JP7207432B2 - シリンジポンプによる液の吸入の有無を検出する方法、及びシリンジポンプを備えた装置 - Google Patents

Description

本発明は、シリンジポンプによる液の吸入の有無を検出する方法、及びシリンジポンプを備えた装置に関するものである。

全有機体炭素測定装置（ＴＯＣ計）や全リン測定装置（ＴＰ計）などの水質分析計では、シリンジポンプを用いて試料水のほか洗浄液、酸化剤、還元剤といった液の移送を行なうようになっている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１８－０５９７８８号公報

上記のような水質分析計では、シリンジポンプによる液の吸入及び吐出が正常になされないと測定を正常に行なうことができない。試料水の採水が正常になされなかった場合には、その後の測定値が異常な値になるが、その異常な測定値の原因がシリンジポンプの採水不良によるものであることを特定することは容易でない。

シリンジポンプによる採水不良の原因として、シリンジポンプが正常に動作しなかった場合のほか、シリンジポンプが正常に動作したにも拘わらず液がシリンジポンプに正常に吸入されなかった場合が考えられる。シリンジポンプが正常に動作したか否かは、シリンジポンプを動作させるモータの駆動を監視することなどによって検知することは可能である。一方で、シリンジポンプのシリンジ内に液面センサを挿入することは困難であるため、液面センサによってシリンジポンプが実際に液を正常に吸入したか否かを検知することは不可能である。

そこで、本発明は、シリンジポンプによる液の吸入の有無を自動的に検出できるようにすることを目的とするものである。

本発明に係る方法は、筒状のシリンジ内でピストンが前記シリンジの軸方向に動作させられるシリンジポンプにおいて、前記シリンジに設けられた一対の電極間の静電容量の変化を検出するステップと、前記静電容量の変化に基づいて、前記シリンジポンプによる液の吸入が行われたことを検出するステップと、をその順に備えている。

液と空気との間には誘電率の差（空気の誘電率は水の誘電率の約８０分の１）があるため、シリンジ内の空間に液相が存在するときと空気相が存在するときとでその空間内の静電容量が大きく変化する。したがって、シリンジ内の空間の静電容量の変化を検出することで、シリンジポンプによる液の吸入が行われたことを検出することができる。

本発明に係る方法の第１の態様では、前記吸入を検出するステップでは、前記静電容量の値が予め設定されたしきい値を超えたときに、又は前記静電容量の変化に伴って変化する値が予め設定されたしきい値を超えたときに、前記シリンジポンプによる液の吸入が行われたことを検出する。このような態様により、シリンジポンプによる液の吸入が行われたことを容易に検出することができる。

本発明に係る方法の第２の態様では、前記一対の電極は、前記シリンジの外周面に前記シリンジの軸方向に互いに間隔をもって取り付けられている。このような態様により、簡易かつ安価な構成によってシリンジポンプによる液の吸入の検知を実現することができる。

前記第１の態様及び第２の態様は、互いに組み合わせることができる。

本発明に係る装置は、シリンジポンプ、一対の電極、検出部、及び液吸入検出部を備えている。前記シリンジポンプは、筒状のシリンジ内でピストンが前記シリンジの軸方向に動作させられるものである。前記一対の電極は、前記シリンジ内への液の吸入が行われたときと行なわれていないときとで、互いの間の静電容量が変化するように前記シリンジに設けられている。前記検出部は、前記一対の電極間の静電容量の値、又は前記静電容量の変化に伴って変化する値を検出する。前記液吸入検出部は、前記検出部により検出される前記一対の電極間の静電容量の変化、又は前記静電容量の変化に伴って変化する値の変化に基づいて、前記シリンジポンプによる液の吸入が行われたことを検出するように構成されている。

すなわち、本発明に係る装置は、シリンジポンプによる液の吸入の有無を、シリンジポンプのシリンジに設けられた一対の電極間の静電容量の変化に基づいて自動的に検出する機能を有する。

