JPH0449912B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（発明の利用分野） 本発明は微量な液を液溜めから取出して精度よ
く所定の容器内等に注入するための分注方法およ
び装置に関するものである。 （発明の背景） 一般に、免疫反応（IA）等の生化学分析用、
液体クロマトグラフイ用の装置の一部として、例
えばサンプル液を数μ〜数100μ程度の微少
量づつ分注するための分注装置が用いられてい
る。 従来のかかる分注装置の構成は、対象液を吸
引、吐出するためのノズル装置に対しノズルの内
空に接続したシリンダ装置を設け、シリンダ装置
のピストン往動によりノズル内空に対象液を吸込
みさせ、その後のピストン復動により吸込みした
液を吐出させる形式のものが普通である。しかし
かかる分注装置を前述したような微少量の液分注
に用いる場合には、有意な分注誤差が現われると
いう問題が知見された。 この分注誤差は、例えば、逆円錘筒状のノズル
の下端口径を0.3〜0.5mm程度、ノズル管厚を0.3〜
0.5mm程度のものとして、シリンダ装置のピスト
ン往復動により200μ程度の液を吸込み／吐出
する場合に、数μ程度のものとして現われるこ
とがあり、厳密な分注精度が求められるシステム
にあつては、その誤差分は必ずしも少ないとは言
えないし、また数μないし数10μの極微量分
注では、その誤差の影響は一層顕著となつてく
る。 （発明の目的） 本発明は、以上のような問題点に鑑みなされた
ものであり、その目的は、微量液の分注精度を飛
躍的に向上させた分注方法、並びにこの方法の実
施に好適に用いられる分注装置を提供するところ
にある。 また本発明の他の目的は、特に生化学分析のシ
ステムに好適に用いられる試料等の液分注方法並
びに装置を提供するところにある。 （発明の概要） 而して前記目的を実現するためになされた本発
明によりなる分注方法の特徴は、ノズル装置に吸
込みした液を、シリンダ装置及び圧力気体供給源
からの吐出圧付与によつてこのノズル装置から吐
出させる分注方法であつて、前記吐出圧付与によ
つて液を吐出させる分注操作の概ね全範囲に渡り
シリンダ装置の吐出ストロークを連続して行なう
と共に、該シリンダ装置の吐出ストロークの少な
くとも初期と終期において、圧力気体供給源から
の吐出圧付与を、微小時間の間前記シリンダ装置
の吐出圧に重畳させるようにしたところにある。 またかかる方法に好適に用いられる分注装置の
特徴は、液を吸込み／吐出するためのノズル装置
と、このノズル装置のノズル内空に接続されて液
吸込みのための負圧を付与しかつ液吐出のために
吐出圧を付与するシリンダ装置と、前記ノズル内
空から前記シリンダ装置に至る接続路の途中に分
岐接続されて液吐出のためにノズル内空に吐出圧
を付与する圧力気体供給源と、この圧力気体供給
源から前記分岐接続点に至る接続路の途中に介設
されて、少なくとも前記シリンダ装置のストロー
ク初期（駆動開始時）及び終期（駆動終了時）に
一時的に開路される弁装置とを備えた構成をなす
ところにある。 本発明においてかかる方法並びに装置採用した
理由は次のことによる。 すなわち、前述したような分注誤差の発生原因
を本発明者が検討したところによると、これは、
吸込み／吐出の対象液がノズルの下端部周囲にお
いて、ノズル外壁に回り込んで付着したり、ある
いはノズル内側面に付着して残つたりすることに
起因し、このような付着は、主としてノズルから
の液吐出の終期における吐出速度や液吐出初期の
吐出速度が、シリンダ装置からの正圧（吐出圧）
付与だけによつて吐出させる分注方法の場合、液
吐出中間期の吐出速度より低いことによると考え
られた。 特にこの問題は生体試料のようにノズル形成材
料との濡れ性がよい液の場合に顕著である他、微
量分注のために、シリンダ装置のピストンをパル
スモータを用いたネジ駆動方式のものとしたとき
に顕著となる。このことは例えば第６図ａ，ｂ、
第７図ａ，ｂにより説明される。第６図ａはシリ
ンダ装置をパルスモータで矩形駆動させた場合、
第７図ａは同様パルスモータで台形駆動させた場
合を示しているが、これらにより与えられるノズ
ルからの液吐出速度は、シリンダ装置の駆動初期
における加速域や終期の減速域で、気体圧力の上
