JP6864609B2 - 光学分析装置、物質の製造システム、物質の製造方法、及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、光学分析装置、物質の製造システム、物質の製造方法、及びプログラムに関する。

従来、物質の製造工程のうち、反応容器内の物質の組成や状態、形態などを測定する工程においては、スポイトやシリンジ、チューブ等の器具を用いて容器から物質を抜き取って測定を行っている。

特許文献１の要約には、「微量物質を含む溶液を一様に攪拌するとともに溶液中の特定の反応を進行させるヒータ付きスターラと、溶液の流入口、流出口とともに前記流入口及び流出口の間に溶液の貯留部を有して溶液の一様性を維持し得るとともにＸ線源から放射した入射Ｘ線を貯留部内の溶液に照射するための受光窓を有する測定セルと、Ｘ線を照射した溶液が放射する蛍光Ｘ線を受光窓を介して受光することにより溶液中の微量物質をその場で検出し得る７素子ＳＤＤと、ヒータ付きスターラと測定セルとの間を連通する流路と、流路の途中に介在されてヒータ付きスターラと測定セルとの間で溶液を循環させる送液ポンプとを具備する。」と記載されている。

特開２００９−２９４００２号公報

スポイトやシリンジ等の器具を用いた物質の抜き取りでは、連続的に物質を測定することが困難である。また、スポイトやシリンジ等の器具を使う際に容器の蓋を開けて物質を抜き取ると、気体が容器外部に放出されたり空気が容器内部に混入したりすることにより、容器内の物質の成分変化、容器内へのごみや細菌類の混入汚染などが発生する可能性が高まる。

特許文献１の装置のように容器と測定セルを接続する流路を使って物質を循環させる場合にも、次のような問題がある。例えば、反応容器内への気体、液体、固体等の添加などによって反応容器内の物質の組成が経時変化する場合を考える。この場合、ある第１の時刻に流路内にサンプリングされた物質は、流路を流れている間に、第１の時刻の前後の時刻に流路内にサンプリングされた物質と混ざり合ってしまう。すなわち、サンプリング時刻における物質の正確な組成の分析が困難である。

本発明の目的は、サンプリング時刻における物質の組成をより正確に分析することにある。

本願は、上記課題の少なくとも一部を解決する手段を複数含んでいるが、その例を挙げるならば、以下のとおりである。

本発明の一態様に係る光学分析装置は、容器に接続され、第１の物質を流す流路と、前記流路に設けられ、少なくとも２つの第２の物質を前記流路に導入することにより、前記流路を流れる前記第１の物質を区切る導入部と、前記流路に設けられ、前記流路を流れる前記第１の物質及び前記第２の物質に光を照射することにより測定を行う測定部とを備える。

本発明によれば、例えば反応容器内の物質の組成に経時変化がある場合でも、サンプリング時刻における物質の組成をより正確に分析することができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る光学分析装置の概略構成の一例を示す図である。 図２は、流路内の物質が２個の気泡で区切られた様子を模式的に示す図である。 図３は、流路の半径と流路を区切るために必要な気泡の最小体積との関係の一例を示す図である。 図４は、サンプリング時刻と測定時刻に対応する位置の一例を説明する図である。 図５は、サンプリング時刻の決定方法の一例を説明する図である。 図６（Ａ）〜（Ｃ）は、流路内に導入される気泡の様々な態様を模式的に示す図である。 図７は、本発明の第２実施形態に係る光学分析装置の概略構成の一例を示す図である。 図８は、本発明の第３実施形態に係る光学分析装置の概略構成の一例を示す図である。 図９は、本発明の第４実施形態に係る光学分析装置の概略構成の一例を示す図である。 図１０（Ａ）〜（Ｂ）は、本発明の第５実施形態に係る光学分析装置の概略構成の一例を示す図である。 図１１は、本発明の第６実施形態に係る光学分析装置の概略構成の一例を示す図である。 図１２は、本発明の第７実施形態に係る物質の製造システムの概略構成の一例を示す図である。 図１３は、製造システムを使った物質の製造方法の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の複数の実施形態について、図面を参照して説明する。各実施形態を説明するための全図において、原則として同一の構成要素に対して同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。各実施形態の構成の説明では、理解のため、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸を備える直交座標系を用いる。Ｘ、Ｙは水平面を構成する方向とし、Ｚは鉛直方向とする。もちろん、各実施形態の構成は、厳密にＸＹＺ軸に一致していなくても、実質的に同じ作用効果を達成できる範囲内の変更は許容される。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る光学分析装置１Ａの概略構成の一例を示す図である。光学分析装置１Ａは、流路１３、測定部１４、ポンプ１５、導入部１６、制御装置３０、測定装置４０、及び解析装置５０を含む。制御装置３０、測定装置４０、及び解析装置５０は、これらを一体的に制御部と呼んでもよいし、これらを一体的に制御部として構成してもよいし、これらの少なくとも一部を制御部として構成してもよい。

流路１３の流入口は、容器１１ａに接続され、流路１３の流出口は、容器１１ｂに接続される。本実施形態では、光学分析対象の液体である物質１０（第１の物質に相当する）は、容器１１ａに収容され、流路１３内を流れて容器１１ｂに排出される。流路１３には、例えば、ガラス、ステンレス鋼、高分子樹脂などの材料で形成されたチューブや配管を用いることができる。