本発明に係る装置の第１の態様では、前記一対の電極は、前記シリンジの外周面に前記シリンジの軸方向に互いに間隔をもって取り付けられている。

本発明に係る装置の第２の態様では、前記液吸入検出部は、前記一対の電極間の静電容量の値が予め設定されたしきい値を超えたときに、又は前記静電容量の変化に伴って変化する値が予め設定されたしきい値を超えたときに、前記シリンジポンプによる液の吸入が行われたことを検出するように構成されている。このような態様により、シリンジポンプによる液の吸入が行われたことを容易に検出することができる。

本発明に係る装置の第３の態様では、前記一対の電極は、前記シリンジの外周面の２箇所に巻き付けられたアルミニウム薄膜を備える。このような態様により、簡易かつ安価な構成でシリンジポンプによる液の吸入の検知機能を実現することができる。

本発明に係る装置の上記第１の態様から第３の態様は、互いに組み合わせることができる。

本発明に係る方法及び装置によれば、シリンジポンプによる液の吸入の有無を自動的に検出することができる。

水質分析計の一実施例を示す概略構成図である。 同実施例の試薬判定動作の一例を示すフローチャートである。 シリンジポンプの動作と検出部の検出信号（静電容量）との間の関係性を示すグラフである。

以下、シリンジポンプによる液の吸入の有無を検出する方法、及びシリンジポンプによる液の吸入の有無を検出する機能を備えた装置の一実施例について、図面を参照しながら説明する。

シリンジポンプによる液の吸入の有無を検出する機能を備えた装置の概略的構成を図１に示す。

シリンジポンプ２は、液の吸入及び吐出を行なうための吸入吐出口１０を先端に有する筒状のシリンジ４、シリンジ４内においてシリンジ４の軸方向（図において上下方向）に動作させられるピストン６、及び先端でピストン６を保持してピストン６を駆動するためのピストンロッド８を備えている。

シリンジポンプ２のシリンジ４に一対の電極１２ａ，１２ｂが設けられている。一対の電極１２ａ，１２ｂは、シリンジポンプ２のシリンジ４の先端側の外周面に、シリンジ４の軸方向に互いに間隔をもって取り付けられている。一対の電極１２ａ，１２ｂは、例えばシリンジポンプ２の外周面に巻かれたアルミニウム薄膜からなる。一対の電極１２ａ，１２ｂには検出部１４が電気的に接続されている。検出部１４は、一対の電極１２ａ，１２ｂ間の静電容量の値、又は静電容量の変化に応じて変化する値（例えば、リアクタンス、インピーダンス）を検出するものである。検出部１４としてはＬＣＲメータを用いることができる。なお、一対の電極１２ａ，１２ｂは、シリンジ４内に液の吸入が行われたときと行なわれていないときとで、すなわち、互いの間に液相が存在するときと存在しないときとで、互いの間の静電容量が変化するように設けられていればよい。

検出部１４の検出信号の変化に基づいてシリンジポンプ２による液の吸入が行われたことを検出するように構成された液吸入検出部１６が設けられている。液吸入検出部１６は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）などの演算素子とその演算素子によって実行される所定のプログラムによって実現される機能である。

シリンジ４内に液が吸入されていない状態では、一対の電極１２ａ，１２ｂ間のシリンジ４内の空間に空気層が存在する。シリンジ４内に液が吸入され、一対の電極１２ａ，１２ｂ間のシリンジ４内の空間が液層になると、水と空気の誘電率の差に起因して一対の電極１２ａ，１２ｂ間の静電容量が増大する。液吸入検出部１６は、一対の電極１２ａ，１２ｂ間の静電容量が変化したことを検出部１４の検出信号値の変化によって検出し、一対の電極１２ａ，１２ｂ間の静電容量の変化に基づいてシリンジポンプ２による液の吸入が行われたことを検出するように構成されている。

