CN107912055A - 用于测量液体体积的装置和方法 - Google Patents

Abstract

用于测量从源转移到目的地的液体样本的体积的方法和装置，通过将样本递增地分配到目的容器中或者通过从源容器中递减地抽吸样本来将样本从源转移到目的地，其中从在已知波长下或在电磁光谱的限定部分内具有已知吸光度的液体中收集液体样本。通过在转移之前和之后将源容器或目的容器暴露于电磁辐射来测量样本的吸光度，并且基于对源容器或目的容器的吸光度的差分测量来确定液体体积。

Description

用于测量液体体积的装置和方法

技术领域

本发明涉及用于确定液体体积的系统和方法。更具体地，本发明公开了用于对通过液体输送装置转移并且由外部系统(在此统称为读数器)量化的液体体积进行测量的装置和方法。

液体处理可以通过手动工具(定义为移液器)或自动液体处理器来执行。体积的量化可以通过天平、量表、光度测量系统、荧光系统或辐射测量系统或对与液体体积成比例的物理性质敏感的任何系统来实现。

背景技术

液体处理对许多研究实验室和工业中执行的大多数生物化学、化学和生物测试来说是基本过程，并且基本上被定义为转移一个样本使之与另一个样本接触并且能够量化要使用的样本中的至少一个的量的操作。由于样本的量化是液体处理过程的关键要求，因此液体转移必须精度在实验室容许误差范围内并且可重现。液体处理的可重复性和精度是通过液体处理装置来实现的，液体处理装置可以具有限定在一定的体积范围内的、构造成可以同时或顺序地进行自动或手动输送的单个或多个通道。

大多数现有的液体输送装置在校准和保持精确测量和由制造商给出的规格方面存在问题。为此，有必要周期性地控制和验证所转移的液体的量，以确保液体处理过程的完整性。验证分配的液体的正确的量是如此重要的，以至于存在用于管制液体处理装置的必要要求的国际标准。ISO 8655：2002标准就是一个示例，该标准专门用来定义对活塞移液管和密切相关的测量设备进行精确和可重复的校准的要求。

除了已经建立的实验室标准之外，考虑到例如许多药物和疫苗是通过液体处理过程生产的，无论是出于商业还是纯度的原因，迅速无延迟且以所要求的精度量化液体处理器的性能都具有明显的功用。

重量测量分析被认为是测量分配的液体量的主要方法。通过经由天平测量液体重量来确定液体体积。从液体重量到液体体积的转换必须考虑分配和测量过程期间的液体的蒸发速率、以及室温和大气压对质量和体积之比(也称为密度)的影响。不幸的是，这种技术有各种限制。首先，这是费时的，特别是对于多通道装置。其次，该技术对诸如温度不稳定性和不规则蒸发等环境参数的变化非常敏感。此外，必须使天平与振动完全隔离，以避免可能破坏液体重量测量的误差：因此，天平不能用于常规环境。

测量由液体处理装置分配的液体体积的另一种建议方法依赖于样本的某种光学吸光度。液体处理装置收集的液体样本的体积可以通过源的吸光度的变化、通过所收集的样本的吸光度或通过目的地的吸光度的变化来推断。吸光度又可以通过将一定量的光投射到任何样本上并测量样本内的能量损失来测量。给定已知的几何结构和已知的吸光度特性，可以容易地看出，合适的构造可以提供对液体体积的光学测量。这种技术基本上基于比尔-朗伯(Beer-Lambert)定律，其将光的衰减与光传播通过的材料的特性联系起来。吸光度与光通过液体传播的距离(即路径长度)和液体浓度成比例。在朗伯-比尔定律的一种可能的实现方式中(但是所公开的方法不限于此)，假设光束以路径长度与总体积成比例的方向照射到液体上，则用具有确定的吸光度特性的液体填充具有恒定的或已知的截面的容器会允许通过估计根据测得的吸光度推导出的路径长度来确定液体体积。在另一实施方式中，光度测量(photometric)方法可以用于在测量光束在特定液体内的恒定或可变的路径长度下基于现有样本的浓度变化来推导液体体积。

由于光度测量不需要机械稳定性，并且也可以并行执行，所以光度测量可以比重量测量方法更快。可以使光度测量对诸如温度变化、液体蒸发和振动等环境参数不太敏感。然而，这种技术的准确性和可再现性可能受到样本容器壁的光学性能的影响。即使容器的材料对光束是透明的，划痕的存在、表面的不规则性以及容器材料中的局部缺陷可以漫射和/或吸收通过样本的光。这些额外的损失导致测量的误差，因为它们减少了去到读数器传感器的光量。出于相同的原因，光度测量技术也受到光传播通过的容器表面上存在的外部微粒(例如，灰尘)的影响。这些微粒可以吸收或散射光，从而产生额外的损失。此外，为了提供确定体积的绝对方法，必须设想合适的校准方法，在这种方法中需要精确地知道吸光度和液体体积之间的相关系数。

