EP0562358A2 - Pipetting system - Google Patents
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- EP0562358A2 EP0562358A2 EP93103815A EP93103815A EP0562358A2 EP 0562358 A2 EP0562358 A2 EP 0562358A2 EP 93103815 A EP93103815 A EP 93103815A EP 93103815 A EP93103815 A EP 93103815A EP 0562358 A2 EP0562358 A2 EP 0562358A2
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- B01L3/021—Pipettes, i.e. with only one conduit for withdrawing and redistributing liquids
- B01L3/0217—Pipettes, i.e. with only one conduit for withdrawing and redistributing liquids of the plunger pump type
Definitions
- the curve C in Fig. 1 corresponds to the pipette tip P3 of Fig. 2.
- This has a conical transition area to a cylindrical working volume adjacent to a thin suction tube. 1, a region of attenuated slope of the volume error for the transition area adjoins the steep initial section, which finally leads to a region of weak slope for the cylindrical working section.
Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Pipettiersystem mit einer Kolbenhubpipette und einer darauf steckbaren Pipettenspitze nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a pipetting system with a piston-type pipette and a pipette tip which can be plugged thereon according to the preamble of
Aus der DE-PS 25 26 296 ist ein Pipettiersystem der vorstehend genannten Art bekannt, dessen Kolbenhubpipette einen Konus zum Aufstecken der Pipettenspitze hat. Die Pipettenspitze weist ausgehend von der Spitzenöffnung einen stark konischen und daran anschließend bis zur Aufstecköffnung einen schwächer konischen Abschnitt bezogen auf die Innenkontur auf. Eine derartige Pipettenspitze hat beim Eintauchen in ein tiefes und insbesondere schlankes Gefäß den Nachteil, daß eine sie tragende Pipette mit dem Gefäß Wandberührung bekommen und kontaminiert werden kann. Dies ist grundsätzlich bei einer Pipettenspitze nicht der Fall, die gemäß EP-A-0 182 943 ausgehend von einer Spitzenöffnung eine lange zylindrische Nase, daran anschliessend einen stark konischen und danach eine Aufstecköffnung aufweist.From DE-PS 25 26 296 a pipetting system of the type mentioned above is known, the piston stroke pipette of which has a cone for attaching the pipette tip. Starting from the tip opening, the pipette tip has a strongly conical section and then a weaker conical section with respect to the inner contour up to the push-on opening. Such a pipette tip has a deep and in particular slim when immersed Vessel has the disadvantage that a pipette carrying it can come into contact with the vessel and become contaminated. This is fundamentally not the case with a pipette tip which, according to EP-A-0 182 943, has a long cylindrical nose starting from a tip opening, followed by a strongly conical and then a plug-on opening.
Bei den genannten Pipettiersystemen erstreckt sich der Einstellbereich aufnehmbarer Flüssigkeitsmengen jeweils von der Spitzenöffnung aus über alle verschiedenen Abschnitte der Pipettenspitze hinweg. Ist ein geringer Kolbenhub eingestellt, wird Flüssigkeit nur in den stark konischen (oder zylindrischen) Anfangsbereich eingesogen. Bei größerem Kolbenhub wird der schwächer konische (oder der konische und danach der zylindrische) Bereich erreicht. Den Pipettiersystemen ist gemeinsam, daß sie im Zusammenwirken mit einer einstellbaren Kolbenhubpipette Flüssigkeitsvolumina aufnehmen, die unakzeptabel vom angezeigten Flüssigkeitsvolumen abweichen können, wobei die Abweichung über den Einstellbereich hinweg unterschiedlich möglich ist. Deshalb wird die Steigung einer Spindel der Kolbenhubpipette für die Einstellung des Kolbenhubes versuchsweise so ermittelt, daß die Richtigkeitsabweichung zwischen aufgenommenem und angezeigtem Flüssigkeitsvolumen über den gesamten Einstellbereich hinweg erträglich ist. Die resultierenden Richtigkeitsabweichungen werden hingenommen und sind allenfalls aufgrund nachträglicher Messungen feststellbar.In the pipetting systems mentioned, the setting range of absorbable liquid quantities extends from the tip opening over all different sections of the pipette tip. If a small piston stroke is set, liquid is only drawn into the strongly conical (or cylindrical) initial area. With a larger piston stroke, the weaker conical (or the conical and then the cylindrical) area is reached. What is common to the pipetting systems is that, in cooperation with an adjustable piston stroke pipette, they absorb liquid volumes that can unacceptably deviate from the displayed liquid volume, the deviation being possible differently across the setting range. For this reason, the pitch of a spindle of the piston stroke pipette for the adjustment of the piston stroke is tentatively determined so that the correctness deviation between the liquid volume taken up and displayed is tolerable across the entire setting range. The resulting deviations in accuracy are accepted and can only be determined on the basis of subsequent measurements.
