルラックにセットされたバイアル瓶から正確に液体試料を採取することができるように、サンプリングニードルのティーチング作業が行われる。ティーチング作業とは、サンプリングニードルの基準位置に対するサンプルラックの試料収容部の位置座標（サンプリングニードルと試料収容部の相対的な位置）を登録する作業である。同一機種のオートサンプラであっても個体差があるため、ティーチング作業は装置毎に行われる。また、サンプルラックはその種類によって試料収容部の大きさや数が異なる。試料収容部の大きさや数が異なるとサンプリングニードルと試料収容部の位置関係が異なるため、ティーチング作業は、そのオートサンプラで使用可能な全ての種類のサンプルラックについて行われる。こうしたティーチング作業は、作業者により、それぞれ手作業で行われる。

特許文献１には、サンプルラックの上面に基準位置となる穴を設け、サンプリングニードルをその穴に通すことによってティーチング作業を行うことが記載されている。こうしたティーチング作業では、一般に、基準となる穴はサンプルラックの上面に３個設けられ、これらのうち２個がオートサンプラの手前に、１個が奥に位置するように、サンプルラックがオートサンプラにセットされる。

特開２０００−１４６７７５号公報

上記ティーチング作業において、オートサンプラの手前に位置する２個の穴にサンプリングニードルを通す作業は、作業者が穴とサンプリングニードルの相対的な位置を確認しながら行うことができる。

しかし、奥の１点については穴とサンプリングニードルの相対的な位置を確認しづらく、その穴にサンプリングニードルを正確に挿入することが難しい。そのため、作業者は、この穴にサンプリングニードルを挿入する作業を試行錯誤して行わなければならず、ティーチング作業の効率が悪いという問題があった。
ここでは、液体試料を収容したバイアル瓶を載置するサンプルラックについて説明したが、液体試料を収容する穴を複数有するマイクロプレートについても同様の問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、複数の試料収容部が上面に形成された試料収容容器をセットし、試料採取部を用いて該複数の試料収容部の一部又は全部に収容された試料を自動的に採取する自動試料採取装置において、前記複数の試料収容部と前記試料採取部の相対的な位置を設定するティーチング作業の効率を高めることである。

上記課題を解決するために成された本発明は、複数の試料収容部と、該複数の試料収容部との位置関係が既知である1乃至複数の位置調整用基準点とが上面に設けられた試料収容容器から試料を自動的に採取するための自動試料採取装置であって、
a) 前記試料収容容器を内部にセットするための開口を正面に有し、該開口を閉じた状態で閉空間が形成される筐体と、
b) 前記筐体の内部にセットされた前記試料収容容器の複数の試料収容部のうちの任意の1つから試料を採取する試料採取部と、
c) 前記試料採取部と、前記筐体の内部にセットされた前記試料収容容器の前記1乃至複数の位置調整用基準点とを含む外観情報の取得を支援する外観情報取得支援部と
を備えることを特徴とする。

前記試料収容容器は、例えばサンプルラックやマイクロプレートである。サンプルラックの場合には、液体試料を収容したバイアル瓶が載置されるバイアル瓶収容部が前記試料収容部となる。また、マイクロプレートの場合には、ウェル状の液体試料収容部が前記試料収容部となる。
前記１乃至複数の位置調整用基準点は、試料収容部と別に設けられていてもよく、あるいは試料収容部の一部を位置調整用基準点として用いてもよい。
なお、本発明に係る自動試料採取装置は、液体試料を採取する装置として好適に用いられるものであるが、液体試料に限らず、粉体試料等を採取する装置であってもよい。

前記外観情報取得支援部は、作業者が試料採取部と、筐体の内部にセットされた試料収容容器に設けられている位置調整用基準点の相対的な位置関係を把握するためのものであり、後述するように、それ自身が外観情報を取得するものと、作業者による外観情報の取得を支援するものの両方を含みうる。外観情報取得支援部は、試料採取部と位置調整用基準点をそれらの上方あるいは側方から見た外観情報の取得を支援するものであることが好ましい。これにより、作業者が正面から直接、試料採取部と位置調整用基準点の相対的な位置関係を２次元的に（２次元情報として）確認するとともに、外観情報取得支援部を通じて得られる外観情報から奥行き方向の相対的な位置を確認し、試料採取部と位置調整用基準点の相対的な位置関係を３次元的に把握することができる。