在各种情况中，对具有已知且恒定的光吸收的样本溶液进行管理可以是个问题。例如，吸收染料可能是光敏的，并且当存储在阳光直射下时可改变它们的吸收特性。此外，溶液可能由于意想不到的生物活动(例如，溶液中的细菌或真菌的存在)而降解。在敞开的容器中，与空气湿度的接触可能会稀释样本，或者改变可以影响染料吸光度和主要光学特性的pH值条件。因此，工业可受益于包装解决方案，其将样本尽可能以单剂量维持在可能的最佳且受控的状态直到使用时刻。在自动化方面，这种要求需要确定是否已经使用了单剂量，以避免基于未知吸收的样本产生新数据。

当涉及对自动化系统(也称为液体处理器)的液体处理性能的特征进行描述时，挑战会增加。在这种情况下，系统主要配备有多个分配头和抽吸头，导致急剧的复杂化(特别是当这些头不能独立操作时)，因为大多数重量测量解决方案具有单一的测量能力，并且将装置能力扩展为测量多个独立样本的重量在技术上难度高且昂贵。光度测量系统更适合于并行测量，因此更适合于多通道系统和液体处理器的校准。

发明内容

本公开涉及用于精确、快速和方便地测量由液体输送装置分配的液体体积的设备和方法。该方法对于验证由液体输送装置转移的液体在特定的规格和误差范围内来说特别有用。

在本公开的一个方面中，提供了一种用于测量从源转移到目的地的液体样本的体积的方法，该方法通过将样本递增地分配到目的容器中或者通过从源容器中递减地抽吸样本来将样本从源转移到目的地，其中从在已知波长下或在电磁光谱的限定部分内具有已知吸光度的液体中收集液体样本。通过在转移之前和之后将源容器或目的容器暴露于电磁辐射来测量样本的吸光度，并且基于对源或目的容器的吸光度的差分测量来确定液体体积。

在本公开的另一方面中，一种方法通过以下步骤允许确定在源容器和目的容器之间转移的具有一定吸光度特性的第一样本的液体体积：对目的容器中的具有不同或相同的吸光度特性的第二样本进行第一吸光度测量；将第一样本分配到相同的目的容器中，并且对目的容器中的样本混合物进行第二吸光度测量，以确定在一个波长或在电磁光谱的一个区域中的总吸光度，从而最小化液体体积确定计算对第二样本和样本混合物的弯月面形状(meniscus shape)的依赖性。

在本公开的另一方面中，一种方法允许通过第二吸光样本、并且通过借助合适体积的第二样本调节液体混合物的吸光度以达到最小化来自读数器的系统误差或随机误差的吸光度的期望值，来确定具有限定的吸光特性的第一样本的液体体积。

在本公开的另一方面中，一种方法允许通过以下步骤确定在多个容器之间转移的液体体积：利用具有限定的吸光度特性的样本；在抽吸或分配之前和之后测量含有样本的容器的吸光度；从测量结果中提取容器的吸光特性；并且通过减去容器吸光度特性来重建各个液体体积。

在本公开的另一方面中，一种方法允许通过以下步骤确定超过一个目的容器的最大容量的样本的液体体积：将样本分成多个未知体积的等分试样；在多个目的容器中分配相同的等分试样；测量这些等分试样的吸光度；并且通过分析单独测量的吸光度来重建总体积，所述方法还允许最小化对各个容器特性的依赖性。

在本公开的另一方面中，提出了一种通过以下步骤测量样本的液体体积的方法：测量目的容器的吸光度；将样本分配到目的容器；第二次测量目的容器的吸光度；从目的容器抽吸样本；第三次测量目的容器的吸光度；并将分配、抽吸和吸光度测量的操作重复多次。

在本公开的另一方面中，提出了一种根据本公开的用于通过以下步骤测量样本的液体体积的方法：仅基于对同一源容器的不同吸光度测量来确定从源容器抽吸的液体的量。

在本公开的另一方面中，通过以下步骤实现了一种确定在液体处理操作期间损失的液体量的方法：在同一液体处理操作之前和之后对源容器和目的容器执行吸光度测量；并且通过测量冗余分析吸光损失。

在本公开的另一方面中，基于含有样本的液体混合物的吸光度重建了一种确定样本的液体体积的方法，其中测量容器中含有的液体的总量被保持为基本恒定，以便通过添加吸光或不吸光液体来进行恒定路径长度测量。

在本公开的另一方面中，通过使用储存在密封容器中的样本来确定液体体积，该密封容器被设计成在抽吸样本的过程中被液体输送装置的尖端穿孔，从而最小化样本使用之前的任何吸光度变化。在本公开的另一方面，密封容器是泡罩包装的形式。在另一方面，密封容器是泡罩包装的形式，其中，罩盖包括可剥离的罩盖，以防止当液体输送装置刺穿罩盖时来自罩盖的外表面的可能污染。

在本公开的另一方面中，液体体积是通过使用在抽吸期间由液体输送装置的尖端收集的、被包含在源容器中的样本确定的，其中，特别设计的结构在抽吸之后清洁尖端的外部，以最小化液体体积测定中由残存物引起的系统误差和随机误差。在本发明的一个具体方面，该结构是膜或纤维或海绵材料的形式。在本发明的另一方面，该结构被集成到泡罩包装的罩盖中或者微板罩盖中。

