CN111699044A - 自动化体积测定装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及体积测定测量和体积测定仪器的技术领域并且提供新颖的用于流体的体积的测定的装置和方法。

Description

自动化体积测定装置
技术领域
本发明涉及体积测定测量和体积测定仪器的技术领域并且提供新颖的用于流体的体积的测定的装置和方法。
背景技术
生物技术和化学中的一个趋势是使用越来越小量的液体以有效地使用昂贵的物质或以能够从经常有限的样品量(体积)进行尽可能多的测试。其他的趋势包括实验的自动化和并行化。体积测定仪器因此应该递送越来越小的体积。为了能够精确地校准体积测定仪器，测试方法必须能够在这些体积范围内产生可靠的结果。
体积测定测量在化学或生物学实验室中是基本的。在现代的微型规模应用中，例如在微生物学、遗传学或组织工程中，对于以高的精确度和准确度分配少量液体有高的需求。此外，现代的化学和生物学实验室实践主要地依赖于一次性物品例如小瓶、反应杯或多孔板以用于流体的处理。这样的一次性物品当用于测定容纳在其中的流体的体积时通常不是非常准确的。需要单一的或反复的测定容纳在这样的一次性容器内的实际的体积。此外，准确的体积测定测量对于已知的定量化学分析的技术例如滴定是基本的，并且可用于自动化滴定装置中。
普通的自动化流体分配装置，例如微型移液管和类似的，需要在生产中被初始地测试并且然后被周期性地校准以确保流体的精确的定量供给。在任何情况下，测量仪器必须被监视以确认仪器的精确度或以记录测量不确定度。例如，在医学和药品领域，对于用于医疗产品的制造和测试，而且对于诊断用途，具有规定，即检验证书应当发出并且校准的符合性应当以周期性的基础发布。用于体积测定仪器的校准的相关标准是ISO 8655和IWA15:2015，其中ISO 8655用于手动体积测定仪器应用，例如移液管，并且IWA 15:2015用于自动装置。
根据ISO 8655的用于体积测定校准的优选方法是重量测定法，即借助于称重液体测定液体的体积。在此，体积从液体的密度和其的重量计算。待被测定的体积越小，该方法越难以进行并且越倾向于出错。除环境条件例如地点、温度、湿度之外，蒸发具有对测量结果的显著的影响。这些参数部分地被包括在计算中。重量测定过程是耗费时间的并且难以自动化。在其中借助于光度测定方法进行体积测定的自动化装置通常相比于重量测定方法具有优先级。光度测定方法更适合于自动化。体积根据朗伯比耳定律被测定，即通过已知的染料的吸收、测量吸收池的浓度和厚度计算。如同重量测定方法，体积在此也间接地被测定。
需要一种能够被自动地操作并且能够以高速度以高精确度和高再现性测量小的实验室规模流体体积的改进的体积测定装置。具体地，需要一种能够在一次性物品和多孔板中进行高通量和/或平行测量的自动化体积测定装置。
发明内容
本发明借助于在其中被限定的子体积即等分试样被从待被测定的总的流体体积产生的装置和方法解决潜在的技术问题。这些子体积由检测器检测并且计数或可以被以阵列的形式分配和印刷在样品载体上并且在载体上获得的点被计数。从被计数的子体积的数目，流体的最初的总体积被计算。因此，本发明有利地允许通过将流体的总体积分割为多个具有已知的即预确定的体积的基本上均一的分体积并且对部分的数目计数以从其导出流体的总体积来容易地对未知体积的流体进行体积计量。本发明的计量装置尤其利用能够迅速地并且可靠地形成总体积的均一的体积分数的量化装置。本发明的体积测定装置主要地适用于实验室规模体积即小的体积的流体，特别是在100μL至1mL的范围内，其在小的容器例如小瓶或反应杯中存在或被接收在其中。本发明的体积测定装置可用于生物细胞和组织培养应用以及用于微型规模化学反应。体积测定装置主要地可用于用于在流体的未知体积的自动化测定中使用的流体的总体积的自动化体积测定和/或用于流体分配或计量装置例如微型移液管或自动化多通道分配器的单一的或周期性的测试和/或校准。