前記外観情報取得支援部は、例えば、筐体の内壁面（側面等）の一部に設けられた反射部とすることができる。この場合は、作業者が筐体の正面から直接、試料採取部と位置調整用基準点の相対的な位置を確認して正面からの２次元情報を取得すると同時に、反射部に写った試料採取部と位置調整用基準点の相対的な位置を確認して側方から見た２次元情報も取得することができる。

また、前記外観情報取得支援部は、視野内に前記試料採取部と前記位置調整用基準点の一部又は全部を捉える撮像部（カメラ）と、該撮像部により取得した画像を表示する表示部により構成することもできる。このカメラは筐体内に固定してもよく、あるいは試料採取部に固定し、試料採取部と一体的に移動するようにしてもよい。

さらに、前記外観情報取得支援部は、前記試料採取部に光を照射する光照射部とすることもできる。この場合には、作業者が、筐体の正面から、試料採取部と位置調整用基準点の相対的な位置を確認するとともに、試料採取部の影と位置調整用基準点の相対的な位置を確認して３次元情報を得ることができる。

本発明に係る自動試料採取装置では、作業者は、筐体の正面から、試料採取部と、筐体の内部にセットされた試料収容容器に設けられている試料収容容器の上面に設けられた１乃至複数の位置調整用基準点の位置を視認し、それらの相対的な位置関係を２次元的に（２次元情報として）確認する。また、作業者は、外観情報取得支援部を用いて筐体正面とは別の方向から試料採取部と位置調整用基準点を見た２次元情報を取得する。従来の自動試料採取装置では、筐体の奥に位置する位置調整用基準点と試料採取部の相対的な位置関係を、作業者が筐体の正面から視認することにより確認しなければならず、それらの位置関係を把握することが困難であったが、本発明に係る自動試料採取装置では、外観情報取得支援部により、筐体の奥に位置する位置調整用基準点と試料採取部の相対的な位置関係を容易に確認することができる。従って、ティーチング作業の効率が高くなる。

また、前記外観情報取得支援部は、
前記試料採取部と、前記１乃至複数の位置調整用基準点の一部又は全部を視野内に捉える撮像部と、
前記撮像部の視野内に配置された反射部であって、該反射部を通して前記１乃至複数の位置調整用基準点の一部又は全部が同時に前記撮像部の視野に捉えられる位置に配置された反射部と、
前記撮像部により取得した画像を表示する表示部と、
を有するものとすることができる。

上記のように外観情報取得支援部が撮像部、反射部、及び表示部を有する態様では、撮像部が試料採取部と筐体の内部にセットされた試料収容容器に設けられている位置調整用基準点を直接視野に捉えることで、それらの相対的な位置関係を示す画像（２次元情報）が得られる。また、撮像部が、反射部を介して試料採取部と位置調整用基準点を視野に捉えることで、試料採取部と位置調整用基準点を直接視野に捉えることにより取得される２次元情報とは別の方向から試料採取部と位置調整用基準点を捉えた画像（２次元情報）が得られる。そして、これら２つの画像（２次元情報）は１つの画像として表示部に表示される。従って、作業者は、表示部を視認するだけで試料採取部と位置調整用基準点の相対的な位置関係を把握することができ、ティーチング作業の効率がさらに高まる。

本発明に係る自動試料採取装置を用いることにより、試料収容容器の上面に設けられた複数の試料収容部と、該複数の試料収容部の一部又は全部に収容された液体試料を採取する試料採取部の相対的な位置を設定するティーチング作業の効率を高めることができる。

実施例１のオートサンプラの要部構成図。 実施例１〜４において用いられるサンプルラックの一例。 実施例２の外観情報取得支援部の構成を説明する図。 実施例３の外観情報取得支援部の構成を説明する図。 実施例４の外観情報取得支援部の構成を説明する図。 実施例２〜４において用いられるデータ処理部の要部構成図。

以下、本発明に係る自動試料採取装置の実施例であるオートサンプラに関する複数の例を説明する。各実施例のオートサンプラは、液体クロマトグラフに液体試料を導入するために用いられる。

図１に実施例１のオートサンプラ１０の要部構成を示す。図１(a)は正面から見た外観図、図１(b)は正面から見た装置内部の構成を模式的に示す図である。図１(a)に示すように、オートサンプラ１０は、正面に扉を開閉するための取っ手１１を有し、表示部１２及び入力部１３を備えている。また、内部には液体クロマトグラフの流路を切り替えるための流路バルブ２３、２４や、電源等が収容されている。オートサンプラ１０の筐体の左側の内壁面は鏡面加工された反射面２５となっている。実施例１では、この反射面２５を外観情報取得支援部として用いる。なお、表示部１２および入力部１３は、オートサンプラ１０と接続したキーパッド（図示なし）上に設けられることもある。

