JP2015203699A5 - - Google Patents
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Description
本発明は、液体で満たされた容器において容量性液位測定をするように設計されている装置での、液体の自動分類のための方法に関する。また、本発明は、対応する装置に関する。
また、本発明は、容量性液位測定の事前設定の自動適応のための方法および装置に関する。ここで、好ましくは、上記事前設定は、自動分類を参照することによってなされる。
液体のハンドリングおよび使用を含む、多数の医学用、生物学用、化学用、および製薬用の装置がある。したがって、例えば、医学的、生物学的、物理学的、化学的調査を行うため、または、対応する技術的、または科学的な分野でプロセスを行うための自動ハンドリングシステムがある。
最近では、大部分の自動液体ハンドリングシステムは、いわゆるコンピュータ制御ハンドリングシステムである。
典型的なコンピュータ制御ハンドリングシステムは、例えば、液体の容器、電動ピペットロボットおよびコントローラ(通常プロセッサベースのコントローラ)の設置のためのワークエリア(作業台または面)から成る。ピペットロボットは、液体サンプルを吸い込んで、分配するために、少なくともピペットから成る。上記コントローラで行われる連続したプログラムを実装することによって、上記ピペットロボットは、特定のハンドリングをそこで行うために、特定の位置に動かされうる。つまり、例えば、ピペットは、液体をそこに吸い上げるか、あるいは、液体を分配するために、容器内に下降されうる。
最新のハンドリングシステムは、ハンドリングシステムの容器の液体の液位を決定することを可能にする手段を一般的に備えている。液位の決定は、いくつかのプロセス・シーケンスのために基本的に重要である。例えば、液体を吸い上げるとき、偶然に吸い込まれる空気を防ぎたいならば、ピペットが液体内に十分に深く浸されることが事前に確保されなければならない。自動化されたシーケンスにおいて十分に深く浸されるために、容器内の液体の瞬間的な液位が決定されなければならない。
液体の液位が決定されなければならないシーケンスの他の例も、たくさんある。
容器内の液体の液位は、例えば、容量性液位測定(cLLD(capacitive liquid level detection: 容量性液位検知)とも呼ばれる)によって、決定されうる。ガスおよび液体は、大きく異なる誘電率を有するので、気液相境界は、静電容量の変化によって決定されうる。
図1を参照すると図式的に示されているように、相境界の検知は、容量的な方法で典型的になされる。図1は、液位の検知のために設計された周知の実験用器具10の構造を示している。容器5内の液体1の存在または空気と液体1との間の相境界は、例えば、Ctip/liqおよび直列静電容量Ccouplの容量変化を観察することによって、ここでは検知される。充放電回路2は、センサ、例えばピペットチップ3の形態のセンサと、接地したベースプレート4との間の実効静電容量を測定できるために、充電および放電を交互に行えるようにしている。例えば、コントローラ7によってサポートされる信号処理回路6によって、信号処理がなされうる。
実験用器具10に応じて、浮遊静電容量、センサまたはピペットチップ3による電気結合、液体1の導電性、および近接し合う測定チャネル(図1の次のチップと呼ばれる)間のクロストーク(crosstalk)から生じる有効静電容量は、非常に小さい。有効静電容量は、通常、数ピコファラッド(pF)の範囲にある。気体から液体内へ浸漬するときに得られる静電容量の変化は、もう一度、約1/100〜1/1000倍に減らされる。
容量性液位測定を行う装置の詳細は、例えば、本願出願人の公開された特許出願EP2530440A1およびWO2011080199A2の明細書から得られうる。
容量性液位測定を行うハンドリングシステムにおいて、ユーザーは、基本的な設定をしなければならず、その結果、容量性液位測定は、上記システムによって確実かつ正確になされうる。容量性液位測定がうまくできる前に、検知パラメータの正しい設定が手動でされなければならないと言われている。
検知パラメータの設定は、液位が測定される液体の物性に、とりわけ依存する。しかし、調査されるか、測定される液体のこれらの物性は、しばしば、知られておらず、推定値の形で知られているだけである。検知パラメータの誤った、または、不正確な指定(specification)は、液位測定機器において、不正確、または、さらに誤った検知結果につながりうることは、明らかである。
そこで、本発明の課題は、ハンドリングシステムにおいて、自動検知および/または検知パラメータの自動決定および/または自動設定を可能にする方法を提供することである。
本発明は、液体の自動分類および/または事前設定された液体の分類を適用することによる容量液位測定装置cLLDの適用に関する。
特に、液体の自動分類のための方法および装置が提供されることになっている。
設置値の自動指定のための、または、装置の設定のための方法および装置が提供され、容量性液位測定がうまく行われうる。対応して備えられた装置も、提供される。
本発明によると、装置における液体の自動分類のための方法が提供され、そこで、液体が充填される容器の容量性液位測定をするように、上記装置も設計される。
本発明の方法は、以下のステップ、すなわち、
・容器内に液体を与えるステップと、
・上記容器内の液体にセンサを浸漬する動作を行うとき、または、上記容器内の液体から外へセンサを取り出す動作を行うとき、この液体の容量性測定を行うステップと
を備え、
容量性測定の信号は、液体の自動分類を行うために処理される。
・容器内に液体を与えるステップと、
・上記容器内の液体にセンサを浸漬する動作を行うとき、または、上記容器内の液体から外へセンサを取り出す動作を行うとき、この液体の容量性測定を行うステップと
を備え、
容量性測定の信号は、液体の自動分類を行うために処理される。
好ましくは、全ての実施形態において、容量性測定の信号の信号ジャンプが処理される。液体にセンサを浸漬する動作の間、または、液体から外へセンサを取り出す動作の間、上記信号ジャンプが生成される。液体の自動分類は、信号ジャンプの分析または処理によってなされる。
好ましくは、全ての実施形態において、浸漬動作または取り出し動作を行うとき、液体特有閾値が、この液体の容量性測定によって決定される。ここで、容量性測定の信号は、上記閾値を決定するために処理される。
好ましくは、全ての実施形態において、上記閾値は、浸漬または取り出しの間に生じる静電容量におけるジャンプ(信号ジャンプ)に関連している。
好ましくは、全ての実施形態において、閾値を決定するとき、以下の詳細、パラメータ、またはファクター、すなわち、
・容器のタイプ(ジオメトリ、厚さ、材料)、
・容器内の液体の液体体積、
・センサのタイプ(例えば固定された鋼鉄製のカニューレ、異なるわずかな量を有する導電プラスチック製の使い捨てピペットチップ)、
・容器用のキャリアのタイプ、
・キャリアが配置される作業台のタイプ
のうちの1つ以上は、指定され/事前に定められ/または既知である。
・容器のタイプ(ジオメトリ、厚さ、材料)、
・容器内の液体の液体体積、
・センサのタイプ(例えば固定された鋼鉄製のカニューレ、異なるわずかな量を有する導電プラスチック製の使い捨てピペットチップ)、
・容器用のキャリアのタイプ、
・キャリアが配置される作業台のタイプ
のうちの1つ以上は、指定され/事前に定められ/または既知である。
本発明によると、感度範囲(以下感度クラスとしても示される)への液体の自動分類または液体の分割がなされる。これは、容量性測定を用いてなされる。このケースでは、液体の分類/グループ化は、
・液体内に移送されうるセンサによって、および/または、
・液体から外に動かされうるセンサによって、
容量性方法でなされる。
1つ以上の予め定められた閾値または比較基準に関連する、液体特有の値(液体特有値)、液体特有の一連の離散値、または値関数を決めることによって、この液体の分類/グループ化がなされる。そして、1以上の予め定められた閾値、または、比較基準に関連させることによって、1以上の感度クラスまたはグループへの液体の分類がなされる。
・液体内に移送されうるセンサによって、および/または、
・液体から外に動かされうるセンサによって、
容量性方法でなされる。
1つ以上の予め定められた閾値または比較基準に関連する、液体特有の値(液体特有値)、液体特有の一連の離散値、または値関数を決めることによって、この液体の分類/グループ化がなされる。そして、1以上の予め定められた閾値、または、比較基準に関連させることによって、1以上の感度クラスまたはグループへの液体の分類がなされる。
本発明によると、好ましくは、複数の信号ジャンプまたは強度値が決定され、平均が信号ジャンプまたは強度値から作られる。
有利な実施形態は、それぞれの下位クレームから推測されうる。
特に、本発明は、装置の液体を分類/グループ化する方法に関する。この装置は、相境界の検知のために設計された容量作動測定装置(ここでは、容量性液位測定、すなわち、略してcLLDと呼ばれる)を備える、
本発明を用いることにより、感度設定値(settings)が予め定められうる。この感度設定は、速く、かつ、確実に、次の容量性液位測定(cLLD)を行うのに適している。
