JPH08304416A - 被測定試料検出器およびこの検出器を用いた自動化学分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 試料容器内の被測定試料が微量であっても正
確な液量検出を可能とするとともに、形状が相互に異な
る各種の試料容器でも液量検出を可能とする。 【構成】 導電性部材からなり試料容器に収容された被
測定試料に接触可能なプローブ１と、このプローブ１に
接続されたブリッジ回路９を備え、前記プローブ１が被
測定試料に接触することで被測定試料の量に応じた電気
容量の変化を、位相検波法で検出する容量検出部３と、
この容量検出部３が検出した電気容量に基づき被測定試
料の量を算出する試料量算出部７とから構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、試料容器内の被測定
試料の量を検出する被測定試料検出器およびこの検出器
を用いた自動化学分析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動化学分析装置では、一人の
患者の被測定試料であるサンプル（血清や尿）を用いて
複数の成分を測定する。例えば、生化学項目の場合、普
通は１項目あたりの必要サンプル量が２〜５μｌである
のに対し、免疫項目の場合は５〜４０μｌであり、項目
選択によりその必要サンプル量が大きく異なる。

【０００３】また、測定の結果そのサンプルに異常が発
生した際に自動的に再度検査を行う、いわゆる自動再検
の場合には、最初に試料容器に準備したサンプル量が、
再検査可能な必要量を満たしているかを管理する必要が
ある。さらに、新生児や小児患者あるいは老人は、その
採血可能な血液量が少なく、測定項目数と入手サンプル
量の管理がより重要なものとなる。

【０００４】このように、各種項目検査においては、サ
ンプル量の管理が重要であるが、自動化学分析装置のオ
ペレータが、各サンプルに対する検査依頼項目数をチェ
ックし、試料容器に目測で必要量を満たす作業を行う場
合には、以下のような問題がある。

【０００５】１）オペレータの負担が大きい。 ２）必要量の目測を誤り、サンプル量が少なすぎる場合
には、何項目かの測定を終わった時点でサンプル不足と
なり、このとき装置が停止したり、最後に未測定項目の
測定をやり直す必要が生じるなど、検査効率が著しく低
下する。 ３）項目の種類および項目数が未定である自動再検に対
応するためには、余分なサンプル量を試料容器に準備す
るため、検査終了後に残量となるデッドボリュームが増
える。

【０００６】これらの問題を解決するために、試料容器
内のサンプル量を、液面センサ機能を有したサンプリン
グプローブの下降動作距離により検出する方法が提案さ
れている。この方法は、サンプリングプローブの上下方
向の初期位置と、試料容器の底面位置と、液面センサに
よる液面検知位置とから、試料容器内における底面から
液面までのサンプルの収容高さを検知し、これに基づき
サンプル量を算出している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記液
面センサによるサンプル量の検出は、サンプル量が微量
になると、液面が水平でなくなることから正確な検出が
できなかったり、また試料容器の形状を一定にする必要
があるため、多種類の試料容器（採血管，試験管，各種
サンプルカップ）には対応できないという不具合があっ
た。

【０００８】そこで、この発明は、試料容器内の被測定
試料が微量であっても正確な液量検出を可能とするとと
もに、形状が相互に異なる各種の試料容器でも液量検出
を可能とすることを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は、導電性部材からなり試料容器に収容さ
れた被測定試料に接触可能なプローブと、このプローブ
に接続された４つの抵抗からなるブリッジ回路を備え、
前記プローブが被測定試料に接触することで被測定試料
の量に応じた電気容量の変化を検出する容量検出部と、
この容量検出部が検出した電気容量に基づき前記被測定
試料の量を算出する試料量算出部とを有する構成として
ある。

【００１０】

【作用】このような構成の被測定試料検出器によれば、
プローブが被測定試料に接触することによる電気容量の
変化が容量検出部で検出され、この検出された電気容量
の変化に基づき被測定試料の量が算出されるので、試料
容器内の被測定試料が微量で液面が水平でなくても正確
な液量検出を可能とするとともに、形状が相互に異なる
各種の試料容器でも液量検出が可能となる。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づき説明
する。

【００１２】図１は、この発明の一実施例を示す自動化
学分析装置に用いられる被測定試料検出器の全体構成を
示すブロック図である。この被測定試料検出器は、試料
容器に収容された被測定試料に接触させる導電性材料か
らなるプローブ１と、プローブ１に接続され、プローブ
１が被測定試料に接触することで被測定試料の量に応じ
た電気容量の変化を検出する容量検出部３と、容量検出
部３に正弦波電圧を印加するためのオシレータ５と、前
記容量検出部３で検出された電気容量変化の入力を受け
てそれに対応する被測定試料の量を算出する試料量算出
部７とから構成されている。

