(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吸引する吸引ノズルを備えた、液体を一定量吸引する定量吸引装置であって、
前記吸引ノズルの先端に装着された、下端に吸引口を有する前記一定量の容積の定容積室と、該定容積室の上端の隔壁に設けられ該定容積室の断面積より小さい断面積の連通孔とを備えた定量吸引チップと、
該定量吸引チップの定容積室に吸引圧力を作用させ、該定容積室に液体を吸引する吸引ポンプと、
吸引圧力を検出し液体が前記定容積室を満たし前記連通孔に到達した際の吸引圧力変化を判別して前記吸引ポンプによる吸引動作を停止させる制御部とを備えたことを特徴とする定量吸引装置。
【請求項２】
前記定量吸引チップが、前記定容積室の上部に、前記吸引ノズルの先端外周部に嵌合する嵌合部を有することを特徴とする請求項１に記載の定量吸引装置。
【請求項３】
前記定量吸引チップが、前記定容積室と前記嵌合部とが分割形成され、両者を係合一体化して構成されていることを特徴とする請求項２に記載の定量吸引装置。
【請求項４】
前記定量吸引チップが、前記定容積室における前記連通孔の上部に、前記吸引ノズルの先端部と係合する係合部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の定量吸引装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分析装置などにおいて液体を一定量吸引する際に使用する定量吸引装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
定量分析等においては、検体等の液体を一定量だけ吸引し、分析素子等に吐出点着することが行われる。このような測定においては、液体を規定されている所定量だけ正確に吸引・供給することが測定精度を高める点で重要である。
【０００３】
従来より液体の定量吸引を行う場合には、シリンジ等の吸引ポンプを使用して吸引したい液量分の空間体積を変化させ、その圧力を吸引ノズルに作用させて定量吸引している。つまり、吸引液体の液量分に相当する容積だけエアを吸引してなる負圧を吸引ノズルに作用させ、その容積分だけの液体を吸い上げるものである。
【０００４】
また、液体を吸引ノズルによって直接吸引すると、液体の種類が代わる毎に吸引ノズルを洗浄する必要が生じるが、これでは前の液体が残留することによるコンタミネーションが発生して測定精度が低下したり、洗浄処理中の稼働率の低下による測定能力不足が生起することから、吸引ノズルにチップを装着して、このチップ内に液体を吸引し、液体が代わった際にはチップを新しいものと交換することが行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記チップを使用した液体の吸引において、このチップ内に吸引ポンプ側の負圧調整で一定量の液体を正確に吸引保持することは困難である。つまり、液体の表面張力、粘度、チップ内壁の濡れ性などにより、チップ内に吸引された液体に吸引力に抗する力が発生し、吸引ポンプ側で吸引したい液量分の空間体積を変化させても、実際にチップ内に吸引される液量は設定量より少なくなり、吸引精度が低下することになる。
【０００６】
上記点に対して、チップ表面の撥水性を高めて濡れ性の影響を低減することが考えられるが、吸引する液体の表面張力、粘度等の未知の値に対する対処はできず、その影響を受けて吸引量に誤差が発生し、分析測定精度等の低下要因となっている。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、吸引する液体の表面張力、粘度またチップ内壁の濡れ性などに影響を受けることなく一定量の液体を精度よく吸引できるようにした定量吸引装置を提供せんとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明の定量吸引装置は、液体を吸引する吸引ノズルを備えた、液体を一定量吸引する定量吸引装置であって、
前記吸引ノズルの先端に装着された、下端に吸引口を有する前記一定量の容積の定容積室と、該定容積室の上端の隔壁に設けられ該定容積室の断面積より小さい断面積の連通孔とを備えた定量吸引チップと、
該定量吸引チップの定容積室に吸引圧力を作用させ、該定容積室に液体を吸引する吸引ポンプと、
吸引圧力を検出し液体が前記定容積室を満たし前記連通孔に到達した際の吸引圧力変化を判別して前記吸引ポンプによる吸引動作を停止させる制御部とを備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
