DE19919305A1

DE19919305A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Flüssigkeitstransfer mit einem Analysegerät

Info

Publication number: DE19919305A1
Application number: DE19919305A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Mann; Stephan Sattler
Original assignee: Roche Diagnostics GmbH
Current assignee: Roche Diagnostics GmbH
Priority date: 1999-04-28
Filing date: 1999-04-28
Publication date: 2000-11-02
Also published as: US6551558B1; ATE363661T1; EP1048953A2; EP1048953B1; DE50014358D1; EP1048953A3; ES2285980T3; JP2000338117A; JP4293710B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitstransfereinrichtung für ein Analysegerät mit einer Flüssigkeitstransferkanüle (5) und einem kapazitiven Flüssigkeitshöhenstandsdetektor zur Detektion des Eintauchens der Flüssigkeitstransferkanüle (5) in eine in einem Gefäß befindliche Analyseflüssigkeit. Zur sicheren Kontrolle, ob die Flüssigkeitstransferkanüle (5) in die Analyseflüssigkeit eingetaucht ist oder sich beispielsweise in einem Schaum befindet, wird vorgeschlagen, zusätzlich eine Widerstandsmessung mit einer Detektionsstrecke (16) in der Flüssigkeitstransferkanüle (5) durchzuführen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitstransfereinrich tung für ein Analysegerät mit einer Flüssigkeitstransfer kanüle und einem kapazitiven Flüssigkeitshöhenstandsde tektor zur Detektion des Eintauchens der Flüssigkeits transferkanüle in eine in einem Gefäß befindliche Analy seflüssigkeit, wobei der Flüssigkeitshöhenstandsdetektor eine Signalelektrode, eine Gegenelektrode und eine Detek tionsschaltung zur Detektion einer Änderung der Kapazität zwischen der Signalelektrode und der Gegenelektrode auf weist, sowie ein entsprechendes Verfahren zur Kontrolle des Einsaugens von Analyseflüssigkeit in eine Flüssig keitstransferkanüle und eine entsprechend ausgebildete Flüssigkeitstransferkanüle.

In Analysegeräten, wie sie für die Analyse von Körper flüssigkeiten, insbesondere von Blut, erforderlich sind, werden Flüssigkeitstransfereinrichtungen benötigt, um Analyseflüssigkeiten, insbesondere flüssige Proben oder Reagenzien, zu transferieren. Gebräuchliche Flüssig keitstransfereinrichtungen sind beispielsweise Pipetto ren, die dazu verwendet werden, Proben oder Reagenzien aus einem ersten Gefäß anzusaugen und in ein zweites Ge fäß auszustoßen, sowie Dispensoren, bei denen die Flüs sigkeitstransferkanüle über einen Schlauch an einen grö ßeren Vorrat einer Flüssigkeit angeschlossen ist, die mit Hilfe einer Pumpeinrichtung durch die Kanülen ausgestoßen werden kann. Dispensoren erfüllen meist zugleich auch die Pipettorfunktion.

Allgemein ist als Flüssigkeitstransfereinrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung jede Vorrichtung anzuse hen, die dazu dient, in einem Analysegerät in eine Analy seflüssigkeit einzutauchen, um irgendwelche Flüssig keitstransferschritte (Ansaugen und/oder Ausstoßen von Flüssigkeit) mittels der Flüssigkeitstransferkanüle zu ermöglichen. Die Flüssigkeitstransferkanüle ist zum Bei spiel eine Hohlnadel, welche üblicherweise aus einem dün nen Rohr aus Metall oder Kunststoff besteht. Sie wird nachfolgend einfachheitshalber auch als "Kanüle" bezeich net. Andere bekannte Ausführungsformen sind einmal ver wendbare Dosierspitzen, die nach dem Gebrauch entsorgt und durch neue ersetzt werden. Sie können eine rohrför mige oder kegelspitzartige Form, gegebenenfalls mit einem sich düsenartig verändernden Querschnitt, aufweisen, aus Metall oder Kunststoff, zum Beispiel einem leitfähigen Kunststoff, bestehen und werden im folgenden ebenfalls als "Kanüle" bezeichnet.

Wenn die Kanüle tief in die Analyseflüssigkeit eintaucht, bleibt ein relativ großer Flüssigkeitsüberschuß an ihrer Außenseite hängen. Hierdurch kann nicht nur die Genauig keit der Dosierung verschlechtert werden, sondern beson ders problematisch ist, daß der Flüssigkeitsüberschuß beim nächsten Eintauchen der Kanüle eine andere Flüssig keit kontaminiert (sogenannte "Verschleppung") oder un wirtschaftlich viel Waschflüssigkeit erforderlich ist.

Um die Eintauchtiefe besser zu kontrollieren, werden Flüssigkeitstransfereinrichtungen mit einer Sensorein richtung zur Detektion des Eintauchens der Kanüle in die Analyseflüssigkeit versehen, die üblicherweise als Flüs sigkeitshöhenstandsdetektor oder LLD (liquid level detec tor) bezeichnet wird. Der Flüssigkeitshöhenstandsdetektor ist mit dem Vertikalantrieb, durch den die Kanüle in die Analyseflüssigkeit eingetaucht wird, verbunden, um die Eintauchbewegung zu stoppen, wenn die Spitze der Kanüle um wenige Millimeter in die Analyseflüssigkeit einge taucht ist. Es ist nämlich nicht nur das Problem der Ver schleppung zu beachten, sondern gleichzeitig muß auch gewährleistet sein, daß keine Luft angesaugt wird, was zu diagnostisch relevanten Meßfehlern führen könnte. Aus diesem Grund ist eine Mindesteintauchtiefe einzuhalten, die ca. zwischen 0,1 mm und 5 mm betragen kann.

Die Vertikalposition der Kanüle ist dabei zugleich ein Maß für den Höhenstand der Flüssigkeit in dem jeweiligen Gefäß. Infolgedessen ermöglicht der Flüssigkeitshöhen standsdetektor zugleich die Kontrolle der in dem jeweili gen Gefäß vorhandenen Flüssigkeitsmenge, um beispiels weise ein Signal zu geben, wenn der Vorrat einer Reagenz flüssigkeit verbraucht ist und die Reagenzflasche deshalb ausgewechselt werden muß.

Ein gebräuchliches Konstruktionsprinzip für Flüssigkeits höhenstandsdetektoren basiert darauf, den elektrischen Widerstand zwischen der Kanüle und einer an der Spitze der Kanüle angebrachten Elektrode zu messen. Kanüle und Elektrode sind gegeneinander elektrisch isoliert, so daß der elektrische Widerstand zwischen ihnen im trockenen Zustand sehr hoch ist. Beim Eintauchen der Kanüle und der Elektrode bildet die Probenflüssigkeit eine leitende Ver bindung, so daß sich der elektrische Widerstand sprung haft ändert. Dieses Signal läßt sich mit einfachen elek tronischen Mitteln zuverlässig nachweisen. Ein Nachteil dieses Prinzips ist jedoch darin zu sehen, daß außer der Kanüle eine Elektrode in die Flüssigkeit eintauchen muß, an der unvermeidlich ein Flüssigkeitsüberschuß hängen bleibt. Damit werden die zuvor erwähnten Probleme hin sichtlich Verschleppung und reduzierter Genauigkeit zu sätzlich vergrößert, außer wenn Einmaldosierspitzen ver wendet werden.

In dieser Beziehung überlegen sind kapazitive Flüssig keitshöhenstandsdetektoren, bei denen als Signal zur De tektion des Eintauchens der Kanüle in die Flüssigkeit die Änderung der elektrischen Kapazität zwischen zwei Sensor elektroden mittels einer elektronischen Detektionsschal tung, welche eine Wechselspannungsquelle einschließt, er faßt wird. Die erste Elektrode ist dabei üblicherweise die Kanüle selbst (welche aus Metall oder einem elek trisch leitenden (metallisierten) Kunststoff besteht) und mit der der heiße Pol der Wechselspannungsquelle verbun den ist (Signalelektrode). Die Gegenelektrode, welche üblicherweise auf Erdpotential liegt, ist bei den bekann ten Vorrichtungen auf der Außenseite des Flüssigkeitsge fäßes (unter dessen Boden und teilweise um die Seiten wände des Gefäßes herum) angeordnet. Sie ist üblicher weise ein Bestandteil der Gefäßhalterung. Beim Eintauchen der Kanülenspitze in die Flüssigkeit ändert sich die Ka pazität zwischen der Signalelektrode und der Gegenelek trode aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit und der dielektrischen Eigenschaften der Flüssigkeit.

Derartige Flüssigkeitshöhenstandsdetektoren sind in der EP-A-0 164 679, dem US-Patent 4 818 492 und der EP-A- 0 355 791 beschrieben. Diese Druckschriften enthalten nä here Erläuterungen, auf welche hier Bezug genommen wird.

