WO1997044133A1 - Probenehmer für flüssigkeiten - Google Patents

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Jürgen Kiessling
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Möller Feinmechanik GmbH & Co. KG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/02—Burettes; Pipettes
    • B01L3/021—Pipettes, i.e. with only one conduit for withdrawing and redistributing liquids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/10—Devices for transferring samples or any liquids to, in, or from, the analysis apparatus, e.g. suction devices, injection devices
    • G01N35/1009—Characterised by arrangements for controlling the aspiration or dispense of liquids
    • G01N2035/1025—Fluid level sensing

Definitions

  • the invention relates to a sampler for liquids, with a hollow needle made of metal and a level sensor on the hollow needle, which has a hollow needle immersed in the liquid, electrically insulated from the hollow needle and with a bare end up to the area of the tip the hollow needle leading electrical conductor and also has a bare second conductor there.
  • the level sensor serves to generate a signal as soon as the hollow needle is immersed in the liquid from which a sample is to be taken.
  • an electrically insulated wire with a small distance parallel to the hollow needle to the needle tip leads to the formation of the level sensor as a conductor.
  • the hollow needle itself forms the second conductor. If the hollow needle is immersed in liquid, the liquid connects the front end of the conductor, which is not electrically insulated and is spaced apart from the hollow needle, to the hollow needle, so that a current flow between the two conductors is generated and can be evaluated by measurement technology.
  • a disadvantage of the known samplers is that when the hollow needle is withdrawn from the sample, there is often a drop between the hollow needle and the stood parallel to the hollow needle running conductor and this drop either falls off in an uncontrolled manner or can even get into a further sample and this leads to sample carryover.
  • the hollow needle with the wire as the electrical conductor is surrounded by a shrink tube, whereby there is additionally the risk that liquid gets stuck and enters the thin gaps between the shrink tube, the wire and the hollow needle due to capillary effects. This can happen, for example, when cleaning the hollow needle with cleaning fluid. Then, before the hollow needle is immersed in the sample liquid, there is an electrical connection between the wire and the hollow needle via the enclosed liquid. The signal evaluation is therefore incorrect. If a capillary effect leads to an error message, the hollow needle will fail completely or for a long time.
  • the invention is based on the problem of designing a sampler of the type mentioned at the outset in such a way that the risk of liquid getting caught on the hollow needle is as low as possible.
  • the hollow needle is coated on the inside and outside with an anti-adhesive, electrically insulating layer and a conductor layer is applied directly to the layer as an electrical conductor for the level sensor.
  • an electrical wire as a conductor has been dispensed with in the case of such a hollow needle, there are no cavities, corners or spaces in which capillary action can arise with liquid droplets or through which liquid droplets can get caught.
  • the conductor layer according to the invention can be extremely thin needs only to get in contact with the liquid with a very small uninsulated area in order to enable a measurable current flow for the determination of the immersion in the liquid. Since, apart from the end of the conductor layer and the second conductor, the entire hollow needle is surrounded by the anti-adhesive layer, liquids can adhere reliably to the sampler. Thanks to the invention, a capillary action and the associated error message due to a flashover are excluded.
  • the conductor layer runs directly on the insulating layer of the hollow needle. This can be achieved in various ways. However, it is particularly advantageous if the conductor layer is vapor-deposited or sputtered on.
  • both conductor layers can be made of gold, for example, and therefore conduct the electrical current well.
  • the conductor layers can be designed differently. It is possible, for example, to generate them by first applying a thin metal layer to the anti-adhesive layer as the first conductor, then applying a likewise thin insulating layer thereon and then a metal layer as the second conductor.
  • the conductor layers can be designed as individual tracks. However, it is also possible to apply an electrically conductive layer surrounding the hollow needle to the insulating layer.
  • the sampler can be produced particularly cost-effectively if, according to a development of the invention, the conductor layers are provided on two opposite sides of the hollow needle.
  • the sampler can be produced particularly inexpensively if the second conductor is formed by the hollow needle itself and this is at least partially insulated from it in the area of the tip. This can be done, for example, by grinding the electrically insulating layer at the tip of the hollow needle, so that a current flow from the conductor layer to the hollow needle occurs as soon as the hollow needle is immersed in liquid.
  • At least one signal can be generated when a defined immersion depth is reached if two or more conductor layers connected to the same potential are arranged on the hollow needle, which layers are provided with below ⁇ end at a different distance from the tip of the hollow needle and if a common return conductor is provided for the conductor layers.
  • the hollow needle can be electrically insulated over its entire length by a layer of plastic in order to prevent current surges due to adhering drops or trapped moisture.
  • the plastic layer is applied by injection molding or dipping or by spraying onto the hollow needle provided with the conductor layers.
  • FIG 3 shows a longitudinal section through a second embodiment of a sampler.
  • the sampler shown has a hollow needle 1 made of metal, which is coated on the inside and outside with an electrically non-conductive, anti-adhesive layer 2.
  • an electrically non-conductive, anti-adhesive layer 2 On this layer 2, two conductor layers 3, 4 are applied in the form of a thin metal strip along the lateral surface. These conductor layers 3, 4 lead along the hollow needle 1 to the area of their tip 5.
  • the conductor layers 3, 4 are covered by a plastic layer 6 applied over them and the insulating layer 2 in the immersion process, by injection molding or by spraying with a spray gun , which extends to just before the tip 5 of the hollow needle 1.
  • the conductor layers 3, 4 form a level sensor. If the hollow needle 1 is immersed in a liquid from which a sample is to be taken, then the liquid electrically connects the conductor layers 3, 4. This results in a current flow, which signals the immersion of the hollow needle 1 in the liquid.
  • Capacitive measurement or current tapping via conductive, externally attached contacts is also conceivable.
  • other types of liquid level tapping and dosing suction are also conceivable.
  • the conductor layer 3 ends at a distance from the tip 5 of the hollow needle 1.
  • the insulating layer 2 of the hollow needle 1 is ground off.
  • the hollow needle 1 is connected to a positive potential, while the conductor layers 3, 4 are both connected to a negative potential. If the hollow needle 1 touches a liquid level, then there is initially a current flow between the conductor layer 4 and the tip 5 of the hollow needle 1. If the hollow needle is so deeply immersed in the liquid that the conductor layer 3 also reaches it, this also occurs to a current flow between this conductor layer 3 and the hollow needle 1.

