(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分析対象の各種溶液が収納される複数の測光セルと、該複数の測光セルを列状に並べて保持するとともに前記測光セルを列方向に搬送と停止を繰り返す搬送手段と、前記測光セルに光を照射し該測光セルを透過した光を受光して光電変換する分光ユニットと、該分光ユニットの光電変換出力を分析するアナライザとを備えてなる自動化学分析装置において、
前記分光ユニットは、測光セル列の一方の側面側の下方に配置され、かつ前記測光セルの側面に向って斜め上方に光束を出射する照射光源と、前記測光セル列の側面位置に設けられ、前記照射光源から出射される光を曲げて前記測光セルに入射させる分散プリズムと、該分散プリズムに対向させて前記測光セル列を挟んで反対側の側面位置に設けられ、前記測光セルの透過光を反射して前記測光セルに入射させるミラーと、前記照射光源から前記分散プリズムに至る光軸上に配置され、前記照射光源から出射される光を透過するとともに、前記ミラーにより反射して前記測光セルを透過し、前記分散プリズムによって前記照射光源の光軸方向に曲げられた透過光を反射して、該透過光の光軸を前記測光セル列の下方に曲げるビームスプリッターと、前記測光セル列の前記側面側の下方に配置され、前記ビームスプリッタで曲げられた前記透過光を受光して光電変換する光検出器とを備えて形成されたことを特徴とする自動化学分析装置。
【請求項２】
分析対象の各種溶液が収納される複数の測光セルと、該複数の測光セルを列状に並べて保持するとともに前記測光セルを列方向に搬送と停止を繰り返す搬送手段と、前記測光セルに光を照射し該測光セルを透過した光を受光して光電変換する分光ユニットと、該分光ユニットの光電変換出力を分析するアナライザとを備えてなる自動化学分析装置において、
前記分光ユニットは、測光セル列の一方の側面側の下方に配置され、かつ前記測光セルの前記側面側の鉛直上方に光束を出射する照射光源と、前記測光セル列の側面位置に設けられ前記照射光源から出射される光を曲げて前記測光セルに入射させる回折格子と、該回折格子に対向させて前記測光セル列を挟んで反対側の側面位置に設けられ、前記測光セルの透過光を反射して前記測光セルに入射させるミラーと、前記照射光源から前記回折格子に至る光軸上に配置され、前記照射光源から出射される光を透過するとともに、前記ミラーにより反射して前記測光セルを透過し、前記回折格子により前記照射光源の光軸方向に曲げられた透過光を反射して、該透過光の光軸を前記測光セル列の下方に曲げるビームスプリッターと、前記測光セル列の下方に配置され、前記ビームスプリッタで曲げられた前記透過光を受光して光電変換する光検出器とを備えて形成されたことを特徴とする自動化学分析装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の自動化学分析装置において、前記搬送手段は、前記複数の測光セルが環状に並べて載置される回転可能なターンテーブルを含んでなり、前記分光ユニットは、前記ターンテーブルに環状に並べて載置された測光セルの１つの列に対して複数個設けられていることを特徴とする自動化学分析装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の自動化学分析装置において、前記搬送手段は、同心状に配置されそれぞれ複数の測光セルを環状に並べて列状に載置するとともに互いに独立して回転する複数のターンテーブルを含んでなり、前記分光ユニットは、それぞれのターンテーブルに載置された環状の測光セルを対象として独立に設けられていることを特徴とする自動化学分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、試料に試薬を反応させ、この反応液内の特定成分の濃度を測定する自動化学分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
人体の血清等を試料として用い、これに所望の試薬を反応させこの反応液内の特定成分の濃度を比色法により測定して診断に供するようにしたディスクリートタイプの自動化学分析装置が知られている。
【０００３】
従来のディスクリートタイプの自動化学分析装置は、例えば米国特許４４５１４３３号に開示されており、図１５に示すように、複数の測光セル４を環状のターンテーブル３上に配列し、ターンテーブル３に近接して試料ボトル９、スライダ１０、サンプルピペッタ８からなる試料供給部と、試薬ボトル７、試薬分注器６からなる試薬供給部と、洗浄器１１と、光源ユニット１２と検出ユニット１３からなる分光測定部を持つ。コントローラ２がそれぞれの機構部に接続し、またアナライザ１４が前記分光測定部のフォトダイオードアレイ２４に接続されている。
【０００４】
ターンテーブル３が回転する間に、測光セル４への試料および、試薬の供給、分光測定、洗浄が行われる。試料の供給は、サンプルピペッタ８が動作して試料ボトル９から一定量の試料を測光セル４に分注して行われる。試薬の供給は試薬分注器６により行われ、測光セル４内で試料と試薬が反応する。洗浄は、洗浄器１１により測光セル４に洗浄液を給排して行われる。
【０００５】
分光測定は、分光測定部で光源２１から出た光束がレンズ２２、測光セル４を通り、回折格子２３で波長分離されたのち、フォトダイオードアレイ２４に入射し、入射光がフォトダイオードアレイ２４で光電変換されて行われる。測光セル４中の試料と試薬の反応物は、試薬の種類により、また試料中の特定成分の濃度により、特定波長の光の吸収率が変化する。測光セル４のなかに、光を減衰させる要素が入っていない参照セルがあり、この参照セルを通過した光が基準の光となる。したがって、フォトダイオードアレイ２４の特定波長に対応する素子が検出する光の強さを測定し、前記基準の光と比較して減衰率を算出し、アナライザ１４で分析すれば試料中の特定成分の濃度の情報が得られる。
