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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Identifizierung und/oder Lokalisierung von in Behältern befindlichen Proben für eine automatische Probenzuführ- und/oder Probenabgabevorrichtung, insbesondere für die Flüssigkeitschromatographie, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine automatische Probenzuführ- und/oder Probenabgabevorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.
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Derartige Verfahren und Vorrichtungen finden beispielsweise in der Flüssigkeitschromatographie zur Automatisierung des gesamten Analyseprozesses Verwendung. Dabei wird mittels eines automatischen Probengebers jeweils ein definiertes Probenvolumen aus einem Probenbehälter entnommen und dem eigentlichen Analyseprozess zugeführt. Der automatische Probengeber verfügt hierzu über eine gesteuert bewegbare Entnahmeeinrichtung, beispielsweise einen bewegbaren Arm, an welchem eine Injektionsnadel angeordnet sein kann, mit welcher aus einem Probengefäß das erforderliche Probenvolumen entnommen werden kann. Üblicherweise ist der Probenbehälter so ausgestaltet, dass er im Bereich des Behälterdeckels ein mit der Probennadel durchstechbares Septum, beispielsweise in Form einer Kunststoffmembran, aufweist, wobei sich das Septum nach dem Herausziehen der Nadel wieder selbsttätig dicht oder zumindest annähernd dicht verschließt.
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In einem automatischen Probengeber kann dabei eine Vielzahl von Probengefäßen aufgenommen sein, beispielsweise in einem Drehkarussell. Umfasst das Drehkarussell nur eine einzige, kreisförmige Reihe von Probenbehältern, so befördert das Drehkarussell jeweils einen Probenbehälter in eine Entnahmeposition, in welcher sich der bewegbare Arm befindet. Im Fall eines derart ausgebildeten Drehkarussells muss der bewegbare Arm somit lediglich vertikal bewegbar sein, so dass die Injektionsnadel zur Probenentnahme abgesenkt, durch das Septum gestochen und nach der Probenentnahme wieder herausgezogen werden kann. Generell, beispielsweise bei einem Drehkarussell mit mehreren konzenrischen, kreisförmigen Reihen von Probenbehältern, werden jeweils ein Probenbehälter und die Injektionsnadel mit Hilfe geeigneter Antriebe in eine vertikal fluchtende Entnahmeposition gebracht.
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Für einen vollständig automatisierten Analyseprozess muss dabei selbstverständlich bekannt sein, welche Probe entnommen wurde. Dies lässt sich am einfachsten und sichersten dadurch feststellen, dass jedem Probenbehälter eine bestimmte Kennung zugeordnet wird. Hierzu ist beispielsweise aus der
US 6 475 443 B1 eine Vorrichtung für die Aufbewahrung und/oder Behandlung von Chemikalien bekannt, welche ein Glasgehäuse aufweist, in dem die betreffende Chemikalie aufgenommen werden kann. In diesem Glasgehäuse ist in einem durch das Glasgehäuse selbst abgeschlossenen Raum ein Transponder aufgenommen. Auf diese Weise kann der Transponder nicht durch die im Behälter aufgenommene Chemikalie beeinträchtigt werden. Der Transponder kann Informationen betreffend die aufgenommene Chemikalie speichern und drahtlos an eine übergeordnete Steuereinheit übermitteln. Auf diese Weise kann ein bestimmter Probenbehälter bzw. die darin befindliche Chemikalie identifiziert werden.
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Nachteilig hierbei ist jedoch die aufwändige Ausgestaltung des Glasbehälters, da für die Aufnahme des Transponders ein separater Raum vorgesehen sein muss.
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Aus der
DE 195 40 527 A1 ist eine Vorrichtung zur Erkennung austauschbarer Teile in analytischen Messgeräten, insbesondere für das Gebiet der Chromatographie, bekannt. Dabei kann einem austauschbaren Teil, wie einer Chromatographiesäule, ein Identifizierungsmodul zugeordnet sein. In diesem Modul können Informationen über die Säule, beispielsweise über die stationäre Phase, die Partikelgröße, die Säulengeometrie, das Säulentotvolumen, die Seriennummer etc. gespeichert sein. Bei einem Einsetzen der Säule in das Chromatographiesystem können diese Daten des Identifizierungsmoduls ausgelesen und einer Steuereinheit zugeführt werden. Die Steuereinheit kann dann anhand dieser Informationen beispielsweise den Zeitpunkt festlegen, zu dem die Säule ausgetauscht werden muss. Das Identifizierungsmodul kann beispielsweise in Form eines RFID-Chips realisiert sein. Die
DE 195 40 527 A1 schlägt unter anderem auch vor, derartige Identifizierungsmodule für Anwendungen vorzusehen, bei denen länger andauernde chromatographische Messungen ohne Benutzeraufsicht automatisch durchgeführt werden. Als Beispiel hierfür wird die automatische chromatographische Analyse einer Vielzahl von Probensubstanzen angegeben, die jeweils nacheinander mittels eines Autosamplers in die Säule injiziert werden. Gemäß der
DE 195 40 527 A1 kann dann auch bei derartigen Anwendungen selbsttätig erkannt werden, dass im Verlauf des gesamten Prozesses die gerade aktive Säule verbraucht ist, und gegebenenfalls auf eine andere Säule umgeschaltet werden.