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Abstract

Bei einem Probenehmer für Flüssigkeiten ist eine Hohlnadel (1) innenseitig und außenseitig mit einer antiadhäsiven, elektrisch isolierenden Schicht (2) überzogen. Unmittelbar auf die Schicht (2) sind eine oder mehrere Leiterschichten (3, 4) aufgebracht. Taucht die Hohlnadel (1) in Flüssigkeit ein, dann vermag elektrischer Strom von der einen Leiterschicht (3) zur anderen Leiterschicht (4) zu fließen, wodurch ein auf das Erreichen des Flüssigkeitsspiegels hinweisendes Signal ausgelöst wird.

Description

Beschreibung
Probenehmer für Flüssigkeiten
Die Erfindung betrifft einen Probenehmer für Flüssigkei¬ ten, mit einer Hohlnadel aus Metall und einem Niveausen¬ sor an der Hohlnadel, welcher einen mit der Hohlnadel in die Flüssigkeit eintauchenden, gegenüber der Hohlnadel elektrisch isolierten und mit einem blanken Ende bis in den Bereich der Spitze der Hohlnadel führenden elektri¬ schen Leiter und einen ebenfalls dort blanken zweiten Leiter hat.
Solche Probenehmer werden beispielsweise in der Medizin für die automatische Analyse von Flüssigkeiten eingesetzt und sind deshalb bekannt. Der Niveausensor dient dabei dazu, ein Signal zu erzeugen, sobald die Hohlnadel in die Flüssigkeit eingetaucht ist, von der eine Probe genommen werden soll.
Bei den bekannten Probenehmern führt zur Bildung des Ni¬ veausensors als Leiter ein elektrisch isolierter Draht mit geringem Abstand parallel zu der Hohlnadel bis zur Nadelspitze. Die Hohlnadel selbst bildet den zweiten Lei¬ ter. Taucht die Hohlnadel in Flüssigkeit ein, dann ver¬ bindet die Flüssigkeit das vordere, elektrisch nicht isolierte und von der Hohlnadel beabstandete Ende des Leiters mit der Hohlnadel, so dass ein Stromfluss zwi¬ schen den beiden Leitern erzeugt und messtechnisch aus¬ gewertet werden kann.
Nachteilig bei den bekannten Probenehmern ist es, dass beim Herausfahren der Hohlnadel aus der Probe oftmals ein Tropfen zwischen der Hohlnadel und dem mit geringem Ab- stand parallel zu der Hohlnadel verlaufenden Leiter hän¬ genbleibt und dieser Tropfen entweder unkontrolliert ab¬ fällt oder sogar in eine weitere Probe gelangen kann und es dadurch zu Probenverschleppungen kommt. Weiterhin ist die Hohlnadel mit dem Draht als elektrischer Leiter von einem Schrumpfschlauch umgeben, wodurch zusätzlich die Gefahr besteht, dass Flüssigkeit hängenbleibt und durch Kapillarwirkungen in die dünnen Spalten zwischen dem Schrumpfschlauch, dem Draht und der Hohlnadel eintritt. Das kann beispielsweise beim Reinigen der Hohlnadel mit Reinigungsflüssigkeit geschehen. Dann kommt es schon vor dem Eintauchen der Hohlnadel in die Probenflüssigkeit zu einer elektrischen Verbindung zwischen dem Draht und der Hohlnadel über die eingeschlossene Flüssigkeit. Die Signalauswertung ist damit fehlerhaft. Sollte eine Kapil¬ larwirkung zur Fehlermeldung führen, fällt die Hohlnadel ganz oder für längere Zeit aus.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Probeneh¬ mer der Eingangs genannten Art so auszubilden, dass die Gefahr eines Hängenbleibens von Flüssigkeit an der Hohl¬ nadel möglichst gering ist.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Hohlnadel innenseitig und außenseitig mit einer an- tiadhäsiven, elektrisch isolierenden Schicht überzogen ist und unmittelbar auf die Schicht als elektrische Lei¬ ter für den Niveausensor eine Leiterschicht aufgebracht ist.