Daran ist außer der Vernachlässigung von Richtigkeitsabweichungen unbekannter Größe über den Einstellbereich hinweg nachteilig, daß die Abstirnung von Kolbenhubpipette und Pipettenspitze einen Wechsel der Pipettenspitze erschwert. Soll z.B. eine Kolbenhubpipette mit einer Pipettenspitze erstgenannter Art mit einer Pipettenspitze der zweitgenannten Art bestückt werden, so ist mit der gegebenen Spindelsteigung nicht mehr gewährleistet, daß die Richtigkeitsabweichungen über den Einstellbereich hinweg erträglich sind.In addition to neglecting accuracy deviations of unknown size over the setting range, the disadvantage here is that the separation of the piston-stroke pipette and pipette tip makes it difficult to change the pipette tip. Should e.g. If a piston-type pipette with a pipette tip of the first type is equipped with a pipette tip of the second type, the given spindle pitch no longer guarantees that the deviations in accuracy are tolerable over the setting range.
Die US-PS 5 024 109 offenbart bereits ein Verfahren und eine Apparatur zur Korrektur des Fehlers einer Kolbenhubpipette. Dabei werden die Höhe der Flüssigkeit in der Pipettenspitze für das gewünschte Flüssigkeitsvolumen, die Änderungen des Totvolumens aufgrund der Flüssigkeitssäule in der Spitze und die erforderliche Kolbenverschiebung für das gewünschte Flüssigkeitsvolumen und die Änderung des Totvolumens ermittelt. Die Höhe der Flüssigkeitssäule für ein gewünschtes Volumen wird anhand der Spitzengeometrie ermittelt, speziell für eine konische Spitze. Die Änderung des Totvolumens wird aufgrund hydrostatischer Überlegungen bestimmt, die an die Höhe der Flüssigkeitssäule anknüpfen. Die Kolbenverschiebung wird aus der Summe des gewünschtens Volumens und der Änderung des Totvolumens ermittelt. Diese Technik bedient sich einer elektromechanischen Pipette, die mit einem Steuerrechner verbunden ist. Vor Benutzung müssen in den Rechner Daten der Pipettenspitze, des Pipettiersystems und der Flüssigkeit eingegeben werden. Diese Pipettiertechnik ist aufwendig.US Pat. No. 5,024,109 already discloses a method and an apparatus for correcting the error of a piston stroke pipette. The height of the liquid in the pipette tip for the desired liquid volume, the changes in the dead volume due to the liquid column in the tip and the required piston displacement for the desired liquid volume and the change in the dead volume are determined. The height of the liquid column for a desired volume is based on the tip geometry determined, especially for a conical tip. The change in dead volume is determined on the basis of hydrostatic considerations that are linked to the height of the liquid column. The piston displacement is determined from the sum of the desired volume and the change in the dead volume. This technology uses an electromechanical pipette that is connected to a control computer. Before use, data from the pipette tip, the pipetting system and the liquid must be entered into the computer. This pipetting technique is complex.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Pipettiersystem der eingangs genannten Art zu verbessern, so daß über den gesamten Einstellbereich aufzunehmender Pipettierflüssigkeit hinweg einfach und genau gearbeitet werden kann. Ferner soll das Pipettiersystem einen Austausch der Kolbenhubpipetten bzw. Pipettenspitzen ermöglichen, wobei weiterhin genau und einfach gearbeitet werden soll.Proceeding from this, the object of the invention is to improve the pipetting system of the type mentioned at the outset, so that work can be carried out simply and precisely over the entire setting range of pipetting liquid to be taken up. Furthermore, the pipetting system is intended to enable the piston-stroke pipettes or pipette tips to be exchanged, with the aim of continuing to work precisely and simply.
Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Ansprüchen 1 und 10 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen zu finden.The solution to this problem is given in
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß Pipettenkorrekturfaktor, Querschnittsverlauf entlang der Spitze, Totvolumen und gegebenenfalls Nullpunktsverschiebung der Anzeige für die Höhe der Richtigkeitsabweichungen über den Einstellbereich maßgeblich sind. Durch Abstimmung dieser Einflußfaktoren aufeinander ist es folglich möglich, im Einstellbereich für jedes aufgenommene Flüssigkeitsvolumen eine vorgegebene Richtigkeitsabweichung vom angezeigten Flüssigkeitsvolumen zu realisieren, die auch Null sein kann. Im Gegensatz zu herkömmlichen Pipettiersystemen werden nach der Erfindung nicht mehr Richtigkeits. abweichungen durch Wahl der Spindelsteigung nach Vorgabe der übrigen Einflußgrößen minimiert, sondern sämtliche o.g. Einflußgrößen so aufeinander abgestimmt, daß vorgegebene Richtigkeitsabweichungen erreicht werden. Bei einem solchen Pipettiersystem ist dann für jedes angezeigte Flüssigkeitsvolumen der genaue Wert des aufgenommenen Flüssigkeitsvolumens bekannt. Gegenüber der vorbekannten elektronischen Pipette mit Steuerrechner erübrigt sich eine Berechnung des Kolbenhubes für jeden Pipettiervorgang, um die vorgegebene Richtigkeitsabweichung zu erreichen. Allenfalls kann eine Anpassung an die jeweilige Flüssigkeitsdichte erforderlich sein. Diese kann durch Austausch von Spitzen, Änderungen des Totvolumens oder des Pipettenkorrekturfaktors nach Maßgabe der jeweiligen Flüssigkeit erfolgen. Wenn die Richtigkeitsabweichungen von Null abweichen und fehlerfrei pipettiert werden soll, kann der Kolbenhub mittels der Anzeige stets so eingestellt werden, daß das aufgenommene Flüssigkeitsvolumen dem beabsichtigten Volumen entspricht. Ferner lassen sich erfindungsgemäß Pipettenspitzen an herkömmliche Kolbenhubpipetten so anpassen, daß vorgegebene Richtigkeitsabweichungen erreicht