Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenpipette mit den
Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
Derartige Hubkolbenpipetten mit einem Luftpolster sind
bekannt und werden überdies betreffend ihre Funktion in
DIN 12 650 beschrieben. Diese Hubkolbenpipetten haben
einen Kolben, der dicht in einem Zylinder gleitet, wobei
der Zylinder eine Öffnung aufweist, an der sich eine
rohrförmige, schaftartige Verlängerung anschließt, an
die eine Pipettenspitze ansetzbar ist, so daß bei Auf-
und Abwärtsbewegung des Kolbens und damit bei Ver
änderung des von Kolben und Zylinder definierten
Volumens eine Pumpfunktion ausgeht, die zum Befüllen
oder Entleeren der Pipettenspitze dient. Zwischen der in
die Pipettenspitze eingesaugten Flüssigkeit und den beim
Pipettiervorgang obenliegenden Pipettenteilen, ausge
nommen der Pipettenspitze, befindet sich ein Luft
polster. Solche Pipetten werden vornehmlich in
Laboratorien, die mit naß-chemischen Methoden arbeiten,
zum genauen Pipettieren bestimmter Flüssigkeitsvolumina
eingesetzt.
Zur Erleichterung der Handhabung wird im allgemeinen
lediglich die Kolbenbewegung in Ausstoßrichtung mittels
eines zur Bewegung des Kolbens angebrachten Pipettier
knopfes manuell betätigt. Die Rückstellung des Kolbens
in die pipettenspitzenferne Stellung erfolgt üblicher
weise über eine Rückstellfeder.
Als weiterer Stand der Technik sind auch Hubkolben
pipetten mit variabel einstellbaren Pipettiervolumen
bekannt. Dabei wird durch Zusammenwirken von einem
festen und einem einstellbar variablen Anschlag der
Kolbenhub entsprechend dem gewünschten zu pipettierenden
Volumen begrenzt. Solche variabel einstellbaren Pipetten
haben den Vorteil, daß sie nicht nur für ein bestimmtes
Volumen, sondern für ein ganzes Volumenintervall ge
eignet sind. Die Mittel zur Einstellung des wählbaren
Pipettiervolumens können technisch dabei sehr unter
schiedlich ausgeführt sein. Zu unterschiedlichen Aus
führungsformen wird auf die Druckschriften DE 15 98 776
A1 und DE 22 29 623 A1 verwiesen. Häufig sind solche
Pipetten zusätzlich noch mit mechanischen Mitteln zum
Abwurf der Pipettenspitzen versehen (vgl. DE 24 45 237
A1) und weisen einen zusätzlichen als Überhub be
zeichneten Hub des Kolbens auf, der zum restlosen Aus
blasen der Flüssigkeit aus der Spitze dient.
Ferner sind im Stand der Technik auch Luftpolster
pipetten bekannt geworden, bei welchen anstelle einer
manuellen Betätigung des Kolbens die Kolbenbewegung
motorisch erfolgt. Ferner sind Luftpolsterpipetten mit
mehr als einer Kolben/Zylinderpaarung und einer ent
sprechenden Zahl von Spitzen bekannt. Die Erfindung ist
auf alle diese Ausführungsformen übertragbar.
Luftpolsterpipetten sind grundsätzlich so ausgelegt, daß
nur die aufsteckbare Pipettenspitze mit der Flüssigkeit
gefüllt werden kann. Eine Kontamination der weiteren
Pipettenteile mit Flüssigkeit wird aufgrund der Fest
legung der technischen Einzelheiten grundsätzlich ver
mieden. Dadurch können auch aggressive Medien pipettiert
werden, ohne das Gerät und dessen Funktion zu beein
trächtigen. Weiterhin kann insbesondere im klinischen
Bereich mit infektiösen Medien gearbeitet werden, der
obere Flüssigkeitsspiegel (Meniskus) in der Pipetten
spitze bleibt stets durch ein Luftpolster von den
weiteren Geräteteilen getrennt. Nachteilig an den be
kannten Luftpolsterpipetten ist, daß bei Verstellung des
zu pipettierenden Volumens in Folge des Luftpolsters
Pipettierungenauigkeiten entstehen können, die zu Fehl
analysen führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pipette
zu schaffen, bei welcher die von dem eingestellten
Pipettiervolumen definierten und genau reproduzierbaren
Pipettiermengen abgegeben werden können und insbesondere
die durch das Luftpolster entstehenden Pipettierun
genauigkeiten vermieden werden. Diese Aufgabe wird nach
der Erfindung dadurch gelöst, daß das Volumen des Luft
polsters gezielt an das einstellbare Pipettiervolumen
anpaßbar ist.
