JPH0325354A - 自動蛍光分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、反応液に対して所定波長の励起光を照射させ
発生された蛍光の光量を検出することにより、特定成分
の濃度を測定する自動蛍光分析装置に関する。

（従来の技術） 例えば人体の血清をサンプル（試料）として用いこれに
所望の試薬を加えて反応を生じさせ、この反応液を収納
した反応セルを移動させながらその反応状態を光学的に
検出するようにして、いわゆる比色法により検出して反
応液の特定或分の濃度を測定する自動化学分析装置が知
られている。

一方、この自動化学分析装置と同様に、移動中の反応セ
ルに対して測光位置で特定波長の励起光を照射させ、発
生された蛍光の光量を検出することにより各反応液の特
定或分の濃度を測定するようにした自動蛍光分析装置が
最近出現している。

このような自動蛍光分析装置では、反応セルは円形状の
反応ディスクの周縁に複数個が配置されて測定の１サイ
クルにつき例えば１回転プラス１ピッチずつ回転される
ことにより、１サイクルごとに各反応セルが先送りされ
るようになっている。

また反応ディスクの回転経路の所定位置には移動する各
反応セルに対して励起光を照射して、反応液内の蛍光物
質によって発生される蛍光を検出するための測光部が設
けられている。これによって各サイクルごとに各反応セ
ルの反応液の蛍光光量が検出でき、励起光として特定波
長のものを選択することにより特定成分の濃度を測定す
ることができる。

このようにして反応液の蛍光光量を検出する場合、測光
タイミングが適切に設定されることが重要であり、反応
セルの形状の中心と測光部からの測光光路の光軸とが正
確に一致していなければならない。第６図は従来の自動
蛍光分析装置における測光部１の構成を示すもので、反
応ディスク２の周縁に多数の反応セル３が配置され、反
応ディスク２はシャフト４に固定されギャ４ａに対して
パルスモータ６からの駆動力がそのギャ６ａを介して伝
達される。パルスモータ６のシャフトにはカット板７ｂ
が設けられると共に、シャフト４にカット板７ａが設け
られ、各カット板７ａ，７ｂには対向してフォトインタ
ラプタ８ａ，８ｂが配置されている。９は反応セル３を
一定温度に保つための恒温槽、１０はベアリングである
。各サイクルにおいて反応ディスク２が１回転プラス１
ピッチ分移動するごとに、カット板７ｂは１ビッチ分先
に進むことにより反応セル３の中心と光路の光軸Ｌとが
一致して１つの計測信号を発生するように構或されてい
る。

計測信号は測光制御部１１に出力される。測光制御部ｌ
１はインターフェイス１２，中央演算素子（μ一ＣＰＵ
）　１３，　ＲＯＭ１４，　ＲＡＭ１５等から構成され
ており、計測信号の入力に伴ない反応セル３からの蛍光
光量を読込んで自動蛍光分析装置を統括管理する主制御
部１６に出力する。

主制御部１６はインターフェイス１７，中央演算素子（
μ一ＣＰＵ）１８，ＲＯＭ１９，ＲＡＭ２０等から構成
されている。また共通メモリ（ＲＡＭから成る）２１が
設けられ、主制御部１６からの計測開始の指令と測光制
御部１ｌが計測した各反応セルの蛍光光量を格納するよ
うになっている。２２は反応ディスクコントローラであ
る。

第７図（ａ）．（ｂ）は計測信号及びこの計測信号の発
生タイミングで検出される蛍光の強さを示している。第
７図（ａ）の計測信号が発生すると、この信号の立上り
タイミングで反応セル３から検出された蛍光の強さ、す
なわち蛍光光量が検出される。この計測信号は反応セル
３の中心と光路の光軸Ｌとが一致したとき発生するよう
に調整されることにより、第７図（ｂ）の蛍光の強さの
ピーク値が検出されることになる。但し第８図（ａ）．
　　（ｂ）のように光軸Ｌが反応セル３の中心からずれ
た状態で計測信号が発生されると、各々対応した蛍光の
強さは前記ピーク値から左右にずれたものとなり、検出
される蛍光の強さにバラツキが生じるため測定精度の低
下を招くことになる。このため測定時は常に反応セルの
中心と光路の光軸とが一致したときに計測信号が立上る
ように計測タイミングを調整しなければならない。