werden. Hierdurch kann im Bedarfsfalle ein Pipettiersystem mit einer verlängerten Pipettenspitze ausgerüstet werden, welche Wandberührungen und einhergehende Kontamination vermeidet. Umgekehrt ist es auch möglich, vorgegebene Richtigkeitsabweichungen durch Abstimmung einer Kolbenhubpipette auf vorhandene Pipettenspitzen sicherzustellen.The invention is based on the knowledge that the pipette correction factor, cross-sectional profile along the tip, dead volume and, if appropriate, zero point shift of the display are decisive for the amount of the accuracy deviations over the setting range. By coordinating these influencing factors with one another, it is consequently possible to implement a predetermined correctness deviation from the displayed liquid volume in the setting range, which can also be zero, for each liquid volume taken up. In contrast to conventional pipetting systems, according to the invention no longer becomes correct. Deviations are minimized by selecting the spindle pitch according to the specification of the other influencing variables, but all the above influencing variables are coordinated with one another in such a way that predetermined correctness deviations are achieved. In such a pipetting system, the exact value of the liquid volume taken up is then known for each liquid volume displayed. Compared to the previously known electronic pipette with control computer, there is no need to calculate the piston stroke for each pipetting process in order to achieve the specified deviation from the correctness. At most, an adaptation to the respective liquid density may be necessary. This can be done by exchanging tips, changing the dead volume or the pipette correction factor according to the respective Liquid. If the correctness deviations deviate from zero and pipetting is to be carried out without errors, the piston stroke can always be adjusted by means of the display so that the volume of liquid taken up corresponds to the intended volume. Furthermore, according to the invention, pipette tips can be adapted to conventional piston-stroke pipettes in such a way that predetermined deviations in accuracy are achieved. In this way, if necessary, a pipetting system can be equipped with an extended pipette tip, which avoids touching the wall and accompanying contamination. Conversely, it is also possible to ensure predetermined correctness deviations by matching a piston stroke pipette to existing pipette tips.
Die Richtigkeitsabweichung kann auf verschiedene Weise definiert werden. Für die praktische Handhabung besonders günstig ist die Vorgabe einer konstanten absoluten oder relativen Richtigkeitsabweichung, weil dann der Unterschied des aufgenommenen vom angezeigten Flüssigkeitsvolumen am einfachsten bestimmbar ist.The deviation in accuracy can be defined in different ways. For practical handling, the specification of a constant absolute or relative accuracy deviation is particularly favorable, because then the difference between the volume of liquid taken up and the one displayed is easiest to determine.
Soll ein herkömmliches Pipettiersystem insbesondere durch Austausch einer Pipettenspitze in ein erfindungsgemäßes umgewandelt werden, kann eine Abstimmung erfolgen, die für jedes aufgenommene Flüssigkeitsvolumen eine vorgegebene Richtigkeitsabweichung vom aufgenommenen Flüssigkeitsvolumen des herkömmlichen Pipettiersystems anstatt vom angezeigten Flüssigkeitsvolumen bedingt. Dann sind die Unterschiede des pipettierten Flüssigkeitsvolumens vom herkömmlicherweise pipettierten Volumen bei gleicher Anzeige bekannt. Dieses Wissen kann für Vergleichsuntersuchungen mit geänderter Pipettenspitze interessant sein.If a conventional pipetting system is to be converted into one according to the invention, in particular by exchanging a pipette tip, a vote can be carried out for each volume of liquid absorbed requires a predefined deviation from the volume of liquid absorbed by the conventional pipetting system instead of the volume of liquid displayed. Then the differences of the pipetted liquid volume from the conventionally pipetted volume are known with the same display. This knowledge can be of interest for comparative investigations with a modified pipette tip.
In der Regel steigt der Flüssigkeitsspiegel im Einstellbereich aufnehmbarer Flüssigkeitsvolumina stets bis in einen Arbeitsbereich der Pipettenspitze empor. Zum Ausgleich von Querschnittsänderungen einschließlich Unstetigkeitsstellen im Anfangsbereich der Pipettenspitze kann die Abstimmung eine Nullpunktsverschiebung des angezeigten Flüssigkeitsvolumens gegenüber dem Kolbenhub einbeziehen.As a rule, the liquid level in the setting range of receivable liquid volumes always rises up to a working range of the pipette tip. To compensate for changes in cross-section, including discontinuities in the start area of the pipette tip, the adjustment can include a zero point shift of the displayed liquid volume relative to the piston stroke.
In der Praxis sind bisweilen Werte von Pipettenkorrekturfaktor, Totvolumen und gegebenenfalls Nullpunktsverschiebung vorgegeben, insbesondere wenn das Pipettiersystem durch Anpassung einer Pipettenspitze an eine vorhandene Kolbenhubpipette verwirklicht werden soll. Zum Erreichen der vorgegebenen Richtigkeitsabweichung kann dann eine Abstimmung des Querschnittsverlaufs entlang der Spitze auf die vorgegebenen Einflußgrößen genügen.In practice, values of the pipette correction factor, dead volume and possibly zero point shift are sometimes specified, in particular if the pipetting system is to be implemented by adapting a pipette tip to an existing piston stroke pipette. To achieve the specified deviation from the correctness, it is then sufficient to adjust the cross-sectional profile along the tip to the specified influencing variables.
