[go: up one dir, main page]

JP3964946B2 - Dispensing device - Google Patents

Dispensing device Download PDF

Info

Publication number
JP3964946B2
JP3964946B2 JP07492596A JP7492596A JP3964946B2 JP 3964946 B2 JP3964946 B2 JP 3964946B2 JP 07492596 A JP07492596 A JP 07492596A JP 7492596 A JP7492596 A JP 7492596A JP 3964946 B2 JP3964946 B2 JP 3964946B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
nozzle
liquid level
suction
sample
liquid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP07492596A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH09264772A (en
Inventor
雅明 竹田
徹 松田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Aloka Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aloka Co Ltd filed Critical Aloka Co Ltd
Priority to JP07492596A priority Critical patent/JP3964946B2/en
Publication of JPH09264772A publication Critical patent/JPH09264772A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3964946B2 publication Critical patent/JP3964946B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
  • Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は試料吸引装置、特に自動分注装置における超音波を利用した液面検出に関する。
【0002】
【従来の技術】
分注装置は、試料(元検体)が入った試料容器から試料を吸引し、その吸引試料を複数の容器に分配するための装置である。かかる分注装置において、試料の吸引・吐出は、吸引圧力及び吐出圧力を発生する分注ポンプにエアチューブを介して接続されたノズルによって行われる。近年、金属製のノズル基部に、樹脂などからなるノズルチップを装着し、ノズルを部分的にディスポーザブル化したものが普及している。なお、本明細書では、便宜上、試料の吸引のみを行う装置も分注装置の概念に含めることにする。
【0003】
分注装置において分注精度を高めるためには、ノズルによって吸引した試料の液量(吸引量)やノズルから吐出した試料の液量(吐出量)を正確に管理する必要がある。そこで、従来、ノズルの長手方向に沿って光を透過させ、透過光量の変化に基づいて液量の監視を行うことが提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の透過光を利用した液量監視においては、不透明又は透明性の低いノズルが用いられると測定が不可能又は測定精度が低下するという問題があった。また、ノズル自体が透明であっても、着色された試料を吐出する場合には、吐出後においてもノズル内面に試料が付着して、液面が明確に測定できないという問題もある。
【0005】
なお、分注装置において、分注精度の向上及び分注の信頼性を高めるためには、吸引異常及び液漏れの検出を行うことが望まれる。そのため、従来においては、ノズルに連結された配管系の内圧を監視して、内圧の異常変動に基づいて吸引異常及び液漏れを判定していた。しかし、これらの手法は、ノズル内の液面の変動自体を直接的に監視するものではない。
【0006】
なお、特開平7−146168号公報や特開平6−341998号公報には、超音波振動子を備えた超音波伝播体を利用して液面検出を行うことが記載されているが、いずれもノズル内の液面検出を行うものではない。
【0007】
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、ノズル内の液面を直接監視して、吸引量及び吐出量を高精度に測定することにある。
【0008】
また、本発明の目的は、超音波による液面検出を利用して、吸引量、吐出量、液漏れ、吸引異常を判定できる分注装置を提供することにある。
【0009】
また、本発明の目的は、ノズル固有の導波管のような形態を利用して、液面検出のための超音波の集束と外来ノイズの遮断を達成できる分注装置を提供することにある。
【0010】
さらに、本発明の目的は、着色、非着色を問わずノズル内の液面検出を行える分注装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、ノズル基部とそれに装着されるノズルチップとで構成され、試料を吸引する中空のノズルと、前記ノズルを搬送するノズル搬送機構と、前記ノズル基部に設けられ、前記ノズルの基端側からノズル内部空間に超音波を放射し、反射波を受波する超音波センサと、前記超音波センサからの受信信号に基づいてノズル内に吸引された試料の液面を検出するノズル内液面検出手段と、を含み、前記超音波センサの送受波面は前記ノズル内部空間に臨んでおり、そこからノズル先端側へ超音波が放射されることを特徴とする。
【0012】
上記構成によれば、ノズルには超音波センサが設けられ、その超音波センサからノズル内部空間に超音波が送波される。そして、ノズル内の液面にて反射した反射波が超音波センサにて受波される。よって、受信信号を監視すれば、所定レベル以上のエコーとして液面を判別できる。この場合、送信時から液面エコー発生時までの時間はノズル内における試料の液面の高さに相関するものである。
【0013】
ノズルはそれ自体が音波路として機能し、送波された超音波が発散することなく、ノズル基端側から先端側へ導かれる。このことは反射波についても同様であり、反射波も発散することなく、ノズル内を戻って超音波センサにて受波される。また、ノズルの壁面は外来ノイズの遮蔽部材として機能する。よって、ノズル内での超音波の送受波によれば、S/N比を向上することができ、高精度の液面検出を実現できる。
【0014】
本発明の好適な態様では、前記検出された液面の高さを演算する液面高さ演算手段を有する。すなわち、送信時から液面反射波が得られるまでの時間から、超音波センサから液面までの超音波伝搬距離を演算でき、ノズル内部の長さからその伝搬距離を引けばノズル先端から液面までの高さを容易に求められる。もちろん、反射波が生じるまでの反射波時間は、液面の高さの関数となるので、テーブルなどを利用すれば反射波時間から直接的に液面の高さを演算できる。
【0015】
本発明の好適な態様では、前記検出された液面に基づいて前記ノズル内に吸引された試料の吸引量を演算する吸引量演算手段を含み、また、試料吐出時における液面の下降量に基づいて前記ノズルから吐出された試料の吐出量を演算する吐出量演算手段を含む。すなわち、ノズル内部の形態が既知であれば、液面の高さから液量(吸引量)を演算でき、また液面の下降量から吐出量も演算できる。
本発明の好適な態様では、試料保持状態における液面の変動に基づいて液漏れを判定する液漏れ判定手段を含む。すなわち、配管系のいずれかの箇所やノズル基部とノズルチップとの間の嵌合部でリーク(エア吸い込み)が発生すると、液漏れが生じ、ノズル内に吸引した試料の液面が徐々に下がることになるので、その液面の時間的な変動を検出して、液漏れを判定するものである。
【0016】
また、本発明の好適な態様では、試料吸引時における液面の変動に基づいて吸引異常を判定する吸引異常判定手段を含む。ここで、前記吸引異常判定手段は、望ましくは、吸引時における液面高さの時間的な変動が適正範囲から外れた場合に吸引異常を判定する。
【0017】
すなわち、試料吸引時にノズル先端開口のつまりや上記リークが発生すると、液面の変動も異常となるので、分注の信頼性を向上するために、吸引異常を判定するものである。
【0018】
以上のように、本発明によれば、試料吸引、試料保持、試料吐出の一連の分注工程で超音波による液面検出を有効に活用できる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【0020】
図1には、本発明に係る分注装置の好適な実施形態が示されており、図1はその全体構成図である。試料の吸引及び吐出を行うノズル10は、この実施形態において、金属製のノズル基部12と透明な樹脂などで成形されたノズルチップ14とで構成される。ノズル基部12の下端には、外面がテーパ状のチップ装着部12Aが形成され、そのチップ装着部12A内に、ノズルチップ14の上端部14Aが着脱自在に嵌合する。このノズルチップ14は、いわゆるディスポーザブルとして使用されるものであり、1つの試料の分注後には、次の試料の分注に先立ってノズルチップ14が交換される。
【0021】
ノズル10は、全体として中空パイプ状の形態を有し、別の観点から見れば導波管構造を有している。ノズル基部12の上端部12Bには、超音波振動子を内蔵した小型の超音波センサ18が埋設されている。その超音波センサ18の送受波面は、ノズル10内部空間に臨んでいる。すなわち、超音波センサ18の送受波面は、その直下に存在するノズル先端部の内側を向いている。ノズルチップ14は、その先端部が先細に成形されてテーパ状となっており、その先端には微小孔としての開口14Bが形成されている。なお、その開口14Bの直径は、例えば、0.5〜0.7mmである。
【0022】
容器20内には吸引対象としての試料22が入れられており、その容器20はラックにより垂直に保持されている。なお、図1には、ノズル10内に所定量の試料が吸引され、その液面が超音波計測により検出されている状態が示されている。
【0023】
ノズル基部12の内部空間は、図1のように分岐されており、その分岐路12Cにはエアチューブ26を介してエアポンプ28が連結されている。このエアポンプ28は、分注ポンプとして機能するもので、具体的にはシリンジ30とピストン32とで構成される。シリンジ30に対するピストン32の移動量に応じて、吸引圧力又は吐出圧力が発生する。その圧力変化は、エアチューブ26を介してノズル10の内部に伝達され、試料の吸引や吐出が行われる。ポンプ28はポンプ駆動機構34によって機械的に駆動される。ノズル10は、ノズル搬送機構36によって昇降自在、水平移動自在に保持されている。具体的には、ノズル基部12がノズル搬送機構36に保持されている。
【0024】
図1において、主制御部38は例えばコンピュータで構成されるものであり、分注制御部40及びノズル内液面検出部(以下、液面検出部)42を有する。
【0025】
分注制御部40は、吸引時・吐出時におけるノズル昇降制御及びポンプ駆動制御に加え、超音波を利用した液面検出のための制御を行っている。分注制御部40から送信トリガが送信部44に与えられると、送信部44から超音波センサ18に対して送信信号が供給され、これにより超音波センサ18から超音波パルスが放射される。この超音波パルスは、ノズル10内部空間(空気内)を伝搬し、ノズル10内の試料の液面で反射した反射波が超音波センサ18にて受波される。その受信信号は、受信部46で増幅、検波、ノイズ除去などの処理がなされた後、ノズル内液面検出部42に送られ、そこで受信信号に基づいてノズル10内の液面が検出される。
【0026】
超音波センサ18から放射される超音波パルスの中心周波数は、伝搬媒体が空気であること及びノズル10の内部形態を考慮しつつ、例えば数十KHzから数Mhzの間のいずれかの値に設定される。その超音波パルスの送信繰り返し周期は、超音波センサ18からノズル先端までの距離を超音波パルスが往復する時間よりも大きい値に設定される。超音波パルスを構成する波の波数は、距離分解能や信号強度を考慮して適宜設定するのが望ましい。
