专利名称：溶液搅拌方法
技术领域：
本发明涉及溶液的搅拌方法。特别是，本发明涉及将被测溶液与试剂液混合，测定被测溶液中特定成分的浓度时的搅拌方法。
背景技术：
在测定被测溶液的光学特性计算浓度的场合，使用具有光在被保持的被测溶液中传播那样的结构的样品池。这种样品池由玻璃等构成，具有长方体形状。另外，在相对的面设有透明部分，光能够在被测样品中传播。
通常，这种样品池的上部是开放的，用滴液吸移管、移液管或注射器等由其上部导入给定量的被测溶液。接着，注入给定量的试剂液，用搅拌棒搅拌，或者振荡样品池，使被测溶液与试剂液混合均匀。然后，测定光学特性，确定特定成分的浓度。
但是，在上述方法中，将被测溶液和试剂液混合后，为了进行搅拌，必需使用搅拌棒等。这时，搅拌棒会妨碍透过光和散射光的观测，或者有必要将样品池从光学系统中取出，因此存在混合后至开始观测的时间变长的问题。从而导致在观测被测溶液与试剂液混合后立即出现的过渡现象时，观测的空白时间增加。特别是在被测溶液与试剂液的反应速度快时，这种情况成了大问题。
另外，如果将样品池从测定光学系统中取出，则光学系统的设置等发生变化，因此在测定与试剂液混合前后的被测溶液的光学特性的变化时，会导致精度降低。
考虑以上问题，本发明的目的在于提供一种没有必要使用搅拌棒以及将样品池取出，能够容易地将被测溶液和试剂液混合均匀的搅拌方法、样品池以及溶液浓度测定装置。
发明内容
本发明涉及一种溶液搅拌方法，其特征在于，在溶液中注入气体，搅拌上述溶液。
在上述方法中，优选的是注入上述溶液的气体体积为上述溶液体积的1/20以上。
另外，优选的是注入上述气体的时间在10秒以内。
另外，优选的是上述气体不含有二氧化碳和/或氧。上述气体是选自氮、氩和氦中的至少1种。
而且，本发明还涉及一种样品池，具有能够保持欲测定光学特性的被测溶液且能够对上述被测溶液照射光的结构，其特征在于，具备注入用于搅拌上述被测溶液的气体的气体注入口。
优选的是，在上述样品池中，上述气体注入口设置在最下部。
另外，优选的是上述样品池在上部具备用于导入上述被测溶液和/或上述被测溶液中混合的试剂液的开口部。
而且，优选的是上述样品池在上述气体注入口具备转换阀，使之不仅能够注入上述气体，也能够注入上述被测样品中混合的试剂液。
而且，优选的是上述样品池另外具备用于注入上述被测溶液中混合的试剂液的试剂注入口。
另外，优选的是在上述样品池中，上述试剂注入口设置在上述气体注入口的上面。
另外，优选的是在上述样品池中，于上述光在上述被测溶液中传播的区域上部设置上述气体注入口。
另外，上述样品池优选的是，保持给定量的上述被测溶液时上述被测溶液的液面至样品池底面的距离h与样品池的底面积S在相同单位体系中满足关系式(1)h＞S/10 (1)本发明还涉及一种溶液浓度测定装置，其特征在于，具备把光投射到被测溶液上的光源、保持上述被测溶液的上述样品池、检测透过上述被测溶液的光和/或在上述被测溶液中传播时产生的散射光的光传感器、将上述被测溶液导入上述样品池的导入装置、将试剂液注入上述样品池内的上述被测溶液中的试剂液注入装置、将上述气体注入上述样品池内的上述被测溶液中的气体注入装置，而且还具备控制上述被测溶液导入装置、上述试剂注入装置和上述气体注入装置，并基于上述光传感器的输出信号分析上述被测溶液的光学特性的计算机。
图1是表示本发明的样品池结构的图。
图2是图1所示样品池的骨架部分1的俯视图。
图3是表示试剂液混合后经过的时间与透过光强度的关系的曲线图。
图4是表示试剂液混合后经过的时间与透过光强度的关系的另一曲线图。