好ましくは、全ての実施形態は、閾値の自動指定(automated specification)に関係している。閾値は、特に好ましくは、適応可能な閾値として指定される。
好ましくは、全ての実施形態において、閾値は、浸漬および/または取り出しの間に予測される信号強度と相関する。
好ましくは、全ての実施形態において、閾値は、cLLDによって検知されるようになっている液体の量への依存を有する。
特に好ましくは、全ての実施形態において、閾値は、測定される液体と容器との間で得られるインターフェースの大きさに対する依存、すなわち、いわゆる、ぬれ面積の大きさに対する依存を有する。
好ましくは、全ての実施形態において、感度設定は追跡され、および/または、動的に適応されうる。これは、特に好ましくは、ぬれ面積の関数としてなされる。
好ましくは、全ての実施形態において、2または3の感度グループが予め定められる。これらのグループのそれぞれは、液体の量および/またはぬれ面積の関数としての、それ自身の特有の感度プロフィールを有する。
特に好まれる実施形態は、感度クラスのそれぞれが、それ自身の特有の閾値プロフィール(上記感度プロフィールに適応するか、上記感度プロフィールに由来するプロフィール)を有する実施形態である。
容器の形状(ジオメトリ)および検知される液体の量も、関連する。したがって、好ましくは、全ての実施形態において、容器の形状(ジオメトリ)、または、液体によって覆われる壁面(ぬれ面積と呼ばれる)に、上記感度が依存している。
本発明によると、例えば他のシステム配置または構成において、例えば上記閾値を変換することにより、あるいは、表照会(table enquiry)によって表またはメモリから対応するエントリーを検索することにより、液体の液体特有値として与えられた閾値、あるいは、液体の分類またはグループ化が適用されうる。この原則は、本発明のすべての実施形態に適用されうる。
液体の液体特有値として与えられた閾値、あるいは、液体の分類またはグループ化は、他の実験器具に関連して使用されうる。この原則は、本発明の全ての実施形態に適用されうる。
本発明の好ましい実施形態では、以下の記述/ルール、すなわち、
・上記感度は、一定ではない、
・上記感度は、少なくとも、検知される液体の体積、および/または、ぬれ面積(あるいは、他のパラメータ)に依存している、
・好ましくは、異なる感度または感度曲線は、液体体積および/または、ぬれ面積に依存して、予め定められる、
・好ましくは、感度クラスへの分類が、上記センサの浸漬または取り出しの間に上記静電容量ジャンプの強度にしたがってなされる、
・適切な閾値、適切な一連の閾値または適切な閾値関数は、上記感度クラスによって予め定められる、
・上記液体の感度クラスに依存して(すなわち、導電率と誘電率に依存して)、異なる一連の閾値または異なる閾値関数が適用される、
のうちの1つ以上の記述/ルールが満たされる。
・上記感度は、一定ではない、
・上記感度は、少なくとも、検知される液体の体積、および/または、ぬれ面積(あるいは、他のパラメータ)に依存している、
・好ましくは、異なる感度または感度曲線は、液体体積および/または、ぬれ面積に依存して、予め定められる、
・好ましくは、感度クラスへの分類が、上記センサの浸漬または取り出しの間に上記静電容量ジャンプの強度にしたがってなされる、
・適切な閾値、適切な一連の閾値または適切な閾値関数は、上記感度クラスによって予め定められる、
・上記液体の感度クラスに依存して(すなわち、導電率と誘電率に依存して)、異なる一連の閾値または異なる閾値関数が適用される、
のうちの1つ以上の記述/ルールが満たされる。
容量性液位測定(cLLD)は、非常に敏感であるから、測定される液体のための感度の正確な事前設定が特に重要である。誤った設定は、誤った、あるいは非常に不正確な結果につながりうる。本発明は、自動分類の結果として、より高い信頼性をcLLDに提供する。
容量性液位測定の成功のために、適切な感度設定値の選択または指定が、好ましくは、すべての実施形態において、本発明によって可能になる。好ましくは、適切な感度設定値の指定は、すべての実施形態において装置によって自動的にもたらされる。
使用される液体の詳細な情報について装置のユーザーが気にかける必要がないことは、本発明の長所である。これに加えて、ユーザーは、いずれの実施形態においても、いかなる手入力も必要ない。なぜならば、本発明の装置は、例えば対応する手順を引き出した後に、1以上の液体を自動的に分類するように、および/または、次の容量性液位測定(cLLD)のための事前設定値を予め定めるように、設計されているからである。
全ての実施形態において、本発明は、構成シーケンスと、そのような装置のハンドリングを、より単純に、かつ、よりエラーになりにくくする。
容量性液位測定(cLLD)を行うとき、本発明は、実施に従い、エラーに対するよりインテリジェントな検知と反応を可能にする。
本発明は、今日の液体ハンドリングシステムの機械的および物理的な制限を、さらに先進的なものにして、最も少ない量にする。
本発明の容量性液位測定(cLLD)は、ウエル(well)を有するマイクロプレート、プラスチックまたはガラスの管およびトレイのような、任意の流通している実験器具(容器)で機能する。
好ましくは、全ての実施形態において、容量性液位測定(cLLD)のために最適化される実験器具(容器)を受けるか、運ぶために、特別なキャリアが使われる。
そのようなキャリアは、以下の1以上の基準を満たさなければならない:
・キャリア壁が非導電性であるように設計されている、
・キャリアベースが導電性であると共に(例えば、作業台と共に)接地するように設計されている、
・キャリアベースが上記液体の近くに位置するように設計されている。
そのようなキャリアは、以下の1以上の基準を満たさなければならない:
・キャリア壁が非導電性であるように設計されている、
・キャリアベースが導電性であると共に(例えば、作業台と共に)接地するように設計されている、
・キャリアベースが上記液体の近くに位置するように設計されている。
好ましくは全ての実施形態において、本発明は、速い信号および遅い信号を評価して、容量性液位測定(cLLD)を行う。ここで、異なる閾値は、速い信号および遅い信号を評価するために用いられる。この場合、上記2つの閾値のうちの少なくとも1つの閾値(好ましくは両方の閾値)は、検知される液体体積に対する依存、および/または、測定される液体によって即座にぬれる面積に対する依存がある。
液体の物性は、本発明のいずれの実施形態においても、知られている必要がない。
本発明は、全ての実施形態において、本発明に従って先に行われた自動分類の結果として、容量性液位測定(cLLD)のより高い信頼性を提供する。
本発明は、エラーに対する、よりインテリジェントな検知および反応を可能にする。
本発明により、容量性液位測定(cLLD)のフレームワーク内で、以前より少ない量(例えば、384個のウエルのマイクロプレートにおけるV型の基部で、ウエル内の約2μlまでの水道水)を検知できる。
本発明により、あまり導電性のない液体の容量性液位測定(cLLD)のフレームワーク内で、より少ない量(例えば、384個のウエルのマイクロプレートにおけるV型の基部で、ウエル内の約30μlまでのエタノール)を検知することもできる。
全ての実施形態において、大部分の場合では、1回のcLLD検知で十分である、すなわち、測定が繰り返される必要はない。上述したように、1つの速い信号および1つの遅い信号が容量性液位測定(cLLD)において使用されるならば、このことが特にあてはまる。
本発明に係るハンドリングシステム(装置)および本発明に係る方法が、本発明の範囲を制限しない典型的な実施形態の概略図面によって、詳細に説明される。
図1は、先行技術に係る実験用器具の概略図を示し、
図2は、エッペンドルフチューブ(登録商標)内の4つの異なる液体について、本発明に係る測定の結果を示す概略グラフを示し、
図3は、本発明の第1の典型的な方法の概略フロー図を示し、
図4Aは、一方で、液体の容量性測定および分類を行い、他方で、容量性液位測定(cLLD)を行うために設計された、本発明に係る第1の装置の概略図を示し、
図4Bは、8本のチューブ付きキャリアが配置される接地されたワークテーブルを備える、本発明に係る他の装置の一部の概略図を示し、
図4Cは、12本のチューブが取り付けられた典型的なキャリアの斜視図を示し、
図5は、さらなる実施形態に係る2つの異なる閾値(そして、できれば他の基準)の適用を描くことができるために、容量性液位測定(cLLD)についての本発明に係る2つの信号が、単純化された形で示された概略的な強度−時間図を示し、
図6Aは、異なる液体体積でそれぞれ満たされた3つの同じ容器の概略図を示し、
図6Bは、図6Aに示される3つの充填レベルに関連する概略図を示し、ここで、一方では、導電性の液体からセンサを取り出すときの信号強度が示され、他方では、適切な閾値が示され、
図7は、第1のより早い信号および第2のより遅い信号を評価する容量性液位測定(cLLD)を行うのに適している一連の離散的な閾値を示す概略図を示し、
図8Aは、左側に示されている容器に関連する、非常に模式的な図を示し、この図において、曲線は、3つの液体クラスのそれぞれのために予め定められており、
図8Bは、左側に示されている容器に関連する、非常に模式的な図を示し、この図において、曲線は、3つの液体クラスのそれぞれのために予め定められている。