【0027】
図1において、分注制御部40は、液面高さ演算部50、吸引量演算部52、吐出量演算部54、液漏れ判定部56及び吸引異常判定部58を有する。以下各構成について詳述する。
【0028】
液面高さ演算部50は、ノズル内液面検出部42により検出された液面に基づいて、その液面の高さを演算するものである。図2には、受信信号が波形として模式的に例示されている。図2(A)に示すように、受信信号には液面に相当する位置に液面エコー102が生じている。したがって、所定のしきい値100によりその液面エコー102を判別すれば、送信時から液面エコー発生時までの時間t1 を求めることができる。そして、そのt1 に空気中における超音波の速度を乗算すれば、図3における超音波センサ18から液面までの距離h1 を演算することができる。ノズルチップ14の長さは既知であり、したがって超音波センサ18からノズルチップ14の先端までの距離h0 も既知となるため、そのh0 からh1 を引けば求めたい液面の高さh2 を簡単に演算することができる。なお、図1に示したノズル内液面検出部42は図2(A)に示したようにしきい値100による液面エコー102の判別及び時間t1 の計測を行っている。そして、液面高さ演算部50が、上述のように時間t1 から液面高さh2 を演算している。
【0029】
このように液面高さh2 が求まると、吸引量演算部52は、ノズル10内に吸引された試料22の液量を演算する。すなわち、ノズルチップ14の内部の形態は既知であるため、液面の高さh2 から吸引量を演算することができる。この場合、例えばt1 から直接的にh2 や吸引量などを求めるテーブルを利用してもよい。また、ノズルチップ14の種類によってそのようなテーブルを切換えて使用してもよい。
【0030】
図1に示した吐出量演算部54は、液面の下降量から吐出量を演算するものである。図2(B)に示すように、最初に液面エコー104が時間t1 で生じており、試料吐出後における液面エコー106が時間t2 で生じているような場合、それぞれの時間において液量を上述のように演算できるので、各時間における液量の差から図4に示すように吐出量Uを求めることができる。なおノズルチップ14の内径がt1 からt2 で一定の場合においては図2(B)に示すようにt1 とt2 の時間差t3 から直接的に吐出量Uを求めてもよい。
【0031】
図1に示す液漏れ判定部56は、吸引や吐出を行っていない試料保持状態において、ノズル内の液量を監視することにより配管系などで発生するリークに起因する液漏れを判定するものである。具体的には、図5に示すように、ポンプ停止状態において、液面の変動ΔUが生じた場合、液漏れが発生したと判定する。
【0032】
なお、このような液漏れの監視は、例えば試料吸引直後の液量を記憶しておいて、吐出直前において再度液量を測定し、液量に差があった場合にアラームを発生させてもよい。あるいはそのような液面の比較によらずに液面エコーが発生するまでの時間を比較することによっても液面変動を確認することができる。
【0033】
次に、図1に示した吸引異常判定部58について説明する。吸引異常判定部58は、吸引時における液面高さの時間的な変動を監視して吸引異常を判定するものである。図7(A)には、正常吸引を行った場合の液面高さ変動がグラフ200として示されている。本実施形態では、吸引異常判定部58が図7(B)に示すように正常のグラフ200に対して上側及び下側に一定間隔、隔てつつ判定曲線202U及び202Lを設定しており、実際の液面高さのグラフ204がそのような2つの判定曲線で囲まれる領域から外れた場合に吸引異常を判定している。図7(B)には、配管系などにリークが発生し、これによって充分な吸引圧力で試料の吸引を行えない状態が示されている。図示のように、液面高さを示すグラフ204の勾配が正常のものよりも小さくなっている。
【0034】
一方、図7(C)には、つまりが発生した場合のグラフ206が示されている。すなわち、図6に示すようにノズルチップ14の先端開口が試料22内に浮遊していた異物200などによって閉塞した場合、ポンプによって吸引圧を発生させても試料の液面は上昇しない。その状態が図7(C)に示されており、つまりが発生した時点から、曲線202U及び202Lで囲まれる領域からグラフ206が外れている。そこで、吸引異常判定部58は、そのような判定領域からのグラフの飛び出しに基づいて吸引異常を示すアラームを発生させている。
【0035】
なお、図7に示した曲線202U及び202Lで囲まれる判定領域は、要求される吸引異常の判定精度や誤判定排除などを考慮して適宜設定するのが望ましい。例えば、時間経過の増大にしたがって判定領域の幅を大きくすることなども可能である。
【0036】
次に、図8を用いて本実施形態の分注装置の動作について説明する。
【0037】
まず、試料22を入れた容器20の上方にノズル10が位置決めされた状態において、S101では、ノズル搬送機構36によってノズル10が下方に引き下げられ、S102において、ノズル先端の液面内への挿入量を一定に維持させながら試料の吸引が行われる。
【0038】
S103では、上述したように超音波センサ18による超音波の送受波に基づいて液面検出が行われる。この場合、吸引量演算部52が吸引量の演算を行い、すなわち吸引量が常時監視される。これと共に、吸引異常判定部58が吸引異常を常に監視しており、図7に示したようなリークやつまりが発生した場合には、S107においてアラームが発生する。
【0039】
S104では、監視している吸引量が設定した値に到達したか否かが判定され、吸引量が設定値に到達した場合には、S105において吸引が停止され、さらにS106においてノズル10がノズル搬送機構36によって上方に引き上げられる。そして、S108においては、必要に応じてノズルが水平方向に搬送される。このようなノズル上昇やノズルの移動の際には、液漏れ判定部56が機能し、図8に示す例では常に液面の変動が監視されており、液面変動が発生した場合にはS107で液漏れのアラームが発生している。もちろん、吸引直後の液量と吐出直前の液量とを比較して液漏れを判定してもよい。
【0040】
S109では、ノズル搬送機構36によってノズル10が吐出を行う容器に向けて下方に引き下げられ、S110では吐出が開始される。そして、S112では、再び超音波センサ18による超音波の送受波が実行され、液面の高さ変動が監視される。この場合、吐出量演算部54が吐出量の演算を行う。S113では、その演算された吐出量が設定された値に到達したか否かが判定されており、吐出量が設定量に到達した場合には、S114において吐出が停止され、その後、S115においてノズル10がノズル搬送機構36によって上方に引き上げられる。S116においては、次の容器に対し試料の吐出を続行するか否かが判定され、続行する場合にはS108からの各ステップが繰り返し実行される。
【0041】
以上の実施形態によれば、ノズル10に超音波センサ18を設けることによって各種の演算や判定を実現することができ、高精度の分注を達成できる。
【0042】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ノズル内の液面を直接的に監視でき、吸引量や吐出量を高精度に演算することが可能である。また、本発明によれば、超音波による液面検出を利用して吸引量や吐出量に加えて液漏れや吸引異常を判定することが可能である。さらに、本発明によれば、ノズル固有の形態を利用して液面検出のための超音波の集束と外来ノイズの遮断を同時に実現できる。また、本発明によれば、着色されたノズルに対しても液面検出を行えるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る分注装置の全体構成を示す図である。
【図2】 受信信号の波形を示す波形図である。
【図3】 液量の演算原理を示す図である。
【図4】 吐出量の演算原理を示す図である。
【図5】 液漏れが生じた場合の液面の変動を示す図である。
【図6】 異物によってノズル先端開口がつまった状態を示す図である
【図7】 吸引異常判定のための判定範囲を示す図である。
【図8】 本発明に係る分注装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
10 ノズル、12 ノズル基部、14 ノズルチップ、18 超音波センサ22 試料、28 ポンプ、34 ポンプ駆動機構、36 ノズル搬送機構、38 主制御部、40 分注制御部、42 ノズル内液面検出部、50 液面高さ演算部、52 吸引量演算部、54 吐出量演算部、56 液漏れ判定部、58吸引異常判定部。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid level detection using ultrasonic waves in a sample suction device, particularly an automatic dispensing device.
[0002]
[Prior art]
The dispensing device is a device for sucking a sample from a sample container containing a sample (original specimen) and distributing the sucked sample to a plurality of containers. In such a dispensing apparatus, the suction and discharge of the sample is performed by a nozzle connected via an air tube to a dispensing pump that generates suction pressure and discharge pressure. 2. Description of the Related Art In recent years, it has become popular to install a nozzle tip made of a resin or the like on a metal nozzle base and make the nozzle partially disposable. In this specification, for the sake of convenience, an apparatus that performs only sample aspiration is also included in the concept of the dispensing apparatus.
[0003]
In order to increase the dispensing accuracy in the dispensing apparatus, it is necessary to accurately manage the liquid amount (aspirated amount) of the sample sucked by the nozzle and the liquid amount (discharge amount) of the sample discharged from the nozzle. Therefore, conventionally, it has been proposed to transmit light along the longitudinal direction of the nozzle and monitor the amount of liquid based on a change in the amount of transmitted light.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional liquid amount monitoring using transmitted light, there is a problem that measurement is not possible or measurement accuracy is lowered when a nozzle having low transparency or transparency is used. In addition, even when the nozzle itself is transparent, when a colored sample is discharged, there is a problem that the liquid level cannot be clearly measured because the sample adheres to the inner surface of the nozzle even after discharge.