図１は、物質１０がポンプ１５の力によって容器１１ａから流路１３へ吸い上げられ、流路１３内を流れて容器１１ｂへ排出される例を示している。もちろん、川や海、湖などから直接水を吸い上げる場合のように、容器１１ａは用いなくてもよい。また、容器１１ｂを用いずに、物質１０を外へ直接排出してもよい。また、容器１１ａと容器１１ｂを接続して、あるいは、流路１３の流出口を容器１１ａに接続して、排出された物質１０を容器１１ａに戻してもよい。

測定部１４は、物質１０を光学測定するための測定領域である。測定部１４は、流路１３の流入口と流出口の間であって、導入部１６よりも下流側に、流路１３に設けられる。図１の拡大図に示すように、測定部１４は、例えば、光源部１４１、透明部１４２、及び受光部１４３で構成される。光源部１４１及び受光部１４３は、透明部１４２を挟んで両側に配置されており、光源部１４１から出射された光の少なくとも一部は、透明部１４２を透過し（透明部１４２内の物質１０、及び後述する気泡を照射し）、受光部１４３で受光される。

透明部１４２は、光源部１４１から出射される光および受光部１４３で測定されるべき光に対して透過性を有する領域を持つ筐体である。図１の例では、透明部１４２は、直方体状の石英ガラスで形成され、内部には直方体状の空間が形成されている。当該内部空間の流れ方向の両端は、物質１０が流れるように開口が設けられている。

測定部１４を用いて実施される光学分析には、例えば、赤外、近赤外、可視光、紫外、蛍光あるいはＸ線などを用いる分光分析法が用いられる。もちろん、測定部１４に撮像装置を設け、光学分析の代わりに、あるいは光学分析とともに、物質の状態や形態を光学観察してもよい。例えば、液体中の微粒子や細胞などの固形分の数や形状などを観察してもよい。

導入部１６は、流路１３に気体（第２の物質に相当する）を導入する導入領域である。導入部１６は、流路１３の流入口と流出口の間であって、測定部１４よりも上流側に、流路１３に設けられる。導入部１６は、例えば機械的に及び電気的に作動されるバルブやシリンダを含み、外部のタンクや容器等から注入される気体を、制御されたタイミング及び量で流路１３内に導入することができる。後述するように、導入部１６は、気体を流路１３内に導入することで、流路１３内を流通する物質１０を気泡で区切ることができる。

流路１３内に導入する気体には、流路１３内を流通させる物質１０と反応しないものを選択するのが好ましく、物質１０の性質に応じて、例えば、空気、窒素、酸素、二酸化炭素、あるいはアルゴンなどが選択され得る。

制御装置３０は、ポンプ１５、導入部１６等の作動部の動作を制御する。例えば、制御装置３０は、ポンプ１５に様々な制御指令を送ることによって、物質１０の流路１３内の流れの速度を制御する。また例えば、制御装置３０は、導入部１６に様々な制御指令を送ることによって、気泡の導入タイミングや気泡の大きさなどを制御する。制御装置３０は、解析装置５０からの指令に従って動作してもよい。

測定装置４０は、光源部１４１及び受光部１４３の動作を制御する。例えば、測定装置４０は、光源部１４１の発光のオンオフや明るさを制御する。また例えば、測定装置４０は、受光部１４３を制御して受光された光の輝度を示す測定データを取得し、解析装置５０に出力する。測定装置４０は、解析装置５０からの指令に従って動作してもよい。測定装置４０は、撮像装置を制御して撮像データを取得し、解析装置５０に出力してもよい。

解析装置５０は、測定装置４０からの測定データに基づいて光学分析を行う装置であり、例えばパーソナルコンピュータなどの端末である。分光分析などの光学分析を実行する機能は、例えばアプリケーションプログラムにより実装される。解析装置５０は、制御装置３０や測定装置４０に制御指令を送ってもよい。解析装置５０は、測定装置４０から入力された測定データを解析し、この解析結果に基づいて決定した制御指令を送ってもよい。解析装置５０は、ユーザーの操作を受け付けてもよいし、解析結果をユーザーに対して表示してもよい。なお、図示は省略するが、端末は、例えば、ＣＰＵ、記憶装置、メインメモリ、及び測定装置４０との通信を行うインターフェイスを有する。そして、これまで説明した解析装置５０の各種機能は、前述のとおりアプリケーションプログラムとして記憶装置に格納される。そして、ＣＰＵは、アプリケーションプログラムを記憶装置から読み出し、メインメモリに格納し、実行することで各種機能を実現する。

次に、上述の光学分析装置１Ａを用いて行われる光学分析方法について説明する。本光学分析方法では、導入部１６が少なくとも２個の気泡を流路１３内に導入することで、流路１３内を流れる物質１０が区切られる。そして、透明部１４２内を通過する物質１０と気泡に対して光が照射されて、測定が行われる。また、解析装置５０により、流路１３に物質１０がサンプリングされたサンプリング時刻と、当該物質１０が透明部１４２で測定された測定時刻とが関連付けられる。以下、具体的に説明する。

容器１１ａ内の物質１０は、ポンプ１５の動作によって、連続的に流路１３の流入口に吸い上げられ（サンプリングされ）、流路１３内を通過して、流出口から容器１１ｂ内へ排出される。流路１３内を流れる物質１０は、導入部１６から間隔を空けて複数回注入される気泡によって、区切られる。