Da bei einer solchen Hohlnadel auf einen elektrischen Draht als Leiter verzichtet wurde, gibt es keine Hohl¬ räume, Ecken oder Zwischenräume, bei denen Kapillarwir¬ kung mit Flüssigkeitströpfchen entstehen kann oder durch die Flüssigkeitströpfchen hängenbleiben können. Die er¬ findungsgemäße Leiterschicht kann äußerst dünn sein und braucht nur mit einer sehr geringen unisolierten Fläche Kontakt mit der Flüssigkeit zu erhalten, um für die Feststellung des Eintauchens in die Flüssigkeit einen messbaren Stromfluss zu ermöglichen. Da abgesehen von dem Ende der Leiterschicht und dem zweiten Leiter die gesamte Hohlnadel mit der antiadhäsiven Schicht umgeben ist, kann ein Haften von Flüssigkeiten an dem Probenehmer zuverlässig ausgeschlossen werden. Dank der Erfindung wird eine Kapillarwirkung und die damit verbundene Feh¬ lermeldung durch Stromüberschlag ausgeschlossen.
Wichtig für die Erfindung ist, dass die Leiterschicht un¬ mittelbar auf der isolierenden Schicht der Hohlnadel ver¬ läuft. Das kann auf verschiedene Weise verwirklicht wer¬ den. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Lei¬ terschicht aufgedampft oder aufgesputtert ist.
Von Vorteil ist es, wenn der zweite Leiter ebenfalls durch eine auf die Schicht aufgebrachte Leiterschicht ge¬ bildet ist, weil dann beide Leiterschichten beispiels¬ weise aus Gold sein können und deshalb den elektrischen Strom gut leiten.
Die Leiterschichten können unterschiedlich gestaltet sein. Möglich ist es beispielsweise, diese dadurch zu er¬ zeugen, dass man auf die antiadhäsiven Schicht als ersten Leiter zunächst eine dünne Metallschicht aufbringt, dann darauf eine ebenfalls dünne Isolierschicht und darauf als zweiten Leiter wiederum eine Metallschicht aufbringt. Die Leiterschichten können als einzelne Bahnen ausgebildet sein. Möglich ist es jedoch auch, auf die isolierende Schicht eine die Hohlnadel umschließende, elektrisch lei¬ tende Schicht aufzubringen. Besonders kostengünstig ist der Probenehmer herzustellen, wenn gemäß einer Weiter¬ bildung der Erfindung die Leiterschichten an zwei gegen¬ überliegenden Seiten der Hohlnadel vorgesehen sind. Ganz besonders kostengünstig ist der Probenehmer herzu¬ stellen, wenn der zweite Leiter durch die Hohlnadel selbst gebildet und diese hierzu im Bereich der Spitze zumindest teilweise nicht isoliert ist. Das kann bei¬ spielsweise dadurch erfolgen, dass man die elektrisch isolierende Schicht an der Spitze der Hohlnadel ab¬ schleift, so dass ein Stromfluss von der Leiterschicht zur Hohlnadel auftritt, sobald die Hohlnadel in Flüssig¬ keit eintaucht.
Zusätzlich zu einem Signal bei Erreichen des Flüssig¬ keitsspielgels kann man gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung zumindest ein Signal bei Erreichen einer festgelegten Eintauchtiefe erzeugen, wenn auf der Hohlna¬ del zwei oder mehrere an gleiches Potential angeschlos¬ sene Leiterschichten angeordnet sind, welche mit unter¬ schiedlichem Abstand zur Spitze der Hohlnadel enden und wenn für die Leiterschichten ein gemeinsamer Rückleiter vorgesehen ist.
