JP2010266349A - 定量滴定機器の性能検査用容器及び同容器を用いた計測環境判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ピペットの滴定性能を検査する時に、ピペットから滴定される液体の蒸発を極力低減しかつピペット内の液体の全量の移行が可能な滴定液体を収容する容器を得る。
【解決手段】 ピペットＰのチップＰｔを、質量計測装置に載置されかつ子蓋７を開放した容器１の親蓋６の開口６ａから挿入し、疎水性フィルム５及び親水性フィルム４を突き破って進入させ、ピペット内の液体を容器内に滴定する。この際容器本体２内には保水材３が充填されているため、ピペット内の残存液体も毛管現象により保水材３側に移行しピペット内の液体の全量が容器２内に収容される。この状態で容器本体に滴定された液体の重量を計測し、この計測結果から滴定された液体の体積を算出し、ピペットの滴定性能を判定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は液体を定量吐出する器具としてのピペット或いはディスペンサーと称される液体定量滴定装置から吐出される液体の容量を正確に計測してこれら液体定量滴定機器の滴定性能を計測するために用いる容器の構造及びこの容器の性能も含めて計測環境の適否を判定する方法に関する。

液体の容量を正確に計り取るために、予め定められた量の液体を滴定する機器は使用目的の多様化と共に、その使用数が増加傾向にある。以下これらの機器を代表してピペットを例にして説明すると、製薬業界、バイオ関係の市場拡大と共に全世界で１２０万本／年程度の販売量となっており、今後も益々その量は増加することが予想されている。

一方において技術の高度化等によりピペットやディスペンサーに対してより高い性能が要求されると共に、その性能を保証する必要性も高くなっている。このため、ピペットについては現在約４０万本／年がその性能保持のため検査、校正を受けており今後更に対象本数は増加するものと考えられる。

しかし、検査・校正の必要性が高まっている中でピペッやディスペンサー等の定量滴定機器における滴定容量の検査方法は未だ確定されていない。特に容量が２００μＬ以下の精密なピペットにおいてはその検査は技術的に困難な点が多く、現在では滴定した液体の質量を計測し、この計測結果から滴定した液体の容量を算出する重量法が有力な検査手段として注目され幾つかの方法が実施されている。下記特許文献はこの重量法に関する発明である。
米国特許６４５５７８７Ｂ１

重量法は今後も有望な検査方法であると考えられる反面、未だ解決すべき問題も残されている。以下実施例も含めてピペットを例に説明する。

通常、重量法は滴定された純水を容器に収容して、滴定した純水の質量を計測することにより実施される。
ここで、純水を滴下させる容器は純水を収容する容器本体と、純水の滴定後容器本体を密閉する蓋とからなるが、後述の如くピペット内の純水を容器内に全量移すのに時間がかり、この滴定作業中の純水の蒸発が問題となる。このため純水が蒸発する問題を解決するために以下の方法が採用されているが、これらの方法が新たな問題を生じさせている。

〔検査を行なう環境の設定における問題〕
ピペット等の定量滴定機器の性能検査においては使用液体として上述のように通常純水が用いられる。純水はピペットを始めとする検査に関連する機器に対する汚染性が低いこと、容易に入手できること、機器の乾燥が容易でかつ廃棄に特別の配慮をする必要がないこと、また熱容量が大きく液体として熱的に安定しており、かつこのため蒸発量が少ない等の利点がある。

然し、当然のことながら純水も蒸発するのであるからピペットから滴定された純水の質量を計測する時に純水の蒸発を極力抑えるか、或いは蒸発した量を計測して質量の計測値を補正する等、何らかの蒸発対策を施す必要がある。

蒸発を極力抑える方法としては先ず計測が行なわれる室内空間全体を加湿する方法が考えられる。この方法は室内全体を５０〜８０％の安定した高湿度にすることにより実現されるが、操作者に対する環境としては到底快適とは言い難く、かつ長時間この高湿度環境を保持する費用も無視できないものとなる。また雑菌の発生、使用機器の結露の発生等による故障や性能低下等の不都合も予想される。

