(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分注プローブが第１の容器内の液体に侵入するように前記分注プローブを下降させる手段と、
前記第１の容器内の液体を前記分注プローブを通じて第２の容器に分注する手段と、
前記第２の容器内の内容物を測定する手段と、
前記分注プローブと前記第１の容器内の液体との間の静電容量を測定する静電容量測定手段と、
前記分注プローブの動作を制御する制御手段と、
を備えた自動分析装置において、
前記制御手段が、
ａ．予め設定された位置まで前記分注プローブを降下させた後、該分注プローブを一時停止させ、
ｂ．前記ａ．で一時停止した位置での前記分注プローブと前記第１の容器内の液体との間の基準静電容量を測定し、
ｃ．前記分注プローブと前記第１の容器内の液体との間の静電容量を測定しつつ更に前記分注プローブを降下させ、測定される静電容量を前記ｂ．で得られた基準値と比較することにより液面位置を検出して、前記第１の容器内の液体に対する前記分注プローブの侵入深さを調整する機能を備えたことを特徴とする自動分析装置。
【請求項２】
請求項１記載の自動分析装置において、
前記分注プローブと前記第１の容器内の液体との間の静電容量の測定は前記分注プローブの一時停止以降に測定開始することを特徴とする自動分析装置。
【請求項３】
請求項１記載の自動分析装置において、
更に前記第１の容器の高さを検出する容器高さ検出手段を備え、
前記容器高さ検出手段により検出された容器高さに基づいて前記ａ．の予め設定された位置を設定することを特徴とする自動分析装置。
【請求項４】
請求項３記載の自動分析装置において、
前記第１の容器の高さを検出する手段が、前記容器の種類を判断し、
該種類に基づいて、予め記憶された容器種類毎の容器高さを、該容器の高さとして示すものを特徴とする自動分析装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の自動分析装置において、
前記設定位置まで前記分注プローブを降下させる際の速度が、前記分注プローブを一時停止後、更に降下させる際の速度に比べて速いことを特徴とする自動分析装置。
【請求項６】
分注プローブが第１の容器内の液体に侵入するように前記分注プローブを下降させる手段と、前記第１の容器内の液体を前記分注プローブを通じて第２の容器に分注する手段と、前記第２の容器内の内容物を測定する手段と、
前記分注プローブと前記第１の容器内の液体との間の静電容量を測定する静電容量測定手段と、
を備えた自動分析装置の液面検出方法において、
ａ．予め設定された位置まで前記分注プローブを降下させた後、該分注プローブを一時停止させるステップと、
ｂ．前記ステップａ．で一時停止した位置での前記分注プローブと前記第１の容器内の液体との間の基準静電容量を測定するステップと、
ｃ．前記分注プローブと前記第１の容器内の液体との間の静電容量を測定しつつ更に前記分注プローブを降下させ、測定される静電容量を前記ステップｂ．で得られた基準値と比較することにより液面位置を検出するステップと、
を含むことを特徴とする自動分析装置の液面検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、血液や尿などの生体試料を分析する分析装置に係わり、特に一方の容器から他方の容器へ分注プローブにより液体を分注する機能を備えた自動分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
血液や尿などの生体試料からなるサンプルの成分分析は、サンプルに試薬を混合し、反応液の色を光度計の如き測定手段を用いて行う。この分析行程を全自動化し、サンプル容器から反応ライン上の反応容器へのサンプル注入（分注），試薬混合，サンプルと試薬の混合液の光度計による測定，分析結果出力まで行う自動分析装置が普及している。
【０００３】
分注動作は、サンプル容器に入っている分注対象の液体内へ分注プローブの先端を侵入させ、液体をポンプ等を用いて吸入，反応容器へ吸入した液体を吐出して行う。その際、プローブの液体への侵入深さが大きいほどプローブ外壁への液体付着量が増す。プローブ外壁に付着した液体は、次に分析する異なる試料の分注時にその試料に混合されるいわゆるコンタミネーションの増大の原因となる。そこで、分注プローブのサンプル液体への侵入深さを極力低減する為に、容器内のサンプル液体の液面を検出しプローブの先端が液面より僅かに下に達した位置でプローブの下降動作を停止させ、次いでプローブ内へ所定量の液体を吸入するように動作制御するように制御されている。