Die Hohlnadel kann außenseitig abgesehen vom Bereich ih¬ rer Nadelspitze über ihre gesamte Länge durch eine Kunst¬ stoffschicht elektrisch isoliert sein, um Stromüber¬ schläge durch anhaftende Tropfen bzw. eingeschlossene Feuchtigkeit zu verhindern.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die KunststoffSchicht im Spritzgieß- oder Tauchverfahren oder durch Aufspritzen auf die mit den Leiterschichten versehene Hohlnadel auf¬ gebracht ist.
Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundgedankens sind zwei davon in der Zeichnung dargestellt und werden nach¬ folgend beschrieben. Diese zeigt in Fig.l einen Längsschnitt durch einen unteren Bereich des Probenehmers,
Fig.2 einen horizontalen Schnitt durch den Probe¬ nehmer,
Fig.3 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausfüh¬ rungsform eines Probenehmers.
Der dargestellte Probenehmer hat eine Hohlnadel 1 aus Me¬ tall, welche innenseitig und außenseitig mit einer elek¬ trisch nicht leitenden, antiadhäsiven Schicht 2 überzogen ist. Auf dieser Schicht 2 sind entlang der Mantelfläche zwei Leiterschichten 3, 4 jeweils in Form einer dünnen Metallbahn aufgebracht. Diese Leiterschichten 3, 4 führen entlang der Hohlnadel 1 bis in den Bereich ihrer Spitze 5. Die Leiterschichten 3, 4 sind von einer über sie und die isolierende Schicht 2 im Tauchverfahren, durch Spritzgießen oder durch Aufspritzen mit einer Spritzpis¬ tole aufgebrachten KunststoffSchicht 6 abgedeckt, welche bis kurz vor die Spitze 5 der Hohlnadel 1 reicht.
Die Leiterschichten 3, 4 bilden einen Niveausensor. Taucht die Hohlnadel 1 in eine Flüssigkeit ein, der eine Probe entnommen werden soll, dann verbindet die Flüssig¬ keit die Leiterschichten 3, 4 elektrisch. Dadurch kommt es zu einem Stromfluss, der das Eintauchen der Hohlnadel 1 in die Flüssigkeit signalisiert.
Nicht dargestellt ist eine Ausführungsform, bei der nur eine einzige Leiterschicht 3 bis zur Spitze 5 der Hohlna¬ del 1 führt. Die isolierende Schicht 2 wird dann im Be¬ reich der Spitze 5 zumindest im Bereich des Endes der Leiterschicht 3 entfernt. Dadurch kann es beim Eintauchen der Hohlnadel 1 in Flüssigkeit zu einem Stromfluss von der Leiterschicht 3 zur Hohlnadel 1 kommen, die dann einen Rückleiter bildet.
Denkbar ist auch eine kapazitive Messung oder ein Strom¬ abgriff über leitfähige, außen angebrachte Kontakte. Da¬ durch sind auch andere Flüssigkeitsneveauabgriffarten und Dosier-Absaugarten denkbar.
Bei der Ausführungsform nach Figur 3 endet die Leiter¬ schicht 3 im Gegensatz zur Leiterschicht 4 mit Abstand zur Spitze 5 der Hohlnadel 1. An der Spitze 5 ist die isolierende Schicht 2 der Hohlnadel 1 abgeschliffen. Die Hohlnadel 1 liegt beispielsweise an positivem Potential an, während die Leiterschichten 3, 4 beide an negativem Potential angeschlossen sind. Berührt die Hohlnadel 1 einen Flüssigkeitsspiegel, dann kommt es zunächst zu ei¬ nem Stromfluss zwischen der Leiterschicht 4 und der Spitze 5 der Hohlnadel 1. Taucht die Hohlnadel so tief in die Flüssigkeit ein, dass auch die Leiterschicht 3 diese erreicht, dann kommt es zusätzlich zu einem Stromfluss zwischen dieser Leiterschicht 3 und der Hohlnadel 1.
Bezugszeichenliste
1 Hohlnadel
2 Schicht
3 Leiterschicht
4 Leiterschicht
5 Spitze
6 KunststoffSchicht

