CN101354402A - 计量和施加试液的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及从一个计量头将试液计量并施加到一个表面上的一个方法和一个装置，在一个包括所有导送液体构件的计量头(2)中，使试液(30a)在一个回路连续地泵送并且在该回路中试液从一个储存容器(30b)被泵送到一个喷嘴腔(5)中，该喷嘴腔具有至少一个喷嘴(6)，其中在喷嘴腔(5)中借助一个调制元件(7)产生压力波动，使得试液作为调制的连续射流(9)从一个喷嘴(6)中排出、分裂为各单个液滴(11)并且因此作为单液滴(11)越过位于计量头(2)和表面之间的距离施加到该表面上。

Description

计量和施加试液的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于从一个计量头将试液计量(Dosierung)并施加到一个表面上的一个方法和一个装置。

背景技术

计量液体的计量装置或计量头多年以来已应用于医学或制药的应用而且也用于工业的应用。

对此存在不同的实施方案，它们作为手工操作的手持-计量器例如被应用于实验室中医学研究，其中一确定量的试液必须被分别施加到多个样品中。在一种较大数量样品情况下也会为此另外应用半自动或自动的操作装置，其中同时一定数量的手持-计量器夹入所述操作装置内并且在所述操作装置内这些手持-计量器被同时和以相同方式操作，以便这样使较大数量的样品设有一种试液。

其中计量装置的任务是在每次操作该释放机构情况下总是排出相同量的试液，同时该量原则上通过在计量装置上的外部调节是可调节的。

在工业生产设备中应用计量装置情况下，这类自动工作的装置然而是不符合目的，因为一方面每秒可制出的配量数量只是微小的并且另一方面每个计量装置之为了排出总是相同数量试液的调节是花费昂贵的和不精确的。

此外所有这类计量装置中共同的是，该配量的制备是按照“按需要滴流(Drop-On-Demand)原则”实现的，其中例如在一个确定的时间点一个阀门被开启一个确定的时间，以便以一个预压力靠置在这个阀门上的试液可以通过该阀门和随后连接的出口流动，或者例如在一个喷嘴之后的喷嘴腔中的试液借助一个压力元件例如一个压电元件被如此施加一个过压，以便一个带有确定量试液的液滴从该喷嘴中排出。

这种制备一个确定液体量的方式的缺点是，仅仅能够应用具有低挥发压力并因此只能缓慢挥发的液体作为试液，因为不然的话将使喷嘴区域中置有的液体发生干缩，因此要么该喷嘴被堵塞或者特别是在一个液体混合物情况下这些体积份额中的浓度比例发生改变。

特别是上述的情况还可能因此导致在样品中反应特性的改变，由于除了一种载液的挥发以外还会发生至少一部分实际的活性试剂的挥发。

此外所应用的按需要-滴流的液滴制备是不利的，若此时试液的混合物或一般由不同密度液体的混合物应被操作处理的话，其中液体混合物例如被附加了另外的固体份额。这类液体混合物经常表明的特性是，发生离析或者沉积，从而特别是在这种混合物于计量装置中较长滞留情况下则就不可能确保在各个样品上被施加的液滴的相同组分。

发明内容

本发明的任务是，创建一个计量装置，其可避免所述的缺点并且此外提供这样的可能性，即加工不同的、特别是还包含挥发性溶剂的试液，且在相当大程度上无关于其流变特性。另外本发明的任务是，创建一个计量系统，借助其能实现处理最微小量的试液。还有本发明的任务是，能实现不同试液之间简单和快速的更换。

这一任务按照本发明在一方法中被如此解决，即，在一个包括所有导送液体构件的计量头中，使试液在一个回路连续地泵送并且在该回路中试液从一个储存容器被泵送到一个喷嘴腔中，该喷嘴腔具有至少一个喷嘴，其中在喷嘴腔中借助一个调制元件产生压力波动，使得试液作为调制的连续射流从一个喷嘴中排出、分裂为各单个液滴并且因此作为单液滴越过位于计量头和表面之间的距离施加到该表面上。