在第一方面中，提供一种用于流体的总体积的自动化测量的体积测定装置。根据本发明，体积测定装置包括：
-用于接收流体的容器，容器具有用于流体的进入的开放的顶部端部和用于流体的释放的底部末端；
-量化装置，被集成入容器的底部末端中，用于接收来自容器的全部的流体并且将全部的流体量化为多个均一的分体积并且重复地释放多个小滴，每个具有均一的分体积；
-检测器，用于分别地检测从量化装置释放的所述多个小滴的每个小滴；以及
-驱动器头部，直接地可附接至容器的开放的顶部端部，用于将单独的压力脉冲重复地施加至容纳在容器中的流体以每次有效释放单独的小滴，每个具有均一的分体积。
-计数器，与检测器信号连接，用于计数检测到的每个小滴事件。
具体地，装置包括至少一个容器，例如固定的流体接收器或可更换的或可拆卸的一次性物品，例如反应管、小瓶、杯子和多孔板。该至少一个容器具体地被设计为用于接收待被计量的流体。在本替代形式中，装置提供用于接收可以接收或可以已经容纳待被计量的流体的所述可更换的或可拆卸的容器中的至少一个的至少一个保持器。根据本发明，装置包括至少一个量化装置，被集成在所述至少一个容器内，用于接收来自容器的全部的流体并且用于将全部的流体量化为多个均一的分体积，即流体的总体积的等分试样。该量化装置的特征还在于其能够重复地释放多个小滴，其中每个小滴容纳来自待被测定的所述总体积的所述均一的分体积。装置还包括用于分别地检测从量化装置释放的所述多个小滴的每个小滴的至少一个检测器或检测器的装置，并且其还包括计数器，与所述至少一个检测器信号连接，用于计数被所述检测器检测到的每个小滴事件。
基本上，体积测定测量的准确度取决于被量化装置产生的分体积即等分试样的大小。为了进行体积测定测量必需的时间主要地取决于量化装置从流体的总体积形成分体积的频率。在清空之后没有任何残留体积的容器和量化装置是事实上不可获得的。如本领域的技术人员意识到的，装置实际上无死体积不是实质的，在本发明的上下文中，短语“接收来自容器的全部的流体”和“量化全部的流体”不一定需要，而是优选的是，容器被完全地清空流体并且没有待被计量的流体的剩余部分保持未被量化。而是，特别是在装置的反复的使用中，要求在容器中始终留下流体的相同的残留量或死体积。将理解，(1)如果残留体积是已知的并且(2)在反复测量中这样的残留体积被在装置中再现越“系统化”，那么装置能够越精确地进行体积测量任务。
具体地，量化装置是毛细管阀门，包括至少一个毛细管，以借助于与流体的且在毛细管壁和流体之间的界面的内聚力和附着力将流体保持在毛细管内。毛细管阀门是常闭的，因为当没有压力被施加至流体时其不引导流体经过毛细管。例如，在重力供入系统中，流体停靠在毛细管阀门上方，但是在毛细管的部位的液体静压不超过在毛细管内的流动的阻力，并且因此，流体不流动经过毛细管。通过将附加压力施加至在毛细管上的流体，流动的阻力被克服并且只要该附加压力被保持，流体就流动经过毛细管。因此，每次流体压力超过某个水平，毛细管阀门可以通过将附加压力(主要地以压力的一个或更多个脉冲的形式)施加至在毛细管的流体并且由此驱动流体的一部分(具体地流体的一个或更多个小滴)经过毛细管阀门被打开。在一个具体的实施方式中，每个施加至流体的压力脉冲导致流体的具有均一的分体积的单一的小滴的释放。可选择地，多于一个压力脉冲被连续地或一次施加以导致具有所述分体积的单一的小滴的释放。
每个小滴的均一的分体积即等分试样的量可以通过毛细管的尺寸的选择被预确定，但是也取决于在毛细管的壁和流体之间的界面的分子和电子力，并且也取决于流体的粘度。均一的分体积的量也可以通过选择所施加的一个或更多个压力脉冲的特性即时序和/或振幅被预确定。典型的分体积范围从约1nL至约100nL。