前記定容積室の上部に、吸引ノズルの先端外周部に嵌合する嵌合部を有する構造とすることができる。また、前記定容積室と嵌合部とを分割形成し、両者が係合一体化される構造とすることができる。さらに、前記定容積室における連通孔の上部に、吸引ノズルの先端部と係合する係合部を設けた構造とすることができる。
【００１１】
前記定量吸引チップにおける定容積室の隔壁に形成する連通孔と定容積室の断面積の差は、この連通孔の部分に吸引された液体が到達した際の圧力変化を検出する圧力検出感度に対応して十分な圧力変化が得られる面積差に設定される。
【００１２】
【発明の効果】
上記のような本発明によれば、一定容積の定容積室と断面積が変化する連通孔を有する定量吸引チップを用いることで、吸引に伴って液体が連通孔に到達した時点の圧力変化で吸引を停止して定容積室を満たした定量液体の吸引が行え、良好な吸引精度を確保できる。これにより、吸引する液体の表面張力、粘度、チップ内面の濡れ性等による影響を受けることなく、定容量の液体を吸引でき、また、吸引量の変更に対して定容積室の容積を変更すれば吸引ポンプ側の吸引量の変更制御が不要であり、制御面でも有利となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。図１は一例の定量吸引チップを吸引ノズルの先端に装着した状態の断面図である。図２は吸引に伴う圧力変化の一例を示すグラフである。
【００１４】
本実施形態の定量吸引チップ１は、全体としてピペット状であり、下端に液体が流入する吸引口１１を有し、この吸引口１１につながる空間が所定量の容積を有する定容積室１２に設けられている。定容積室１２の上端部には隔壁１３が設けられ、隔壁１３の上部には吸引ノズル５に対する嵌合部１４が一体に設けられている。嵌合部１４は内径が徐々に増大する円錐状に設けられ、上部から吸引ノズル５の先端部外周のテーパー面が密に嵌合され、その嵌合力により定量吸引チップ１が吸引ノズル５に保持される。
【００１５】
前記定容積室１２の隔壁１３には連通孔１５が形成され、この連通孔１５の断面積（開口面積）は定容積室１２の断面積（図示の場合、吸引口１１の開口面積）より小さく形成され、この連通孔１５の下端開口部分で断面積が段状に変化する。前記吸引ノズル５の中心部には軸方向に貫通するエア通路５ａが形成され、吸引圧力が連通孔１５を通して定容積室１２に導入される。
【００１６】
そして、上記定量吸引チップ１では、吸引口１１から液体Ｌ（図３参照）を吸引した際に、液体Ｌが定容積室１２を満たして連通孔１５に到達した際に、この連通孔１５の部分で断面積が小さくなるのに伴って吸引圧力が変化するのを検出判別して吸引動作を停止し、定容積室１２にその容積分の液体Ｌを精度よく吸引するものである。
【００１７】
図２には、前記定量吸引チップ１への負圧の導入により液体Ｌの吸引を行う際の圧力変化に対応した検出信号の電圧変動を示し、(Ａ)は検出圧力波形であり、(Ｂ)はその変動を変換した微分波形である。
【００１８】
まず、先端に定量吸引チップ１を装着した吸引ノズル５が下降作動され、吸引口１１が液体Ｌの表面に接触したａ点から吸引を開始する。このａ点では、吸引口１１が液体Ｌで閉じられ、それまでエアを吸引していたときの吸引抵抗から液体Ｌを吸い上げるために抵抗が増大するのに伴い(Ａ)の圧力が低下（吸引負圧は上昇）する。(Ｂ)の微分波形はその変化に応じてマイナス方向に大きく変動する。ａ点を過ぎると圧力がほぼ安定した状態で定容積室１２への液体Ｌの吸引が継続される。
【００１９】
そして、吸引した液体Ｌが定容積室１２を満たしたｂ点で、液体Ｌの上面が隔壁１３の連通孔１５に到達する。このｂ点では、連通孔１５の断面積が小さくなることで、(Ａ)の圧力はさらに低下（吸引負圧は上昇）し、(Ｂ)の微分波形はその変化に応じてマイナス方向に変動する。このｂ点での圧力変化を、例えば上記(Ｂ)の微分波形の変動量の大きさ（電圧）によって判別し、この時点で吸引動作を停止することで定容積室１２に液体Ｌが満たされた定量吸引を行うことができる。図２ではｂ点経過後も吸引を継続した状態の圧力変動を示している。
【００２０】
なお、連通孔１５の部分での圧力変化が検出感度に対応して十分な大きさとなるように、前記連通孔１５と定容積室１２との断面積差を設定する。その圧力変化（微分波形）の大きさに応じた閾値を設定することで、定容積室１２に液体Ｌが満たされるまでの吸引時における微小圧力変動と区別し、確実な判別動作を得る。
【００２１】
上記のように、定容積室１２および連通孔１５を有する定量吸引チップ１を使用することでその吸引圧力の変化から定容積室１２の容積に対応した一定量の液体Ｌの吸引が精度よく行える。また、前記定容積室１２の容積が異なる定量吸引チップ１を用意することで、異なる容積の液体Ｌの定量吸引が行える。
【００２２】