図１(b)に示すように、オートサンプラ１０には、試料を収容したバイアル１６が所定の位置に載置されたサンプルラック１７がセットされる。セットされたサンプルラック１７の側方にはインジェクションポート２２、洗浄ポート（図示なし）、ドレイン（図示なし）が配置されている。これらの上部には、サンプリングニードル１８を水平方向及び垂直方向に移動するためのガイドレール２０を含むサンプリングニードル移動機構１９が設けられている。サンプリングニードル移動機構１９の内部には複数のモータが内蔵されており、このモータを動作させることによって、サンプリングニードル移動機構１９を移動させるとともに、サンプリングニードル１８を上下動させる。その後、サンプリングニードル１８の先端から任意の1つのバイアル１６内の試料が採取され、インジェクションポート２２に注入される。

図２は、各実施例において用いられるサンプルラック１７の一例の上面図である。このサンプルラック１７は９６個のバイアル載置部（試料収容部）を有している。各バイアル載置部には取っ手１７aが設けられた手前側から順に番号が付されている。また、サンプルラック１７の上面の手前側に２箇所、奥側に１箇所、後述するティーチング作業において使用する位置調整用基準点３０が設けられている。図２のサンプルラック１７は一例であり、異なる数のバイアル載置部を有するサンプルラックやマイクロプレートの載置部を有するサンプルラックを用いることもできる。

実施例１のオートサンプラ１０におけるティーチング作業について説明する。ティーチング作業は、前述のとおり、オートサンプラ１０の使用前に、サンプリングニードル１８と、サンプルラック１７の各バイアル載置部の位置関係を設定する作業である。実施例１では、サンプリングニードル１８と、サンプルラック１７の上面に設けられた３箇所の位置調整用基準点３０のそれぞれとの位置関係を設定することで、サンプルラック１７の各バイアル載置部の位置を規定する。

作業者は、取っ手１１によりオートサンプラ正面の扉を開放した状態で、サンプリングニードル１８の先端部と、位置調整用基準点３０のうちの1つの位置調整用基準点３０の位置関係を目視して確認しつつ、入力部１３を操作してサンプリングニードル１８を所定の初期位置から該1つの位置調整用基準点３０の位置に移動させる。そして、作業者が入力部１３を通じてサンプリングニードル１８の位置を確定すると、初期位置を原点とする位置調整用基準点３０の座標が設定される。そして、全ての位置調整用基準点３０の座標が設定されると、それらに基づき、各バイアル載置部の位置が規定される。

このティーチング作業は、３つの位置調整用基準点３０全てについて行う。このとき、サンプルラック１７の手前に設けられた２つの位置調整用基準点３０については、作業者が位置調整用基準点３０とサンプリングニードル１８を直接見ることでそれらの位置関係を確認することができる。一方、サンプルラック１７の奥に設けられた位置調整用基準点３０については、作業者は、オートサンプラ１０の左側に設けられた反射面２５を介して位置調整用基準点３０とサンプリングニードル１８の位置関係を確認する。これにより、従来、困難であった、オートサンプラ１０の奥行き方向の位置合わせを容易に行うことができる。

上記実施例１では、オートサンプラ１０の左側の内壁面の全面を鏡面加工して反射面２５としたが、一部のみを反射面２５としてもよい。反射面２５は、作業者が該反射面２５を介して位置調整用基準点３０とサンプリングニードル１８を確認することができる大きさと設置場所を満たすものであればよく、種々の形態を採ることができる。例えば、オートサンプラ１０内部の上面に反射面を設けたり、オートサンプラ１０内のサンプルラック１７の収容部の近傍に反射面を取り付けたり、あるいはサンプリングニードル移動機構１９に反射面を取り付けてサンプリングニードル１８と共に反射面も移動するように構成したりすることもできる。

実施例２のオートサンプラについて、図３を参照して説明する。オートサンプラ１０の構成要素の多くは上記実施例１と同様であるため、実施例１と異なる点についてのみ説明する。

実施例２では、外観情報取得支援部としてカメラ４０と表示部１２を用いる。カメラ４０は広角レンズ４１を備えており、サンプリングニードル移動機構１９に取り付けられている。カメラ４０としては、例えばSP360（製品名。コダック合同会社製）や、GoPano micro（ゴーパノマイクロ、製品名。GLOBAL SYSTEM 株式会社製）のように全方位撮影可能なレンズ系を備えたカメラを好適に用いることができる。カメラ４０により取得した画像は表示部１２に表示される。