Ein grundsätzliches Problem kapazitiver Flüssigkeits höhenstandsdetektoren besteht darin, daß die Kapazitäts änderung beim Eintauchen in die Flüssigkeit sehr klein ist im Vergleich zu den sonstigen zwangsläufig vorhan denen Kapazitäten ("Störkapazitäten", z. B. des Anschluß kabels und des Verstärkereingangs). Infolgedessen ist das Verhältnis zwischen Nutzsignal und Störsignalen sehr un günstig. Besonders problematisch ist dabei, daß ein Teil der Störkapazitäten nicht konstant ist, sondern sich zeitlich verhältnismäßig schnell ändert. Dies gilt insbe sondere für kapazitive Störungen, die durch die Bewegung von Objekten (Bestandteile des Analyseautomaten, Hände oder andere Körperteile des Bedienungspersonals) verur sacht werden. Insbesondere auf einem vollautomatischen Analysegerät, welches zahlreiche bewegliche Teile hat, sind solche Störungen in der Praxis nicht zu vermeiden.

In der EP-A-0 355 791 wird ein spezielles derartiges Pro blem (Störungen durch eine das Gefäß verschließende Mem bran) dadurch behoben, daß ein Referenzsignal bei der Kontaktierung der Membran fixiert und bei der weiteren Abwärtsbewegung der Kanüle die Differenz zu diesem fixierten Referenzsignal detektiert wird. Dieses Verfah ren ist auf den speziellen Anwendungszweck ausgerichtet. Störkapazitäten, die sich zwischen der Fixierung des Referenzsignals und der Detektion der Flüssigkeitsober fläche ändern, führen zu einer Fehldetektion.

Bei dem in dem US-Patent 4 818 492 beschriebenen Flüssig keitshöhenstandsdetektor wird die Störkapazität der Zu leitungen passiv mit Hilfe einer Brückenschaltung kompen siert. Andere kapazitive Störungen werden hierdurch je doch nicht eliminiert und können auch bei dieser Kon struktion Fehldetektionen verursachen.

Eine Flüssigkeitstransfereinrichtung für ein Analysegerät mit einem Flüssigkeitshöhenstandsdetektor mit verbesser ter Störungssicherheit und zuverlässigerer Funktion ist aus dem Dokument EP 0 555 710 A2 bekannt. Darin wurde eine die Flüssigkeitstransferkanüle einschließende Koaxial elektrodenanordnung vorgeschlagen, die eine aktive Ab schirmung mittels einer Kompensationselektrode, die an eine Spannungsfolgerschaltung angeschlossen ist, auf weist. Ferner wurde in einer vorteilhaften Weiterbildung vorgeschlagen, eine zusätzliche Abschirmelektrode, die als Gegenelektrode wirkt und auf Konstantpotential liegt, vorzusehen.

Bei einer solchen koaxialen, insbesondere triaxialen An ordnung mit aktiver Schirmung und mitgeführter Bezugs elektrode ist es möglich, unabhängig von den konstrukti ven Gegebenheiten der Geräteumgebung, den Füllmengen und den Dielektrika der Flüssigkeiten an sämtlichen, durch die Kanüle erreichbaren Stellen im Gerät ohne spezifische Anpassung oder Einstellung den Flüssigkeitsstand zu de tektieren. Der Grund hierfür besteht im wesentlichen darin, daß der Signalpfad von der Kanülenspitze kapazitiv zur Flüssigkeitsoberfläche, von dort entlang eines ge dachten Leitwertes entlang der Flüssigkeitsoberfläche und anschließend über einen kapazitiven Signalpfad zurück zur mitgeführten Bezugselektrode führt und somit die darun terliegende Flüssigkeitssäule von vernachlässigbarem Ein fluß ist. Der Flüssigkeitshöhenstandsdetektor reagiert somit sehr empfindlich auf Kapazitätsänderungen in der Umgebung der Spitze, so daß Einflüsse aus der Umgebung die Detektion weniger verfälschen.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die hohe Empfind lichkeit im Bereich der Spitze der Kanüle auch nachteilig sein kann, da jeder Feuchtefilm im Bereich der Spitze als Oberfläche einer kompakten, soliden Flüssigkeit detek tiert wird, auch wenn die Kanülenspitze die Oberfläche der Flüssigkeit noch gar nicht erreicht hat. Um dies zu vermeiden, können spezielle, aufwendige Fehlerstrategien entwickelt und eingesetzt werden, beispielsweise Nach fahren, mehrfaches Einstechen, Druckmessung oder Plausi bilitätskontrollen bei vorhersagbarer Füllstandshöhe.

Ein die Detektion der Flüssigkeitsoberfläche verfälschen der Flüssigkeitsfilm kann insbesondere die Bildung von Schaum oder von Seifenblasen ähnlichen Strukturen sein, die relativ langlebig sind und auch durch Einstechen der Kanüle nicht zwangsläufig zu zerstören sind. Solche Schaumschichten oder Seifenblasen ähnlichen Strukturen entstehen zum Beispiel beim Schütteln von Vollblutproben, beim Zentrifugieren von Blutproben bei der Serumplasma gewinnung, beim Transport von Reagenz-Rack-Packs und beim Resuspendieren und Aufrühren sogenannter mit Streptavidin beschichteter Beads. Derartige Schaumschichten sind in der Regel 2 bis 5 mm dick. Auch sich am Behälterkragen bildende Blasen lassen sich in vielen Fällen nicht durch die dünne Kanüle zerstechen.

Eine Flüssigkeitstransfereinrichtung mit einem kapaziti ven Flüssigkeitshöhenstandsdetektor, die das Problem der Erkennung von Schaum mittels eines zusätzlichen tempera turabhängigen Widerstands löst, wurde in dem Dokument EP 0 913 671 A1 vorgeschlagen, das am 6. Mai 1999 veröffent licht wird.

Ein weiteres sich bei dem Flüssigkeitstransfer stellendes Problem besteht darin, daß durch auftretende Fehler uner kannt falsche Analyseergebnisse gewonnen werden können, wenn die zu transferierende Flüssigkeit nicht oder nicht korrekt dosiert wird. Ursachen hierfür können nicht nur Schaumschichten oder Seifenblasen ähnliche Strukturen auf der Flüssigkeit sein, sondern zum Beispiel auch mechani sche Fehler der Kanüle, Verstopfungen der Kanüle oder Aufsetzen der Kanüle auf dem Boden des Gefässes.

Mechanische Fehler der Kanüle sind insbesondere bei der Verwendung von Einmaldosierspitzen kritisch. Diese werden in Spritzgußverfahren hergestellt und nur stichprobenar tig auf Fehler kontrolliert. Eine vollständige Kontrolle sämtlicher Einmaldosierspitzen ist nicht möglich, so daß grundsätzlich die Gefahr besteht, daß Einmaldosierspitzen mit Fehlern wie Riefen oder Löchern unerkannt verwendet werden und zu Fehldosierungen und falschen Analyseergeb nissen führen.

Verstopfungen, die auch als Clots bezeichnet werden, die sich beim Aufsaugen von Flüssigkeit in die Kanüle ergeben können, oder das Aufsetzen der Kanüle auf dem Gefäßboden sind zwar prinzipiell dadurch detektierbar, daß beim Ver such des Aufsaugens von Flüssigkeit ein hoher Unterdruck in der Kanüle aufgebaut wird. Der mit einer zusätzlichen Unterdruckmessung verbundene apparative Aufwand zum Er kennen derartiger Fehler ist jedoch relativ hoch. Ein be sonderes aufwendiges Verfahren zum Kontrollieren der Do sierung ist bei einem Immunologie-Analyzer für Blutbanken bekannt, bei dem jeder Dosiervorgang mittels einer Video kamera und einer Bildverarbeitung kontrolliert wird.

Bei kapazitiven Flüssigkeitshöhenstandsdetektoren ist eine Dosierungskontrolle bisher nicht bekannt. Grundsätz lich wäre es zwar denkbar, beim Ausstoßen von Flüssigkeit verfügbare Signale der kapazitiven Höhenstandsmessung zur Dosierkontrolle heranzuziehen. Die Höhe und Form der Si gnale hängt jedoch sehr stark von den jeweiligen Gegeben heiten, beispielsweise Gefäßform, Gefäßart, Füllhöhe und der leitfähigen Umgebung ab, und ist daher relativ un sicher. Eine Signalkontrolle bei Flüssigkeitsabgabe nach Mehrfachpipettierung ist wegen der vielfältigen Signal formen sehr schwierig und ebenfalls unzuverlässig. Beson ders kritisch bei einer kapazitiven Flüssigkeitshöhen standsdetektion ist ferner, daß diese kaum zwischen Schaum und Flüssigkeit unterscheiden kann.

Aus den Dokumenten US 5,005,434 und EP 0 527 059 A1 sind Apparate zur Analyse von Flüssigkeiten bekannt, bei denen ein aus zwei Elektroden gebildeter Detektor im Fluidkanal angeordnet ist, der eine Meßstrecke zur Detektion von Luftblasen bildet. Die Meßstrecke ist jedoch jeweils im oberen Bereich der Flüssigkeitstransferkanüle angeordnet, was verschiedene Nachteile aufweist.

