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JP2948069B2 - 化学分析装置 - Google Patents

化学分析装置

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JP2948069B2
JP2948069B2 JP5232791A JP23279193A JP2948069B2 JP 2948069 B2 JP2948069 B2 JP 2948069B2 JP 5232791 A JP5232791 A JP 5232791A JP 23279193 A JP23279193 A JP 23279193A JP 2948069 B2 JP2948069 B2 JP 2948069B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は化学分析装置に係わり、
特に流体中の溶存成分の性質、濃度等を計測するのに好
適な化学分析装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の装置としては、図18に示すよう
に構成された分析流路をもつ硝酸銀を分析する化学分析
装置がある。以下、簡単にこの装置の動作を説明する。
まず、サンプリングバルブaが動作して、NO3を含む
サンプルを混合用チューブbの中のキャリア液にサンド
イッチされる形ではめ込む。次にポンプcが動作して、
このサンプルを混合用チューブb内に流し、チューブ内
で混合させて、一定濃度まで希釈する。希釈サンプルが
サンプリングバルブdへ到達する時間は、キャリア液の
流速から予め算出されており、所定時間経過後に別のサ
ンプリングバルブdが動作して、希釈サンプルの一部を
別の混合用チューブe内のキャリア液へはめ込み、混合
用チューブe内にて再び高倍率に希釈する。次に還元カ
ラムは希釈サンプル内のNO3をNO2に還元する。イ
ンジェクション部fでは還元が終了したサンプルにNO
2に対して呈色反応を示す試薬を加え、それに続く混合
用チューブgで十分反応させた後、所定の波長で比色定
量するようになっている。
【0003】図19に別の従来例を示す。この分析装置
では、リン酸が共存する場合のケイ酸の分析に適合した
流路が構成されている。まずキャリア液でサンドイッチ
されたサンプルに対して、試薬1を添加し、それに続く
混合用チューブhの中で、リン酸とケイ酸の両方に発色
反応を起こさせる。その後別のポンプiが動作してリン
酸の発色を退色させる試薬がサンプルに加えられ、混合
用チューブjを経た後、吸光フローセルkにてケイ酸の
量が比色定量されるようになっている。
【0004】別の従来例として特開昭61−42211
号公報に記載の連続流通式分析方法がある。この方法の
分析装置は、一定長さの混合用流路をブロック化した流
体エレメントをいくつか接続して反応流路を形成する。
分析項目を変更する場合、このブロックを増減したり、
ブロックの接続途中に他のブロックからの流路を繋ぐな
どして、その化学分析手法に最適な混合、反応用流路を
形成させるようになっている。この装置の動作は上記2
つの従来例と同様である。
【0005】又、微細加工を利用して、上記の化学分析
装置を製作した例が文献(Elizabeth Ver
poorte et。al、 ”A Three−Di
mensional Micro Flow Syst
em for a Multi−step Chemi
cal Analysis”、 Proc。 ofTh
e 7th International Confe
rence ofSolid−State Senso
rs and Actuators)に記載されてい
る。この文献においては、フォトリソグラフィによって
微細な混合用流路を形成したシリコン基板と、マイクロ
ポンプを形成させたシリコン基板とを一体化させて、リ
ン酸濃度を化学分析するための小形の分析装置を製作す
ることが開示されている。この分析装置においても動作
は上記の従来例と同様である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】図18、図19に示し
た2つの例から分かるように、硝酸とリン酸の化学分析
では全く異なった流路構成が必要である。又、特開昭6
1−42211号公報に記載の例も同様であり、一般に
分析対象が異なると、それに応じて流路やカラムあるい
はフローセルなどを構成し直す必要がある。従って、こ
れら従来の装置では、繋ぎ替えに手間がかかり短時間に
多くの種類の分析を行うことができない。また繋ぎ替え
が終了した後も、試薬とサンプルの合流タイミングや、
キャリア液の流量などの流動条件、検知部での測定条件
などを分析項目毎に細かく設定する必要があり、そのた
めに非常に高度な専門的知識が要求される。又、計測終
了時のデータ処理においても分析対象によって処理方法
が異なるため、分析対象に合わせて設定を繰り返す必要
があり、使い勝手が悪いという欠点があった。
【0007】又、近年これらの化学分析装置はスポット
的な研究用途から、製薬、食品製造での品質管理など産
業用の需要が増加しており、次第に大量のサンプルを高
速で分析する使われ方が主流となりつつある。一方で
は、水質分析項目の増大に代表されるように化学分析の
測定対象範囲が急激に拡大しており、その結果、一台の
装置で何種類もの分析を行うマルチタイプの分析装置に
対するニーズが高まりつつある。上記文献に記載されて
いる従来例のように分析装置そのものを小形化して使い
勝手の向上を図る試みもなされているが、同時に多項目
の分析を可能にする装置については、いまだ適切なもの
が提案されていない。
【0008】本発明の第1の目的は、上記した課題を解
決するために、従来大変手間を要した流路や分析エレメ
ントの繋ぎ替えを行うことなく、又専門的知識がなくて
もオペレーション、分析が可能な分析装置を提供するこ
とである。
【0009】本発明に第2の目的は、大量のサンプルに
対しても、多種類の化学分析を短時間で可能となる分析
装置を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記第1の目的を達成す
るために、本発明の化学分析装置は、サンプルを吸引す
るためのサンプリング手段と吸引されたサンプル、試薬
