JPH0783934A - 温度補償機能付恒温槽を具備した分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 気温の変化や装置自身の発熱温度変化という
要因があっても分析物質の温度を精度よく一定に保つ恒
温槽を具備した分析装置を提供する。 【構成】 恒温槽に組み込む各恒温槽温度センサと恒温
槽をとりまくハウジング１０内部空間にモニタリング温
度センサ１とを配設し、モニタリング測定温度と、前記
各恒温槽温度に対する前記モニタリング測定温度の高，
低の大きさによる値（以下、補償温度）を前記恒温槽温
度に加算する演算制御回路１０３によりヒ−タや冷却装
置を制御が行なわれる恒温槽を分析装置に配設したもの
である。また、ハウジング１０内部の雰囲気温度を検出
するモニタセンサ１を設けモニタ温度に対し、線形一次
直線で決定される補償温度を演算制御回路１０３にて加
算したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、分析装置に係り、恒温
槽周囲の雰囲気温度に影響され難い温度補償機能をもた
せた恒温槽を具備する分析装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の分析装置では、ハウジングにおお
われた恒温槽内に、容器に入った形で試料や試薬が設置
され、前記試料・試薬の特性にあわせ一定温度に冷却さ
れたり，逆に温められたりして用いられている。そし
て、これらの試料や試薬はピペッティング機構により必
要量を反応容器に移しとられ、前記反応容器内では試料
と試薬とが反応し合い、分析物質へと変化し、分析測定
部で測定される。

【０００３】一般に、試料と試薬の反応では温度を一定
温に保つこと、特に生体試料においては前記反応容器や
前記分析物質を精度良く、体温にほぼ等しい３７℃に保
つことが測定結果の再現性を良くするパラメータとして
要求される。このような分析装置における恒温槽ならび
に制御装置としては、特開昭５６−１６８５５３号公報
や特開昭６３−１８２５６８号公報記載の技術に示され
るように目標温度に制御された循環水を熱媒体として用
い、前記反応容器をその熱媒体水中に浸すことによって
精度よく前記分析物質を保温する装置が知られており、
多く実用化されている。

【０００４】しかし、これらの装置は、その構造が水と
いう液体を使用するために、水を循環させるためのポン
プや水質，水量を維持する機構を組み込んだり、配管を
引きまわしたりして大がかりになる。その上、例えば光
分析においては水に吸収される波長光を測定光として使
用しなければならない場合もある。

【０００５】分析操作において、試料・試薬混合撹拌の
ために高速で前記反応容器自体を振動させる場合なども
ある。このように、水を熱媒体として水に浸して保温す
る手段を利用し得ない分析方法や装置も数多くある。

【０００６】上記の如く、水を熱媒体として使用できな
い装置では、一般に空気恒温槽を用いたものが広く知ら
れており、この空気恒温槽を備えた分析装置の例として
は、米国特許第５，１３３，９３６号等が挙げられる。
そして、空気を利用した恒温槽およびその回路について
はガスクロマトグラフ装置の例ではあるが、実開昭６４
−３９２６号公報記載の技術のように、温度制御ブリッ
ジ回路において、恒温槽内の制御検出用測温抵抗体と恒
温槽外の検出用用抵抗体とが同じ温度係数を有すること
により雰囲気温度変化補償を考慮した装置があげられ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】近年の分析装置におい
ては、自動化が進み、複数個数並べられた反応容器中に
次々と分析物質を生成させているが、これらの温度制御
のために直接温度センサを分析物質内に挿入する方法
は、前記分析物質の性質を配慮し用いられていない。そ
こで前記の如く、水，空気のような反応容器をとりまく
熱媒体の温度を制御したり、あるいは反応容器をとりま
く恒温槽本体を制御したりして間接的に温度制御の方法
が用いられている。

【０００８】しかし、水のように比熱が大きく、少々の
外部からの侵入熱では温度変動し難い熱媒体はともかく
として、比熱が小さく空気を熱媒体とするような恒温槽
においては、恒温槽内部とハウジング内空間とのあいだ
に空気流出入があったり、気温の変化や装置自身の発熱
による影響などにより、反応容器中の分析物質の温度を
目標値で一定に保つことが難しいという問題点があっ
た。

