JP4221282B2 - 光分析装置及びそれを用いた自動分析装置 - Google Patents

Description

本発明は光源から発せられ試料を透過してきた光の波長の変化を測定して試料中の目的成分の定性・定量分析を行う分析装置に係わり、特に試料と光を分析する手段の間に光を遮断する機構を備え、非測定時には光を遮断する機能を備えた分析装置に関する。

試料に光を照射して分析を行う装置として、例えば試料中の目的成分と化学反応を起こし、色を変化させる試薬を用いて、試料の色の変化の程度で目的成分の定性・定量分析を行う装置、あるいは試料中の目的成分にのみ結合する物質に蛍光標識をつけ、標識から発せられる蛍光強度を測定して目的成分の定性・定量分析を行う装置等が知られている。このような装置では試料と光分析装置との間の光路に光を遮断する遮光器（シャッタ）を設ける技術が例えば特許文献１に記載されている。

特許文献１記載の技術ではシャッタで光源からの光を遮断したときに光分析装置の受光素子から出力される電流（暗電流）を測定することにより受光素子出力の校正をおこなうことを目的としている。

遮光器を動作させるためのアクチュエータとしてはソレノイド、或いは複数の羽で構成された電磁シャッタなどが通常用いられている。

特開平１１−１０８８３０号公報

特許文献１では遮光器の不良による測定への悪影響については考慮されていない。実際の装置では遮光器を動作させるアクチュエータの動作不良により制御装置の指示通りに遮光器が開閉しない場合や、遮光が不完全な場合、例えば複数の羽で構成された電磁シャッタの１つの羽が故障し、アクチュエータとしての物理的ステータスは遮蔽状態であるが、機能的には不完全な遮蔽状態を呈し、測定時に周囲光が入り込む可能性がある。このような場合、測定される吸光度や蛍光強度が実際の試料のそれと異なることが懸念される。

本発明の目的は、例えばアクチュエータが不完全な遮蔽状態を呈した場合に、それを正確に検知できる光分析装置、及びそれを用いた自動分析装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の構成は以下の通りである。

受光部を備えた第１の室と、測定対象物が設置可能であり、かつ基準光源を備えた第２の室と、前記第１の室と前記第２の室の間の光路を開閉する光路開閉手段と、前記受光部が、該光路開閉手段が正常に開放された際に前記基準光源から受ける光量を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された光量と現在受けている光量とを比較する比較手段と、を備えた光分析装置。

受光部は光を測定できるものであれば良い。光路開閉手段の微妙な不具合等により測定結果に影響を受け易い光電子増倍管を受光部として用いた場合に、本発明の効果を最も奏することができる。

基準光源は電気エネルギーにより自ら光を発するランプ，発光ダイオードが常に一定光量の光を発することができるので好ましい。

光路開閉手段は周知のソレノイド、或いは複数の羽で構成された電磁シャッタなどを用いることができる。

光路開閉手段のアクチュエータが不完全な遮蔽状態を呈しても、測定手段内に備えた基準光源の発光量を受光部からの信号でモニターすることにより、不完全な遮蔽状態を認識でき、不安定な測定状態での分析を防止し、安定、且つ信頼性の高い分析結果を出力することができる光分析装置及びそれを用いた自動分析装置を提供することが可能となる。

以下に本発明の実施例を図１から順を追って説明する。

図１は一般的な自動分析装置の分注機構周辺部概略図を示す。各部の機能は公知のものである為、詳細についての記述は省略する。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試料容器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。

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。

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引動作、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引動作、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。

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はサンプル吸引位置へ移送され、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がサンプリングアーム２の駆動部の下降動作を停止するよう制御する。次に分注プローブ１０５内に所定量のサンプルを吸引した後、分注プローブ１０５は上死点まで上昇する。分注プローブ１０５がサンプルを所定量吸引している間は、分注プローブ１０５とサンプル用ポンプ１０７流路間の吸引動作中の流路内圧力変動を圧力センサ１５２からの信号を用い圧力検出回路
１５３で監視し、吸引中の圧力変動に異常を発見した場合は所定量吸引されていない可能性が高い為、当該分析データに対しアラームを付加する。