を送液するための流体制御手段とサンプルの計測を行う
検知手段を備えた分析装置本体、該分析装置本体と接続
される流体コネクタ、電気信号コネクタを有し、少なく
とも分析方法を記憶している記憶手段を備えた分析ユニ
ットで構成され、該分析ユニットを前記分析装置本体に
装着することにより、前記記憶手段に記憶されている分
析方法を前記分析装置本体に転送し、該分析方法に基づ
いて前記サンプルの分析を行うことを特徴とするもので
ある。
【0011】又、分析処理手順と計測データの処理方法
を記憶している記憶手段を備えた分析ユニットおよび分
析装置本体で構成され、該分析装置本体がサンプルを吸
引するためのサンプリング手段と、吸引されたサンプ
ル、試薬を送液するための流体制御手段と、サンプルの
計測を行う検知手段と、前記分析ユニットの電気信号コ
ネクタから分析ユニットの記億手段に記録されている分
析処理手順を読み出して前記サンプリング手段、流体制
御手段、検知手段を制御するためのコントローラと、分
析ユニットの記憶手段に記録されている計測データの処
理方法を読み出して計測データを処理するための信号処
理器を備えたものであって、前記分析ユニットを前記分
析装置本体に装着することによりサンプルの分析を行う
ことを特徴とするものである。
【0012】又、サンプルを吸引するためのサンプリン
グ手段と吸引されたサンプル、試薬を送液するための流
体制御手段とサンプルの計測を行う検知手段を備えた分
析装置本体、該分析装置本体と接続される流体コネク
タ、電気信号コネクタを有し、少なくとも分析方法を記
憶している記憶手段と前記サンプルと試薬の混合手段を
備えているとともに、前記流体コネクタがサンプル、試
薬、混合反応済のサンプルのそれぞれのコネクタを有す
る分析ユニットで構成され、該分析ユニットがを前記分
析装置本体に装着することにより、前記記憶手段に記憶
されている分析方法に基づいて前記サンプル、試薬を前
記流体コネクタを介して分析ユニットに送液してサンプ
ルと試薬の混合を行い、混合反応済のサンプルを前記分
析装置本体の検知手段に送液してサンプルの分析を行う
ことを特徴とするものである。
【0013】又、分析処理手順と計測データの処理方法
を記憶している記憶手段と前記サンプルと試薬の混合手
段と分析装置本体と接続される流体コネクタ、電気信号
コネクタを備えた分析ユニットと、サンプルを吸引する
ためのサンプリング手段と吸引されたサンプル、試薬を
送液するための流体制御手段とサンプルの計測を行う検
知手段を備えた分析装置本体で構成され、前記分析ユニ
ットを該分析装置本体に装着することにより前記分析ユ
ニットと分析装置本体の間で電気信号の伝達、サンプ
ル、試薬の授受を行うことによりサンプルの分析を行う
ことを特徴とするものである。
【0014】又、1つ以上の混合反応手段と、サンプ
ル、試薬の授受を行うための流体コネクタと、分析項目
に適合した化学分析手法に対応して配置、配管されて前
記流体コネクタ間を繋ぐ流路と、サンプルの処理手順と
計測データの処理方法が記録されている記憶手段と、該
記憶手段に記憶されている記憶内容を伝達するための信
号コネクタを備えた分析ユニットであって、該分析ユニ
ットを分析装置本体に装着することにより該分析装置本
体に具備されている機器を前記サンプルの処理手順と計
測データの処理方法に基づいて制御し、サンプルの分析
を行うことを特徴とするものである。
【0015】又、前記分析ユニットが、1つ以上の分離
精製手段が分析項目に適合した分析手法に対応して配置
されているものである。又、又、前記分析ユニットが、
処理後のサンプルを計測するための検知部と、該検知部
での計測データを伝達するための信号コネクタが設けら
れ、該信号コネクタを介して分析装置本体が前記分析ユ
ニットからの計測データを受け取り、該計測データを分
析項目に適合したデータ処理方法に基づいて処理する信
号処理器を備えたものである。又、前記分析装置本体
が、流体制御手段と検知部の動作を制御する駆動信号を
分析ユニットから伝達するための信号コネクタを設けら
れたものである。又、前記分析ユニットが試薬用の流
路、サンプル用の流路、該2つの流路の合流部、該合流
部に続く混合用の流路からなる混合反応手段を備えてい
るものである。前記分析ユニットが分離精製手段を備え
ているものであって、該分離精製手段がクロマトカラム
であるものである。
【0016】又、前記分析ユニットが、試薬用の流路
と、サンプル用の流路と、このうちの一方の流路が壁面
に多数微小なノズルを備えるものであって、該微小なノ
ズルを介して他方の流路と連通しているように構成され
た合流部からなる混合反応手段を備えているものであ
る。又、前記化学分析ユニット内の一部または全部が微
細加工により一体で製造されているものである。
【0017】上記第2の目的を達成するために、本発明
の化学分析装置は、分析項目を処理するための処理方法
を記憶している記憶手段を備えた分析ユニットが異なる
分析項目について複数個用意され、分析装置本体がその
複数個の分析ユニットを装着されるように構成されるも
のであって、該分析装置本体がサンプルを吸引するため
のサンプリング手段と吸引されたサンプル、試薬を送液
するための流体制御手段とサンプルの計測を行う検知手
段と、前記分析ユニットの電気信号コネクタから分析ユ
ニットの記億手段に記録されている処理方法を読み出し
て前記サンプリング手段、流体制御手段、検知手段を制
御して1つのサンプルに対して複数の異なる分析項目の
分析を行うことを特徴とするものである。
【0018】又、異なる分析項目の分析処理手順と計測
データの処理方法を記憶している記憶手段を備えた複数
の分析ユニットがそれぞれ装着されるように構成された
分析装置本体であって、該分析装置本体がサンプルを吸
引するためのサンプリング手段と吸引されたサンプル、
試薬を送液するための流体制御手段とサンプルの計測を
行う検知手段と、前記分析ユニットの電気信号コネクタ
から分析ユニットの記億手段に記録されている分析処理
手順を読み出して前記サンプリング手段、流体制御手
段、検知手段を制御するためのコントローラと、分析ユ
ニットの記憶手段に記録されている計測データの処理方
法を読み出して計測データを処理するための信号処理器
を備え、前記分析ユニットのそれぞれを前記分析装置本
体に装着することにより前記各分析ユニットの分析が干
渉しないように前記サンプリング手段、流体制御手段、