[0005]
In order to improve dispensing accuracy and improve dispensing reliability in dispensing devices, it is desirable to detect abnormal suction and liquid leakage. Therefore, conventionally, the internal pressure of the piping system connected to the nozzle is monitored, and abnormal suction and liquid leakage are determined based on abnormal fluctuations in internal pressure. However, these methods do not directly monitor the fluctuation of the liquid level in the nozzle itself.
[0006]
In addition, in JP-A-7-146168 and JP-A-6-341998, it is described that liquid level detection is performed using an ultrasonic wave propagation body provided with an ultrasonic transducer. It does not detect the liquid level in the nozzle.
[0007]
The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object thereof is to directly monitor the liquid level in the nozzle and measure the suction amount and the discharge amount with high accuracy.
[0008]
It is another object of the present invention to provide a dispensing device that can determine a suction amount, a discharge amount, a liquid leak, and a suction abnormality by using a liquid level detection by ultrasonic waves.
[0009]
Another object of the present invention is to provide a dispensing device that can achieve the focusing of ultrasonic waves for liquid level detection and the blocking of extraneous noise by utilizing a nozzle-like waveguide. .
[0010]
Furthermore, the objective of this invention is providing the dispensing apparatus which can detect the liquid level in a nozzle irrespective of coloring and non-coloring.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention comprises a nozzle base and a nozzle tip attached to the nozzle base, and is provided in a hollow nozzle for sucking a sample, a nozzle transport mechanism for transporting the nozzle, and the nozzle base. An ultrasonic sensor that radiates ultrasonic waves from the base end side of the nozzle to the nozzle internal space and receives reflected waves, and a liquid of the sample sucked into the nozzle based on a received signal from the ultrasonic sensor A liquid level detecting means in the nozzle for detecting the surface, wherein the wave transmitting / receiving surface of the ultrasonic sensor faces the internal space of the nozzle, and ultrasonic waves are radiated from there to the nozzle tip side.
[0012]
According to the above configuration, the nozzle is provided with the ultrasonic sensor, and the ultrasonic wave is transmitted from the ultrasonic sensor to the nozzle internal space. The reflected wave reflected by the liquid level in the nozzle is received by the ultrasonic sensor. Therefore, if the received signal is monitored, the liquid level can be determined as an echo of a predetermined level or higher. In this case, the time from the time of transmission to the time of occurrence of the liquid level echo correlates with the liquid level of the sample in the nozzle.
[0013]
The nozzle itself functions as a sound wave path, and the transmitted ultrasonic wave is guided from the nozzle base end side to the tip end side without divergence. The same applies to the reflected wave, and the reflected wave returns to the inside of the nozzle and is received by the ultrasonic sensor without diverging. Further, the wall surface of the nozzle functions as an external noise shielding member. Therefore, according to the ultrasonic wave transmission / reception within the nozzle, the S / N ratio can be improved, and highly accurate liquid level detection can be realized.
[0014]
In a preferred aspect of the present invention, the liquid level height calculating means for calculating the height of the detected liquid level is provided. That is, the ultrasonic propagation distance from the ultrasonic sensor to the liquid surface can be calculated from the time until the liquid surface reflected wave is obtained from the time of transmission, and if the propagation distance is subtracted from the length inside the nozzle, the liquid surface from the nozzle tip Can be easily obtained. Of course, the reflected wave time until the reflected wave is generated is a function of the height of the liquid surface, and therefore the height of the liquid surface can be directly calculated from the reflected wave time by using a table or the like.
[0015]
In a preferred aspect of the present invention, the apparatus includes a suction amount calculating means for calculating a suction amount of the sample sucked into the nozzle based on the detected liquid level, and the amount of descending liquid level when the sample is discharged is included. And a discharge amount calculating means for calculating the discharge amount of the sample discharged from the nozzle based on the nozzle. That is, if the form inside the nozzle is known, the liquid amount (suction amount) can be calculated from the height of the liquid level, and the discharge amount can also be calculated from the amount of descent of the liquid level.