昇、下降が緩慢となることや、気体の圧縮性の影
響を受けて、液吐出の終期及び初期に液吐出の速
度が緩やかなカーブとなる特性を示すのである。 そこで本発明においては、ノズルからの液吐出
のために、圧力気体供給源からエア圧を付与する
操作を、ノズル装置による吐出ストロークの初期
及び終期の近傍でノズル装置による吐出圧に微小
時間の間重畳させる方式を採用することによつ
て、前記したようなノズル下端外面の付着による
液残存等を可及的に小ならしめるようにした。こ
れにより、特に、シリンダ装置の吐出ストローク
が開始された初期の加速域において、圧力気体供
給源からの吐出圧を重畳することで、ノズルから
出た液がノズルの外表面に回り込んで付着して残
ることを防止し、また液吐出の終期におけるシリ
ンダ装置の吐出ストロークの減速域において、同
様に圧力気体供給源からの吐出圧を重畳すること
で所謂しずくぎれを良好にすることができる。 第４図ａ〜ｃは比較例として分注操作の液吐出
の終期にのみ圧力気体供給源からのエア圧付与操
作を行なつた場合、第５図ａ〜ｃは本発明の実施
例として分注操作の液吐出の初期及び終期に前記
のエア圧付与操作を行なつた場合の液吐出速度を
説明した図であり、これらの図によつて、本発明
の場合には、分注初期及び分注終期の双方におい
て液吐出速度が高く得られることが分かる。 なお、ノズルへの液吸込みのためにはシリンダ
装置を用いることが好ましいが、この液吸込みの
ためのシリンダ装置をそのまま液吐出のシリンダ
装置として併用することができる。 液吐出の初期と終期の間においては、シリンダ
操作とエア圧付与操作の双方の操作を並行して行
なつてもよい。 本発明は特に、液吐出の概ね全範囲に渡つてシ
リンダ操作を連続して行ない、かつこのシリンダ
操作による液吐出の初期及び終期の双方におい
て、圧力気体供給源からのエア圧を、シリンダ装
置のストロークによるエア圧に重畳させることに
より、極めて高い分注精度の得られることが明ら
かとなつた。 本発明の好ましい実施態様は、液吐出初期にお
いて、弁装置の一時的開路をシリンダ操作の開始
と同時に短時間だけ行い、ノズル内部の液が吐出
される速度を急速に立ち上がらせる。続いてシリ
ンダ操作によつてノズル内部の液が吐出され、そ
の終期において弁装置を再び開いて液吐出のエア
圧を確保し、ノズル下端のしずく切れを良好に行
なうことで与えられる。 前期液吐出の終期におけるエア圧付与操作は、
通常0.2〜1sec好ましくは0.2〜0.5secであり、ま
た初期のエア圧付与操作は0.1〜0.2sec程度が好ま
しい。 本発明が適用されるノズル装置は、ノズル固定
式のもの、ノズルを上・下動等させる可動式のも
の、等適宜のものでよく、ノズル装置の構造に限
定されないが、一般的にはノズル下端に交換用の
ノズルチツプを装着して使用する場合のものが多
い。 ノズル装置のノズル内空に接続され、主に液吸
込みのために用いられるシリンダ装置は、ピスト
ンをパルスモータによるネジ駆動手段で移動させ
る機械式のもの、あるいは気体圧を用いて移動さ
せる空圧作動式のもの等いずれのものでもよく、
ピストンの初期位置からの往動により、シリンダ
に連通のノズル内空に負圧を作用させて液を所定
量吸込みし、液の吐出時あるいは吐出後に初期位
置に復動復帰させられる。 またノズル装置からの液吐出のためのエア圧付
与操作のために接続される圧力気体供給源、およ
びその接続径路途中の弁装置は、圧力エアを貯溜
するアキユームレータ、ポンプあるいは圧力ボン
ベ等と、常閉型の電磁弁とを組合せて構成される
のが一般的であるが、更に接続径路途中に弁装置
の一部として流量調整弁等を併設することも好ま
しい。電磁弁等の弁装置の開閉は、マニユアルス
イツチ、あるいは自動化した装置にあつては、分
注のための他の作動機器とのタイミングをとつた
シーケンス制御回路等を用いて行なわせるように
することができる。 液吐出のためのエアの圧付与操作は、ノズル下
端の内外表面における液付着を解消するために適
当する程度の圧力状態でエア圧を与えるものであ
り、一般的にはゲージ圧0.1〜５気圧程度、好ま
しくは0.1〜0.5気圧程度とすることがよい。エア
圧力が小さすぎると液付着の解消が十分でなく、
あまり大きいとノズル下端から吐出される液の飛
散の不具合を招くことがある。 エア圧付与のための弁装置の一時的開路は、ノ