（発明が解決しようとする課題） ところで従来の自動蛍光分析装置では、反応セルの中心
と光路の光軸とが一致したとき計測信号が立上るように
精密に調整しなければならないので、調整作業に多大な
労力を必要とする問題がある。例えば計測信号を発生す
るカット板は、１回転すると１ピッチだけ反応セルを進
ませるシャフトに取付けられているため、発生される計
測信号は反応ディスクを均等に分割することになる。

従って反応セルを反応ディスクを均等に分割する位置に
取付ける必要があるので、反応ディスクに反応セルを取
付ける支持体の取付精度も高度のものが要求されている
。

本発明は以上のような問題に対処してなされたもので、
精密な調整を不要にして測定精度を向上することができ
る自動蛍光分析装置を提供することを目的とするもので
ある。

［発明の構戊］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達或するために本発明は、各々反応液を収納
した複数の反応セルを少なくとも測光光路内は順次等速
移動させ、測光光路を通過する反応セルに対して特定波
長の励起光を照射して発生した蛍光の光量を検出するこ
とにより特定成分の濃度を測定する自動蛍光分析装置に
おいて、反応セルに特定波長の励起光を照射して発生し
た蛍光の光量を検出する第１の検出手段と、励起光の透
過光量を検出する第２の検出手段と、初期時に反応セル
間に通過する励起光の透過光を記憶すると共に反応セル
を透過する励起光の透過光量を順次記憶し、両透過光量
間に所定の差が生じた以後少なくとも反応セルが測光光
路を横切る迄の間透過先量と蛍光光量とを交互に時系列
に記憶する手段と、時系列に記憶した透過光量を過去へ
遡ることにより初期時の値との間に所定の差を生じた位
置を探し、反応セルの所定部位に対応した蛍光光量を検
出する手段とを備えたことを特徴とするものである。

（作　用） 各測定サイクルの開始に先立ち、反応ディスクは隣接す
る反応セル間を励起光が通過されるような位置となるよ
うに調整されており、測定サイクルが開始されると先ず
初期時にこれら反応セル間を通過する励起光の透過光量
が検出される。次に反応セルの移動に伴ない反応セルを
透過する透過光量が順次測定され、前記透過光量より所
定量減少例えば２／３に減少したときこれを計測の開始
のタイミングとみなして、以降少なくとも反応セルが測
光光路を横切る迄の間透過光量と蛍光光量とが交互に時
系列に検出して記憶される。続いて時系列に記憶された
透過光量を過去に遡ることにより初期時値との間に所定
差を生じた位置すなわち前記２／３に減少した位置が探
し出され、この位置を基に反応セルの中心位置が特定さ
れてこの中心位置に対応・した蛍光光量が検出される。

これによって常に反応セルの中心の蛍光強度を検出でき
るので、精密な調整を不要となして測定精度を向上する
ことができる。

（実施例） 以下図面を参照して本発明実施例を説明する。

第１図は本発明の自動蛍光分析装置の実施例を示す構威
図である。円形状の反応ディスク２の周縁には複数個の
反応セル３が配置され、これら反応セル３は第６図に示
すようにパルスモータ６によって回転されて１サイクル
ごとに矢印方向に例えば１回転プラス１ピッチ進むよう
に制御される。

パルスモータ６は反応ディスクコントローラ２２からの
駆動パルスによって制御される。またコントローラ２２
に対しては予め決められた特定位置（ホーム位置）に反
応セル３があることを示すホーム信号がカット板７ａと
フォトインタラプタ８ａの組み合せによって検出されて
加えられる。