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Schließlich wird in der
DE 195 40 527 A1 auch als Anwendung vorgeschlagen, ein derartiges Identifizierungsmodul an einem Probengefäß für die analytische Messtechnik zu befestigen, wobei das Probengefäß im Zusammenhang mit einem Autosampler eingesetzt werden kann. Das Identifizierungsmodul wird hierzu auf die Verschlusskappe des Probengefäßes geklemmt und kann vom Benutzer wieder entfernt werden. Das Identifizierungsmodul kann durch das Bewegen eines Greifarms im Autosampler über das Probengefäß ausgelesen werden, ohne dass das Gefäß berührt wird.
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Das Identifizierungsmodul kann dabei so ausgestaltet sein, dass es als zusätzliche Kappe über den Verschluss eines Probenbehälters aufgebracht wird. Nachteilig hierbei ist jedoch die relativ aufwändige mechanische Gestaltung dieses Moduls sowie das zusätzlich erforderliche Anbringen eines weiteren Elements am Verschluss des Behälters.
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Des Weiteren bleibt in der
DE 195 40 527 A1 offen, wie die Vorrichtung für das Auslesen der Informationen aus dem Identifizierungsmodul beziehungsweise das Schreiben von Informationen in das Identifizierungsmodul genau beschaffen sein soll und wie genau dieser Vorgang abläuft.
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Der Erfindung liegt daher ausgehend von diesem Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Identifizierung und/oder Lokalisierung von in Behältern befindlichen Proben für eine automatische Probenzuführ- und/oder Probenabgabevorrichtung, insbesondere für die Flüssigkeitschromatographie, zu schaffen, welches auf einfache und schnelle Weise eine Zuordnung von Informationen zu einem Probenbehälter beziehungsweise der darin aufgenommenen Probe ermöglicht. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine automatische Probenzuführ- und/oder Probenabgabevorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens, welche ihrerseits eine einfache und kostengünstige Konstruktion aufweist und eine schnelle Zuordnung von Informationen zu einem Probenbehälter beziehungsweise der darin aufgenommenen Probe ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 6 gelöst.
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Nach der Erfindung werden Proben, die sich in Probenbehältern befindliche, welche jeweils eine eindeutige Speichereinrichtung, insbesondere RFID-tags, aufweisen, identifiziert und/oder lokalisiert, indem Speichereinrichtungen von einer stationär angeordneten Sende- und/oder Empfangseinheit mit mehreren stationär angeordneten Antennen ausgelesen werden und/oder Daten an diese übermittelt werden. Hierbei decken die jeweiligen Empfangsbereich der Antennen mehrere Bereiche einer Bewegungsbahn und/oder mehrere unterschiedliche potenzielle Bewegungsbahnen der Probenbehälter ab.
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Die stationäre Sende- und/oder Empfangseinheit mit mehreren stationär angeordneten Antennen bzw. deren jeweiliger Empfangsbereich ist hierbei vorzugsweise von einer (Proben-)Zuführ- und/oder Entnahmeeinrichtung entfernt in einem Bereich einer automatische Probenzuführ- und/oder Probenabgabevorrichtung angeordnet, in welchem die Proben auf wenigstens einer Bewegungsbahn, beispielsweise von einer Ladestation zu der Zuführ- und/oder Entnahmeeinrichtung, transportiert werden. Auf diese Weise werden durch die Transportbewegung Probenbehälter auf wenigstens einer Bewegungsbahn durch einen jeweiligen Empfangsbereich wenigstens einer Antenne hindurchbewegt, wobei Daten an die Speichereinrichtungen (RFID-tags) übermittelt und/oder aus diesen ausgelesen werden, während sich die jeweilige Speichereinrichtung (RFID-tag) in einem jeweiligen Empfangsbereich der wenigstens einen Antenne befindet.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung werden von der Sende- und/oder Empfangseinheit Daten über mehrere Antennen an mehrere Speichereinrichtungen (RFIDtags) gleichzeitig oder unmittelbar nacheinander übermittelt und/oder aus diesen ausgelesen, während sich die jeweiligen Speichereinrichtungen (RFID-tags) in den jeweiligen Empfangsbereichen befinden. Durch das gleichzeitige oder unmittelbar nacheinander erfolgende Auslesen und/oder Übermitteln kann vorteilhafterweise die Geschwindigkeit für eine Identifizierung und/oder Lokalisierung von in Behältern befindlichen Proben erhöht werden.