Dabei ist es wünschenswert, daß das Volumen des Luft
polsters möglichst klein gehalten wird, um die negativen
Einflüsse des Luftpolsters auf das Pipettiervolumen
möglichst gering zu halten. Als Einflüsse sind z. B.
Temperatureinflüsse zu nennen; Temperaturänderungen der
Luft im Luftpolster verändern deren Volumen und führen
damit zu einem die Genauigkeit beeinflussenden Effekt;
Kühlt das Luftpolster ab, so wird eine zusätzliche
Flüssigkeitsmenge in die Pipettenspitze aufgenommen;
Erwärmt sich das Luftpolster z. B. durch die Wärme der
Hand des Benutzers, so wird weniger Flüssigkeit aufge
nommen als gewünscht. Solche Temperatureffekte können
auch dann auftreten, wenn z. B. Gerätetemperatur,
Umgebungstemperatur und Medientemperatur nicht exakt
aufeinander abgestimmt sind. Darüber hinaus ergeben sich
aber auch durch die Strömungsverhältnisse der Flüssig
keit in der Spitze geringfügige Temperaturveränderungen
(Luftpumpenprinzip), die zur Veränderung des Luft
polstervolumens und damit des Pipettiervolumens führen.
Nachteilig ist auch ein gravimetrischer Effekt; Je größer
die am Luftpolster hängende Flüssigkeitsmenge ist, d. h.
je stärker die damit verbundenen Kräfte werden, desto
mehr expandiert das Luftpolster, was ebenfalls Aus
wirkungen auf das Pipettiervolumen hat. Daraus ist er
sichtlich, daß eine Anpassung des Luftpolstervolumens im
Sinne einer weitestgehenden Minimierung bei Einhaltung
eines Sicherheitsabstandes des Flüssigkeitsmeniskus zu
weiteren Pipettenteilen zu einer Verbesserung der
Pipettiergenauigkeit führt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich
aus den Unteransprüchen. Beispielsweise ist es besonders
vorteilhaft, wenn der in der Pipettenspitze befindliche
Luftpolster-Volumenanteil mit-reduziert wird, was gemäß
Anspruch 3 durch einen in die Pipettenspitze einführ
baren Verdrängerkörper geschehen kann. Oben wurde
bereits darauf verwiesen, daß die Erfindung auch an
mehrkanaligen Pipetten eingesetzt werden kann. Wenn
nachfolgend von Spitze gesprochen wird, so ist damit bei
Mehrfachpipetten die Gesamtzahl der Spitzen ange
sprochen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Verdrängerkörper
nach Art eines Verdrängerkolbens in die Spitze einführ
bar ist. Die äußere Form des Verdrängerkörperteils kann
an die Innenform der Spitze angepaßt sein, um eine
Absenkung möglichst weit in den untenliegenden Konus der
Spitze zu ermöglichen.
In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, wenn die
Einstellung des Luftpolstervolumens losgelöst von der
Pipettiervolumeneinstellung durchführbar ist. In der
Regel wird aber eine Kopplung zu bevorzugen sein, der
art, daß das Luftpolstervolumen so verändert wird, daß
zwischen dem Meniskus der Flüssigkeit in der Pipetten
spitze und dem nächstliegenden Pipettenteil immer ein
weitgehend gleicher Sicherheitsabstand eingehalten wird.