在本公开的另一方面中，含有样本的密封容器配备有光学的、磁性的或电子的机器可读标记，其包含关于特定样本溶液吸光度的直接或间接信息。

在本公开的另一方面中，通过对作为液体输送装置的尖端进行穿孔的结果的密封容器上的可能的孔进行视觉图像识别，来通过图像采集和处理方法确定密封容器的完整性。

在本公开的另一方面中，通过对作为在液体输送装置的尖端穿孔之后标记物降解的结果而存在于顶表面上的光学标记进行肯定或否定的识别，来确定密封容器的完整性。

在本公开的另一方面中，公开了一种用于确定在限定的波长处或在电磁光谱的限定部分内具有已知吸光度的液体样本的体积的方法，其中液体样本由高分子量的吸光染料和透光的缓冲液组成，以最小化液体样本抽吸后的方法执行过程中的蒸发的负面影响。

在本公开的另一方面中，公开了一种用于测量液体处理装置的体积性能的方法，该方法包括以下动作：使用液体处理装置从源容器抽吸胶体；选择性地将胶体分配到目的容器中；通过在抽吸或分配之前和之后将源容器或目的容器暴露于电磁辐射来测量胶体的吸光度；以及基于胶体的吸光度来确定液体处理装置的体积性能。

在本公开的另一方面中，公开了一种用于测量液体处理装置的体积性能的设备，包括：液体处理装置；含有胶体的至少一个源容器；以及任选的目的容器，其中液体处理装置的体积性能是根据在转移之前和之后通过将源容器或目的容器暴露于电磁辐射而确定的胶体的吸光度来测量的。

在本公开的另一方面中，公开了一种用于测量在确定的波长或电磁光谱的限定部分内具有已知吸光度的液体样本的体积的方法，包括以下动作：从源容器中抽吸液体样本；通过在抽吸之前和之后的电磁辐射来测量源容器样本的吸光度；基于源容器吸光度的差分测量确定液体体积转移性能。

附图说明

图1示出了目的容器中存在的液体弯月面的可能形状的示意情况。示出了光程相对于理想情况的差别；

图2示出了基于作为吸光度的函数的连续读数的市售光谱仪的相对标准偏差(CV)；

图3是具有提供固定路径长度L的相对的平行透明壁的容器的示意图；

图4示出了为竖直光束光谱学而设计的具有透明平坦底部的目的容器的另一个实施例的示意性截面。光程长度取决于在目的容器中分配的体积量；

图5示出了容纳有用于测量分配的液体体积的样本溶液的泡罩(blister)的示意图；

图6示出了配备有标记的泡罩顶表面的示意图；并且

图7示出了用于识别使用过的泡罩腔室的装置和方法。

具体实施方式

本发明涉及液体体积的测量以及它的许多应用。为了说明的目的，附图以及说明书将主要涉及将该解决方案作为液体体积的差分测量进行处理的设备。然而，本发明中公开的装置同样适用于液体处理领域的更一般的实施例。

液体体积的差分测量的概述

体积的光度测量评估的原理主要依赖于具有已知吸光度的样本在已知光学配置和已知波长下的吸光度。朗伯-比尔定律确定穿过液体的光束的光透射率T，其可以表示为：

T＝I/1_0＝10∧(-εlc)

其中ε是吸光样本的消光系数，l是光束穿过液体的长度(路径长度)，并且c是样本在液体(通常是稀释缓冲液)内的浓度。因此吸光度被定义为

A＝εlc

并且A通常是传统实验室吸光度光度计所报告的变量。

可以设想许多不同的实验条件来利用朗伯-比尔定律原理，并将吸光度测量与未知样本体积相关联。最显而易见的几何结构由比色皿构成，在比色皿中，光束穿过恒定的路径长度，与液体的体积无关。在这种配置中，具有不同吸收特性的两个液体体积的混合引起浓度变化，可由光度计通过测量光透射率来检测该浓度变化。例如，标准ISO-8655-7建议不同实验条件以通过用透明缓冲液稀释现有染料(die)(或反之亦然)或通过向透明液体加入染料来实现体积测量。

在本文中，在本公开的范围内考虑突出朗伯-比尔定律的形式联系到体积为V的吸光样本的透射，该吸光样本当被引入到容器中时的初始浓度为c，容器具有恒定截面S，且初始容纳有体积为V_Buf的不吸光缓冲液。如果光束在与容器截面正交的方向上传播，则样本的添加同时改变浓度和光束的路径长度。所以吸光度变成了

A＝ε(V+V_Buf)/S×(c×V)/(V+V_Buf)＝εc/S×V

可以注意到，最终的吸光度与样本体积V成比例，ε、S和初始浓度c为常数参数。根据本公开，在本公开的范围内考虑将该构造实施为通过竖直光束测量的透明底部微板井，假设该井具有恒定的截面(通常为圆形或矩形形状)。在这种几何结构中，光束吸光度测量与用移液管装载到同一井上的染料的体积成正比。此外，应该注意的是，系数c×V＝Q对应于已经装载到井中的染料分子的量：换言之，如果我们假设染料分子不蒸发(由于染料的大分子量，该假设在许多实验条件下是合理的，例如，朱红色S对应于MW＝760.57)，我们预计，在不发生沉淀或染色的假设下，样本的吸光度将对水分随时间的蒸发不敏感。不受任何特定理论的束缚，这些假设已经被实验验证。