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Die gleichzeitige Übermittlung und/oder das Auslesen von Daten kann hierbei durch eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung erfolgen, welche mehrere Sende- und/oder Empfangseinheiten, insbesondere sogenannte Reader, und damit jeweils verbundene Antennen umfasst, so dass die Übermittlung und/oder das Auslesen parallel bzw. tatsächlich gleichzeitig erfolgt. Aus Kostengründen ist es aber auch denkbar, wenigstens eine Sende- und/oder Empfangseinheit über einen Mehrfachschalter (Multiplexer) wahlweise in schneller Folge mit mehreren Antennen zu verbinden, so dass ein Auslesen und/oder eine Übermittlung über gewünschte Antennen quasi gleichzeitig, nämlich in schneller Folge unmittelbar nacheinander, erfolgt. Die Kommunikation zwischen Antenne und Speichereinrichtung erfolgt hierbei in Bruchteilen einer Sekunde (einige Millisekunden), so dass selbst bei einer geringen Ausbreitung (mehrere Zentimeter) einer Mehrfachantenne bzw. Gate-Antenne bei der vergleichsweise geringen Transportgeschwindigkeit infolge des schnellen Umschaltens zwischen den Antennen quasi gleichzeitig mehrere Probenbehälter identifiziert und/oder lokalisiert werden können.
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Aufgrund der schnellen Datenübermittlung, insbesondere des schnellen Auslesevorgangs, können Probenbehälter durch einen jeweiligen Empfangsbereich ohne zu stoppen hindurch bewegt und dennoch einwandfrei identifiziert und/oder lokalisiert werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden die Probenbehälter auf unterschiedlichen zueinander beabstandeten Bewegungsbahnen geführt. Um möglichst geringe Anforderungen an die Bauform bzw. -größe zu stellen, können die mehreren Antennen als wenigstens eine Mehrfachantenne ausgebildet sein, wobei wenigstens eine jeweils benötigte Antenne mittels eines Umschalters aktiviert und mit der Sende- und/oder Empfangseinheit verbunden und/oder für mehrere Antennen jeweils eine eigene Sende- und/oder Empfangseinheit vorgesehen sein kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die mehreren Antennen, insbesondere in Form einer baulich integrierten Mehrfachantenne, zueinander derart angeordnet, dass sie zueinander einen größeren Abstand als die jeweils abzudeckenden Bewegungsbahnen zueinender aufweisen. Hierzu weisen die Schnittpunkte von benachbarten Bewegungsbahnen und jeweiliger Antenne einen seitlichen Versatz in Bewegungsbahnrichtung bzw. einer Tangente hierzu auf. Vorteilhafterweise können durch eine flächig ausgedehnte Mehrfachantenne, welche aufgrund von elektromagnetischen und baulichen Erfordernissen einen Mindestabstand von beispielsweise einem oder mehreren Zentimetern zwischen benachbarten Antenneneinheiten benötigt, dennoch Bewegungsbahnen oder Bereiche hiervon abgedeckt werden, welche einen geringeren Abstand von beispielsweise einigen Millimetern zwischen benachbarten Bewegungsbahnen aufweisen.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine schematische Draufsicht auf ein Drehkarussell einer automatischen Probenzuführ- und/oder Probenabgabevorrichtung in Verbindung mit einer erfindungsgemäßen Sende- und/oder Empfangseinrichtung mit einer Mehrfachantenne;
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2 eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnitts in 1 und
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3 eine vergrößerte Ansicht der in 1 dargestellten Mehrfachantenne.