根据本发明，被容纳或接收在本发明的体积测定装置中的容器具有用于提供被容纳在其中的流体的进入的开放的顶部侧和用于流体的释放的底部末端。底部末端包括量化装置或由量化装置组成，其优选地以毛细管阀门的形式。据此，毛细管阀门被集成入容器的底部末端中。其的一个具体的实施方式，容器是一次性小瓶或反应杯或多孔板，在其中至少一个毛细管在底部末端中形成。在本具体的实施方式中，具有集成的毛细管阀门的容器形成分配喷嘴并且因此形成量化装置的基本元件。在本实施方式中，量化装置本身实质上包括容器以及在容器的底部末端中形成的毛细管阀门。为了完成量化装置的功能元件，存在压力发生器，更具体地脉冲发生器。根据本发明的实施方式在下文中描述。
根据本发明，体积测定装置还包括驱动器头部，其是可附接至容器的，具体地是可附接至容器的开放的顶部端部。驱动器头部具体地被设计为用于将单独的压力脉冲快速地施加至容纳在容器中的流体。具体地，一旦容器接收待被测量的流体和/或容纳流体的容器被接收在装置的保持器中，那么驱动器头部可以在容器上旋转并且可以被与容器连接以密封容器的容积以将压力脉冲施加至容纳在容器中的流体。在一个优选的实施方式中，驱动器头部包括至少一个压力驱动器以产生一个或更多个具有增加的压力的脉冲，其选自电磁的或电动力学的或压电的隔膜泵以及选自可操作以暂时地连接至蓄压器箱的阀门或阀门组件。
在优选的实施方式中，小滴检测器选自由以下组成的组：光检测器、光电屏障、电容传感器和压电传感器和其的任何两个或三个的组合。
在一个具体的实施方式中，本发明的体积测定装置还包括用于接收从量化装置释放的所述多个小滴的接收器容器。在其的一个优选的变体中，接收器容器是从装置可拆卸的。
在一个具体的实施方式中，本发明的体积测定装置还包括微控制器，被编程为在给定每个小滴的预确定的分体积时从具有分体积的小滴的总数目计算流体的总体积。
在第二方面中，提供一种用于测定流体的总体积的方法，方法包括步骤(a)：在容器中接收待被计量的流体，以及步骤(b)：通过反复的动作清空并且伴随地，即在相同的时间和时刻，量化来自容器的所述总体积的全部，从而产生具有均一的分体积的多个小滴(等分试样)，直到全部体积的流体(10)被释放。在步骤(b)中流体借助于反复的微定量供给步骤被量化为所述多个均一的分体积，每个微定量供给步骤获得具有所述分体积的一个量。在步骤(c)中所述小滴中的每个当其在步骤(b)中被释放时或之后正在单独地检测和计数。在步骤(d)中流体的总体积被自动地从已经在步骤(b)和(c)期间被定量供给、释放、检测和计数的所有的小滴的总数目计算。
据此，均一的分体积是一个小滴的体积。一个小滴可以具有5nL至50nL的体积。典型的和优选的小滴体积是约10nL。据此，均一的分体积是一个小滴的体积。待被测定的流体即液体的总体积典型地范围从约1mL至100μL。因此，优选的是，均一的分体积，即小滴体积，范围是待被测量的流体的预期的总体积的从1/10.000至1/1.000.000，更具体地从1/100.000至1/1.000.000。
根据本发明，流体在步骤(b)中通过反复的定量供给步骤被量化，其中每一个定量供给步骤包括步骤(b1)：将一个或更多个压力脉冲施加至流体，以及步骤(b2)：从而将所述流体的一部分驱动经过毛细管阀门，毛细管阀门被集成入容器中，优选地在容器的底部末端中，以产生具有所述均一的分体积的一个小滴。
具体地，步骤(c)包括步骤(c1)：检测在步骤(b)中释放的小滴的发生并且计数每个发生，以及步骤(c2)：测定在步骤(b)中释放的每个小滴的单独的速度。具体地，步骤(d)包括步骤(d1)：自动地从所述小滴的单独的速度计算每个检测到的小滴的实际的单独的体积，以及步骤(d2)：自动地从在步骤(c)中检测到的小滴的总数目以及从在步骤(d1)中计算出的小滴的实际的单独的体积计算流体的总体积。