【０００６】
この従来の装置によれば、複数の種類の試料を試料ボトル９に入れてスライダ１０上に並べると、スライダ１０が動いて試料ボトル９が１つずつサンプルピペッタ８の吸引位置になる位置に移動し、サンプルピペッタ８で吸引する試料を選択して複数の試料の分析を行うことができる。また、試薬ボトル７に複数の種類の試薬をセットし、試薬分注器６で選択的に測光セル４に分注すれば、複数の成分の分析が行える。これらの動作はコントローラ２で制御されるため、自動的に多項目の分析を複数の試料に対して行うことができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の装置では、十分な感度で光の吸収率を測定するためには、試料と試薬の反応物中を光束が通過する長さを一定の長さ以上にする必要があり、測光セル４の光束通過方向の厚さを薄くすることができなかった。このため、測光セル４の容積を小さくすることができないので、必要な試薬の量を減少するのが難しく、多量の試薬を収納しておく必要があるために装置のコンパクト化が困難であった。また、検出ユニット１３と光源ユニット１２が測光セル４を挟んで相対する位置に設置されるため、広い占有面積を必要とし、更に光学系や周辺の装置の配置が制限され、装置が大きくなった。
【０００８】
本発明は、測光セルの光束通過方向の厚さを薄くして容積を小さくでき、かつ測光セル列幅方向の分光光学系の占有面積を低減でき、装置をコンパクト化できる自動分析装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、分析対象の各種溶液が収納される複数の測光セルと、該複数の測光セルを列状に並べて保持するとともに前記測光セルを列方向に搬送と停止を繰り返す搬送手段と、前記測光セルに光を照射し該測光セルを透過した光を受光して光電変換する分光ユニットと、該分光ユニットの光電変換出力を分析するアナライザとを備えてなる自動化学分析装置において、前記分光ユニットは、測光セル列の一方の側面側の下方に配置され、かつ前記測光セルの側面に向って斜め上方に光束を出射する照射光源と、前記測光セル列の側面位置に設けられ前記照射光源から出射される光を曲げて前記測光セルに入射させる分散プリズムと、該分散プリズムに対向させて前記測光セル列を挟んで反対側の側面位置に設けられ、前記測光セルの透過光を反射して前記測光セルに入射させるミラーと、前記照射光源から前記分散プリズムに至る光軸上に配置され、前記照射光源から出射される光を透過するとともに、前記ミラーにより反射して前記測光セルを透過し、前記分散プリズムによって前記照射光源の光軸方向に曲げられた透過光を反射して、該透過光の光軸を前記測光セル列の下方に曲げるビームスプリッターと、前記測光セル列の前記側面側の下方に配置され、前記ビームスプリッタで曲げられた前記透過光を受光して光電変換する光検出器とを備えて形成されたことを特徴とする。
【００１０】
ここで、上記の分光ユニットに代えて、本発明の分光ユニットは、次のように構成することができる。すなわち、測光セル列の一方の側面側の下方に配置され、かつ前記測光セルの前記側面側の鉛直上方に光束を出射する照射光源と、前記測光セル列の側面位置に設けられ前記照射光源から出射される光を曲げて前記測光セルに入射させる回折格子と、該回折格子に対向させて前記測光セル列を挟んで反対側の側面位置に設けられ、前記測光セルの透過光を反射して前記測光セルに入射させるミラーと、前記照射光源から前記回折格子に至る光軸上に配置され、前記照射光源から出射される光を透過するとともに、前記ミラーにより反射して前記測光セルを透過し、前記回折格子により前記照射光源の光軸方向に曲げられた透過光を反射して、該透過光の光軸を前記測光セル列の下方に曲げるビームスプリッターと、前記測光セル列の下方に配置され、前記ビームスプリッタで曲げられた前記透過光を受光して光電変換する光検出器とを備えて構成することができる。
【００１１】
また、搬送手段を、複数の測光セルが環状に並べて載置される回転可能なターンテーブルを含んで構成し、分光ユニットは、ターンテーブルに環状に並べて載置された測光セルの１つの列に対して複数個設けた構成とすることができる。また、搬送手段は、同心状に配置されそれぞれ複数の測光セルを環状に並べて列状に載置するとともに互いに独立して回転する複数のターンテーブルを含んで構成し、分光ユニットは、それぞれのターンテーブルに載置された環状の測光セルを対象として独立に設けた構成とすることができる。
【００１２】
また、照射光源から照射される光束が測光セル内を通過する経路が、搬送手段の搬送方向に垂直な面に平行で、かつ水平方向に対して傾斜するようにしてもよい。また、光反射素子はキューブリフレクターとすることができる。
【００１３】
【作用】
本発明の場合は、試料と試薬を混合した反応液を収納した測光セルを搬送する経路の１部で、照射光源から出た光束が再び測光セルを透過するように配置されるために、測光セル内の反応液を２回光束が通過する。適当に選んだ試薬により、反応液は試料中の特定の成分の濃度に関連して特定波長の光を吸収する。反応液を通過した後の光束の強度を光検出器で検出し、吸収率を分析することで特定成分の濃度を得る。反応液を２回光束が通過するために、光の吸収が２回行われ、反応液中の光束の径路が２倍の長さを持った場合と同じ量の光の吸収が生じる。そのため、十分な感度で濃度の分析を行うために必要な測光セル内の反応液の厚みが従来の半分で済み、必要な試薬の量を減少することができる。したがって、装置に収納しておく試薬容器の容量を小さくすることができ、装置をコンパクト化することができる。