反応ディスク２の周囲には分析すべき多数のサンプルが
収納された試料容器２４ａを保持するサンプラ２４が配
置され、先端にサンプリングプロ−プ２５ａを有するサ
ンプリングアーム２５によって回転．上下動が行われる
ことによって所定の反応セル３に対してサンプルが分注
されるように構成されている。また反応ディスク２の他
の周囲にはサンプルと混合して所定の分析を行わせるた
めの多数の試薬が収納された試薬容器２６ａを保持する
試薬庫２６が配置され、先端に試薬プローブ２７ａを有
する試薬アーム２７によって回転，上下動が行われるこ
とによって所定の反応セル３に対して試薬が分注される
ように構威されている。

さらに反応ディスク２の他の周囲には先端に撹拌子２８
ａを有する撹拌アーム２８が配置され、回転．上下動が
行われることによって所定の反応セル３内のサンプルと
試薬とを撹拌するように構成されている。撹拌が終了し
た反応セル３の進路位置には、この反応セル３に収納さ
れている反応液内の特定成分の濃度を光学的に測定する
ための測光部３０が設けられている。自動蛍光分析装置
の場合特定威分の濃度の測定は、反応セルに対して特定
波長の励起光を照射し発生された蛍光光量を検出するこ
とによって行われる。

また反応ディスク２の他の周囲の測光が終了した反応セ
ル３の進路位置には先端に洗浄ノズル４１ａを有するエ
レベータ４１が配置され、上下動が行われることによっ
て直下の測光済みの反応セル３を洗浄して再使用が可能
となるように構成されている。さらに前記サンプリング
アーム２５及び試薬アーム２７に対しては各々サンプリ
ングポンプ２５ｂ及び試薬ポンプ２７ｂが接続されて、
所定量のサンプル及び試薬を吸入してサンプリングプロ
ープ２５ａ及び試薬プローブ２７ａに供給するように構
成されている。

前記測光部３０の詳細は第２図のように構成されている
。光源となるハロゲンランプ３１から発生した光はチョ
ッパ３２によって暗視状態と非暗視状態とが交互に切換
えられた後、フィルタ３３ａによって励起光として用い
るための特定波長のみが選択されて通過される。例えば
４９２１ｍの波長を特定波長とし選択したとすると、こ
の励起光はミラー３４ａ，３４ｂ，３４ｃによって進路
方向が変更されてグレーテング３５に入射され、更に進
路方向が変更されて凸レンズ３６ａを介して出射された
後反応セル３に照射される。反応液内の蛍光物質の存在
に基き反応液からは蛍光例えば５２０ｎｍの波長光が発
生して再び測光部３０内に入射される。すなわち凸レン
ズ３６ａを介してグレーテング３５に入射され、励起光
との波長の違いによりグレーテング３５によって進路が
励起光と分離された後、再びミラー３４ｃ．３４ｂによ
って進路方向が変更され、フィルタ３８を介してフォト
マルチプライヤ３９に入射される。フォトマルチプライ
ヤ３９は入射された蛍光の光量を検出する。

一方、反応セル３の測光部３０と反対側の位置にはフォ
トダイオード３７が配置され、このフォトダイオード３
７には凸レンズ３６ｂ，フィルタ３３ｂを介して反応セ
ル３を透過した励起光が入射されてその透過光量が検出
される。すなわち、本実施例においてはこのように反応
セル３を透過した励起光の透過光量を検出するためにフ
ォトダイオード３７を配置した点に特徴を有している。

第３図に示すように、フォトダイオード３７によって励
起光の透過光は電圧として検出された後、プリアンプ４
２及びメインアンプ４３で増幅されてからマルチプレク
サ４４に入力される。一方、フォトマルチプライヤ３９
によって検出された蛍光はプリアンプ４６及びロックイ
ンアンプ４７で増幅されてからマルチプレクサ４４に入
力．される。

このように透過光及び蛍光が入力されたマルチプレクサ
４４は、測光制御部１１のμ−ＣＰＵ１３から指定され
る入力電圧を選択してＡＤＣ　（アナログ・デジタル・
コンバータ）４５に出力する。