图5是表示试剂液混合后经过360秒时的光传感器8的输出信号与各被测溶液的蛋白质浓度的关系的曲线图。
图6是表示本发明的另一样品池结构的图。
图7是图6所示样品池的骨架部分14的俯视图。
图8是表示本发明的另一样品池结构的图。
图9是图8所示样品池的骨架部分14的俯视图。
图10是表示试剂液混合后经过的时间与散射光强度的关系的图。
具体实施例方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式，但是本发明并不限定于此。
实施方式1以下，采用图1进行详细说明本发明的实施方式。
图1中，本发明的样品池的骨架部分1由上部具有开放的开口部的长方体状铝制容器构成。而且，在光路的两端镶嵌着作为光学窗的玻璃板(图中未表示)，在保持被测溶液的状态下光能够从被测溶液中透过。图1是表示本发明的样品池结构的图。
该容器的长轴方向的距离，即光学窗间的距离为5cm。另外，短轴方向的距离为1cm。样品池的骨架部分1的最下部如图2所示，在没有光学窗的侧面设有注入口2。另外，图2是图1所示样品池的骨架部分1的俯视图。实质上该骨架部分1相当于样品池。
另外，本发明的样品池具备临时捕获被测溶液的漏斗3、控制将捕获到漏斗3中的被测溶液滴加到样品池1中的电磁阀4、在被测溶液中滴加给定量的试剂液的移液管5、作为光源的半导体激光模块6。半导体激光模块6投射波长780nm、强度3.0mW、光束直径2.0mm的大致平行光7。该大致平行光7的光轴与样品池的骨架部分1的底面平行，位于距底面4mm的位置。注入口2的内径(直径)为2.0mm，如图1所示，设置于大致平行光7的下部。
而且，本发明的样品池还具备检测透过被测溶液的光的光传感器8、解析光传感器8的输出信号并控制电磁阀4、移液管5和光源6的计算机9。
另外，泵10经管11由注入口2向被测溶液中注入空气。该泵10通过计算机9进行控制。另外，图1示意性地表示空气由注入口2注入时产生的气泡12。
被测溶液的液面13的最下部处于距离样品池骨架部分1的底面高度为h的位置。该样品池骨架部分1的内壁的角具有r。也就是说，由于角并非严格的直角，因此保持5ml的被测溶液时h为1cm。
以下，给出使用纯水作为被测溶液，并使用将平均直径为20nm的聚苯乙烯粒子均匀分散在纯水中得到的分散液作为试剂液的实施例。
该聚苯乙烯粒子具有接近于纯水的比重，且粒径小。因此，在本发明所示的时间内见不到沉淀等现象。如果将该试剂液滴加到被测溶液(纯水)中，粒子在被测溶液中扩散，被测溶液全部混浊。该混浊程度，即浊度作为透过光强度用光传感器8的输出信号进行测定。
如上所述，由于含有微粒的溶液扩散产生的混浊并不伴有化学反应。因此，被测溶液总体的浊度仅依赖于试剂液的扩散程度，没有必要考虑反应速度。也就是说，浊度稳定在某一数值时，意味着微粒在全部溶液中充分扩散，均匀分散。基于上述情况，如果以含有微粒的分散液作为试剂液混合到被测溶液中观测浊度，对于验证搅拌效果的场合是很便利的。
按照本实施方式，如下所述进行本发明的方法。
首先，以不含有灰尘等微粒的纯水作为被测溶液投入到捕获用漏斗3中，计算机9控制电磁阀4，将漏斗3捕获的被测溶液导入样品池1中。这时，导入的被测溶液的给定量为4.5ml，h低于10mm。接着，计算机9控制移液管5，将上述试剂液0.5ml滴加到样品池的骨架部分1，与被测溶液混合。这样，样品池保持5ml的液体，h达到10mm。
同时，计算机9开始记录光传感器8的输出信号。该光传感器8的输出信号的时间变化如图3所示。图3的曲线图表示试剂液混合后经过的时间与光传感器8的输出信号(透过光的强度)的关系。在试剂液混合后经过10秒的时刻，计算机9控制泵10，由注入口2用2秒注入空气5ml。这样注入空气时的光传感器8的输出信号如图3的实线a所示。