典型的な液体ハンドリングシステム100が以下に記載される。しかしながら、ここで、本発明は、他のハンドリングシステム、実験システム、医薬システムなどにも簡単に適用されうる。これらのシステムは、装置100として全体的にここで示される。
ターム(term)容器101(実験器具とも呼ばれる)は、とりわけ以下の容器を含む。すなわち、ウエル有するマイクロプレート、トレイ、チューブ(ガラス製またはプラスチック製)、容器、ボトル、フラスコなどである。
これに加えて、各容器101には、キャリア103.1(ここでは、また、キャリア103.1と呼ばれる)が割り当てられる。いくつかの実施例を参照することによって、図4A、4Bおよび4Cに概略的な形で示されているように、キャリア103.1上、または、キャリア103.1内に、容器101は、配置されうる。
以下において、一タイプのセンサ102、一タイプの容器101、一タイプのキャリア103.1、または一タイプの作業台103.2の記載があるとき、「タイプ」という単語は、ジオメトリと、材料とを備えなければならない。
キャリア103.1は、例えば図4Bからわかるように、作業台103.2、または、他の適当な表面上に配置されている。
キャリア103.1と共に、作業台103.2は、ここでは、容器環境103として指定されている。
容量性液位測定cLLDによって、液位の信頼性があると共に繰り返し正確な決定を可能にするために、測定される液体1は、異なる感度グループまたはクラスに分けられる。このプロセスも、ここでは、液体1の分類(またはグループ化)として指定される。この分類は、それぞれの液体1の導電率および実効的静的誘電率の直接的または間接的な測定によって、すべての実施形態において好ましくは行われる。
本発明のフレームワーク内で、導電率と誘電率の絶対的な測定または決定が必要とされないことが、調査で明らかとなった。液体1の質的な評価は、すべての実施形態にとって十分である。
導電率および誘電率は、まとめている(統合する)方法で働く容量測定プロセス(容量性測定と呼ばれる)によって液体1を分類するために、ここでは間接的に使用される特定の材料特性である。
物質、ここでは液体1の誘電率(通常εとして定義される)は、物質の誘電導電率を示す。単位は、一般的にAs/Vmである。誘電率は、周波数依存である。誘電率は、例えば、水中で非常に強く定められる。
誘電率は、周波数依存の誘電率ε(ω)(比誘電定数とも呼ばれる)およびフィールド定数ε0(真空の誘電定数)の積として表されうる。
測定構成の予め定められたジオメトリのための導電率の特定の大きさは、複合周波数依存のインピーダンスへのアドミタンス(admittance)Yを介してリンクされる。したがって、上記導電率は、本発明の装置100の測定技術によって直接記録されうる。
「シーメンス/μm」(s/μm)は、導電率のための単位として使われる。例:非常に純粋な水は、0.05μS/cmから0.1μS/cmを有し、水道水は、300μS/cmから1mS/cmを有する。
好ましくは、全ての実施形態において、その後、液体1を関連させ、または、予め定められた(例えば以前に決定された)参照量と比較するために、容量性測定が行われる(図3のステップS1参照)。ここで、上記参照量は、例えば、メモリ107(図4A参照)から与えられうる。
上記分類は、容量性測定(図3のステップS1参照)によって、全ての実施形態においてなされる。好ましくは、この容量性測定は、センサ102の浸漬または取り出しの間になされる。しかし、センサ102が液体1中に位置する間、容量性測定も行われうる。この後者の場合、絶対の測定は、液体1を分類できるためになされる。
本発明のフレームワーク内で、好ましくは、全ての実施形態において、液位を検知するためにその後も用いられる同一の容量性液位測定システム110は、感度グループまたはクラスを決めるために、または、液体1を分類するために用いられる。
したがって、すべての装置100で、好ましくは、全く同一の液位測定システム110が、液体1を分類するために、および、液位を検知するために使われる。このことは、自動分類の結果が、すぐに移され、容量性液位測定に適用されうるという利点を有する。
好ましくは、全ての実施形態において、特別な分類モジュール104が用いられ、この特別な分類モジュール104は、図4Aに示されるように、回路のような接続またはリンク106を介して、充放電回路2および/または信号処理回路6の(測定)感度に影響を及ぼすこと、または感度の調整を可能にする。
上記実施形態によると、分類モジュール104は、回路2および/または6に対応する閾値、一連の閾値または閾値関数sV(FV)またはsV(bO)を予め定めることができ、または、例えば、信号または量eによって、閾値、一連の閾値、または閾値関数sV(FV)またはsV(bO)の指定処理を開始させることができる。
図4Aの関数グループまたはアセンブリは、1つの回路に、部分的に、または、すべてが一緒に組み込まれうる。そのような回路は、好ましくは、メモリからの指示/命令を処理する少なくとも一つのプロセッサを備えるプロセッサ制御回路である。
この場合、および、プロセッサを備える他の実施形態において、プロセッサベースの実装例がここに記載されている。そのような実装は、ハードとソフトの組合せを備える。
本発明のフレームワーク内で、好ましくは、全ての実施形態において、周波数依存の導電プロセスは、液体システムで測定され、容量方法によって調査される。このプロセスは、ここでは、容量性測定として示される(図3のステップS1参照)。直流を使う液体1の抵抗測定と比較して、インピーダンスの容量性測定は、実質的により有益な複素量Z、または、複素量Zのジャンプをあたえる。したがって、本発明の実施形態は、交流電圧(AC電圧)を使う容量性測定に基づいている。本発明の全ての実施形態において、この交流電圧は、例えば、充放電回路2によって与えられうるし、センサ102に印加されうる。センサ102は、この場合、低いポテンシャルで充電される。液体1への浸漬、または、液体1からの取り出しの間に、静電容量の突然の変化が得られ、それは、測定されうるか、評価されうる(例えば回路104または6によって)。
容量性測定を行うとき、測定または評価は、例えば分類モジュール104によってなされる。容量性液位測定を行うとき、測定または評価は、例えば信号処理回路6によってなされる。しかしながら、両方とも共通の回路モジュールでなされうる。
液体1の材料特性を特徴づけるための理想的なセンサジオメトリは、ごく少量のエッジ効果(edge effects)および浮遊静電容量しかない、検査対象の液体1中の均一な電界を備える。その間に液体1が配される、無限拡張の2枚の平面平行の電極板によってのみ、この必要条件は、満たされる。実際の装置100では、環境はかなり異なる。容器101の実際の環境において線形に移送可能なセンサ102によって、十分に正確な測定が、容量性測定のフレームワーク内で分類できるようになされうるということを、調査は示した。特に、そのような容量性測定が、いくつかの(好ましくは3つ)感度グループまたはクラスのうちの1つに調査される液体1を分類するために、十分であることが明らかにされた。
誘電体と比べて、液体は固相において非常に複雑なふるまいを示す。液相では、様々な充電輸送プロセスも可逆および不可逆の電気化学反応も、作用する交番電界の周波数および振幅と温度とに依存して生じうる。したがって、本発明のフレームワーク内で、可能な限り調査される液体1で電気化学反応を避けるために、200kHz〜500kHzの周波数帯、および、好ましくは250kHz〜350kHzの周波数帯が、容量性測定のために選ばれる。
好ましくは、全ての実施形態において、容量性液位測定cLLDの場合のように、同じ周波数帯が自動分類で使われる。したがって、好ましくは、同じ回路2が両方のプロセスに使われうる。
センサ102に印加される交流電圧(AC電圧)の大きさは、適切に大きい信号対雑音比の必要条件から得られる。本発明の全ての実施形態において、好ましくは、実用交流電圧は、使われるセンサジオメトリに依存して、約5Vで終わる充電カーブを有している。
好ましくは、全ての実施形態において、同じ振幅が、容量性液位測定の場合のように、自動分類で使われる。したがって、好ましくは、同じ回路2が両方のプロセスに使われうる。好ましくは、全ての実施形態において、同じ直接的な電圧フラクション(fraction)(分極化電圧)が、容量性液位測定の場合のように、自動分類で使われる。直接的な電圧フラクション(分極化フラクション)は、好ましくは約3Vである。
感度グループまたはクラスを決めるための、または、液体1を分類するための手順は、好ましくは、
分類される液体1の(定められた)液体体積FVを与えるステップを備え、これは、全ての実施形態において、決められた容器101、すなわち、以前に指定されたタイプの容器101で、好ましくはなされる。
また、(定められた)センサ102、好ましくは以前に指定されたタイプのセンサ102は、この液体1の(定められた)液体体積FV内に移送され(浸漬動作と呼ばれる)、液体1の容量性測定が、(この場合)以前に十分に適応した感度で、または、最大感度でなされるステップを備え、この場合、好ましくはすべての実施形態において、定められた決定環境が使われる。そのような定められた決定環境は、少なくとも1つの定められた容器101(ここでも専用容器に指定されている)と、定められたキャリア103.1とを好ましくは備える。