Claims

Patentansprüche
1. Probenehmer für Flüssigkeiten, mit einer Hohlnadel aus Metall und einem Niveausensor an der Hohlnadel, welcher einen mit der Hohlnadel in die Flüssigkeit eintauchenden, gegenüber der Hohlnadel elektrisch isolierten und mit ei¬ nem blanken Ende bis in den Bereich der Spitze der Nadel führenden elektrischen Leiter und einen ebenfalls dort blanken zweiten Leiter hat, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlnadel (1) innenseitig und außenseitig mit einer antiadhäsiven, elektrisch isolierenden Schicht (2) über¬ zogen ist und unmittelbar auf die Schicht (2) als elek¬ trischer Leiter für den Niveausensor eine Leiterschicht (3) aufgebracht ist.
2. Probenehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterschicht (3) aufgedampft oder aufgesputtert ist.
3. Probenehmer nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass der zweite Leiter ebenfalls durch eine auf die Schicht (2) aufgebrachte Leiterschicht (3) gebil¬ det ist.
4. Probenehmer nach zumindest einem der vorangehenden An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterschichten (3, 4) an zwei gegenüberliegenden Seiten der Hohlnadel (1) vorgesehen sind.
5. Probenehmer nach zumindest einem der vorangehenden An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Leiter durch die Hohlnadel (1) selbst gebildet und diese hierzu im Bereich ihrer Spitze (5) zumindest teilweise nicht isoliert ist.
6. Probenehmer nach zumindest einem der vorangehenden An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Hohlnadel (1) zwei oder mehrere an gleiches Potential angeschlos¬ sene Leiterschichten (3, 4) angeordnet sind, welche mit unterschiedlichem Abstand zur Spitze (5) der Hohlnadel (1) enden und dass für die Leiterschichten (3, 4) ein ge¬ meinsamer Rückleiter (Hohlnadel 1) vorgesehen ist.
7. Probenehmer nach zumindest einem der vorangehenden An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlnadel (1) außenseitig durch eine Kunststoffschicht (6) elektrisch isoliert ist.
8. Probenehmer nach zumindest einem der vorangehenden An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoff- schicht (6) im Spritzgieß-, im Tauchverfahren oder durch Aufspritzen auf die mit den Leiterschichten (3, 4) verse¬ hene Hohlnadel (1) aufgebracht ist.
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