【０００４】
液面を検出する手段としてはサンプルの持つ静電容量値や抵抗値の変化を検出する方式，光や超音波による屈折や反射，分注プローブ内液体の圧力変化を検出する方式等が知られている。静電容量値の変化で液面を検出する場合の概略検知過程を述べると次の通り。分注プローブ及びサンプル容器または容器保持部材を導電性材料で構成し、サンプル液体をはさんだ静電容量を測定する。まず、プローブ上死点での静電容量値を基準値として記憶，分注プローブが下降し液面に接触した場合の静電容量値の増加を検知し、本静電容量値の増加をトリガとし液面検知有と判断する。前述上死点を基準とする公知例としてＵＳＰ5,049,826 があげられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術を適用した自動分析装置において、分注対象のサンプルが入ったサンプル容器は、容器保持の一形態としてのサンプルディスクやラックに多数載置される。サンプル容器は、大きさの異なるものが複数種類用いられることが多いが、特に小さなサンプル容器の場合は、サンプルディスクやラックに直接セットすることもあれば、サンプルディスクやラックの容器装填部位に他の容器、又は補助保持具を設置した上に小容器を載せるようにして、間接的にセットすることもある。
【０００６】
上死点を基準とした液面検知動作の場合、液面検知開始位置から液面位置までの分注プローブの移動距離はサンプル容器種別により当然異なる。分注プローブ先端の浸漬量は分析性能上、極力低減させることが必須であるが、上述のとおり液面位置の所在が不明な為、液面検知開始位置以降は、常にどの位置でも停止できるように準備しながら分注プローブを下降させる必要がある。しかし、液面検知動作中の外乱ノイズ発生時、具体例としてはサンプル容器に帯電した静電気が分注プローブに放電した場合等、発生するノイズにより、液面検知手段が、液面を誤検出し、液面検出動作が適正に実行されない場合があった。誤検出を避けるため、液面有無を判定する時のノイズ許容幅を設けている。許容時間（許容幅）が長いほど幅の広いノイズも無視でき、耐ノイズ性が向上するが、一方、実液面の検知時は、プローブが液面に接触しているにもかかわらず、許容時間中はプローブが停止せずサンプルに突っ込むことになり、浸漬量が増加し分析性能上、悪影響を及ぼす可能性がある。従来は、浸漬量を極力低減させる為に、ノイズ許容幅を必要最小限に設定するのが一般的であったが、一方、このような設定では、ノイズの影響により液面を正しく把握できず、分注動作が正常に行えない場合があった。
【０００７】
本発明の目的は、ノイズの影響を無くし、かつ液面を正確に検知できる自動分析装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明によれば、分注プローブが第１の容器内の液体に侵入するように前記分注プローブを下降させる手段と、前記第１の容器内の液体を前記分注プローブを通じて第２の容器に分注する手段と、前記第２の容器内の内容物を測定する手段とを備えた自動分析装置において、前記第１の容器の高さを検出する手段を備え、該検出手段の検出結果に基づいて設定された位置まで、前記分注プローブを降下させた後、該分注プローブを一時停止させ、その後、再び前記分注プローブを降下させて前記第１の容器内の液体に前記分注プローブを侵入させることを特徴とする自動分析装置が提供される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例を図１から順を追って説明する。
【００１０】
図１は本発明が適用される自動分析装置の分注機構周辺部概略図である。以下に分析手順を説明する。サンプリング機構１のサンプリングアーム２は上下すると共に回転し、サンプリングアーム２に取り付けられたプローブ１０５を用いて、左右に回転するサンプルディスク１０２に配置されたサンプル容器１０１内の試料７を吸引し、反応容器１０６へ吐出するように構成されている。本図からもわかるようにサンプル容器１０１のサンプルディスク１０２への配置はサンプルディスク１０２上へ直接配置する場合や試験管（図示は無い）上にサンプル容器１０１を載せる事も可能なユニバーサルな配置に対応可能な構造のものが一般的である。又、試験管の長さは約５０mmから約１００mmのものが通常使用される。