In a preferred aspect of the present invention, a liquid leakage determining means for determining liquid leakage based on the fluctuation of the liquid level in the sample holding state is included. That is, if a leak (air suction) occurs at any part of the piping system or at the fitting portion between the nozzle base and the nozzle tip, the liquid leaks and the liquid level of the sample sucked into the nozzle gradually decreases. Therefore, the liquid leakage is determined by detecting the temporal fluctuation of the liquid level.
[0016]
In a preferred aspect of the present invention, a suction abnormality determining means for determining a suction abnormality based on a change in liquid level during sample suction is included. Here, the suction abnormality determination means desirably determines the suction abnormality when the temporal fluctuation of the liquid level during the suction is out of the appropriate range.
[0017]
That is, if the nozzle tip opening is clogged during sample suction or the above-mentioned leak occurs, the fluctuation of the liquid level also becomes abnormal. Therefore, in order to improve dispensing reliability, abnormal suction is determined.
[0018]
As described above, according to the present invention, liquid level detection by ultrasonic waves can be effectively utilized in a series of dispensing steps of sample suction, sample holding, and sample discharge.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.
[0020]
FIG. 1 shows a preferred embodiment of a dispensing apparatus according to the present invention, and FIG. 1 is an overall configuration diagram thereof. In this embodiment, the nozzle 10 that sucks and discharges the sample is composed of a metal nozzle base 12 and a nozzle tip 14 formed of a transparent resin or the like. A tip mounting portion 12A having a tapered outer surface is formed at the lower end of the nozzle base portion 12, and the upper end portion 14A of the nozzle tip 14 is detachably fitted into the tip mounting portion 12A. The nozzle tip 14 is used as a so-called disposable, and after dispensing one sample, the nozzle tip 14 is replaced prior to dispensing the next sample.
[0021]
The nozzle 10 has a hollow pipe shape as a whole, and has a waveguide structure from another viewpoint. A small ultrasonic sensor 18 incorporating an ultrasonic transducer is embedded in the upper end portion 12B of the nozzle base portion 12. The transmission / reception surface of the ultrasonic sensor 18 faces the internal space of the nozzle 10. That is, the transmission / reception surface of the ultrasonic sensor 18 faces the inner side of the nozzle tip located immediately below. The tip of the nozzle tip 14 is tapered to form a taper, and an opening 14B as a microhole is formed at the tip. The diameter of the opening 14B is, for example, 0.5 to 0.7 mm.
[0022]
A sample 22 as a suction target is placed in the container 20, and the container 20 is held vertically by a rack. FIG. 1 shows a state in which a predetermined amount of sample is sucked into the nozzle 10 and its liquid level is detected by ultrasonic measurement.
[0023]
The internal space of the nozzle base 12 is branched as shown in FIG. 1, and an air pump 28 is connected to the branch path 12 </ b> C via an air tube 26. The air pump 28 functions as a dispensing pump, and specifically includes a syringe 30 and a piston 32. Depending on the amount of movement of the piston 32 relative to the syringe 30, suction pressure or discharge pressure is generated. The pressure change is transmitted to the inside of the nozzle 10 through the air tube 26, and the sample is sucked and discharged. The pump 28 is mechanically driven by a pump drive mechanism 34. The nozzle 10 is held by a nozzle transport mechanism 36 so as to be movable up and down and horizontally. Specifically, the nozzle base 12 is held by the nozzle transport mechanism 36.
[0024]
In FIG. 1, the main control unit 38 is configured by a computer, for example, and includes a dispensing control unit 40 and a nozzle liquid level detection unit (hereinafter, liquid level detection unit) 42.
[0025]
The dispensing control unit 40 performs control for liquid level detection using ultrasonic waves, in addition to nozzle elevation control and pump drive control during suction and discharge. When a transmission trigger is given from the dispensing control unit 40 to the transmission unit 44, a transmission signal is supplied from the transmission unit 44 to the ultrasonic sensor 18, whereby an ultrasonic pulse is emitted from the ultrasonic sensor 18. The ultrasonic pulse propagates in the internal space (in the air) of the nozzle 10, and the reflected wave reflected by the liquid surface of the sample in the nozzle 10 is received by the ultrasonic sensor 18. The received signal is subjected to processing such as amplification, detection, and noise removal in the receiving unit 46 and then sent to the liquid level detecting unit 42 in the nozzle, where the liquid level in the nozzle 10 is detected based on the received signal. .
[0026]