相对于重量测量过程来说，吸光度过程的这种特定实验配置的优点和缺点是很突出的。主要的是，极小且可变体积的样本可以装载到含有缓冲液的井阵列中，并且对样本蒸发的敏感度降低。这随后允许可以并行读出所有的井，这在重量测量中是不可能的，而且显著节省了时间。

在实践中，在这种具体的几何构造中，光度测量方法对特定容器中存在的染料的总量敏感，并且吸光度与容器中存在的染料的量Q线性相关。在假设容器具有恒定截面(例如但不限于圆柱体或平行六面体)的情况下，可以注意到吸光度与染料量之间的比例系数是常数，并且它与容器中存在的实际液体体积无关。在这种配置中，知道某种溶液中原始染料的浓度就足够了，从而可以精确地且不受许多系统误差影响地通过对所考虑的容器的吸光度变化进行差分测量来量化添加到容器中的液体的体积。

本公开基于对相同或不同浓度的已校准样本溶液的多个分配步骤的吸光度的差分测量，提供信息用于校正由目的容器的可能的质量缺陷和沿光束的路径存在的外部微粒产生的测量误差。本发明的这方面带来对液体体积的更精确、准确和可靠的测量。

应该注意到当解决方案被应用到像液体处理器这样的自动化系统时出现液体体积的差分测量的另一个重要优点。例如，通过微板解决方案，完全可以将系统的工作量提高到并行测量，特别是对于多通道系统来说非常有价值。该特征简化了过程并加快了操作；然而，需要对相同的分配通道重复进行多次测量(例如确定随机误差所需)意味着需要使用大量的测量容器和具有有限数量的可用井(例如96或384或1536个井)的微板。在手动移液的情况下，用户显然可以利用多个微板，并且在需要时将微板装载到光度测量读数器上。

但是，在自动化环境中，这种必要性意味着装载系统或微板堆叠器的集成，以便为每个通道执行足够数量的测量。这种额外的复杂性具有成本，并且还会引入消耗品之间变化的复杂性，这将意味着测量的额外冗余。然而，在差分测量中，通过在液体接近各个井或容器的最大容量时简单地抽吸液体并再次分配液体以执行增量测量，完全可以重复使用相同的消耗品。因此，使用单个消耗品变得可能，其可能预装载到读数器上，由液体处理系统或用户以连续的方式使用，交替读取读数器的部分读数。还应该注意的是，液体的抽吸可以是使系统保持有效配置的被动的维护操作，或者确实构成基本和有效的测量步骤，从而确定装置的抽吸体积性能。

液体弯月面的形状的补偿的概述

在本公开的另一方面中，使用有色缓冲液来计算吸光度测量的光学背景。有色缓冲液的使用与吸光度的差分测量结合，补偿了与目的容器中存在的液体的弯月面的不同形状有关的信号变化。如图1所示，液体弯月面的不同形状对于相同体积和相同几何结构的容器而言意味着不同的光程。图1还示出了弯月面105的理想形状。由于目的容器中的液体体积的计算是基于对通过样本溶液的光束的光程的测量，所以弯月面的变化可以引起严重的误差。对于容器中给定的液体体积，凸形弯月面101将产生更长的光程102，凹形弯月面103将产生更短的路径104。然后，在凸面弯月面的情况下，使用有色缓冲液的光学背景测量的结果将给出更高的初始吸收值。

随后，如果向两个容器中均加入相同量和类型的样本溶液，假设样本溶液不会改变每个容器中已经存在的液体的弯月面，则两个容器的吸收将相同地增加。由于具有凸形弯月面的容器中所容纳的样本溶液的总吸收高于具有凹形弯月面的样本溶液，所以传统的光度测量技术将在凸形弯月面的情况下高估液体的量，并且在凹形弯月面的情况下会低估液体的量。相反，本方法通过差分测量来测量样本溶液的吸收，所以两种液体量将产生相同的差分吸收，与液体的弯月面形状无关。可以指出，可以适当选择有色缓冲液来改变和修改测量溶液的弯月面形状。例如，可以通过向有色缓冲液中加入洗涤剂来改变接触角，从而根据所涉及的容器材料以有利的方式改变混合物的弯月面。

随读数器性能变化的吸收信号的优化的概述

在根据本公开的本发明的另一方面中，为了包含由读数器引入的随机误差，使用有色缓冲液来将信号的实验状态改变到读数器性能更精确和准确的动态范围内。图2示出了基于随吸光度变化的30个连续读数的相对标准偏差(CV)。有色缓冲液的使用允许在统计误差影响最小的区域中生成用于背景测量的数据。为了相同的目的，有色缓冲液的使用避免了使用具有非常高浓度的染料的溶液来对小体积进行检测的需要。事实上，高浓度染料可以引起具有单一色基的不同吸收特性的二聚物或更高阶团聚体的形成。

用于补偿液体体积测量与容器到容器变化的相关性的方法的概述

在另一个说明性的实施例中，使用有色缓冲液和差分吸收测量最小化与多井板(在用作测量容器时)的压模塑料部分的尺寸变化相关的不准确性误差和再现性误差。与制造工艺相关的变化会在各个井之间和各个板之间产生变化。这些变化会影响井的几何结构以及所分配的液体的弯月面的形状。使用不同的吸光度测量和基于有色缓冲液的背景减除可以最小化与井尺寸变化的相关性，因为它们的影响在每次差分测量时被减去。