【００１１】
図１における自動分析装置の構成をさらに説明する。回転自在な試薬ディスク１２５上には分析対象となる複数の分析項目に対応する試薬のボトル１１２が配置されている。可動アームに取り付けられた試薬分注プローブ１１０は、試薬ボトル１１２から反応容器１０６へ所定量の試薬を分注する。
【００１２】
サンプル分注プローブ１０５は、サンプル用シリンジポンプ１０７の動作に伴ってサンプルの吸入動作、及び吐出動作を実行する。試薬分注プローブ１１０は、試薬用シリンジポンプ１１１の動作に伴って試薬の吸入動作、及び吐出動作を実行する。各サンプルのために分析すべき分析項目は、キーボード１２１、又はＣＲＴ１１８の画面のような入力装置から入力される。この自動分析装置における各ユニットの動作は、コンピュータ１０３により制御される。
【００１３】
サンプルディスク１０２の間欠回転に伴ってサンプル容器１０１はサンプル吸入位置へ移送され、停止中のサンプル容器内にサンプル分注プローブ１０５が降下される。その下降動作に伴って分注プローブ１０５の先端がサンプルの液面に接触すると液面検出回路１５１から検出信号が出力され、それに基づいてコンピュータ１０３が可動アーム２の駆動部の下降動作を停止するよう制御する。次いで分注プローブ１０５内に所定量のサンプルを吸入した後、分注プローブ１０５が上死点まで上昇し、サンプリングアーム２が水平方向に旋回し反応ディスク１０９上の反応容器１０６の位置でサンプル分注プローブ１０５を下降し反応容器１０６内へ保持していたサンプルを吐出する。サンプルが入った反応容器106が試薬添加位置まで移動された時に、該当する分析項目に対応した試薬が試薬分注プローブ１１０から添加される。サンプル、及び試薬の分注に伴ってサンプル容器１０１内のサンプル、及び試薬ボトル１１２内の試薬の液面が検出される。サンプル、及び試薬が加えられた反応容器内の混合物は、攪拌器１１３により攪拌される。反応容器列の移送中に複数の反応容器が光源１１４からの光束を横切り、各混合物の吸光度、あるいは発光値が測定手段としての光度計１１５により測定される。
【００１４】
吸光度信号は、Ａ／Ｄ変換器１１６を経由しインターフェース１０４を介してコンピュータ１０３に入り、分析項目の濃度が計算される。
【００１５】
分析結果は、インターフェース１０４を介してプリンタ１１７に印字出力するか、又はＣＲＴ１１８に画面出力すると共に、メモリとしてのハードディスク１２２に格納される。測光が終了した反応容器１０６は、洗浄機構１１９の位置にて洗浄される。洗浄用ポンプ１２０は、反応容器へ洗浄水を供給すると共に、反応容器から廃液を排出する。
【００１６】
図１の例では、サンプルディスク１０２に同心円状に３列のサンプル容器101がセットできるように３列の容器保持部が形成されており、サンプル分注プローブ１０５によるサンプル吸入位置が各々の列に１個ずつ設定されている。
【００１７】
次に、静電容量検知式の液面検知手段を用いた例に基づき、本発明を図２から図６を用いて説明する。図２は液面検知時の動作シーケンス図、図３は従来の下降動作制御図、図４は従来の静電容量検出図、図５は本発明による下降動作制御図、図６は本発明による静電容量検出図をそれぞれ示す。又、図４，図６内のＣｘはプローブ１０５に加わる静電容量値をそれぞれ示す。先ず図２から図４を用い従来の液面検知動作を説明する。図２はサンプル分注プローブ１０５が上死点から下降開始し液面検知するまでのサンプル容器１０１側断面図内での状態遷移図を示す。
【００１８】
プローブ１０５は静電容量値を基準として記憶し上死点位置（Ａ）から下降を開始する。下降距離、つまり下死点までの距離はサンプル容器としてどの容器が配置されているか不明である為、たとえサンプル容器１０１が配置されていたとしても、図３に示すように常に理論上要求される最大ストローク分の物理量を限られた動作時間内で高速移動することが要求される。つまり移動ストローク内で明らかに液面検知が不要な範囲でも常に液面検知可能にしておく必要があり、外乱ノイズの影響を受け易い構成であった。次にプローブ１０５は下降を続けプローブ１０５先端が液面に接触した場合、静電容量値の増加量を検知しプローブ１０５の下降を停止する。しかしながら図４に示すようにサンプル容器１０１、特に内部が静電気で帯電していた場合、図３内のサンプル容器１０１上端の数mm上部（Ｂ）に示す位置で、静電気の集電効果によりプローブ１０５先端に放電される。よって本印加ノイズにより誤って液面検知有と判断されプローブ１０５の下降を停止する可能性を有していた。放電位置は帯電量やサンプル容器１０１材質にも依存するが誤検知を引起こす程度のノイズが発生する場合は帯電量も大きく（Ｂ）付近で放電される場合が殆どである。