図２は、流路内の物質が２個の気泡で区切られた様子を模式的に示す図である。図２に示すように、流路１３内の物質１０は、２個の気泡１８によって区切られている。これにより、２個の気泡１８によって挟まれた領域内の物質１０（測定対象）が、気泡１８を挟んで外側の領域内の物質１０と混ざり合うことが防止される。

なお、物質１０がサンプリングされる流路１３の流入口と気体が導入される導入部１６との距離ができるだけ短いほうが、好ましい。サンプリングしてから気泡１８で区切るまでの間に起こる、サンプリング時刻の前後の物質の混ざり合いが生じるからである。物質１０をサンプリングする流路１３の末端に、気体の導入部１６が配置されることが好ましい。

図３は、流路の半径と流路を区切るために必要な気泡の最小体積との関係の一例を示す図である。流路１３内の物質１０を区切るために必要な気泡の最小体積は、例えば次のように見積もることができる。流路１３の断面を円、気泡１８を球と仮定すると、流路半径と同じ半径を持つ球で、流路１３の物質１０をちょうど区切ることが可能となる。流路半径をｒ（ｍｍ）、気泡１８の体積をＶ(ｍＬ)とすると、Ｖ＝(４πｒ^３)／３０００となる。例えば、流路半径ｒ＝５ｍｍの場合、０．５２ｍＬ以上の気体を流路１３内に導入して気泡１８を形成すれば、流路１３内の物質１０を区切ることができる。

図１の説明に戻る。物質１０及び複数の気泡１８は、流路１３を流れて行き、透明部１４２を通過する。透明部１４２を通過する物質１０及び複数の気泡１８に対して、光源部１４１から光が照射される。解析装置５０は、測定装置４０を介して時系列で測定データ（例えばスペクトルデータ）を取得し、記憶装置に記録する。なお、解析装置５０は、取得したスペクトルデータと、予め作成された検量モデルとを用いて、物質１０の組成を求めることができる。

ここで、物質１０がサンプリングされる位置と、当該物質１０が測定される位置とは、異なっている。従って、どの時刻にサンプリングされた物質１０が、どの時刻に測定されたかを関連付けて特定する必要がある。本実施形態では、解析装置５０がこの処理を実行する。

図４は、サンプリング時刻と測定時刻に対応する位置の一例を説明する図である。図４では、物質１０のサンプリング時刻をＴ０、気泡１８の導入時刻をＴ１、測定時刻をＴ２と表す。

導入時刻Ｔ１は、例えば、導入部１６が気泡１８を導入した時刻と同時刻とみなすことができる。解析装置５０は、例えば、制御装置３０が導入部１６に気体を出力させるための制御指令を出力した時刻を、導入時刻Ｔ１として制御装置３０から取得することができる。

サンプリング時刻Ｔ０は、例えば、流路１３の流入口から導入部１６までの距離Ｔｄと物質１０の流速とから求めた移動時間を、導入時刻Ｔ１から差し引いた時刻とみなすことができる。解析装置５０は、例えば、制御装置３０が制御するポンプ１５の速度に基づいて、流速を計算することができる。また、解析装置５０は、予め記憶部に記憶した距離Ｔｄと計算した流速とから移動時間を求めることができる。距離Ｔｄが０である場合は、導入時刻Ｔ１をサンプリング時刻Ｔ０とみなすことができる。

測定時刻Ｔ２は、例えば、測定部１４で気泡１８が検出された時刻に基づいて決定することができる。解析装置５０は、例えば、予め記憶部に記憶した気泡特有のスペクトルデータを用いて、測定装置４０からの時系列の測定データを解析し、気泡１８のスペクトルデータを検出した時刻Ｔ２´を特定する。そして、解析装置５０は、特定した気泡１８の検出時刻Ｔ２´を、あるいは当該検出時刻Ｔ２´から所定時間経過した時刻を、物質１０の測定時刻Ｔ２として計算することができる。なお、物質１０と気泡１８とでは、光学分析で得られるスペクトルが変わるため、気泡１８を判定することができる。

図５は、サンプリング時刻の決定方法の一例を説明する図である。ここでは、気泡１８が間隔を空けて複数回導入される場合を説明する。解析装置５０は、気泡１８の導入を開始すると、気泡１８が導入される度に、気泡番号を初期値から順にインクリメントして記録する。また、解析装置５０は、各気泡番号に、その導入時刻Ｔ１を関連付けて記録する。また、解析装置５０は、各気泡番号に、その検出時刻Ｔ２´を関連付けて記録する。また、解析装置５０は、各気泡１８が検出される度に、物質１０のサンプル番号を初期値から順にインクリメントして、気泡番号に関連付けて記録する。また、解析装置５０は、各サンプル番号に、そのサンプル番号に関連付けられた導入時刻Ｔ１から算出したサンプリング時刻Ｔ０を関連付けて記録する。また、解析装置５０は、各サンプル番号に、そのサンプル番号に関連付けられた検出時刻Ｔ２´から算出した測定時刻Ｔ２を関連付けて記録する。

図５のデータ構成例では、気泡番号「１」と気泡番号「２」の気泡１８に挟まれた物質１０が、サンプル番号「１」であることを意味する。同様に、気泡番号「２」と気泡番号「３」の気泡１８に挟まれた物質１０が、サンプル番号「２」であることを意味する。