【００１３】容量検出部３は、４つの抵抗Ｒを有するブ
リッジ回路９を備えている。図２（ａ）は、ブリッジ回
路９の詳細を示した回路図である。ブリッジ回路９の一
方の両端（図中で上下両端）には、オシレータ５により
前記正弦波電圧が印加され、他方の両端（図中で左右両
端）には相互にツイストされたリード線１１ａ，１１ｂ
がそれぞれ接続されている。このうち、一方のリード線
１１ａにプローブ１が接続され、他方のリード線１１ｂ
には何も接続されていない。また、上記リード線１１
ａ，１１ｂが接続されたブリッジ回路９の他方の両端に
は、容量検出部３における差動アンプ１３が接続されて
いる。

【００１４】図２（ａ）の回路に対する等価回路は、図
２（ｂ）のように表される。可変コンデンサＣ_x は、被
測定試料であるサンプルに由来する容量を持ち、プロー
ブ１が、サンプル液面に触れていない状態ではスイッチ
ＳＷは開いているが、サンプル液面に触れたときにはス
イッチＳＷは閉じる。ブリッジ回路の両端に平行なコン
デンサＣ_S1，Ｃ_S2は、ブリッジ端子からプローブ１まで
のリード線１１ａ，１１ｂの引き回しなどに起因する浮
遊容量を有するが、リード線１１ａ，１１ｂ相互をツイ
ストしているため、これら相互はほぼ等しいと考えるこ
とができる。したがって、リード線１１ａ，１１ｂの引
き回しなどで環境に依存する容量変化は相殺でき、容量
検出回路としてのダイナミックレンジが大きくとれる。
そして、ブリッジ回路９からの信号は、可変コンデンサ
Ｃ_x の変化分、つまりプローブ１を被測定試料に接触さ
せた状態と接触させない状態との間での変化分として出
力されることになり、この変化分の出力信号を検出する
ことが可能となる。

【００１５】容量検出部３は、ブリッジ回路９のほか
に、前述した差動アンプ１３と、同期検波回路１５と、
積分回路１７と、増幅回路１９と、微分回路２１と、ウ
インドコンパレータ２３と、ＴＴＬ回路２４と、位相制
御回路２５と、サンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ）２７と
を備えている。

【００１６】同期検波回路１５は、位相制御回路２５か
らの参照信号と同一の周波数成分をもつ差動アンプ１３
からの入力信号成分だけを、選択的に取り出すように動
作する。その動作原理は、図３に示すように、入力信号
と同期した参照信号の極性に従って全波整流を行うもの
である。同期検波出力は、本方式の原理から、入力信号
の振幅およびその参照信号との位相差のｃｏｓθに比例
した信号が得られる。したがって、θ＝９０°のとき、
同期検波出力はプラス、マイナスが同じ大きさとなり、
直流成分はゼロとなる。

【００１７】図４は、プローブ１を移動させて被測定試
料の液面に接触させた際のセンサ信号の変化を、増幅回
路１９の出力、微分回路２１の出力、ＴＴＬ回路２４の
出力についてそれぞれ示したタイムチャートである。こ
れによれば、時間ｔ₀ でのプローブ１の移動後は、この
移動に伴う環境の変化によりセンサ信号が緩やかに変化
し、時間ｔ₁ で液面に接触したときに急激な変化を引き
起こす。

【００１８】環境変化に伴うセンサ信号の変化は、試料
容器などに依存するので、その影響を除去することが必
要である。そのために、同期検波回路１５の出力を積分
回路（低域濾波回路）１７により濾波し、得られた直流
成分を増幅回路１９により増幅した後、微分回路２１に
よりセンサ信号の変化分を取り出す。ウインドコンパレ
ータ２３で、ある一定のしきい値を設定しておき、それ
以上の信号電圧ならば、プローブ１が被測定試料の液面
に接触して検知したと認識して、ＴＴＬ回路２４から信
号出力する。

【００１９】上記微分回路２１により得られるセンサ出
力と検知したサンプル量（μｌ）とは、図５（ａ）のよ
うに相関性をもっている。図５（ｂ）は、図５（ａ）を
対数処理したもので、センサ出力とサンプル量とは直線
関係で表される。この相関関係を利用して、センサ信号
の出力値、つまりＴＴＬ出力を容量算出部７に取り込
み、容量算出部７は、前記図５（ｂ）の関係に基づき被
測定試料の量を算出する。