【００１９】
次に本発明による液面検知動作を図２，図５，図６を用い説明する。図２は前述のとおりサンプル分注プローブ１０５が上死点から下降開始〜液面検知する間のサンプル容器１０１側断面図内での状態遷移図を示す。プローブ１０５は上死点位置（Ａ）から下降を開始しサンプル容器１０１上端の数mm上部（Ｂ）で数百ｍｓ間一時停止する。上死点位置（Ａ）〜サンプル容器１０１上端付近迄の下降動作では液面検知せず一定量の下降動作のみ行う。下降距離はサンプル容器高さ検出部１５０の検出結果に基づき算出される、サンプル容器高さに対応した適当な下降量と同様に算出される適当な下降速度を設定しプローブ１０５を下降させた後に一時停止する。本移動範囲では前述の通り液面検知しない、つまり従来技術ではサンプルが存在せず明らかに液面検知不要な位置でも外乱ノイズの影響により誤検知する可能性が多々あったが、本発明では当該位置での誤検知は有り得ない為、更なる信頼性の向上が可能となる。次工程としてサンプル分注プローブ１０５は液面検知動作を行う為に更に下降するが下降直前に液面検知用の基準値を取得する。下降距離は既下降量から必然的に算出され、下降速度も同様に算出される。しかし本速度は液面誤検知の精度を向上する為に液面有無を判定する時のノイズ許容幅が最大限確保でき、且つプローブ１０５のサンプルへの浸漬量も許容できる値を設定することが必須である。
【００２０】
次に一時停止位置（Ｂ）で停止した場合の更なる効果について記す。
【００２１】
従来の技術として上述したとおりサンプル容器１０１が静電気で帯電していた場合、液面検知動作として上死点位置（Ａ）から下降し上端部数mm上（Ｂ）に達すると、サンプル容器１０１に帯電していた静電気が集電効果によりプローブ１０５先端に放電される。つまり従来技術では液面検知過程中に外乱ノイズとして印加され、液面誤検知の大きな要因として考えられるサンプル容器１０１からの静電気ノイズを本発明では液面検知無効時に促進させ、液面検知時に静電気ノイズで誤検知する要因を大幅に減少させることが可能となる。又、本説明では図２に基づきサンプル容器１０１と記したが、上述効果はサンプル容器１０１に限らず図７に示す様に検体容器として用いられる試験管等の他容器においても同様な効果が期待できる。
【００２２】
一定量下降時の一時停止位置（Ｂ）として用いられる具体的な数値を掲げると一時停止位置はサンプル容器上端部の高さから上端部から５mmの間の範囲、好ましくは容器上端部から２mm前後上方がサンプル容器に帯電している静電気を十分放電させるに適当な距離という観点から好ましい。容器にいっぱいに試料を入れた場合に、表面張力による試料の盛り上がりを考慮すれば、容器上端部から２mm上方という値は、試料にプローブが接触しないぎりぎりの位置という意味でも意味がある。
【００２３】
また、液面検知用の基準値取得のために分注プローブを一時停止させておく時間であるが１００ｍｓ〜１０００ｍｓ、好ましくは５００ｍｓ程度が、静電気を十分放電する時間の観点から望ましい。静電気の放電時間は平均すれば５０ｍｓ程度であり、また基準となる静電容量の安定して測定するためには５０ｍｓ程度が必要となるため、最短でも１００ｍｓの静止が必要であり、更に測定マージンを確保する観点からは、より長い時間の静止が好ましい。但し、むやみに静止時間を長くすると分注に要する時間が長くなるため、静止時間の上限は、測定にかけられる時間とのトレードオフで適宜選択される。又、前述停止位置、及び経過時間はサンプル容器１０１に限らず試験管等の他の容器でも同様な値が好ましい。下降速度としてはサンプリング機構１上下動作の分解能によるがあえて一例を上げると、パルスモータを用い上下駆動の分解能が０.１mm／ｐ 程度の場合２,０００pps〜４,０００pps程度が現実的な値と言えるであろう。
【００２４】