Ist der Arbeitsbereich der Pipettenspitze im wesentlichen zylindrisch, kann insbesondere eine konstante absolute Richtigkeitsabweichung über den gesamten Einstellbereich aufnehmbarer Flüssigkeiten hinweg verwirklicht werden. Für eine kleine Spitzenöffnung und einen ausreichend großen Volumenbereich für die Aufnahme einstellbarer Flüssigkeitsmengen kann dieser einen sich allmählich erweiternden Übergangsbereich aufweisen. Der Übergangsbereich hat bevorzugt einen Übergangsradius oder Übergangskonus, wobei der Konuswinkel zur Vermeidung unerwünschter Effekte (Springbrunneneffekt) möglichst klein gehalten wird. Dem Übergangsbereich ist bevorzugt ein Arbeitsbereich nachgeordnet. Insbesondere für die Benutzung bei relativ langen und schlanken Gefäßen hat das Pipettiersystem eine Pipettenspitze mit einem dünnen Ansaugröhrchen angrenzend an die Spitzenöffnung. Dann hat die Spitze bevorzugt auch einen sich erweiternden Übergangs- sowie einen nachgeordneten Arbeitsbereich.If the working area of the pipette tip is essentially cylindrical, in particular a constant absolute accuracy deviation can be achieved over the entire setting range of absorbable liquids. For a small tip opening and a sufficiently large volume area for receiving adjustable amounts of liquid, this can have a gradually widening transition area. The transition area preferably has a transition radius or transition cone, the cone angle being kept as small as possible to avoid undesirable effects (fountain effect). A work area is preferably arranged downstream of the transition area. Particularly for use with relatively long and slim vessels, the pipetting system has a pipette tip with a thin suction tube adjacent to the tip opening. Then the top preferably has an expanding transition and a subordinate work area.
Zwecks Anpassung des Pipettiersystems an verschiedene Flüssigkeitsdichten oder Luftdrucke kann sein Pipettenkorrekturfaktor einstellbar sein. Das ist im einfachsten Falle durch den Austausch einer Spindel für das Einstellen des Kolbenhubs durchführbar. Auch kommt dafür eine Anzeigeeinrichtung mit einer spreizbaren Skala in Betracht.Its pipette correction factor can be adjustable in order to adapt the pipetting system to different liquid densities or air pressures. In the simplest case, this can be done by replacing a spindle for adjusting the piston stroke. A display device with an expandable scale can also be used.
Zu vorstehendem Zweck kann auch eine Nullpunktsverschiebung der Anzeige mittels ähnlicher Maßnahmen realisiert werden.For the above purpose, the display can also be shifted to zero by means of similar measures.
Ferner kann ein einstellbares Totvolumen vorgesehen sein. Das ist insbesondere durch Austausch von Pipettenspitzen möglich, wobei eine Pipettenspitze für leichtere Flüssigkeiten bei gleichem Durchmesser länger ausgeführt werden muß. Zur Veränderung des Totvolumens können auch Zwischenstücke zwischen Kolbenhubpipette und Pipettenspitze einsetzbar sein.An adjustable dead volume can also be provided. This is possible in particular by exchanging pipette tips, a pipette tip for lighter liquids having the same diameter having to be made longer. To change the dead volume, it is also possible to use intermediate pieces between the piston-stroke pipette and the pipette tip.
Erfindungsgemäß kann eine Abstimmung der Einflußgrößen zum Erreichen der vorgegebenen Richtigkeitsabweichungen experimentell erfolgen. Dabei kann zunächst für jedes aufgenommene Flüssigkeitsvolumen eine Richtigkeitsabweichung vom angezeigten Flüssigkeitsvolumen vorgegeben werden. Diese Abweichungen sind nun durch Abstimmung von Pipettenkorrekturfaktor, Querschnittsverlauf entlang der Spitze und Totvolumen aufeinander zu realisieren. Da der Pipettenkorrekturfaktor und das Totvolumen nach getroffener Wahl meistens nicht mehr verändert werden, werden zunächst die Werte für diese Einflußparameter zumindest vorläufig festgelegt, wobei eine Orientierung an Werten bekannter Pipettiersysteme möglich ist. Dann verbleibt als letzte Einflußgröße der Querschnittsverlauf entlang der Pipettenspitze, mit der die vorgegebenen Richtigkeitsabweichungen sichergestellt werden können. Dafür ergeben sich beispielsweise durch Versuche eindeutige Werte, wenn die übrigen Einflußfaktoren zuvor gewählt worden sind. Sollte der gefundene Querschnittsverlauf nicht realisierbar sein, wären die vorgegebenen Einflußgrößen zu korrigieren oder sogar eine andere Richtigkeitsabweichung vorzugeben.According to the invention, the influencing variables can be adjusted experimentally to achieve the specified accuracy deviations. In this case, an accuracy deviation from the displayed liquid volume can first be specified for each liquid volume taken up. These deviations can now be realized by coordinating the pipette correction factor, cross-sectional profile along the tip and dead volume. Since the pipette correction factor and the dead volume are usually no longer changed after the selection has been made, the values for these influencing parameters are initially at least provisionally determined, it being possible to orientate them on values of known pipetting systems. Then the last one remains Influencing variable of the cross-sectional profile along the pipette tip, with which the specified accuracy deviations can be ensured. Trials, for example, result in clear values for this if the other influencing factors have been selected beforehand. If the cross-sectional profile found cannot be realized, the predefined influencing variables would have to be corrected or even a different correctness deviation had to be specified.