可选择地优选地，步骤(c)包括步骤(c3)：在可运动的表面或载体上接收在步骤(b)中释放的每个小滴(11)的全部的体积，以及步骤(c4)在每个小滴(11)被接收之后受控地移动表面从而产生污点的阵列，每个污点优选地位于所述表面上的预确定的阵列位置，以及步骤(c5)：自动地分析所述污点的阵列的光密度或光传输的二维轮廓以计数污点并且因此以测定被释放的小滴的总数目和/或以测定每个污点的大小并且因此以测定被释放的小滴的实际的单独的体积。
通过其，被分配的每个小滴的单独的体积能够被测定，这相比于仅假设每个小滴具有相同的均一的分体积，将测量的精确度增加约10倍。更具体地，预确定的均一的分体积仅确定等分试样或量的范围或数量级。每个小滴的实际的单独的体积的测定允许每个量的大小在每个量的分数的方面单独的适应并且由此允许更精确的测量。
根据本发明的定量供给和计量装置的小的尺寸，多个这样的计量装置能够以距彼此的小的距离被布置。本发明的装置因此能够容易地被并行化，例如普通的8通道移液管具有9mm的定量供给通道的距离。这样的用于并行布置的标准尺寸能够容易地被本发明的装置采用。因此提供用于流体的并行即多通道的定量供给和并行同时的计量的装置。
在第三方面中，本发明提供本发明的体积测定装置的用于流体分配计量装置的单一的或周期性的体积校准的用途。
本发明还涉及以下的方面：
在第一具体的方面中，提供一种用于流体的总体积的自动化测量的体积测定装置，包括：用于接收流体的容器或用于接收容纳流体的容器的保持器；以及量化装置，与容器直接流体连接或被集成在容器内用于接收来自容器的全部的流体并且将全部的流体量化为多个均一的分体积并且重复地释放多个小滴，每个具有均一的分体积；以及检测器，用于分别地检测从量化装置释放的所述多个小滴的每个小滴；以及计数器，与检测器信号连接，用于计数检测到的每个小滴事件。
在第二具体的方面中，提供本第一具体的方面的装置，其中量化装置是常闭的毛细管阀门并且是可驱动的以被可施加至流体的单独的压力脉冲打开，由此在施加一个或更多个压力脉冲时释放具有均一的分体积的每一个小滴。
在第三具体的方面中，提供本第一或第二具体的方面的装置，其中容器具有用于容纳在其中的流体的进入的开放的顶部端部和用于流体的释放的底部末端。
在第四具体的方面中，提供本第三具体的方面的装置，其中量化装置被集成入容器的底部末端中。
在第五具体的方面中，提供本第四具体的方面的装置，本装置还包括驱动器头部，直接地可附接至容器的开放的顶部端部，用于将单独的压力脉冲重复地施加至容纳在容器中的流体。
在第六具体的方面中，提供第一至第五具体的方面中的任何一个的装置，其中小滴检测器选自由以下组成的组：光检测器、光电屏障、电容传感器和压电传感器和其的任何两个或三个的组合。
在第七具体的方面中，提供第一至第六具体的方面中的任何一个的装置，本装置还包括用于接收从量化装置释放的所述多个小滴的接收器容器，接收器容器可选择地是从体积测定装置可拆卸的。
在第八具体的方面中，提供第一至第七具体的方面中的任何一个的装置，本装置还包括微控制器，被编程为在给定每个小滴的预确定的分体积时从所述流体的具有分体积的小滴的总数目计算流体的总体积。
在第九具体的方面中，提供第一至第八具体的方面中的任何一个的装置，其中所述至少一个被接收在保持器内的可更换的容器选自包括以下的一次性的容器的组：反应管、小瓶、杯子和多孔板。
在第十具体的方面中，提供一种用于流体的总体积的体积测定测量的方法，包括以下步骤：在容器中接收待被计量的流体的步骤(a)；反复地从容器清空并且伴随地量化全部的流体以产生具有均一的分体积的多个小滴，直到全部体积的流体被释放，其中流体借助于反复的定量供给步骤被量化为所述多个均一的分体积，每个定量供给步骤获得具有所述分体积的一个量的步骤(b)；以及分别地检测并且计数在步骤(b)中释放的所述小滴中的每个的步骤(c)；以及自动地从已经在步骤(b)和(c)期间被定量供给、释放、检测和计数的所有的小滴的总数目计算流体的总体积的步骤(d)。