また、液体1の容量性測定の間、センサ102により与えられる(検知)信号s(t)によって、液体1は、いくつかの感度グループまたはクラスのうちの1つに分類される。好ましくは、全ての実施形態は、感度グループまたはクラスへの分類を行うために、(検知)信号s(t)の信号ジャンプまたは容量性測定の(検知)信号s(t)の強度を使う。好ましくは、全ての実施形態において、感度クラスへの分類は、(検知)信号s(t)の強度を、少なくとも1つの予め定められた閾値に関連づけることによって、なされる。(検知)信号s(t)の強度が予め定められた閾値を上回っていれば、この液体は第1の感度クラス(図3のステップS4)に分類される。(検知)信号s(t)の強度が予め定められた閾値未満であれば、この液体は第2の感度クラス(図3のステップS5)に分類される。
このように特定の感度グループまたはクラスへの液体1の分類は、この液位測定のための適切な感度(事前)設定値を予め定めるために、容量性液位測定cLLDにおいて、(すぐに、またはその後に)使われる。
分類される液体1の(定められた)液体体積FVを与えるステップを備え、これは、全ての実施形態において、決められた容器101、すなわち、以前に指定されたタイプの容器101で、好ましくはなされる。
また、(定められた)センサ102、好ましくは以前に指定されたタイプのセンサ102は、この液体1の(定められた)液体体積FV内に移送され(浸漬動作と呼ばれる)、液体1の容量性測定が、(この場合)以前に十分に適応した感度で、または、最大感度でなされるステップを備え、この場合、好ましくはすべての実施形態において、定められた決定環境が使われる。そのような定められた決定環境は、少なくとも1つの定められた容器101(ここでも専用容器に指定されている)と、定められたキャリア103.1とを好ましくは備える。
また、液体1の容量性測定の間、センサ102により与えられる(検知)信号s(t)によって、液体1は、いくつかの感度グループまたはクラスのうちの1つに分類される。好ましくは、全ての実施形態は、感度グループまたはクラスへの分類を行うために、(検知)信号s(t)の信号ジャンプまたは容量性測定の(検知)信号s(t)の強度を使う。好ましくは、全ての実施形態において、感度クラスへの分類は、(検知)信号s(t)の強度を、少なくとも1つの予め定められた閾値に関連づけることによって、なされる。(検知)信号s(t)の強度が予め定められた閾値を上回っていれば、この液体は第1の感度クラス(図3のステップS4)に分類される。(検知)信号s(t)の強度が予め定められた閾値未満であれば、この液体は第2の感度クラス(図3のステップS5)に分類される。
このように特定の感度グループまたはクラスへの液体1の分類は、この液位測定のための適切な感度(事前)設定値を予め定めるために、容量性液位測定cLLDにおいて、(すぐに、またはその後に)使われる。
液体1の容量性測定は、好ましくは、全ての実施形態において、最も高い感度で容量性測定を行う装置100によって、なされる。最も高い感度および予め定められた閾値で測定された信号強度によって、液体は、いくつかの感度グループまたはクラスのうちの1つに分類される。
好ましくは、液体1の容量性測定は、例えば、同じタイプ102のピペットチップを備える実験用器具100の全8つのセンサを使う同じチューブ101で、連続して行われる(例えば、200の自由になるチップ102が8回使われうる)。それが静電的な影響によってしばしば誤るので、8つの測定の最初のものは好ましくは放棄される。好ましくは、全ての実施形態において、残りの7つの測定から、測定された信号の平均が決められ、上記分類がこの平均に基づいて行われる。
図4Aは、分類モジュール104が、自動分類を容量性液位測定の実行につなげるために充放電回路2に回路のように接続されていることを示す。
しかしながら、全ての実施形態において、分類モジュール104は、信号処理回路6に、または、回路2および6の両方に、回路のように接続だけされうる。
本発明によると、液体1の特定の感度グループまたはクラスへの分類は、容量性液位測定cLLDが異なる環境で(例えば、異なる容器101で、または、異なるプラットホームまたは装置100で)なされるのを可能にする。
特定の感度グループまたはクラスによって、計算による適応が、異なる液体体積FVに、および/または、異なるぬれ面積に、および/または、異なる容器101に、および/または、異なるキャリア103.1に、および/または、異なる作業台103.2に、および/または、異なるピペットチップ102に、なされうる。この場合、装置100は、モジュールを備え、または、装置100は、モジュールに接続されうる。このモジュールは、2つの回路2、6のうちの1つ、または、両方の回路2、6がセットされるか、または、液位測定cLLDのために、それに応じてリセットされる前に、計算による適応を行う。
好ましくは、全ての実施形態は、装置100において容量性液位測定にふさわしくない液体1を特定するか、除去することができるように設計されている。この特定または除去は、なされうる。例えば、液体1の容量性測定が、信号が最小値(低い閾値)未満なので、全く分類を許容しない(検知)信号s(T)を与える場合である。
図2は、本発明の装置100において、4つの異なる液体を使って行われた測定のグラフ図を示す。4つの液体の各々は、図2の凡例に示すように、異なるグラフ信号が割り当てられている。ここで、第1の液体はEtOH(エタノール)から成り、第2の液体は脱イオン水(蒸留され、イオン除去された水)から成り、第3の液体は水道水から成り、第4の液体は3モルのNaCl(塩化ナトリウム)から成る。
図2は、(検知)信号s(t)の(信号)強度SIが調べられれば、第1および第2の液体が明らかに識別されうることを、明らかにしている。第3および第4の液体は、強度SIの検査によって、あまり明確に識別されえない。この場合、各々のケースでは、これらの第3および第4の液体は、第1および第2の液体から明らかに区別されうる。ここで、いわゆる体積単位VEは、x軸に(例えば10μlステップで)プロットされる。
図3は、本発明の好ましい方法200の概略図を表す。方法200は、図示された典型的な実施形態においては、S1からS5によって特徴づけられる5つのステップに分けられる。
第1ステップS1において、液体1の容量性測定がなされる。液体1にセンサ102を浸漬する動作を行うとき、または、液体1からセンサ102を取り出す動作を行うとき、この容量性測定は行われうる。容量性測定は、別々である、あるいは統合された分類モジュール104で、全ての実施形態において好ましくは処理される(検知)信号s(t)を与える(図4A参照)。
好ましくは、全ての実施形態において、ステップS2のフレームワーク内で、液体1にセンサ102を浸漬する動作の間に、または、液体1からセンサ102を取り出す動作の間に得られる、容量性測定の信号s(t)の信号ジャンプは、液体1の自動分類を行うために、処理されるか、調べられる。
第2のステップS2において、例えば、上記信号ジャンプにおける(検知)信号s(t)の強度(信号強度)は調べられ/決定される。そして、ステップS3において、予め定められた閾値(例えばsV1)、ここで示される実施例では−60、によって、分類またはグループ化が行われる。図2の図において、強度SIのための単位(unit)は、意図的に予め定められていない。なぜならば、この単位が特定の回路のような実施に依存するからである。類似する回路のような構成では、信号強度SIは、例えばmVで与えられうる。デジタル回路のような構成では、信号強度SIは、例えば、ADUで与えられうる。ADUは、アナログ・デジタル変換を表し、アナログ(検知)信号s(t)を定量化するのに用いられる定量化ステップの数を示す。
図2において、第2の液体の点群が−90と−70との間の範囲にあるのに対し、第1の液体の点群が−50と−18との間に範囲にある。閾値sV1は、−60として予め定められていた。この閾値(例えばsV1)を用いて、ステップS3で判断が行われる。(検知)信号s(t)の測定された強度が−60を上回っているならば、対応する液体は、第1の感度クラス(第1のClと呼ばれる)に分類される。さもなければ、液体は、第2の感度クラス(第2のClと呼ばれる)に分類される。もう一つの閾値は、例えば−100に指定されうる。(検知)信号s(t)の測定された強度が−100未満かどうかを調べるもう一つのステップが、例えば、ステップS3に、加えられうる。このような場合には、それから、例えば、この液体が装置100において容量性液位検知にふさわしくないことが確かめられうる。
液体の分類に対する影響を有する様々な要因がありうることを、正確な調査は示す。そのような影響が存在する場合、測定を行うとき、および/または、測定を評価するとき、これらは、本発明によって考慮される。その中に、以下の(環境)影響は、一役を担うことができる。すなわち、
・容器101内の液体1の液体体積FV、
・容器101のタイプ(材料およびジオメトリ)、
・センサ102のタイプ(材料およびジオメトリ)、
・キャリア103.1のタイプ(材料およびジオメトリ)、
・作業台103.2のタイプ(材料およびジオメトリ)
である。
・容器101内の液体1の液体体積FV、
・容器101のタイプ(材料およびジオメトリ)、