Der Luftblasendetektor zeigt nur dann eine korrekte Funk tion des Flüssigkeitstransfers an, wenn die Detektions strecke zwischen den Elektroden mit Flüssigkeit gefüllt ist. Dies erfordert, daß das Dosiervolumen größer als das Kanülenvolumen ist, so daß die Dosierung kleiner Flüssig keitsmengen im Bereich weniger µl nicht möglich ist oder nur dann, wenn mehr Flüssigkeit aufgesaugt als beim nach folgenden Dosieren abgegeben wird. Letzteres hat den Nachteil einer erhöhten Verschleppung, einer reduzierten Dosiergenauigkeit und erfordert ein aufwendiges Waschen der Kanüle.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß auch für den Fall, daß der Luftblasendetektor das Vorliegen von Flüs sigkeit erkannt hat, sich zwischen dem unteren Ende der Kanülenspitze und dem Luftblasendetektor unerkannte Luft blasen befinden können, die eine Fehldosierung zur Folge haben. Ferner sind die bekannten Luftblasendetektoren für die Verwendung mit Einmaldosierspitzen ungeeignet, da sie mit der zu transferierenden Analyseflüssigkeit in Kontakt kommen müssen und damit die durch den Austausch der Ein maldosierspitzen zu erreichende Verschleppungsfreiheit zunichte machen. Ferner sind in den beiden genannten Do kumenten keine kapazitiven Flüssigkeitshöhenstandskon trollen angesprochen, die aufgrund der im allgemeinen kleinen Signaländerung besondere Schwierigkeiten bei der Erkennung des Eintauchens der Kanülenspitze in die Flüs sigkeit aufweisen.

Aus dem Dokument US 5,045,286 ist ein Flüssigkeitshöhen standsdetektor bekannt, bei dem das Eintauchen der Kanü lenspitze in die Flüssigkeit durch eine am unteren Ende der Spitze durchgeführte Leitfähigkeitsmessung erkannt wird. Dieses Verfahren ist jedoch relativ langsam und kann bei dem Eintauchen der Spitze in Schaum, der auf der Außenseite der Spitze einen leitfähigen Film bildet, zu Fehldosierungen führen, da das System nicht erkennt, daß keine Flüssigkeit angesaugt wird.

Aus dem Dokument US 5,855,851 ist ein kapazitiver Flüs sigkeitshöhenstaridsdetektor bekannt, der im Bereich der Kanülenspitze eine zusätzliche Leitfähigkeitsmessung auf weist. Die Messung der Leitfähigkeit wird etwas oberhalb des unteren Endes der Spitze auf deren Außenseite durch geführt, um zu überprüfen, ob die Spitze zu tief in Flüs sigkeit eingetaucht wurde und gewaschen werden muß. Mit dieser bekannten Vorrichtung kann nicht erkannt werden, ob in die Kanüle Luftblasen eingesaugt wurden, sondern nur, ob sich an der Außenseite unerwünschte Flüssigkeit befindet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten kapazitiven Flüssigkeitshöhenstandsdetektoren, insbeson dere die aus dem Dokument EP 0 555 710 A2 bekannte tria xiale Anordnung mit aktiv geschirmter Kompensationselek trode und mitgeführter, als Gegenelektrode wirkender Ab schirmelektrode derart weiterzubilden, daß fehlerfrei zwischen kompakter solider Flüssigkeit und Schaum- bzw. Flüssigkeitsfilmen unterschieden werden kann und auch bei kleinen Dosiervolumen kontrolliert werden kann, ob Luft oder Flüssigkeit angesaugt wurde.

Die Aufgabe wird bei einer Flüssigkeitstransfereinrich tung der eingangs bezeichneten Art mit einem kapazitiven Flüssigkeitshöhenstandsdetektor dadurch gelöst, daß die Flüssigkeitstransferkanüle zwei Kontrollelektroden auf weist, zwischen denen eine Detektionsstrecke gebildet ist, die Kontrollelektroden derart angeordnet sind, daß die Detektionsstrecke überwiegend im Innern der Flüssig keitstransferkanüle verläuft, mindestens eine der Kon trollelektroden in einem Abstand oberhalb des unteren En des der Spitze der Flüssigkeitstransferkanüle angeordnet ist und die Detektionsschaltung eine Kontrolleinrichtung umfaßt, die zum Kontrollieren einer sich beim Füllen der Detektionsstrecke in der Flüssigkeitstransferkanüle mit Analyseflüssigkeit ergebenden Änderung des Widerstands der Detektionsstrecke ausgebildet ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, daß zur Kontrolle, ob die Kanüle in die Analyseflüssig keit eingetaucht ist, oder zur Kontrolle, ob Luft oder Flüssigkeit in die Flüssigkeitstransferkanüle eingesaugt wurde, der elektrische Widerstand oder entsprechend der elektrische Leitwert einer Detektionsstrecke detektiert wird, die im Fluidkanal der Flüssigkeitstransferkanüle liegt und sich bei korrekter Funktion mit Analyseflüssig keit füllt. Eine Detektionsstrecke in diesem Sinne ist also ein leitfähiger Pfad durch Analyseflüssigkeit, die sich in der Kanüle befindet. Ein solcher Strompfad kann linear oder räumlich als Detektionszone ausgebildet sein, wobei der Anfang und das Ende bzw. die Pole durch die beiden Kontrollelektroden gegeben sind.

Da die elektrische Leitfähigkeit von Analyseflüssigkeit höher als die von Luft ist, kann auf diese Weise kontrol liert werden, ob die Detektionsstrecke durch Luft oder durch Analyseflüssigkeit verläuft. Wenn erfindungsgemäß die Detektionsstrecke überwiegend im Innern der Kanüle verläuft und mindestens eine der Kontrollelektroden ober halb des unteren Endes der Spitze der Kanüle angeordnet ist, ist sichergestellt, daß die Kontrolleinrichtung das Eintauchen der Kanüle in Schaum erkennen kann, da der Schaum nicht zu einer stark erhöhten Leitfähigkeit der Detektionsstrecke führen kann. Die Detektionsstrecke kann somit herangezogen werden, um ein von dem kapazitiven Flüssigkeitshöhenstandsdetektor erkanntes Eintauchen in eine Flüssigkeit zu überprüfen und zu verifizieren und um das Einsaugen von Luft in die Kanüle zu erkennen.

Prinzipiell wäre eine Kontrolle der Leitfähigkeit der Analyseflüssigkeit mittels der Detektionsstrecke auch al leine, d. h. ohne Kombination mit einem kapazitiven Flüs sigkeitshöhenstandsdetektor, zur Detektion des Eintau chens in die Analyseflüssigkeit und zum Erkennen von Luftblasen geeignet. Ein solcher Aufbau ist jedoch in den meisten Anwendungsfällen zu träge, um den an die Detek tionsgeschwindigkeit gestellten Anforderungen zu entspre chen. Durch die erfindungsgemäße Kombination einer schnell reagierenden kapazitiven Flüssigkeitshöhenstands detektion mit einer langsameren Nachkontrolle mittels der Detektionsstrecke werden die Vorteile beider Detektions möglichkeiten vereint.

Mit der Erfindung ist eine qualitative Kontrolle des Flüssigkeitstransfers mit der Kanüle durch Überwachung des Widerstands der Detektionsstrecke sowohl beim Einsau gen als auch beim Abgeben von Flüssigkeit möglich. Bei Mehrfachpipettierungen können die einzelnen, in die Ka nüle eingesaugten und durch Trennblasen getrennten Flüs sigkeitsabschnitte identifiziert werden, da die Trennbla sen den Widerstand der Detektionsstrecke ändern. Eine quantitative Kontrolle des Flüssigkeitstransfers kann durchgeführt werden, wenn die Dosierrate, mit der Analy seflüssigkeit eingesaugt oder ausgestoßen wird, bekannt ist und die bis zur Änderung des Widerstands der Detek tionsstrecke verstreichende Zeit gemessen wird.

Ein Defekt der Kanüle, ein Einsaugen von Luft, ein Ver stopfen des Fluidkanals (durch sogenannte Clots) oder das Aufsetzen der Dosierkanüle auf den Gefäßboden kann da durch erkannt werden, daß keine Analyseflüssigkeit die Detektionsstrecke erreicht bzw. füllt und sich deren Wi derstand nicht ändert. Die Erfindung weist somit den Vor teil auf, daß es möglich ist, eine qualitative Dosie rungskontrolle durchzuführen, wobei geprüft wird, ob Ana lyseflüssigkeit in die Kanüle eingesaugt oder durch diese abgegeben wurde. Ferner ist eine quantitative Dosierungs kontrolle der transferierten Analyseflüssigkeit möglich. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß zuverlässig Schaum erkannt wird und die Oberfläche der Analyseflüs sigkeit sicher detektiert werden kann, so daß ein korrek ter Flüssigkeitstransfer ermöglicht wird. Es ist keine aufwendige Unterdruckmessung erforderlich, um ein Ver stopfen der Dosiernadel zu registrieren. Mit der Erfin dung werden somit Ziele erreicht, um die die Fachwelt sich schon lange bemüht hat.