このように、流路１３に導入した各気泡１８に関する時刻情報を順番に記録することによって、各気泡１８により区切られた各サンプル物質１０に関する時刻情報を特定することができる。なお、解析装置５０は、各サンプル物質１０の測定時刻Ｔ２を用いて、時系列に取得されたスペクトルデータの中から、各サンプル物質１０のスペクトルデータを抽出することができる。従って、各サンプリング時刻における物質１０の組成に関する情報を特定し、解析したり表示装置や記憶装置等に出力したりすることができる。

以上、本発明の第１実施形態について説明した。第１実施形態に係る光学分析装置によれば、流路内にサンプリングされた物質が少なくとも２個の気泡で区切られる。これにより、気泡に挟まれたサンプル物質が気泡を介して反対側の他のサンプル物質と混合するのが抑制され、サンプリング時刻における物質の正確な分析が可能となる。また、第１実施形態に係る光学分析装置によれば、気泡の位置に基づいて、サンプル物質のサンプリング時刻と測定時刻とが関連付けて特定される。これにより、サンプル物質のスペクトルデータ等の測定データを正確に特定することができる。

なお、導入部１６は、上述の例では、同じ球状の気体を所定間隔（例えば等間隔）で導入する。しかし、導入部１６は、様々な形状の気泡を導入したり、様々なパターン（間隔）で気泡を導入したりしてもよい。図６（Ａ）〜（Ｃ）は、流路１３内に導入される気泡１８の様々な態様を模式的に示す図である。

図６（Ａ）では、導入部１６が、図２の球と比べて流れ方向に長い長球状の気泡１８を導入する。この場合、気泡１８により区切られた物質１０間の隔離距離が長くなるため、区切られた物質１０同士が混合するのをより効果的に抑制することができる。

図６（Ｂ）では、導入部１６が、例えば等間隔で球状の気泡１８を導入し、所定のタイミングでより短い間隔で気泡１８を導入する。具体例としては、１０秒ごとに気泡１８を導入し、１分ごとに気泡１８を連続して２個導入する。このようにすれば、気泡１８の発生パターンを信号パターンとして用いることができる。例えば、解析装置５０は、２個連続した気泡１８のパターンを検出した場合、その検出時刻を何らかの処理のトリガーや基準として用いることができる。例えば、その検出時刻の直後のサンプル物質１０を分析対象外として特定したり、他のサンプル物質１０よりも詳細な分析を行う対象として特定したり、当該サンプル物質１０に対して特定波長の光を当てるなどの特定の処理を実行したりする。

図６（Ｃ）では、導入部１６が、例えば等間隔で球状の気泡１８を導入し、所定のタイミングでより長球状の気泡１８を導入する。具体例としては、１０秒ごとに球状の気泡１８を導入し、１分ごとに長球状の気泡１８を導入する。この場合も図６（Ｂ）場合と同様に、気泡１８の形状を含む発生パターンを信号パターンとして用いることができる。なお、解析装置５０は、１つの気泡１８の形状そのもの（例えば、球、長球など）を、スペクトルデータ等を用いて判別し、これをトリガーとして用いてもよい。

なお、長球状の気泡１８、あるいはさらに長い棒状の気泡１８を導入することで、流路１３の内壁（透明部１４２の内壁も含む）に付着した気泡（気泡１８とは別の気泡）を、効果的に除去することもできる。例えば、容器１１ａ内の撹拌やバブリングで発生した気泡や、物質１０に溶存していた気体から発生した気泡が、流路１３内に滞留することがある。特に透明部１４２内に気泡が付着してしまうと、光学分析の結果に影響を与える。流路１３内に付着した気泡は、それよりも大きな気泡１８で押し流したり、大きな気泡１８と融合させたりして除去することができる。従って、導入部１６は、気泡の除去のみを目的として所定のタイミングで気泡１８を導入するように制御されてもよい。

また、解析装置５０は、ユーザーの指示又は予め設定されたスケジュールに従って、ポンプ１５を制御してもよい。例えば、連続分析を行う場合や流路１３に物質１０を滞留させたくない場合は、ポンプ１５を常時作動させる。また例えば、一定期間分析を実行しない場合は、省エネルギーのために、ポンプ１５を停止させる又は低速で作動させ、分析を実行する場合には、ポンプ１５を作動させる又は所定の速度で作動させる。また例えば、物質１０の滞留防止や流路１３内に付着した気泡の除去のために、ポンプ１５を高速で作動させ、分析を実行する場合には、ポンプ１５を所定の速度で作動させる。

［第２実施形態］
第２実施形態に係る光学分析装置は、排出部を備える。以下、第１実施形態と異なる点を説明する。

図７は、本発明の第２実施形態に係る光学分析装置１Ｂの概略構成の一例を示す図である。図７では、制御部の図示は省略されている。光学分析装置１Ｂは、排出部１７を含む。

排出部１７は、流路１３を流れる物質１０から気体を分離排出する領域である。排出部１７は、流路１３の流入口と流出口の間であって、測定部１４よりも下流側に、流路１３に設けられる。排出部１７の構成は特に限定されないが、例えば、上下方向に伸びる流路１３の外周壁に、上側が開いた開口部を設けることにより構成することができる。物質１０とともに下方向に流れる気泡１８は、この開口部から外へ分離排出される。また例えば、上下方向に伸びる流路１３の外周壁に、気体のみを通過させるフィルターを設けることにより構成することができる。物質１０とともに下方向に流れる気泡１８は、このフィルターから外へ分離排出される。