而且，测定被测溶液中特定成分的浓度时，计算机9解析该实线表示的试剂液混合后的光传感器8的输出信号，计算出被测溶液的浓度。该实线在空气注入时刻附近，即试剂液混合后经过10秒的时刻变化较大。这是由于注入的空气侵入大致平行光7的光路中，妨碍了光路。
另外，图3中没有这样注入空气时光传感器8的输出信号如虚线b所示。该虚线在试剂液混合后至10秒与实线重合，但是经过10秒后，与实线相比光传感器8的输出信号的降低速度较小。这是由于没有注入空气产生的搅拌作用，微粒仅通过扩散作用扩散。因此，如图3所示，试剂液混合后经过60秒的时刻光传感器8的输出信号显示约0.55V，信号继续降低，不稳定。
另一方面，实线表示的注入了空气的场合，经过60秒的时刻光传感器8的输出信号为约0.11V，信号降低达到饱和，表明被测溶液充分稳定。用搅拌棒等充分搅拌的场合，光传感器8的输出信号也为约0.11V，稳定。也就是说，按照本实施方式，通过注入空气进行搅拌，能够得到与用搅拌棒等充分搅拌时同等的搅拌效果。
另外，以上说明了用2秒注入空气5ml的情况，但是只要在10秒内注入被测溶液体积的1/20以上，即0.25ml以上的空气，就可以得到同样的搅拌效果，在越短的时间内注入越多的空气，就能得到越大的搅拌效果。
这里，注入空气量小于溶液量的1/20时，不能得到充分的搅拌效果。另外，用10秒以上注入时，即使是注入的空气量为溶液量的1/20以上的场合，也不能得到充分的搅拌效果。
另外，只要在由于被测溶液气化造成的被测溶液量降低不会成为实际使用方面的问题的程度内，注入的气体的体积越大越能够得到搅拌效果。
另外，上述样品池的骨架部分1的底面积S为5cm2(1cm×5cm)，由该底面到被测溶液的液面最下部的距离h为1cm。如果该底面积S与距离h在相同单位体系，即cm体系中进行比较，优选满足关系式(1)h＝1＞S/10＝0.5 (1)这里，底面积S与距离h相比大于上述值，不满足式(1)的场合，不能得到充分的搅拌效果。
而且，按照本实施方式，如图1所示，注入口2设置在样品池骨架部分1与底面相接的位置。这样，也能够利用气泡向上移动的性质，提高搅拌效率。
上述不充分的搅拌效果是指微粒混合不均匀，与简单滴加的场合相比，没有得到实质上的搅拌效果。是指例如，如本实施方式所示，微粒混合不均匀，光传感器8的输出信号在试剂液混合后经过60秒的时刻仍没有在给定的值稳定。
如上所述，按照本实施方式，不使用搅拌棒而且不将样品池由光学系统中取出，就能够搅拌溶液。这样，能够简化工序，而且不易发生误操作，其实用效果非常大，能够实现测定和检查的效率化和省力化。
实施方式2在本实施方式中，说明使用具有实施方式1的图1所示结构的样品池，作为试剂液使用磺基水杨酸试剂液(将硫酸钠溶解于2-羟基-5-磺基苯甲酸水溶液得到的试剂)，测定被测溶液中蛋白质浓度的实例。
这时，如果将被测溶液与磺基水杨酸试剂液混合，则被测溶液中的蛋白质成分凝集，被测溶液全部混浊，因此通过测定这种混浊的程度，即浊度，确定蛋白质浓度。这里，将浊度作为透过光强度，即光传感器8的输出信号进行测定。蛋白质浓度越高浊度越高，光传感器8的输出信号越小。在本实施方式中，与实施方式1不同，不仅试剂液的扩散状况而且凝集速度也会影响浊度的产生速度，即光传感器8的输出信号的变化速度。
按照本实施方式，如下所述进行本发明的方法。