Nach einem bevorzugten zusätzlichen Merkmal wird vorge schlagen, daß die Flüssigkeitstransferkanüle, insbeson dere die Nadelspitze, eine der Kontrollelektroden bildet.

Wenn die Kanüle eine der Kontrollelektroden bildet, ist der konstruktive Aufwand zur Herstellung und gegebenen falls auch der technische Aufwand zur Messung des Wider stands der Detektionsstrecke verringert. Dabei kann die Kontrollelektrode durch entsprechende Gestaltung der Zu leitungen und der Materialien der Kanüle prinzipiell an beliebiger Stelle in der Kanüle plaziert sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Spitze eine Kontrollelek trode bildet, da hierdurch gewährleistet ist, daß die De tektionsstrecke nahe im Bereich der Spitze verläuft.

Ein anderes vorteilhaftes Merkmal kann sein, daß die De tektionsstrecke in einem solchen Abstand über dem unteren Ende der Spitze angeordnet ist, daß sie nicht beim Ein tauchen der Flüssigkeitstransferkanüle in die Analyse flüssigkeit, sondern erst beim Einsaugen von Analyseflüs sigkeit in die Flüssigkeitstransferkanüle vollständig durch Analyseflüssigkeit verläuft. Hierdurch ist eine ge zielte Kontrolle des Flüssigkeitstransfers durch die in Analyseflüssigkeit eingetauchte Flüssigkeitstransferka nüle möglich, da die Detektionsstrecke zwischen den Kon trollelektroden erst beim Einsaugen von Analyseflüssig keit den Widerstand ändert.

Es ist nicht erforderlich, daß sich die Detektionsstrecke über die gesamte Höhe der Kanüle erstreckt. Es ist zur Ermöglichung der Kontrolle möglichst kleiner Dosiervolu men sogar wünschenswert, daß sich die Detektionsstrecke über einen möglichst kleinen Höhenabschnitt der Kanüle erstreckt und nicht zu weit von deren Spitze angeordnet ist.

Es kann vorteilhaft sein, wenn das untere Ende der Detek tionsstrecke oberhalb des unteren Endes der Kanülenspitze angeordnet ist. Hierdurch ist es möglich, die Kanüle in die Analyseflüssigkeit geringfügig einzutauchen, ohne daß die die untere Kontrollelektrode benetzt wird oder die Detektionsstrecke bereits auf Analyseflüssigkeit rea giert, so daß das Ansaugen von Luftblasen zuverlässig er kannt werden kann. Das untere Ende der Detektionsstrecke ist vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 5 mm oberhalb des unteren Endes der Spitze angeordnet.

Um auch kleine Volumen an Analyseflüssigkeit zuverlässig kontrollieren zu können, ist es vorteilhaft, wenn die De tektionsstrecke im Bereich der Spitze angeordnet ist, so daß nicht viel Analyseflüssigkeit in die Flüssigkeits transferkanüle bis zum Eintreten einer Änderung des Wi derstands der Detektionsstrecke eingesaugt werden muß. Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal wird daher vor geschlagen, daß das obere Ende der Detektionsstrecke im Bereich der Spitze, vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 30 mm oberhalb des unteren Endes der Spitze angeordnet ist.

Die erfindungsgemäße zusätzliche Leitfähigkeitsmessung einer Detektionsstrecke in Kombination mit einem kapazi tiven Flüssigkeitshöhenstandsdetektor ist prinzipiell mit allen kapazitiven Flüssigkeitshöhenstandsdetektoren vor teilhaft, unabhängig davon, ob mit diesen die Kapazität der Flüssigkeitstransferkanüle gegen Masse gemessen wird oder die Flüssigkeitstransferkanüle Bestandteil einer Koaxialelektrodenanordnung ist. Allgemein ist eine Kon trolle mittels einer Detektionsstrecke immer dann vor teilhaft, wenn der kapazitive Flüssigkeitshöhenstands detektor so ausgebildet ist, daß er sehr empfindlich auf Kapazitätsänderungen in der Umgebung (Proben, Rotor, Reagenzgefäße, statische Aufladungen usw.) reagiert und insbesondere, wenn er sehr empfindlich auf Kapazitätsän derungen in der Umgebung der Spitze der Flüssigkeits transferkanüle reagiert. Hingegen wird die Kontrolle der Detektionsstrecke in der Praxis keine besonderen Vorteile bei der Erkennung von Schaum bieten, wenn die Masse der detektierten Flüssigkeit selbst in den Signalpfad ein bezogen ist, da in diesem Fall die Schaum- oder Bläschen bildung kaum die Detektion der Flüssigkeitsoberfläche be einträchtigt.

Die Erfindung ist daher bevorzugt bei Koaxialelektroden anordnungen gemäß dem Dokument EP 0 555 710 A2, auf das in soweit vollinhaltlich Bezug genommen wird, d. h. bei Ko axialelektrodenanordnungen, die vorteilhafterweise eine aktive Schirmung mittels einer an eine Spannungsfolger schaltung angeschlossene Kompensationselektrode und/oder eine bis in den Bereich der Spitze der Flüssigkeitstrans ferkanüle geführte Abschirmelektrode als Gegenelektrode aufweisen.

Eine erste bevorzugte zusätzliche Besonderheit kann daher darin bestehen, daß die Flüssigkeitstransferkanüle Teil einer Koaxialelektrodenanordnung ist, die außer der Flüs sigkeitstransferkanüle mindestens eine diese umgebende und von ihr isolierte Koaxialelektrode aufweist. Ein zusätzliches vorteilhaftes Ausbildungsmerkmal besteht darin, daß die Koaxialelektrodenanordnung eine Abschirm elektrode aufweist, die die Signalelektrode umgibt, auf Konstantpotential liegt und als Gegenelektrode wirkt.

Eine andere vorteilhafte Besonderheit kann sein, daß die Detektionsschaltung eine Wechselspannungsquelle und eine Spannungsfolgerschaltung aufweist, und der Eingang und Ausgang der Spannungsfolgerschaltung mit zwei benachbar ten Elektroden der Koaxialelektrodenanordnung als Signal elektrode und Kompensationselektrode verbunden sind, so daß zwischen der Signalelektrode und der Kompensations elektrode keine Spannungsdifferenz auftritt und die Kapa zität zwischen der Signalelektrode und der Kompensations elektrode kompensiert wird. Dabei kann nach einem weite ren vorteilhaften Merkmal vorgesehen sein, daß eine erste der Elektroden der Koaxialelektrodenanordnung die Signal elektrode des Flüssigkeitshöhenstandsdetektors und mit dem Eingang der Spannungsfolgerschaltung verbunden ist und eine zweite Elektrode der Koaxialelektrodenanord nung, die zu der Signalelektrode benachbart ist, mit dem Ausgang der Spannungsfolgerschaltung verbunden ist.

Vorteilhafterweise ist ferner vorgesehen, daß die Flüs sigkeitstransferkanüle als Signalelektrode mit dem Ein gang der Spannungsfolgerschaltung und die benachbarte Koaxialelektrode als Kompensationselektrode mit dem Aus gang der Spannungsfolgerschaltung verbunden ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher er läutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Flüssigkeitstransfereinrichtung in per spektivischer Darstellung,

Fig. 2 einen Querschnitt einer ersten erfindungsge mäßen Flüssigkeitstransferkanüle,

Fig. 3 einen Querschnitt einer zweiten erfindungsge mäßen Flüssigkeitstransferkanüle,

Fig. 4 eine dritte erfindungsgemäße Flüssigkeitstrans ferkanüle in Form einer Einmaldosierspitze,

Fig. 5 die Flüssigkeitstransferkanüle der Fig. 2 mit Systemflüssigkeit,

Fig. 6 die Flüssigkeitstransferkanüle der Fig. 5 beim Ansaugen von Schaum,

Fig. 7 eine Schnittdarstellung einer Koaxialelektro denanordnung mit einem Prinzipschaltbild der Detektionsschaltung,

Fig. 8 ein Zeitdiagramm zu einem kapazitiven Flüssig keithöhenstandsdetektor,

Fig. 9 ein Zeitdiagramm zu einer Detektionsstrecke,

Fig. 10 eine Einzelheit bei der Herstellung einer Flüs sigkeitstransferkanüle gemäß Fig. 2,

Fig. 11 eine weitere Einzelheit bei der Herstellung einer Flüssigkeitstransferkanüle gemäß Fig. 2,

Fig. 12 einen ersten Schritt bei der Herstellung einer Flüssigkeitstransferkanüle gemäß Fig. 4,

Fig. 13 einen zweiten Schritt bei der Herstellung einer Flüssigkeitstransferkanüle gemäß Fig. 4,

Fig. 14 einen dritten Schritt bei der Herstellung einer Flüssigkeitstransferkanüle gemäß Fig. 4 und

Fig. 15 die Flüssigkeitstransferkanüle zu den Fig. 12 bis 14.