【００１４】
また、光束は、分散プリズムまたは回折格子を２回通過するので、波長による分散が２回行われ、光検出器上での波長による広がりが大きくなり、波長の分解能が高い正確な測定が可能である。また、分光ユニットが測光セルの片側から光束を照射検出し、測光セルの反対側には単純な光反射素子を配置する構成にすれば、複雑な光学系が測光セルの搬送径路の両側に配置されることがなく、装置の構成を単純化し、さらに、装置をコンパクト化できる。
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
【００１５】
図１は、本発明の第１実施例の平面図である。図において、自動化学分析装置１は、同心状に配置されて搬送系をなす半径が異なる３つのターンテーブル３ａ，３ｂ，３ｃと、それらターンテーブル上に各１列に環状に載置配列された複数の測光セル４と、前記ターンテーブル３ａ，３ｂ，３ｃをそれぞれ個別に内包する環状溝用の恒温槽５ａ，５ｂ，５ｃと、ターンテーブル３ａ，３ｂ，３ｃの一部を上から覆う形で配置された洗浄器１１と、該洗浄器１１のターンテーブル回転方向下流側にターンテーブルと独立に配置されたサンプルピペッタ８と、該サンプルピペッタ８に近接して配置され試料ボトル９を多列に置けるようになっているスライダ１０と、前記サンプルピペッタ８のターンテーブル回転方向下流側に配置され前記ターンテーブル３ａ，３ｂ，３ｃに載置された測光セル４に所定量の試薬を注入する試薬分注器６と、複数の試薬ボトル７を収納し前記試薬分注器６に配管で結ばれている冷却器１６と、前記試薬分注器６のターンテーブル回転方向下流側に、ターンテーブル３ａ，３ｂ，３ｃそれぞれに配置された分光ユニット１５ａ，１５ｂ，１５ｃと、これら分光ユニット１５ａ，１５ｂ，１５ｃから信号線で接続されているアナライザ１４と、洗浄器１１、サンプルピペッタ８、スライダ１０、試薬分注器６及びターンテーブル３ａ，３ｂ，３ｃに信号線で接続されているコントローラ２と、を含んで構成されている。
【００１６】
ターンテーブル３ａ，３ｂ，３ｃは互いに独立に回転可能となっているが、互いに同期して同速度での回転、同期しての停止を行うこともできるようにしてある。また、ターンテーブル３ａ，３ｂ，３ｃの上面は互いにほぼ同じ水平面に位置している。
【００１７】
測光セル４は、図２に示されているように、ターンテーブルに形成された開口に嵌め込まれており、その高さの半ば以上がターンテーブルの面より下方に位置している。ターンテーブル３ａ，３ｂ，３ｃに載置された測光セル４の数は、各ターンテーブルとも同数で、ターンテーブルの回転中心とターンテーブル３ａに載置された測光セル４の中心を結ぶ線上に、ターンテーブル３ｂ，３ｃに載置された測光セル４の中心がくるように配置されている。測光セル４の水平面での断面はほぼ正方形である。また、分析したい項目に対応する試薬が複数種類試薬ボトル７に入れられている。分析する試料は１本ずつ分けて試料ボトル９に入れ、スライダ１０に３列に並べて置かれている。サンプルピペッタ８は上下動、回転が可能であり、３ヶ所から同時に液を吸引吐出できる３本のピペッタがアーム８Ａの先端についている。
【００１８】
洗浄器１１、サンプルピペッタ８、スライダ１０、試薬分注器６の詳細構成は、従来、米国特許４４５１４３３に開示されているものと同様のものであり、詳細な説明は省略する。
【００１９】
上記構成の自動分析装置の動作を以下に説明する。ターンテーブル３ａ，３ｂ，３ｃは、それぞれに載置された測光セル４の中心がサンプルピペッタ８の直下になる位置で停止している。まず、サンプルピペッタ８のアーム８Ａが支点８Ｂを中心に回転して、スライダ１０上の１組の試料ボトル９の上で降下する。サンプルピペッタ８は、３本の試料ボトル９から同時に試料を吸引して上昇し、ターンテーブルに載置された測光セル４の上まで回転する。次いでサンプルピペッタ８が、３本（ターンテーブル３ａ，３ｂ，３ｃの各１本）の測光セル４に一定量ずつ試料を吐出すると、ターンテーブル３ａ，３ｂ，３ｃは同時に一定角度回転し、別の測光セル４がサンプルピペッタ８の下に来る。試料の吐出とターンテーブルの回転を繰り返して分析項目数の組の測光セルに一定量ずつ３種類の試料が注入される。このとき、サンプルピペッタ８は１組の測光セルに試料を注入するごとに試料ボトル９から試料を吸引するようにしてもよいし、複数組の測光セルに試料を注入したのち、試料ボトル９から試料を吸引するようにしてもよい。
【００２０】
ターンテーブル３ａ，３ｂ，３ｃが更に回転し、試薬分注器６の下に試料の分注された測光セル４が搬送されると、試薬分注器６は個々の測光セル４に試薬ボトル７から選択吸引した試薬を一定量分注する。測光セル４の中では、試料と試薬が混合されて反応液４０となり、試料と試薬の反応が行われる。測光セル４は恒温槽５ａ，５ｂ，５ｃの恒温液４１中にあるので、温度が一定に保たれており、反応速度が一定である。
【００２１】
さらに、ターンテーブルが回転し、測光セル４が分光ユニット１５ａ、１５ｂ、１５ｃをそれぞれ通過するときに分光測定が行われる。
【００２２】
分光測定後、ターンテーブルはさらに回転し、洗浄器１１から反応液４０が吸引排除され、さらに洗浄液を注入吸引することで測光セル４の内部は洗浄され、最後に液が全て吸引されて空になる。
【００２３】