また、例えば２０μＬ以下の極微小量を計測する際に必要となる質量計測装置は最少目盛りが０．００１ｍｇ、即ち１００万分の１ｇ程度の性能が要求され、操作者等の人体が発する熱等による蒸発変動にも感応する可能性が高く、室内を加湿する上記の方法ではこの検査の適正性を確保することは事実上できない。

上記の点に鑑み、純水の質量を計測する重量計測装置の計量皿周囲等の計測空間に覆いを形成し、この覆いの中を一定の湿度に保持して蒸発を抑制する方法が提案されている。この方法は前記の方法に比較して高湿度に保持する空間を大幅に減少することができ、湿度制御が容易でかつ経済的であるが、特に高性能のピペットの試験に当たっては結果的に上記の方法と同じ問題を抱えている。

〔検査時の操作性、操作時間等の問題〕
上述のような環境を設定した後、例えばピペットにおいては電磁平衡式の電子秤等の重量計測装置の計量部に対して滴定される液体を受ける容器を載置して、ピペットを操作してピペットの先端部（以下実施例を含めて「チップ部」と称する）内に事前に吸引した純水等の検査用媒体を、当該容器内に滴下させる。

滴下された液体（純水）の質量を前記重量計測装置で計測し、体積×密度＝質量であることを利用して当該滴下した液体の体積を算出し、この算出結果に基づいてピペットの性能を検査する。

上記の性能試験において、滴定時にピペットが吸引した液体をピペットのチップ部から排出する時点での問題、或いは当該液体の密度決定において、通常Ｚファクターと称される誤差要因の存在等の問題がある。特にピペットからの液体の排出に当たってはチップ部先端を容器内面にこすりつけてチップ部の残存液体を容器側に全量移す必要があるなど、操作者に大きな負担をかけるとともに操作者の技能（習熟度）の程度によって滴定量が微妙に相違し、操作時間中の純水の蒸発等も含めてピペットの性能測定時の最大の誤差要因となっている。

より具体的には、このチップ部は菌類の繁殖や汚染物質の付着等を防止するため交換可能な消耗品として構成され、ポリプロピレン（以下「ＰＰ」とする）やポリエチレン（以下「ＰＥ」とする）を素材とする成形品として構成されている。

上記ＰＰやＰＥは極端な親水性や疎水性を有する素材ではないが、水滴が微妙に残留する問題があり、この問題解決の方法として前述のように液体を吐出する容器に対してチップ先端をこすりつける作業により液体をチップから排除する方法が奨励されている。

しかし、最近では滴定量が１μＬ（１μｇ）のレベルに達しており、重量法においても元素分析等に利用される所謂マイクロ天秤等の超微量が計測可能な質量計を用いる必要があり、前記「こすりつけ」作業自体が質量計に対する外乱要因となり、かつ作業に個人差があるため、この作業が当該質量計の計量誤差を生じる要因となってしまうことになる。

本発明は上記の問題点に鑑み構成されたものであって、滴定された液体を収容する容器であって、ピペットの性能検査における滴定液体の重量計測時の環境設定を必要かつ最小限とし、かつ操作性に優れた容器の構成と、重量計測装置の計測データの変化から容器の性能を含めて滴定作業の環境の適否を判断する方法に関する。

即ち本発明の第１の構成は滴定液体を収容する容器に係るものであり、容器本体の構成は当該容器本体の内部に保水材が充填され、充填材上面には親水性フィルムが展張され、要すれば親水性フィルムの上部には更に疎水性フィルムが展張された構成となっており、更に要すれば、この容器本体はピペットのチップ部が挿通可能な開口を有する親蓋が取り付けられ、かつこの親蓋の開口を密閉する子蓋が取り付けられた定量滴定機器の検査用容器である。

また、本発明の第２の構成は、純水等の液体を充填した検査用容器の重量を所定時間継続して計測し、この計測値の変化が予め定められた閾値以下である場合には当該容器の使用を可能と判定し、かつ閾値以上である場合には当該容器の性能も含めて滴定液体の質量計測に対して不適な環境であるとする判断を行なう検査環境判定システムであることを特徴とする。