Die in Fig. 1 dargestellte Flüssigkeitstransfereinrich tung 1 dient dazu, eine Analyseflüssigkeit aus einem der Gefäße 2 zu entnehmen und in ein anderes Gefäß zu trans ferieren. Die Gefäße 2 befinden sich auf einem Rotor 3 oder einer anderen beweglichen Gefäßhalterung. In der Praxis weisen automatische Analysegeräte im Regelfall mehrere Gefäßhalterungen auf. Die Gefäßvolumen betragen ca. 400 µl bis 40 ml und die transferierten Flüssigkeits mengen ca. 10-100 µl, mit einer Auflösung von ca. 0,25 µl. Zur Inkubation bei 37°C werden die Flüssigkeiten in Mikroküvetten auf einem Inkubationsrotor ausgestoßen; auch dabei muß die Füllstandshöhe ermittelt werden.

Eine Flüssigkeitstransferkanüle 5 mit einem Innendurch messer von ca. 0,4 mm ist an einer Bewegungseinrichtung 6 befestigt, welche eine mittels eines nicht dargestellten Vertikalantriebs aufwärts und abwärts bewegbare Vertikal säule 7 und einen Schwenkarm 8 aufweist. Dadurch kann die Kanüle 5 auf dem Schwenkkreis 9 in verschiedene Positio nen gebracht und in eines der Gefäße 2 abgesenkt werden. Derartige Flüssigkeitstransfereinrichtungen sind in ver schiedenen Ausführungsformen bekannt. Im Hinblick auf einen geeigneten Antriebsmechanismus sei beispielsweise auf die EP-A-0 408 804 verwiesen.

Die Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch eine erste er findungsgemäße Flüssigkeitstransferkanüle 5, die nadel förmig ausgebildet ist. Sie umfaßt zwei konzentrische Rohre 10, 11, die aus Metall oder einem leitfähigen Kunststoff bestehen und mittels eines Isolierstoffs 12 elektrisch voneinander isoliert sind. Im Bereich der Spitze 5a der Kanüle 5 sind die Rohre 10, 11 spitzenför mig ausgezogen, wobei das äußere Rohe 10 am unteren Ende ein gerades Ansatzstück 13 aufweist.

Das äußere Rohr 10 bildet die Signalelektrode eines kapa zitiven Flüssigkeitshöhenstandsdetektors zur Detektion des Eintauchens der Kanüle 5 in eine Analyseflüssigkeit. Das Absenken der Kanüle 5 in Richtung auf eine Analyse flüssigkeit erfolgt mit einem motorischen Antrieb. Sobald die Spitze 5a Flüssigkeit oder Schaum berührt, erkennt der kapazitive Flüssigkeitshöhenstandsdetektor den Kon takt mit einem leitfähigen Medium. Zur Erzielung einer Mindesteintauchtiefe fährt der Antrieb noch eine geringe Strecke weiter, damit die Spitze 5a hinreichend einge taucht ist. Dann zieht die angeschlossene Dosierpumpe mittels des im Innern der Kanüle 5 befindlichen Hilfs fluids, das Luft oder eine Systemflüssigkeit sein kann, ein bestimmtes Volumen aus der Analyseflüssigkeit auf. Bei der Verwendung einer Systemflüssigkeit oder bei Mehr fachpipettierungen ist es vorteilhaft, wenn zwischen den einzelnen aufgesogenen Flüssigkeitsabschnitten kleine Trennluftblasen vorhanden sind.

Das untere Ende des inneren Rohrs 11 endet oberhalb des unteren Endes der Spitze 5a der Kanüle 5. Die unteren Ab schnitte des inneren Rohrs 11 und des äußeren Rohrs 10 bilden jeweils eine Kontrollelektrode 14, 15, zwischen denen eine Detektionsstrecke 16 ausgebildet ist. Die Kon trollelektroden 14, 15 erfahren durch aufgesaugte Analy seflüssigkeit eine leitfähige Verbindung, die detektiert werden kann.

Wenn die Kanüle 5 in die Analyseflüssigkeit eingetaucht und mittels der Dosierpumpe Analyseflüssigkeit angesaugt wird, kann mittels der Detektionsstrecke 16 kontrolliert werden, ob Analyseflüssigkeit angesaugt wurde. Wenn bei der Absenkbewegung die Kanüle 5 die Flüssigkeitsoberflä che nicht erreicht hat und in Schaum gestoppt wurde, wird hauptsächlich Luft eingesaugt. Die dadurch verursachte elektrische Leitfähigkeit zwischen den Kontrollelektroden 14, 15 entlang der Detektionsstrecke 16 ist geringer als bei dem Aufsaugen von Analyseflüssigkeit, so daß fest stellbar ist, ob Analyseflüssigkeit oder Schaum angesaugt wurde. Auch eventuelle andere auftretende Fehlerquellen bei dem Dosieren von Analyseflüssigkeit können auf diese Weise mittels der Detektionsstrecke 16 erkannt werden.

Die Flüssigkeitstransferkanüle 5 ist bevorzugt Teil einer Koaxialelektrodenanordnung 11. Hinsichtlich vorteilhafter Einzelheiten einer Koaxialelektrodenanordnung, der elek tronischen Schaltung, der Vorteile und möglichen Alterna tiven und Varianten wird auf die Dokument EP 0555710 A2 und EP 0 913 671 A1 Bezug genommen.

Ein in Fig. 3 dargestelltes Ausführungsbeispiel einer Koaxialelektrodenanordnung 18 einer Flüssigkeitstransfer kanüle 5 umfaßt eine als Kompensationselektrode einer ak tiven Schirmung wirkende Koaxialelektrode 19 und eine der Abschirmung dienende Gegenelektrode 20. Zwischen den ein zelnen Elektroden befindet sich Isolierstoff 12, der so weit erforderlich als Dielektrikum ausgebildet sein kann. Die Außenseite der Kanüle 5 kann mit einer Schutzbe schichtung 21, die beispielsweise aus Isolierstoff beste hen kann, beschichtet sein.

Das als Signalelektrode dienende äußere Rohr 10 wird in radialer Richtung auf seinem gesamten Umfang durch die Kompensationselektrode 19 und die Abschirmelektrode 20 umgeben und ist in seiner räumlichen Lage relativ zu den Elektroden fixiert. Die Koaxialelektrode ist somit ein festes Teil einer sich in axialer Richtung über die über wiegende Länge der Flüssigkeitstransferkanüle 5, mit Aus nahme der Spitze 5a, erstreckenden Koaxialelektrodenan ordnung 18, so daß keine Relativbewegung zwischen dem äußeren Rohr 10 und den es umgebenden Elektroden statt findet. Die Kompensationselektrode 19 wird, wie auch die Abschirmelektrode 20, gemeinsam mit der Flüssigkeits transferkanüle 5 mittels einer Bewegungseinrichtung auf- und abwärts bewegt oder umgekehrt das Gefäß mit der Ana lyseflüssigkeit in Richtung auf die Flüssigkeitstransfer kanüle 5 angehoben und abgesenkt.

Aufgrund der aktiven Abschirmung mittels der Kompensa tionselektrode 19 ist bei dieser Relativbewegung zwischen Flüssigkeitstransferkanüle 5 und der Analyseflüssigkeit das als Signalelektrode dienende äußere Rohr 10 weitge hend abgeschirmt, so daß nicht die gesamte Kanülenlänge kapazitiv an sämtliche leitfähige Teile in ihrer Umgebung koppelt, sondern im wesentlichen die ungeschirmte, am un teren Ende auf einem kurzen Stück herausragende Spitze 5a. Es wird also nur dort die Kapazität bzw. eine Ände rung der Kapazität detektiert, wo es für die kapazitive Flüssigkeitshöhenstandsdetektion zweckmäßig ist.

In Fig. 4 ist eine erfindungsgemäße Flüssigkeitstransfer kanüle 5 dargestellt, die in Form einer Einmaldosier spitze ausgebildet ist. Ihr Aufbau entspricht demjenigen der in Fig. 2 dargestellten Kanüle 5, mit dem Unter schied, daß sie sich zur Spitze hin verjüngend ausgebil det ist. Sie umfaßt drei konzentrische Kunststoffschich ten, von denen die äußere 10 und innere 11 leitfähig sind und die mittlere aus Isolierstoff 12 besteht. Auch hier bilden die unteren Abschnitte der Schichten 10, 11 je weils eine Kontrollelektrode 14, 15, zwischen denen eine Detektionsstrecke 16 ausgebildet ist, die einen Abstand zum unteren Ende der Spitze 5a aufweist und sich über einen in Längsrichtung der Kanüle 5 verlaufenden Ab schnitt erstreckt.

In Fig. 5 ist die Kanüle 5 der Fig. 2 beim Dosieren mit Systemflüssigkeit 22 und einer Luftblase 23 dargestellt. Auch in diesem Fall kann die Detektionsstrecke 16 zum Er kennen der Systemflüssigkeit 22 und der Luftblase 23 so wie zum Kontrollieren des Einsaugens von Analyseflüssig keit verwendet werden. Dies ist in Fig. 6 dargestellt, wo eine aus dem Schaum 56 angesaugte Schaumblase 24 nur zu einer geringen Leitfähigkeit der Detektionsstrecke 16 führt, so daß von einer die Leitfähigkeit zwischen den Kontrollelektroden 14, 15 überprüfenden Detektionsschal tung erkannt werden kann, daß Schaum anstatt Analyseflüs sigkeit angesaugt wurde.