ＡＤＣ４５は測光制御部１１のμ−ＣＰＵ１３からの変
換スタート信号により入力電圧をデジタル電圧に変換す
る。ＡＤＣ４５は変換中は測光制御部１１のμ−ＣＰＵ
１３に対してＢＵＳＹ信号を出力し、また変換終了でＲ
ＥＡＤＹ信号を出力して、μ−ＣＰＵ１３のＲＥＡＤＹ
信号で変換したデジタル値をμ−ＣＰＵＩ３に出力する
ようになっている。

測光制御部１１及び主制御部１６は第６図と同一構成と
なっている。主制御部１６は装置を構成する各ユニット
を統括管理し、必要に応じて各種の制御動作を行う。主
制御部１６は反応ディスク２が停止している状態では隣
接する各反応セル３間を励起光が通過するように位置関
係を調整している。また主制御部１６は反応ディスク２
を回転させるときは計測信号を共通メモリ２１を経由し
て測光制御部ｌ１へ送る。これに基き測光制御部１１は
測光部３０に対して測光を開始させ、検出した蛍光光量
を反応セル３ごとに共通メモリ２１に格納するように動
作する。測光の開始及び終了は主制御部１６から共通メ
モリの動作指示エリアに計測開始コードを格納すること
で行われる。

次に本実施例の作用を説明する。

自動蛍光分析装置は反応ディスク２が停止しているとき
各反応セル３間に励起光が通過するように位置が調整さ
れているものとする。主制御部１６は第１図の構成の各
ユニットを第５図のようなタイミングチャートで制御す
る。主制御部１６は１サイクルにつき反応ディスク２を
１回転プラス１ピッチ回転させ、反応ディスク２の停止
状態で各ユニットの操作位置において測定すべきサンプ
ルのサンプリング操作，試薬分注操作，撹拌操作，洗浄
操作等を行う。また測光は反応ディスク２が１回転プラ
ス１ピッチ回転する間に行われる。

測光制御部１１は主制御部１６の制御に基き、先ず初期
時に反応ディスク２が停止している状態で隣接している
各反応セル３間を通過した励起光の透過光量を検出して
ＲＡＭ１５に記憶する。次に主制御部１６によって反応
セル３が１回転１ピッチ回転されると、測光制御部１１
は移動を開始した反応セル３を透過した励起光の透過光
量をＡＤＣ４５の出力を読取ることにより順次記憶し、
初期時の前記透過光量より所定量減衰するまで、例えば
２／３以下になる迄続ける。これによって反応セル３の
管壁が検出され計測開始のタイミングが得られる。

第４図（ａ）はこの様子を示す特性図で、１＝０におけ
る反応ディスク２の停止時に検出された透過光の強さＰ
１は、反応セル３の回転に伴いほぼ２Ｐｌ／３に減少す
るｔ１が検出され、ここが反応セル３の管壁とみなされ
る。すなわち、第４図（ｂ）のように反応セル３が臨界
角θ以上の角度をもって測定光路に進入し始めるため、
反応セル３のガラスと測定液との境界面で全反射し、フ
ォトダイオード３７に到達しない結果透過光の強さはＰ
１の２７３以下に減少する。なお、３ａは測定液を示し
例えば水の場合この屈折率は１・３３空気の場合この屈
折率は１となる。また反応セル３がガラスの場合この屈
折率は１・４１となる。

このような場合θは次式で計算されるように約７０．６
１°となる。

Ｓｉｎθｊ！．３３／１．４１．−，θ≧７０．６１　
０続いて更に反応セル３が回転するにつれ、その管壁か
ら中心に向かう位置の透過光の強さは再び一定の値Ｐ２
　　（ｔｚ）に上昇する。

さらに反応セル３が臨界角θ以上の角度をもって測定光
路から離脱し始めるため、反応セル３のガラスと測定液
３ａとの境界面で全反射してフオトダイオード３７に到
達しない結果、透過光の強さＰ１の２／３以下に減少す
る位置ｔ３を検出する。

測光制御部１１は反応セル３の管壁を検出するとこれ以
後少なくとも反応セル３が光路の光軸Ｌを横切る迄の間
、透過光量と蛍光光量を交互に読込んで時系列に記憶す
る。このとき読込む透過光量の反応セル３の個数Ｎは次
式で示される。