上記一連の動作の間に、スライダ１０が動いて別の試料ボトル９の組がサンプルピペッタ８の吸引位置にセットされ、試料の吸引、注入、試薬の分注、測定が行われる。こうして、連続的に３個ずつの試料について複数項目の分析が行われる。これらの動作はコントローラ２により自動的に制御される。
【００２４】
図２は上記第１の実施例の分光ユニット１５を含む分光測定部の構成を示す図である。図示の分光ユニット１５は、恒温槽５の側壁下方に配置されて鉛直上方に光束３０を出射する照射光源２１と、恒温槽５の側壁付近の前記光束３０の光軸上に配置され該光束３０を直角に反射して恒温槽５の壁面を通して内部の測光セル４に入射させるミラー２６と、該ミラー２６と前記照射光源２１を結ぶ前記光軸に４５度の角度をなして配置されたビームスプリッター２５と、前記ミラー２６と測光セル４及び恒温槽５を挟んで対向する位置に配置され前記ミラー２６で反射されて測光セル４を透過してきた光束を同じ光路に反射するミラー２７と、該ミラー２７と恒温槽５の外壁面の間に配置された波長板２８と、前記ビームスプリッター２５で反射された光束が入射する位置に配置されたフォトダイオード２９と、を含んで構成されている。
【００２５】
照射光源２１は単色の、直線偏光の光束を出射するものである。照射光源２１から出射した光束３０の光路を直角に反射するミラー２６があり、折り返した光束が恒温槽５、測光セル４を透過した先でミラー２７で１８０度反射するようになっている。恒温槽５と測光セル４の光束が入射する面は、透明で平坦な材質でできている。恒温槽５内の恒温液４１は一定温度に制御された、正常な透明液体である。
【００２６】
ビームスプリッター２５は偏光成分により透過光と反射光の比率が変化するタイプのもので、波長板２８は直線偏光を円偏光に、円偏光を直線偏光に変換するものである。
【００２７】
照射光源２１からでた光束３０は、ビームスプリッター２５に対して最も透過率が高い偏光成分をもっており、大部分が透過して直進し、ミラー２６に入射する。ミラー２６に入射した光束３０は、このミラー２６で直角に反射されて恒温槽５の壁面を通って測光セル４の反応液４０に入射する。反応液４０を透過した光束は測光セル４と恒温槽５の壁面を通って波長板２８を通過し、波長板２８で円偏光に変換される。円偏光に変換された光束はミラー２７に入射して反射され、再び波長板２８を通過する。光束は今度は元の光束と直交する成分をもつ直線偏光に変換される。再び測光セル４、恒温槽５を透過した光束はミラー２６で直角に反射され、ビームスプリッター２５に入射する。ビームスプリッター２５では光束の大部分が反射されて、フォトダイオード２９の受光面に入る。
【００２８】
フォトダイオード２９に入射する光は、測光セル４内の反応液４０を２度通過しており、反応液による光の吸収を受けて減衰した光である。ターンテーブルに載置された測光セル４のなかには、反応によって生成される減衰要素を含まない液体が注入されている参照セルがあり、この参照セルを透過した光束を検出して得られた基準データと、前記減衰した光束を検出して得られた光強度の情報がアナライザ１４で分析され、結果が出力される。
【００２９】
この実施例の場合は、光束が２度反応液４０の中を通過するので、十分な精度で分析するために必要な光の吸収量を得るための反応液の厚さが光束が１回だけ通過する場合の半分ですむ。したがって、反応液４０の厚さが小さくて済む。また、測光セル４の断面は正方形であるため、厚さと共に幅も半分ですむ。したがって、測光セル４が厚さ、幅共に半分の大きさのために、測光セル４を載置すべき半径位置でのターンテーブルの周長はこれまでの半分で十分であり、したがってターンテーブルの直径も半分で済み、装置の小型化が可能である。
【００３０】
また、測光セル４の厚みが半分になるのに伴い、ターンテーブルを小型化することで、小出力の駆動装置でも回転の速度を上げることができるので、分析時間を短縮できる。
【００３１】
また、測光セル４の断面が正方形のため、内部での流れがスムーズになり、試薬と試料の混合、反応が効果的に行われ、洗浄も効果的に行われる。
【００３２】
また、照射光源２１とフォトダイオード２９が恒温槽５の下に配置され、恒温槽５の横には小さいミラー２６とミラー２７及び波長板２８が配置されているのみであるので、複数のターンテーブルを同軸に並べて設置することができる。この実施例では３列のターンテーブルであるが、更に増やすことも可能である。複数のターンテーブルを同軸で並べることにより、装置が小型化され、また複数試料の分析が同時に行え、分析時間を短くすることができる。
【００３３】
また、測光セル４の厚さ、幅が半分ですむので、反応液の量は１／４以下でよく、必要な試料、試薬の量は１／４以下となる。したがって試薬の消費量が減らせる。同様に洗浄液の必要量も１／４以下でよい。必要な試薬量が少ないため、試薬ボトル７を小さくすることができ、装置の小型化が図れる上に、冷却器１６の能力も小さくてすむ。
【００３４】
また、ターンテーブルおよび試薬ボトルを小型化することで、試薬ボトル７と試薬分注器６を結ぶ配管の長さを短くすることができる。この配管は、冷却器１６の外になるため、配管内に残った試薬は早く劣化するが、配管が短いために劣化する試薬の量を少なくすることができる。
【００３５】
また、この実施例の場合、直線偏光の照射光源２１とミラー２７を用いているために、光束３０がビームスプリッター２５を最初に通過する際と反射して戻ってくる際に偏光成分が９０度回転しており、２５により行きにはほとんど透過、帰りにはほとんど反射するため、光量の損失が少ない。また、恒温槽５や測光セル４の壁面で反射して戻ってくる光束は偏光成分が回転していないために、ビームスプリッター２５でほとんど透過するので、フォトダイオード２９には入射せず、分析の妨げとならない。従って、光強度の検出を高い分解能で行うことができ、高い精度の分析が可能である。