Wegen des Aufwandes einer empirischen Abstimmung wird bevorzugt das nachfolgende physikalisch-mathematische Modell zur rechnerischen Abstimmung herangezogen: Das Kolbenhubvolumen VKolben einer Kolbenhubpipette ist um den Volumenfehler ΔV größer als das aufgenommene Flüssigkeitsvolumen VFlüss..
Der Volumenfehler resultiert daraus, daß die Flüssigkeitssäule am Luftpolster zwischen Flüssigkeitsspiegel und Kolben (= "Totvolumen") hängt und nach unten zieht, wobei das Luftpolster entsprechend vergrößert wird.Because of the complexity of an empirical coordination, the following physical-mathematical model is preferably used for the calculation: The piston stroke volume V piston of a piston stroke pipette is larger than the absorbed liquid volume V liquid by the volume error ΔV. .
The volume error results from the liquid column hanging on the air cushion between the liquid level and the piston (= "dead volume") and pulling downwards, the air cushion being enlarged accordingly.
Die Änderungen von Volumen und Druck im Luftpolster lassen sich ausgehend von Totvolumen von Pipette und Spitze bei Umgebungsdruck mittels einer thermischen Zustandsgleichung beschreiben. Zur Berechnung von ΔV wird angenommen: Ideales Gas, T = const.
damit gilt:
oder:
mit:
Vt = Luftpolster, Totvolumen von Pipette und Spitze
P₀ = Außendruck, atmosphärischer Druck
Δp = Druckänderung entsprechend hydrostat. Druck der Flüssigkeitssäule in der Pipettenspitze
aus (B) folgt:
und:
weiter
und unter Berücksichtigung, daß Δp « po
ergibt sich:
Totvolumen und atmosphärischer Druck werden als bekannt vorausgesetzt. Die Druckänderung Δp entspricht dem hydrostatischen Druck der Flüssigkeitssäule der Höhe h:
mit:
ρ = spezifisches Gewicht
g = Erdbeschleunigung
Die Höhe h der Flüssigkeitssäule ist durch das pipettierte Flüssigkeitsvolumen und den Querschnittsverlauf der Pipettenspitze bestimmt:
mit
Q (y) = Querschnitt im Abstand y von Spitzenöffnung
Aus (A), (C) und (D) folgt:
Mit (E) und (F) läßt sich die Abhängigkeit des Kolbenhubs VKolben vom aufgenommenen Flüssigkeitsvolumen VFlüss. errechnen, ggfs. unter Zuhilfenahme numerischer Methoden.The changes in volume and pressure in the air cushion can be attributed to the dead volume of the pipette and tip Describe the ambient pressure using a thermal equation of state. For the calculation of ΔV it is assumed: ideal gas, T = const.
with this applies:
or:
With:
V t = air cushion, dead volume of pipette and tip
P₀ = external pressure, atmospheric pressure
Δp = pressure change corresponding to hydrostat. Pressure of the liquid column in the pipette tip
from (B) follows:
and:
continue
and taking into account that Δp «p o
surrendered:
Dead volume and atmospheric pressure are assumed to be known. The pressure change Δp corresponds to the hydrostatic pressure of the liquid column of height h:
With:
ρ = specific weight
g = gravitational acceleration
The height h of the liquid column is determined by the pipetted liquid volume and the cross-sectional profile of the pipette tip:
With
Q (y) = cross section at a distance y from the tip opening
From (A), (C) and (D) it follows:
With (E) and (F) the dependence of the piston stroke V piston on the absorbed liquid volume V liquid can be. calculate, if necessary with the help of numerical methods.
Der Kolbenhub ist durch Anschläge begrenzt, deren Abstand sich mittels einer Spindel verstellen läßt, die mit der Anzeigeeinrichtung gekoppelt ist. Folglich besteht zwischen VKolben und dem angezeigten Flüssigkeitsvolumen VAnz. ein linearer Zusammenhang:
mit
a = Pipettenkorrekturfaktor
b = Nullpunktsverschiebung
Für den Zusammenhang von a und Spindelsteigung S gilt:
Aus (F) und (G) folgt:
Daraus ergibt sich für die absolute Richtigkeitsabweichung Rabs. :
mit:
Rabs. = VFlüss. - VAnz.
Für die relative Richtigkeitsabweichung Rrel. gilt:
mit:
Mit (I) bzw. (J) und (E) können nun Pipettenkorrekturfaktor a, Nullpunktsverschiebung b, Querschnittsverlauf Q (y) und Totvolumen Vt so aufeinander abgestimmt werden, daß jedem aufgenommenen Flüssigkeitsvolumen VFlüss. eine vorgegebene Richtigkeitsabweichung Rabs. bzw. Rrel. zugeordnet ist. Zweckmäßigerweise wird man dafür die Richtigkeitsabweichungen vom angezeigten Flüssigkeitsvolumen vorgeben, Pipettenkorrekturfaktor, Nullpunktsverschiebung und Totvolumen zumindest vorläufig wählen und dann den Querschnittsverlauf berechnen. Andererseits ist die Vorgabe spezieller Querschnittsverläufe entlang der Spitze möglich. Speziell folgt bei zylindrischer Pipettenspitze aus (E):
mit:
Q = const.