検知手段を制御してサンプルの分析を行うことを特徴と
するものである。
【0019】又、分析ユニットが分析項目毎に複数用意
され、複数個の分析ユニット内のサンプル、試薬の流れ
を集合的に制御し、かつ集合的に各分析ユニットで処理
したサンプルを受取り、その物理的性質を計測するため
の分析装置本体が、各分析ユニットの流体コネクタおよ
び信号コネクタを一箇所に集めた集合的な流体コネクタ
と集合的な信号コネクタを備えており、サンプルを吸引
するためのサンプリング手段と、吸引されたサンプルや
試薬を送液するための流体制御手段と、サンプルの計測
を行う検知手段と、集合的な分析ユニット内の記憶手段
に記録されている内容を集合的に読みだし、その内容に
沿って上記サンプリング手段および流体制御手段、検知
手段を制御するためのコントローラ、計測結果を処理す
るための信号処理器、処理された結果を表示あるいは記
録するための情報化手段、各分析ユニットの集合的な流
体コネクタ、集合的な信号コネクタと接続し、サンプ
ル、試薬の授受、およびサンプルの処理手順と計測デー
タの処理方法に関する記録内容の伝達を行うための集合
的な接続部を備えていることを特徴とする。
【0020】又、前記分析装置本体が、複数の分析ユニ
ットを接続する接続部を備えたものであって、該接続部
を介して各々の分析ユニット内の流体の流れを制御する
ための流体制御手段と、前記複数の分析ユニット内の記
憶手段から記録されている内容を読みだして、その記録
内容に沿って各々の分析項目毎に流体制御手段と検知手
段を制御するためのコントローラと、分析ユニットの記
憶手段に記録されている計測データの処理方法を読みだ
して、計測結果を処理するための信号処理器を備えてい
るものである。
【0021】又、前記分析装置本体が複数の分析項目に
対応したサンプル処理手順および計測データを記録した
記憶部を備え、該記憶部からの信号を読みだして流体制
御手段や検知器を制御するコントローラおよび前記記憶
部に記録されている計測データの処理方法を読みだし
て、その内容に沿って計測結果を処理するための信号処
理器を備えたものである。
【0022】
【作用】第1の目的を達成するために、上記のように構
成しているので、分析ユニットは分析項目毎に用意され
ており、その分析項目に適合するように分析エレメン
ト、流路などが構成されているため、従来大変手間を要
した流路や分析エレメントの繋ぎ変えをなくしてもよく
なる。また、分析のための細かい流動条件や分析方法、
データ処理方法も同じく分析ユニットに記録されてお
り、専門的知識がなくてもオペレーション、分析が可能
になる。
【0023】又、必要に応じて次のようにすることがで
きる。まず測定したい分析内容に適合した分析ユニット
を選んで分析装置本体に装着する。その際、分析ユニッ
トの流体コネクタ、信号コネクタが、分析装置本体の接
続部へ接続される。その後、分析装置本体のコントロー
ラ、信号処理器が動作して、分析ユニットにある記録手
段からサンプルの処理手順や、分析方法、データ処理方
法を記述した信号を、信号コネクタを介してコントロー
ラ、信号処理器に読み込むみ、その処理手順に沿って以
下の流体の流れが制御される。まずサンプリング手段
が、サンプルを所定量採取する。次に流体制御手段が採
取されたサンプルをサンプリング手段から流体コネクタ
を通して分析ユニットに送出する。
【0024】サンプルは分析ユニットの分離精製部へ導
入され、分離精製部はサンプル中の所定の成分を分離せ
しめる。分離されたサンプルは混合反応手段へ導入され
る。流体制御手段は、所定のタイミング、流量で分析装
置本体から所定の試薬を前記流体コネクタの別の流路を
通って分析ユニット内の混合反応手段へ送出する。混合
反応手段は分離されたサンプルと所定の試薬を所定の条
件で混合、反応せしめる。反応が終了したサンプルは流
体制御手段によって再び流体コネクタを通って分析装置
本体へ戻され、検知手段へ送り込まれる。検知手段は所
定の分析方法に沿ってサンプルを分析する。コントロー
ラ、信号処理部は分析結果を検知手段より読みとって、
所定のデータ処理方法にのっとりサンプルのデータを処
理し、その結果を表示手段におくる。表示手段はデータ
処理結果を表示する。
【0025】第2の目的を達成するために、上記のよう
に構成しているので、分析装置本体に接続されている集
合分析ユニット、あるいは複数の分析ユニットでは、次
々に採取されるサンプルを同時にあるいは短時間に順次
処理せしめるため、従来例にあるような複雑な化学分析
が短時間に複数種類について可能となる。
【0026】又、必要に応じて次のようにすることがで
きる。まず、測定したい分析内容に応じた複数の分析ユ
ニットを選んで分析装置本体に装着する。その際、複数
の分析ユニットは集合的な流体コネクタ、集合的な信号
コネクタあるいは各分析ユニットの流体コネクタ、信号
コネクタが、分析装置本体の接続部へ接続される。分析
装置本体のコントローラ、信号処理器が動作して、集合
分析ユニットあるいは分析ユニットにある記録手段から
サンプルの処理手順や、分析方法、データ処理方法を記
述した信号を、信号コネクタを介してコントローラ、信
号処理器に読み込む。その処理手順に沿って分析項目毎
に順次流体の流れが制御されるか、あるいは同時に流体
の流れが制御される。最初にサンプリング手段が、サン
プルを所定量採取する。次に流体制御手段が採取された
サンプルをサンプリング手段から流体コネクタを通して
分析ユニットに順次あるいは同時に所定量を分配して送
出する。各サンプルは各分析ユニットの分離精製部へ導
入され、分離精製部はサンプル中の所定の成分を分離せ
しめる。分離されたサンプルは混合反応手段へ導入され
る。流体制御手段は、所定のタイミング、流量で分析装
置本体から所定の試薬を前記流体コネクタの別の流路を
通って分析ユニット内の混合反応手段へ送出する。混合
反応手段は分離されたサンプルと所定の試薬を所定の条
件で混合、反応せしめる。反応が終了した各サンプルは
流体制御手段によって再び流体コネクタを通って分析装
置本体へ戻され、検知手段へ順次送り込まれる。検知手
段は所定の分析方法に沿って各サンプルを分析する。コ
ントローラ、信号処理部は分析結果を検知手段より読み
とって、所定のデータ処理方法にのっとり各サンプルの
データを処理し、その結果を表示手段におくる。表示手