・センサ102のタイプ(材料およびジオメトリ)、
・キャリア103.1のタイプ(材料およびジオメトリ)、
・作業台103.2のタイプ(材料およびジオメトリ)
である。
瞬間的ぬれ面積は、容器101内の液体1の瞬間的液体体積FVから、および、容器101のジオメトリから、各々のケースで、必要に応じて決定されうる。さもなければ、逆に言えば、上記感度は、上記ぬれ表面積に関連するカーブまたは一連の値に対する依存を有しうる。すなわち、そのような場合には、上記ぬれ表面積への閾値Sv(bO)の依存がある。
さらに、例えばキャリア103.1および作業台103.2の配線は、役割を果たす。接地を通して、例えば、それら両方が同じポテンシャルでありうる。そして、それは有利である。図4Bは、概略例を表す。図4Bにおいて、丸いベースを有する容器101は、作業台103.2上にあるキャリア103.1内に位置する。作業台103.2および/またはキャリア103.1は、接地されうる。好ましくは、全ての実施形態において、作業台103.2は、(図4Bで示すように)接地され、キャリア103.1は、不導電性材料(例えばプラスチック)から成る。接地した容器環境103は、特に適切である。
液体1の自動分類は、本発明の全ての実施形態において、装置100の予め定められた分類環境で、なされる。そのような予め定められた分類環境は、以下の仕様項目(specifications)の少なくとも1つが、予め定められた閾値(例えばT1)を決定するときに使われる仕様項目(決定環境)と同一であるという点で、特徴づけられる。すなわち、
・容器101の中の液体1の液体体積FVまたは液体1と容器101の間のぬれ表面積、
・センサ102のタイプ、
・容器101(好ましくは、専用容器が使われる)のタイプ、
・キャリア103.1のタイプ、
・(専用の)キャリア103.1が配置される作業台103.2のタイプ
である。
・容器101の中の液体1の液体体積FVまたは液体1と容器101の間のぬれ表面積、
・センサ102のタイプ、
・容器101(好ましくは、専用容器が使われる)のタイプ、
・キャリア103.1のタイプ、
・(専用の)キャリア103.1が配置される作業台103.2のタイプ
である。
液体1と容器101の間のぬれ表面積がわかっていれば、ぬれ表面積が容器101のタイプおよび液体体積FVに依存しているので、容器101および液体体積FVのタイプが必ずしもわかっている必要はない。
容量性測定が、既知の(予め定められた)液体、既知の(予め定められた)液体体積FV、および、それ以外の既知の環境103で既知の(予め定められた)センサ102でなされるとき、本発明は、例えば容器101を分類する、あるいは識別することを可能にする。この場合、例えば容器101の分類または識別は、例えば信号s(t)の強度によってなされうる。つまり、例えば、(cLLD)に適した容器101は、不適当なものが自動的に区別されうる。
好ましくは、装置100のすべての実施形態は、
・容器101および/または
・キャリア103.1および/または
・作業台103.2および/または
・センサ102
を分類する、あるいは識別するように設計された自動測定手順を備える。この場合、対応する測定手順を備えている装置100では、例えば、液体1がどのタイプのコンテナ101に位置するか、あるいは、例えば、センサ102のどのタイプ(どのセンサタイプ)が現在使われているか、決定できる。
・容器101および/または
・キャリア103.1および/または
・作業台103.2および/または
・センサ102
を分類する、あるいは識別するように設計された自動測定手順を備える。この場合、対応する測定手順を備えている装置100では、例えば、液体1がどのタイプのコンテナ101に位置するか、あるいは、例えば、センサ102のどのタイプ(どのセンサタイプ)が現在使われているか、決定できる。
本発明も、これらの異なる液体1が、液体1の誘電率および導電率によって識別されうるならば、装置100で使われる異なる液体1を区別できるようにすることができる。そのような異なる液体1間の識別は、既に述べた分類なしでなされうる。そのような識別のために、比較容量性測定を行うだけで十分である。すなわち、この場合、相対的な測定がなされれば十分である。例えば、装置100では、エタノールだけが第1の液体として存在し、蒸留されたイオン除去水は、第2の液体として存在することが分かっているならば、これら2つの液体は、信号s(t)の強度検査によって識別されうる。このように、液体1の混同は、自動シーケンスで避けられうる。
好ましくは、全ての実施形態は、異なる液体1を識別するのにふさわしい測定手順を備えている。
温度、圧力、および液体濃度の空間不均質によって、または、摂動場(perturbing field)によって発生されうる影響は、ここで考慮されない。しかし、高い再現性を達成するために、影響を有しうる重要な面が、できるだけ指定されなければならない。
好ましくは、全ての実施形態において、液体特有値の決定がなされる。この液体特有値は、例えば、信号s(t)の強度によって引き出されうる(例えば、テーブル問い合わせ(table enquiry)によってテーブルから得られるか、回路で測定される)。あるいは、それは、計算されうるか、信号s(t)の強度から引き出されうる。この液体特有値は、存在すれば、好ましくは、全ての実施形態において、装置100のその後の容量性液位測定cLLDのために、閾値を正確に設定するために使われうる。この場合、上記液体特有値は、容量性液位測定cLLDを行う前に、回路2および/または6に利用可能となる。それから、回路2および/または6は、容量性液位測定cLLDのために、閾値を予め定めることによって、適切な感度(例えばE1またはE2)に自動的に予めセットされる。
実施形態に従い、感度の事前設定は、1以上の閾値sV1、sV2、または、回路2および/または6による閾値関数sV(FV)またはsV(bO)を指定することによってなされうる。あるいは、図4Aで示すように、分類モジュール104によって、接続106を介して、回路2および/または6へ伝送され、あるいは、与えられる信号または制御変数によって、上記事前設定がなされうる。図4Aにおいて、回路2は、信号または制御変数によって直接的または間接的に変えられうる、影響できるスイッチまたはアクチュエータ12を備えうることが示されている。
液体1のクラスへの分類がなされた(だけ)ならば、例えば図3に示されるように、装置100のその後の容量性液位測定cLLDのための閾値を設定は、特定のクラスに割り当てることによってなされうる。それから、そのようなクラスは、それぞれ、例えば、一定閾値(例えばsV1)が割り当てられうる。したがって、例えば、装置100の液体1において、液位測定cLLDがなされる場合、特定のクラスに応じた閾値の設定をするために、この特定のクラスへの液体1の割り当てが調べられる。
好ましくは、本発明の装置100は、液位測定cLLDがなされる前に適切な閾値を自動的にセットするために、(切替)スイッチ、またはアクチュエータ12(上述したように)を備える。セットされた閾値は一定であってもよい。好ましくは、全ての実施形態において、それらは、液体体積FV(したがって、sV(FV)として示される)に対する依存、または、ぬれ表面積(したがって、sV(bO)として示される)に対する依存を有する。
本発明に係る、既に述べたモジュール104を備える装置100の典型的な実施を、図4Aは示す。そして、このモジュール104は、装置100内での液体1の自動分類のために設計される。モジュール104は、図4aに示すように、ライン接続105を介してセンサ102に直接接続されうる。容量性測定(図3のステップS1)が行われる場合、例えば、モジュール104は、センサ102でタップされた(例えば、浸漬動作中の)信号s(t)の強度、または信号ジャンプの他の特性を決定する。そして、例えば、容器101内の液体1は、2つの異なる感度クラスのうちの1つに分類される。装置100の後の時点において、液体1の液位測定cLLDが容器101(またはもう一つの容器)で行われることになっているならば、モジュール104は、充放電回路2(および/または回路6)の閾値の設定に影響する。図4Aは、(切替)スイッチまたはアクチュエータ12が第1の感度E1から第2の感度E2に(または逆に)切り替えを可能にする実施形態を示す。感度が高ければ高いほど、逆に、対応する閾値がそれだけ低く設定される。
本発明によると、本発明に係る全ての実施形態において、感度は、
・充放電回路2によって、センサ102の充放電中の対応する信号(例えば交流電圧の振幅および/または周波数)を予め定めることができるために、および/または、
・信号a(t)を(例えば回路6によって)評価/処理するとき、(例えば回路6における増幅係数を適応させることによって)感度の対応する設定がなされるために、
予め定められうる(以前になされた液体1の分類に依存する)。
・充放電回路2によって、センサ102の充放電中の対応する信号(例えば交流電圧の振幅および/または周波数)を予め定めることができるために、および/または、
・信号a(t)を(例えば回路6によって)評価/処理するとき、(例えば回路6における増幅係数を適応させることによって)感度の対応する設定がなされるために、
予め定められうる(以前になされた液体1の分類に依存する)。