【００３６】
また、本実施例の場合、照射光源２１の出射する光束は単色であるため、回折格子などの分光素子を用いなくとも、特定波長に対する光吸収の分析が行えるため、装置構成が単純であり、小型化低コスト化が可能である。
【００３７】
なお、本実施例では、ターンテーブルを３重に配置し、各ターンテーブルに分光ユニットが１組づつ配置されているが、ターンテーブル１組に対し、複数組の分光ユニットを配置してもよい。このような配置とすれば、各分光ユニットがそれぞれ特定の波長の光を照射するようにしておくことにより、１個の測光セルに入った反応液に対し、複数の波長の光束による測定を行うことができ、使用する試料や試薬の量をさらに減らすことができる。
【００３８】
図３は本発明の第３の実施例の分光測定部の構成を示す図である。図示の構成では、恒温槽５、ターンテーブル３及び測光セル４等は前記図２のものと同一構成である。分光ユニットは、恒温槽５の斜め下方に配置され恒温槽５の外壁面に向かって斜め上方に光束３０を出射する照射光源２１と、恒温槽５の外壁面近傍の前記光束３０の光軸上に配置され入射する光束を屈折させて該外壁面にほぼ直角に入射させる波長分散素子である分散プリズム３１と、該分散プリズムと恒温槽５を挟んで対向する位置に配置され測光セル４を透過してきた光束を反射するミラー２７と、前記照射光源２１と前記分散プリズム３１とを結ぶ光軸上に該光軸と４５度の角度をなして配置され入射する光を直角に反射するビームスプリッター２５と、このビームスプリッター２５で反射された光を受光して光電変換するフォトダイオードアレイ２４と、を含んで構成されている。
【００３９】
この場合は照射光源２１は白色光源であり、幅広い波長成分をもつ。ビームスプリッター２５は、入射光のうち半分を透過し、半分を反射する。フォトダイオードアレイ２４は光強度の分布を測定できる。
【００４０】
この実施例の場合は、照射光源２１から平行ビームとして出射した光束３０が分散プリズム３１で波長毎に角度をもって広がって測光セル４を通過する。測光セル４を通過した光束は、ミラー２７で反射されて再び測光セル４を通過した後、再び分散プリズム３１に入射し、ここでまた角度を広げられ、ビームスプリッター２５に入射する。ビームスプリッター２５に入射した光束は、ここで反射されてフォトダイオードアレイ２４の検出面上に入射する。検出面上の照射強度分布は、波長毎の分布を表わす。フォトダイオードアレイ２４により検出した照射強度分布から、複数の波長に対する反応液４０の吸収率の情報が得られる。分析に用いる試薬の種類と、分析対象の成分により、吸収率の変化する波長は異なるが、この実施例の場合には、１つの分光測定部で必要な波長による分析結果を選択できるし、複数の波長による分析にも対応できる。また、分散プリズム３１を２回光束が通過するので、波長による分散が２回行われ、フォトダイオードアレイ２４上での波長による広がりが大きくなり、波長の分解能が高い正確な測定が可能である。
【００４１】
図４は本発明の第３の実施例の分光測定部の構成を示す図である。図３の場合と異なるのは、波長分散素子として、分散プリズムの代わりに回折格子３２を用いていることで、恒温槽５、ターンテーブル３、及び測光セル４等の構成は前記図３の場合と同じである。本実施例の分光ユニットは、恒温槽５の壁面下方に配置されてほぼ鉛直上方に光束３０を出射する照射光源２１と、恒温槽５の外壁面近傍の前記光束３０の光軸上に配置され入射する光束を反射して該外壁面にほぼ直角に入射させる波長分散素子である回折格子３２と、該回折格子３２と恒温槽５を挟んで対向する位置に配置され測光セル４を透過してきた光束を反射するミラー２７と、前記照射光源２１と前記回折格子３２とを結ぶ光軸上に該光軸と４５度の角度をなして配置され入射する光を直角に反射するビームスプリッター２５と、このビームスプリッター２５で反射された光を受光して光電変換するフォトダイオードアレイ２４と、を含んで構成されている。本実施例によれば、回折格子を用いることにより更に高い波長分解能での分析が可能である。
【００４２】
図５は本発明の第４の実施例の分光測定部の構成を示す図である。図示の分光ユニットは、測光セル４の斜め下方に配置されほぼ鉛直上方に光束３０を出射する照射光源２１と、該照射光源２１の直上の前記光束３０の光軸上に配置されたレンズ３７と、前記光束３０の光軸上でかつ前記測光セル４の反応液収容部分の水平横方向に配置され下方から入射する光束３０を反射して測光セル４にほぼ水平に入射させるミラー３５と、ミラー３５で反射されて測光セル４を透過した光束が入射する位置に配置され入射した光を反射して再び前記測光セル４に入射させるミラー２７と、このミラー２７に測光セル４を挟んで対向する位置に配置され測光セル４を透過してきた光をほぼ鉛直下方に反射するミラー２６と、このミラー２６で反射された光の光軸上に配置されたスリット３６と、前記ミラー２６で反射された光の光軸上のミラー２６とスリット３６を挟んで対向する位置に配置され入射する光束を上方に反射する波長分散素子である回折格子３２と、回折格子３２で反射された光を受光して光電変換するフォトダイオードアレイ２４と、を含んで構成されている。
【００４３】