【０００９】しかも、分析装置では、±０．２〜０．３
〔℃〕の誤差精度にて分析物質の温度を制御するもので
あるから、前記ガスクロマトグラフ装置に用いられてい
る実開昭６４−３９２６号公報記載の技術による温度補
償方法では不充分であった。本発明は、上記従来技術の
問題点を解決するためになされたもので、気温の変化や
装置自身の発熱温度変化という要因があっても分析物質
の温度を精度よく、かつ、一定に保つ恒温槽を具備した
分析装置を提供することを目的とする。

【０００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、恒温槽に組
み込んだ各恒温槽温度センサと恒温槽をとりまくハウジ
ング内部空間にモニタリング温度センサとを配設し、前
記各恒温槽温度に対する前記モニタリングセンサ検出温
度の高，低差の大きさによる温度値（以下、補償温度と
いう）を前記恒温槽温度に加算する演算制御回路を設置
し、前記加算された温度により前記各恒温槽を制御する
ことによって達成することができる。また、前記補償温
度値は、前記各恒温槽制御温度に対する前記モニタリン
グ温度センサ検出温度の高，低差の大きさによる温度値
に対して線形一次直線で決定することによって達成され
る。

【０００１１】より詳しくは、本発明に係る温度補償機
能付恒温槽を具備した分析装置の構成は、ハウジング
と、前記ハウジング中に取り付けられた分析測定部と、
分析物質を入れる複数の反応容器と、前記反応容器を保
持し前記分析測定部へ移送するための反応容器移送機構
と、温度センサを具備した前記反応容器を特定温度に保
つための恒温槽と、前記分析物質を生成するための試料
と試薬とが入っている容器と、前記容器を保持移送する
移送機構と、温度センサを具備した前記容器を特定温度
に保つための恒温槽と、前記の各試料や各試薬を前記反
応容器中に必要量分注するピペッティング機構を備えた
分析装置において、前記ハウジング内部空間温度を検出
するモニタリングセンサと、前記各恒温槽のそれぞれの
温度に、当該各恒温槽温度と前記モニタリングセンサに
より検出したハウジング内部空間温度とのそれぞれの差
に関係する一定の補償温度を加算する演算回路と、前記
それぞれの演算値に基づき前記各恒温槽をそれぞれの温
度に制御する制御部とを備えたものである。演算回路
は、前記各恒温槽のそれぞれの温度に、前記各恒温槽の
温度とハウジング内部空間の検出温度とのそれぞれの差
に対して線形一次直線形で決定される補償温度を加算す
るようにしたものである。

【００１２】

【作用】上記各技術的手段の働きは次のとおりである。
本発明の構成によれば、モニタリング用温度センサでは
ハウジング内部空間温度Ｔ_H〔℃〕をすると、恒温槽温
度に対して前記検出温度Ｔ_H〔℃〕に基づく所定の補償
温度値が演算制御回路で加算され、この加算値にしたが
って加熱器や冷却器などを動作させるので、例えば反応
容器内の分析物質をＴ〔℃〕に精度よく保温することが
できる。

【００１３】例えば、ハウジング内部空間がＴ_H〔℃〕
の条件下において、反応容器内の分析物質をＴ〔℃〕
（ただし、Ｔ≧Ｔ_Hとする）に保温する場合には、前記
空気の流出入現象などを考えると、反応容器を取り囲ん
でいる恒温槽の温度をＴ＋△Ｔ〔℃〕に上昇させて、分
析物質がＴ〔℃〕に保温することができる。逆にいえ
ば、恒温槽自身がＴ＋△Ｔ〔℃〕にすることにより前記
分析物質がＴ〔℃〕に保温することができる。