Die Fig. 7 zeigt ein Prinzipschaltbild einer Detektions schaltung mit einer Flüssigkeitstransferkanüle 5, die derjenigen der Fig. 3 entspricht. Schematisch dargestellt ist die Bewegungseinrichtung 6 mit der zugehörigen Steu erschaltung 25, die zwei Signale einer Detektionsschal tung 26 auswertet. Das erste Signal 27 ist das der kapa zitiven Flüssigkeitshöhenstandsdetektion und das zweite Signal 28 das Signal der Dosierkontrolle mittels der im Bereich der Spitze 5a der Kanüle 5 angeordneten Detek tionsstrecke 16. Die Kanüle 5 ist über den Schlauch 36 an eine nicht dargestellte Dosierpumpe angeschlossen.

Beim Absenken der Kanüle 5 sind die beiden Schalter 29 und 30 geöffnet, um die kapazitive Flüssigkeitshöhen standsdetektion nicht durch den niederohmigen Lastwider stand R2 für die Leitfähigkeitsmessung zu stören. Die An regungsspannung für den kapazitiven Flüssigkeitshöhen standsdetektor mit einer Frequenz von ca. 100 kHz wird von dem ersten Generator 31 über einen hochohmigen Wider stand R1 von ca. 100 kQ auf das äußere Rohr 10 der Kanüle 5 gegeben. Die elektrische Verbindung zum inneren Rohr 11 erfolgt kapazitiv und über Influenz bzw. Induktion, d. h. das innere Rohr 11 ist elektrisch an das äußere Rohe 11 gekoppelt. Beim Eintauchen der Kanüle 5 ändert sich die Kapazität an der Spitze 5a sprunghaft, so daß sich die Spannung über dem Widerstand R1 hinsichtlich Amplitude und Phase ändert. Diese Änderung wird mittels des Vorver stärkers 33, des Phasengleichrichters 34 und des Tiefpas ses 35 in Gleichspannung umgewandelt und als erstes Si gnal 27, das das Signal der kapazitiven Flüssigkeitshö henstandsdetektion bildet, der Steuerschaltung 25 zuge führt.

Nachdem durch den kapazitiven Flüssigkeitshöhenstandsde tektor detektiert wurde, daß die Kanüle 5 Flüssigkeit be rührt hat, was gegebenenfalls auch dann der Fall sein kann, wenn es sich um Schaum oder um eine Störung han delt, erfolgt durch die Steuerung 25 und die Bewegungs einrichtung 6 eine weitere Absenkung der Kanüle 5 um we nige Millimeter zur Sicherstellung einer Mindesteintauch tiefe. Danach wird die Kontrolle mittels der Detektions strecke 16 vorbereitet und werden die Schalter 29 und 30 geschlossen.

Durch den Schalter 29 wird das innere Rohr 11 mit dem zweiten Generator 32 verbunden. Der zweite Generator 32 erzeugt zur Erfassung der Leitfähigkeit der Detektions strecke eine deutlich niedrigere Frequenz als der erste Generator 31; seine Frequenz beträgt etwa 1 kHz. Durch den Schalter 30 wird die Detektionsstrecke 16 mit einem Widerstand R2 belastet. Der Widerstand R2 beträgt ca. 1 kQ. Durch die niedrige Frequenz und den kleinen Wider stand R2 werden kapazitive Störeinflüsse vernachlässig bar, d. h. die Leitfähigkeitsmessung wird erleichtert.

Nach dem Schließen der Schalter 29 und 30 wird die nicht dargestellte Dosierpumpe durch die Steuerschaltung 25 veranlaßt, ein kleines Volumen anzusaugen, das so groß ist, daß die Detektionsstrecke 16 ganz durch eingesaugte Analyseflüssigkeit verläuft, sofern kein Fehler vorliegt. Wird leitfähige Analyseflüssigkeit in die Detektions strecke 16 in der Spitze 5a aufgezogen, bildet sie eine leitende Verbindung zwischen den Kontrollelektroden 14, 15. Von dem zweiten Generator 32 fließt Strom über die Detektionsstrecke 16 in der eingesaugten Analyseflüssig keit und den Widerstand R2 auf Masse.

Der zu der Leitfähigkeit der Detektionsstrecke 16 propor tionale Spannungsabfall an dem Widerstand R2 wird mittels des Vorverstärkers 33, des Phasengleichrichters 37 und des Tiefpasses 38 in eine Gleichspannung umgewandelt, die als zweites Signal 28 für die Durchführung der Dosierkon trolle der Steuerschaltung 25 zugeführt wird. Wenn die Detektionsstrecke 16 eine hinreichend große Leitfähigkeit aufweist, bedeutet dies, daß Analyseflüssigkeit einge saugt wurde. Ist der Widerstand der Detektionsstrecke 16 dagegen nach dem Einsaugen zu hoch, liegt ein Fehlerzu stand vor, beispielsweise ein Einsaugen von Luft oder Schaum, eine Verstopfung der Kanüle 5 oder eine Undich tigkeit des Schlauchs 36. Um den Fehlerzustand zu verifi zieren, kann die Kanüle 5 dann schrittweise oder kontinu ierlich tiefer positioniert werden, wobei das Ansaugen und die Kontrolle der Leitfähigkeit der Detektionsstrecke 16 regelmäßig wiederholt oder kontinuierlich durchgeführt werden.

Die Fig. 8 zeigt in einem Zeitdiagramm das Signal 27 am Ausgang des Tiefpasses 35 beim Absenken der Flüssigkeits transferkanüle 5 in Richtung auf die Analyseflüssigkeit 4. Die Spitze 5a befindet sich zum Zeitpunkt t = 0 in einem Abstand von der Oberfläche der Analyseflüssigkeit 4. Die Absenkbewegung wird inkrementell durchgeführt, wobei die Verfahrgeschwindigkeit der Kanüle ca. 1000 Schritte pro Sekunde mit einer Schrittweite von jeweils 0,2 mm be trägt. Dabei wird in regelmäßigen Zeitintervallen von 1 msec abgefragt, ob sich die Spannung mit einer be stimmten Geschwindigkeit geändert hat. Die Abtastzeit punkte 57 sind durch die senkrechten Striche angedeutet.

Zum Zeitpunkt t₁ findet eine Störung statt, die ein schnelles, kurzfristiges Absenken des Signals zur Folge hat. Eine solche Störung kann beispielsweise durch eine elektrostatische Störung oder eine platzende Blase verur sacht sein. Die Absenkbewegung der Kanüle 5 wird durch das kurzfristige und schnelle Absinken des Signals jedoch noch nicht gestoppt, sondern im Anschluß an dieses Ereig nis wird mehrfach, beispielsweise dreimal, abgefragt, ob ein bestimmter Wert relativ zu dem letzten gemessenen Be zugswert vor dieser Störung unterschritten bleibt. Wenn dies nicht der Fall ist, beispielsweise weil die Blase inzwischen geplatzt ist und die Spitze 5a sich daher in zwischen wieder in Luft befindet, wird die Abwärtsbewe gung weiter fortgesetzt, da erkannt wurde, daß die Spitze 5a noch nicht in die Analyseflüssigkeit 4 eingetaucht ist.

Zum Zeitpunkt t₂ fällt das Signal wieder schnell ab und bleibt im Anschluß daran auch während der mehrfachen wei teren Abtastungen 57 auf dem niedrigen Wert. Dies bedeu tet, daß die Spitze 5a entweder in die Analyseflüssigkeit 4 eingetaucht ist oder sich in einer Blase oder einem Schaum über der Analyseflüssigkeit 4 befindet, die sich durch das Einstechen nicht zurückgebildet haben. Anhand des Signals des kapazitiven Flüssigkeitshöhenstandsde tektors allein kann diese Unterscheidung, die innerhalb kürzester Zeit getroffen werden muß, um ein zu tiefes Eintauchen der Flüssigkeitstransferkanüle 5 in die Analy seflüssigkeit 4 zu verhindern, nicht getroffen werden. Auch wenn beispielsweise nach drei bis vier weiteren Ab frageintervallen die Absenkbewegung gestoppt wird und die möglichen Auswertebedingungen erfüllt sind, d. h. eine Er kennung eines steilen Absinkens des Signals durch Dif ferenzieren des Signals und Triggerung auf einen bestimm ten Schwellenwert, der Vergleich mit einem Bezugswert vor dem Triggerereignis und die Integration mehrerer Abtas tungen zur Störunterdrückung, kann nicht entschieden wer den, ob die Spitze 5a wirklich in kompakte Flüssigkeit eingetaucht ist oder nicht.

Zur Lösung dieses Problems wird ein kleines Volumen ein gesaugt und das Signal 28 herangezogen, das ein Maß für den Widerstand der Detektionsstrecke 16 ist und deren paralleler zeitlicher Verlauf in Fig. 9 dargestellt ist. Bei der Störung zum Zeitpunkt t₁ reagiert die Detek tionsstrecke 16 nicht, da noch keine Analyseflüssigkeit 4 eingesaugt wurde.