Mechanisch kann die Einbringung des Verdrängerkorpers in
die Pipettenspitzen durch eine Einschraubbewegung vorge
nommen werden. Wenn von Einschraubbewegung gesprochen
wird, so ist damit umfaßt, daß beispielsweise der die
Pipettenspitze tragende Teil als mit einem Innengewinde
versehene Hülse ausgebildet ist, die auf dem mit einem
Außengewinde versehenen Verdrängerkörper, der die Ver
längerung des Zylinders bildet, auf und abgeschraubt
werden kann. Dadurch ergibt sich ohne weiteres eine
Veränderung des Luftpolsters. Falls eine Kopplung
zwischen Pipettiervolumeneinstellung und Luftpolster
volumenverstellung gewünscht wird, so können sich die
Merkmale des Anspruches 15 als vorteilhafte konstruktive
Lösung ergeben.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in
den Zeichnungsfiguren näher erläutert,
diese zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Hubkolben
pipette, bei der das Luftpolstervolumen
losgelöst vom Pipettiervolumen verstellbar
ist und
Fig. 2 eine Hubkolbenpipette, bei der das Luft
polstervolumen abhängig von Pipettiervolumen
verstellbar ist.
Zeichnungsfigur 1 zeigt die Hubkolbenpipette mit zwei
unterschiedlichen Luftpolstereinstellungen, nämlich
Fig. 1a mit weitgehend minimiertem Luftpolster und Fig.
1b mit vergrößertem Luftpolster zur Aufnahme größerer
Flüssigkeitsmengen in die Pipettenspitze.
In Fig. 1 ist innerhalb eines Pipettengehäuses 2 ein
Kolben 8 unter Zwischenschaltung eines O-Ringes 7 dicht
in einem schaftähnlich verlängerten Zylinder 9 frei
beweglich aufgehängt. Mittels einer Kolbenstange 1 und
einem darüber befindlichen nicht dargestellten
Pipettierknopf ist der Kolben zum Abgeben der Flüssig
keit betätigbar und wird über eine Rückstellfeder 6
wieder in seine ursprüngliche, spitzenferne Position
zurückgeführt. Der Hubweg wird durch den feststehenden
Anschlag 5 nach unten und einen variablen Anschlag 3
nach oben begrenzt. Der variable Anschlag 3 kann in
seiner Position dadurch verändert werden, daß die
Kolbenstange 1 als Sechskantstange gefertigt ist, über
die der variable Anschlag 3 mit einem Sechskantloch,
geschoben wird, wobei der variable Anschlag 3 an seiner
äußeren zylindrischen Oberfläche mit einem Gewinde ver
sehen ist, das in ein entsprechendes Gegengewinde in das
mit dem starren Anschlag 5 verbundenen Gehäuse 5′ ein
greift. Durch den fest auf der Kolbenstange 1 ange
brachten Gegenanschlag 4 kann die Kolbenstange 1 und der
damit in Wirkverbindung stehende Kolben 8 nur zwischen
den Anschlägen 5 und 3 bewegt werden. Je nach
Positionierung des variablen Anschlages 3 ist der
Kolbenhub und damit das pipettierbare Volumen einstell
bar.
Über den verlängerten, hohlzylindrischen Teil 21 des
Zylinders ist eine Hülse 12 mit einer Dichtung 13 aufge
schoben. Die hohlzylindrische Verlängerung wirkt als
Verdrängerkörper, der in die Pipettenspitze eintaucht.
Die Hülse 12 ist an ihrem unteren Ende derartig konus
artig ausgeformt, daß die auf sie aufgesteckte Pipetten
spitze ausreichend gut abdichtet.