段はデータ処理結果を表示する。
【0027】
【実施例】本発明の第1の実施例を図1から図10を用
いて説明する。図1は本実施例である化学分析装置の構
成を示す斜視図、図2は図1に示す化学分析装置に搭載
される化学分析ユニットの構成を示す斜視図、図3は化
学分析装置本体の流路系統図、図4は化学分析ユニット
の流路系統図、図5はフローインジェクションの混合原
理を説明する図、図6から9は化学分析ユニットの混合
部において文献(”Micro Mixer with
Fast Diffusion”、 Proc. o
f MEMS’93(1993))に記載されているマ
イクロミキサを利用した場合の構成図であり、図6は斜
視図、図7は縦断面図、図8は斜視図、図9は横断面
図、図10はマイクロミキサの混合原理を説明する斜視
図である。
【0028】図1から図4を用いて本実施例の構成を説
明する。図1に示すように本実施例の化学分析装置は、
主として分析装置本体2と化学分析ユニット11〜12
とで構成されている。分析装置本体2は、サンプリング
部3、流体、信号コネクタ4、流体制御部5、コントロ
ーラ、信号処理部6、検知部7、結果表示部8、キャリ
ア液91、試薬92、洗浄液93を蓄える液槽よりなっ
ている。
【0029】図2に示すように、分析ユニット11に
は、流体専用のコネクタ110と電気信号を伝えるため
のコネクタ111が具備されており、これらは分析装置
本体2の流体、信号コネクタ4に接続されるようになっ
ている。本実施例において、流体コネクタ110には、
試薬供給専用のコネクタ1103、サンプル液専用のコ
ネクタ1102、混合反応済みのサンプルを分析装置本
体2へ送るためのコネクタ1101の3種類のコネクタ
が設けられている。複数の試薬をサンプルと混合する場
合のために、試薬供給用のコネクタ1103も複数個設
けられている。サンプル液用のコネクタ1102には、
サンプル内の試料を分離するためのクロマトカラム11
5が接続されており、そのクロマトカラム115の出口
と試薬用コネクタ1103から延びる流路が合流し、1
つの流路となるように構成されている。(この合流する
部分を便宜上以下インジェクション部114と呼ぶ。)
インジェクション部114の後流側には混合用流路11
6が設けられており、さらにその後流側は反応液用コネ
クタ1101に接続されている。分析ユニット11の信
号コネクタ111には、2つのメモリ112、113か
らの信号線が接続されている。メモリ113には、分析
方法に適合したサンプルおよび試薬の容量、流量、合流
タイミングなどが記録されている。又、メモリ112に
は検知部における計測条件の設定やデータ処理の方法な
どが記録されている。
【0030】分析装置本体2の各要素は、図3に示すよ
うに接続されている。流路は大きく別けてサンプル吸引
用の流路系統34、サンプル送液用の流路系統56、試
薬供給用の流路系統57、反応後のサンプル計測用の流
路系統74の4つの流路系統からなる。
【0031】サンプル吸引用の流路系統34には、サン
プル31側から順にサンプル吸引パイプ32、サンプリ
ングバルブ33、サンプル吸引用ポンプ52、排出、洗
浄切替バルブ55が設けられている。又、サンプル送液
用の流路系統56には、キャリア液91側から順にキャ
リア液91用の槽、サンプリングバルブ33、サンプル
送液用ポンプ53が接続されている。又、試薬供給用の
流路系統56には、試薬92の側から順に試薬92用の
槽、供給試薬切替バルブ51、試薬供給用ポンプ54が
接続されている。さらに反応後のサンプル計測用の流路
系統74には、検知用のフローセル71と廃液93用の
槽が設けられている。分析装置本体2の信号コネクタ
は、信号処理器62およびポンプ、バルブコントローラ
61へ接続されており、信号処理器62は検知器73と
接続されている。又、ポンプ、バルブコントローラ61
とポンプ52、53、バルブ51、33、55が接続さ
れている。
【0032】以上のように構成された本実施例の化学分
析装置は以下のように動作する。まず、測定する分析内
容に適合した分析ユニット11を選択して分析装置本体
2に差込み固定する。その際、分析ユニット11の流体
コネクタ110、信号コネクタ111が、分析装置本体
2の流体、信号コネクタ4へ接続される。その後、分析
装置本体2のポンプ、バルブコントローラ61、信号処
理器62が動作するとともに、分析ユニット11にある
メモリ112、113からサンプルの処理手順や、分析
方法、データ処理方法を記述した信号を信号コネクタ1
11を介してポンプ、バルブコントローラ61、信号処
理器62に読み込む。
【0033】読み込まれた処理手順に沿って以下のよう
に流体の流れが制御される。まず、サンプリングパイプ
32によって、サンプル31を所定量採取する。次に、
サンプル吸引用ポンプ52が採取されたサンプル31を
サンプリングバルブ33の位置まで吸引する。その後、
サンプリングバルブ33が動作して所定量のサンプル3
1を切取り、サンプル送液用の流路系統56の中のキャ
リア液内へはめ込む。さらに、サンプル送液用ポンプ5
3が動作して、サンプルを含むキャリア液をその状態で
流体コネクタ41を経て分析ユニット11のクロマトカ
ラム115へ送り込む。このとき、クロマトカラム11
5はサンプル31中の成分を分離させ、その後サンプル
はインジェクション部114まで送液される。以上のサ
ンプルの動き同調してメモリ113に記録されている流
量、合流タイミングなどの流動条件下で、試薬送液ポン
プ54、試薬切替バルブ51が動作し、試薬92用の槽
の中の所定の試薬92を、流体コネクタ41を経て分析
ユニット11内のインジェクション部114へ供給す
る。
【0034】インジェクション部114では、サンプル
と試薬が合流されて、それに続く混合用流路116へ送
る。混合用の流路では、サンプルと所定量の試薬の混合
および反応が行われる。ポンプ53、54は、反応が終
了したサンプルを再び流体コネクタ1101を介して分
析装置本体2へ送り出し、さらに検知用フローセル71
まで送り込む。光照射手段72および検知器73は、メ
モリ112の吸収スペクトル範囲、時間等の設定条件に
したがってサンプルを計測する。信号処理器62では計
測結果を検知器73より読みとって、メモリ112に記
述されている所定のデータ処理方法にのっとりサンプル
のデータを処理し、その結果を結果表示部8に送り、デ