Aus (I) und (K) ergibt sich:
Wird der Verlauf der Richtigkeitsabweichung vorgegeben, folgt daraus der Zusammenhang zwischen dem Totvolumen, der Pipettenkorrekturfaktor und der Nullpunktsverschiebung. Soll die absolute Richtigkeitsabweichung Rabs. für alle
VFlüss. konstant sein, muß gelten:
und
Rabs. = b/a
Mit dem Formelsatz (L) lassen sich sämtliche Bestimmungsgrößen festlegen. Dafür sind nur noch Größen für zwei der Einflußfaktoren Totvolumen, Pipettenkorrekturfaktor und Nullpunktsverschiebung vorzugeben.The piston stroke is limited by stops, the spacing of which can be adjusted by means of a spindle which is coupled to the display device. As a result, there is between V piston and the indicated liquid volume V Qty. a linear relationship:
With
a = pipette correction factor
b = zero offset
For the relationship between a and spindle pitch S:
From (F) and (G) it follows:
This results in R abs for the absolute accuracy deviation. :
With:
R abs. = V liquid. - V Anz.
For the relative accuracy deviation R rel. applies:
With:
With (I) or (J) and (E), pipette correction factor a, zero point shift b, cross-sectional profile Q (y) and dead volume V t can now be coordinated with one another in such a way that each volume of liquid V liquid taken up. a predetermined accuracy deviation R abs. or R rel. assigned is. For this purpose, the correctness deviations from the displayed liquid volume are expediently specified, pipette correction factor, zero point shift and dead volume are selected at least provisionally and the cross-sectional profile is then calculated. On the other hand, it is possible to specify special cross-sectional profiles along the tip. In the case of a cylindrical pipette tip, it follows from (E):
With:
Q = const.
From (I) and (K) we get:
If the course of the accuracy deviation is specified, the relationship between the dead volume, the pipette correction factor and the zero point shift follows from this. If the absolute accuracy deviation R abs. for all
V liquid must be constant:
and
R abs. = b / a
With the formula (L) all determinants can be determined. For this purpose, only sizes for two of the influencing factors dead volume, pipette correction factor and zero point shift have to be specified.
Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
- Fig. 1
- Zusammenwirken von Pipettenspitze und Kolbenhubpipette in einem Diagramm mit der Differenz von (angezeigtem) Flüssigkeitsvolumen und Kolbenhub auf der Ordinate und dem Kolbenhub auf der Abszisse;
- Fig. 2
- Pipettenspitzen P₁, P₂ und P₃ zu den Kurven A, B und C in Fig. 1;
- Fig. 3
- eine Pipettenspitze in stark vergrößertem, vierfach abgebrochenem Längsschnitt;
- Fig. 4
- einen oberen Abschnitt einer kolbenbetriebenen Pipette; und
- Fig. 5
- einen unteren Abschnitt einer kolbenbetriebenen Pipette, dessen Querschnitt B-B mit dem Querschnitt A-A des oberen Abschnittes zusammenfällt.
- Fig. 1
- Interaction of pipette tip and piston stroke pipette in a diagram with the difference between the (displayed) liquid volume and piston stroke on the ordinate and the piston stroke on the abscissa;
- Fig. 2
- Pipette tips P₁, P₂ and P₃ to curves A, B and C in Fig. 1;
- Fig. 3
- a pipette tip in a greatly enlarged, fourfold broken longitudinal section;
- Fig. 4
- an upper portion of a piston operated pipette; and
- Fig. 5
- a lower section of a piston-operated pipette, the cross section BB of which coincides with the cross section AA of the upper section.