容器には親水性のポーラス材等からなる保水材が充填されているので、ピペット等の定量滴定機器のチップ部内の液体は毛管現象によりこの保水材側に容易かつほぼ完全に移行し、技能を必要としかつ個人差のある「こすりつけ」等の作業が不要となり、吐出液体の重量を正確に計測可能となることにより液体の吐出量（容積）を正確に測定することができる。

また、前記容器の表面に対して疎水性のフィルムを展張しておけば、重量計測空間部分を保湿する装置を用いなくとも液体の吐出量を正確に測定することができる。

また容器に親蓋とこの親蓋に対して子蓋を形成しておけば子蓋を開けてピペットのチップ部が挿通可能な狭い開口にチップ部を挿入し、かつ容器本体内のフィルムを突き破ってチップ部を容器本体内に挿入することにより滴定時にチップ部と容器との間に殆ど隙間が無く、従って滴定時における液体の蒸発を最小限度におさえることができるため、滴定量の測定作業を幅広い環境で正確に実施することができる。

また、容器内部には保水材が充填してあるため、チップ部を容器本体内に挿入すると、滴定時にチップ部内に残存する液体があっても残存した液体は毛管現象により保水材側に移行し、チップ部内の全量を容器内に短時間で移行させることができる。しかもこの全量移行に対して従来方法の「こすりつけ」のような特別な技能を必要としない。

また本発明の第２の構成によれば、ピペット検査容器使用の適否を含めて、滴定作業を行なう環境の適否を判断することができる。

以下本発明の実施例を図面を参考に説明する。
図１は本発明の第１の構成を示すピペット性能検査用容器の構成を示している。
同図（Ａ）において、矢印１はピペット性能検査用容器を示している。２はピペット検査用容器の本体でありプラスチック、ガラス、金属等その材料は問わないが滴定した液体の浸潤状態が確認できる透明材料が好適である。またその形状も円筒形、角柱状等いずれの形状であってもよい。

３は容器本体２内に充填された保水材である。保水材としては一度吸水すると水分の放出が極力少ない材料を使用する。例えばポリアクリル酸ナトリウム等の共重合体等の化学的合成物質、或いはコーンスターチ等の澱粉系の自然素材、多孔質素材等その組成、構成を問うものではない。
なお、保水材３は全く乾燥した状態のものを使用する外、予め所定量の液体を加えたものを使用することが可能である。

また保水材３は１種類に限る必要はなく、例えば吸湿を主たる機能とするもの、水分保持を主たる機能とするもの、蒸発阻止を主たる機能とするもの等の各素材を例えば混合して構成した複合材であったり、或いはこれら各素材を積層したものであってもよい。

なお、測定環境の湿度管理を厳密にして吐出液体の蒸発が無い環境を設定すれば、この保水材３を充填した状態の容器に対してピペットのチップ部を挿入することによりチップ部内の液体の滴定時に残留した僅かな液体も毛管現象により全量保水材側に移行し、吐出量の正確な測定が可能となる。

４は保水材３の上端面に当該保水材３を密閉するように展張された親水性フィルムである。親水性フィルムとしては例えばポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルフォマール（ＰＶＦ）等が好適である。この親水性フィルム４により、後述するようにピペット先端のチップ部がこの親水性フィルム４突き破るとき或いは引き抜く時にチップ部内の液体を吸引して、チップ部の液体の全量を容器本体２内に移行するのに役立つようになっている。

５は上記親水性フィルム４の上部に展張された疎水性フィルムである。疎水性フィルムとしては例えば４弗化エチレン／ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリ弗化ビニリデン／ポリビニリデンフルオロライド（ＰＶＤＦ）等が好適である。親水性フィルム４の上部に疎水性フィルム５を展張することにより容器外部からの水分の侵入或いは容器内からの水分の拡散（蒸発）を防止する。