有色缓冲液的使用可用作能够先验地评估井和微板变化的方法，例如以了解有效井截面是否对应于标称井截面。许多现象(例如，井底的微粒或制造缺陷)可能会限制光程截面，并因此改变井的吸光度。然而，有色缓冲液测量可以作为参考，其毕竟实际上测量容器截面和光学透明度，允许在插入样本时进行随后的差分测量并且基于有色缓冲液的结果与平均的井行为或期望来进行校正。

大于容器容量的液体体积的测量概述

在本发明的另一方面中，用于测量大于目的容器的最大容量的液体体积的方法可以借助于对未知体积的等分试样的吸光度的积分测量来实现。将要测量的液体量作为等分试样分配到多井板或多个目的容器中。即使单个等分试样具有未知体积，分布在容器中的染料量也与总吸光度成正比，因此在假定所有液体已被分配的情况下，总吸光度与总体积成比例。因此可以通过对每个容器的吸光度进行积分来计算体积的总量。

根据本公开，所描述的方法可以与上述有色缓冲液原理相结合，以便利用容器特性的物理测量的优点，并且还可以在合适的光学密度范围内优化读数器性能。在另一个说明性实施例中，也可以将等分试样分配在相同的目的容器中，并通过差分吸光度测量来实现等分试样体积的测量，这允许在与抽吸步骤以及随后的吸光度测量相结合的情况下最小化由井到井不均匀性引起的可能的系统误差。

用于再利用样本溶液的方法的概述

在本公开的另一个说明性实施例中，先前分配的样本溶液在随后的测量中被再利用。这种方法对液体输送装置的分配性能的表征特别有用，因为它允许对吸入的液体的量和分配的液体的量进行比较。实际上，样本溶液的总量仅等于第一个液体分配步骤所需的体积。

根据这种方法，将先前用于吸光度测量的样本溶液从目的容器中移出，并通过差分测量重新测量容器中存在的体积。随后，可以将样本溶液重新分配到目的容器中，并且可以在类似但不同的实验条件下再次进行新的测量。在本公开的范围内考虑到，在染料具有大分子量的假设下，这些步骤期间可能的缓冲液蒸发不影响定量测量：缓冲液的分子量限制了染料蒸发，并且结果仍然仅与染料量成比例。

用于测量抽吸的液体量的方法的概述

在本公开的另一方面中，通过差分吸光度测量来测量从容器抽吸的液体的量。执行液体抽吸前后的吸光度的差分。实际上，在液体转移过程中，所抽吸的液体的量可能不同于所分配的液体的体积。所抽吸的液体的一小部分可以保持陷入在液体输送系统的尖端内。另外，存在于尖端外部的液体量很少，但暴露在周围空气中的表面很大，因此这些液体在几秒钟之内蒸发。然而，通过将较大的分子保持在表面上并让较低分子量的分子(如水或乙醇)离开尖端，蒸发可以是选择性的。由于大多数液体处理操作实际上是设计成通过一定的体积传送定量的样本分子，所以这种微妙的效果很好地通过由水和高分子量染料组成的样本来表示。

用于测量液体处理过程中的液体损失的方法的概述

在本公开的另一方面中，对液体处理过程中的液体损失的测量通过监测抽吸和分配的液体量来执行。事实上，一些液滴可以被困在液体输送装置的尖端内部或外部，或者只是在液体处理操作期间蒸发。许多因素可以影响通过滴落损失的液体量：其中一些因素是液体的表面张力、液体输送装置的尖端的几何形状和材料。这种方法可以用来表征液体输送系统尖端的性能。

液体处理过程中的液体的损失是通过对抽吸的液体与分配的液体进行比较来测量的。通过差分吸光度测量，可以使用相同的容器来抽吸并随后分配液体，以提高计算的准确性和精度。

对液体体积测量与容器几何结构的相关性进行补偿的概述

在本公开的另一个说明性实施例中，提供了一种对吸光度与目的容器的几何结构的相关性进行补偿的方法。在一个说明性实施例中，目的容器被构造为在抽吸和分配期间具有恒定的光程。图3示出了具有由相对的透明平行壁301和302给出的恒定光程的目的容器。读数器的发射光束303穿过透明壁301和302，其一部分强度被容器中存在的样本溶液吸收。向容器中加入具有更高或更低色基浓度的样本溶液使得溶液体积从初始体积V₀ 304上升到最终体积V₁ 305，而不会使光程长度或容器的截面发生任何变化。样本溶液的液体体积的增加导致容器中的总体积的增加，但是吸光度的变化仅与色基的浓度成比例。实际上，考虑到初始吸光度A₀＝εC₀L,添加比初始溶液具有更高或更低浓度的样本溶液，将产生最终吸光度A₁＝εC₁L。通过差分测量，分配体积与最终溶液和初始溶液之间的差成比例，即