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1 zeigt schematisch als eine von mehreren Transportmöglichkeiten einen typischen Drehteller D zum Transport von Proben aus einer Ladestation zu einer hiervon entfernten Entnahmestation, welche in der Zeichnung nicht näher dargestellt sind. Der Drehteller D weist eine große Anzahl (beispielsweise 48) von kreisförmigen, um eine Drehachse M konzentrisch angeordneten Bewegungsbahnen für Proben bzw. Probenbehälter auf. Diese Bewegungsbahnen 1 bis 48 (von innen nach außen nummeriert) stellen potenzielle Bewegungsbahnen für Proben dar, so dass Probenbehälter unterschiedlicher Größe und/oder in unterschiedlicher Anzahl (einzeln oder gemeinsam von einer Ladestation zu einer Entnahmestation und umgekehrt) gefördert werden können. Selbstverständlich sind statt der dargestellten Form von Bewegungsbahnen auch andere, ebenfalls geschlossene (Kreis) oder auch offene Formen (unterschiedlicher Anfangs- und Endpunkt) von Bewegungsbahnen entlang beliebiger Bahnkurven denkbar.
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Oberhalb des Drehtellers ist an einer Position oder einem Bereich der Bewegungsbahnen 1–48 eine Mehrfachantenne 13 bezüglich der Probenzuführ- und/oder Probenabgabevorrichtung stationär angeordnet, so dass Probenbehälter vordefinierter Größe und Anzahl unter dieser Mehrfachantenne 13 hindurch bewegt werden können. Die Mehrfachantenne ist hier in einem minimalen Abstand überhalb der möglichen Probenbehälterhöhe angeordnet, so dass ein direkter (mechanischer) Kontakt ausgeschlossen ist, jedoch eine ausreichende Nähe zum Empfangsbereich der in der Mehrfachantenne 13 befindlichen Antenne gewährleistet ist.
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Die Mehrfachantenne 13 weist, wie aus 1 bis 3 ersichtlich, eine große Anzahl von, beispielsweise 48, Antennen auf, welche vorzugsweise der Anzahl der potenziellen Bewegungsbahnen entspricht (eine Antenne pro Bahn). Selbstverständlich ist es aber auch denkbar, dass Antennen bzw. deren Bereiche sich überlappen (mehrere Antennen pro Bahn) oder eine Antenne mehrere Bahnen abdeckt (mehrere Bahnen pro Antenne) sowie Mischformen hieraus.
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Wie aus 2 und 3 ersichtlich, sind die Antennen benachbarter Bewegungsbahnen nicht im Abstand der Bahnen angeordnet, sondern weisen einen größeren Abstand auf. Dies wird erreicht, indem Antennen 7a, 8a, 9a, 10a, 11a entlang der Richtung der Bewegungsbahnen 7, 8, 9, 10, 11 versetzt angeordnet sind. Hierdurch erreichen unmittelbar nebeneinander befindliche (radial zur Drehachse M gesehen) Proben den Empfangsbereich ihrer zugeordneten Antenne 7a, 8a, 9a, 10a, 11a nicht gleichzeitig, sondern zeitlich versetzt, was für die Lokalisierung und/oder Identifizierung der Proben jedoch keine nachteilige Auswirkung hat. Vielmehr kann hierdurch der sonst für ein gleichzeitiges Auslesen erforderliche Aufwand und die Anforderungen an Mehrfachantenne und Sende- und/oder Empfangseinrichtung verringert werden.
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Wie in 3 vergrößert dargestellt, ist der Abstand zwischen zwei auch in der Mehrfachantenne 13 benachbarten Antennen 10a, 11a, insbesondere der Abstand ihrer Antennenmittelpunkte bzw. ihrer Schnittpunkte S10 und S11 mit der jeweiligen zugeordneten Bewegungsbahn 10, 11, deutlich größer als der (im Millimeterbereich liegende) Abstand der benachbarten zugeordneten Bewegungsbahnen 10, 11 bzw. der Punkte S11 und T10 wie auch S10 und T11 (Schnittpunkte mit Gerade entlang dem Radius). Je nach minimalem Abstand der Bewegungsbahnen 1–48 kann hierdurch auf einfache und kostengünstige Weise dennoch eine Antennenanordnung innerhalb einer Mehrfachantenne 13 erreicht werden, die das Unterschreiten eines Minimalabstandes (von beispielsweise einem oder mehreren Zentimetern) von Antennen zueinander in der Mehrfachantenne 13 verhindert. Ein derartiger Mindestabstand zwischen Antennen 7a, 8a, 9a, 10a, 11a in der Mehrfachantenne 13 kann hierbei in baulichen und/oder elektromagnetischen Anforderungen (insbesondere zur Vermeidung von Kopplungseffekten) begründet sein.