首先，以蛋白质浓度为100mg/dl的水溶液作为被测溶液投入到捕获用漏斗3中，由计算机9控制电磁阀4，将漏斗3捕获的被测溶液导入样品池的骨架部分1中。这时，导入的被测溶液的量为4.5ml，h低于10mm。接着，由计算机9控制移液管5，将磺基水杨酸试剂液0.5ml滴加到样品池的骨架部分1，与被测溶液混合。这样，样品池保持5ml的液体，h达到10mm。
同时，计算机9开始记录光传感器8的输出信号。该光传感器8的输出信号的时间变化如图4所示。图4的曲线图表示试剂液混合后经过的时间与光传感器8的输出信号(透过光的强度)的关系。在试剂液混合后经过60秒的时刻，计算机9控制泵10，由注入口2用2秒注入空气5ml。这样注入空气时的光传感器8的输出信号如图4的实线c所示。
而且，测定被测溶液中特定成分的浓度时，计算机9解析该实线表示的试剂液混合后的光传感器8的输出信号，计算出被测溶液的浓度。该实线在空气注入时刻附近，即试剂液混合后经过60秒的时刻变化较大，这是由于注入的空气侵入大致平行光7的光路中，妨碍了光路。
另外，图4中没有这样注入空气时光传感器8的输出信号如虚线d所示。该虚线在试剂液混合后至60秒与实线重合，但是经过60秒后，与实线相比光传感器8的输出信号的降低速度较小。这是由于没有注入空气产生的搅拌作用。因此，如图4所示，试剂液混合后经过360秒的时刻光传感器8的输出信号显示约0.4V，信号继续降低，不稳定。另一方面，实线表示的注入了空气的场合，经过360秒的时刻光传感器8的输出信号为约0.1V，信号降低达到饱和，十分稳定。使用该蛋白质浓度为100mg/dl的被测溶液时，用搅拌棒等充分搅拌，光传感器8的输出信号也为约0.1V，稳定。
另外，以蛋白质浓度为0mg/dl、2.5mg/dl、5mg/dl、15mg/dl、30mg/dl和60mg/dl的水溶液作为被测溶液同样进行测定。图5表示对于上述各种被测溶液，试剂液混合后经过360秒时的光传感器8的输出信号与各被测溶液的蛋白质浓度之间的关系。如图5的实线所示，连接各点能够得到直线，通过使用该直线作为标准曲线，能够高精度地测定蛋白质浓度。这种测定精度与使用搅拌棒等充分搅拌时的程度相同。没有注入空气时，各点不在直线上，而且再现性和精度低。
按照本实施方式，通过注入空气进行搅拌，能够得到与使用搅拌棒等充分搅拌时同等的搅拌效果，且能够实现高精度地测定。
实施方式3在实施方式3中，详细说明使用图6所示样品池的情况。另外，图7是图6所示样品池的骨架部分14的俯视简图。
图6中，符号2、6、7、8、9、10、12和13表示与实施方式1中图1的符号2、6、7、8、9、10、12和13相同的构成要素。
图6所示本发明的样品池的骨架部分14是上部具有呈漏斗状开放的开口部15的长方体状铝制容器，在光路的两端镶嵌着作为光学窗的玻璃板(图中未表示)，在保持被测溶液的状态下光能够从被测溶液中透过。
例如，该容器的光传播方向的距离，即光学窗间的距离为10mm，与该传播方向垂直的方向的距离为10mm。气体注入口2与图1相同设置在与样品池的骨架部分14的底面相接的位置。
另外，图6所示的样品池中，通过注入口17向样品池的骨架部分14内注入给定量试剂液的移液管16由计算机9控制。注入口17的内径(直径)为2mm，如图所示移液管16设置在注入口2的上部，且位于大致平行光7的下部。另外，图7是图6所示样品池的骨架部分14的俯视图。
按照本实施方式，如下所述进行本发明的方法。
本实施方式中，使用白蛋白水溶液作为被测溶液，使用含有与该白蛋白结合的多克隆抗体的水溶液作为试剂液。如果将这种被测溶液与试剂液混合，则白蛋白分子通过抗体发生凝集，溶液全部混浊。通过利用透过光测定这种混浊程度，能够确定白蛋白浓度。