このように、充放電回路2によって、液位測定cLLDの「使える」出力信号a(t)(例えば、ほとんど摂動影響を有さない信号)が与えられ、これは、以降の信号処理回路6で、さらに処理されると共に、評価されうる。
プロセス200のシーケンスは、例えば、装置100のコントローラ7によって引き起こさせることができ、および/またはモニタさせることができる。しかしながら、モジュール104は、プロセス200のシーケンス制御のために、それ自身のコントローラ(プロセッサ)を備えることもできる。
容量性測定を行うとき、および、液位測定cLLDの間の両方で、浸漬する間および取り出す間にセンサ102でタップされうる信号は、信号ジャンプを生成する。浸漬の間、信号は、取り出す間の信号と異なるサインを有する。好ましくは、液体1の自動分類の間、および、液位測定cLLDを行うときも、ジャンプ高さ、または、振幅が評価される。したがって、ここでは、信号s(t)の信号強度SIの話が、信号ジャンプの範囲内にある。
すでに述べたように、好ましくは全ての実施形態において、液体1の自動分類は、所望の値の助けによってなされる。この所望の値は、(例えば、装置100の予め定められた決定環境で)決定され、その後、(例えば、メモリ107に、図4A参照)保存されたものである。所望の値が補助のために使われうるので、本発明は、質的または相対的な予測で動作する。例えば、上記信号ジャンプがsV1=−60より大きければ、対応する液体1は第1のクラスに分類される、などである。
容量性測定のフレームワーク内の全ての実施形態において、より速い信号s1(t)、および、より遅い信号s2(t)は、(検知)信号から引き出され/得られることができ、処理されうる。これらの2つの信号s1(t)およびs2(t)から、速い信号s1(t)のための第1の閾値sV1および遅い信号s2(t)のための第2の閾値sVlが、定められる。この手順は、オプションである。
図5は、より速い信号s1(t)、および、より遅い信号s2(t)の処理に基づく液位測定cLLDを示す。図5において、2つの信号の信号強度SIのふるまい(behaviour)は、時間tに対してプロットされる。さらに、2つの閾値vSsおよびvSlの位置が示されている。信号s1(t)が第1の閾値vSsを上回るとき、これが、浸漬または取り出し(サイン(sign)次第)のための第1のポジティブな徴候として、みなされうる。信号s2(t)が第2の閾値vSlを上回るとき(ここで、vSl>vSs)、これは、浸漬または取り出し(サイン次第)のための決定的な確証と、みなされうる。
実用的な適用においては、これら2つの閾値vSs,vSlに加えて、好ましくは他の基準(ここでは、第1の信号s1(t)のパルス幅P1と第2の信号s2(t)のスロープST)が評価され、検知の正しさをチェックする。
本発明によると、液体1の自動分類の間、少なくとも2つの異なる閾値vSs、vSlと、好ましくは他の基準(P1、ST)とが決められ、液位測定cLLDにおける以後の使用のために保存されうる。より好ましい実施形態において、閾値vSs、vSlは、液体体積FVおよび/またはぬれ表面積に対する依存を有する。
速い信号s1(t)と遅い信号s2(t)による以降の液位測定cLLDのための全ての実施形態において、遅い信号s2(t)の閾値vSlは、速い信号S1(t)の閾値vSsから決められうる。あるいは、その逆も決定されうる。
閾値が一定でない実施形態が、以下に記述される。これらの実施形態は、分類される液体1の液体体積FV、および/または、ぬれ表面積に対する依存があることの発見に基づいている。以下の面にも影響がある、様々な依存の正確な調査は、強度SIが特別な曲線プロフィールを有することを示した。
強度SIは、以下の面に強く依存している。すなわち、
・すでに述べたような液体1の導電率および比誘電率(relative static permittivity)、
・液体体積FV、
・容器101のタイプ、および/または、ぬれ表面積、
・キャリア103.1のタイプ、
・センサ102のタイプ、
・作業台103.2のタイプ、
・上述した要素の材料、
・動作Bの速度である。
・すでに述べたような液体1の導電率および比誘電率(relative static permittivity)、
・液体体積FV、
・容器101のタイプ、および/または、ぬれ表面積、
・キャリア103.1のタイプ、
・センサ102のタイプ、
・作業台103.2のタイプ、
・上述した要素の材料、
・動作Bの速度である。
本発明に係る液位測定cLLDにおいて、信号a(t)のジャンプまたは信号強度SIは、これら全ての摂動影響よりも、かなり大きくなければならない。
導電性の液体1については、体積FVが小さくなればなる程、または、瞬間的なぬれ表面積が小さくなればなる程、信号s(t)またはa(t)が、ますます小さく、容器101のベースにより近くなる。
容器101の形状(ジオメトリ)も、関連する。例えば、同じ液体体積FVに関して、信号強度SIは、わずかに曲がったベースを有する容器101(例えば図4B参照)において、V字形状ベースを有する容器(例えば図8B参照)よりも高い。
本発明によると、最も少ない体積さえ、測定でき/検知できるはずである。つまり、測定できる限度は、小さな体積FVの方向に移されるはずである。10μl未満、好ましくは5μl未満の体積FVが、好ましくは検知されうるはずである。
本発明に係る容量性液位測定cLLDにおいて、良好な結果を出すために、全ての実施形態において、容器101の材料は非導電性の材料であるべきで、容器101の基部は接地した作業台103.2と接触できるか、作業台103.2に近接しうる(距離AB<2mm、図4B参照)。
好ましくは、全ての実施形態において、容量性液位測定cLLDのために最適化された特別なキャリア103.1が使われる。そのようなキャリア103.1は、次の基準のうちの1以上の基準を満たさなければならない(ここでは、図4Bの例が参照される)。すなわち、
・キャリア壁103.3は、非導電性であるように設計され、
・キャリアベース103.4は、(例えば、図4Bに図式的に示された作業台103.2と一緒に)導電性を有すると共に接地されように設計され、
・液体1の近くに位置するように、キャリアベース103.4が設計されている。
・キャリア壁103.3は、非導電性であるように設計され、
・キャリアベース103.4は、(例えば、図4Bに図式的に示された作業台103.2と一緒に)導電性を有すると共に接地されように設計され、
・液体1の近くに位置するように、キャリアベース103.4が設計されている。
図4Cは、ここでは、12本のチューブ101が取り付けられている典型的なキャリア103.1の斜視図を示す。この図において、キャリア103.1のキャリアベース103.4とキャリア壁103.3とが明確に見られうる。キャリアベース103.4は、それが作業領域103.2と共に接地するように、作業領域103.2に接続されうる。
概して、特に確実かつ正確に作動する装置100またはプロセス200が与えられるようになっているとき、以下のルールまたはアプローチが考慮されるべきである。
・上記閾値は、浸漬(または取り出し)の間に生じる静電容量(信号ジャンプ)のジャンプに関連している。
・上記閾値は、液体1に関する感度と、環境(例えば容器環境103)に関する感度の欠如との間でバランスされなければならない。
・上記閾値があまりに低く設定されれば、液位測定cLLDがますます敏感になる。結果として、誤った測定が、より生じるようになる。
・上記閾値があまりに高く設定されれば、液位測定cLLDがますます鈍感になる。つまり、センサ102は、静電容量ジャンプが検知されうるまで十分に大きくなる前に、液体1に、より深く挿入されなければならない(液位が見つからない)。さらに、弱い導電率を有する液体1は、もはや検知されえない。
・上記閾値は、浸漬(または取り出し)の間に生じる静電容量(信号ジャンプ)のジャンプに関連している。
・上記閾値は、液体1に関する感度と、環境(例えば容器環境103)に関する感度の欠如との間でバランスされなければならない。
・上記閾値があまりに低く設定されれば、液位測定cLLDがますます敏感になる。結果として、誤った測定が、より生じるようになる。
・上記閾値があまりに高く設定されれば、液位測定cLLDがますます鈍感になる。つまり、センサ102は、静電容量ジャンプが検知されうるまで十分に大きくなる前に、液体1に、より深く挿入されなければならない(液位が見つからない)。さらに、弱い導電率を有する液体1は、もはや検知されえない。
図6Aは、異なる液体体積FVでそれぞれ満たされる3つの同一の容器101の概略図を示す。液体体積FVは、左から右に減少する。図6Bは、図6Aに示される3つの充填レベルの状況に関連する概略図を示す。この図は、一方で、導電液体1からのセンサ102の取り出しの間の信号強度SIを示し、他方で、適切な閾値を示す。
上述したもののうちのいくらかは、これらの図から確かめられうる。液体体積FVがより小さくなるか、ぬれ表面積を減らすにつれて、強度SIは減少する。上記強度曲線(図6Bの上側の曲線)は、明確な第1の領域M1を有する。この領域M1は、単調に減少すると共に、一定の勾配を有する直線に近似されうる。上記強度曲線は、大きく減少すると共に、勾配が増加する第2の領域M2も有する。測定結果は、非常に小さな体積FVには使えない。