第１実施形態のように、物質１０と気泡１８が容器１１ｂに一緒に排出される場合、物質１０の種類によっては泡立ち、容器１１ｂ内の物質１０の上面や容器１１ｂ上部に泡が溜まってしまう。また、溜まった泡に含まれる気泡が弾ける際に物質１０が飛散することもある。第２実施形態は、排出部１７を備えることにより、このような泡立ちや気泡の弾けを抑制することができる。

［第３実施形態］
第３実施形態に係る光学分析装置は、１個の容器に接続される。以下、第２実施形態と異なる点を説明する。

図８は、本発明の第３実施形態に係る光学分析装置１Ｃの概略構成の一例を示す図である。図８では、制御部の図示は省略されている。流路１３は、容器１１に接続され、その流入口及び流出口は、容器１１内に配置される。本実施形態では、液体である物質１０は、容器１１に収容され、流路１３内を流れて容器１１に排出される、すなわち循環する。容器１１は、例えば、攪拌容器あるいは反応容器であり、攪拌翼１１２と、攪拌翼１１２を回転させる駆動部１１１とを備える。駆動部１１１の回転速度は、例えば、解析装置５０の制御指令に従って制御装置３０を介して制御される。

この物質１０を循環させる構成は、例えば、光学分析によって物質１０が変質しない場合、あるいは光学分析によって変質した物質１０を容器１１へ戻しても容器１１内の物質１０に影響を与えない場合に利用するのが好ましい。光学分析された物質１０を容器１１に戻すことによって、容器１１内の物質量を一定にして連続測定ができる。

また、導入部１６から導入する気体には、物質１０と反応しないものを選択するのが好ましい。導入部１６から導入する気体は、容器１１に封入あるいは導入する気体と同じでもよいし、異なってもよい。これらの気体が同じ場合は、容器１１に気体を導入するための配管（図示せず）を分岐して、導入部１６に接続するように構成してもよい。

排出部１７は、流路１３内の気泡１８を物質１０から分離し、流路１３内の物質１０を容器１１内に戻す。気泡による泡立ち等の影響がない場合は、排出部１７は省略してもよい。

［第４実施形態］
第４実施形態に係る光学分析装置は、複数の流路を備える。以下、第３実施形態と異なる点を説明する。

図９は、本発明の第４実施形態に係る光学分析装置１Ｄの概略構成の一例を示す図である。図９では、制御部の図示は省略されている。光学分析装置１Ｄは、容器１１の上側と下側に２つの流路１３を備え、それぞれに測定部１４、ポンプ１５、及び導入部１６が設けられている。各流路１３の流入口及び流出口は、容器１１内に配置される。物質１０は、容器１１に収容され、上側の流路１３内を流れて容器１１に排出される、すなわち循環する。また、物質１０は、容器１１に収容され、下側の流路１３内を流れて容器１１に排出される、すなわち循環する。なお、光学分析装置１Ｄは、第３実施形態と同様に、上側の流路１３及び下側の流路１３の少なくとも一方に排出部１７を備えてもよい。

このようにすることで、光学分析装置１Ｄは、容器１１内の物質１０の上部領域と下部領域をそれぞれ光学分析し、例えば、容器１１内の物質の組成分布（位置別の組成、位置依存性）を測定することができる。

光学分析装置１Ｄに設ける流路１３の数及び位置は、図示した例に限られない。例えば、容器１１の上側に、容器１１内で流入口の高さ（Ｚ軸方向）が異なる複数の流路１３を設けてもよい。このようにしても、例えば、容器１１内の物質の組成分布（位置別の組成、位置依存性）を測定することができる。容器１１の下側も、容器１１内で流入口の高さが異なる複数の流路１３を設けてもよい。

［第５実施形態］
第５実施形態に係る光学分析装置は、容器の側面に流路を備える。以下、第３実施形態と異なる点を説明する。

図１０（Ａ）〜（Ｂ）は、本発明の第５実施形態に係る光学分析装置１Ｅの概略構成の一例を示す図である。図１０（Ａ）は、容器１１を側面から見た図であり、図１０（Ｂ）は、容器１１を上面から見た図である。図１０（Ａ）〜（Ｂ）では、制御部の図示は省略されている。また、図１０（Ａ）では、測定部１４、ポンプ１５、及び導入部１６の図示は省略されている。また、図１０（Ｂ）では、駆動部１１１、及び攪拌翼１１２の図示は省略されている。

流路１３は、容器１１の側面に設けられ、流路１３の流入口及び流出口は、容器１１内に配置される。光学分析装置１Ｅは、第３実施形態と同様に、流路１３に排出部１７を備えてもよい。

このようにすれば、例えば、容器１１内の流入口の高さに対応した領域の物質の組成を測定することができる。

光学分析装置１Ｅに設ける流路１３の数及び位置は、図示した例に限られない。例えば、容器１１の側面に、高さ方向に沿って、容器１１内で流入口の高さが異なる複数の流路１３を設けてもよい。このようにすれば、例えば、容器１１内の物質の組成分布（高さ位置別の組成、位置依存性）を測定することができる。