采用图6所示的样品池，能够通过光传感器8的输出信号测定白蛋白浓度。也就是说，白蛋白浓度越高，光传感器8的输出信号越小。
首先，将白蛋白浓度为1.0mg/dl的被测溶液1.5ml经开口部15投入样品池14中。接着，由计算机9控制移液管16，将试剂液1.5ml注入到样品池的骨架部分14。这样，样品池的骨架部分14保持3ml的溶液，此时该样品池的骨架部分14中，底面至液面最下部的距离h达到3cm。
注入试剂液的同时，计算机9开始记录光传感器8的输出信号。在试剂液混合后经过60秒的时刻，计算机9控制泵10，由注入口2用5秒注入氮气0.15ml。这样注入氮气时的光传感器8的输出信号与图4的实线相同，在试剂液注入后经过360秒的时刻十分稳定，能够确认搅拌效果。通过这种稳定的光传感器8的输出信号，能够确定白蛋白浓度。
另一方面，没有注入氮气时，与图3的虚线相同，试剂液注入后经过360秒的时刻不稳定，输出信号继续降低。由此可知，通过注入氮气，能够得到明显的搅拌效果。
另外，本实施方式中，试剂液的注入口17设置在氮气注入口2的上部，通过这样设置能够得到以下效果。氮气的气泡与注入的溶液相比比重十分小，因此通过浮力由注入的地点向上方移动。另外，注入的试剂液滞留在注入口17附近，如果氮气注入口设置在注入口17的下方，则通过浮力上升的氮气泡在试剂液滞留的区域通过，搅拌效果增大。
另外，本实施方式中，没有象实施方式1和2那样注入空气作为气体，而是注入了氮气。通过这样注入氮气，不会象注入空气时那样，二氧化碳溶解到溶液中溶液整体的pH发生变化，使抗原抗体反应的特性发生变化，不会发生计算浓度时精度的降低。
另外，也不会发生二氧化碳溶解在溶液中生成碳酸盐，由于碳酸盐析出溶液全部混浊，使浊度的测定精度降低的情况。而且，不会发生象注入了空气的场合那样，氧溶解于溶液中，由于溶解的氧的浓度上升引起荧光收率降低等光学特性的变化。另外，除氮气以外，氩气、氦气也能够得到同样的效果。另外，这些气体的混合气体也能够得到同样的效果。
如上所述，按照本实施方式，没有必要使用搅拌棒以及将样品池从光学系统中取出，就能够搅拌被测溶液。而且，不会使被测溶液的pH和溶解的氧的浓度等变化，且不会发生由于所要测定的特定物质引起的混浊，因此能够实现高精度化的测定，其实用效果非常大，测定与检查的效率化和省力化成为可能。
实施方式4在本发明的实施方式4中，采用图8进行以下详细说明。
图8中，符号6、7、9、10、12、13、14、15和16表示与实施方式3中图6的符号6、7、9、10、12、13、14、15和16相同的构成要素。
图8所示样品池中，气体和试剂液的注入口18位于大致平行光7的上部，其内径(直径)为2mm。转换阀19在注入气体时连接泵10和注入口18，注入试剂液时连接移液管16和注入口18，由计算机9控制。光传感器20检测大致平行光7在被测溶液中传播时产生的散射光21。光传感器20如图9所示，主要检测相对于大致平行光7的传播方向沿垂直方向传播的散射光21。另外，图9是图8所示样品池的骨架部分14的俯视图。
按照本实施方式，如下所述进行本发明的方法。
本实施方式中，与实施方式3同样，使用白蛋白水溶液作为被测溶液，使用含有与该白蛋白结合的多克隆抗体的水溶液作为试剂液。如果将这种被测溶液与试剂液混合，则白蛋白分子通过抗体发生凝集，溶液全部混浊。通过利用散射光强度测定这种混浊程度，能够确定白蛋白浓度。
图8所示的样品池中，能够通过光传感器20的输出信号测定白蛋白浓度。也就是说，白蛋白浓度越高，光传感器20的输出信号越大。