此外该任务按照本发明通过一个具有一计量头的计量装置解决，其中在一个包括所有导送液体构件的计量头中试液在一个回路可被连续地泵送并且在该回路中试液可从一个储存容器被泵送到一个喷嘴腔中，该喷嘴腔具有至少一个喷嘴，其中在喷嘴腔中借助一个调制元件可以产生压力波动，使得试液作为调制的连续射流从一个喷嘴中排出、分裂为各单个液滴并且因此作为单液滴可越过位于计量头和表面之间的距离施加到该表面上。

这种计量装置或方法具有优点在于，该液体系统的构件全部被组合在一个共同的计量头中，特别是以如此适宜的方式，以便获得该计量头一个尽可能最小和紧凑的结构形式。

为此可以按照本发明规定，使系统中试液总量限制在几个毫升例如5-50ml上。

在本发明方法和装置中规定，计量装置最好是只以单个喷嘴、必要时也以多个喷嘴工作，从其中排出一个连续流动的单个相同形式的试液滴。

其中该液滴制备按照本发明如此实现，即，试液从一个储存容器借助一个连续工作的泵被泵送到一个喷嘴腔中，该喷嘴腔例如在一侧上具有至少一个喷嘴，通过所述喷嘴可以排出试液。其中试液可以在给定情况下流动通过一个过滤器，由此杂质被有效地过滤出去。

此外在喷嘴腔上或其中配置一个调制元件，例如一个压电振荡器，从而从喷嘴排出的试液的连续射流被调制并且在喷嘴后的一个间距、特别是在喷嘴之后的短距离中分裂为相同形式的液滴、特别是分别同样体积的液滴。

另外此处规定，使试液的液滴设有电荷，特别是不同的液滴设有相同的或不同的电荷并且在一个之后的静电的、特别是还可随时间改变的板电容电场中偏转它们的飞行轨迹，从而在至计量头的一个确定间距上希望数量的液滴到达应被施加试液的表面上。

其中可以规定，不用于计量的液滴被设有这种电荷或保持不带电荷，以便它们飞行到一个与喷嘴对置的接收口中并且被泵回到试液的储存器中。依此该被施加的试液被连续地循环泵送，从而确保试液的连续的充分混合。

此外借助这个方法还能施加包含轻微挥发性的溶剂的试液，因为一方面该喷嘴通过试液的连续的流动不会被堵塞并且另一方面可以在循环中设置另外的装置，借助其可以测量试液中的溶剂份额并且在给定情况下可以通过添加溶剂被再调节。

另外可以按照本发明规定，制备一个如此用于试液的储存容器，其可以简单方式被更换。关于这种储存容器可以例如涉及商品化实验室用瓶或商品化医药用瓶。

最好是可以选用这种储存容器或瓶子，它们具有一个可插穿的橡胶封闭结构，同时用于容纳这种储存容器或瓶子的固定结构具有一个或多个适合的插管以及一适合的机械固定装置。

另外可以按照本发明规定，使具有试液的储存容器更换为一个具有清洁液体的储存容器，以便在更换试液时清洁该系统。

同样可以规定，制备一个另外可更换的容器用于接收那些流通经过该系统之后的清洁液体。

作为加压泵可以最好是应用一种无波动的自抽吸泵。此外所有导送液体的构件可以被组合在一个共同的压力头中，为了特别地实现一个较小的结构尺寸。

按照本发明也可以规定，使压力头划分为至少两个单个相对可转动和/或可翻转的结构组件，其中使确定的、至少确定的逻辑性功能单元被组合在一个结构组件中。

这样例如可以将用于(用于试液或清洁液体的)储存容器和接收容器的容纳装置被组合在一个结构组件中，因此能实现，按照应用在不同的空间方向上施加一试液，因为该储存容器通过该结构组件的适当转动和/或翻转总可以被置于一个最佳或可靠的工作位置上。

另外按照本发明可以规定，将在系统中存在的过滤器组合在一个共同的壳体中。其中过滤器可以被设置成其共同的壳体是可更换的。

此外在本发明装置的运行中可以按照本发明规定，借助相同形式的单液滴的不同数目来制出要施加的试液的不同量。

此外该喷嘴腔可以除了用于试液的入口外也置有一个试液的排出口，依此多余的试液至少部分地在一个正常运行期间或在喷嘴腔的(如可能规定在更换试液之前)的清洁期间重新回到该储存容器中或到达一个接收容器中。