［第６実施形態］
第６実施形態に係る光学分析装置は、容器内に導入部及び排出部を備える。以下、第３実施形態と異なる点を説明する。

図１１は、本発明の第６実施形態に係る光学分析装置１Ｆの概略構成の一例を示す図である。図１１では、制御部の図示は省略されている。導入部１６及び排出部１７は、容器１１内に配置される。導入部１６は、容器１１内の気体を使って、流路１３内に気泡１８を導入する。排出部１７は、流路１３内から分離した気体を、容器１１内に排出する。導入部１６の気体の取り入れ口は、容器１１内の物質１０が存在しない領域に配置される。排出部１７の気体の排出口は、容器１１内の物質１０が存在しない領域に配置される。なお、導入部１６及び排出部１７に接続される制御線や電源線は、容器１１の外に取り出される。

このようにすることにより、外部からの空気、ごみや細菌の、容器１１内の物質１０への混入による汚染を防止することができる。また、導入部１６は容器１１内に封入されている気体を利用するため、新たに別の気体を用意したり、気体を供給するための配管などを設置したりする必要がない。また、新たに用意した別の気体と物質１０との反応の影響を心配する必要もない。

さらに、本実施形態では、光学分析装置１Ｅは、気泡１８で区切られた物質１０を光学分析するだけでなく、逆に、物質１０で区切られた気泡１８の組成を光学分析することもできる。本実施形態では、外部から気体が導入されないため、容器１１内に封入されている気体を物質１０で区切ることができるためである。

［第７実施形態］
第７実施形態は、上述の第６実施形態に係る光学分析装置を含む、物質の製造システムである。以下、第６実施形態と異なる点を説明する。

図１２は、本発明の第７実施形態に係る物質の製造システム２の概略構成の一例を示す図である。製造システム２は、第６実施形態に係る光学分析装置１Ｆに加え、容器１１、物質の供給部１６１、物質の排出部１６２、気体の供給及び排出部１７１、及び気体の供給部１７２を備える。供給部１６１、排出部１６２、供給及び排出部１７１、及び供給部１７２は、それぞれ、例えば、容器１１に接続される配管１８１とバルブ１８２から構成される。各配管１８１の容器１１と反対側には、例えばポンプや容器などが接続されていてもよい。各バルブ１８２は、制御装置３０により、その開閉などを制御可能である。

また、製造システム２は、恒温槽１９１、及び温度調節装置１９２を備える。恒温槽１９１は、容器１１を収納し、温度調節装置１９２の制御により温度調節可能である。温度調節装置１９２の動作は、制御装置３０により制御される。

容器１１には、１つ又は複数のセンサ２０１が取り付けられる。各種センサ２０１は、例えば、温度、圧力、ガス濃度、物質の組成、ｐＨ、比重、色、濁度、導電率などを測定するセンサを含む。各種センサ２０１から出力される測定データは、測定装置４０を介して解析装置５０に出力される。各種センサ２０１を使うことで、例えば、容器１１内に気体と液体を含む場合には、気体中と液体中の両方の温度、液体中のガス濃度、液体の組成などを測定することができる。

図１３は、製造システム２を使った物質の製造方法の一例を示すフローチャートである。本フローチャートを用いて、各種センサ２０１及び測定部１４による測定と、測定データに基づく各種装置の制御とを繰り返しながら、所望の物質を製造する場合を説明する。

まず、容器１１に材料となる物質が投入される（ステップＳ１）。投入される物質は、化学反応で化学物質を製造する場合であれば、原材料や触媒、溶媒などである。培養で生化学物質を製造する場合であれば、細胞あるいは菌類と栄養分を含む培地などである。物質の供給部１６１を介して、容器１１に材料となる物質が投入されてもよい。気体の供給及び排出部１７１、あるいは気体の供給部１７２を介して、容器１１に材料となる気体が供給されてもよい。

ステップＳ１の後、ステップＳ２〜Ｓ７の処理が実行される。ステップＳ２〜Ｓ７の処理は、図示する順番で実行されてもよいし、図１３とは異なる順番で実行されてもよいし、少なくとも一部のステップは同時に実行されてもよい。

容器１１内の物質が攪拌される（ステップＳ２）。また、各種センサ２０１による測定と測定部１４による測定とが行われる（ステップＳ３、ステップＳ４）。解析装置５０により、各種センサ２０１を使って、例えば、容器１１内の、温度、圧力、ガス濃度、物質の組成、ｐＨ、比重、色、濁度、導電率などが測定される。測定部１４を使った光学分析により、例えば、解析装置５０において物質の同定や物質の組成分析などが実施される。測定部１４が撮像装置を備える場合、例えば、解析装置５０において液体中の微粒子や細胞などの固形分の計数、形状観察、写真撮影などが実施されてもよい。

また、ステップＳ３及びＳ４で得られた測定データが解析される（ステップＳ５）。解析装置５０は、所定のプログラムに従って、測定データを解析する。また、ステップＳ５の解析結果から各種装置の次の制御が実行される（ステップＳ６）。解析装置５０は、所定のプログラムに従って、ステップＳ５の解析結果に応じて関連付けられた各種装置の制御を行う。例えば、恒温槽１９１の温度が調整されてもよい。また例えば、気体の供給及び排出部１７１、あるいは気体の供給部１７２を介して、容器１１内の圧力などが調整されてもよい。また例えば、物質の供給部１６１を介して、ステップＳ１で投入された物質と同じ物質あるいは他の物質が容器１１内に供給されてもよい。また例えば、反応あるいは培養が適切になるように、撹拌回転数、ガス濃度や物質の組成などが調整されてもよい。また例えば、攪拌は、断続的に作動されてもよいし、回転方向を変更されてもよいし、停止されてもよい。