ータ処理結果を表示する。
【0035】混合流路116における試薬とサンプルの
混合は、図5に示すように、流れに沿った方向の対流1
162と流れと垂直な方向への分子拡散1161によっ
て行われる。この2つの現象を組み合せた混合流れはテ
イラー拡散と呼ばれる。又、別の混合手段としては文献
(”Micro Mixer with FastDi
ffusion”、 Proc. of MEMS’9
3(1990)、IEEE))に記載されているマイク
ロミキサを利用することもできる。マイクロミキサ11
7の原理は、図10に示されているように、混合部11
72の壁面に多数のマイクロノズル1171を高密度に
分布させて、そのマイクロノズル1171から液を混合
部のもう一方の液内へ噴出させることにより混合を行う
ものである。
【0036】このマイクロミキサ117を用いて図6か
ら図9に示されるように流路を構成してもよい。図6、
図7に示される流路構成では、クロマトカラム115で
分離精製されたサンプルを試薬流路中へ噴出させて、2
液を混合させている。又、図8、図9に示されるよう
に、試薬を分離されたサンプル中へ噴出させて混合して
もよい。
【0037】本実施例の化学分析装置は、分析ユニット
11〜13が分析項目毎に用意されており、その分析項
目に適合するように予め分析エレメント、流路などが備
えられているため、従来大変手間を要した流路や分析エ
レメントの繋ぎ変えをなくすことができる。また、分析
のための細かい流動条件や分析方法、データ処理方法が
分析ユニットに記録されており、専門的知識がなくても
オペレーション、分析が可能となる。
【0038】本発明の第2の実施例を図11から図14
を用いて説明する。図11は本実施例の構成を示す斜視
図、図12は図11に示す化学分析装置の流路系統図、
図13は図11に示す化学分析装置の分析ユニットの流
路系統図、図14は図11に示す化学分析装置の動作説
明図である。
【0039】本実施例の本化学分析装置は、複数の分析
ユニットを同時に装着できるようにし、1つのサンプル
について多項目の分析を同時あるいは短時間に行うこと
ができるように構成したものであり、図11に示すよう
に、4つの分析ユニット11、12、13、14、およ
び4つの分析ユニットと接続するための流体、信号コネ
クタ4、サンプリング部3、流体制御部5、信号処理部
6、検知部7、結果表示部8、液槽91〜94から構成
されている。
【0040】図12に示す流路系統図を用いて各要素の
構成を説明する。流路は大きく別けて、サンプル吸引用
の流路系統34、サンプル送液用の流路系統561、5
62、563、564、試薬作動液用の流路系統57
1、572、573、574、反応後サンプルの計測用
の流路系統741、742、743、744、74の4
つ流路系統からなる。サンプル吸引用の流路系統34に
は、サンプル31側から順に、サンプル吸引パイプ3
2、サンプリングバルブ33、サンプル吸引用ポンプ5
2、廃液93用槽が設けられている。又、サンプル送液
用の流路系統561、562には、サンプル送液用ポン
プ531が設けられ、流体、信号コネクタ41、42を
介して分析ユニット11、12へ接続されている。
【0041】又、サンプル送液用の流路系統563、5
64には、サンプル送液用ポンプ532が設けられ、流
体、信号コネクタ43、44を介して分析ユニット1
3、14が接続されている。又、試薬作動液用の流路系
統571、572には、試薬作動液用ポンプ541が設
けられ、流体、信号コネクタ41、42を介して分析ユ
ニット11、12へ接続されている。試薬作動液用の流
路系統573、574には、試薬作動液用ポンプ542
が設けられ、流体、信号コネクタ43、44を介して分
析ユニット13、14に接続されている。さらに各分析
ユニットからは流体、信号コネクタ4を経て反応後サン
プル分配バルブ58へ至る流路741〜744が延長さ
れて形成されている。分配バルブ58の後には検知用フ
ローセル71が接続されている。各分析ユニットの試薬
作動液用流路上には図13に示すように試薬の入ったシ
リンジ117がはめ込まれている。このシリンジ内には
ピストンがあり、片側には所定の試薬、他方には作動液
が詰められている。
【0042】以上のように構成された本実施例の化学分
析装置に動作ついて図12、13及び図14を用いて説
明する。
【0043】まず、測定したい分析項目の分析ユニット
11〜14を選択して、分析装置本体2に固定する。こ
の際、分析ユニット11〜14の流体、信号コネクタ4
1、42、43、44が、分析装置本体22のコネクタ
4へ集合的に接続される。分析装置本体2のポンプ、バ
ルブコントローラ61、信号処理器62が動作して、分
析ユニット11〜14にあるメモリ112、113、1
22、123、132、133、142、143から各
分析項目毎にサンプルの処理手順や、分析方法、データ
処理方法を記述した信号を、信号コネクタ41、42、
43、44を介してポンプ、バルブコントローラ61、
信号処理器62に読み込む。
【0044】その読み込まれた処理手順に沿って、まず
サンプル吸引用ポンプ52が動作してサンプル吸引パイ
プ32からサンプル31を所定量採取する。次にサンプ
リングバルブ33が動作して、吸引されたサンプルの一
部をサンプル送液用流路561内のキャリア液にはめ込
む。その後サンプル送液用ポンプ531が、分析ユニッ
ト11のメモリ113に記録されている流量、タイミン
グなどの所定の流動条件下で動作して、分析ユニット1
1へサンプルを送液する。同時に試薬作動液用ポンプ5
41も所定の流動条件下で動作して、作動液を分析ユニ
ット11に供給し、ユニット内の試薬シリンジ117の
ピストンを押し動かして試薬をシリンジから吐出させ
る。
【0045】これらの2液はインジェクション部にて合
流され、混合用流路116にて混合反応を行い、再び流
体コネクタ41より本体2へ戻り、流路741を経て分
配バルブ58へ至る。メモリ113にはサンプルがバル
ブに到達する時間が記録されており、これを受けて分配
バルブ58は、そのタイミングで反応サンプルの流れを
廃液流路74から検知用フローセル71側の流路へ切り
替える。光源72や検知器73では、分析ユニット11
のメモリ112に記録されている処理手順に従って計測
を行い、その結果を信号処理器62へ伝達する。信号処