为此可以直接在喷嘴腔上分别在入口和在出口中配置一个可关闭的阀门。此外可以按照实施方案在出口中后跟地设置一个转换阀，因此从喷嘴腔的回流既可以导回到储存容器中或者导回到一个单独接收容器中。

如果试液再被导回到储存容器中，这样将另外实现试液的一个连续的充分混合并且因此抵制试液组分的离析作用。

如果该回流在另外情况下例如在应用一种清洁液体情况下被导入到接收容器中时，则可实现该系统的有效清洗并且将先前在系统中存在的试液的所有剩余从这个系统中清除掉。

此外按照本发明可以在至喷嘴腔的输入管中设置一个压力传感器，以及一个压力平衡元件，因此能实现通过加压泵、压力平衡元件和压力传感器借助一个适合的电控制装置构成一个调节回路并且因此调节在喷嘴腔中的压力。

可以符合目的要求的是，使压力平衡元件同样实施为过滤器元件并且因此可将另外的例如较细小杂质或其它形式的杂质从试液中清除。在这种情况下可以符合目的要求的是，也将这个过滤器与另外在系统中存在的过滤器组合成一个共同的可更换的结构组件。

为了从喷嘴排出的滴列中获取各单个液滴或确定数量的液滴，另外可以规定，使液滴设有个性化的电荷，其中对每个液滴来说通过一个直接在喷嘴后连接的充电电极借助静电感应导致在仍然还未从射流中分裂的液滴中发生一个电荷位移，其在液滴分裂后表明为相对于外部电极的确定的电荷量。作为例子，该射流可以被导引通过一个环电极或通过两个或多个板电极。

然后液滴飞行轨迹的偏转可以如此实现，即，液滴接着横交一个板电容器的电场，因此它们按照被附加的电荷量从它们的原始飞行轨迹被或多或少地偏离。其中一确定带电荷量的液滴或者未被规定用于施加的未带电荷的液滴即到达一个为此设置的接收口中并且借助一个第二泵被泵回到储存容器中。其中可以符合目的要求的是，让试液的这个回流同样通过一个适合的过滤器，以便因此使从外部侵入的杂质如尘土有效地从试液中清除。

其中按照本发明可以规定，使所施加试液的量如此预先确定，即，从喷嘴排出的液滴列的确定数量的液滴被如此程度地偏转，使其到达适当的样品上。此处对液滴来说仅仅被附加两个带电荷状态之一就足够了。

在另一个本发明实施方案中，可以使不同的液滴被分别附加不同的电荷，从而使液滴在横交通过后接的电场时分别从它们的原始飞行方向获得不同的偏转。依此可能的是，按目标要求使多个样品设有分别相同量的试液，或者使一个或多个液滴分别设有一个确定模式的试液。

按照本发明，最好是所有属于该液体系统和压力制备装置的元件被组合在一个共同的计量头中，其中与外部控制装置的连接唯一地包括电导线。

附图说明

本发明的具体实施例描述在下面附图中。其表明：

图1是一个本发明具有可更换的储存容器的计量系统的第一实施方案，

图2是一个本发明具有一储存容器和一接收容器的计量系统的第二实施方案，

图3是一个本发明具有两个相对可运动的结构组件的计量系统的第三实施方案。

具体实施方式

图1表明了一个连续工作计量装置的本发明第一实施方案。按本发明，从计量头2上被拆下的基础仪器1仅包括一个电气的控制单元1a，其通过一个导线1b与计量头2连接。所有其余对运行所必需的构件按照本发明置于计量头2中。

试液30a置于一个可更换的储存容器30b中，其与一个未描述之固定装置构成一个至少符合逻辑的第一结构组件30。借助一个泵35a，试液30a通过一个连接管道4a经由一个第一过滤器元件31a被从储存容器30b中泵出并通过一个连接管道4b、压力平衡元件31c、压力传感器32和在正常运行中开启的阀门33再通过入口5a到达该喷嘴腔5中。其中泵35a、压力平衡元件31c和压力传感器32与在基础仪器1中的电子控制装置1a构成一个调节回路，依此按照要被施加的试液的要求，在喷嘴腔5中的压力可被调节和校正。其中符合目的的是，多余试液通过在喷嘴腔5上安置的出口5b和一个回流管4c被导回到储存容器中。最好是在回流管4c中为此置有一个阀门34，其可以按要求被打开或关闭。