６は容器本体２の上端に設けられた親蓋であって、容器本体２に対して嵌合あるは螺合するよう構成され、必要に応じて容器本体２に対して着脱可能に構成されている。符号６ａはこの親蓋６に対して形成された開口であって、その開口面積はピペットＰのチップ部Ｐｔを挿入するのに対して必要かつ充分な程度の小さなものとしておく。

７は親蓋６に対して取り付けられた子蓋であって、親蓋６の開口６ａを開閉するための蓋である。図示の構成では子蓋７はヒンジ構造となって開閉を行なう構成となっているが、親蓋６と分離した構成とすることももとより可能である。しかし分離する構成とすると、子蓋７の紛失等の恐れがあること、及び操作性等を考慮すると図示のような親蓋６との連結型が望ましい。

以上の構成の容器において、ピペットの性能検査の際の滴定は以下の手順で行う。
先ず、子蓋７を開けて開口６ａを開放し、この状態でピペットＰのチップ部Ｐｔをこの開口６ａに差し込む。この動作により疎水性フィルム５及び親水性フィルム４を突き破ってチップ部Ｐｔは容器本体２内の保水材３に到達し、この状態で滴定が行なわれる。

滴定に当たっては、先ず開口６ａの面積が小さいこと、及び前記表面疎水性フィルム５及び親水性フィルム４とチップ部Ｐｔとの間には殆ど隙間が生じないことにより、滴定した純水等の液体は容器外に蒸発することは殆どない。また滴定動作時にチップ部Ｐｔに残留した液体も保水材３の毛管現象により保水材３側に吸引され、チップ部Ｐｔ内の液体は短時間に全量が容器側に移行する。
滴定が終了したならば直ちに滴定した液体の質量計測を行い、ピペットの性能を検査する。もとよりディスペンサーにおいても同様の方法で検査可能である。

図１（Ｂ）は上記実施例の変形例を示す。
符号８は枠体であって、図示の如く容器本体２の上端縁に嵌合するよう構成されている。この枠体８の内面部に表面親水性フィルム４及びその上部に疎水性フィルム５が展張されており、これらフィルム４、５及び枠体８全体でフィルムユニットを構成する。

枠体８は容器本体２に対して着脱可能に構成されているため、例えばピペットのチップ部Ｐｔにより各フィルム４、５に孔が空いても、新しいフィルムユニットと交換することにより容易に新しいフィルムに交換することができる。また乾燥した保水材３に対して予め水を含浸させたり、或いは保水材３に対する水の含浸量をフィルムを破ることなく調整することができる。

図２は本願発明者等が別途提案中のピペット校正用装置（特願２００８−１７２３６０）において本願発明に係る容器を用いてピペットの性能を検査する状態を示している。
符号５０は電磁平衡式電子秤等の質量計測装置であって、同装置５０の秤量皿５１を中心とした荷重計測部は湿度保持容器５２で覆われ、この湿度保持容器５２の水溜に溜められた水Ｗが蒸発することにより当該湿度保持容器５２内は適度な湿度が保たれるよう構成されている。

上記の装置の秤量皿５１上に設けられたホルダ５３に対して本願のピペット検査用容器１を、子蓋７を開けた状態で載置し、湿度保持容器５２の開口５２ａからピペットＰを容器５２内に挿入しピペット検査用容器１の開口６ａを介してピペットＰのチップ部Ｐｔを前記表面疎水性フィルム５及び表面親水性フィルム４を挿通して容器１の保水材３に滴定する。この滴定質量を質量計測装置５０で計測し、かつ計測したした滴定液体の質量から当該液体の体積を算出して表示部５４に表示したり、後述する本発明の第２の構成で用いるパソコンＰＳの画面ＤＳに表示する。この滴定された液体の体積の算出値からピペットＰの校正の要否を判断し必要であればピペットＰの校正を行なう。