【００１４】前記△Ｔ〔℃〕が補償温度であり、一般に
Ｔ〔℃〕とＴ_H〔℃〕の差が大きい程、補償温度△Ｔを
大きくする必要がある。ここで、Ｔ〔℃〕をＴ_H〔℃〕
にかかわらず一定にするために△Ｔ〔℃〕をＴ_H〔℃〕
に対する線形一次直線で近似決定する。このことは、実
験的に好作用を確認することがてきる。

【００１５】

【実施例】以下本発明の一実施例に係る温度補償機能付
恒温槽を具備した分析装置を図１ないし図８を参照して
説明する。

【００１６】〔実施例 １〕図１は、本発明の一実施例
に係る温度補償機能付き恒温槽を具備した分析装置の一
部ブロック図を含む略示説明図、図２は、図１の恒温槽
付分析装置に用いられる恒温槽の一部断面図、図３は、
図１の恒温槽付分析装置に用いられる温度制御回路図、
図４は、図３の温度制御回路の信号出力条件を示す線
図、図５は、図３の温度制御回路における制御特性の一
例を示す線図、図６は、図３の温度制御回路における他
の制御特性の一例を示す線図、図７は、図３の温度制御
回路におけるさらに他の制御特性の一例を示す線図であ
る。

【００１７】図１，２，３において、図中、１はモニタ
用測温抵抗体、９はモニタ用測温抵抗体の固定部材、１
０はハウジング、２１は反応容器固定用のファスナ、３
０は反応容器、３５は分析測定物質、４０は反応容器用
恒温槽、４１は反応容器恒温槽測温抵抗体、４３は加熱
器、４５は断熱材、５０は試料・試薬ディスク、５１は
試料容器、５２は試薬容器、６０は試料・試薬容器用恒
温槽、６１は試料・試薬恒温槽測温抵抗体、７０は試薬
溜用恒温槽、７１は試薬溜恒温槽測温抵抗体、７２は試
薬溜、８０はピペッティング機構、９０は分析測定部、
１０１はモニタ温度測定回路、１０２は恒温槽温度測定
回路、１０３は演算制御回路、１０４は出力回路、１１
０、１１１、１１２は、前記各測定回路１０１、１０
２、１０３のブリッジ辺の可変抵抗器である。

【００１８】図１に示す如く、分析ステ−ジ構成部品の
支持台およびカバ−をかねるハウジング１０内には、そ
の内部の図示左側に駆動部（図示せず）により回転移動
する反応ディスク２０が配置されている。前記反応ディ
スク２０には、その外周縁に沿って反応容器３０が配設
されている。前記ハウジング１０の内部の図示右側に
は、駆動部（図示せず）によって回転移動する試料・試
薬ディスク５０が配置され、前記試料・試薬ディスク５
０には、試料容器５１や試薬容器５２が各指定ポジショ
ンに固定されるようになっている。

【００１９】図２により、反応容器３０の周辺をさらに
祥しく説明する。前記反応容器３０は、前記反応ディス
ク２０にファスナ２１により固定され、その内周（図２
においては、左側）外周、底面の三方向から囲む反応容
器用恒温槽４０が配設され、前記反応容器用恒温槽４０
がハウジング１０に固定（固定部は図示せず）されるよ
うになっている。

【００２０】前記反応容器用恒温槽４０は、アルミニウ
ム等の熱伝導係数の大きい金属で形成され、この反応容
器用恒温槽４０の温度を測定制御できるようにその一部
に小孔が穿設され、前記小孔には反応容器恒温槽測温抵
抗体４１が挿入されている。また、ハウジング１０内の
雰囲気温度を測定するため、モニタ用測温抵抗体１が、
その固定部材９に固定され、前記反応容器用恒温槽４０
の近傍に設置されている。前記反応容器用恒温槽４０
は、その外周に沿って加熱器４３が巻かれ、前記加熱器
４３が巻かれている部位を含め、外部との熱的遮断をす
るため断熱材４５により覆われている。

【００２１】再び、図１に示すごとく、前記試料・試薬
ディスク５０をとりかこむように試料・試薬用恒温槽６
０が配設され、前記反応容器用恒温槽４０と同様、その
中に試料・試薬恒温槽測温抵抗体６１（図示せず）が取
り付けられ、冷却装置により所定の温度、例えば、１０
℃前後に制御され前記容器内の試料・試薬の腐敗劣化防
止がなされている。