次に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試料容器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。混合物が収納された反応容器が測定手段１６２に移送され、同時にアクチュエータ１６０による遮蔽手段が開口し、各混合物の発光値、或いは吸光度が測定手段としてのフォトマルチプライヤ１６１、或いは光度計により測定される。測定手段１６２の詳細図を図２に示す。発光信号は、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。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、反応容器から廃棄を排出する。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によるサンプル吸引位置が各々の列に１個ずつ設定されている。

遮蔽用に具備されたアクチュエータ１６０が期待される遮蔽性能を満たさなかった場合の測定結果への影響について以下説明する。

測定手段１６２としての光度計、つまり暗室には入光窓を備え、測光時に測定対象を受け入れる為に開放し、非測光時には暗室状態を保つ為に閉塞するように制御されるアクチュエータ１６０、具体的にはソレノイド、或いはシャッタなどが用いられている。また、アクチュエータ１６０の開閉状態を監視する機能も装置として当然備えられることが一般的である。しかしながら前述監視とはソレノイドが完全に物理的距離を移動したかどうか、或いはシャッタ内の移動機構が完全に動作したかどうかのステータスを確認するに留まっているのもまた現状である。つまり、アクチュエータ１６０が物理的な距離を移動し、アクチュエータ１６０としては正常動作のステータスを発したが、遮光性能としては期待される性能を満たさない場合が考えられる。具体的な例として、複数の羽で構成されたカメラ用シャッタを用いた測定手段１６２において複数内一枚の羽の水平度が甘くなり遮光性能が劣化した場合、装置としては物理的動作に基づく正常動作のステータスを信じるしかなく、遮光性能が満たされていないことを認識する手段を具備していないことも一般的な現状でもある。

遮光性能が満たされていない場合は、測定結果に対し測定手段１６２の周囲光の影響量が反映されることが容易に考えられ、期待値外の測定結果が出力される可能性が存在していた。更なる具体例として図３、及び図４を用い説明する。

図３は正常状態時の発光量測定時のプロファイル、つまり物理的ステータスと遮蔽性能が合致している場合の発光プロファイルを示す。次に、図４を用い遮蔽異常時の動作を説明する。図４内の太線は上記シャッタ動作異常時の発光プロファイル、図中点線で示されたプロファイルは前述の図３で示した正常状態をそれぞれ表す。プロファイルの変動量から分かるようにシャッタ動作異常時は常に一定とは当然考えられない測定手段１６２の周囲光の影響を受け、反応前にピークが発生したり、反応過程中にオフセットとして重畳したり、その現象を特定できるものではない。つまり周囲光の影響が重畳される部位により、期待値外の測定結果となり得ることが容易に考えられる。

次に図５を用い本発明の一実施例を以下に説明する。

図５に示す太線は本発明適用時のプロファイルを示し、プロファイル中心に表した反応前，反応中，反応後のプロファイルはシャッタ正常動作時のプロファイルを示す。

本発明を一言で言うと、装置内で行われる反応過程測定前、及び反応過程測定後にそれぞれ測定手段１６２内に備えられた発光ダイオード１６３を点灯させ、シャッタ閉、及び開時の光量を測定し、シャッタ閉時は期待される遮蔽状態が保たれているかを認識し、シャッタ開時は発光ダイオード１６３から期待される光量がフォトマルチプライヤ１６１に届いていることを認識する。

シャッタの遮光性能が正常に機能しているのであれば、図５の発光ダイオード点灯と記した部位に示すようにシャッタ閉時、及び開時には発光ダイオード１６３から発せられる光量に応じた特定量の光量が期待できる。シャッタ閉時に期待値と合致しなかった場合はシャッタ遮光性能の劣化が考えられるし、シャッタ開時に期待値と合致しなかった場合は、シャッタが期待通り開口されていない等の不備を認識することができる。