在第十一具体的方面中，提供第十具体的方面的方法，其中在步骤(b)中均一的分体积是待被计量的流体的预期的总体积的从1/100至1/10.000。
在第十二具体的方面中，提供第十或第十一具体的方面的方法，其中在步骤(b)中流体通过反复的定量供给步骤被量化，其中每一个定量供给步骤包括以下步骤：将一个或更多个压力脉冲施加至流体的步骤(b1)以及因此将所述流体的一部分驱动经过毛细管阀门以产生具有所述均一的分体积的一个小滴的步骤(b2)。
在第十三具体的方面中，提供第十至第十二具体的方面中的任何一个的方法，其中步骤(c)包括以下步骤：检测在步骤(b)中释放的小滴的发生并且计数每个发生的步骤(c1)，以及测定在步骤(b)中释放的每个小滴的单独的速度的步骤(c2)；并且其中步骤(d)包括以下步骤：自动地从所述小滴的单独的速度计算每个检测到的小滴的实际的分别的体积的步骤(d1)，以及自动地从在步骤(c)中检测到的小滴的总数目以及从在步骤(d1)中计算出的小滴的实际的单独的体积计算流体的总体积的步骤(d2)。
在第十四具体的方面中，提供第十至第十三具体的方面中的任何一个的方法，其中步骤(c)包括以下步骤：在可运动的表面上接收在步骤(b)中释放的每个小滴的全部的体积的步骤(c3)，在每个小滴被接收之后受控地移动表面从而产生污点的阵列，每个污点优选地位于所述表面上的预确定的阵列位置的步骤(c4)，以及自动地分析所述污点的阵列的光密度或光传输的二维轮廓以计数污点并且因此以测定被释放的小滴的总数目和/或以测定每个污点的大小并且因此以测定被释放的小滴的实际的单独的体积的步骤(c5)。
在第十五具体的方面中，提供第一至第九具体的方面中的任何一个的体积测定装置的用于流体分配计量装置的单一的或周期性的体积校准的用途。
具体实施方式
本发明和其的具体的实施方式在下文中更详细地解释：
装置可以包括以下的部件：具有预设置的压力稳定空气(至少3MPa)的压缩空气装置，容纳连接至空气装置的压力脉冲发生器的驱动器头部，驱动器头部可以被向上地并且远离容器地折曲为静止的非操作状态，密封部和压力脉冲的管理部，被压力脉冲驱动的分配喷嘴，用于检测液滴的检测装置，用于捕获被释放的液滴的废物容器。
量化装置可以由定量供给喷嘴组成，特别是具有在底部中的精确地制造的毛细管开口的圆锥形容器。开口是圆形的并且优选地具有60μm的直径。由于在开口中的毛细管作用，具有合适的表面张力的液体不能够在平衡压力条件下流动经过开口。压力脉冲发生器优选地被设计作为具有迅速切换功能的3/2通阀门。在切换关闭状态中，在计量喷嘴的液体上方的空间被连接至环境并且压力条件是平衡的。借助于阀门的短的(500至1000ms)关闭，空间连接至被施加的压缩空气并且来自上游压缩空气装置的压缩空气从其流动经过阀门。因为阀门仅被暂时地切换并且在计量喷嘴上方的空间被直接地切换返回至环境，所以短的切换创造压力脉冲波，压力脉冲波被从阀门引入容器的容器和量化装置的喷嘴中。在定量供给喷嘴中的液体接收来自压力波的冲击，在喷嘴末端中的毛细管力被克服并且来自喷嘴即包括喷嘴的容器的液滴被计量。在容器的底部中的开口因此具有阈值阀门的功能。使用清楚地定义的前提：液体性质、压力波的长度、被施加的预压力的高度等等，液滴的体积是非常准确的并且可再现的。在压力波的反复的施加下，反复的液滴被递送。
通过计量喷嘴的向底部开口的圆锥形的入口以及通过在计量喷嘴的内部中的疏水的表面性质，其能够被以这种方式完全地清空。被填充的总体积可以因此被分割为界定数目的小的液滴。为了高精确度，要求计量喷嘴开口的非常高的精确度。
理想的计量喷嘴因此被构建为使得容器的主体由塑料制造。硅晶片在容器的底部中，硅晶片通过注射成型被注射成型。具有合适的直径的孔在板的中部中。在硅中，孔能够使用高精确度蚀刻被制造。理想的定量供给液体最优地从上方流动入毛细管中，使得定量供给喷嘴能够被完全地清空。
