DE69738268T2

DE69738268T2 - Vorrichtung des bedeckungszeitpunkt einer testprobe durch flüssigkeitsoberfläche

Info

Publication number: DE69738268T2
Application number: DE69738268T
Authority: DE
Inventors: Arne Ljung; Juhan Kivineeme
Original assignee: Phadia AB
Current assignee: Phadia AB
Priority date: 1996-09-17
Filing date: 1997-09-15
Publication date: 2008-08-28
Anticipated expiration: 2017-09-16
Also published as: WO1998012513A1; ES2296314T3; SE9603379D0; DE69738268D1; ATE377747T1; EP0927339A1; JP3858084B2; EP0927339B1; US6328934B1; JP2001500620A

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, um zu Erfassen wann eine Testsonde aus leitendem Material mit einer Flüssigkeitsoberfläche in Kontakt tritt.
STAND DER TECHNIK
Beispielsweise ist es während einer Pipettierung sehr wichtig, schnell und sicher zu erfassen, wann die Spitze von der Pipette mit der Flüssigkeitsoberfläche in Kontakt tritt. Eine fehlerhafte Erfassung kann dazu führen, dass die Verwendung der Pipette nicht durchgeführt wird, und eine nicht stattfindende oder verzögerte Erfassung kann zu einer Kontamination von der Spitze von der Pipette führen.
Die Pegelerfassungs-Prozeduren, welche heutzutage herkömmlicherweise verwendet werden, sind entweder leitfähig, kapazitiv, hygroskopisch, optisch oder akustisch.
Leitfähige Pegelerfasser arbeiten auf eine derartige Art und Weise, dass die Leitfähigkeit (Fähigkeit zum Leiten) zwischen zwei Messpunkten mit einem zuvor eingestellten Wert verglichen wird. Wenn die Leitfähigkeit höher (oder niedriger) als der zuvor eingestellte Wert ist, stellt dies ein Signal dar, das eine Flüssigkeit, oder wo geeignet ein Septum, gefunden ist. Die Leitfähigkeits-Erfassungsprozeduren sind jedoch durch die Nachteile beeinträchtigt:
dass sie zwei Testsonden erfordern,
dass ein Risiko besteht, dass Feuchtigkeit die Testsonden verkürzen wird,
dass Lösungen mit einer niedrigen Eisenkonzentration, beispielsweise destilliertes Wasser, nicht erfasst werden können,
dass ein Risiko einer Elektrolyse von der erfassten Lösung besteht, und
dass es unmöglich ist, zu unterscheiden, ob die Testsonden mit einem Septum oder der Flüssigkeit in Kontakt getreten sind, in dem Falle, dass diese durch ein Septum bedeckt ist.
Kapazitätspegel-Erfasser arbeiten durch Kapazitätsänderungen. Eine frei aufgehängte Testsonde in der Form eines Leiters hat eine bestimmte Kapazität in Relation zur Umgebung, und diese Kapazität nimmt zu, wenn eine solche Testsonde mit der Flüssigkeit, oder wenn geeignet mit einem Septum, in Kontakt tritt. Der Nachteil bei den Kapazitätserfassungs-Prozeduren besteht darin:
dass es unmöglich ist, zu unterscheiden, ob die Testsonde mit einem Septum oder der Flüssigkeit in Kontakt trat, in dem Fall, bei welchem diese durch ein Septum bedeckt ist.
Hygroskopische Erfassungsprozeduren arbeiten mit Druckschwankungen während einer Aspiration im Ablauf. Es wird eine langsame Aspiration begonnen, woraufhin die Pipette zur Flüssigkeitsoberfläche herabgesenkt wird. Wenn die Spitze von der Pipette die Flüssigkeitsoberfläche, berührt, oder wenn geeignet mit einem Septum, erscheint eine Druckwelle im Röhrensystem, wobei die Druckwelle erfasst wird. Die Nachteile bei den hygroskopischen Erfassungsprozeduren liegen darin:
dass es nicht möglich ist, zu unterscheiden, ob die Spitze von der Pipette mit einem Septum oder der Flüssigkeit in Kontakt trat,
dass die Aspiration während der Erfassung durchzuführen ist,
dass beträchtliche Anforderungen auf Röhren und Röhrenanordnungen gesetzt werden, und
dass solche Prozeduren langsam sind.
Optische Pegelerfasser suchen die Flüssigkeitsoberfläche durch ein Erfassen von reflektiertem Licht. Die Nachteile bei optischen Erfassungsprozeduren sind:
dass der Erfasser leicht kontaminiert wird,
dass optische Erfasser nicht zwischen Schaum und Flüssigkeit unterscheiden können, und
dass spezielle, lichtleitende Testsonden erforderlich sind.
Akustische Erfasser arbeiten auf die gleiche Art und Weise wie das Sonar. Solche Erfasser emittieren ein Geräusch, welches auf der Flüssigkeitsoberfläche, oder wenn geeignet ein Septum, abprallt. Der Erfasser misst in dieser Hinsicht die Zeit, welche verstreicht, bis das Geräusch sich vom Erfasser wegbewegt, auf der Flüssigkeitsoberfläche abprallt, und sich zum Erfasser zurückbewegt. Wenn die gemessene Zeit kürzer als ein vorbestimmtes Limit ist, kann dies als ein Hinweis interpretiert werden, dass die Flüssigkeitsoberfläche/das Septum erreicht ist. Die akustischen Erfassungsprozeduren haben die Nachteile:
dass sie spezielle, geräuschleitende Testsonden erfordern, und
dass sie nicht dazu in der Lage sind, zwischen einem Septum und einer Flüssigkeit zu unterscheiden.
UMRISS DER ERFINDUNG
Es ist daher eine Aufgabe von der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, welche die oben erwähnten Nachteile bei der Erfassung wann eine Testsonde mit einer Flüssigkeitsoberfläche in Kontakt tritt, unabhängig davon, ob diese durch ein Septum bedeckt ist oder nicht, nicht darstellt.
Dies wird durch die Vorrichtung gemäß der Erfindung erzielt, indem die Testsonde durch eine Abschirmung elektrisch abgeschirmt ist, und zwar isoliert von der Testsonde, wobei ein Teil von der Testsonde vor der Abschirmung hervorragt, wobei die Testsonde einerseits mit einer ersten Wechselspannungsquelle über eine erste Impedanz und andererseits mit den Eingängen von einem Differenzverstärker verbunden ist, während die Abschirmung einerseits mit einer zweiten Wechselspannungsquelle über eine zweite Impedanz und andererseits mit dem weiteren Eingang des Differenzverstärkers verbunden ist, wobei der Ausgang des Differenzverstärkers einerseits mit einem der Eingänge von einem ersten Multiplizierer verbunden ist, dessen weiterer Eingang mit einer dritten Wechselspannungsquelle verbunden ist, und andererseits mit einem der Eingänge von einem zweiten Multiplikator verbunden ist, dessen weiterer Eingang mit einer vierten Wechselspannungsquelle verbunden ist, und wobei eine Signalverarbeitungseinheit mit den Ausgängen von den Multiplizierern verbunden ist, und dazu in der Lage ist, basierend auf den Ausgangssignalen von den Multiplizierern einerseits ein erstes Signal, welches die Ohm'sche Last von der Testsonde darstellt, und andererseits ein zweites Signal, welches die kapazitive Last von der Testsonde darstellt, herzuleiten, und um ein Signal, wenn die Ohm'sche Last niedrig ist und wenn zeitgleich die kapazitive Last hoch ist, als eine Anzeige darüber, dass die Testsonde mit der Flüssigkeitsoberfläche in Kontakt trat, bereitzustellen.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird im Folgenden detaillierter mit Bezug auf die begleitende Zeichnung beschrieben, in welcher
1 schematisch ein Blockdiagramm für eine Ausführungsform von einer Vorrichtung gemäß der Erfindung darstellt, und
2a und 2b unterschiedliche Signalformen anzeigen, welche in der Ausführungsform von der Vorrichtung gemäß der 1 erscheinen.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN
Obwohl sich die im folgenden beschriebene Ausführungsform von der Erfindung auf die Erfassung von einer Flüssigkeitsoberfläche in Verbindung mit einer Pipettierung von der Flüssigkeit durch eine Pipette aus leitendem Material bezieht, ist es verständlich, dass die Erfindung keineswegs auf die ledigliche Anwendung auf Pipetten beschränkt ist, sondern in beliebigen Verbindungen verwendet werden kann, bei welchen eine Flüssigkeitsoberfläche mittels einer Testsonde aus einem leitenden Material zu erfassen ist.
In der Ausführungsform von einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wie in 1 gezeigt, bezieht sich somit 1 auf eine Testsonde in der Form von einer Pipette aus leitendem Material zum Pipettieren von einer nicht gezeigten Flüssigkeit. Bei dieser Flüssigkeit wird in der gezeigten Ausführungsform angenommen, dass sie durch ein nicht gezeigtes Septum bedeckt ist. Die Pipette 1 wird auf eine an sich bekannte Art und Weise mittels eines nicht gezeigten Motors betrieben.
Gemäß der Erfindung ist die Pipette 1 durch eine Abschirmung 2 elektrisch abgeschirmt, welche sich um die Pipette 1 erstreckt, und ist von dergleichen auf eine nicht weiter gezeigte Art und Weise elektrisch isoliert. Die Abschirmung 2 ist auf eine solche Art und Weise angeordnet, dass die Spitze von der Pipette 1 um eine Distanz vor der Abschirmung 2 hervorragt.
Die Pipette 1 und die Abschirmung 2 sind gemäß der Erfindung jeweils mit einer Wechselspannungsquelle U1 und U2, jeweils über eine Impedanz Z1 und Z2 verbunden. Die Impedanzen Z1 und Z2 haben unterschiedliche Größen. Die Wechselspannungsquellen U1 und U2 sind derart angeordnet, dass sie Wechselspannungen von der gleichen Frequenz abgeben.
Gemäß der Erfindung sind die Pipette 1 und die Abschirmung 2 ebenfalls jeweils mit einem Eingang von einem Differenzverstärker 3 verbunden, welcher dazu angeordnet ist, Änderungen im Potenzial von der Pipette 1 in Relation zu dem Potenzial von der Abschirmung 2 in Abhängigkeit davon zu erfassen, dass die Ohm'sche Last und/oder kapazitive Last von der Spitze von der Pipette geändert wird, wenn sie zu der nicht gezeigten Flüssigkeitsoberfläche, oder wenn geeignet das nicht gezeigte Septum, näher gebracht wird.
Der Ausgang des Differenzverstärkers 3 ist gemäß der Erfindung jeweils mit einem der Eingänge von zwei Multiplizierern 4 und 5 verbunden.
Der weitere Eingang des Multiplizierers 4 ist bei der gezeigten Ausführungsform mit einer dritten Wechselspannungsquelle U3 verbunden. Die Wechselspannungsquelle U3 ist derart angeordnet, um eine Wechselspannung der gleichen Frequenz wie bei den Wechselspannungsquellen U1 und U2 zu erzeugen.
Der Multiplizierer 4 wird ein Ausgangssignal über seinen Ausgang erzeugen, welches grundlegend einer Änderung in der Ohm'schen Last von der Spitze von der Pipette entspricht, welche aufgrund von einer Änderung des Potenzials von der Pipette 1 herrührt, welche jedoch auf ein bestimmtes Ausmaß ebenfalls einer Änderung des Potenzials von der Pipette 1 entspricht, welche von der kapazitiven Last von der Spitze von der Pipette hervorgerufen wird.
Der zweite Eingang des Multiplizierers 5 ist mit einer Wechselspannungsquelle U4 verbunden, welche bei der gezeigten Ausführungsform dazu angeordnet ist, um eine Spannung zu erzeugen, welche in Relation zu der Spannung von der Wechselspannungsquelle U3 um 90° phasenverschoben ist.
Der Multiplizierer 5 wird über seinen Ausgang ein Ausgangssignal erzeugen, welches grundlegend einer Änderung von der kapazitiven Last von der Spitze von der Pipette entspricht, welche aufgrund von einer Änderung des Potenzials von der Pipette 1 herrührt, welches jedoch zu einem bestimmten Ausmaß ebenfalls einer Änderung des Potenzials von der Pipette 1 entspricht, welche durch die Ohm'sche Last von der Spitze von der Pipette herrührt.
Die Phasenverschiebung zwischen den Spannungen von den Wechselspannungsquellen U3 und U4 muss nicht exakt 90° betragen. Im allgemeinen Fall sollten diese beiden Spannungen lediglich in Relation zueinander phasenverschoben sein.
Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform werden die Ausgangssignale von den Multiplizierern 4 und 5 jeweils über einen nicht gezeigten Tiefpassfilter einer Signalverarbeitungseinheit 6 zugeführt, welche derart angeordnet ist, um basierend auf den Ausgangssignalen von den Multiplizierern zu entscheiden, wann die Spitze von der Pipette mit der nicht gezeigten Flüssigkeitsoberfläche in Kontakt tritt, und zwar unabhängig davon, ob diese durch ein Septum bedeckt ist oder nicht, und welche in dieser Hinsicht ein Ausgangssignal über ihren Ausgang 7 erzeugt.
Die Signalverarbeitungseinheit 6 ist derart angeordnet, um basierend auf den Ausgangssignalen von den Multiplizierern einerseits ein erstes Signal, welches der Ohm'schen Last von der Pipette 1 entspricht, und andererseits ein zweites Signal, welches der kapazitiven Last von der Pipette 1 entspricht, herzuleiten.
Basierend auf diesem ersten und zweiten Signal ist die Signalverarbeitungseinheit 6 ferner dazu angeordnet, um ein Signal über den Ausgang 7 bereitzustellen, wenn dieses erste Signal niedrig ist, welches bedeutet, dass die Pipette keiner Ohm'schen Last unterliegt, als ein Hinweis darüber, dass die Spitze von der Pipette 1 tatsächlich mit der Flüssigkeitsoberfläche in Kontakt trat.
Die Signalverarbeitungseinheit 6 kann selbstverständlich vollständig oder teilweise mittels einer Software implementiert sein.
Bei der gezeigten Ausführungsform kann die Pipette 1 mit einer nicht gezeigten Röhre verbunden sein, welche wiederum mit einem nicht gezeigten Verdünner verbunden ist.
Gemäß der Erfindung ist in solchen Fällen die Röhre ebenfalls zu dem Verdünner abgeschirmt, und zwar auf eine nicht gezeigte Art und Weise mittels einer Röhrenabschirmung, welche elektrisch mit der Abschirmung von der Pipette verbunden ist, um zu verhindern, dass der Inhalt in der Röhre, d. h. die Flüssigkeit und/oder Luft, die Erfassungsgenauigkeit beeinflussen wird. Um die Toleranz zu unterschiedlichen Inhalten in der Röhre zu dem Verdünner zu erhöhen, ist das Ende von der Röhrenabschirmung ebenfalls mit dem Inneren von der Röhre auf eine nicht gezeigte Art und Weise verbunden.
2a und 2b zeigen Beispiele von Signalen, welche in der Signalverarbeitungseinheit 6 gemäß 1 hergeleitet sind, als eine Funktion von der Bewegungsdistanz d von der Pipette 1, wenn die Spitze von der Pipette 1 zunächst mit einem Septum, nach einem Bewegen um eine Distanz d1, und danach mit einer Flüssigkeitsoberfläche, nach einem Bewegen um eine Distanz d2, in Kontakt tritt.
2a zeigt in dieser Hinsicht, wie sich die kapazitive Last C von der Spitze von der Pipette ändert, wenn die Spitze von der Pipette mit dem Septum und danach mit der Flüssigkeitsoberfläche in Kontakt tritt. Wenn die Spitze von der Pipette, nachdem sie sich um die Distanz d1 bewegt hat, mit dem Septum in Kontakt tritt, steigt die kapazitive Last von der Spitze von der Pipette sehr steil an.
Wie anhand von 2b zu erkennen, welche die Änderung von der Ohm'schen Last R von der Spitze von der Pipette anzeigt, steigt diese ebenfalls zeitgleich steil an.
Während des Durchgangs des Septums, und solange irgendein Teil von der Pipettenspitze das Septum berührt, d. h. wenn sich die Pipettenspitze von d1 auf d2 bewegt, verbleiben die kapazitive Last als auch die Ohm'sche Last auf einem hohen Pegel.
Nach dem Durchlaufen des Septums tritt die Pipettenspitze mit der Flüssigkeitsoberfläche in Kontakt. In dieser Hinsicht steigt die kapazitive Last etwas an, wie durch 2a gezeigt, während die Ohm'sche Last von der Pipettenspitze grundsätzlich auf ihren Wert in der Luft steil abfällt, wie durch 2b angezeigt.
Die Signalverarbeitungseinheit 6 ist dazu angeordnet, um, basierend auf den in 2a und 2b gezeigten Signalen, ein Ausgangssignal bereitzustellen, wenn die kapazitive Last, gemäß 2a, stark zeitnah wie die Ohm'sche Last, gemäß 2b ist, grundsätzlich null ist, und zwar als eine Anzeige darüber, dass die Pipettenspitze mit der Flüssigkeitsoberfläche in Kontakt trat. Wie dies implementiert werden sollte, wird dem Fachmann wahrscheinlich offensichtlich sein.
Demgemäß wird mittels der Vorrichtung gemäß der Erfindung eine sehr genaue Erfassung darüber wann die Pipette mit der Flüssigkeitsoberfläche in Kontakt tritt, unabhängig davon erzielt, ob diese durch ein Septum bedeckt ist oder nicht.

Claims

Vorrichtung, um zu Erfassen wann eine Testsonde (1) aus leitendem Material mit einer Flüssigkeitsoberfläche in Kontakt tritt, welche eine Testsonde aus leitendem Material enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Testsonde (1) durch eine isolierte Abschirmung (2) elektrisch abgeschirmt ist, wobei ein Teil von der Testsonde (1) vor der Abschirmung (2) hervorragt, die Testsonde (1) mit einer ersten Wechselspannungsquelle (U1) über eine erste Impedanz (Z1) und mit einem Eingang von einem Differenzverstärker (3) verbunden ist, und die Abschirmung (2) mit einer zweiten Wechselspannungsquelle (U2) über eine zweite Impedanz (Z2) und mit dem weiteren Eingang des Differenzverstärkers (3) verbunden ist, ein Ausgang des Differenzverstärkers (3) mit einem Eingang von einem ersten Multiplizierer (4) und mit einem Eingang von einem zweiten Multiplizierer (5) verbunden ist, und ein weiterer Eingang des ersten Multiplizierers mit einer dritten Wechselspannungsquelle verbunden ist, und ein weiterer Eingang des zweiten Multiplizierers (5) mit einer vierten Wechselspannungsquelle (U4) verbunden ist, eine Ausgangsspannung von der vierten Wechselspannungsquelle in Relation zu einer Ausgangsspannung von der dritten Wechselspannungsquelle (U3) phasenverschoben ist; und eine Signalverarbeitungseinheit (6) mit den Ausgängen von dem ersten und zweiten Multiplizierer (4, 5) verbunden ist, und dazu in der Lage ist, basierend auf den Ausgangssignalen von den Multiplizierern (4, 5) ein erstes Signal, welches die Ohm'sche Last von der Testsonde (1) darstellt, und ein zweites Signal, welches die kapazitive Last von der Testsonde (1) darstellt, herzuleiten, und ein Signal, wenn die Ohm'sche Last niedrig ist und die kapazitive Last hoch ist, als eine Anzeige darüber, dass die Testsonde (1) mit der Flüssigkeitsoberfläche in Kontakt trat, bereitzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste, zweite, dritte und vierte Wechselspannungsquelle (U1, U2, U3, U4) Wechselspannungen von der gleichen Frequenz bereitstellen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Tiefpassfilter jeweils zwischen den Ausgängen von den Multiplizierern (4, 5) und der Signalverarbeitungseinheit (6) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher die Testsonde durch eine Pipette gebildet ist, welche mit einer Schlauchmaschine verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlauchmaschine mittels einer Schlauchmaschinen-Abschirmung, welche elektrisch mit der Abschirmung von der Pipette verbunden ist, elektrisch abgeschirmt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ende von der Schlauchmaschinen-Abschirmung, welches von der Pipette wegzeigt, dieses mit der Innenseite von der Schlauchmaschine elektrisch verbunden ist.