通过一个在喷嘴腔5上安置的调制装置7，喷嘴腔5中的压力被调制，因此从喷嘴6排出的液体射流9在它排出后的短距离中即分裂为基本相同大小的各单个滴液11。紧邻在分裂之前，该单个滴液11通过一个充电电极8被设有一个独特的电荷。沿着它们的飞行轨迹100，液滴11此时进入到一个电场21中，其借助板电容器20的电极20a和20b构成。根据液滴11上电荷量和电荷极性以及板电容器20的场空间中电场21的极性和强度，单个液滴11则在不同的作为例子描述的空间方向101、102上被偏转。

其中可能的偏转角总量仅仅取决于充电电极的控制并且原则上不受限制。其中板电容器20的单个板20a和20b可以如图1中所示地是彼此相对倾斜的。但并不局限于这个一般性而同样可能的是，应用彼此平行配置的板件。该电场21的极性和强度则在这个具体实施例中按目的被保持基本不变，因为一个改变同时对在这个时间点上位于板电容器的场空间中的大量的液滴发生作用并因此对单个液滴的影响是不可能的。

在离开板电容器20的场空间21之后，再没有静电力作用在液滴11上并且这些液滴11将遵循它们新的飞行轨迹101、102。因此产生一个扇形配置的飞行轨迹群。未被充电荷的液滴11-因为它们例如对于应用是不需要的-则在板电容器20的静电场21中只获得一个微小的偏转或没有偏转并且进入一个接收管18的开口19中以用于将试液导回到回路中。这样接收的试液通过一个泵35b被抽吸并通过一个回流管4d到达一个后接的过滤器元件31b上以及接着通过一个回流管4e又被导回到储存容器30b中。

按照本发明，在压力头2中安置的过滤器元件31a和31b并且按照实施要求还有该压力平衡元件31c被组合设置为一个共同的结构组件31，其可以通过一个未描述的快速更换装置被以简单方式更换。

图2示意表明了一个本发明另外的具体实施方案，其中此处设置了一个附加的接收容器30c，其中该回流管4c从喷嘴腔5通过一个可控制的阀门34借助一个三通阀门36a以选择方式既可以被导入到储存容器30b中或被导入到为此设置的接收容器30c中。

依此可能的是，作为例子在一个清洁该系统情况下使以试液充注的储存容器30b更换为一个以清洁液体充注的储存容器30b并且借助泵35a和35b泵送通过该系统的所有构件，其中由储存容器提取的清洁液体在通过该三通阀门36a及36b的转换在接收容器中情况下通常只一次地流过该系统并且因此可以实现一个最大可能的清洁作用。由此该回流管4e以相同方式具有一个三通阀门36b，从而通过接收管18和通过泵35b输送的液体以选择方式既可以被导入到储存容器中或者被导入到接收容器中。

图3示意表明了将计量头2划分为两个相互可运动连接的结构组件2a和2b。其中该供料-结构组件2a例如包括用于容纳储存容器30b的装置和储存容器30b以及用于容纳接收容器30c的装置和接收容器30c以及例如该液体系统的另外的元件如转换阀门36a和36b。

最好是该供料-结构组件2a包括该液体系统的所有的这些构件，它们的空间位置对于它们的功能是决定性的，例如储存容器和/或接收容器，它们例如在一种水平定向情况下是不可能实现整个系统的可靠运行的。

因此该制备-结构组件2b包括其余的用于产生压力和液滴的构件。因为结构组件2a和2b相互是通过一个可转动的和/或可翻转的机械连接2c彼此连接的，故能够实现不同的空间的施加方向，只要该供料-结构组件2a在空间中被如此定向，即，能实现该计量装置的一个可靠运行。图3中表明了结构组件2a和2b相互一个可能的位置，依此计量液体以单个液滴11处在一个倾斜排出方向上的应用是可能的，该液滴11从制备结构组件2b的一个排出口40中排出。