Ｎ＝　（Ａ＋Ｂ／２）／　（ＣＸ　（Ｄ＋Ｅ）Ｘ２｝但
し、Ｎ：光路を反応セルが横切る迄の読込む透過光量又
は蛍光光量のデータ個数、 Ａ：反応ディスク中心から見た反応セルの角度、 Ｂ：反応ディスク中心から見た反応セル間の隙間の角度
（ｒａｄ）、 Ｃ：反応ディスクの回転速度 （ｒａｄ／ｓ） Ｄ＝マルチプレクサの入力電圧切換え時間、 Ｅ：ＡＤＣの変換時間、 次に測光制御部１１は時系列に記憶した透過光量を過去
に遡りながら、初期時の透過光量と所定の差例えば前記
のように２Ｐ１／３に減少した位置を探すことにより反
応セル３の管壁の透過光量の所在を探し、そのデータ位
置を前からｉ番目とする。続いて時系列に記憶した蛍光
光量の中から前からｉ　／　２番目を抽出することによ
り検出すべき蛍光光量とする。あるいは時系列に記憶し
た蛍光光量の中からｉ　／　２番目近傍のデータを平均
して検出すべき蛍光光量とすることもできる。

以下反応ディスク２にある反応セル３の本数だけ、同様
な手順を繰返すことにより各反応セルごとに蛍光光量を
測定することができる。測定が終了すると測光制御部１
１は共通メモリ２１の動作指示エリアに終了コードを格
納し、指示された動作が終了したことを主制御部１６に
知らせる。また測定された蛍光光量は共通メモリ２１に
格納される。

このように本実施例によれば、反応セルの管壁を検出し
これに基いて反応セルの所定部位に対応した蛍光光量を
検出するようにしたので、常に反応セルの中心のセルの
蛍光強度を正確に検出することができる。従って従来の
ように精密な調整を不要となしてバラツキを抑えること
ができるので目的を達成することができる。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、反応セルを通過又は
透過した励起光の透過光量を検出する検出手段を設け、
この透過光量を基に反応セルの中心の蛍光強度を検出で
きるので、精密な調整を不要となして測定精度を向上す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の自動蛍光分析装置の実施例を示す構成
図、第２図は第１図の主要部を示す構或図、第３図は第
１図の他の主要部を示すブロック図、第４図（ａ）．（
ｂ）は本発明の測定原理を説明する特性図及び概略図、
第５図は第１図の主要部の動作を示すタイミングチャー
ト、第６図は従来例を示す構成図、第７図（ａ）．（ｂ
）は従来の測定原理を説明する信号波形及び特性図、第
８図（ａ），（ｂ）は従来欠点を説明する概略図である
。 ２・・・反応ディスク、　３・・・反応セノベ１１・・
・測光制御部、　１６・・・主制御部、２１・・・共通
メモリ、　３０・・・測光部、３７・・・フォトダイオ
ード、 ３９・・・フォトマルチプライヤ。 （０１ ｛ ３０：ｌ・１定夏 （ｂ） 第 ４ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 各々反応液を収納した複数の反応セルを少なくとも測光
   光路内は順次等速移動させ、測光光路を通過する反応セ
   ルに対して特定波長の励起光を照射して発生した蛍光の
   光量を検出することにより特定成分の濃度を測定する自
   動蛍光分析装置において、反応セルに特定波長の励起光
   を照射して発生した蛍光の光量を検出する第１の検出手
   段と、励起光の透過光量を検出する第２の検出手段と、
   初期時に反応セル間に通過する励起光の透過光を記憶す
   ると共に反応セルを透過する励起光の透過光量を順次記
   憶し、両透過光量間に所定の差が生じた以後少なくとも
   反応セルが測光光路を横切る迄の間透過光量と蛍光光量
   とを交互に時系列に記憶する手段と、時系列に記憶した
   透過光量を過去へ遡ることにより初期時の値との間に所
   定の差を生じた位置を探し、反応セルの所定部位に対応
   した蛍光光量を検出する手段とを備えたことを特徴とす
   る自動蛍光分析装置。