Zum Zeitpunkt t₃ wird Analyseflüssigkeit eingesaugt. Aus Fig. 9 ist ersichtlich, daß der Widerstand R der Detek tionsstrecke 16 abfällt. Dies ist nur der Fall, wenn die Detektionsstrecke 16 tatsächlich durch eingesaugte Ana lyseflüssigkeit 4 verläuft. Bei einer Störung, beispiels weise einer nicht zerplatzenden Blase, würde das Signal den gestrichelt dargestellten alternativen Verlauf 58 an nehmen. Durch die Messung des Widerstands der Detektions strecke 16 zum Zeitpunkt t₄ kann daher unterschieden wer den, ob die Flüssigkeitstransferkanüle 5, deren Abwärts bewegung beispielsweise zum Zeitpunkt t₂ oder t₃ gestoppt wurde, in die Analyseflüssigkeit 4 eingetaucht ist oder nicht, so daß mit dem Flüssigkeitstransfer begonnen oder eine neue Absenkbewegung eingeleitet bzw. diese fortge setzt werden kann. Für einen genauen Flüssigkeitstransfer könnte die Dosierkanüle aus der Flüssigkeit herausgezo gen, bereits aufgesaugte Flüssigkeit ausgestoßen und dann die Dosierkanüle wieder in die vorher gefundene Position gefahren werden, um die Dosierung durchzuführen.

Eine Variante hierzu, die besonders für zeitkritische An wendungsfälle interessant ist, bei denen es auf eine sehr schnelle Messung ankommt und in denen die Zeit für die Nachkontrolle mittels einer Detektionsstrecke 16 vor dem Flüssigkeitstransfer nicht zur Verfügung steht, besteht darin, daß der Flüssigkeitstransfer bereits nach dem Stoppen der Eintauchbewegung, d. h. zum Zeitpunkt t₃, zu dem die kapazitiven Nachkontrollen abgeschlossen sind, durchgeführt wird und während des Flüssigkeitstransfers die Kontrolle mit der Detektionsstrecke 16 durchgeführt wird. Falls die Widerstandsmessung ergibt, daß die Flüs sigkeitstransferkanüle 5 zum Zeitpunkt t₃ noch nicht in die Analyseflüssigkeit eingetaucht war, wird dies dem Analysesystem signalisiert und das Meßergebnis der jewei ligen Probe im Nachhinein verworfen oder der Bediener durch ein Signal sofort darauf hingewiesen, daß Probleme bei der Dosierung auftreten. Auf diese Weise kann eine höhere Durchsatzrate erzielt werden.

Die Anordnung der Kontrollelektroden 14, 15 sollte kapa zitätsarm sein, um den kapazitiven Flüssigkeitshöhen standsdetektor nicht durch parasitäre Kapazitäten zu stören. Daher wird in einer vorteilhaften Ausbildung vorgeschlagen, daß die Kontrollelektroden 14, 15 oder mindestens eine Zuleitung zwischen einer Abschirmelek trode und einer Kompensationselektrode angeordnet ist, deren Kapazität durch eine Spannungsfolgerschaltung kompensiert wird.

Die Detektionsstrecke 16 kann auch zwischen der Signal elektrode und einer Kontrollelektrode ausgebildet sein. Vorteil hierbei ist, daß man keine separaten Zuleitungen zu der Detektionsstrecke 16 benötigt, da beispielsweise die Flüssigkeitstransferkanüle, die Abschirmelektrode oder die Koaxialelektrode als Zuleitung genutzt werden kann. Das kapazitive, zu detektierende Signal wird dadurch nicht zusätzlich kapazitiv belastet.

Die Kontrollelektroden 14, 15 sollten glatt sein, keine Angriffsfläche bieten und zweckmäßig mechanisch befestigt und elektronisch angeschlossen sein. Eventuell können sie mit einer flüssigkeitsabstoßenden Nanobeschichtung verse hen sein. Sie können auch in einer Vertiefung oder Öff nung im Bereich der Spitze 5a eingelassen werden oder mit einem chemisch resistenten Vergußmittel eingegossen sein.

Die Fig. 10 und 11 veranschaulichen die Herstellung einer Kanüle 5 gemäß Fig. 2. Vorgefertigte Metallrohre 10, 11 werden konzentrisch zueinander montiert. Ein Me talldraht 39, der nahezu denselben Durchmesser wie die am unteren Ende der Metallrohre 10, 11 angeordneten Dosier bohrungen aufweist, wird durch beide Metallrohre 10, 11 geführt. Der Zwischenraum 40 zwischen beiden Metallrohren 10, 11 wird mit schmelz- oder sinterfähigem, nicht lei tendem Pulver oder Granulat gefüllt. Der Metalldraht 39 dient dabei zur radialen Positionierung der Metallrohre 10, 11 und verhindert, daß das in den Zwischenraum 40 gefüllte Material in die Dosierbohrungen eindringen kann. Zum Schmelzen und Aushärten des Materials in dem Zwi schenraum 40, wobei sich der Isolierstoff 12 bildet, werden die Metallrohre 10, 11 vertikal stehend erhitzt.

Der ausgehärtete Isolierstoff 12 reicht bis zu einer vor gegebenen Höhe in dem Zwischenraum 40. Der Zwischenraum 40 muß nicht vollständig gefüllt sein; in vielen Anwen dungsfällen ist es ausreichend, wenn die unteren Enden der Rohre 10, 11 durch Isolierstoff 12 zueinander fixiert werden, ohne daß der Zwischenraum 40 über seine gesamte Höhe gefüllt ist. Nach dem Abkühlen wird der Metalldraht herausgezogen, so daß eine Kanüle 5 gemäß Fig. 11 ent steht. Um Beschädigungen der Dosierbohrung zu vermeiden, kann der Metalldraht 39 vor dem Herausziehen gestreckt werden, wodurch sich sein Durchmesser reduziert. Bei Be darf kann das Innere der Dosieröffnung zusätzlich geglät tet werden, beispielsweise durch Honen oder ein ähnliches Verfahren.

Die Fig. 12 bis 15 veranschaulichen die Herstellung einer Flüssigkeitstransferkanüle 5 in Form einer Einmal- Dosierspitze gemäß Fig. 4. Dabei werden drei Schichten mit einem Mehrkomponenten-Spritzgußverfahren hergestellt.

Fig. 12 zeigt eine Form 41 mit einem darin eingesetzten, angepaßten Dorn 42. Zunächst wird die innere, leitfähige Schicht 11 mittels des Angusses 43 in den Hohlraum zwi schen Form 41 und Dorn 42 gespritzt, wobei auch ein Ab streifer 44 gebildet wird. Nach dem Erstarren der Schicht 11 aus einem leitfähigen Kunststoff wird der Dorn 42 et was aus der Form 41 herausgezogen und der dabei entste hende Hohlraum wird wie in Fig. 13 dargestellt zur Bil dung der Isolierschicht 12 durch einen weiteren Anguß 45 gefüllt. Nach dem Erstarren der Isolierschicht 12 wird der Dorn 42 nochmals etwas aus der Form 41 herausgezogen und wie in Fig. 14 dargestellt die Schicht 10 aus leit fähigem Kunststoff durch den Anguß 46 gespritzt. Nach dem Erstarren wird die Form geöffnet und die fertige Kanüle 5, die in Fig. 15 dargestellt ist, von dem Dorn 42 abge striffen.