The center frequency of the ultrasonic pulse radiated from the ultrasonic sensor 18 is set to any value between, for example, several tens of KHz to several Mhz, taking into account that the propagation medium is air and the internal form of the nozzle 10. Is done. The transmission repetition period of the ultrasonic pulse is set to a value larger than the time for the ultrasonic pulse to reciprocate the distance from the ultrasonic sensor 18 to the nozzle tip. It is desirable that the wave number constituting the ultrasonic pulse is appropriately set in consideration of distance resolution and signal intensity.
[0027]
In FIG. 1, the dispensing control unit 40 includes a liquid level calculation unit 50, a suction amount calculation unit 52, a discharge amount calculation unit 54, a liquid leakage determination unit 56, and a suction abnormality determination unit 58. Each configuration will be described in detail below.
[0028]
The liquid level calculation unit 50 calculates the height of the liquid level based on the liquid level detected by the in-nozzle liquid level detection unit 42. FIG. 2 schematically illustrates the received signal as a waveform. As shown in FIG. 2A, a liquid level echo 102 is generated at a position corresponding to the liquid level in the received signal. Therefore, if the liquid level echo 102 is discriminated by the predetermined threshold value 100, the time t1 from the time of transmission to the time of occurrence of the liquid level echo can be obtained. Then, by multiplying t1 by the velocity of the ultrasonic wave in the air, the distance h1 from the ultrasonic sensor 18 to the liquid surface in FIG. 3 can be calculated. Since the length of the nozzle tip 14 is known, and the distance h0 from the ultrasonic sensor 18 to the tip of the nozzle tip 14 is also known, the height h2 of the liquid level to be obtained can be easily obtained by subtracting h1 from h0. It can be calculated. The in-nozzle liquid level detection unit 42 shown in FIG. 1 performs discrimination of the liquid level echo 102 by the threshold value 100 and measurement of the time t1 as shown in FIG. Then, the liquid level height calculation unit 50 calculates the liquid level height h2 from time t1 as described above.
[0029]
When the liquid level height h2 is obtained in this way, the suction amount calculation unit 52 calculates the liquid amount of the sample 22 sucked into the nozzle 10. That is, since the internal form of the nozzle tip 14 is known, the suction amount can be calculated from the liquid level height h2. In this case, for example, a table for obtaining h2 and the suction amount directly from t1 may be used. Further, such a table may be switched and used depending on the type of the nozzle tip 14.
[0030]
The discharge amount calculation unit 54 shown in FIG. 1 calculates the discharge amount from the amount of descending liquid level. As shown in FIG. 2B, when the liquid level echo 104 is initially generated at time t1, and the liquid level echo 106 after the sample is discharged is generated at time t2, the liquid amount is changed at each time. Since the calculation can be performed as described above, the discharge amount U can be obtained from the difference in the liquid amount at each time as shown in FIG. When the inner diameter of the nozzle tip 14 is constant from t1 to t2, the discharge amount U may be obtained directly from the time difference t3 between t1 and t2, as shown in FIG.
[0031]
The liquid leak determination unit 56 shown in FIG. 1 determines a liquid leak caused by a leak that occurs in a piping system or the like by monitoring the amount of liquid in the nozzle in a sample holding state where suction or discharge is not performed. is there. Specifically, as shown in FIG. 5, it is determined that liquid leakage has occurred when the liquid level fluctuation ΔU occurs in the pump stop state.
[0032]
Note that such liquid leakage monitoring may be performed by, for example, storing the liquid volume immediately after sample suction, measuring the liquid volume again immediately before discharge, and generating an alarm when there is a difference in liquid volume. Good. Alternatively, the liquid level fluctuation can be confirmed also by comparing the time until the liquid level echo is generated without comparing the liquid levels.
[0033]
Next, the suction abnormality determination unit 58 shown in FIG. 1 will be described. The suction abnormality determining unit 58 determines suction abnormality by monitoring temporal fluctuations in the liquid level during suction. FIG. 7A shows a change in liquid level when a normal suction is performed as a graph 200. In the present embodiment, as shown in FIG. 7B, the suction abnormality determination unit 58 sets the determination curves 202U and 202L while being spaced apart from each other by a fixed interval above and below the normal graph 200. Abnormal suction is determined when the liquid level graph 204 deviates from the region surrounded by such two determination curves. FIG. 7B shows a state where a leak occurs in the piping system and the like, and the sample cannot be sucked with a sufficient suction pressure. As shown in the figure, the gradient of the graph 204 indicating the liquid level is smaller than the normal one.
[0034]