照射光源２１からでた光束３０は、レンズ３７、ミラー３５を経て測光セル４を透過し、ミラー２７で反射され、再び測光セル４を通り、ミラー２６で反射されてスリット３６を通った後に、回折格子３２で反射されてフォトダイオードアレイ２４に入射、検出される。レンズ３７は光束３０がスリット３６上で収束するように構成、配置されている。この実施例の場合には、光束３０がスリット３６で絞られ、点光源として回折格子３２で分散されて測光されるので、光束３０が広がりを持っていても高い波長分解能で測定できる。また、波長の分解能はスリット３６、回折格子３２、フォトダイオードアレイ２４で決まり、ミラー３５や測光セル４、ミラー２７、ミラー２６の歪みや表面の傷等で光束が広がったりした場合でも、光束の広がりの分はスリット３６で除去できるので、表面精度の低い安価な要素を用いても高い精度の測定ができ、安価に装置を構成することが可能である。また、この場合には光束３０を反射するミラー３５が、ミラー２６と別に設けられているので、独立に調整可能で、調整が単純化できる。この図では、恒温槽を省略してあるが、恒温槽がある場合でも同じである。
【００４４】
図６は本発明の第５の実施例の分光測定部の構成を示す図である。図示の分光ユニットは、恒温槽５の側壁の下方に配置されほぼ鉛直上方に光束３０を出射する照射光源２１と、該照射光源２１の直上の前記光束３０の光軸上に該光軸と４５度の角度をなして配置されたビームスプリッター２５と、前記光束３０の光軸上でかつ前記恒温槽５の側壁の下部に接して配置され下方から入射する光束３０を反射させて測光セル４に搬送系の移動方向に垂直な面内で斜め上方に入射させる反射プリズム３３と、反射プリズム３３で反射されて測光セル４を透過した光束が入射する位置に配置され入射した光を同じ方向に反射して再び前記測光セル４に入射させるキューブリフレクター３４と、前記反射プリズム３３方向からビームスプリッター２５に入射した光が反射される方向に配置されたフォトダイオード２９と、を含んで構成されている。恒温槽５、ターンテーブル３及び測光セル４等は前記図２のものとほぼ同一の構成であるが、恒温槽５の壁面にキューブリフレクター３４と、前記反射プリズム３３が装着されている点が異なる。
【００４５】
この場合は、反射プリズム３３で反射し、測光セル４に対して斜め方向に光束３０を透過させ、キューブリフレクター３４により逆方向に光束を反射する。この実施例の場合には、光束が反応液４０の中を測光セル４の厚さ方向に斜めに２度通過するので、厚さ方向に平行に光束が通過する場合に比べて光路長が長くなる。そのため、分析に必要な光路の長さを確保するために必要な測光セル４の厚さを更に薄くすることができ、更に装置の小型化をできる効果がある。また、この実施例の場合には、光束の反射にキューブリフレクター３４を用いているので、光束がどんな角度で入っても逆方向に反射することができ、角度の微細な調整を行う必要がなく、組み立て調整が単純化できる。また調整用のスペースが不要なため、装置を小型化できる効果がある。また、この図のように、恒温槽５の外面に、反射プリズム３３及びキューブリフレクター３４を直接取り付けることで、間の空気層を無くし、光束の反射による損失を小さくする効果がある。恒温槽５を用いないで、測光セル４の外面にキューブリフレクター３４を取り付けた構成も可能である。
【００４６】
なお、これまでに述べた各実施例においては、測光セル４はターンテーブルに載置された状態での水平方向断面がほぼ四角形であることを述べたが、測光セル４は、この四角形の各辺が、ターンテーブルの周方向もしくは半径方向に平行になるようにターンテーブルに載置されている。特に、周方向に平行になる面はできるだけ互いに平行な面としておくのが望ましい。
【００４７】
図７は本発明の第６の実施例の分光測定部の構成を示す図である。本実施例において使用されている測光セル４は、これまでに説明した実施例で使用されている測光セルと異なり、上部に階段状になった段差部４Ａが形成され、反応液４０はこの段差部４Ａより高い位置まで注入されている。また、測光セル４の前記段差部４Ａ及び底面は透明な材料で構成されている。
【００４８】
図示の分光ユニットは、測光セル４の段差部４Ａの上方に配置され鉛直下方に光束３０を出射する照射光源２１と、該照射光源２１と測光セル４を挟んで対向する位置に配置され鉛直に測光セル４を透過してきた光束３０を鉛直上方に反射して再び同じ経路で測光セル４を透過させるミラー２７と、照射光源２１から出射された光束３０の光軸上に該光軸と４５度の角度をなして配置され測光セル４を透過してきた光束を直角方向（水平方向）に反射するビームスプリッター２５と、ビームスプリッター２５で反射された光束が入射する位置に配置されたフォトダイオード２９と、を含んで構成されている。
【００４９】
この場合は、照射光源２１及びフォトダイオード２９を測光セル４より上に設置し、測光セル４に対して上から光束３０を照射し、測光セル４の下に設置したミラー２７から反射した光束を検出する。測光セル４には、上部及び下部に透明な面を有し、上下の透明面を光束３０が通る。この実施例の場合には、測光セル４の側方には光学部品が配置されないので、装置構成が単純化できる。特にターンテーブルを多列化する場合、ターンテーブル相互の間にミラーを入れる必要がないので、ターンテーブルの半径方向間隔を狭くして配置することができる。また、恒温槽をターンテーブル毎に別々に設けず、共通化することができるので、更にターンテーブル相互間の半径方向間隔を狭めることができる。また、本実施例の場合には、反応液４０を深さ方向に光束が通過するので、測光セル４の横幅を小さくしても光束が通過する距離は減らない。従って、測光セル４の横幅を小さくして、装置の小型化と、試料、試薬の使用量の減少を可能にする効果がある。また、この実施例の場合には、光束を反応液４０の上から照射しながらも液面を通さないので、反応液の量の差や液面の揺れの影響を受けずに常に一定の光束の通過長さを保つことができ、高精度の分析が可能である。
【００５０】