ステップＳ６の後、処理はステップＳ２に戻される。あるいは、ステップＳ６の後、物質１０の一部が排出部１６２を介して容器１１から抜き出され（ステップＳ７）、処理はステップＳ２に戻される。あるいは、ステップＳ６の後、反応や培養が完了あるいは中止され、物質１０の全部が排出部１６２を介して容器１１から抜き出され（ステップＳ８）、本フローチャートの処理が終了する。あるいは、ステップＳ５の後、反応や培養が完了あるいは中止され、物質１０の全部が排出部１６２を介して容器１１から抜き出され（ステップＳ８）、本フローチャートの処理が終了してもよい。

本実施形態によれば、容器内の物質の組成や状態が経時変化する場合に、サンプリング時刻における組成や状態を正確に測定し、その測定結果に基づいた適切な制御をしながら、物質を製造することができる。

なお、図１２に示したシステムは、図示した構成に限られない。例えば、各構成要素は、それぞれ複数設けられてもよい。また、図示した構成要素以外にも、化学物質の製造や生化学の培養などに必要な装置や部品類を追加することができる。例えば、光照射用の光源を設けてもよい。また例えば、恒温槽の代わりにあるいは加えて、容器１１内に電熱ヒータや、水蒸気あるいは冷媒などを通した配管を入れて、温度制御が行われてもよい。

以上、本発明者によってなされた発明を複数の実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記した各実施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更可能であることは言うまでもない。

例えば、上記した各実施形態は、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、本発明が、必ずしも説明した全ての構成要素を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を、他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に、他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施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。

本発明に係る光学分析装置は、化学物質の製造に用いる反応容器やバイオ医薬品等の生化学物質の培養に用いる培養容器など、各種の容器に接続して用いることができる。また、物質の製造システムに組み込むこともできる。また、光学分析対象の物質は、液体に限られず、例えば、ゲル状物、粒状物、懸濁液、乳濁液なども含まれる。また、光学分析対象の物質は、気体であってもよい。この場合は、導入部１６は、液体を導入することにより気体を区切る。

本発明は、光学分析（光学観察を含む）装置だけでなく、光学分析システム、光学分析方法、製造システム、製造方法等の様々な態様で提供することができる。

１Ａ〜１Ｆ…光学分析装置、２…製造システム、１０…物質、１１…容器、１１ａ…容器、１１ｂ…容器、１３…流路、１４…測定部、１５…ポンプ、１６…導入部、１７…排出部、１８…気泡、３０…制御装置、４０…測定装置、５０…解析装置、１１１…駆動部、１１２…攪拌翼、１４１…光源部、１４２…透明部、１４３…受光部、１６１…物質の供給部、１６２…物質の排出部、１７１…気体の供給及び排出部、１７２…気体の供給部、１８１…配管、１８２…バルブ、１９１…恒温槽、１９２…温度調節装置、２０１…センサ

Claims (20)