理器62は、所定のデータ処理を行い、その結果を結果
表示部8にて表示させる。なお、サンプル送液用ポンプ
531および試薬作動液用ポンプ541が動作して、分
析ユニットで混合反応が行われている時に、分析ユニッ
ト12へもキャリア液および試薬作動液が供給される
が、これらは分析ユニット12内の流路の洗浄を行う。
【0046】次に、サンプリングバルブ33が所定時間
後に再び動作して、バルブ内に残るサンプルを別のサン
プル送液用流路563へはめ込む。このサンプルは分析
ユニット13に送り込まれ、所定の遅延時間後に混合反
応が行われるようになっている。各分析ユニットでの混
合反応は、動作説明図14に示されているように、分析
ユニット11、13、12、14、11の順に繰返して
行われる。このように操作されるため、お互いの分析ユ
ニットが検知フローセル71で干渉することはない。そ
の結果、図13に示すように、1つのサンプルに対して
異なる分析を続いて行うことができる。
【0047】本発明の第3の実施例を図15から図17
を用いて説明する。図15は図11に示す化学分析装置
の別の流路系統図、図16はその場合の分析ユニット内
にある試薬シリンジの構造を示す断面斜視図、図17は
図15に示す化学分析装置の動作説明図である。本実施
例においても第2の実施例と同様に複数の分析ユニット
を備えており同時に多項目の分析を行うように構成され
ている。
【0048】本実施例においては、図15に示すよう
に、流路はサンプル吸引用の流路系統34、サンプル送
液用の流路系統561、562、563、564、試薬
作動液用の流路系統571、572、573、574お
よび計測用の流路系統741、742、743、74
4、74から構成されており、サンプル送液用流路およ
び試薬作動液用流路にそれぞれ液駆動用ポンプ53、5
4が設けられている。分析ユニット11〜14内に設け
られた試薬シリンジ171は、図16に示す構造に構成
されており、左方から流入される試薬作動液の供給量で
ピストンのストロークが与えられ、それによって第2の
ピストンが所定量の試薬を吐出するようになっている。
【0049】以上のように構成された本実施例の化学分
析装置は、以下のように動作する。まず、サンプル吸引
ポンプ52が動作して、サンプル吸引パイプ32よりサ
ンプル31を採取し、その後サンプリングバルブ33が
動作して各サンプル送液流路に所定量のサンプルがはめ
込まれる。サンプル送液ポンプ53が決められた流動条
件で動作して、各々のサンプルを各分析ユニットに送出
する。同時に試薬作動液用ポンプ54も所定の流動条件
下で動作し、各分析ユニットに試薬作動液を送出する。
各分析ユニットの試薬シリンジは図16に示す構造にな
っているので、分析内容に合わせて試薬供給量を設定す
ることができる。検知フローセル71までの流路741
〜744の長さが各々の分析ユニット毎に異なるため、
サンプルが各分析ユニットからフローセルへ到達する時
間は各々異なり、各ユニットからのサンプルがフローセ
ル位置で干渉することはないようになっている。以上の
動作は、図17に示すように繰り返される。
【0050】以上第1の実施例、第2の実施例でも説明
したように、分析装置本体に接続する分析ユニットは分
析項目毎に用意されており、次々に採取されるサンプル
を各々の分析ユニットに分配して計測するため、同時に
あるいは短時間に複数項目の反応処理が可能である。そ
の結果、従来フロー式の化学分析装置では困難であった
多項目の同時分析が可能となる。
【0051】なお、第1、第2の実施例において、いず
れの場合においても分析装置本体にあるポンプ、バル
ブ、サンプリングパイプなどの流体制御手段を分析ユニ
ット側に別個に搭載しても良く、その場合には分析装置
本体は、分析ユニットで処理されたサンプルを受取っ
て、検知部にてサンプルを計測する役割を受け持つこと
になる。このようにすることで、より使い勝手の良い装
置が提供できるとともに、分析装置本体の小形化が可能
になる。又、流路が短くなることでることで、使用する
試薬、サンプルの微量化も図ることができる。
【0052】又、検知部も分析ユニットに搭載すると、
流路の大幅な短縮が可能で、装置全体の小形化および使
用液の著しい低減を図ることができる。
【0053】上記した第1、第2、第3の実施例におい
て分析ユニットをワイヤー放電加工やフォトリソグラフ
ィの技術を用いて製造すると混合用の流路や微小ノズ
ル、あるいはクロマトカラムなどを高精度でかつ小形で
製造することができ、分析ユニットの小形化が容易にな
り、かつ生産性を著しく向上させることができる。
【0054】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の化学分析
装置によれば、第1に分析ユニットは分析項目毎に用意
されており、その分析項目に適合するように分析エレメ
ント、流路などが構成されているため、従来大変手間を
要した流路や分析エレメントの繋ぎ変えをなくすことが
できる。
【0055】又、第2に分析のための細かい流動条件や
分析方法、データ処理方法も同じく分析ユニットに記録
されており、専門的知識がなくてもオペレーション、分
析が可能な化学分析装置を提供することできる。
【0056】又第3に分析装置本体に接続されている分
析ユニットは分析項目毎に用意されており、次々に採取
されるサンプルを各々の分析ユニットに分配し、同時に
あるいは短時間に多項目の反応処理が可能である。その
結果、従来の化学分析装置では困難であった大量のサン
プルを多項目について化学分析することが可能な化学分
析装置を提供することできる。
【0057】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例である化学分析装置の構
成を示す斜視図である。
【図2】図1に示す化学分析装置に搭載される化学分析
ユニットの構成を示す斜視図である。
【図3】化学分析装置本体の流路系統図である。
【図4】化学分析ユニットの流路系統図である。
【図5】フローインジェクションの混合原理を説明する
図である。
【図6】化学分析ユニットの混合部におけるマイクロミ
キサを利用した場合の構成を示す斜視図である。
【図7】化学分析ユニットの混合部におけるマイクロミ
キサを利用した場合の構成を示す縦断面図である。
【図8】化学分析ユニットの混合部におけるマイクロミ