【００２２】前記ハウジング１０内部中央にも、試薬溜
７２と試薬溜用恒温槽７０と前記試薬溜用恒温槽測温抵
抗体７１とが設置され、他の各恒温槽とは独立して温度
制御され、前記試薬溜７２内の試薬を所定の温度に保持
するようになっている。

【００２３】前記の試料容器５１，試薬容器５２，試薬
溜７２内の試料や試薬は、前記各恒温槽４０，６０，７
０により囲繞された域内のほぼ中央に設けられているピ
ペッティング機構８０の上下回転運動により、前記ピペ
ッティング機構８０のノズル８１の先端から前記反応容
器３０へ移送・注入される。

【００２４】前記反応容器３０へ移送・注入された各試
料，試薬は、前記反応容器３０内で混合され、分析物質
３５を形成するが、前記反応容器用恒温層４０で囲まれ
ているため、次第に所定の温度まで加温されながら回転
・移送され、前記反応ディスク２０の下方に配設されて
いる光度計などにより構成される分析測定部９０にてデ
−タが測定される。

【００２５】図３を参照して、反応容器恒温槽の温度制
御動作について詳述する。図３において、モニタ用測温
抵抗体１は、モニタ用温度測定回路１０１に接続されて
おり、反応容器恒温槽測温抵抗体４１は恒温槽用温度測
定回路１０２に接続されている。

【００２６】前記モニタ用温度測定回路１０１、前記恒
温槽用温度測定回路１０２は、前記モニタ用測温抵抗体
１、前記反応容器恒温槽測温抵抗体４１をそれぞれ含む
ブリッジ回路とそのブリッジ出力を増幅する差動増幅器
１２０、１２１とを備えている。これらの出力が演算制
御回路１０３に伝達される。

【００２７】前記演算制御回路１０３は、前記差動増幅
器１２０の出力を抵抗１１２により分圧し、この分圧出
力と前記差動増幅器１２１の出力とがオペアンプ１２３
に入力され、増幅されている。さらに、前記演算制御回
路１０３は出力回路１０４と接続され、前記出力回路１
０４は、加熱器４３と接続されると共に前記加熱器４３
に電流を流すための出力端子ＴＰを具備している。

【００２８】図３には、反応容器恒温槽測温抵抗体４１
が恒温槽用温度測定回路１０２に挿入されている場合を
図示しているが、前記試料・試薬恒温槽測温抵抗体６
１，前記試薬恒温槽測温抵抗体７１もそれぞれ同一構成
の恒温槽用温度測定回路に挿入され、演算制御回路１０
３、出力回路１０４にと接続されている。そして、それ
ぞれ前記試料・試薬用恒温槽６０の冷却装置（図示せ
ず），前記試薬溜用恒温槽７０のヒ−タ（図示せず）を
制御しているが、前記モニタ用温度測定回路１０１は共
用とし、前記演算制御回路１０３を簡易化している。

【００２９】ここで、本実施例の生体試料自動分析装置
における温度制御特性を検討する。反応容器３０中の分
析物質３５に求められる保温仕様は、前記分析物質３５
の性質上、標準体温の３７℃±０．２℃と厳しい。加え
て、前述した如く、空気を熱媒体とした恒温槽において
は、気温変化の影響、装置内の電源や駆動モ−タの発熱
影響、あるいは装置内における空気流れの影響などの要
因により、上記制御仕様に温度を維持することは技術的
にきわめて難しい。

【００３０】図２に示す構成について温度制御を考える
と、ハウジング１０内の雰囲気温度、すなわちモニタ用
測温抵抗体１の検出温度が所定の温度、例えば３７℃よ
りも低い場合、分析物質３５をＴ＝３７〔℃〕に加温維
持するためには反応容器用恒温槽４０の温度がＴ＝３７
〔℃〕よりも高くなければならない。