図８は本発明の第７の実施例の分光測定部の構成を示す図である。本実施例は、分光ユニットの構成配置は、前記第６の実施例の場合と同じであるが、測光セル４の構成が異なっている。図の測光セル４は、ターンテーブルに載置された状態の測光セル４を、ターンテーブルの円周面に平行な面で切断して示したもので、底面の高さがターンテーブルの周方向位置で直線的に変化している。図の矢印はターンテーブルの回転方向を示している。
【００５１】
この場合も、照射光源２１及びフォトダイオード２９を測光セル４より上に設置し、測光セル４に対して上から光束３０を照射し、測光セル４の下に設置したミラー２７から反射した光束を検出する。図７と異なるのは、反応液４０の自由液面を通して光束３０が入射することと、測光セル４が進行方向に沿って深さが徐々に変化することである。本実施例の場合、透過光の測定は、ターンテーブルを回転させつつ断続的に行われる。
【００５２】
図９は、図８の装置の、フォトダイオード２９で検出される透過光強度の時間変化を示したグラフである。横軸は時間で、縦軸は透過光強度であり、特性６１、６２はそれぞれ反応液４０の量が少ない場合、及び多い場合の透過光の時間変化を表す。透過光強度は反応液４０により減衰した光束３０の強度であり、光束通過の長さが異なると透過光強度が異なる。この場合は測光セル４の反応液４０の深さが時間の経過（ターンテーブルの回転）とともに減少しているので、透過光強度は時間と共に増加する。反応液４０の量が正確に同じでない場合、同じ濃度でも透過光強度は異なり、図の特性６１、６２のように差が出る。これを時刻Ａ及び時刻Ｂの最低２回検出し、透過光強度の変化を演算し、そのタイミングの測光セル４の底面の高さの差の情報を用いて演算して、反応液４０の量の影響を除いた濃度の分析を行う。つまり、測光セル４の底面のターンテーブル周方向の傾斜角は既知であり、ターンテーブルの回転速度も既知であるから、時刻Ａと時刻Ｂの時間差から、測光セル４の底面の高さの差を知ることができる。
【００５３】
この実施例では、反応液４０の量が不正確でもその影響を補正した結果が得られるので、精度の高い分注手段を用いなくても高精度の分析が行える。また、測光セル４の形状が単純であるので、洗浄が効果的に行える。また、深さが直線的に徐々に変化しているので、透過光強度の信号も徐々に変化し、複数のタイミングでの検出が容易に行える。
【００５４】
図１０は、本発明の第８の実施例の分光測定部の構成を示した図である。図１０も前記図８と同じくターンテーブルの円周に平行な面での断面で示され、図８の場合と異なるのは、測光セル４の底部にターンテーブルの円周方向の位置によって高さの異なる２ヶ所の平坦な部分がある点であって、分光ユニットの構成そのものは同じである。透過光強度を示す特性６１、６２は、図１１に示したように、時刻Ａ及び時刻Ｂの前後が平坦になっている。この実施例の場合は、測光のタイミングが多少ずれても透過光強度は変化しないので、精度の高い分析が可能である。また、透過光検出の期間を長くすることができるので、ノイズの影響を除いた高精度分析が可能である。
【００５５】
図１２は本発明の第９の実施例の分光測定部の構成を示す図である。本実施例における分光ユニットの構成は、図７に示した構成を上下逆にしたものであり、ミラー２７が、段差部上方に配置されている。この場合は、照射光源２１及びフォトダイオード２９が測光セル４より下に設置され、測光セル４に対して下から光束３０が照射される。、測光セル４を下から上に向けて段差部を透過した光束は、測光セル４の段差部４Ａの上方に設置されたミラー２７で反射され、測光セル４内の同じ光路を下方に向けて逆行し、ビームスプリッター２５でそれまでの光路と直角に反射される。ビームスプリッター２５で反射された光束はフォトダイオード２９に入射し、透過光強度が検出される。測光セル４には、前記図７の場合と同様、上部の段差部水平面及び底面が透明な面を有し、上下の透明面を光束３０が通る。
【００５６】
この実施例の場合には、測光セル４の側方には光学部品が配置されないので、装置構成が単純化できる。特にターンテーブルを多列化（環状のターンテーブルを複数個、ターンテーブル面を同じ高さにして同心状に配置）する場合、列と列の間にミラーを入れる必要がないので、ターンテーブルの半径方向間隔を狭くすることができる。また、恒温槽をターンテーブル毎に別々に設けず、共通化することができるので、更にターンテーブル相互間の間隔を狭めることができる。また、本実施例の場合には、反応液４０を深さ方向に光束が通過するので、測光セル４の横幅を小さくしても光束が通過する距離は減らない。従って、測光セル４の横幅を小さくして、装置の小型化と、試料、試薬の使用量の減少を可能にする効果がある。また、この実施例の場合には、光束を反応液４０の自由液面を通さないので、反応液の量の差や液面の揺れの影響を受けずに常に一定の光束の通過長さを保つことができ、高精度の分析が可能である。
【００５７】
図１３は本発明の第１０の実施例の分光測定部の構成を示す図である。図示の分光測定部が、図１２の場合と異なるのは、ミラー２７が測光セル４の上方に設置された駆動機構３８に取り付けられており、測光セル４が測定部に入ってきたら、下降して反応液４０の中に入るようにしてあることと、測光セル４には段差部が設けられていないことである。測定後、ミラー２７は上昇して、図示しない洗浄機構で洗浄される。
【００５８】
この実施例の場合は、ミラー２７を反応液４０の中の所定の高さまで降下させるので、反応液の量の差や液面の揺れの影響を受けずに常に光束の通過長さを一定の値に保つことができ、高精度の分析が可能である。
【００５９】