纵观全部的实施方案应能确定，与一个具体实施例相结合所述的技术特征不仅可以应用在特殊的实施方案中，而且也能应用在任何其它的实施方案中。这个发明申请说明书的全部公开的技术特征应该归结为对于发明重要的并且是相互可任意组合设置的或者可以应用在单个配置中。

Claims (17)

1.用于从一计量头计量和施加试液到一样品的表面上的计量装置，其中计量头具有一喷嘴腔，该喷嘴腔具有至少一个喷嘴(6)并且在该喷嘴腔(5)中借助一调制元件(7)可产生压力波动，从而试液作为被调制的连续的射流(9)从一喷嘴(6)中排出、分裂为各单个液滴(11)并且因此作为单个液滴(11)可以越过计量头(2)和所述表面之间的间距施加到所述表面上，其特征在于：

计量头(2)包括该计量装置的所有导送液体的构件，在该计量头中试液(30a)可以在一个回路中连续地循环泵送，其中在该回路中试液可从一个储存容器(30b)泵送到喷嘴腔(5)中，并且其中一个从计量头(2)上取下的基础仪器仅仅具有一个电气控制单元(1a)，该电气控制单元仅仅通过电导线(1b)与计量头(2)相连接。

2.按权利要求1所述的计量装置，其特征在于：

该计量装置包括一第一电极装置(8)，以便使试液(30a)的各单个液滴(11)设有电荷，该计量装置还包括一第二电极装置(20)、特别是一板电容器(20a、20b)，以便使试液的带电荷的液滴(11)在一个电场(21)中偏转，从而使液滴(11)按照偏转用于计量或者不用于计量。

3.按前面权利要求之一所述的计量装置，其特征在于：

该计量装置包括一接收装置(18)，试液(30a)的不用于计量的液滴(11)可借助该接收装置被接收并且通过至少一个回流管(4d)可被导回到液体回路中。

4.按前面权利要求之一所述的计量装置，其特征在于：

在液体系统内部存在总量为5ml-50ml的试液。

5.按前面权利要求之一所述的计量装置，其特征在于：

计量头(2)具有一用于容纳至少一个用于试液(30a)的储存容器(30b)的装置。

6.按前面权利要求之一所述的计量装置，其特征在于：

储存容器(30b)借助一个快速更换固定装置是可更换的。

7.按前面权利要求之一所述的计量装置，其特征在于：

储存容器(30b)具有一个可插穿的橡胶封闭结构并且容纳装置具有至少一个用于插穿该橡胶封闭结构的插管。

8.按前面权利要求之一所述的计量装置，其特征在于：

储存容器(30b)是一个商业化的医药瓶。

9.按前面权利要求之一所述的计量装置，其特征在于：

计量头具有一个用于容纳一个接收容器(30c)的装置。

10.按前面权利要求之一所述的计量装置，其特征在于：

该液体系统具有至少一个在液体回路的入流中和/或回流中的过滤器元件(31a，31b)。

11.按前面权利要求之一所述的计量装置，其特征在于：

所述至少一个回流管选择地与储存容器(30b)或接收容器(30c)连接。

12.按前面权利要求之一所述的计量装置，其特征在于：

过滤器元件(31a，31b)构成为可更换的。

13.按前面权利要求之一所述的计量装置，其特征在于：

过滤器元件(31a，31b)组合为一个共同的过滤器结构组件(31)并且过滤器结构组件(31)是作为整体可更换的。

14.按前面权利要求之一所述的计量装置，其特征在于：

借助该计量装置可以连续地制备基本相同大小的液滴(11)并且施加量可以通过所施加液滴的数量来确定。

15.按前面权利要求之一所述的计量装置，其特征在于：

该计量装置被划分为一个供料-结构组件(2a)和一个制备-结构组件(2b)，特别是所述结构组件是可转动和/或可翻转地相互连接的，特别是通过一个可转动的和/或可翻转的连接元件(2c)相连接。

16.按权利要求15所述的计量装置，其特征在于：

用于容纳所述至少一个储存容器和/或接收容器的装置和/或储存容器和接收容器组合为一个机械的供料-结构组件(2a)。

17.按权利要求15或16所述的计量装置，其特征在于：

用于制备液滴的各装置组合为一个机械的制备-结构组件(2b)。

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