【００２０】このように、プローブ１を被測定試料に接
触させることで、被測定試料の量に応じた電気容量が算
出されるので、試料容器内の被測定試料が微量で液面が
水平でないような場合でも、正確な液量検出が可能とな
るとともに、形状が相互に異なる各種の試料容器でも液
量検出が可能となる。

【００２１】図６は、上記した被測定試料検出器を適用
可能な自動化学分析装置の概略を示す斜視図である。こ
の自動化学分析装置は、人体から採取した血清などの被
測定試料を分析するものであり、血清などの試料液が入
れられた複数の試料容器３１を備えたサンプラ部３３
と、試験項目に対応する試薬をその種類毎に入れた試薬
瓶３５を有する試薬部３７と、試料液と試薬とを混合さ
せて試料液を反応させる複数の反応管３９を有する反応
部４１とを備えている。

【００２２】サンプラ部３３付近には、試料容器３１内
の試料液を反応管３９に供給するサンプル分注プローブ
４３が設けられるとともに、試薬部３７付近には、試薬
瓶３５に入れられた試薬を反応管３９に供給する試薬分
注プローブ４５が設けられている。また、反応部４１に
は、反応管３９に入れられた試料液と試薬とを攪拌する
攪拌部４７や、反応管３９を洗浄する洗浄部４９などを
備えている。

【００２３】上記したような自動化学分析装置に、容量
検出部７からの出力値の入力を受けて、この出力値に対
応する被測定試料の量と、あらかじめ設定されている被
測定試料に対する各種の項目検査に必要な被測定試料の
総量とを比較し、この比較結果に基づいて被測定試料に
対する各種項目検査の動作を制御する制御部を設けるこ
とで、以後の測定操作の可否、または測定項目の選択を
自動的に決定、あるいはサンプル分取量を自動減量して
依頼項目すべてを測定するなどの、処置が可能となる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、プローブを被測定試料に接触させることによる電
気容量の変化を容量検出部で検出し、この検出された電
気容量の変化に基づき被測定試料の量を算出するように
構成したので、試料容器内の被測定試料が微量で液面が
水平でなくても、液量検出を正確に行うことができると
ともに、形状が相互に異なる各種の試料容器に収容され
た被測定試料に対しても、正確な液量検出が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す自動化学分析装置に
用いられる被測定試料検出器の全体構成を示すブロック
図である。

【図２】（ａ）は図１の被測定試料検出器におけるブリ
ッジ回路の詳細を示した回路図、（ｂ）は図２（ａ）の
等価回路である。

【図３】図１の被測定試料検出器における同期検波回路
の動作原理を示す波形図である。

【図４】図１の被測定試料検出器における容量検出部の
センサ出力信号波形図である。

【図５】（ａ）は図１の被測定試料検出器におけるサン
プル量とセンサ出力との相関図、（ｂ）は図５（ａ）の
関係を対数処理した相関図である。

【図６】図１の被測定試料検出器を適用可能な自動化学
分析装置の概略を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ プローブ ３ 容量検出部 ７ 試料量算出部 ９ ブリッジ回路 ３１ 試料容器 ３３ サンプラ部 ３５ 試薬瓶（試薬容器） ３７ 試薬部 ３９ 反応管（反応容器） ４１ 反応部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大屋 英郎 栃木県大田原市下石上1385番の１ 株式会 社東芝那須工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電性部材からなり試料容器に収容され
   た被測定試料に接触可能なプローブと、このプローブに
   接続された４つの抵抗からなるブリッジ回路を備え、前
   記プローブが被測定試料に接触することで被測定試料の
   量に応じた電気容量の変化を検出する容量検出部と、こ
   の容量検出部が検出した電気容量に基づき前記被測定試
   料の量を算出する試料量算出部とを有することを特徴と
   する被測定試料検出器。
2. 【請求項２】 被測定試料が収容された複数の試料容器
   を備えたサンプラ部と、検査項目に対応する試薬をその
   種類毎に入れた試薬容器を有する試薬部と、前記被測定
   試料と試薬とを混合させて被測定試料を反応させる複数
   の反応容器を有する反応部とを備え、請求項１記載の被
   測定試料検出器により検出した被測定試料の量と、あら
   かじめ設定されている被測定試料に対する各種の項目検
   査に必要な被測定試料の総量とを比較し、この比較結果
   に基づいて前記各種項目検査の動作を制御する制御部を
   設けたことを特徴とする自動化学分析装置。