なお、これまでに述べた各実施例では、ターンテーブル、洗浄器、試薬分注器、サンプルピペッタ、冷却器、スライダ、アナライザ、コントローラ等は、特に説明しないかぎり、第１の実施例と同一の構成である。
【００６０】
図１４は本発明の第１１の実施例の要部構成を示す平面図である。図示の自動化学分析装置は、搬送系を構成する閉ループをなしたコンベア４３と、該コンベア４３の上に１列に載置された測光セル４と、コンベア４３の一部を上面から覆う形で配置された洗浄器１１と、該洗浄器１１のコンベア進行方向下流側でコンベア４３の外周側にコンベア４３と独立に配置されコンベア４３上の測光セル４に到達できるように構成されたサンプルピペッタ８と、該サンプルピペッタ８のそばに配置され試料ボトル９を１列に置けるようになっているスライダ１０と、前記サンプルピペッタ８のコンベア進行方向下流側に配置されコンベア４３上の測光セル４に所定量の試薬を注入する試薬分注器６と、複数の試薬ボトル７を収納し試薬分注器６に配管で結ばれている冷却器１６と、前記試薬分注器６のコンベア進行方向下流側にコンベア４３の両側にまたがって配置された分光ユニット１５と、分光ユニット１５に信号線で接続されているアナライザ１４と、洗浄器１１、サンプルピペッタ８、スライダ１０、試薬分注器６及びコンベア４３に信号線で接続されているコントローラ２と、を含んで構成されている。
【００６１】
本実施例の分光ユニット１５は、図２乃至図１０のいずれに記載されたものでもよいが、図７、図８、図１０に記載された構成のものとするときは、ミラー２７を分光ユニットから外し、測光セル４の底部に組み込むか、あるいはコンベア４３の上面全体に亘って配置する等の考慮が必要である。本実施例では、測光セルを移動する搬送系として閉じたループをなすコンベア４３が用いられているので、搬送系の形状が円形である必要はなく、自由な形にできるから無駄な空間を減らし、装置を小型化することができる。
【００６２】
なお、上記各実施例では、ミラー２７はすべて測光セル４の外部に配置されているが、測光セル４それぞれの外壁面、底面外面あるいは段差部外面にミラー面を内側に向けて密着させた構成としてもよい。内壁面にミラー２７を装着することも理論的には可能であるが、ミラー面の汚れ等を考慮するとあまり好ましくない。
【００６３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば測光セルを小さくし、コンパクトに配置することができるので、小型で試料および試薬の必要量の小さい自動化学分析装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の平面図である。
【図２】図１に示す実施例の分光測定部の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施例の分光測定部の構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第３の実施例の分光測定部の構成を示す断面図である。
【図５】本発明の第４の実施例の分光測定部の構成を示す断面図である。
【図６】本発明の第５の実施例の分光測定部の構成を示す断面図である。
【図７】本発明の第６の実施例の分光測定部の構成を示す断面図である。
【図８】本発明の第７の実施例の分光測定部の構成を示す断面図である。
【図９】図８の実施例の信号の時間変化を示す概念図である。
【図１０】本発明の第８の実施例の分光測定部の構成を示す断面図である。
【図１１】図１０の実施例の信号の時間変化を示す概念図である。
【図１２】本発明の第９の実施例の分光測定部の構成を示す断面図である。
【図１３】本発明の第１０の実施例の分光測定部の構成を示す断面図である。
【図１４】本発明の第１１の実施例の分光測定部の構成を示す断面図である。
【図１５】従来の分析装置の例を示す平面図である。
【符号の説明】
１  自動化学分析装置              ２  コントローラ
３  ターンテーブル                ４  測光セル
５  恒温槽                        ６  試薬分注器
７  試薬ボトル                    ８  サンプルピペッタ
８Ａ  アーム                      ８Ｂ  支点
９  試料ボトル                    １０  スライダ
１１  洗浄器                      １２  光源ユニット
１３  検出ユニット                １４  アナライザ
１５  分光ユニット                １６  冷却器
２１  照射光源                    ２２  レンズ
２３  回折格子                    ２４  フォトダイオードアレイ
２５  ビームスプリッター          ２６  ミラー
２７  ミラー                      ２８  波長板
２９  フォトダイオード            ３０  光束
３１  分散プリズム                ３２  回折格子
３３  反射プリズム                ３４  キューブリフレクター
３５  ミラー                      ３６  スリット
３７  レンズ                      ３８  駆動機構
４０  反応液                      ４１  恒温液
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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