V_dispensed∝|A₁-A₀|＝|c₁-c₀|

在另一个说明性实施例中，图4示出了沿着读数器的发射光束401的方向具有可变体积溶液的目的容器。在该实施例中，这种容器具有透明的平坦底部402。竖直光束401从读数器404的发射源穿过样本溶液403传播到读数器的检测器405。在该说明性实施例中，光程长度与样本溶液的体积成比例。在该实施例中，要测量的液体体积的增加意味着发射光束穿过的材料的增加，所以光程增加。如果容器具有恒定的截面(例如圆柱形)，则分配的体积与光程长度和浓度的乘积之间的差值成比例，具体地

V_dispensed∝|A₁-A₀|＝|c₁L₁-c₀L₀|

在压模塑料容器的情况下，容器的几何结构呈现脱模角，其导致沿读数器光束的光程的截面的变化。这种脱模角的存在会影响液体体积测量的准确性，但可以容易地通过对容器中存在的液体体积量的近似知识来对其建模(通过数学建模或仅仅是实证实验测定)。

在一个说明性实施例中，通过随后添加的样本溶液量来测量与容器的理想形状(例如圆锥形)的偏差。然后将所得到的校准曲线应用于液体体积测定期间的每次吸光度测量。

在另一个说明性实施例中，通过使目的容器中存在的液体的总量保持恒定来进行吸光度测量。这种方法不需要应用任何与容器截面变化有关的校准曲线。在该实施例中，光程尽可能保持恒定，从而最小化由于光束的光学行为而引起的吸光度测量的不准确性，这些光学行为例如为可能取决于液体内的光程长度的像差或散射或浊度。

用于移除液体输送装置的尖端外表面上存在的液滴的装置的概述

在本公开的另一方面中，样本溶液储存在密封的容器中。由于体积和吸光度之间的整体比例取决于吸光染料的浓度，并且与缓冲溶剂(由水组成，因为水是用于评估液体处理性能的最常用的参考缓冲液)相比吸光染料通常具有不同的分子量，因此使用密封容器对于特定目的具有明显的优点。具体的实施方式依赖于泡罩(bl ister)包装(此后也称为泡罩)的使用。这些泡罩可以包含一个或多个样本溶液，以获得最大的用户便利和格式。一次性密封容器构成了将液体样本保持在已知且恒定的吸光度条件下的理想方法，可保护样本的蒸发，并最小化不必要的环境光下的暴露。

描述用于将样本溶液存储在泡罩中的设备的可能实施例是图5。这些泡罩由底部501和顶部502构成。底部是多个腔室之一的热成形结构。每个腔室都含有样本溶液。底部的材料最好是不可渗透、耐化学品、与样本溶液兼容并且不透光。

泡罩的顶部是对泡罩底部进行密封以防止样本溶液泄漏的薄膜或厚膜。这种膜设计成被液体输送装置的尖端刺穿。当存取泡罩中存在的样本溶液时尖端产生的孔被设计为不会不必要地太大，以便能够对尖端的外表面施加清洁动作，从而去除液滴。在验证液体输送装置的流体性能的情况下，仅测量尖端内转移的液体的量在概念上是重要的。为此，存在于尖端外表面上的液滴应该被认为是测量液体输送装置分配的液体体积时的误差源，因为它们对总的待测量的体积有所贡献，并且因此应该避免。应该提到的是，在手动校准操作中，对于本领域技术人员而言众所周知的是，尖端外部上的液滴的存在会损害测量准确度，并且使得无法评估所考虑的移液管是否符合标准。

在一个说明性实施例中，泡罩的材料是暗的，以防止色基暴露于环境光。环境光可以造成对色基分子的永久的损害(例如光漂白)或暂时的光学饱和，这会改变染料的吸收特性。色基的吸收特性的变化引起液体体积测量的不准确性。

用于避免泡罩中的微粒污染的装置的概述

在本公开的另一方面中，泡罩的顶部由保护性可剥离膜覆盖。事实上，一旦刺穿泡罩，位于泡罩外表面上的外部微粒就可以进入泡罩。为避免样本溶液受到可能的污染，保护膜应在使用前由操作者从泡罩上取下。外部微粒留在可剥离薄膜上，并且泡罩的顶表面没有微粒。这种方法或装置可以被认为是可适用于用于不同目的的不同类型的可刺穿密封容器的更一般的解决方案，例如在工业中用于以微生物学评估为目的的用食物材料进行连续稀释的容器。可以以不同的方式制造可剥离膜，例如，通过可刺穿和可剥离膜的共挤出来实现能够保证两膜接合处的表面不受污染的方法。

泡罩标记的概述

在本公开的另一方面中，泡罩配备有包含关于样本溶液的信息的光学、磁性或电子机器可读标记。存储在标记中的可能的信息的一些示例是样本溶液的有效期、色基吸光率和样本溶液中色基的浓度。

图6示出了在顶表面601上配备有机器可读标记602的泡罩的一个说明性实施例。液体输送装置可以自动访问关于泡罩的位置和容器中存在的样本溶液的类型的信息。

用于识别使用过的泡罩的方法和装置的概述

可以通过泡罩顶表面的图像采集和处理来自动进行对使用过的泡罩腔室的识别。液体输送装置的尖端为了进入样本溶液而在泡罩顶表面的薄膜中创建孔。在一个实施例中，通过借助图像分析直接识别泡罩膜上的孔来识别使用过的泡罩腔室。图7描述了在抽吸泡罩中存在的样本溶液之后由液体输送装置的尖端创建的孔701和703。可以注意到，针对每个腔室创建了两个孔：在这种情况下，目的是允许适当的空气循环，避免由于腔室压强高于或低于环境压强而改变被抽吸或分配的体积。