On the other hand, FIG. 7C shows a graph 206 when clogging occurs. That is, as shown in FIG. 6, when the tip opening of the nozzle tip 14 is blocked by the foreign matter 200 or the like floating in the sample 22, the liquid level of the sample does not rise even if the suction pressure is generated by the pump. The state is shown in FIG. 7C, and the graph 206 has deviated from the area surrounded by the curves 202U and 202L from the time when the occurrence occurred. Therefore, the suction abnormality determination unit 58 generates an alarm indicating a suction abnormality based on the pop-up of the graph from such a determination area.
[0035]
It should be noted that the determination region surrounded by the curves 202U and 202L shown in FIG. 7 is desirably set as appropriate in consideration of the required determination accuracy of suction abnormality, exclusion of erroneous determination, and the like. For example, it is possible to increase the width of the determination region as time elapses.
[0036]
Next, operation | movement of the dispensing apparatus of this embodiment is demonstrated using FIG.
[0037]
First, in a state where the nozzle 10 is positioned above the container 20 containing the sample 22, in S101, the nozzle 10 is pulled down by the nozzle transport mechanism 36, and in S102, the amount of insertion of the nozzle tip into the liquid surface The sample is aspirated while maintaining a constant value.
[0038]
In S103, the liquid level is detected based on the transmission / reception of the ultrasonic wave by the ultrasonic sensor 18 as described above. In this case, the suction amount calculation unit 52 calculates the suction amount, that is, the suction amount is constantly monitored. At the same time, the suction abnormality determination unit 58 constantly monitors the suction abnormality, and if a leak or clogging as shown in FIG. 7 occurs, an alarm is generated in S107.
[0039]
In S104, it is determined whether or not the monitored suction amount has reached the set value. If the suction amount has reached the set value, suction is stopped in S105, and the nozzle 10 is transported in S106. The mechanism 36 is pulled upward. In S108, the nozzles are conveyed in the horizontal direction as necessary. When the nozzle rises or moves, the liquid leakage determination unit 56 functions. In the example shown in FIG. 8, the liquid level fluctuation is constantly monitored. A liquid leak alarm has occurred. Of course, the liquid leakage may be determined by comparing the liquid amount immediately after suction with the liquid amount immediately before discharge.
[0040]
In S109, the nozzle 10 is pulled downward by the nozzle transport mechanism 36 toward the container to be discharged, and in S110, discharge is started. In S112, ultrasonic wave transmission / reception by the ultrasonic sensor 18 is executed again, and the height fluctuation of the liquid level is monitored. In this case, the discharge amount calculation unit 54 calculates the discharge amount. In S113, it is determined whether or not the calculated discharge amount has reached the set value. If the discharge amount has reached the set amount, the discharge is stopped in S114, and then the nozzle in S115. 10 is pulled upward by the nozzle transport mechanism 36. In S116, it is determined whether or not to continue the discharge of the sample to the next container, and in the case of continuing, each step from S108 is repeatedly executed.
[0041]
According to the above embodiment, various calculations and determinations can be realized by providing the ultrasonic sensor 18 in the nozzle 10, and high-precision dispensing can be achieved.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the liquid level in the nozzle can be directly monitored, and the suction amount and the discharge amount can be calculated with high accuracy. Further, according to the present invention, it is possible to determine liquid leakage and suction abnormality in addition to the suction amount and the discharge amount by utilizing the liquid level detection by ultrasonic waves. Furthermore, according to the present invention, it is possible to simultaneously realize the focusing of ultrasonic waves for detecting the liquid level and the blocking of external noise by utilizing the unique form of the nozzle. Moreover, according to this invention, there exists an advantage that a liquid level detection can be performed also with respect to the colored nozzle.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a dispensing apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a waveform diagram showing a waveform of a received signal.
FIG. 3 is a diagram illustrating a calculation principle of a liquid amount.
FIG. 4 is a diagram illustrating a calculation principle of a discharge amount.
FIG. 5 is a diagram showing fluctuations in the liquid level when liquid leakage occurs.
FIG. 6 is a diagram showing a state where the nozzle tip opening is clogged with foreign matter. FIG. 7 is a diagram showing a determination range for determining suction abnormality.
FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the dispensing apparatus according to the present invention.
[Explanation of symbols]
10 nozzles, 12 nozzle bases, 14 nozzle tips, 18 ultrasonic sensors 22 samples, 28 pumps, 34 pump drive mechanisms, 36 nozzle transport mechanisms, 38 main control units, 40 dispensing control units, 42 liquid level detection units in nozzles, 50 liquid level height calculation unit, 52 suction amount calculation unit, 54 discharge amount calculation unit, 56 liquid leakage determination unit, 58 suction abnormality determination unit.