また、上記においては特に静電容量の測定により液面を検知する手段について説明したが、分注プローブを容器上方で一旦停止させるのは、安定した液面検知のための、基準値測定の観点からは、静電容量の測定だけではなく、抵抗値の変化，光や超音波による屈折や反射，分注プローブ内の圧力変化を検出することにより液面を検出する方式にも有効である。
【００２５】
次に本発明による別事例を図７，図８，図９を用い以下に説明する。各図の概略説明は次の通り、図７は液面検知時の動作シーケンス図、図８は本発明による下降動作制御図、図９は本発明による静電容量検出図をそれぞれ示す。図７から容易にわかるように本事例では本発明をサンプル容器として試験管を使用した場合の実施例を示す。サンプル容器として試験管６が用いられる場合、プローブ１０５と試験管６間の相対位置の確保、つまり試験管６の倒れを防止する為に、試験管６上部を保持すべく図７に示す様に容器保持部８が具備されるのが一般的である。前事例と同様にプローブ１０５は上死点位置（Ａ）から下降を開始し試験管６の上端の数mm上部（Ｂ）で数百ｍｓ間一時停止して液面検知用の基準値を取得し液面検知の為に更に下降する。サンプル容器として試験管８を用いた場合、前事例で述べたサンプル容器１０１と比較し液面検知可能範囲をより長く設定する必要がある。この為、図８に示す様に液面検知時の時間を確保すべく、つまり液面検知時にできるだけ低速度で検知できるように上死点位置（Ａ）〜試験管上端部（Ｂ）間の移動速度は前事例と比較し高速度で移動する必要がある。
【００２６】
次に一時停止位置（Ｂ）で停止した場合の効果について記す。プローブ１０５が下降し一時停止位置（Ｂ）で停止した場合は図９に示すように容器保持部８の持つ浮遊容量ＣｆによりＣｘは増加する。よって従来技術の様に上死点位置(Ａ)を液面検知の基準値として用いた場合、Ｃｆの増加分で誤検知する可能性が有していた。しかし本発明では一時停止位置（Ｂ）で液面検知の基準値を取得する為、容器保持部８の持つ浮遊容量Ｃｆの影響を回避でき、より安定で且つ高精度な検知が可能となる。
【００２７】
又、図８，図９の一点鎖線に示した様に液面検知後に試料７自体が帯電した場合や気泡等の影響によりプローブ１０５が液面を外れた場合のリカバリーとして同位置から更に下降し再度液面を行うことにより、更に信頼性の高い分注機構を提供することが可能となる。上述再下降は装置処理能力の観点から同一分析サイクル内で行っても良いし、サンプル分注精度の観点から次サイクルで実施しても構わない。又、前述リカバリー要否を判断する詳細な手法は本事例内では記さないが液面検出回路１５１での検知レベルをプローブ１０５停止後の数百ｍｓ間を周期的に監視する等の手段により容易に実現できる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、サンプル容器保持手段に対し配置されているサンプル容器内サンプルの液面検知動作における基準値取得時の下降動作制御、及び液面接触時の下降制御動作を最適化することにより、サンプル容器の種別に依らず当該容器からの静電気放電や外乱ノイズに対する耐量を大幅に向上し、更にサンプル容器内サンプルへのプローブの浸漬量を最適な値まで削減することが可能となる。従って、試料のキャリーオーバーを低減し、試料間のコンタミネーションを少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される自動分析装置の全体構成を示す概略図。
【図２】液面検知時の動作シーケンス図。
【図３】従来の下降動作制御図。
【図４】従来の静電容量検出図。
【図５】本発明による下降動作制御図。
【図６】本発明による静電容量検出図。
【図７】本発明による動作シーケンス図。
【図８】本発明による下降動作制御図。
【図９】本発明による静電容量検出図。
【符号の説明】
１…サンプリング機構、２…サンプリングアーム、７…試料、１０１…サンプル容器、１０２…サンプルディスク、１０３…コンピュータ、１０５…サンプル分注プローブ、１０６…反応容器、１１０…試薬分注プローブ、１１２…試薬ボトル、１１３…攪拌器、１１４…光源、１１５…光度計、１１８…ＣＲＴ、121１２１…キーボード、１２５…試薬ディスク。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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