このピペット校正用装置を用いれば同装置における蒸発対策と、本発明に係るピペット検査用容器１の蒸発対策の効果が重畳的に発揮できるため、滴定した液体の体積を最も精密かつ正確に算出することができるが、このピペット校正用装置を用いなくとも極端に乾燥した雰囲気等の不適当な環境でなければ本願のピペット検査用容器１の高い蒸発防止手段により、加湿手段を持たない通常の秤量室内で計測することが可能である。特に容器本体１に対して親子の蓋６、７を設けておけば、滴定の為に子蓋７を開放するのは極めて短時間であるため幅広い環境下で検査が可能となる。

図３は本発明に係る他の構成である検査容器１の性能或いは検査環境を判定する方法を示す。
方法としては、ピペットＰから滴定された液体の質量計測を行なうことによりピペットＰの校正を行なう本来の工程で判定する方法と、ピペットからの滴定とは別に判定する法方法がある。

先ずピペットからの滴定量の質量計測を行なう際の判定方法について説明する。
最初に質量計測装置の計量部に対して図１に示すピペット性能検査用容器１を配置し（Ｓ１）、この容器１に対してピペットＰから純水等の所定の液体を滴定する（Ｓ２）。

質量計測装置は滴定後所定時間Ｔの間、滴定された液体の質量を連続的に計測し、この計測値の変化（増減）を測定する（Ｓ３）。つまりこの所定時間において連続的に計測された値が予め設定され値以上に変化した場合には、滴定された液体の蒸発量が規定量以上であるか、逆に過湿環境下における水分の吸収を意味し、測定環境としては不適格であることを意味する。

具体的には、所定時間（Ｔ）の計測質量の変化が予め設定されている最大値側閾値Ｗ１／Ｔ以下であり、かつ最小値側閾値Ｗ２／Ｔ以上であるか否かを判定する（Ｓ４）。因に蒸発による場合には計測値は当然低下するが、反対に外部から吸湿して計測値が増加する可能性もあるため、増加方向の最大値側閾値Ｗ１／Ｔと減少方向の最小値側閾値Ｗ２／Ｔの両方の閾値を設定しておく必要がある。

ステップＳ４において、ΔＷ／Ｔ＜Ｗ１／ＴでかつΔＷ／Ｔ＞Ｗ２／Ｔである場合には滴定液体の質量の計測を続行し（Ｓ５）、かつこの計測結果から当該滴定液体の体積を算出し（Ｓ６）、その結果を表示する（Ｓ７）。

一方ステップＳ４においてΔＷ／Ｔ＜Ｗ１／Ｔ、及びΔＷ／Ｔ＞Ｗ２／Ｔのうち何れか一方が成立しない場合には、滴定液体の計測工程の続行を中止し（Ｓ８）、測定不適であることを表示する（Ｓ９）。

続いてステップ１０において、容器１の周囲の湿度を測定し、計測湿度Ｍが許容値を越えているか否かを判定する。ここで許容値とは従来技術の項で説明した室内全体を加湿するために必要な湿度（例えば湿度５０％〜８０％）のことではなく、例えば計測湿度ＭがＡ％（例えば１０％）以下、或いはＢ％（例えば湿度９０％）以上等、極端な乾燥状態或いは湿潤状態のことを意味する。

このステップ１０で計測湿度が許容値内である場合には、計測環境は適切であるため容器１の側に問題があると判断し「容器交換」の表示を行なう（Ｓ１１）。また逆にＭ＞Ｂ％或いはＭ＜Ａ％である場合には計測環境不良として、湿度の調整を行なうよう指示する（Ｓ１２）。

以上の方法はピペットＰの校正の前段階としての滴定液体の質量測定工程おいて実施される判定方法であるが、この工程に付随して実施する外、計測環境或いは容器１の性能自体を判定する方法も実施可能である。

即ち容器１に所定量の液体を滴下し（Ｓ１３）、この容器を質量計測装置に配置（Ｓ１）し、以下前述のステップＳ３及びＳ４を実行して容器１の性能或いは計測環境の判定を行なう。判定結果で容器１の性能或いは計測環境に問題がないと判定した場合には、以後は検査対象のピペットの滴定及び質量計測の工程ではステップＳ３、Ｓ４を省略して作業を実施することが可能となる。