Die Pipette gemäß Fig. 4 und 5 ist in der amerikanischen Patentanmeldung US SN 07/694 234 vom 1. Mai 1991 der Anmelderin offenbart. Auf diese Offenbarung wird Bezug genommen. Die Pipette hat ein Gehäuse 1. Am oberen Ende des Gehäuses ist ein Betätigungsknopf 2 angebracht, der entgegen der Feder 3 beweglich ist. Der Knopf 2 ist mit einer Kolbenstange 7 verbunden, die sich durch eine Spindel 6 erstreckt. Wie in der Fig. 5 gezeigt ist, trägt das untere Ende der Stange 7 ein Verbindungsstück 8, welches einen Träger 9 für einen Kolben 10 aufweist. Eine Feder 18 drückt eine untere Hülse 19 zum Führen des Kolbens 9, 10 gegen eine innere konische Fläche 21 des Gehäuses 1. Die Hülse 19 stützt sich am Gehäuse über einen nachgiebigen Dichtring 20 ab.The pipette according to FIGS. 4 and 5 is disclosed in the applicant's US patent application US SN 07/694 234 dated May 1, 1991. Reference is made to this disclosure. The pipette has a
Wenn der Knopf 2 vertikal nach unten gepreßt wird, wird der Kolben 9, 10 in die Zylinderkammer 11 gepreßt, wobei er Luft aus der Zylinderkammer 11 durch das Rohr 12 drückt. Am unteren Ende des Rohres 12 ist eine aufsteckbare Pipettenspitze angebracht, die in Fig. 3 in vergrößertem Maßstab gezeigt ist. Die Pipettenspitze ist auf einem konischen Sitz am unteren Ende des Rohres 12 in einer nicht dargestellten Weise befestigt. Die Zylinderkammer 11, das Rohr 12 und die Pipettenspitze definieren das Totvolumen der Pipette.When the
Beim Pressen des Knopfes 2 vertikal nach unten wird der Kolben 9, 10 verschoben, bis er gegen das obere Ende des Rohres 12 gelangt, welches von einem stationären Teil in der Zylinderkammer gehalten ist. Dieses bildet einen unteren Anschlag für die Kolbenbewegung.When the
Die Kolbenstange 7 ist mit einem Flansch 22 versehen, auf dem die Spindel 6 in der Anfangsposition der Stange 7 und des Kolbens 9, 10 ruht. Dieser Flansch 22 definiert den oberen Anschlag für den Kolben 9, 10. Der obere Anschlag ist wie folgt einstellbar: Der Knopf 2 ist mit einer nach unten erstreckten Hülse 5 verbunden, die drehbar im Gehäuse gehalten ist. Die Spindel 6, welche die Stange 7 umgibt, ist drehfest mit der drehbaren Hülse 5 verbunden. Das äußere Gewinde der Spindel 6 arbeitet mit einem Innengewinde eines Teils 36 zusammen, welches im Gehäuse 1 befestigt ist. Wenn der Knopf 2 gedreht wird, wird die Spindel 6 in das Gewindeteil 36 hinein oder aus diesem heraus geschraubt. Die Spindel 7 wird dabei axial verstellt, wodurch die Einstellung des Anschlages für den Flansch 22 der Stange 7 eingestellt wird, der bei Rückkehr des Kolbens 9, 10 in eine Anfangsposition wirksam wird, wenn der Knopf 2 los gelassen und von der Feder 3 zurückgestellt wird. Der Hub des Kolbens wird durch den oberen Anschlag der Kolbenstange in seiner Anfangsposition begrenzt.The piston rod 7 is provided with a
Wenn die Spindel 6 manuell mittels des Knopfes 2 verdreht wird, wird ein Rad 15 über ein Schneckengetriebe verstellt. Dafür hat die Hülse 5 außen eine Zahnung 52. Die Drehung des Rades 15 wird von einer Skala angezeigt, die durch ein Fenster 53 sichtbar ist. Die Skala ist kalibriert, um den oberen Anschlag so einzustellen, daß eine gewünschte Menge Flüssigkeit in die Pipettenspitze eingesogen wird, die am unteren Ende des Rohres 12 aufgesteckt ist.If the
Wie bereits erwähnt, zeigen die Fig. 4 und 5 einen Teil des Totvolumens 11 und 12 sowie die Einstellmittel und Anzeigemittel 51 zum Einstellen und Anzeigen der gewünschten Menge Flüssigkeit.As already mentioned, FIGS. 4 and 5 show a part of the
In Fig. 1 repräsentieren die Kurven A₁ und A₂ das Verhalten von zylindrischen Pipettenspitzen P₁ gemäß Fig. 2. Bei diesen Pipetten nimmt der negative Volumenfehler - Δ V mit zunehmendem Kolbenhub linear zu. Dabei entspricht die Kurve A₁ einer Pipettenspitze mit kleinerem und die Kurve A₂ einer Pipettenspitze mit größerem Querschnitt.In Fig. 1, the curves A₁ and A₂ represent the behavior of cylindrical pipette tips P₁ according to Fig. 2. In these pipettes, the negative volume error - Δ V increases linearly with increasing piston stroke. The curve A₁ corresponds to a pipette tip with a smaller one and the curve A₂ a pipette tip with a larger cross section.
Der Volumenfehler - Δ V der Pipettenspitze wird durch eine Abstimmung der Kolbenhubpipette kompensiert. Durch Einstellung des Pipettenkorrekturfaktors ist nämlich der Unterschied zwischen dem angezeigten Flüssigkeitsvolumen VAnz. und dem Kolbenhub VKolben in Abhängigkeit vom Kolbenhub gerade so gewählt, daß das angezeigte Flüssigkeitsvolumen VAnz. dem aufgenommenen Flüssigkeitsvolumen VFlüss. entspricht. Hier ist die Kolbenhubpipette mit der Kurve K₁ und dem größeren Pipettenkorrekturfaktor a der Pipettenspitze mit der Kurve A₁ und die Kolbenhubpipette mit der Kurven K₂ der Pipettenspitze mit der Kurve A₂ zugeordnet. Das Diagramm veranschaulicht, daß für jeden Kolbenhub VKolben der Unterschied zwischen dem angezeigten Flussigkeitsvolumen VAnz. und dem aufgenommenen Flüssigkeitsvolumen VFlüss. gleich Null ist.The volume error - Δ V of the pipette tip is compensated for by tuning the piston stroke pipette. By setting the pipette correction factor, the difference between the displayed liquid volume V Qty. and the piston stroke V piston in dependence on the piston stroke just chosen so that the displayed liquid volume V Anz. the absorbed volume of liquid V Liquid. corresponds. Here the piston stroke pipette with the curve K₁ and the larger pipette correction factor a of the pipette tip with the curve A₁ and the piston stroke pipette with the curves K₂ of the pipette tip with the curve A₂ are assigned. The diagram illustrates that for each piston stroke V piston the difference between the indicated liquid volume V Qty . and the absorbed volume of liquid V Liquid. is zero.