Bezugszeichenliste

1

Flüssigkeitstransfereinrichtung

2

Gefäß

3

Rotor

4

Analyseflüssigkeit

5

Flüssigkeitstransferkanüle

5

a Spitze

6

Bewegungseinrichtung

7

Vertikalsäule

8

Schwenkarm

9

Schwenkkreis

10

äußeres Rohr

11

inneres Rohr

12

Isolierstoff

13

Ansatzstück

14

Kontrollelektrode

15

Kontrollelektrode

16

Detektionsstrecke

18

Koaxialelektrodenanordnung

19

Koaxialelektrode

20

Gegenelektrode

21

Schutzbeschichtung

22

Systemflüssigkeit

23

Luftblase

24

Schaumblase

25

Steuerschaltung

26

Detektionsschaltung

27

erstes Signal

28

zweites Signal

29

erster Schalter

30

zweiter Schalter

31

erster Generator

32

zweiter Generator

33

Vorverstärker

34

Phasengleichrichter

35

Tiefpaß

36

Schlauch

37

Phasengleichrichter

38

Tiefpaß

39

Metalldraht

40

Zwischenraum

41

Form

42

Dorn

43

Anguß

44

Abstreifer

45

Anguß

46

Anguß

56

Schaum

57

Abtastzeitpunkte

58

alternativer Verlauf
U Spannung
t Zeit
R Widerstand
R1 Widerstand
R2 Widerstand

Claims

1. Flüssigkeitstransfereinrichtung für ein Analysegerät mit einer Flüssigkeitstransferkanüle (5) und einem kapazitiven Flüssigkeitshöhenstandsdetektor zur De tektion des Eintauchens der Flüssigkeitstransfer kanüle (5) in eine in einem Gefäß (2) befindliche Analyseflüssigkeit (4), wobei der Flüssigkeitshöhen standsdetektor eine Signalelektrode, eine Gegenelek trode und eine Detektionsschaltung (26) zur Detektion einer Änderung der Kapazität zwischen der Signalelek trode und der Gegenelektrode umfaßt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitstransferkanüle (5) zwei Kontrollelek troden (14, 15) aufweist, zwischen denen eine Detek tionsstrecke (16) gebildet ist,
die Kontrollelektroden (14, 15) derart angeordnet sind, daß die Detektionsstrecke (16) überwiegend im Innern der Flüssigkeitstransferkanüle (5) verläuft, mindestens eine der Kontrollelektroden (14) in einem Abstand oberhalb des unteren Endes der Spitze (5a) der Flüssigkeitstransferkanüle (5) angeordnet ist, und
die Detektionsschaltung (26) eine Kontrolleinrichtung (32, 36) umfaßt, die zum Kontrollieren einer sich beim Füllen der Detektionsstrecke (16) in der Flüs sigkeitstransferkanüle (5) mit Analyseflüssigkeit (4) ergebenden Änderung des Widerstands (R) der Detek tionsstrecke (16) ausgebildet ist.

2. Flüssigkeitstransfereinrichtung nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitstransfer kanüle (5), insbesondere deren Spitze (5a) eine der Kontrollelektroden (15) bildet.

3. Flüssigkeitstransfereinrichtung nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionsstrecke (16) in einem solchen Abstand über dem unteren Ende der Spitze (5a) angeordnet ist, daß sie nicht beim Eintauchen der Flüssigkeitstrans ferkanüle (5) in die Analyseflüssigkeit (4), sondern erst beim Einsaugen von Analyseflüssigkeit (4) in die Flüssigkeitstransferkanüle (5) durch Analyseflüssig keit (4) verläuft.

4. Flüssigkeitstransfereinrichtung nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende der Detektionsstrecke (16) oberhalb des unteren Endes der Spitze (5a) angeordnet ist.

5. Flüssigkeitstransfereinrichtung nach Anspruch 4, da durch gekennzeichnet, daß das untere Ende der Detek tionsstrecke (16) im Bereich der Spitze (5a), vor zugsweise zwischen 0,5 mm und 5 mm oberhalb des unteren Endes der Spitze (5a) angeordnet ist.

6. Flüssigkeitstransfereinrichtung nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende der Detektionsstrecke (16) im Bereich der Spitze (5a), vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 30 mm oberhalb des unteren Endes der Spitze (5a) angeordnet ist.

7. Flüssigkeitstransfereinrichtung nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kontrollelektrode (14) von einem in der Flüssig keitstransferkanüle (5) angeordneten Innenrohr (11), in das die Analyseflüssigkeit (4) einsaugbar ist, insbesondere von dessen unteren Ende gebildet wird.

8. Flüssigkeitstransfereinrichtung nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitstransferkanüle (5) Teil einer Dosier spitze, insbesondere einer Einmaldosierspitze ist.

9. Flüssigkeitstransfereinrichtung nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitstransferkanüle (5) Teil einer Koaxialelektrodenanordnung (18) ist, die außer der Flüssigkeitstransferkanüle (5) mindestens eine diese umgebende und von ihr isolierte Koaxialelektrode (19) aufweist.

10. Flüssigkeitstransfereinrichtung nach Anspruch 9, da durch gekennzeichnet, daß die Koaxialelektrodenanord nung (18) eine Abschirmelektrode (20) aufweist, die die Signalelektrode umgibt, auf Konstantpotential liegt und als Gegenelektrode wirkt.

11. Flüssigkeitstransfereinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionsschal tung (26) eine Wechselspannungsquelle und eine Span nungsfolgerschaltung aufweist und der Eingang und Ausgang der Spannungsfolgerschaltung mit zwei be nachbarten Elektroden der Koaxialelektrodenanordnung (18) als Signalelektrode und Kompensationselektrode verbunden sind, so daß zwischen der Signalelektrode und der Kompensationselektrode keine Spannungsdiffe renz auftritt.

12. Flüssigkeitstransfereinrichtung nach Anspruch 11, da durch gekennzeichnet, daß eine erste der Elektroden der Koaxialelektrodenanordnung (18) die Signalelek trode des Flüssigkeitshöhenstandsdetektors und mit dem Eingang der Spannungsfolgerschaltung verbunden ist und eine zweite Elektrode der Koaxialelektroden anordnung, die zu der Signalelektrode benachbart ist, mit dem Ausgang der Spannungsfolgerschaltung verbun den ist.

13. Flüssigkeitstransfereinrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeits transferkanüle (5) als Signalelektrode mit dem Ein gang der Spannungsfolgerschaltung und die benachbarte Koaxialelektrode als Kompensationselektrode mit dem Ausgang der Spannungsfolgerschaltung verbunden ist.

14. Verfahren zur Kontrolle des Einsaugens von Analyse flüssigkeit (4) in eine Flüssigkeitstransferkanüle (5) einer Flüssigkeitstransfereinrichtung eines Analysegerätes, deren Eintauchen in eine in einem Ge fäß (2) befindliche Analyseflüssigkeit (4) mittels eines kapazitiven Flüssigkeitshöhenstandsdetektors, der eine Signalelektrode, eine Gegenelektrode und eine Detektionsschaltung (26) zur Detektion einer Än derung der Kapazität zwischen der Signalelektrode und der Gegenelektrode umfaßt, detektiert wird,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Kontrolle des Füllens der Flüssigkeitstransfer kanüle (5) mit Analyseflüssigkeit (4) die Änderung des Widerstands (R) einer zwischen Kontrollelektroden (14, 15) der Flüssigkeitstransferkanüle (5) ausgebil deten Detektionsstrecke (16) mittels einer Kontroll einrichtung (32, 36) kontrolliert wird, wobei die Kontrollelektroden (14, 15) derart angeordnet sind, daß die Detektionsstrecke (16) überwiegend im Innern der Flüssigkeitstransferkanüle (5) verläuft und min destens eine der Kontrollelektroden (14) in einem Ab stand oberhalb des unteren Endes der Spitze (5a) der Flüssigkeitstransferkanüle (5) angeordnet ist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintauchbewegung der Flüssigkeitstransfer kanüle (5) in die Analyseflüssigkeit (4) in inkremen tellen Absenkschritten durchgeführt wird, bei der ersten Detektion einer Flüssigkeitsoberfläche mittels des kapazitiven Flüssigkeitshöhenstandsdetektors die Eintauchbewegung fortgesetzt und erst nach einer wäh rend der fortgesetzten Eintauchbewegung durchgeführ ten, mehrfachen, aufeinanderfolgenden Detektion von Flüssigkeit mittels des kapazitiven Flüssigkeitshö henstandsdetektors die Eintauchbewegung gestoppt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekenn zeichnet, daß die Änderung des Widerstands (R) der Detektionsstrecke (16) während der Eintauchbewegung der Flüssigkeitstransfernaküle (5) kontinuierlich oder intermittierend oder nach dem Stoppen der Ein tauchbewegung kontrolliert sowie bei positiver Detek tion von kompakter Flüssigkeit mittels der Kontroll elektroden (14, 15) der Flüssigkeitstransfer durchge führt oder bei negativer Detektion von kompakter Flüssigkeit mittels der Kontrollelektroden (14, 15) die Eintauchbewegung neu gestartet bzw. fortgesetzt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekenn zeichnet, daß der Flüssigkeitstransfer nach einem Stoppen der Eintauchbewegung der Flüssigkeitstrans ferkanüle (5) durchgeführt sowie während des Flüs sigkeitstransfers das Eintauchen der Flüssigkeits transferkanüle (5) in die Analyseflüssigkeit (4) mit tels einer Messung des Widerstands (R) der Detek tionsstrecke (16) überprüft wird.

18. Flüssigkeitstransferkanüle (5) zur Verwendung in einer Flüssigkeitstransfereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 oder in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitstransferkanüle (5) zwei Kontrollelek troden (14, 15) aufweist, zwischen denen eine Detek tionsstrecke (16) ausgebildet ist, deren sich beim Füllen der Detektionsstrecke (16) in der Flüssig keitstransferkanüle (5) mit Analyseflüssigkeit (4) ergebende Änderung des Widerstands (R) detektierbar ist, die Kontrollelektroden (14, 15) derart angeord net sind, daß die Detektionsstrecke (16) überwiegend im Innern der Flüssigkeitstransferkanüle (5) ver läuft, eine der Kontrollelektroden (15) von der Flüs sigkeitstransferkanüle (5), insbesondere der Spitze (5a) gebildet ist und die andere Kontrollelektrode (14) in einem Abstand oberhalb des unteren Endes der Spitze (5a) der Flüssigkeitstransferkanüle (5) an geordnet ist.