本発明によると、好ましくは、自動分類のフレームワーク内の全ての実施形態において、強度曲線の各々の値は、対応する閾値に割り当てられる。信号が液位測定cLLDの浸漬または取り出しの間に検知可能なままであるために、関連する閾値は、強度曲線の値よりも常にわずかに低くなければならない。図6Bでは、下側の曲線は、閾値曲線の可能なプロフィールを表す。
本発明によると、好ましくは、全ての実施形態において、一連の離散的な閾値が決定される(例えば、図7に示される)。しかし、全ての実施形態において、閾値関数sV(FV)またはsV(bO)が定められうる。ここで、閾値関数sV(FV)は、液体体積FVに対する依存を有し、閾値関数sV(bO)は、容器101内の液体1のぬれ表面積に対する依存を有する。
好ましくは、全ての実施形態において、測定される液体体積FVおよび/または瞬間的なぬれ表面積が閾値の選択についての影響を有するように、液位測定cLLDが行われる。液体体積FVを減らすことで、または、ぬれ表面積を減らすことで、閾値も好ましくは減少する。従って、cLLD液位測定の感度は、ますます低くなる。
図7は、第1のより速い信号s1(t)および第2のより遅い信号s2(t)(図5参照)を評価する容量液位測定cLLDを行うのに適している一連の離散的な閾値を示している概略図を示す。体積単位がx軸にプロットされ、信号強度SIがy軸にプロットされる。体積FVを増やすことで、浸漬または取り出しの間の信号ジャンプがますます大きくなる。すなわち、強度SIが増加する。したがって、閾値もますますより大きくなる。
好ましくは、2つの信号s1(t),s2(t)で動作する全ての実施形態において、閾値曲線が使われ、両方の信号のための閾値曲線のプロフィールは、(図7で示すように)同一であるか類似している。より速い信号s1(t)のための閾値曲線は、vSsによって示され、より遅い信号s2(t)のための閾値曲線は、vSlで示される。好ましくは、全ての実施形態において、(図5にも示されるように)vSl>vSsを保持する。
図8Aは、左に示される容器101に関連する非常に概略的な図を示す。ここで、容器101は、わずかに曲がったベース108を有する。この図において図8Aに概要の形で示される3つの液体クラスの各々のために、曲線201、202、203が予め定められている。図8Aにおいて、体積単位VEは、感度の関数としてプロットされる。ここでは、全3つの感度クラス第1Cl.,第2Cl.,および第3Cl.の液体について、液位測定cLLDが成功できるために、体積FVを減らすことで(あるいは、ぬれ表面積を減らすことで)、感度がかなり減少しなければならないことがわかる。3つの曲線201、202、203は、図8Aに示すように、同一または類似でありえる。しかし、図8Bに示すように、3つの曲線は、かなり異なりうる。
図8Bは、左に示される容器101に関連する非常に概略的な図を示す。ここで、容器101は、V字形状に先細りのベース108を有する。V字形状ベース108は、ぬれ表面積の曲線プロフィールの依存が明確に識別されうる状況を示すために、ここで特に明確に定められている。図8Aと同様に、3つの感度クラス第1Cl.,第2Cl.,および第3Cl.が示されている。特に良好な導電性を有する液体(第3Cl.)に関して、対応する曲線204は、単調にわずかに増加する(例えば、M1領域において、線形に上昇しうる)プロフィールを有する。容器101の純粋な円筒形の領域から先細りのベース108への移行領域において、曲線204は、明らかに増加する傾斜を備える曲線プロフィール(図8Bの領域M2)を有している。良好な導電性を有する液体(第2Cl.)の曲線205は、傾斜および勾配がない直線プロフィール、または、その傾斜または勾配が非常に小さいプロフィール(図8Bの領域M1)を有する。ほとんど導電性を有しない液体(第1Cl.)の曲線206に関して、曲線206は、図8Bの概略図において、右の方へ傾いている。この曲線206は、図8Bの領域M2において、勾配を備える直線プロフィールを有する。曲線206の右への傾きは、ほとんど導電性を有しない液体に関して、曲線206の領域M1のぬれ面積の大きさが何の役割も演じないという単純化された方法で説明されうる。この領域では、作業台103.2からの距離ABが、かなり支配的である。
様々な液体の感度曲線は、異なるプロフィールを確かに有しうることが、図8Bから推論されうる。したがって、閾値曲線も、液体の導電率に応じて異なるプロフィールを有しうる。
好ましくは2つ、特に好ましくは3つの感度クラス第1Cl.,第2Cl.,および第3Cl.は、予め定められうる(図8Aおよび8B参照)。これらの感度クラス第1Cl.,第2Cl.,および第3Cl.は、例えば、以下のように定められうる。すなわち、
・10μS未満の導電率と、24と80との間の比誘電率(低い導電率:第1Cl.)を有する導電性液体、
・10μS未満の導電率と、80よりも大きい比誘電率(良好な導電率:第2Cl.)を有する導電性液体、
・100μSよりも大きい導電率を有する導電性液体(非常に良好な導電率:第3Cl.)。
・10μS未満の導電率と、24と80との間の比誘電率(低い導電率:第1Cl.)を有する導電性液体、
・10μS未満の導電率と、80よりも大きい比誘電率(良好な導電率:第2Cl.)を有する導電性液体、
・100μSよりも大きい導電率を有する導電性液体(非常に良好な導電率:第3Cl.)。
1 液体
2 充放電回路
3 ピペットチップ
4 ベースプレート
5 容器
6 信号処理回路
7 コントローラ
10 実験用器具
11 入力側
12 スイッチ/アクチュエータ
100 装置
101 容器(実験器具)
102 センサ
103.1 キャリア/サポート
103.2 作業台/表面/ベースプレート
103.3 キャリア壁
103.4 キャリアベース
103 容器環境
104 分類モジュール
105 ライン接続
106 回路接続
107 メモリ
108 ベース
110 液位測定システム
200 方法
201,202,203,204,205,206 曲線
a(t) cLLDの出力信号
AB 距離
B 移送動作
cLLD 液位測定
Ctip/liq センサと液体との間の静電容量
Ccoupl 結合コンデンサ
ε 誘電率
ε(ω) 周波数依存性誘電率
ε0 フィールド定数
e 制御変数または信号
E1 第1の感度
E2 第2の感度
FV 液体体積
S1,S2,S3,S4,S5,S6 プロセスステップ
s(t) 出力信号/(検知)信号
SI (信号)強度
KI 感度クラス
M1 第1の範囲
M2 第2の範囲
t 時間
sV1 第1の閾値
sV2 第2の閾値
sV(FV) 液体体積の関数としての閾値関数
sV(bO) ぬれ表面積の関数としての閾値関数
VE 体積ユニット
vS 予め定められた閾値
vSs 予め定められた閾値 速い信号
vSl 予め定められた閾値 遅い信号
Y アドミタンス
Z 複素量/インピーダンス
2 充放電回路
3 ピペットチップ
4 ベースプレート
5 容器
6 信号処理回路
7 コントローラ
10 実験用器具
11 入力側
12 スイッチ/アクチュエータ
100 装置
101 容器(実験器具)
102 センサ
103.1 キャリア/サポート
103.2 作業台/表面/ベースプレート
103.3 キャリア壁
103.4 キャリアベース
103 容器環境
104 分類モジュール
105 ライン接続
106 回路接続
107 メモリ
108 ベース
110 液位測定システム
200 方法
201,202,203,204,205,206 曲線
a(t) cLLDの出力信号
AB 距離
B 移送動作
cLLD 液位測定
Ctip/liq センサと液体との間の静電容量
Ccoupl 結合コンデンサ
ε 誘電率
ε(ω) 周波数依存性誘電率
ε0 フィールド定数
e 制御変数または信号
E1 第1の感度
E2 第2の感度
FV 液体体積
S1,S2,S3,S4,S5,S6 プロセスステップ
s(t) 出力信号/(検知)信号
SI (信号)強度
KI 感度クラス
M1 第1の範囲
M2 第2の範囲
t 時間
sV1 第1の閾値
sV2 第2の閾値
sV(FV) 液体体積の関数としての閾値関数
sV(bO) ぬれ表面積の関数としての閾値関数
VE 体積ユニット
vS 予め定められた閾値
vSs 予め定められた閾値 速い信号
vSl 予め定められた閾値 遅い信号
Y アドミタンス
Z 複素量/インピーダンス
Claims (18)
- 装置(100)における液体(1)の自動分類のための方法(200)であって、
上記装置(100)は、容器(101)内の上記液体(1)の容量性液位測定(cLLD)を行うように設計され、
上記方法(200)は、
上記容器(101)内に上記液体(1)を与えるステップと、
分類モジュール(104)と、異なる感度で作動することのできるセンサ(102)との間をライン接続(105)するステップと、
上記液体(1)にセンサ(102)を浸漬する動作を行うとき、または、
上記液体(1)から外へセンサ(102)を取り出す動作を行うとき、
この液体(1)の容量性測定を行うステップと
を備え、
上記液体(1)に上記センサ(102)を浸漬する動作の間または上記液体(1)から上記センサ(102)を取り出す動作の間に形成される上記容量性測定の信号(s(t))の信号ジャンプは、上記液体(1)の自動分類を行うために、処理されることを特徴とする方法(200)。 - 請求項1に記載の方法(200)であって、