キサを利用した場合の構成を示す斜視図である。
【図9】化学分析ユニットの混合部におけるマイクロミ
キサを利用した場合の構成を示す横断面図である。
【図10】マイクロミキサの混合原理を説明する斜視図
である。
【図11】本発明の第2の実施例の構成を示す斜視図で
ある。
【図12】図11に示す化学分析装置の流路系統図であ
る。
【図13】図11に示す化学分析装置の分析ユニットの
流路系統図である。
【図14】図11に示す化学分析装置の動作説明図であ
る。
【図15】本発明の第3の実施例を示す化学分析装置の
別の流路系統図である。
【図16】分析ユニット内にある試薬シリンジの構造を
示す断面斜視図である。
【図17】図15に示す化学分析装置の動作説明図であ
る。
【図18】フローインジェクション混合装置を用いた従
来の分析装置の構成図である。
【図19】フローインジェクション混合装置を用いた別
の従来の分析装置のの構成図である。
【符号の説明】
11、12、13、14…化学分析ユニット、2…分析
装置本体、3…サンプリング部、4…流体、信号コネク
タ、5…流体制御部、6…信号処理部、7…検知部、8
…結果表示部、91、92、93、94…液槽、11
2、113…メモリ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山崎 功夫 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 (72)発明者 今井 一成 茨城県勝田市市毛882番地 株式会社 日立製作所 計測機事業部内 (72)発明者 黒石 忠文 茨城県勝田市市毛882番地 株式会社 日立製作所 計測機事業部内 (72)発明者 薛 育明 茨城県勝田市市毛882番地 株式会社 日立製作所 計測機事業部内 (56)参考文献 特公 昭61−42211(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01N 35/00 - 35/10

Claims (17)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】サンプルを吸引するためのサンプリング手
    段と吸引されたサンプル、試薬を送液するための流体制
    御手段とサンプルの計測を行う検知手段を備えた分析装
    置本体、該分析装置本体と接続される流体コネクタ、電
    気信号コネクタを有し、少なくとも分析方法を記憶して
    いる記憶手段を備えた分析ユニットで構成され、該分析
    ユニットを前記分析装置本体に装着することにより、前
    記記憶手段に記憶されている分析方法を前記分析装置本
    体に転送し、該分析方法に基づいて前記サンプルの分析
    を行うことを特徴とする化学分析装置。
  2. 【請求項2】分析処理手順と計測データの処理方法を記
    憶している記憶手段を備えた分析ユニットおよび分析装
    置本体で構成され、該分析装置本体がサンプルを吸引す
    るためのサンプリング手段と、吸引されたサンプル、試
    薬を送液するための流体制御手段と、サンプルの計測を
    行う検知手段と、前記分析ユニットの電気信号コネクタ
    から分析ユニットの記億手段に記録されている分析処理
    手順を読み出して前記サンプリング手段、流体制御手
    段、検知手段を制御するためのコントローラと、分析ユ
    ニットの記憶手段に記録されている計測データの処理方
    法を読み出して計測データを処理するための信号処理器
    を備えたものであって、前記分析ユニットを前記分析装
    置本体に装着することによりサンプルの分析を行うこと
    を特徴とする化学分析装置。
  3. 【請求項3】サンプルを吸引するためのサンプリング手
    段と吸引されたサンプル、試薬を送液するための流体制
    御手段とサンプルの計測を行う検知手段を備えた分析装
    置本体、該分析装置本体と接続される流体コネクタ、電
    気信号コネクタを有し、少なくとも分析方法を記憶して
    いる記憶手段と前記サンプルと試薬の混合手段を備えて
    いるとともに、前記流体コネクタがサンプル、試薬、混
    合反応済のサンプルのそれぞれのコネクタを有する分析
    ユニットで構成され、該分析ユニットがを前記分析装置
    本体に装着することにより、前記記憶手段に記憶されて
    いる分析方法に基づいて前記サンプル、試薬を前記流体
    コネクタを介して分析ユニットに送液してサンプルと試
    薬の混合を行い、混合反応済のサンプルを前記分析装置
    本体の検知手段に送液してサンプルの分析を行うことを
    特徴とする化学分析装置。
  4. 【請求項4】分析項目を処理するための処理方法を記憶
    している記憶手段を備えた分析ユニットが異なる分析項
    目について複数個用意され、分析装置本体がその複数個
    の分析ユニットを装着されるように構成されるものであ
    って、該分析装置本体がサンプルを吸引するためのサン
    プリング手段と吸引されたサンプル、試薬を送液するた
    めの流体制御手段とサンプルの計測を行う検知手段と、
    前記分析ユニットの電気信号コネクタから分析ユニット
    の記億手段に記録されている処理方法を読み出して前記
    サンプリング手段、流体制御手段、検知手段を制御して
    1つのサンプルに対して複数の異なる分析項目の分析を
    行うことを特徴とする化学分析装置。
  5. 【請求項5】分析処理手順と計測データの処理方法を記
    憶している記憶手段と前記サンプルと試薬の混合手段と
    分析装置本体と接続される流体コネクタ、電気信号コネ
    クタを備えた分析ユニットと、サンプルを吸引するため
    のサンプリング手段と吸引されたサンプル、試薬を送液
    するための流体制御手段とサンプルの計測を行う検知手
    段を備えた分析装置本体で構成され、前記分析ユニット
    を該分析装置本体に装着することにより前記分析ユニッ
    トと分析装置本体の間で電気信号の伝達、サンプル、試
    薬の授受を行うことによりサンプルの分析を行うことを
    特徴とする化学分析装置。
  6. 【請求項6】1つ以上の混合反応手段と、サンプル、試
    薬の授受を行うための流体コネクタと、分析項目に適合