実施例２では、作業者が位置調整用基準点３０とサンプリングニードル１８を直接見ることでそれらの位置関係を確認するとともに、表示部１２に表示される画像を確認して、オートサンプラ１０の奥行き方向の位置関係を確認し、ティーチング作業を行うことができる。

実施例２では、カメラ４０により取得した画像から位置調整用基準点３０の形状をキャプチャし、位置調整用基準点３０が画面上の所定位置（例えば中心）に来るように画像の表示位置を調整するようにしてもよい。このとき、サンプリングニードル１８の先端の位置が位置調整用基準点３０の位置と一致したときにカメラ４０により捉えられる画像を表示部１２の画面に重畳表示するようにしておけば、作業者は表示部１２の画面のみを確認してティーチング作業を行うことができる。

また、実施例２ではカメラ４０をサンプリングニードル移動機構１９に取り付けて構成したが、オートサンプラ１０の内部に固定して画像を取得するように構成することもできる。また、オートサンプラ１０の本体の表示部１２と別の表示部に上記画像を表示するように構成してもよい。

実施例３のオートサンプラについて、図４を参照して説明する。オートサンプラ１０の構成要素の多くは上記実施例１と同様であるため、実施例１と異なる点についてのみ説明する。

実施例３では、外観情報取得支援部としてカメラ４０、反射面４２、及び表示部１２を用いる。カメラ４０は実施例２と同様に広角レンズ４１を備えており、サンプリングニードル移動機構１９に取り付けられている。反射面４２は、サンプルラック１７の取り付け位置（試料収容容器セット部）に、該サンプルラック１７の奥行き方向の一辺に沿って設けられている。

実施例３では、カメラ４０により取得される画像の中に、位置調整用基準点３０とサンプリングニードル１８を直接捉えた像と、反射面４２を介して捉えた像の両方が含まれる。つまり、表示部１２には、位置調整用基準点３０とサンプリングニードル１８を異なる２方向から見た画像が表示される。従って、作業者は、表示部１２に表示される画像のみを確認してティーチング作業を行うことができる。

実施例３では、カメラ４０をサンプリングニードル移動機構１９に取り付け、反射面４２をサンプルラック１７の取り付け位置の近傍に設けて構成したが、オートサンプラ１０の内部にカメラ４０を固定して画像を取得したり、反射面４２をサンプリングニードル移動機構１９に取り付けたりして構成することもできる。また、オートサンプラ１０の本体の表示部１２と別の表示部に上記画像を表示するように構成してもよい。

実施例４のオートサンプラについて、図５を参照して説明する。オートサンプラ１０の構成要素の多くは上記実施例１と同様であるため、実施例１と異なる点についてのみ説明する。

実施例４では、外観情報取得支援部としてカメラ４０、ＬＥＤ光源５０、及び表示部１２を用いる。カメラ４０は実施例２及び３と同様に広角レンズ４１を備えており、サンプリングニードル移動機構１９に取り付けられている。また、ＬＥＤ光源５０は、該光源５０からの光がサンプリングニードルの先端に照射される角度で、サンプリングニードル移動機構１９に取り付けられている。

実施例４では、カメラ４０により取得される画像の中に、位置調整用基準点３０とサンプリングニードル１８を直接捉えた画像と、サンプルラック１７の上面に写るサンプリングニードル１８の影が含まれる。従って、前者の画像から位置調整用基準点３０とサンプリングニードル１８の位置関係の２次元情報が得られ、また、サンプリングニードル１８の先端とサンプリングニードル１８の影５１の位置関係から、前記２次元情報と異なる方向の２次元情報が得られる。従って、作業者は、表示部１２に表示される画像のみを確認してティーチング作業を行うことができる。

実施例４では、カメラ４０及びＬＥＤ光源５０をサンプリングニードル移動機構１９に取り付けて構成したが、それらの一方あるいは両方をオートサンプラ１０の内部に固定して画像を取得するように構成することもできる。また、ＬＥＤ光源５０以外の光源を光照射部として用いることもできる。さらに、オートサンプラ１０の本体の表示部１２と別の表示部に上記画像を表示するように構成してもよい。