为了支持其，如果液体1被第二液体覆盖，那么其可以是有利的。液体2可以因此不与液体2混合并且具有较低的密度，因此其漂浮在顶部上。通过这种作用，较上的液体作为柔性的圆柱体起作用，其将待被测量的液体1在计量的方向压动。因此确保液体1能够被完全地印刷，直到仅液体2在孔中存在。
定量供给喷嘴即容器可以意图用于单次使用。为了允许喷嘴被再填充，计量喷嘴可以被从装置移除。为了该目的，优选地提供具有保持器的可运动的抽屉装置。抽屉装置可以接收容器或喷嘴以及废物容器和检测装置。这些零件因此能够被容易地从装置移除。为了实现其，容器和定量供给喷嘴是从压力脉冲发生器可断开连接的。压力脉冲发生器位于驱动器头部中，驱动器头部可以上升或折叠。在一个优选的实施方式中，驱动器头部被悬挂在铰链上，铰链优选地位于实际的装置的后部。驱动器头部的臂可以被围绕弹簧铰接。在操作中，具有压力脉冲发生器的驱动器头部在关闭状态中被重力和/或弹簧张力压动至容器的顶部侧上并且通过密封环密封其，密封环与容器的上边缘齐平地坐落。在静止阶段中，驱动器头部被向上地推动并且借助于布置在下方的电磁体被保持。密封部被从容器分离并且抽屉可以被移动出来至装置的前方。当抽屉被移动出来时，容器和喷嘴二者以及废物容器可以被更换。
残留流体膜、在边缘和底切中的水穴、在定量供给期间的气溶胶形成或在填充和测量之间的时间中的蒸发导致在容器和/或量化装置中的残留体积。这是待被避免的。因此，装置被构建为使得定量供给容器中的残留体积是尽可能小的，并且在可控制的环境条件下在同一个装置中的残留体积始终是可再现地相同的，并且因此给出能够通过计算被改正的系统误差。为了确保其，定量供给容器和量化装置的下文的特征，单独地或组合地，是优选的：
在一个具体的实施方式中，容器和量化装置被特别地设计和形成，使得一旦容器被液体填充那么在底部中的毛细管自动地吸入液体并且使得毛细管始终与容器中的任何可能的残留体积流体接触。将避免这种流体接触被中断，例如被在邻近毛细管的容器的底部形成的空气泡。这样的气泡将导致随机误差，因为在定量供给期间某些残留体积被防止进入毛细管并且将被不利地保持在容器中。因此是优选的是定量供给容器的内侧几何形状显示出稳定的表面，即不具有液体小滴能够被保持在其中的边缘或角落。在一个优选的实施方式中，定量供给容器的内侧几何形状是旋转对称的并且圆锥形地朝向底部末端和毛细管上逐渐变细，使得毛细管“吸入”被借助于重力向下地加强并且残留液体的均一的拖尾被确保。是特别地优选的是，短地在实际的毛细管上方，容器的内侧仍然被成形为宽的，使得其能够使用手持式移液管被填充，从而确保待被计量的流体被尽可能靠近毛细管地从移液管分配入计量装置的容器中，以在使用移液管的初始的填充期间确保液体已经与毛细管接触并且没有任何空气泡的发生。
-对于液体的在毛细管中的安全的跟踪，计量容器的表面的润湿性质也是重要的。在水的情况下，具有小的接触角的亲水性质是在毛细管中理想的。在这以上，随着容器中直径越大，具有更大的接触角的疏水性质促进后运行，容器壁的直径越大。因此，根据容器中的圆锥形的走向从顶部至底部的润湿角的完美的增加将是最优的，越更接近毛细管。因为在装置部分上的不同的润湿性质仅能够困难地被实现，所以在疏水区中的约60-90°的润湿角将是优选的。然而，如果接触角越大，在填充期间必须小心以确保在底部中不具有空气泡并且毛细管真实地被填充。
对于所有的容纳在容器中的液体的向毛细管中的供入，计量容器的表面的润湿性质也是重要的。在水的情况下，具有小的接触角的亲水性质是对于毛细管理想的。对于容器中的更大的直径，具有更大的接触角的疏水性质促进流体的通过重力的向毛细管上的供入。在一个优选的实施方式中，提供，如果容器壁的直径越大并且在毛细管上方的距离越大，那么在流体和容器内表面之间的润湿角减少以支持容器的完全的清空。如果离毛细管越近，润湿角增加以支持流体的向毛细管中的安全的供入。