Claims (7)

ノズル基部とそれに装着されるノズルチップとで構成され、試料を吸引する中空のノズルと、
前記ノズルを搬送するノズル搬送機構と、
前記ノズル基部に設けられ、前記ノズルの基端側からノズル内部空間に超音波を放射し、反射波を受波する超音波センサと、
前記超音波センサからの受信信号に基づいてノズル内に吸引された試料の液面を検出するノズル内液面検出手段と、
を含み、
前記超音波センサの送受波面は前記ノズル内部空間に臨んでおり、そこからノズル先端側へ超音波が放射されることを特徴とする分注装置。
A hollow nozzle that is composed of a nozzle base and a nozzle tip attached to the nozzle base and sucks a sample;
A nozzle transport mechanism for transporting the nozzle;
An ultrasonic sensor that is provided at the nozzle base, emits ultrasonic waves from the base end side of the nozzles to the nozzle internal space, and receives reflected waves;
In-nozzle liquid level detection means for detecting the liquid level of the sample sucked into the nozzle based on the received signal from the ultrasonic sensor;
Including
2. A dispensing apparatus according to claim 1, wherein a transmission / reception surface of the ultrasonic sensor faces the inner space of the nozzle, and ultrasonic waves are radiated from there to the nozzle tip side.
請求項1記載の装置において、
前記検出された液面に基づいて、ノズル先端から液面までの高さを演算する液面高さ演算手段を有することを特徴とする分注装置。
The apparatus of claim 1.
A dispensing apparatus comprising liquid level height calculating means for calculating a height from a nozzle tip to a liquid level based on the detected liquid level.
請求項1記載の装置において、
前記検出された液面に基づいて前記ノズル内に吸引された試料の吸引量を演算する吸引量演算手段を含むことを特徴とする分注装置。
The apparatus of claim 1.
2. A dispensing apparatus comprising: a suction amount calculating means for calculating a suction amount of a sample sucked into the nozzle based on the detected liquid level.
請求項1記載の装置において、
試料吐出時における液面の下降量に基づいて前記ノズルから吐出された試料の吐出量を演算する吐出量演算手段を含むことを特徴とする分注装置。
The apparatus of claim 1.
A dispensing apparatus comprising discharge amount calculating means for calculating a discharge amount of a sample discharged from the nozzle based on a descending amount of a liquid level at the time of discharging a sample.
請求項1記載の装置において、
試料保持状態における液面の変動に基づいて液漏れを判定する液漏れ判定手段を含むことを特徴とする分注装置。
The apparatus of claim 1.
A dispensing apparatus comprising: a liquid leakage determining means for determining a liquid leakage based on a fluctuation of a liquid level in a sample holding state.
請求項1記載の装置において、
試料吸引時における液面の変動に基づいて吸引異常を判定する吸引異常判定手段を含むことを特徴とする分注装置。
The apparatus of claim 1.
A dispensing apparatus comprising suction abnormality determining means for determining a suction abnormality based on a change in a liquid level during sample suction.
請求項6記載の装置において、
前記検出された液面に基づいて、ノズル先端から液面までの高さを演算する液面高さ演算手段を有し、
前記吸引異常判定手段は、吸引時におけるノズル先端から液面までの高さの時間的な変動が適正範囲から外れた場合に吸引異常を判定することを特徴とする分注装置。
The apparatus of claim 6.
Based on the detected liquid level, it has a liquid level height calculating means for calculating the height from the nozzle tip to the liquid level,
The dispensing apparatus according to claim 1, wherein the suction abnormality determining unit determines a suction abnormality when a temporal variation in height from a nozzle tip to a liquid level during suction is out of an appropriate range.
JP07492596A 1996-03-28 1996-03-28 Dispensing device Expired - Fee Related JP3964946B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP07492596A JP3964946B2 (en) 1996-03-28 1996-03-28 Dispensing device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP07492596A JP3964946B2 (en) 1996-03-28 1996-03-28 Dispensing device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH09264772A JPH09264772A (en) 1997-10-07
JP3964946B2 true JP3964946B2 (en) 2007-08-22