シリンジポンプ２による液の吸入を検出部１４の検出信号値の変化に基づいて検出する方法としては、検出部１４の検出信号値を予め設定されたしきい値と比較し、検出信号値がしきい値を超えたときにシリンジポンプ２のシリンジ４内に液が吸入されたことを検出することが挙げられる。

次に、シリンジポンプ２による液の吸入を検出する機能を備えた装置の一実施形態である水質分析計について、図２を用いて説明する。

この実施例の水質分析計は、主として、シリンジポンプ２、２つのマルチポートバルブ１０４，１０６、リアクタ１０８、測定部１１０、及び演算制御装置１２０を備えている。

シリンジポンプ２の吸引吐出口は、後述するマルチポートバルブ１０４の中心ポートに接続されている。シリンジポンプ２のシリンダには撹拌用のポンプ２０が流路を介して接続されており、ポンプ２０によって供給されるエアーによりシリンジポンプ２内において液の撹拌を行なうことができるようになっている。シリンジポンプ２は、ステッピングモータ等を備えたシリンジポンプ駆動部１８により駆動される。

マルチポートバルブ１０４は、１つの中心ポートと複数の選択ポートを有し、中心ポートをいずれか１つの選択ポートへ選択的に接続することができる。マルチポートバルブ１０４の１つの選択ポートはマルチポートバルブ１０６の中心ポートと流路を介して接続されている。マルチポートバルブ１０４の他の選択ポートはそれぞれ、試薬（１）～（６）を貯留する容器を接続するためのポートである。

この実施例では、試薬（１）として水酸化ナトリウム溶液、試薬（２）としてペルオキソ二硫酸カリウム溶液、試薬（３）として塩酸溶液、試薬（４）として硫酸溶液、試薬（５）としてモリブデン酸溶液、試薬（６）としてアスコルビン酸溶液を設置するようになっている。この水質分析計の動作管理を行なう演算制御装置１２０は、マルチポートバルブ４の各選択ポートとそれらの選択ポートに接続されるべき各試薬（１）～（６）を対応付けて記憶している。

マルチポートバルブ１０６も、１つの中心ポートと複数の選択ポートを有し、中心ポートをいずれか１つの選択ポートへ選択的に接続するものである。マルチポートバルブ１０６の１つの選択ポートは流路を介してリアクタ１０８と接続されており、マルチポートバルブ１０６の他の１つの選択ポートは流路を介して測定部１１０の測定セル１１２の入口に接続されている。マルチポートバルブ１０６の他の選択ポートには、試料水を採取するための採水管のほか、スパン液、希釈液、標準液をそれぞれ貯留する容器に通じる流路が接続されている。

リアクタ１０８は試料の酸化処理を行なうためのものである。リアクタ１０８は液を収容する内部空間を有し、その内部空間に紫外線ランプ１０９の点灯部分が挿入されている。試料の酸化処理とは、酸化剤（例えば、ペルオキソ二硫酸カリウム溶液）の添加された試料に対して一定の温度条件下（例えば、９５℃）で酸素ガス又は空気を供給しながら紫外線を照射し、試料中の測定対象化合物を酸化分解する処理である。

測定部１１０は、測定セル１１２、光源１１４、及び光検出素子１１６を備えている。測定セル１１２の出口はドレインへ通じている。光源１１４は、測定波長（例えば２２０ｎｍ）の光を測定セル１１２へ向けて発生させるものであり、例えばレーザ素子によって実現される。光検出素子１１６は測定セル１１２を透過してきた光源１１４からの光の強度を検出するためのものであり、例えばフォトダイオードによって実現される。

測定部１１０の測定セル１１２には、酸化処理済みの試料水や試薬（１）～（６）のいずれかの試薬が選択的にシリンジポンプ２によって移送される。

演算制御装置１２０は、この水質分析計の動作管理と演算処理を行なうためのものであり、専用のコンピュータ又は汎用のパーソナルコンピュータによって実現されるものである。シリンジポンプ２のシリンジ４に設けられた一対の電極１２ａ，１２ｂ間の静電容量の値、又は静電容量の変化に応じて変化する値を検出する検出部１４の検出信号は、演算制御装置１２０に取り込まれる。検出部１４の検出信号の変化に基づいてシリンジポンプ２による液の吸入を検出するように構成された液吸入検出部１６は、演算制御装置１２０に設けられている。液吸入検出部１６は、演算制御装置１２０に設けられているＣＰＵが所定のプログラムを実行することによって実現される。