因此，在一个优选的实施方式中，容器具有在朝向其的顶部端部的区中的疏水的内表面并且具有在朝向其的底部末端的区中的亲水的内表面。在疏水区中的润湿角是优选地约60°-90°。
在计量方法的一个优选的实施方式中，容器被预填充具有关心的流体的相似的物理和化学特性的另一个流体并且然后容器通过进行定量供给过程被清空，直到所有的可恢复的流体被从容器清空，除了可以保留在定量供给系统，即容器和量化装置，即特别地毛细管阀门中的不可避免的残留体积。在该前述的测量之后，根据本文描述的方法，系统的任何残留体积被补偿并且关心的流体被分配以用于其的体积的实际的计量。
图1示意性地描绘了本发明的体积测定装置的操作的两个阶段。在初始阶段A中，具有未知的体积的流体即液体(10)被从移液管的末端(90)或待被校准的计量装置分配入装置的接收容器(20)中。在阶段B中，驱动器头部(60)被放置在容器(20)上以密封容器(20)的开放顶部(21)，可选择地通过密封部(64)。微控制器(80)控制驱动器头部(60)的阀门(61)以将在压力线(62)中提供的增加的压力的脉冲暂时且反复地施加至接收在容器(20)中的流体(10)。毛细管在容器(20)的底部末端(22)形成，其作为毛细管阀门起作用。容器(20)与在底部末端(22)中的毛细管阀门共同地是作为定量供给喷嘴可操作的以在压力脉冲的经过驱动器头部(60)的提供时释放流体(10)的具有均一的分体积的单一的小滴(11)。检测器(40)位于直接地毗邻于容器(20)的底部末端(22)以检测离开毛细管阀门的每个小滴(11)。检测器(40)连接至计数器(50)以计数检测事件即小滴的数目。计数器(50)进而连接至微控制器(80)，微控制器(80)被编程为从小滴(11)的数目计算最初地接收在容器(20)中的流体(10)的实际的总体积。
图2示出了本发明的体积测定装置的一个具体实施方式的基本部分的剖面的示意图：驱动器头部(60)被放置在旋转臂(66)的端部上，可滑动的托盘或保持器(26)接收包括在底部末端(22)的毛细管阀门的容器(20)。小滴检测器(40)位于毗邻于容器20的底部末端(22)。用于接收从容器(20)滴出来的液体的接收器容器(70)被安装在一个分离的保持器中。

Claims (12)

1.一种用于流体(10)的总体积的自动化测量的体积测定装置，包括：
-用于接收所述流体(10)的容器(20)，所述容器(20)具有用于所述流体(10)的进入的开放的顶部端部(21)和用于所述流体(10)的释放的底部末端(22)；
-量化装置(30)，被集成入所述容器(20)的所述底部末端(22)中用于接收来自所述容器(20)的全部的流体(10)并且将全部的流体(10)量化为多个均一的分体积并且重复地释放多个小滴(11)，每个具有所述均一的分体积；
-检测器(40)，用于分别地检测从所述量化装置(30)释放的所述多个小滴中的每个小滴(11)；以及
-计数器(50)，与所述检测器(40)信号连接，用于计数检测到的每个小滴事件；
其特征在于，所述体积测定装置还包括：
-驱动器头部(60)，直接地可附接至所述容器(20)的所述开放的顶部端部(21)，用于将单独的压力脉冲重复地施加至容纳在所述容器(20)中的所述流体(10)以每次有效释放单独的小滴(11)，每个具有所述均一的分体积。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述量化装置(30)是常闭的毛细管阀门(32)并且是可驱动的以被可施加至所述流体(10)的单独的压力脉冲打开，由此在施加一个或更多个压力脉冲时释放具有均一的分体积的每一个小滴(11)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的体积测定装置，还包括：