図２においては本発明を、湿度保持が適正に行なえる高機能型の装置を用いて実施する状態を示しているが、本発明独特の構成の容器を用い、かつ容器の性能或いは計測環境の判定方法を実施すれば、重量計測装置の秤量皿を中心とした計量部が大気開放されたものでも計測可能である。

（Ａ）は本発明の第１の構成の実施例に係るピペット検査容器の断面図、（Ｂ）は（Ａ）に示す構成の変形例を示すピペット検査用容器の断面部分図である。 質量計測装置を用いて本発明に係るピペット検査用容器の使用状態の一例を示す図である。 本発明の第２の構成であるピペット検査容器を用いた測定環境の判定方法を示すフロー図である。

１ 定量滴定機器検査用容器（ピペット検査用容器）
２ 容器本体
３ 保水材
４ 親水性フィルム
５ 疎水性フィルム
６ 親蓋
６ａ（親蓋の）開口
７ 子蓋
８ 枠体
５０ 質量計測装置
５１ 秤量皿
５２ 湿度保持容器
５３ ホルダ
５４ 表示部

Claims (8)

1. ピペットやディスペンサー等の定量滴定機器から滴定された液体を収容して滴定液体の質量を測定するために用いる容器であって、容器内には滴定された液体を吸収又は保持し、或いは吸収した液体の蒸発阻止を行なう材料としての保水材が一種或いは複数種充填され、当該定量滴定機器から滴定された液体はこの保水材に吸収されるよう構成したことを特徴とする定量滴定機器の性能検査容器。
2. 容器本体内に充填された保水材表面にはこの保水材を覆うように親水性フィルムが展張されていることを特徴とする請求項１記載の定量滴定機器の性能検査用容器。
3. 容器本体内において上記親水性フィルムの上部に疎水性フィルムが展張されていることを特徴とする請求項２記載の定量滴定機器の性能検査用容器。
4. 容器本体上端縁に対して着脱可能に係合する枠体を形成し、この枠体には親水性フィルム或いは疎水性フィルムのうち少なくとも一方のフィルムが展張されることによりフィルムユニットが形成され、フィルムを損傷することなく容器内を開放することが可能に構成したことを特徴とする請求項２又は３記載の定量滴定機器の性能検査用容器。
5. 容器本体内の保水材には予め液体を浸潤させていることを特徴とする請求項１記載の定量滴定機器の性能検査用容器。
6. 定量滴定機器の性能検査用容器を重量計測装置に設置する第１のステップと、この定量滴定機器の性能検査用容器に液体を滴定する第２のステップと、滴定された液体の質量の計量値の変化を一定時間測定する第３のステップと、この計量値の変化量が予め設定された閾値以内であるか否かを判定する第４のステップと、この判定結果に基づいてピペット性能検査用容器の性能の判定及び計測環境の良否の判定を行なう第５のステップとを有することを特徴とする定量滴定機器の性能検査用容器を用いた計測環境判定方法。
7. 定量滴定機器の性能検査用容器に液体を充填する第１のステップと、液体を充填した定量滴定機器の性能検査用容器を重量計測装置に設置する第２のステップと、充填された液体の質量の計量値の変化を一定時間測定する第３のステップと、この計量値の変化量が予め設定された閾値以内であるか否かを判定する第４のステップと、この判定結果に基づいて定量滴定機器の性能検査用容器の性能の判定及び計測環境の良否の判定を行なう第５のステップとを有することを特徴とする定量滴定機器の性能検査用容器を用いた計測環境判定方法。
8. 第５のステップにおいて計測環境が不適と判断された時に、計測環境の湿度を測定する第６のステップを有し、この第６のステップにおいて計測された湿度が予め設定された湿度の上限値及び下限値以内の時には定量滴定機器の性能検査用容器の性能不良と判断し、かつ予め設定された湿度の上限値及び下限値以外の時には計測環境不良と判断することを特徴とする請求項６又は７記載の定量滴定機器の性能検査用容器を用いた計測環境判定方法。

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