1. 容器に接続され、第１の物質を流す流路と、
   前記流路に設けられ、少なくとも２つの第２の物質を前記流路に導入することにより、前記流路を流れる前記第１の物質を区切る導入部と、
   前記流路に設けられ、前記流路を流れる前記第１の物質及び前記第２の物質に光を照射することにより測定を行う測定部と、
   前記第２の物質により区切られた前記第１の物質を前記流路にサンプリングしたサンプリング時刻と、前記第２の物質により区切られた前記第１の物質を測定した第１の測定時刻とを記録する制御部と、
   を備える光学分析装置。
2. 容器に接続され、第１の物質を流す流路と、
   前記流路に設けられ、少なくとも２つの第２の物質を前記流路に導入することにより、前記流路を流れる前記第１の物質を区切る導入部と、
   前記流路に設けられ、前記流路を流れる前記第１の物質及び前記第２の物質に光を照射することにより測定を行う測定部と、
   前記第２の物質により区切られた前記第１の物質を前記流路にサンプリングしたサンプリング時刻と、前記第２の物質により区切られた前記第１の物質を測定した第１の測定時刻とを記録する制御部と、備え、
   前記制御部は、前記第２の物質が前記流路に導入された導入時刻に基づいて、前記導入時刻と同じ又は所定時間前の時刻を、前記サンプリング時刻として記録する
   光学分析装置。
3. 容器に接続され、第１の物質を流す流路と、
   前記流路に設けられ、少なくとも２つの第２の物質を前記流路に導入することにより、前記流路を流れる前記第１の物質を区切る導入部と、
   前記流路に設けられ、前記流路を流れる前記第１の物質及び前記第２の物質に光を照射することにより測定を行う測定部と、
   前記第２の物質により区切られた前記第１の物質を前記流路にサンプリングしたサンプリング時刻と、前記第２の物質により区切られた前記第１の物質を測定した第１の測定時刻とを記録する制御部と、備え、
   前記制御部は、前記第２の物質を測定した第２の測定時刻に基づいて、前記第２の測定時刻と同じ又は所定時間後の時刻を、前記第１の測定時刻として記録する
   光学分析装置。
4. 容器に接続され、第１の物質を流す流路と、
   前記流路に設けられ、少なくとも２つの第２の物質を前記流路に導入することにより、前記流路を流れる前記第１の物質を区切る導入部と、
   前記流路に設けられ、前記流路を流れる前記第１の物質及び前記第２の物質に光を照射することにより測定を行う測定部と、
   前記流路の前記測定部よりも下流に設けられ、前記第２の物質を排出する排出部と、を備え、
   前記導入部及び前記排出部は、前記容器内に設けられる
   光学分析装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学分析装置であって、
   ２つの前記第２の物質により挟まれた前記第１の物質が測定対象である
   光学分析装置。
6. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学分析装置であって、
   前記第１の物質は、液体であり、
   前記第２の物質は、気体である
   光学分析装置。
7. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学分析装置であって、
   前記導入部は、前記流路内の前記各第２の物質が同じ形状となるように、前記各第２の物質を前記流路に導入する
   光学分析装置。
8. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学分析装置であって、
   前記導入部は、前記流路内の前記各第２の物質のうち少なくとも１つが他と異なる形状となるように、前記各第２の物質を前記流路に導入する
   光学分析装置。
9. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学分析装置であって、
   前記流路の前記測定部よりも下流に設けられ、前記第２の物質を排出する排出部
   を備える光学分析装置。
10. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学分析装置であって、
    前記流路の前記測定部よりも下流に設けられ、前記第２の物質を排出する排出部を備え、
    前記導入部及び前記排出部は、前記容器外に設けられる
    光学分析装置。
11. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学分析装置であって、
    前記流路及び前記導入部及び前記測定部を複数セット備え、前記各流路は、前記容器に接続される
    光学分析装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光学分析装置と、
    前記容器と、
    を備える物質の製造システム。
13. 第１の物質を容器に収容するステップと、
    前記容器に接続された流路に、前記第１の物質を流すステップと、
    前記流路に設けられた導入部から、少なくとも２つの第２の物質を前記流路に導入することにより、前記流路を流れる前記第１の物質を区切るステップと、
    前記流路に設けられた測定部から、前記流路を流れる前記第１の物質及び前記第２の物質に光を照射することにより、測定を行うステップと、
    前記第２の物質により区切られた前記第１の物質を前記流路にサンプリングしたサンプリング時刻と、前記第２の物質により区切られた前記第１の物質を測定した第１の測定時刻とを記録するステップと、
    を含む物質の製造方法。
14. 第１の物質を容器に収容するステップと、
    前記容器に接続された流路に、前記第１の物質を流すステップと、
    前記流路に設けられた導入部から、少なくとも２つの第２の物質を前記流路に導入することにより、前記流路を流れる前記第１の物質を区切るステップと、
    前記流路に設けられた測定部から、前記流路を流れる前記第１の物質及び前記第２の物質に光を照射することにより、測定を行うステップと、
    前記第２の物質により区切られた前記第１の物質を前記流路にサンプリングしたサンプリング時刻と、前記第２の物質により区切られた前記第１の物質を測定した第１の測定時刻とを記録するステップと、を含み、
    前記記録するステップは、前記第２の物質が前記流路に導入された導入時刻に基づいて、前記導入時刻と同じ又は所定時間前の時刻を、前記サンプリング時刻として記録する
    物質の製造方法。
15. 第１の物質を容器に収容するステップと、
    前記容器に接続された流路に、前記第１の物質を流すステップと、
    前記流路に設けられた導入部から、少なくとも２つの第２の物質を前記流路に導入することにより、前記流路を流れる前記第１の物質を区切るステップと、
    前記流路に設けられた測定部から、前記流路を流れる前記第１の物質及び前記第２の物質に光を照射することにより、測定を行うステップと、
    前記第２の物質により区切られた前記第１の物質を前記流路にサンプリングしたサンプリング時刻と、前記第２の物質により区切られた前記第１の物質を測定した第１の測定時刻とを記録するステップと、を含み、
    前記記録するステップは、前記第２の物質を測定した第２の測定時刻に基づいて、前記第２の測定時刻と同じ又は所定時間後の時刻を、前記第１の測定時刻として記録する
    物質の製造方法。
16. 第１の物質を容器に収容するステップと、
    前記容器に接続された流路に、前記第１の物質を流すステップと、
    前記流路に設けられた導入部から、少なくとも２つの第２の物質を前記流路に導入することにより、前記流路を流れる前記第１の物質を区切るステップと、
    前記流路に設けられた測定部から、前記流路を流れる前記第１の物質及び前記第２の物質に光を照射することにより、測定を行うステップと、
    前記流路の前記測定部よりも下流に設けられた排出部から前記第２の物質を排出するステップと、を含み、
    前記導入部及び前記排出部は、前記容器内に設けられる
    物質の製造方法。
17. 請求項１３〜１６のいずれか一項に記載の物質の製造方法であって、
    ２つの前記第２の物質により挟まれた前記第１の物質が測定対象である
    物質の製造方法。
18. 請求項１３〜１６のいずれか一項に記載の物質の製造方法であって、
    前記第１の物質は、液体であり、
    前記第２の物質は、気体である
    物質の製造方法。
19. 請求項１３〜１６のいずれか一項に記載の物質の製造方法であって、
    前記導入部は、前記流路内の前記各第２の物質が同じ形状となるように、前記各第２の物質を前記流路に導入する
    物質の製造方法。
20. 請求項１３〜１９のいずれか一項に記載の物質の製造方法をコンピュータに実行させる
    プログラム。

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