上記信号ジャンプの領域の信号(s(t))の強度(SI)および/または上記信号ジャンプの振幅は、上記液体(1)の上記自動分類を行うために処理されることを特徴とする方法(200)。 - 請求項1または2に記載の方法(200)であって、
上記容量性測定の上記信号(s(t))の上記信号ジャンプが予め定められた閾値(vS)を上回っていれば、上記液体(1)を第1の感度クラスに分類するステップ(S4)と、
上記容量性測定の上記信号(s(t))の上記信号ジャンプが上記予め定められた閾値(vS)を下回っていれば、上記液体(1)を第2の感度クラスに分類するステップ(S5)と
を備え、
これらのステップが、上記液体(1)の自動分類のために実行されることを特徴とする方法(200)。 - 請求項1から3までのいずれか一つに記載の方法(200)であって、
上記液体(1)の上記自動分類は、上記装置(100)の予め定められた決定環境において決定されて保存された閾値を用いてなされ、上記決定環境は、以下の仕様項目、すなわち、
上記容器(101)内の上記液体(1)の液体体積(FV)、
上記容器(101)内の上記液体(1)による、ぬれ表面積、
上記センサ(102)のタイプ、
上記容器(101)のタイプ、
上記容器(101)のためのキャリア(103.1)のタイプ、
上記キャリア(103.1)が配置される作業台(103.2)のタイプ
のうちの少なくとも一つに関して予め定められていることを特徴とする方法(200)。 - 請求項4に記載の方法(200)であって、
上記液体(1)の上記自動分類は、上記装置(100)の定められた分類環境においてなされ、以下の仕様項目、すなわち、
上記容器(101)内の上記液体(1)の液体体積(FV)、
上記容器(101)内の上記液体(1)による、ぬれ表面積、
上記センサ(102)のタイプ、
上記容器(101)のタイプ、
上記容器(101)のためのキャリア(103.1)のタイプ、
上記キャリア(103.1)が配置される作業台(103.2)のタイプ
のうちの少なくとも一つに関して、上記分類環境は、上記決定環境と同一であることを特徴とする方法(200)。 - 請求項1から5までのいずれか一つに記載の方法(200)であって、
専用サンプル容器は、上記液体(1)の既知の液体体積(FV)で満たされている上記容器(101)として役立ち、この液体(1)の感度の自動決定のためのプロセッサ制御手順は、上記液体(1)の上記自動分類のために実行されることを特徴とする方法(200)。 - 請求項6に記載の方法(200)であって、
上記手順のフレームワーク内で、上記センサ(102)は、上記専用サンプル容器内の上記液体(1)の液位より上の位置から、上記液体(1)内へ浸漬され、上記センサ(102)の浸漬の間、上記容量性測定(cLLD)が行われ、浸漬中に得られる容量変化によって、感度値がこの液体(1)のために決定され、あるいは、予め定められた量との比較によって、上記液体(1)が感度クラスに分類されることを特徴とする方法(200)。 - 請求項1から7までのいずれか一つに記載の方法(200)であって、
上記容量性測定のフレームワーク内で、複数の上記センサ(102)は、上記容器(101)への浸漬動作を連続して行い、第1のセンサ(102)の浸漬の間の第1の信号ジャンプまたは第1の強度値と、第2のセンサ(102)の浸漬の間の第2の信号ジャンプまたは第2の強度値とが決定され、上記2つの信号ジャンプまたは上記2つの強度値から平均値が作られることを特徴とする方法(200)。 - 請求項1から7までのいずれか一つに記載の方法(200)であって、
上記液体(1)のための上記容量性測定のフレームワーク内で、
閾値(vS1;vS2)および/または、
一連の離散的な閾値(vS1;vS2)および/または、
閾値関数(vS(FV);vS(bO))が決定され、上記閾値関数(vS(V);vS(bO))は、上記容器(101)内の上記液体(1)の液体体積(FV)に対する依存、あるいは、上記容器(101)内のぬれ表面積に対する依存を有していることを特徴とする方法(200)。 - 請求項1から9までのいずれか一つに記載の方法(200)であって、
上記装置(100)の次のステップにおいて、容量性液位測定(cLLD)は、上記センサ(102)によって与えられる信号(s(t);s1(t);s2(t))を使って行われ、この容量性液位測定(cLLD)のために、上記容量性液位測定(cLLD)の感度(E1,E2)の調整は、以前に行われた分類によって自動的になされることを特徴とする方法(200)。 - 移送可能なセンサ(102)と、
液体(1)を受けるための容器(101)と、
容器環境(103)と、
信号処理回路(2)と
を備える装置(100)であって、
入力側(11)は、上記センサ(102)に回路のように接続されることができ、
上記装置(100)は、上記センサ(102)を使って、通常操作で上記容器(101)内の上記液体(1)の容量性液位測定(cLLD)を行うように設計されており、
閾値(vS1,vS2;vS(FV);vS(bO))を、通常操作用の上記信号処理回路(2)のために、予め定めることができ、
上記装置(100)は分類モジュール(104)を備え、該分類モジュール(104)は、
i.上記入力側あるいはライン接続(105)により、上記センサ(102)に対して回路のように接続でき、
ii.上記センサ(102)を使って、上記容器(101)内の上記液体(1)の容量性測定を行うように設計され、
iii.上記液体(1)の容量性測定のために、上記センサ(102)を使って、上記閾値(vS1,vS2;vS(FV);vS(bO))の指定処理を開始させるために、上記信号処理回路(2)に対して回路のように(106)接続できることを特徴とする装置(100)。 - 請求項11に記載の装置(100)であって、
上記装置(100)は、上記液体(1)の上記容量性測定のための予め定められた環境を備え、
上記予め定められた環境において、
専用容器(101)のタイプ、
上記専用容器(101)内の上記液体(1)の液体体積(FV)、
上記容器(101)内の上記液体(1)によるぬれ表面積、
センサ(102)のタイプ、
上記専用容器(101)を受けるため、あるいは保持するためのキャリア(103.1)のタイプ、
上記キャリア(103.1)が配置される作業台(103.2)のタイプ
のうちの少なくとも1つの点が、予め定められていることを特徴とする装置(100)。 - 請求項11または12に記載の装置(100)であって、
上記分類モジュール(104)において、上記液体(1)の感度クラスおよび/または上記液体(1)の上記閾値(vS1,vS2;vS(FV);vS(bO))の自動決定のための手順が実行されることを特徴とする装置(100)。 - 請求項11,12または13のいずれか一つに記載の装置(100)であって、
上記閾値(vS1,vS2;vS(FV);vS(bO))は、
一定の閾値(vS1,vS2)および/または
一連の離散的な閾値(vS1,vS2)および/または
閾値関数(vS(FV))であり、ここで、上記閾値関数(vS(FV))は、上記容器(101)内の上記液体(1)の液体体積(FV)に対する依存を有し、および/または、
上記閾値(vS1,vS2;vS(FV);vS(bO))は、閾値関数(vS(bO))であり、ここで、上記閾値関数(vS(bO))は、上記容器(101)内の上記液体(1)による、ぬれ表面積に対する依存を有することを特徴とする装置(100)。 - 請求項11または12に記載の装置(100)であって、
上記分類モジュール(104)において、上記入力側あるいはライン接続(105)を介して、上記センサ(102)から伝送され、または与えられる容量性信号(s(t))の自動処理のための手順が実行されることを特徴とする装置(100)。 - 請求項13または15に記載の装置(100)であって、
上記分類モジュール(104)は、上記信号処理回路(2)において、上記閾値(vS1,vS2;vS(FV);vS(bO))の指定処理を開始させる制御変数または信号(e)を与えるように設計されていることを特徴とする装置(100)。 - 容器(101)内の液体(1)の容量性液位測定(cLLD)を行うための方法(200)であって、上記方法(200)は、
上記容器(101)内に上記液体(1)を与えるステップと、
分類モジュール(104)と、異なる感度で作動することのできるセンサ(102)との間をライン接続(105)するステップと、
上記液体(1)内にセンサ(102)を浸漬する動作を行うとき、または、
上記液体(1)からセンサ(102)を取り出す動作を行うとき、
上記容量性液位測定を行うステップと
を備え、
上記浸漬動作または上記取り出し動作を行う前または行っている間、上記容量性液位測定(cLLD)の感度適応が、一連の予め定められた離散的な閾値(vS1;vS2)によって、または、予め定められた閾値関数(vS(FV);vS(bO))によってなされることを特徴とする方法(200)。 - 請求項17に記載の方法(200)であって、
上記離散的な閾値(vS1;vS2)または上記閾値関数(vS(FV);vS(bO))は、上記容器(101)内の上記液体(1)の液体体積(FV)に対する依存、および/または、ぬれ表面積に対する依存を有することを特徴とする方法(200)。
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