ズル内部の液を吐出するのに十分な時間を若干上
回ればよく、これによりノズル内部の液が吐出さ
れる終期において液吐出のエア圧が確保され、ノ
ズル下端のしずく切れが良好に行なわれる。 また圧力気体供給源が必要時にのみ圧力を生ず
るものである場合には、弁装置はチエツク弁（一
方向弁）を用いてもよい。 （発明の実施例） 以下本発明の実施状態を図面に基づいて説明す
る。 第１図において、１は不図示の交換装置によつ
てノズルホルダ２に交換装着されるノズルチツプ
であり、ノズルホルダ２にはノズルチツプ１の内
部とエア管３を連通する流路が設けられている。 前記エア管３は、ノズルホルダ２への接続端と
は反対側の端部において分岐され、その分岐の一
方は、パルスモータ６によるネジ駆動型のシリン
ダ装置４のシリンダ気室５に連通され、分岐の他
方は、常閉型電磁弁７および流量調整弁８からな
る弁装置９を介して不図示のエア蓄圧器に連通さ
れている。なお電磁弁７は不図示の制御回路に接
続されていて、液吐出必要時に他の装置等とタイ
ミングを合わせて一時的に一定時間開路されるよ
うになつている。 次ぎにその作動について述べる。 まずノズルチツプ１をノズルホルダ２に装着
し、その下端を所定のサンプル容器内のサンプル
中に一定深さ浸潰させる。この状態でシリンダ装
置４のピストンを往動（図では下動）させ、ノズ
ルチツプ１内部にサンプルを吸込みする。サンプ
ルの吸込み量は、シリンダ装置４のピストン往動
の量を管理することによつて十分精度良く定める
ことができる。本実施例において、第一に希釈水
をノズルチツプ１内に吸込み、第２にサンプルを
吸込むことによつて、サンプルの希釈分注に対応
することも可能である。 次ぎに、シリンダ装置のピストンを固定したま
ま、ノズルチツプをサンプル容器からの上動抜出
しさせ、所定のサンプル分注容器の上方に接近対
向させる。 この状態で、例えば、シリンダ装置のピストン
を復動させると同時に電磁弁７を一時的に開路状
態に切換え、蓄圧器よりノズルチツプ１内に流量
調整弁８で定められる圧力エアを一時的に作用さ
せることによつて、内部液をサンプル分注容器に
吐出させる。吐出終了時に、再び電磁弁７を一時
的に開路状態に切換え、ノズル下端のしずく切れ
を良好ならしめる。かくのごとき操作によつて１
回の分注操作が終了する。以後この操作を繰返せ
ばよい。 以上の第１図に示した装置を用いてノズルチツ
プ１からの液吐出の操作を下記条件に従つて次の
手順により行ない分注精度（CV値）の結果を第
１表に示した。 比較例１…シリンダ操作のみによる液吐出 比較例２…シリンダ操作→終期のエア圧付与操作
を連続する液吐出（第４図に従つて操作） 実施例…シリンダ操作開始と、これと同時の一時
的エア圧付与操作→シリンダ操作→終期のエア
圧付与操作を連続する液吐出（第５図に従つて
操作） ノズルチツプの下端口径 0.3mm 〃 の肉厚 0.3〜0.5mm 試 料 ８％BSA in Saline 分注量（試料吸込み／吐出量） （第１表参照） （試料＋希釈液） 200μ 吐出操作 シリンダ操作 200μ／2sec エア圧（ゲージ圧） 0.1気圧 エア圧付与時間 比較例２（終期のみ） ……0.5sec 実施例初期 ……0.1sec 終期 ……0.5sec 流量調整 10ml／10sec

【表】 以上の結果より、本発明によつて行なわれた実
施例の分注精度は、比較例１、２に比べてその
CV値がいずれも１以下であり、しかもバラツキ
の程度が比較例に比べて大幅に小さくなつてお
り、有意な差をもつて向上していることが分か
る。したがつて、分注精度が測定結果に影響する
分析システムへの利用においての効果は極めて大
である。 また本実施例では、吐出初期における加圧によ
りノズル内部が最初から一定以上の速度で吐出さ
れるので液がノズル外面にまわり込むことがな
い。特に粘度の高い溶液の場合はノズル内面にお
ける溶液の流れがおそいためシリンダによる加圧
だけではゆつくりおし出すことになるため前記の
影響が大きいが、本発明方法によれば容易に解消
できる。更に、吐出終期における加圧によりノズ
ル下端に付着した溶液を急激にはき出し、溶液を
残存させないという効果もある。 なお本発明は第１図に示した実施態様のものに
限定されることなく種々の変更した態様により実