Die äußere zylindrische Wandung der Hülse 12 ist an
ihrem oberen Ende mit einem Außengewinde versehen, in
das ein mutterartiges Betätigungselement 11 mit einem
entsprechenden Innengewinde eingreift. Das Betätigungs
element 11 an der Hülse 12 der Pipette drehbar, aber
nicht verschiebbar befestigt. Diese Anordnung erlaubt
es, durch Drehung des Betätigungselementes 11 die Hülse
12 auf dem Verdrängerkörper 21 derart zu verschieben,
daß je nach pipettiertem Volumen ein mehr oder weniger
großer Teil des Verdrängerkörpers 21 in die Pipetten
spitze 14 hineinsteht und damit einen mehr oder weniger
großen Teil des Luftpolsters 20 aus der Pipettenspitze
14 verdrängt.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
wird die Einstellung des Verdrängerkörpers 21 und damit
des Luftpolstervolumens losgelöst von der Pipettier
volumeneinstellung vorgenommen. Dies ist insofern vor
teilhaft, als das Luftpolster 20 auch bei verschiedenen
Pipettenspitzentypen, wie sie auf dem Markt erhältlich
sind, immer optimierbar ist.
Denkbar sind auch andere Lösungen, die insbesondere dann
sinnvoll sind, wenn immer mit dem gleichen Spitzentyp
gearbeitet wird. In Fig. 2 ist eine Ausführungsform
gezeigt, bei der die Einstellung des Luftpolstervolumens
an das Pipettiervolumen gekoppelt ist.
Teile die in Zeichnungsfigur 2 gleichen Teilen in
Zeichnungsfiguren 1 entsprechen, tragen in Zeichnungs
figur 2 gleiche Bezugszeichen.
Unterhalb des feststehenden Anschlages 5 ist ein Stell
element 16 drehbar durch ein Lager 15 angeordnet. Das
Stellelement 16 weist ein Sechskant-Loch auf, dessen
Form mit der Außenkontur der Kolbenstange 1 korres
pondiert. Die Kolbenstange 1 kann deswegen in Axial
richtung relativ zum Stellelement 16 gleiten, bei Ver
drehung der Kolbenstange 1 wird das Stellelement mit der
Kolbenstange verdreht. Auf dem Außengewinde des Stell
elementes wird eine Verstellhülse mit einem entsprechen
den innenliegenden Gegengewinde in Axialrichtung ver
stellt, die über gabelartige Verlängerungen oder Schub
übertragungselemente 18 mit der Hülse 12 verbunden ist.
Über eine nicht dargestellte, am Gehäuse der Pipette
befindliche Führung ist die Hülse 17 mit den Schubüber
tragungselemente 18 gegen Verdrehen gesichert. Durch
Drehung der Kolbenstange 1 wird somit das Stellelement
16 verdreht und bewirkt eine axiale Verschiebung der
Verstellhülse 17 mit dem Schubübertragungselement 18 und
damit der in Wirkverbindung stehenden Hülse 12. Bei
entsprechender Festlegung der geometrischen Parameter
ist mit dieser Konstruktion eine lineare Veränderung des
Verdrängervolumens, definiert durch den Verdrängerkörper
21 in der Form möglich, daß die Summe aus Verdränger
volumen und eingestelltem Pipettiervolumen immer
konstant ist. In einer weiteren Ausführungsform ist es
möglich, die Wirkverbindung zwischen den Schubüber
tragungselementen und der Hülse einstellbar zu ge
stalten, um an unterschiedliche Pipettenspitzentypen
adaptieren zu können. Beispielsweise wäre es denkbar, in
den Schubübertragungselementen Langlöcher vorzusehen,
durch die Schrauben in ein Gewinde an der Hülse 12 ein
gedreht werden. Die Verschiebung der Schraubenposition
innerhalb der Langlöcher ermöglicht dabei die ange
strebte Adaptierung an unterschiedlichen Pipetten
spitzentypen.
Bezugszeichenliste
1 Kolbenstange
2 Pipettengehäuse
3 var. Anschlag
4 Gegenanschlag
5 Anschlag
6 Rückstellfeder
7 O-Ring
8 Kolben
9 Zylinder
11 Betätigungselement
12 Hülse
13 O-Ring
14 Pipettenspitze
15 Lager
16 Stellelement
17 Verstellhülse
18 Schubübertragungselement
19 Flüssigkeit
20 Luftpolster
21 Verdrängerkörper