【００３１】図４を参照して、さらに詳しく説明する。
図４は、反応容器恒温層４０の制御温度と前記信号出力
端子ＴＰの出力との関係を示しているが、前記のよう
に、ハウジング１０内の雰囲気温度が所定温度より低い
場合、分析物質３５の維持温度、３７〔℃〕よりも高い
温度Ｔ₁〔℃〕を臨界温度として加熱器４３のＯＮ−Ｏ
ＦＦの動作する必要がある。

【００３２】そして、前記ハウジング１０内の雰囲気温
度と分析物質３５の維持温度、３７〔℃〕との温度差が
大きい程、Ｔ₁を高く設定しなければない。このハウジ
ング１０内の雰囲気温度と分析物質３５の維持温度との
差を補償温度値と定義づけ、本実施例においては、補償
温度値を前記モニタ用測温抵抗体１の検出温度に対する
線型１次直線として決定する。図５は、横軸にモニタセ
ンサの検出温度をとり、縦軸に制御温度を示し、補償温
度値との関係の実例を示している。

【００３３】また、前記反応容器３０だけでなく、試
料、試薬も精度よく保温する必要があるときには同様に
して前記試料・試薬用恒温槽６０，前記試薬溜用恒温槽
７０の温度制御も実施できる。しかし、前記試薬貯溜槽
７２内の試薬を保温する場合には、前記反応ディスク２
０のような構造でないため、比較的熱遮断構造がとりや
すく、補償値直線傾斜が小さくてよい場合もある。図６
は、横軸にモニタセンサの検出温度をとり、縦軸に制御
温度を示し、補償温度値との関係の一例を示したもので
ある。

【００３４】図３において、モニタ用温度測定回路１０
１の電圧出力をＸ、恒温槽用温度測定回路１０２の電圧
出力をＹとすれば、演算制御回路１０３からの出力は、
ＡＸ＋Ｙ（０≦Ａ≦１）となる。

【００３５】具体例として、前記測定回路１０１、１０
２のブリッジ回路の各出力可変抵抗器１１０，１１１を
調整し、反応容器恒温槽測温抵抗４１が３７．５〔℃〕
を検出するとき、恒温槽用温度測定回路１０２の差動電
圧が０、モニタ用温度測定回路１０１のモニタ用測温抵
抗体１が３７〔℃〕を検出するとき、差動電圧が０とな
るようにする。さらに、前記演算制御回路１０３からの
出力が０となるよう熱的帰還を実現するように出力回路
１０４を構成する。前記反応容器恒温槽４０の制御温度
は、図７の示す座標（３７℃、３７．５℃）の点を通る
多くの直線となる。

【００３６】前記直線の傾きは、前記Ａの大きさ、すな
わち、前記演算制御回路１０３の前記モニタ用温度測定
回路１０１の出力の分圧用可変抵抗器１１２の大きさに
よって決定される。分析物質３５をモニタ温度如何にか
かわらず３７〔℃〕に保温したければ、前記直線の示す
制御温度と３７〔℃〕との差が、モニタセンサ１の各検
出温度に対する補償温度値ということになる。

【００３７】前記補償温度値は、モニタセンサ検出温度
および分析物質３５の温度の関係から実験的に容易に求
めることができる。その補償温度値をとるように前記可
変抵抗器１１０，１１１，１１２を調節する。このよう
な補償温度値を加え、制御されている反応容器用恒温槽
４０により囲まれ保温されている分析物質３５は、気温
の変化や装置自身の発熱によりモニタ検出付近の温度が
変化しても精度よく、例えば３７℃を維持することがで
きる。本実施例に基づく空気恒温槽のデ−タによれば、
装置外気温が１６℃から３０℃まで変化しても分析物質
３５を３７℃±０．１５に保温することができる。

【００３８】〔実施例 ２〕図８は、本発明の他の一実
施例に係る温度補償機能付恒温槽を具備した分析装置の
一部制御ブロック図を含む断面図である。図８に示す如
く、ファンにて送風される加熱空気により反応容器用恒
温槽を加熱する場合について説明する。