Family

ID=13561439

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP07492596A Expired - Fee Related JP3964946B2 (en) 1996-03-28 1996-03-28 Dispensing device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3964946B2 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5140497B2 (en) * 2008-06-17 2013-02-06 ベックマン コールター, インコーポレイテッド Analysis apparatus and analysis method
DE112010002270B4 (en) * 2009-01-30 2013-10-17 Hitachi High-Technologies Corporation Automatic analyzer and sample treatment device
JP5093164B2 (en) * 2009-03-16 2012-12-05 株式会社島津製作所 Sampling mechanism
TWI604182B (en) * 2016-04-26 2017-11-01 諾貝爾生物有限公司 Syringe assembly and method of using the same
JP6981067B2 (en) * 2017-07-14 2021-12-15 横浜ゴム株式会社 Method for measuring the thickness of the separation layer

Also Published As

Publication number Publication date
JPH09264772A (en) 1997-10-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2518045C2 (en) Method of pipette state monitoring, method of pipetting, pipetting device and suction pipe assembly for pipetting device
US4144517A (en) Single transducer liquid level detector
EP0629859B1 (en) Dispensing device
US7334451B1 (en) Level meter threshold detection system
EP0732598B1 (en) Ultrasonic sensor and pipetting apparatus using same
US4909080A (en) Ultrasonic level gauge
EP0324731A1 (en) A method of indicating the time of an acoustic pulse and a device for carrying out the method.
EP0753721B1 (en) Volume detection apparatus and method
JP2007322285A (en) Dispenser
US7503225B2 (en) Ultrasonic flow sensor having a transducer array and reflective surface
US6202484B1 (en) Method and device for determining a liquid level with the aid of ultrasonic pulses
JP3964946B2 (en) Dispensing device
WO1994006020A1 (en) Leakage detection method in automatic pipetting apparatus
EP3581937B1 (en) Automatic analysis device
JP6305797B2 (en) Liquid level detector and automatic analyzer
JPH09257808A (en) Dispensing apparatus
EP1209471A2 (en) Fluid detection method
JPH05223830A (en) Method and device for detecting dispensated quantity
JP3771622B2 (en) Dispensing device
JP2013044692A (en) Dispensation mechanism and automatic analyzer using the same
JP3123895B2 (en) Ultrasonic sensor and dispensing device using the same
JP3926546B2 (en) Spotting detection method and spotting detection device
JPH06249697A (en) Ultrasonic liquid-level indicator
JP3648879B2 (en) Dispensing device
JP3573852B2 (en) Ultrasonic sensor and dispensing device using the same

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20040805

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20040824

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20041012

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20041109

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050104

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20050117

A912 Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20050218

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070423

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070525

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100601

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120601

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130601

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130601

Year of fee payment: 6

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees