FI96666C

FI96666C - Menetelmä ja ilmamäntäpipetti nesteen annostelemiseksi

Info

Publication number: FI96666C
Application number: FI922001A
Authority: FI
Inventors: Pertti Tolonen; Johan Holmberg
Original assignee: Wallac Oy
Priority date: 1992-05-04
Filing date: 1992-05-04
Publication date: 1996-08-12
Also published as: EP0569213A1; FI922001A; FI922001A0; FI96666B

Description

96666

MENETELMÄ JA ILMAMÄNTÄPIPETTI NESTEEN ANNOSTELEMISEKSI

Keksinnön kohteena on menetelmä nesteen annostelemiseksi sellaisessa nesteen annostelulaitteessa, jossa useana peräkkäisenä annoksena tapahtuva nesteen annostelu tapahtuu 5 liikuttamalla mäntää sylinterissä, jolloin sylinterin tilavuuden muutos annostelee vastaavan määrän nestettä. Menetelmän mukaan männän annosteluliikkeen päätyttyä mäntää liikutetaan vastakkaiseen suuntaan nestevirtauksen katkaisun tehostamiseksi.

10 Pipeteillä käsitellään ja annostellaan monia erilaisia nesteitä. Ongelmana on tällöin se, että annostelutarkkuus ja toistettavuus on useista eri syistä johtuen liian huono.

Eräs annostelun epätarkkuuteen vaikuttava syy on se, että pipetit kalibroidaan tavallisesti vain yhdelle nesteelle, 15 joka yleensä on tislattu vesi. Koska nesteiden tiheys, viskositeetti ym. ominaisuudet voivat kuitenkin olla hyvinkin erilaisia, niin muilla nesteillä ei tällöin saavuteta riittävää annostelutarkkuutta ja toistettavuutta. Annostelu-tarkkuutta voidaan tietysti parantaa siten, että pipetti 20 kalibroidaan useille eri nesteille. Annosteltavaksi voi kuitenkin tulla myös sellaisia nesteitä, joille käytetty pipetti ei olekaan kalibroitu, ja aina ei annosteltavien ' nesteiden ominaisuuksia myöskään tunneta.

$ · • · · « · · • · ·

Kalibrointi ei kuitenkaan poista mäntäperiaatteella toimivan . . 25 pipetin toista ongelmaa, joka on se, että joitakin nesteitä • · · annosteltaessa pipetin kärjen ulkopuolelle muodostuu epä- • · · ’·* ’ tarkkuutta aiheuttava pisara. Käsikäyttöisessä pipetissä *:·*: pisara poistetaan siten, että pipetin kärjellä kosketetaan ·:·· joko nestepintaa tai astian pintaa. Tämä menetelmä toimii 30 melko hyvin käsikäyttöisenä, mutta automaattilaitteissa se ’ ei ole käyttökelpoinen.

• 4 I

Pisarointiongelmaa on pyritty ratkaisemaan mm. WO-julkaisussa 91/16977 esitetyllä tavalla. Siinä pisaran muodostuminen 96666 2 on pyritty estämään siten, että pipetin männän liike pysäytetään äkillisesti. Tämä järjestely on tehokas siinä tapauksessa, että neste on suoraan kosketuksessa pipetin männän kanssa, mutta tavallisesti käytetyt pipetit ovat 5 kuitenkin ilmamäntäperiaatteella toimivia. Tällöin kokoonpuristuva ilmapatsas aiheuttaa epätarkkuutta ja annoste-lutarkkuus ja toistettavuus saattaa olla epätyydyttävä.

Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada pisaroitumisen estäminen uudella tavalla. Keksinnön mukaiselle menetelmälle 10 on tunnusomaista se, että nestettä annostellaan ilmamäntäpipetillä, jossa mäntä on yhteydessä annosteltavaan nesteeseen sylinterissä olevan ilmatilan välityksellä, että nestettä annosteltaessa männän avulla pienennetään 15 ilmamäntäpipetin sylinterissä olevaa ilmatilaa, jolloin ilman kokoonpuristuminen ja siitä johtuva ilman paineen lisäys annostelee ilmatilan pienenemistä vastaavan määrän nestettä annostelukärjestä, että annosteluliikkeen päätyttyä ilmamäntäpipetin mäntää 20 liikutetaan vastakkaiseen suuntaan sylinterin ilmatilan laajenentamiseksi ja sylinterissä olevan ilman ylipaineen muuttamiseksi hetkellisesti alipaineeksi niin, että annosteltavaa nestettä imetään takaisin ilmatilan välityksellä, jolloin samalla annostelukärjen päähän muodos- , 25 tuva nestepisara palaa takaisin annostelukärjen neste- • · tilaan, • · · että männän vastakkaissuuntaisen liikkeen jälkeen ilma-. . mäntäpipetin mäntä pysäytetään ja annetaan sylinterissä * · 4 *". olevan ilmatilan ilmanpaineen tasaantua, • · · ’·’ * 30 - ja että seuraavan nesteannoksen annostelu aloitetaan *:··: männän siitä asennosta, johon se jäi vastakkaissuuntai- ·:··· sen liikkeen jälkeen.

, Keksinnön kohteena on myös nesteen annostelulaite, johon '· kuuluu mäntä ja sylinteri, joiden avulla nesteen annostelu 35 tapahtuu useana peräkkäisenä annoksena siten, että mäntää liikuttamalla sylinterin tilavuuden muutos annostelee vas-

II

96666 3 taavan määrän nestettä, ja ohjausyksikkö, joka ohjaa mäntää niin, että se annosteluliikkeen päätyttyä liikkuu vastakkaiseen suuntaan nestevirtauksen katkaisun tehostamiseksi.

Keksinnön mukaiselle ilmamäntäpipettilaitteelle on tun-5 nusomaista se, että nesteen annostelulaite on ilmamäntäpipetti, jossa annosteltava neste on annostelukärjessä ja mäntä on sylinterissä olevan ilmatilan välityksellä yhteydessä annosteltavaan nesteeseen, 10 - että mäntään on liitetty ohjausyksikön ohjaama sähkö- moottori, edullisimmin askelmoottori, joka liikuttaa mäntää molempiin suuntiin sylinterissä olevan ilmatilan paineen säätämiseksi, ja jousi joka painaa mäntää ylöspäin poistaen mekaanisten välysten vaikutuksen, 15 - että ohjausyksikkö ohjaa männän liikettä siten, että nestettä annosteltaessa sylinterissä oleva ilmatila pienenee ja paine kasvaa, ja että annosteluliikkeen päätyttyä mäntää liikutetaan vastakkaiseen suuntaan niin, että sylinterin ilmatila kasvaa ja paine pienenee, 20 jolloin ilmatilan alipaine imee annosteltava nestettä takaisin ja samalla annostelukärjen päähän muodostuva nestepisara palaa takaisin annostelukärjen nestetilaan, ja että ohjausyksikkö pysäyttää männän edellä mainittujen liikkeiden jälkeen kohtaan, josta seuraava nesteen ; 25 annosteluliike aloitetaan.

• · • » · • » ·

Keksintöä selostetaan seuraavassa esimerkkien avulla viit- . . taamalla oheisiin piirustuksiin, joissa « · 1 ·« · » » · • · · ’·1 1 Kuvio 1 esittää leikattuna keksinnön mukaista ilmamäntäpi- ·:· i pettilaitteistoa, jossa pipetin mäntä on ala-asen- ·:··· 30 nossaan.

Kuvio 2 vastaa kuviota 1 ja esittää pipettilaitteistoa, jossa pipetin mäntä on yläasennossaan.

Kuvio 3 vastaa kuviota 1 ja esittää pipettilaitteistoa, jossa pipetin männän käyttölaitteisto on männän 35 normaalin liikealueen ulkopuolella olevassa asen- 96666 4 nossa.

Kuvio 4 esittää kaaviollisesti kuvion 1 pipetin männän liikkeitä pipetoinnin eri vaiheissa.

Kuvio 5 esittää kaaviollisesti pipetin ohjausjärjestelmää.

5 Kuviossa 1 on esitetty keksinnön mukainen ilmamäntäpipetti-laitteisto 10 leikattuna. Pipettilaitteiston pääosat ovat runko 11, sen sisällä oleva sylinteriputki 12 ja sylinterin sisällä oleva mäntä 13. Mäntään 13 on liitetty kara 14, jota karamoottori 15 liikuttaa sylinterin 12 akselin suuntaises-10 ti. Kiertolukko 16 estää karaa pyörimästä ja sensorihaarukka 17 ilmaisee männän ala-asennon. Sylinteriputken 12 alapäähän on liitetty tanko, jonka alapää muodostaa irtokärkeen 30 liittyvän kartiotangon 18. Pipetin ilmatilaan on liitetty myös painesensori 40.

15 Koska runko 11, sylinteriputki 12 ja mäntä 13 pääsevät liikkumaan toistensa suhteen aksiaalisesti, niin näiden väleihin on sijoitettu jouset 19 ja 20. Kartiotangon 18 ympärille sijoitettu jousi 20 pitää sylinteriputken 12 ja samalla kartiotangon 18 ala-asennossaan pipetin 10 normaalin 20 annostelutoiminnan aikana estäen kärjen 30 irtoamisen väärässä paikassa. Männän 13 ja sylinteriputken 12 välinen jousi 19 painaa mäntää ylöspäin poistaen mekaanisten välysten vaikutuksen annostelun tarkkuuteen ja toistettavuuteen. Kuviossa 1 pipettilaitteiston 10 mäntä 13 on ala-asennos- ♦ · *!*. 25 saan.

f · * ; ^ Kuviossa 2 on esitetty kuvion 1 pipettilaitteisto 10 tilan- '!!.* teessä, jossa karamoottori 15 on siirtänyt karaa 14 ylöspäin • · · *. * niin, että mäntä 13 on yläasennossaan. Samalla männän 13 yläpää on siirtynyt sylinteriputken 12 yläpäässä olevaa *:*·: 30 lukitusrengasta 21 vasten. Sylinteriputki 12 on kuitenkin vielä edelleen samassa asennossa kuin kuviossa 1.

Kuviossa 3 on esitetty kuvion 1 pipettilaitteisto 10 tilanteessa, jossa karamoottori 15 on siirtänyt karaa 14 edelleen ylöspäin, jolloin mäntä 13 on siirtynyt normaalin liikealu- li; 96666 5 een ulkopuolelle. Tällöin männän 13 yläpää painuu lukitus-rengasta 21 vasten ja nostaa samalla sylinteriputkea 12 ylöspäin. Sen seurauksena sylinteriin 12 liitetty kartiotan-ko 18 liikkuu myös ylöspäin rungon 11 sisään, jolloin kar-5 tiotankoon 18 liitetty irtokärki 30 törmää runkoon 11 ja irtoaa.

Kuviossa 4 on esitetty kaaviollisesti kuvion 1 ilmamäntäpi-petin 10 männän 13 liikkeitä pipetoinnin eri vaiheissa.

Kuvion pysty-akselilla on matka s ja vaaka-akselilla aika t.

10 Ennen pipetoinnin aloittamista mäntä 13 on pipetin 10 sylinterin 12 sisällä kohdassa, joka vastaa kuviossa 4 perustasoa s0. Pipetointi aloitetaan siten, että pipetin 10 kärki 30 upotetaan annosteltavaan nesteeseen, jonka jälkeen mäntä 13 tekee täyttöliikkeen 55 maksimitäyttörajaan s,. Tällöin mäntä 15 on ylhäällä ja nesteraja on pipetin kärjessä 30 jollakin kohdalla. Välittömästi täyttökohdan s, saavuttamisen jälkeen mäntä 13 tekee kuitenkin pienen vastakkaissuntaisen liikkeen 56 alaspäin tasolle s2 ja edelleen vastakkaiseen suuntaan ylöspäin 57 tasolle s3.

' 20 Näiden männän 13 liikkeiden 56 ja 57 tarkoituksena on var mistaa pipetin ensimmäisen annostelun tarkkuus. Tunnetuissa : pipetointilaitteissa on ollut ongelmia juuri tässä tilan teessa. Alaspäin suoritettua liikettä 56 voidaan pitää . .. välystenpoistoliikkeenä. Tällöin mäntä 13 liikkuu alaspäin *’;*? 25 eli samaan suuntaan kuin ensimmäinen varsinainen annostelu- liikekin tapahtuu, jolloin mekaanisten välysten vaikutukset : .·, saadaan poistettua. Ehkä tärkeämpi seikka on kuitenkin • · 4 .*!'* nesteen "välystenpoisto" eli se, että pipetointikärjessä * · i nestepinta siirtyy alaspäin alueelle, jossa kuivan seinämän * 30 vaikutus ei pääse häiritsemään annostelutarkkuutta annoste-‘•"I lun aloitushetkellä.

Välystenpoistoliikkeen 56 jälkeen suoritettava ylöspäin suoritettava liike 57 on pisaranpoistoliike. Tällä liikkeellä estetään annosteluepätarkkuutta aiheuttavan pisaran 35 muodostuminen pipetin 10 kärkeen 30. Mahdollisesti syntyvä 96666 6 pisara imetään tällä vastaliikkeellä 57 välittömästi takaisin pipetin kärkeen.

Näiden toimenpiteiden jälkeen pipetin 10 mäntä 13 on kohdassa s3, jolloin välykset on poistettu, pisaran muodostuminen 5 pipetin 10 kärkeen estetty ja nestepinta kärjessä 30 on jo kastellulla alueella. Tällöin voidaan tehdä suurella tarkkuudella pipetoinnin ensimmäinen annosteluliike 58 kohtaan s4, jonka päätteeksi mäntä 13 tekee taas välittömästi lyhyen vastakkaissuuntaisen liikkeen 57 eli pisaranpoistoliikkeen 10 päätyen pystyakselilla kohtaan s5.

Toinen annosteluliike 59 tapahtuu samalla tavoin kuin ensimmäinenkin. Liikkeen 59 lopussa tapahtuu myös välittömästi vastakkaissuuntainen liike 57 kohdasta s6 kohtaan s7. Kolmas annosteluliike 60 on myös vastaavanlainen. Vastaliikkeen 57 15 jälkeen mäntä 13 on tällöin perustason s0 lähellä kohdassa s8. Pipetin 10 irtokärki 30 on tällöin lähes tyhjä.

Pipetin 10 kärjen 30 tyhjennysliikkeessä 61 mäntä 13 siirretään aivan ala-asentoonsa tasolle 0. Sen jälkeen on kuviossa 4 esitetty männän 13 liike 62 maksimitäyttörajan s, ohi 20 yläasentoonsa s^. Tätä liikettä käytetään pipetin 10 irto-kärjen 30 irrottamiseen pipetin rungosta.

: Kuviossa 5 on esitetty kaaviollisesti pipetin 10 ohjausjär- • ♦· .·.·* jestelmä. Pipettilaitteistossa 10 ohjausyksikkö 65 ohjaa • · « moottoria 15 siten, että se liikuttaa pipetin sisällä olevaa 25 mäntää 13 molempiin suuntiin ohjauskäskyjen mukaisesti.

• · ♦ •#>j : Mäntä säätelee pipetointikärjen 30 nestemäärää ja siten V * annostelua. Jousi 19 pitää männän 13 kiinni moottorin karas- ·;··· sa poistaen mekaanisten välysten vaikutuksen. Sähkömoottori- ....: na 15 käytetään askelmoottoria, jolla männän liikkeet, 30 pysäytykset ja suunnanvaihdot saadaan nopeiksi ja täsmällisiksi ilman erillisiä jarruja tai muita välityslaitteita.

Pipettilaitteistossa 10 pipetin ilmatilaan 66 liitetty pai-nesensori 40 ilmoittaa jatkuvasti ohjausyksikölle 65 pipetin 11 96666 7 sisällä vallitsevan ilmanpaineen. Saatua painearvoa voidaan käyttää monella tavalla hyväksi. Se kertoo esimerkiksi pipetin 10 kärjen 30 täyttöasteen ja ilmoittaa ohjausyksikölle 65 monista mahdollisista pipetin 10 häiriötilanteista.

5 Pipettilaitteistoa 10 voidaan ohjata siten, että painesenso-riltla 40 saadaan tarvittaessa hälytys häiriöistä, mutta painesensori 40 voidaan myös järjestää ohjaamaan koko prosessia reaaliajassa.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön erilaiset 10 sovellutusmuodot voivat vaihdella jäljempänä esitettävien patenttivaatimusten puitteissa.

• · · • ·· • · • 1 1 · · • · · • · • · · • · · IM « · « • · « • · · * • · f « 1 · «

Claims

8 wm

1. Menetelmä nesteen annostelemiseksi sellaisessa nesteen annostelulaitteessa (10), jossa useana peräkkäisenä annoksena tapahtuva nesteen annostelu tapahtuu liikuttamalla mäntää 5 (13) sylinterissä (12), jolloin sylinterin tilavuuden muutos annostelee vastaavan määrän nestettä, jonka menetelmän mukaan männän annosteluliikkeen päätyttyä mäntää liikutetaan vastakkaiseen suuntaan nestevirtauksen katkaisun tehostamiseksi, tunnettu siitä, 10. että nestettä annostellaan ilmamäntäpipetillä (10), jossa mäntä (13) on yhteydessä annosteltavaan nesteeseen sylinterissä (12) olevan ilmatilan (66) välityksellä, että nestettä annosteltaessa männän (13) avulla pienennetään ilmamäntäpipetin (10) sylinterissä (12) olevaa 15 ilmatilaa (66), jolloin ilman kokoonpuristuminen ja siitä johtuva ilman paineen lisäys annostelee ilmatilan pienenemistä vastaavan määrän nestettä annostelukärjestä (30), - että annosteluliikkeen päätyttyä ilmamäntäpipetin (10) 20 mäntää (13) liikutetaan vastakkaiseen suuntaan sylinte rin (12) ilmatilan (66) laajenentamiseksi ja sylinterissä olevan ilman ylipaineen muuttamiseksi hetkellisesti alipaineeksi niin, että annosteltavaa nestettä imetään takaisin ilmatilan välityksellä, jolloin samalla annos-25 telukärjen (30) päähän muodostuva nestepisara palaa *; *· takaisin annostelukärjen nestetilaan, *·* * - että männän (13) vastakkaissuuntaisen liikkeen jälkeen ilmamäntäpipetin (10) mäntä pysäytetään ja annetaan • « ·« ♦ sylinterissä (12) olevan ilmatilan (66) ilmanpaineen 30 tasaantua, # - ja että seuraavan nesteannoksen annostelu aloitetaan • · . männän (13) siitä asennosta, johon se jäi vastakkais suuntaisen liikkeen jälkeen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 35 tunnettu siitä, että annosteltava neste otetaan ilmamäntäpipetin (10) 96666 9 annostelukärkeen (30), jossa olevan nesteen pinnan korkeutta säädetään sylinterissä (12) olevan männän (13) ja ilmatilan (66) välityksellä, ja että välittömästi männän (13) annosteluliikkeen 5 (58, 59, 60) päätyttyä muodostetaan ilmamäntäpipetin sylinterin (12) ilmatilaan (66) alipaine männän vastakkaissuuntaisella liikkeellä (57).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 10. että ennen ensimmäistä varsinaista annostelua suori tetaan välystenpoistoliike (56), jossa männän (13) avulla lisätään ilmamäntäpipetin (10) sylinterissä (12) olevan ilmatilan (66) painetta, ja että välystenpoistoliikkeen (56) jälkeen sylinterin 15 ilmatilan (66) ylipaine muutetaan hetkellisesti alipai neeksi, joka imee annostelukärjen (30) päähän muodostuvan nestepisaran takaisin annostelukärjen nestetilaan.

4. Nesteen annostelulaite (10), johon kuuluu mäntä (13) ja sylinteri (12), joiden avulla nesteen annostelu tapahtuu 20 useana peräkkäisenä annoksena siten, että mäntää liikuttamalla sylinterin tilavuuden muutos annostelee vastaavan määrän nestettä, ja ohjausyksikkö (65), joka ohjaa mäntää niin, että se annosteluliikkeen päätyttyä liikkuu vastakkaiseen suuntaan nestevirtauksen katkaisun tehostamiseksi, • * · · !..* 25 tunnettu siitä, • « « *·* - että nesteen annostelulaite (10) on ilmamäntäpipetti, jossa annosteltava neste on annostelukärjessä (30) ja • « f mäntä (13) on sylinterissä (12) olevan ilmatilan (66) v » välityksellä yhteydessä annosteltavaan nesteeseen, ____: 30 - että mäntään (13) on liitetty ohjausyksikön (65) ohjaama • · ____; sähkömoottori (15), edullisimmin askelmoottori, joka liikuttaa mäntää molempiin suuntiin sylinterissä (12) : olevan ilmatilan (66) paineen säätämiseksi, ja jousi :/; (19) joka painaa mäntää ylöspäin poistaen mekaanisten 35 välysten vaikutuksen, että ohjausyksikkö (65) ohjaa männän (13) liikettä 96666 10 siten, että nestettä annosteltaessa sylinterissä (12) oleva ilmatila (66) pienenee ja paine kasvaa, ja että annosteluliikkeen päätyttyä mäntää liikutetaan vastakkaiseen suuntaan niin, että sylinterin ilmatila kasvaa 5 ja paine pienenee, jolloin ilmatilan alipaine imee annosteltava nestettä takaisin ja samalla annostelu-kärjen (30) päähän muodostuva nestepisara palaa takaisin annostelukärjen nestetilaan, ja että ohjausyksikkö (65) pysäyttää männän (13) edellä 10 mainittujen liikkeiden jälkeen kohtaan, josta seuraava nesteen annosteluliike aloitetaan. • ' ** • · • · · « « · • « · «lt 1 · > • · · • · 96666 11