施することが可能である。 例えば第２図に示す例では、圧力気体供給源と
して、蛇腹式エアポンプ１０を用い、また弁装置
の替りにチエツク弁１１を用いたものであり、他
の構成は第１図に示した例と同様である。 本例の場合には、シリンダ装置等を用いて機械
的にあるいはエアポンプ８を圧縮することによつ
て、圧力エアが発生し、これがチエツク弁１１を
介してノズルチツプ内部に伝えられることにな
り、気体供給源および弁装置が安価であるという
利点が得られる。なおチエツク弁はシリンダ装置
との関係において、液吸込み時には開路しない程
度のセツト圧を有するものであることがよい。 第３図によつて示される例は、圧力気体供給源
として、コンプレツサ（図示せず）およびレギユ
レータ１２を用い、電磁弁７′が通常は大気に開
放される形式となつている他は、第１図に示した
例と同様のものである。本例では圧力気体供給源
からの圧力エアが通常は電磁弁７′を通して大気
に放出されるため、圧力エアがシリンダ装置側ヘ
リークすることがないという効果がある。 本例の場合には、この分注装置を含む分析測定
装置において、他の機器等の動力源としてコンプ
レツサの発生エア圧を使用することと共用でき、
全体としての設計自由度の増大、装置の共通化と
いう大きな利点が得られる。 （発明の効果） 以上述べたように、本発明によれば、上記実施
例、比較例で実験的に確認されるように微量な液
の分注において、ノズル下端での液付着による分
注誤差の影響が大幅に低減され、厳密な分注精度
が求められる各種分析、測定等の装置用として高
い分注精度（CV値が小さい）が得られ、その効
果は大なるものがある。 また液吸込み用のシリンダ装置を、吐出用とし
ても使用するものでは、ピストン復動時のストロ
ークを気体の圧縮性を考慮してピストン往動時の
ストロークより大きくとる必要から、ピストン往
動時（吸込み時）の無効ストロークが生じ、高精
度化のために細径長尺化するエアシリンダ装置の
一層の長尺化、吸込み量管理、吐出速度の調整等
の難を招くのに対し、本発明装置ではかかる難点
がなく、小型で高精度な分注を実現する上での効
果は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

図面第１ないし第３図はいずれも本発明の実施
態様の構成概要例を示す図である。第４図は比較
例２のノズルからの液の吐出速度を説明するため
の図、第５図は本発明方法による液の吐出速度を
説明するための図、第６図、第７図はシリンダ操
作のみによる液吐出の速度を説明する図である。 １：ノズルチツプ、２：ノズルホルダ、３：エ
ア管、４：シリンダ装置、６：パルスモータ、
７：電磁弁、８：流量調整弁、９：弁装置、１
０：エアポンプ、１１：チエツク弁、１２：レギ
ユレータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ノズル装置に吸込みした液を、シリンダ装置
   及び圧力気体供給源からの吐出圧付与によつてこ
   のノズル装置から吐出させる分注方法であつて、
   吐出圧付与によつて液を吐出させる分注操作の概
   ね全範囲に渡り前記シリンダ装置の吐出ストロー
   クを連続して行なわせると共に、該シリンダ装置
   の吐出ストロークの少なくとも初期と終期におい
   て、前記圧力気体供給源からの吐出圧を前記シリ
   ンダ装置の吐出圧に重畳させることを特徴とする
   微量液の分注方法。 ２ 液を吸込み／吐出するためのノズル装置と、
   このノズル装置のノズル内空に接続されて液吸込
   みのための負圧を付与しかつ液吐出のために吐出
   圧を付与するシリンダ装置と、前記ノズル内空か
   ら前記シリンダ装置に至る接続路の途中に分岐接
   続されて液吐出のためにノズル内空に吐出圧を付
   与する圧力気体供給源と、この圧力気体供給源か
   ら前記分岐接続点に至る接続路の途中に介設され
   て、少なくとも前記シリンダ装置のストローク初
   期及び終期に微小時間の間開路される弁装置とを
   備えたことを特徴とする微量液の分注装置。 ３ ノズル装置が、取り変え可能なデイスポーザ
   ブルチツプが組付けされるものであることを特徴
   とする特許請求の範囲第２項記載の微量液の分注
   装置。