在另一实施例中，使用泡罩腔室的顶部上的一些标记来实现对使用过的腔室的识别。由液体输送装置的尖端创建的孔永久地损坏标记703和704，阻止其被识别。

用于通过颜料确定液体处理性能的方法的概述

在目前的实践中，液体处理性能主要通过重量测量法或光度测量法来评估。光度测量方法利用吸收特定波长的光的染料，并且波长相关信息有时用于光谱分析(双染料方法)，从而允许更好地归一化和校准染料的绝对吸光度。事实上，温度和许多其他参数(如pH值)都会影响染料的吸光度，如果不适当地校正的话就会改变结果。

在本公开中，我们公开了用胶体代替染料的益处。在本公开中，我们在最广的意义上将胶体(colloid)(包括作为同义词的任何悬浮液(suspension)或颜料(pigment)或乳液(emulsion))定义为含有尺寸在1到1000nm之间的精细分碎的微粒的体系。本质上，我们提出用由许多分子组成并作为一个单位与光直接相互作用的物理微粒的光吸收和散射来代替某些分子的吸收特性。需要说明的是，颜料(pigment)和染料(die)之间存在明显的区别：颜料在其媒介物中不能溶解(从而产生胶体)，而染料或者本身就是液体或者在其媒介物中可溶解(从而产生溶液)。吸光系统或着色剂可以是颜料或染料，这取决于所涉及的媒介物。

考虑胶体作为染料的替代物有多种原因。首先，由于其基于团聚体的物理特性而不是基于可能受到诸如温度和pH影响的分子特性，因此吸收过程更稳定。而且，相当数量的胶体显示出随光的波长变化较小的光谱吸收特性，使得在一个波长或一定波长的光谱范围中的吸收特性本质上更稳定。作为一个极端的示例，我们报告了炭黑的吸收特性，炭黑是用于黑色墨水的合适颜料和在整个可见光谱范围内基本稳定且恒定的中性吸收过滤器：光的激发波长的调制不会引起被吸收的光的任何改变。而且，典型的基于炭黑的墨水含有尺寸低于200nm的微粒，由于布朗运动的重要作用，这些微粒几乎不沉积——从长远来看使得染料具有优异的稳定性。在足够的稀释系数下，含有这些微粒的液体在所有方面的行为表现都像纯水，并且吸光微粒的蒸发速率基本可以忽略不计，使得该方法的稳定性比使用染料的方法好得多。

根据说明书中引用的参考文献的教导将透彻地理解该说明书。说明书中的实施例提供了对本发明的实施例的说明，而不应被解释为限制本发明的范围。本领域技术人员容易认识到，本发明涵盖许多其他实施例。本领域技术人员将会认识到，或仅仅使用常规实验就能够确定本文描述的本发明的具体实施例的许多等同物。这样的等同物旨在由所附权利要求涵盖。

Claims (24)

1.一种用于测量在限定的波长下或在电磁光谱的限定部分内具有已知光学吸光度的液体样本的体积的方法，包括：

a.通过将液体样本递增地分配到目的容器中或者通过将液体样本从源容器中递减地抽吸来从源容器向目的容器转移所述液体样本；

b.通过在所述转移之前和之后将所述源容器或所述目的容器暴露于电磁辐射来测量所述样本的吸光度；以及

c.基于对所述源容器或所述目的容器的吸光度的差分测量来确定液体体积转移性能。

2.一种用于确定在限定的波长下或在电磁光谱的限定部分内具有已知光学吸光度的液体样本的体积的方法，包括：

a.执行对目的容器中的具有不同或相同的吸光度特性的第二样本的第一吸光度测量，其中光程穿过与气体接触的不受约束的液面；

b.将第一样本分配到同一目的容器中；以及

c.在所述目的容器中执行对样本混合物的第二吸光度测量，以确定在限定的波长下或在电磁光谱的限定部分内的总吸光度，其中光程穿过与气体接触的不受约束的液面，其中该方法允许最小化液体体积确定计算对所述第二样本和所述样本混合物的弯月面形状的依赖性。

3.一种用于确定具有已知吸光特性的样本的液体体积的方法，包括：

a.分配具有相同或不同的吸光特性的第一体积的第二样本；

b.执行对所述第二样本的吸光特性的第一测量；

c.分配用于测量的样本；

d.执行对容器内的样本混合物的吸光特性的第二测量；以及

e.通过对第一吸光度测量和第二吸光度测量的差分分析来确定第一样本的液体体积，其中对所述第二样本的第一体积进行调节以提供液体混合物的期望的吸光度，该期望的吸光度最小化来自读数器的系统误差或随机误差。

4.一种用于确定来自具有限定的吸光度特性的溶液的多个样本的液体体积的方法，包括：

a.将第一组多个样本转移到相应的多个容器；

b.对含有样本的容器进行第一吸光度测量；

c.将第二组多个样本转移到相应的多个容器；

d.对含有样本的容器进行第二吸光度测量；

e.根据第一吸光度测量提取容器的吸光度特性；以及

f.通过从所述第二吸光度测量中减去所述容器的吸光度特性来重建所述第二组多个样本的各个液体体积。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述多个容器是多井消耗品的一部分。