図３は前記定量吸引チップ１を使用する定量吸引装置の概略機構図である。この定量吸引装置２０は、定量吸引チップ１が嵌着される吸引ノズル５を備え、このノズル５には先端部に開口するエア通路５ａを有し、エア通路５ａには吸引ポンプ２１からのエア回路６が接続されている。吸引ポンプ２１はシリンジポンプ等の脈動変化の小さい負圧を生成するものが使用され、この吸引ポンプ２１はモーター２２によって駆動される。図示のシリンジポンプによる吸引ポンプ２１の場合、モーター２２の正転または逆転駆動に応じて内部のピストン部材２１ａを移動させて負圧および正圧を発生させるものであり、その圧力はエア回路６によって吸引ノズル５内部のエア通路５ａを介して定量吸引チップ１の連通孔１５を通して定容積室１２に導入される。
【００２３】
また、上記エア回路６には吸引圧力を検出する圧力センサ２３が接続され、この圧力センサ２３の検出信号は制御部２５に送出され、制御部２５では検出圧力の変化に基づき、定量吸引チップ１の定容積室１２に液体Ｌが満たされた時点（ｂ点）を判別して、モーター２２に停止信号を出力し、吸引ポンプ２１による吸引作動を停止させるように制御する。
【００２４】
次に、上記定量吸引装置２０を用いた吸引方法を説明する。まず定量吸引チップ１内に液体Ｌを吸引するべく、この定量吸引チップ１が初期位置から液体Ｌを収容した容器７の上方にセットされる。この後吸引ノズル５を下降させ、定量吸引チップ１の先端が液面に達すると所定量浸漬した状態でその下降が停止される。そして、液体Ｌの吸引が開始され、前述のように定容積室１２に液体Ｌが満たされ連通孔１５に到達した時点の圧力変化の判別により吸引動作を停止し、その後、吸引ノズル５の上昇に応じて定量吸引チップ１が上昇する。
【００２５】
なお、容器７の液面へのチップ先端の浸漬量は、液体Ｌの粘度等に応じ液体Ｌの吸引が途中で途切れないように、かつ定量吸引チップ１の上昇時に吸引口１１の周囲に液体Ｌが付着しないような値にコントロールされている。
【００２６】
次に、図４は他の実施の形態の定量吸引チップ２を示す断面図である。この例では、吸引液量の変更に対して、定容積室１２の部分が交換可能に設けられている。
【００２７】
本実施形態の定量吸引チップ２は、定容積室１２の部分と嵌合部１４の部分とが分割形成され、定容積室１２の部分は先端に吸引口１１を有し、定容積室１２の上端に設けられた隔壁１３に通路断面積が小さくなるように変化する連通孔１５が開口されている。隔壁１３の上部には、嵌合部１４の先端に設けられた係合凸部１６と密に係合する係合凹部１７が形成されている。嵌合部１４の係合凸部１６には隔壁１３の連通孔１５と連通するエア孔１８が開口される。なお、定容積室１２と嵌合部１４との係合における凹凸形状は、図示の場合と逆に、定容積室１２側に係合凸部を嵌合部１４側に係合凹部を設けるようにしてもよい。
【００２８】
本実施の形態においては、吸引ノズル５に嵌着される嵌合部１４は液体Ｌに非接触で、吸引定量の変更時または液体Ｌの変更時には、定容積室１２のみ変更するか捨てることで対応できる。
【００２９】
図５はさらに他の実施の形態の定量吸引チップ３を示す断面図である。この例では、定量吸引チップ３は実質的に定容積室１２の部分のみで構成され、吸引ノズル５の形態が前述の実施の形態のものとは異なっている。
【００３０】
本実施形態の定量吸引チップ３は、先端に吸引口１１を有する定容積室１２の上端に設けられた隔壁１３に、通路断面積が小さくなるように変化する連通孔１５が開口されている。隔壁１３の上部には係合凹部１７が形成され、一方、吸引ノズル５の先端には係合凹部１７と密に係合する係合凸部５ｂが形成されている。吸引ノズル５のエア通路５ａは係合凸部５ｂの先端に開口し、上記連通孔１５と連通される。
【００３１】
本実施の形態においては、定量吸引チップ３が小さなものとなり、コスト面で有利となると共に、装置におけるチップ収容部の小型化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態に係る定量吸引チップを吸引ノズルの先端に装着した状態の断面図
【図２】吸引に伴う圧力変化の一例を示すグラフ
【図３】定量吸引装置の概略機構図
【図４】他の実施の形態の定量吸引チップを示す断面図
【図５】さらに他の実施の形態の定量吸引チップを吸引ノズルと共に示す断面図
【符号の説明】
１，２，３    定量吸引チップ
５    吸引ノズル
11    吸引口
12    定容積室
13    隔壁
14    嵌合部
15    連通孔
20    定量吸引装置
21    吸引ポンプ
22    モーター
23    圧力センサ
25    制御部
【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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