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Das in der Zeichnung, insbesondere in den 2 und 3, dargestellte Prinzip kann entsprechend auf Bewegungsbahnen entlang beliebiger Bahnkurven übertragen werden, so dass auch hier ein Bereich der Bewegungsbahnen mit einer Mehrfachantenne mit entsprechenden, in einem hierzu größeren Abstand angeordneten (Einzel-)Antennen abgedeckt werden kann.
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Das Auslesen einer am jeweiligen Probenbehälter angeordneten Speichereinrichtung, insbesondere RFID-tag, kann vorzugsweise über eine einzige Sende- und/oder Empfangseinrichtung, RFID-Reader (Empfangseinheit bzw. Lesegerät) erfolgen. Hierbei kann selbst bei einem gleichzeitigen Eintreten von unterschiedlichen Proben in einen Empfangsbereich der jeweils zugeordneten Antenne zwischen diesen Antennen umgeschaltet werden (Multischalter bzw. Multiplexbetrieb), da das Auslesen (im Millisekundenbereich) im Vergleich zur Verweilzeit innerhalb des Empfangsbereiches deutlich (beispielsweise Faktor 10) schneller erfolgt. Vorteilhafterweise kann durch eine Reduzierung auf eine geringere Anzahl von Sende- und/oder Empfangseinheiten als die Anzahl der vorhandenen Antennen – vorzugsweise auf eine einzige Sende- und/oder Empfangseinheit – auch eine Reduzierung der Komplexität des Gesamtsystems erreicht werden. Als Probenbehälter sind im Sinne der Erfindung neben einzelnen Probenfläschchen selbstverständlich auch Mehrfachbehältnisse wie Titerplatten, Tabletts (trays) etc. zu verstehen.
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Nach der Erfindung kann in einem vorstehend erläuterten Multiplexbetrieb mittels eines (Multi-)Schalters und entsprechender Steuer- und/oder Auswerteeinrichtung pro Probe eine jeweils mit minimalem Abstand hierzu angeordnete Antenne ausgewählt werden. Eine Bewegung einer Antenne und/oder einer Sende- und/oder Empfangseinrichtung ist nach der Erfindung vorteilhafterweise nicht erforderlich, da die zu identifizierenden und/oder zu lokalisierenden Proben während ihres Transports auf einer jeweiligen Bewegungsbahn durch den jeweiligen Empfangsbereich einer Antenne hindurch befördert werden.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren sowie durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist auch ein Inventur-Scan möglich, so dass nach einem Scannen von mehreren Proben bzw. der Speichereinrichtungen (gleichzeitig oder quasi gleichzeitig) der Bestand der vorhandenen Proben zumindest innerhalb eines Tabeletts, sowie der Bestand bereits entnommener Proben jederzeit in einem automatischen Probengeber bekannt ist. Dies stellt gegenüber einem einzelnen Scan einer einzelnen Probe während des Entnahmevorgangs (mit einer Antenne im Bereich der Injektionsnadel) neben den vorgenannten Vorteilen einen zusätzlichen Vorteil dar.
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Bezugszeichenliste
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- D
- Drehteller
- M
- Drehachse
- 1
- Bewegungsbahn (erste von innen nach außen)
- 2
- Bewegungsbahn (zweite von innen nach außen)
- 7
- Bewegungsbahn (siebte von innen nach außen)
- 8
- Bewegungsbahn (achte von innen nach außen)
- 9
- Bewegungsbahn (neunte von innen nach außen)
- 10
- Bewegungsbahn (zehnte von innen nach außen)
- 11
- Bewegungsbahn (elfte von innen nach außen)
- 13
- Mehrfachantenne
- 7a
- Antenne für Bewegungsbahn 7
- 8a
- Antenne für Bewegungsbahn 8
- 9a
- Antenne für Bewegungsbahn 9
- 10a
- Antenne für Bewegungsbahn 10
- 11a
- Antenne für Bewegungsbahn 11
- S10
- Schnittpunkt Bahn 10/Antenne 10a
- S11
- Schnittpunkt Bahn 11/Antenne 11a
- T10
- Lot von Schnittpunkt S11 auf Bahn 10 (Abstand S11 zu Bahn 10)
- T11
- Lot von Schnittpunkt S10 auf Bahn 11 (Abstand S10 zu Bahn 11)