    した化学分析手法に対応して配置、配管されて前記流体
    コネクタ間を繋ぐ流路と、サンプルの処理手順と計測デ
    ータの処理方法が記録されている記憶手段と、該記憶手
    段に記憶されている記憶内容を伝達するための信号コネ
    クタを備えた分析ユニットであって、該分析ユニットを
    分析装置本体に装着することにより該分析装置本体に具
    備されている機器を前記サンプルの処理手順と計測デー
    タの処理方法に基づいて制御し、サンプルの分析を行う
    ことを特徴とする化学分析装置。
  7. 【請求項7】異なる分析項目の分析処理手順と計測デー
    タの処理方法を記憶している記憶手段を備えた複数の分
    析ユニットがそれぞれ装着されるように構成された分析
    装置本体であって、該分析装置本体がサンプルを吸引す
    るためのサンプリング手段と吸引されたサンプル、試薬
    を送液するための流体制御手段とサンプルの計測を行う
    検知手段と、前記分析ユニットの電気信号コネクタから
    分析ユニットの記億手段に記録されている分析処理手順
    を読み出して前記サンプリング手段、流体制御手段、検
    知手段を制御するためのコントローラと、分析ユニット
    の記憶手段に記録されている計測データの処理方法を読
    み出して計測データを処理するための信号処理器を備
    え、前記分析ユニットのそれぞれを前記分析装置本体に
    装着することにより前記各分析ユニットの分析が干渉し
    ないように前記サンプリング手段、流体制御手段、検知
    手段を制御してサンプルの分析を行うことを特徴とする
    化学分析装置。
  8. 【請求項8】分析ユニットが分析項目毎に複数用意さ
    れ、複数個の分析ユニット内のサンプル、試薬の流れを
    集合的に制御し、かつ集合的に各分析ユニットで処理し
    たサンプルを受取り、その物理的性質を計測するための
    分析装置本体が、各分析ユニットの流体コネクタおよび
    信号コネクタを一箇所に集めた集合的な流体コネクタと
    集合的な信号コネクタを備えており、サンプルを吸引す
    るためのサンプリング手段と、吸引されたサンプルや試
    薬を送液するための流体制御手段と、サンプルの計測を
    行う検知手段と、集合的な分析ユニット内の記憶手段に
    記録されている内容を集合的に読みだし、その内容に沿
    って上記サンプリング手段および流体制御手段、検知手
    段を制御するためのコントローラ、計測結果を処理する
    ための信号処理器、処理された結果を表示あるいは記録
    するための情報化手段、各分析ユニットの集合的な流体
    コネクタ、集合的な信号コネクタと接続し、サンプル、
    試薬の授受、およびサンプルの処理手順と計測データの
    処理方法に関する記録内容の伝達を行うための集合的な
    接続部を備えていることを特徴とする化学分析装置。
  9. 【請求項9】前記分析ユニットが、1つ以上の分離精製
    手段が分析項目に適合した分析手法に対応して配置され
    ているものである請求項1か8のいずれかに記載の化学
    分析装置。
  10. 【請求項10】前記分析ユニットが、処理後のサンプル
    を計測するための検知部と、該検知部での計測データを
    伝達するための信号コネクタが設けられ、該信号コネク
    タを介して分析装置本体が前記分析ユニットからの計測
    データを受け取り、該計測データを分析項目に適合した
    データ処理方法に基づいて処理する信号処理器を備えた
    請求項1から6のいずれかに記載の化学分析装置。
  11. 【請求項11】前記分析装置本体が、流体制御手段と検
    知部の動作を制御する駆動信号を分析ユニットから伝達
    するための信号コネクタを設けられたものである請求項
    4に記載の化学分析装置。
  12. 【請求項12】前記分析ユニットが試薬用の流路、サン
    プル用の流路、該2つの流路の合流部、該合流部に続く
    混合用の流路からなる混合反応手段を備えている請求項
    1から8のいずれかに記載の化学分析装置。
  13. 【請求項13】前記分析ユニットが分離精製手段を備え
    ているものであって、該分離精製手段がクロマトカラム
    である請求項1から8のいずれかに記載の化学分析装
    置。
  14. 【請求項14】前記分析ユニットが、試薬用の流路と、
    サンプル用の流路と、このうちの一方の流路が壁面に多
    数微小なノズルを備えるものであって、該微小なノズル
    を介して他方の流路と連通しているように構成された合
    流部からなる混合反応手段を備えている請求項1から8
    のいずれかに記載の化学分析装置。
  15. 【請求項15】前記分析装置本体が、複数の分析ユニッ
    トを接続する接続部を備えたものであって、該接続部を
    介して各々の分析ユニット内の流体の流れを制御するた
    めの流体制御手段と、前記複数の分析ユニット内の記憶
    手段から記録されている内容を読みだして、その記録内
    容に沿って各々の分析項目毎に流体制御手段と検知手段
    を制御するためのコントローラと、分析ユニットの記憶
    手段に記録されている計測データの処理方法を読みだし
    て、計測結果を処理するための信号処理器を備えている
    請求項1から6のいずれかに記載の化学分析装置。
  16. 【請求項16】前記分析装置本体が複数の分析項目に対
    応したサンプル処理手順および計測データを記録した記
    憶部を備え、該記憶部からの信号を読みだして流体制御
    手段や検知器を制御するコントローラおよび前記記憶部
    に記録されている計測データの処理方法を読みだして、
    その内容に沿って計測結果を処理するための信号処理器
    を備えた請求項1から6のいずれかに記載の化学分析装
    置。
  17. 【請求項17】前記化学分析ユニット内の一部または全
    部が微細加工により一体で製造されている請求項1から
    16のいずれかに記載の化学分析装置。
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