演算制御装置１２０はシリンジポンプ駆動部１８の動作を制御しており、シリンジポンプ２に液の吸入動作をさせるタイミングで検出部１４の検出信号を取り込むことにより、シリンジポンプ２による液の吸入が実際に行なわれたか否かを確認することができる。すなわち、演算制御装置１２０は、シリンジポンプ駆動部１８に対して液の吸入を実行すべき信号を送信したにも拘わらず液吸入検出部１６がシリンジポンプ２による液の吸入を検出しなかった場合には、シリンジポンプ２による液の吸入にエラーが発生していることを検知できる。

図３は、シリンジポンプ２の動作と検出部１４の検出信号値（静電容量）との間の関係性の一例を示すグラフである。図３からわかるように、検出部１４の検出信号には、シリンジポンプ２が液の吸入及び吐出を実施したタイミングでピークが現れている。検出信号がピーク形状となっているのは、シリンジポンプ２のシリンジ内に所定量の吸入をした後で空気を吸入し、一対の電極１２ａ，１２ｂ間の空間を液相が一時的に通過するようにシリンジポンプ２を動作させているからである。また、シリンジポンプ２内に液を吸入した後でポンプ２０によりシリンジポンプ２内に空気を送り込んでバブリングを行なっている間にも検出部１４の検出信号が上昇した状態となっている。これは、バブリング中に一対の電極１２ａ，１２ｂ間に液の飛沫が届くため、一対の電極１２ａ，１２ｂ間の静電容量が上昇するためである。

このように、シリンジポンプ２を用いる水質分析計などの装置に液吸入検出部１６を設けることで、シリンジポンプ２による液の吸入や吐出といった動作が正常になされているか否かを監視することができる。

２ シリンジポンプ
４ シリンダ
６ ピストン
８ ピストンロッド
１０ 吸入吐出口
１２ａ，１２ｂ 電極
１４ 検出部
１６ 液吸入検出部

Claims (2)

1. 先端に吸入吐出口をもつ筒状のシリンジ内でピストンが前記シリンジの軸方向に動作させられるシリンジポンプ、試料の酸化処理を行なうためのリアクタ、前記試料の光学的測定を行なうための測定部、及び前記シリンジポンプの動作を制御するための制御装置を備え、前記シリンジポンプにより吸入した液を前記リアクタ及び前記測定部へ送液するように構成された水質分析計であって、
   前記水質分析計は、
   前記吸入吐出口から吸入された液相が互いの間の空間を通過することによって互いの間の静電容量が一時的に変化するように前記シリンジの先端側に前記シリンジの前記軸方向に互いに間隔をもって設けられた一対の電極と、
   前記一対の電極間の静電容量の値、又は前記静電容量の変化に伴って変化する値に基づく検出信号を出力する検出部と、を備えており、
   前記制御装置は、前記シリンジポンプに液を吸入させた後で空気を吸入させる際に、前記検出部により出力される前記検出信号のピークが現れたときに、前記シリンジポンプによる液の吸入が行われたことを検出するように構成された液吸入検出部を有し、前記シリンジポンプに液を吸入させるタイミングで前記検出部の検出信号を読み取って前記液吸入検出部に前記シリンジポンプによる液の吸入が行われたか否かを検出させ、それによって、前記シリンジポンプによる液の吸入にエラーが発生しているか否かを検知するように構成されている、水質分析計。
2. 前記一対の電極は、前記シリンジの外周面の２箇所に巻き付けられたアルミニウム薄膜を備えている、請求項１に記載の水質分析計。
   

Images