-用于接收容纳所述流体(10)的所述容器(20)的保持器(26)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的体积测定装置，其中小滴检测器(40)选自由以下组成的组：光检测器、光电屏障、电容传感器和压电传感器和其的任何两个或三个的组合。
5.根据前述权利要求中任一项所述的体积测定装置，还包括：
-接收器容器(70)，用于接收从所述量化装置(30)释放的所述多个小滴(11)，所述接收器容器(70)可选择地是从所述体积测定装置可拆卸的。
6.根据前述权利要求中任一项所述的体积测定装置，还包括：
-微控制器(80)，被编程为在给定每个小滴(11)的预确定的分体积时从所述流体的具有分体积的小滴(11)的总数目计算所述流体(10)的所述总体积。
7.根据前述权利要求中任一项所述的体积测定装置，其中所述容器(20)以一次性的容器的形式，选自包括反应管、小瓶、杯子和多孔板的组，并且包括被集成入所述容器(20)的所述底部末端(22)中的毛细管阀门(32)。
8.一种用于流体(10)的总体积的体积测定测量的方法，包括以下步骤：
a)在容器(20)中接收待被计量的所述流体(10)；
b)反复地从所述容器(20)清空并且伴随地量化全部的所述流体(10)以产生和释放具有均一的分体积的多个小滴(11)直到全部体积的流体(10)被释放，其中所述流体(10)借助于反复的定量供给步骤被量化为多个均一的分体积，每个定量供给步骤获得具有所述分体积的一个量并且其中每一个定量供给步骤包括以下步骤：
b1)将一个或更多个压力脉冲施加至所述流体(10)以及因此
b2)将所述流体(10)的一部分驱动经过毛细管阀门(32)，所述毛细管阀门(32)被集成入所述容器(20)的底部末端(22)中，以产生具有所述均一的分体积的一个小滴(11)；
c)分别地检测并且计数在步骤(b)中释放的所述小滴(11)中的每个；以及
d)自动地从已经在步骤(b)和(c)期间被定量供给、释放、检测和计数的所有的小滴(11)的所述总数目计算所述流体(10)的所述总体积。
9.根据权利要求10所述的方法，其中在步骤(b)中所述均一的分体积是待被计量的所述流体(10)的预期的总体积的从1/10.000至1/1.000.000。
10.根据权利要求10或11所述的方法，其中步骤(c)包括以下步骤：
c1)检测在步骤(b)中释放的小滴的发生并且计数每个发生，以及
c2)测定在步骤(b)中释放的每个小滴的单独的速度；
并且其中步骤(d)包括以下步骤：
d1)自动地从所述小滴(11)的所述单独的速度计算每个检测到的小滴(11)的实际的单独的体积，以及
d2)自动地从在步骤(c)中检测到的小滴(11)的所述总数目以及从在步骤(d1)中计算出的所述小滴(11)的所述实际的单独的体积计算所述流体(10)的所述总体积。
11.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其中步骤(c)包括以下步骤：
c3)在可运动的表面(90)上接收在步骤(b)中释放的每个小滴(11)的全部的体积，
c4)在每个小滴(11)被接收之后受控地移动所述表面(90)从而产生污点的阵列(92)，每个污点优选地位于所述表面(90)上的预确定的阵列位置，以及
c5)自动地分析所述污点的阵列(92)的光密度或光传输的二维轮廓以计数所述污点并且因此以测定被释放的小滴(11)的所述总数目和/或以测定每个污点的大小并且因此以测定被释放的所述小滴(11)的所述实际的单独的体积。
12.根据权利要求1至9中任一项所述的体积测定装置的用于流体分配计量装置的单一的或周期性的体积校准的用途。
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