首先，将白蛋白浓度为1.0mg/dl的被测溶液1.0ml经开口部15投入样品池14中。接着，由计算机9控制移液管16和转换阀19，将试剂液1.0ml由注入口18注入到样品池的骨架部分14。这样，样品池保持2ml的溶液，此时该样品池的骨架部分14中，底面至液面最下部的距离h达到2cm。注入试剂液的同时，计算机9开始记录光传感器20的输出信号。
光传感器20的输出信号如图10所示。图10是表示试剂液混合后经过的时间与光传感器20的输出信号(散射光强度)的关系的图。在试剂液混合后经过60秒的时刻，计算机9控制泵10和转换阀19，由注入口18用5秒注入氮气0.15ml。这样注入氮气时的光传感器20的输出信号用图10的实线e表示，与图4的实线c同样，在试剂液注入后经过360秒的时刻十分稳定，能够确认搅拌效果。通过这种稳定的光传感器20的输出信号，确定了白蛋白浓度。
另一方面，没有注入氮气时的结果用图10的虚线f表示。与图4的虚线d相同，试剂液注入后经过360秒的时刻不稳定，输出信号继续降低。其中，该虚线在试剂液混合后60秒与实线重合。因而，通过注入氮气，能够将被测溶液和试剂液混合均匀，能够促进抗原抗体反应。由此可知，通过注入氮气，能够得到明显的搅拌效果。
另外，本实施方式中，试剂液的注入口18设置在大致平行光7的上部，通过采用这种设置，能够得到以下效果。
也就是说，氮气的气泡与注入的溶液相比比重十分小，因此通过浮力由注入的地点向上方移动。因此，如果将注入口18设置在大致平行光7的上部，则该气泡不会侵入大致平行光7的光路内，因而不会妨碍散射光的测定。
另外，见不到象图3和图4所见到的那样，注入气体的时刻(分别为试剂液混合后经过10秒的时刻以及经过60秒的时刻)由于气体的泡妨碍光路发生光传感器的输出信号的较大变化。由此可知，在连续观测反应的过渡现象时，观测不能的时间短，很有利。
另外，通过利用试剂液注入口作为气体注入口，能够得到以下的搅拌效果。注入的试剂液滞留在注入口18附近，由于氮气由该注入口18注入，因而气泡由试剂液滞留的区域通过，因此搅拌效果增大。另外，本实施方式与实施方式3那样分别设置气体和试剂液的注入口的场合相比，能够减少被测溶液的量和空间。
如上所述，按照本实施方式，没有必要使用搅拌棒以及将样品池从光学系统中取出，就能够搅拌被测溶液。特别是，对于连续观测特定物质和试剂液的反应时很有利。而且，能够实现样品池的低容量化和小型化，其实用效果非常大。
工业实用性如上所述，按照本发明，不需要用搅拌棒等进行搅拌，其实用效果大，测定和检查的效率化和省力化成为可能。另外，由于能够连续观测被测溶液中的特定成分与试剂液的反应，因而其实用效果非常大。因此，本发明的溶液搅拌方法和样品池在有必要混合搅拌溶液和试剂等的试验等中能够有效使用。
权利要求
1.一种溶液搅拌方法，其特征在于，在溶液中注入上述溶液体积的1/20以上体积的气体，搅拌上述溶液，并且注入上述气体的时间在10秒以内。
2.如权利要求1所述的溶液搅拌方法，其特征在于，上述气体不含有二氧化碳和/或氧。
3.如权利要求1所述的溶液搅拌方法，其特征在于，上述气体是选自氮、氢和氦中的至少1种。
全文摘要
以混合被测溶液和试剂液时不使用搅拌棒等进行搅拌为目的，提供通过在被测溶液中注入气体进行搅拌的搅拌方法。
文档编号G01N21/59GK1788833SQ20051012859
公开日2006年6月21日 申请日期2002年3月14日 优先权日2001年3月22日
发明者河村达朗, 龟井明仁 申请人:松下电器产业株式会社