上記実施例はいずれも一例であって、本発明の趣旨に沿って適宜に変更することができる。上記実施例１〜４は液体クロマトグラフに液体試料を導入するために用いられるオートサンプラであるが、固体試料を採取して別の種類の分析装置に導入する装置においても上記同様の構成を用いることができる。また、上記実施例１〜４では、サンプルラック１７の上面の手前に２箇所、奥に１箇所の位置調整用基準点を配置したが、位置調整用基準点の数や場所は適宜に変更することができる。あるいは、バイアル瓶を収容するために設けられた穴を位置調整用基準点として用いてもよい。

上記実施例２〜４のようにカメラ４０を用いて画像を取得するオートサンプラ１０は、図６に示すデータ処理部６０を有する構成とすることもできる。データ処理部６０は、記憶部６１のほか、機能ブロックとして画像抽出部６２、画像解析部６３、及び位置情報登録部６４を有し、表示部６５と入力部６６が接続されている。データ処理部６０の実体は汎用のコンピュータであり、予めインストールされた所要のプログラムを起動することによって上記各機能ブロックが動作する。記憶部６１には、オートサンプラ１０の内部の各構成要素、特にカメラ４０及びＬＥＤ光源５０の取り付け位置と、サンプリングニードル１８の先端に対する角度と距離に関する情報や、反射面４２の位置に関する情報（以下、これらを「外観取得部配置情報」という。）が予め保存されている。また、オートサンプラ１０の入力部１３を介して作業者がサンプリングニードル１８を移動させると、その移動距離に関する座標情報が順次保存される。さらに、記憶部６１にはサンプリングニードル１８の画像データ、及び位置調整用基準点３０の画像データ（以下、これらを「画像抽出用データ」という。）が保存されている。

画像抽出部６２は、カメラ４０により画像が取得されると、記憶部６１に保存された画像抽出用データを読出し、該画像からサンプリングニードル１８及び位置調整用基準点３０を抽出する。続いて、画像解析部６３は抽出された画像を、外観取得部配置情報に基づき解析し、サンプリングニードル１８と位置調整用基準点３０の位置関係を決定し、記憶部６１に保存する。画像解析部６３により、サンプリングニードル１８と、全ての位置調整用基準点３０の位置関係が決定されると、位置情報登録部６４は、それらの位置関係からサンプルラック１７の各バイアル載置部の位置を規定する情報をオートサンプラ１０に登録する。この態様では、作業者が画像を確認しつつサンプリングニードル１８を各位置調整用基準点３０に順番に位置合わせすることなく、ティーチング作業を完了することができる。

１０…オートサンプラ
１１…取っ手
１２…表示部
１３…入力部
１６…バイアル
１７…サンプルラック
１８…サンプリングニードル
１９…サンプリングニードル移動機構
２０…ガイドレール
２２…インジェクションポート
２３、２４…流路バルブ
２５、４２…反射面
３０…位置調整用基準点
４０…カメラ
４１…広角レンズ
５０…ＬＥＤ光源
６０…データ処理部
６１…記憶部
６２…画像抽出部
６３…画像解析部
６４…位置情報登録部
６５…表示部
６６…入力部

Claims (3)

1. 複数の試料収容部と、該複数の試料収容部との位置関係が既知である1乃至複数の位置調整用基準点とが上面に設けられた試料収容容器から試料を自動的に採取するための自動試料採取装置であって、
   a) 前記試料収容容器を内部にセットするための開口を正面に有し、該開口を閉じた状態で閉空間が形成される筐体と、
   b) 前記筐体の内部にセットされた前記試料収容容器の複数の試料収容部のうちの任意の1つから試料を採取する試料採取部と、
   c) 前記試料採取部と、前記筐体の内部にセットされた前記試料収容容器に設けられている前記1乃至複数の位置調整用基準点のうちの少なくとも1つとを視野内に捉えるように配置された撮像部と、
   前記撮像部の視野内に配置された反射部であって、該反射部を介して前記試料採取部と前記少なくとも1つの位置調整用基準点とが前記撮像部の視野内に捉えられるように配置された反射部と、
   前記撮像部により取得される、前記試料採取部と前記少なくとも1つの位置調整用基準点を直接捉えた像と、前記試料採取部と前記少なくとも1つの位置調整用基準点を前記反射部を介して捉えた像とを表示する表示部と
   を有する外観情報取得支援部と
   を備えることを特徴とする自動試料採取装置。
2. 前記反射部が筐体の内壁面の一部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の自動試料採取装置。
3. さらに、
   前記撮像部により取得された画像を解析して前記試料採取部と前記１乃至複数の位置調整用基準点の位置関係に関する情報を取得するデータ処理部
   を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の自動試料採取装置。

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