6.一种用于确定超过一个目的容器的最大容量的样本的液体体积的方法，包括：

a.将样本彻底地分为多个未知体积的等分试样；

b.在多个目的容器中分配相同的等分试样；

c.通过其他方法测量这些等分试样的吸光度；以及

d.通过分析单独测量的吸光度来重建所述样本的原始液体体积。

7.一种用于测量样本的液体体积的方法，包括：

a.测量目的容器的吸光度；

b.将样本分配到所述目的容器；

c.第二次测量所述目的容器的吸光度；

d.从所述目的容器中抽吸所述样本；

e.第三次测量所述目的容器的吸光度；以及

f.根据可用的一系列吸光度测量确定液体体积转移。

8.一种用于确定在具有限定的吸光度特性的样本的转移过程中损失的液体体积量的方法，包括：

a.对源容器和目的容器进行吸光度测量；

b.将液体体积从所述源容器转移到所述目的容器；

c.对所述源容器和所述目的容器进行第二吸光度测量；以及

d.通过分析源吸光度变化与目的吸光度变化来量化液体体积损失。

9.一种用于确定具有限定的光学吸光度特性的样本的液体体积的方法，包括：

a.将一定液体体积的样本添加到容器中；

b.在所述样本之前或之后加入适量的吸光或不吸光液体；

c.在光程穿过与气体接触的不受约束的液面的构造中测量样本混合物的吸光度；以及

d.基于所述混合物的总吸光度来重建液体体积，其中，选择合适体积的吸光或不吸光液体的目的是具有实质上独立于样本体积的实质上恒定的路径长度测量。

10.一种用于存储液体样本的装置，包括：

a.容纳样本的密封容器；

b.可刺穿部分，其设计成通过液体输送装置的尖端或喷嘴被穿孔；并且

c.其中，抽吸液体体积的动作以不可逆的方式在所述可刺穿部分上穿孔并允许获得液体。

11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述密封容器是泡罩包装并且所述可刺穿部分是其罩盖。

12.根据权利要求10所述的装置，其中，所述密封容器是泡罩包装并且所述可刺穿部分是其罩盖。

13.根据权利要求10所述的装置，其中，为了液体处理体积确定的目的，所述液体样本具有限定的吸光特性。

14.根据权利要求11所述的装置，其中，所述罩盖包括可剥离膜，以防止当所述液体输送装置刺穿所述罩盖时所述罩盖的外表面对所述尖端的可能污染。

15.一种用于存储液体样本的装置，包括：

a.液体容器；

b.位于液体的表面上方的特别设计的结构；并且

c.其中所述特别设计的结构在抽吸液体之后对液体输送装置的尖端或喷嘴的外表面进行清洁。

16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述特别设计的结构包括膜、或纤维隔膜、或海绵材料、或金属网。

17.根据权利要求15所述的装置，其中，所述容器是泡罩包装或微板，并且所述特别设计的结构是集成在罩盖中的膜。

18.一种用于储存液体样本以用于液体体积确定的目的的装置，包括光学的机器可读标记或磁性的机器可读标记或电子的机器可读标记，其包含关于特定样本溶液吸光度的直接或间接信息。

19.根据权利要求10所述的装置，其中，通过对所述液体输送装置的尖端或喷嘴所创建的所述可刺穿部分中的可能的孔进行视觉图像识别，来通过图像采集和处理方法确定所述可刺穿部分的完整性。

20.根据权利要求10所述的装置，其中，通过对作为所述液体输送装置的尖端或喷嘴的刺穿动作的不可逆结果而适当地位于所述可刺穿部分上的光学标记进行肯定或否定的识别来确定所述可刺穿部分的完整性。

21.一种用于确定在限定的波长下或在电磁光谱的限定部分内具有已知光学吸光度的液体样本的体积的方法，其中，液体样本由高分子量的吸光染料和透光的缓冲液组成，以最小化在液体样本抽吸之后的方法执行期间的蒸发的负面影响。

22.一种用于测量液体处理装置的体积性能的方法，包括：

a.使用所述液体处理装置从源容器抽吸胶体；

b.选择性地将所述胶体分配到目的容器中；

c.通过在所述抽吸或所述分配之前和之后将所述源容器或所述目的容器暴露于电磁辐射来测量所述胶体的吸光度；以及

d.基于所述胶体的吸光度来确定所述液体处理装置的体积性能。

23.一种用于测量液体处理装置的体积性能的设备，包括：

a.液体处理装置；

b.含有胶体的至少一个源容器；以及

c.可选的目的容器，其中，所述液体处理装置的体积性能是根据胶体的吸光度来测量的，所述胶体的吸光度是通过在转移之前和之后将源容器或目的容器暴露于电磁辐射而确定的。

24.一种用于测量在限定的波长下或在电磁光谱的限定部分内具有已知光学吸光度的液体样本的体积的方法，包括：

a.从源容器中抽吸液体样本；

b.通过在所述抽吸之前和之后的电磁辐射来测量源容器样本的吸光度；以及

基于对所述源容器的吸光度的差分测量来确定液体体积转移性能。