【００３９】図８において、図１と同一符号は同等部分
であるので詳細な説明を省略し、新たな符号のみ説明す
る。４１ａは吹付エア温度用測温体、４４は送風ファ
ン、１０２ａは吹付エア温度測定回路である。吹付エア
温度用測温体４１ａの検出温度に温度補償値を加え反応
容器用恒温槽４０を制御する。本発明は、上記各実施例
に限定されるものでなく、種々の態様が考えられる。

【００４０】

【発明の効果】以上、詳述したように本発明によれば、
モニタリングセンサによって恒温槽周囲の雰囲気温度を
検出し、その雰囲気温度に対する線形一次直線で決定さ
れる補償温度が演算制御回路で加算制御されているた
め、気温の変化や装置自身の発熱温度変化という要因が
あっても分析物質の温度を精度、かつ、一定に保つ恒温
槽を具備した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】本発明の一実施例に係る温度補償機能付恒温槽
を具備した分析装置の一部ブロック図を含む略示説明図
である。

【図２】図１の恒温槽付分析装置に用いられる恒温槽の
一部断面図である。

【図３】図１の恒温槽付分析装置に用いられる温度制御
回路図である。

【図４】図３の温度制御回路の信号出力条件を示す線図
である。

【図５】図３の温度制御回路における制御特性の一例を
示す線図である。

【図６】図３の温度制御回路における他の制御特性の一
例を示す線図である。

【図７】図３の温度制御回路におけるさらに他の制御特
性の一例を示す線図である。

【図８】本発明の他の一実施例に係る温度補償機能付恒
温槽を具備した分析装置の一部断面図を含む制御ブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１ モニタ用測温抵抗体 １０ ハウジング ３０ 反応容器 ３５ 分析測定物質 ４０ 反応容器用恒温槽 ４１ 恒温槽制御用測温抵抗体 ４１ａ 吹付エア用測温抵抗体 ４３ ヒ−タ ４４ 送風ファン １０１ モニタ用温度測定回路 １０２ 恒温槽用温度測定回路 １０２ａ 吹付エア温度測定回路 １０３ 演算制御回路 １０４ 出力回路 １１１ 可変抵抗器 １１０ 可変抵抗器 １１２ 可変抵抗器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 汎 茨城県勝田市市毛1040番地 株式会社日立 サイエンスシステムズ内 (72)発明者 池崎 満 茨城県勝田市市毛1040番地 株式会社日立 サイエンスシステムズ内 (72)発明者 白石 嘉平 茨城県勝田市市毛1040番地 株式会社日立 サイエンスシステムズ内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングと、前記ハウジング中に取り
   付けられた分析測定部と、分析物質を入れる複数の反応
   容器と、前記反応容器を保持し前記分析測定部へ移送す
   るための反応容器移送機構と、温度センサを具備した前
   記反応容器を特定温度に保つための恒温槽と、前記分析
   物質を生成するための試料と試薬とが入っている容器
   と、前記容器を保持移送する移送機構と、温度センサを
   具備した前記容器を特定温度に保つための恒温槽と、前
   記の各試料や各試薬を前記反応容器中に必要量分注する
   ピペッティング機構を備えた分析装置において、 前記ハウジング内部空間温度を検出するモニタリングセ
   ンサと、 前記各恒温槽のそれぞれの温度に、当該各恒温槽温度と
   前記モニタリングセンサにより検出したハウジング内部
   空間温度とのそれぞれの差に関係する一定補償温度を加
   算する演算回路と、 前記各演算値に基づき前記各恒温槽をそれぞれ所定の温
   度に制御する制御部とを備えたことを特徴とする温度補
   償機能付恒温槽を具備した分析装置。
2. 【請求項２】 演算回路は、前記各恒温槽のそれぞれの
   温度に、前記各恒温槽温度とハウジング内部空間の検出
   温度とのそれぞれの差に対して線形一次直線形で決定さ
   れる補償温度を加算することを特徴とする請求項１記載
   の温度補償機能付恒温槽を具備した分析装置。