又、前述の通り上記監視機能は反応過程測定後も行い、反応過程非測定時は間違いなく暗室状態が保たれていることを監視する。非測定時であっても、シャッタの遮光性能が偶然満たされ無い状態となる場合もごくまれに発生することが考えられ、この場合は測定手段１６２の周囲光がフォトマルチプライヤ１６１に常に入光し、フォトマルチプライヤ
１６１がダメージを受けるなどの不備も考えられる。従い、本発明としては反応過程測定前後に発光ダイオード１６３の光量を確認する手法が信頼性の観点から最適と判断するが本実施例内で選択を特定すべきものでは無い。

また本発明に関連しシャッタ閉時、及び開時の期待値をキャリブレートし、期待値とて保存する手段も装置として要求されるが、前述メモリ１２２、或いはコンピュータ１０３に保存することは自明であり本実施例内で手法を特定すべき内容ではない。しかしながらシャッタ開時の具体値の一例を挙げるとフォトマルチプライヤ１６１からの出力電流が
１.０Ｅ −０７Ａ程度が適当な値と考える。又、発光ダイオード１６３の発光波長に関してもフォトマルチプライヤ１６１の特性によるが４２０ｎｍ〜６２０ｎｍ程度が適値と考える。

次に、発光体として発光ダイオード１６３を用いない実施例を以下に説明する。具体的には常に安定した動作環境下、つまり測定手段１６２周辺の周囲光量が特定できる装置使用環境下においては、周囲光を拡散、或いは減衰させて適値として取り込むことにより、発光ダイオードを用いないアプリケーションも実現可能となる。前述同様、測定手段162の周囲光量，減衰量の具体値の特定は本発明内で言及すべきものでは無い。

以上説明したように本発明を用いると、これまで監視することが不可能であったアクチュエータ１６０の遮蔽状態を認識でき、期待値外のデータを出力する可能性がある分析データにアラームを自動的に付加し、期待値とは異なる可能性がある情報を付帯させ分析結果を出力する。或いは分析データをマスクし結果を出力しない等が考えられ、期待値外データの報告を防止するシステムも容易に構成することが可能である。

つまり上述の通り本発明を適用することにより、装置としての分析結果出力データの大幅な信頼性向上に寄与することが可能となる。

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。 本発明の光測定装置（測定手段）の詳細図。 シャッタ正常動作時の時間（ｓ）−発光（Ｗ）プロファイル一例。 シャッタ動作異常時の時間（ｓ）−発光（Ｗ）プロファイル一例。 本発明適用時の時間（ｓ）−発光（Ｗ）プロファイル例。

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(試料)容器、１０２…サンプルディスク、１０５…プローブ、１０６…反応容器、１１０…試薬分注プローブ、１１２…試薬のボトル、１２５…試薬ディスク、１６０…アクチュエータ、１６１…フォトマルチプライヤ、１６２…測定手段。

Claims (5)

1. 受光部を備えた第１の室と、
   測定対象物が設置可能であり、かつ基準光源を備えた第２の室と、
   前記第１の室と前記第２の室の間の光路を開閉する光路開閉手段と、
   前記光路開閉手段が閉じられた際に、前記受光部が、前記基準光源から受ける光量を、予め設定した閾値と比較する比較手段と、
   を備えたことを特徴とする光分析装置。
2. 請求項１記載の基準光源が発光ダイオードであることを特徴とする光分析装置。
3. 請求項１記載の比較手段が、前記受光部が受けている光量が予め設定した閾値より大きいと判断したときに、
   アラームを出力するアラーム手段を備えたことを特徴とする光分析装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の光分析装置において、前記測定対象物を収容した試料容器が前記第２の室に脱着可能な構造を備えたことを特徴とする光分析装置。
5. 請求項４記載の光分析装置を備え、該光分析装置で得られたデータを解析する解析装置を備えたことを特徴とする自動分析装置。

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