Die Kurve B in Fig. 1 ist der Pipettenspitze P₂ von Fig. 2 zugeordnet. Diese hat angrenzend an die Spitzenöffnung ein dünnes Ansaugröhrchen, welches anfänglich bei geringem Kolbenhub ein relativ hohes Ansteigen der Flüssigkeitssäule bedingt. Infolgedessen ist in diesem Anfangsbereich auch der negative Volumenfehler - Δ V relativ hoch. Füllt die Flüssigkeitssäule das Ansaugröhrchen aus, ist beim Emporsteigen in das angrenzende zylindrische Arbeitsvolumen ein geringerer Anstieg des negativen Volumenfehlers zu verzeichnen.The curve B in Fig. 1 is assigned to the pipette tip P₂ of Fig. 2. This has a thin suction tube adjacent to the tip opening, which initially causes a relatively high rise in the liquid column with a small piston stroke. As a result, the negative volume error - Δ V is also relatively high in this initial range. If the liquid column fills the suction tube, is when rising into the adjacent cylindrical working volume, there is a smaller increase in the negative volume error.
Der Kurve C in Fig. 1 korrespondiert die Pipettenspitze P₃ der Fig. 2. Diese hat angrenzend an ein dünnes Ansaugröhrchen einen konischen Übergangsbereich zu einem zylindrischen Arbeitsvolumen. Somit schließt sich in der Fig. 1 angrenzend an den steilen Anfangsabschnitt ein Bereich abgeschwächter Steigung des Volumenfehlers für den Übergangsbereich an, der schließlich in einem Bereich schwacher Steigung für den zylindrischen Arbeitsabschnitt mündet.The curve C in Fig. 1 corresponds to the pipette tip P₃ of Fig. 2. This has a conical transition area to a cylindrical working volume adjacent to a thin suction tube. 1, a region of attenuated slope of the volume error for the transition area adjoins the steep initial section, which finally leads to a region of weak slope for the cylindrical working section.
Den Kurven B und C entspricht eine Kolbenhubpipette, bei der die Differenz von angezeigtem Flüssigkeitsvolumen VAnz. zum Kolbenhub VKolben über den Kolbenhub durch die Kurve K₃ repräsentiert ist. Diese weist auf der Ordinate eine Nullpunktsverschiebung NV auf, d.h. beim Kolben in der Ausgangslage wird schon ein Flüssigkeitsvolumen VAnz. angezeigt. Die Nullpunktsverschiebung ist so gewählt, daß bei einem Kolbenhub VKolben' der einen Anstieg der Flüssigkeiten im Arbeitsbereich der Pipettenspitze bedingt, gerade eine Kompensation des Volumenfehlers erreicht wird. Das System weist somit eine Fehlerkurve F auf, die von maximalem Anfangswert auf einen Wert Null fällt, der beim Anstieg der Flüssigkeitssäule bis in den Arbeitsbereich erreicht wird.Curves B and C correspond to a piston stroke pipette in which the difference between the indicated liquid volume V Qty. to piston stroke V piston over the piston stroke is represented by curve K₃. This has a zero point shift NV on the ordinate, ie with the piston in the starting position a liquid volume V Qty. displayed. The zero point shift is selected so that with a piston stroke V piston which causes an increase in the liquids in the working area of the pipette tip, a compensation of the volume error is just achieved. The system thus has an error curve F that of maximum initial value falls to a value zero, which is reached when the liquid column rises into the working area.
Die Pipettenspitze in Fig. 3 für das erfindungsgemäße System hat unten eine Spitzenöffnung 1 für Flüssigkeitsdurchtritt, an die sich ein dünnes Ansaugröhrchen 2 anschließt. Das Ansaugröhrchen 2 mündet in einen Übergangskonus 3, der anderenends mit einem erweiterten Arbeitsbereich 4 kommuniziert. Der Arbeitsbereich 4 mündet oben in einen Aufsteckkonus 5 mit einer Aufstecköffnung 6 für eine Kolbenhubpipette mit einstellbarem Kolbenhub.The pipette tip in FIG. 3 for the system according to the invention has at the bottom a
Im Einstellbereich aufnehmbarer Flüssigkeitsmengen steigt die Flüssigkeit durch die Spitzenöffnung 1 und das Ansaugröhrchen 2 sowie den Übergangskonus 3 stets bis in den Arbeitsbereich 4 empor. Um über den gesamten Einstellbereich eine etwa konstante absolute Richtigkeitsabweichung der aufgenommenen Flüssigkeitsmenge von der angezeigten Flüssigkeitsmenge zu realisieren, ist die Pipettenspitze im Arbeitsbereich 4 innen etwa kreiszylindrisch geformt.In the setting range of absorbable amounts of liquid, the liquid always rises through the
Zur besseren Entformbarkeit beim Spritzgießen ist sowohl im Bereich des Ansaugröhrchens 2, als auch im Arbeitsbereich 4 eine geringfügige Konizität vorgesehen, welche die angestrebte Richtigkeitsabweichung praktisch nicht beeinträchtigt. Der Übergangskonus besitzt einen deutlichen Konuswinkel, der zur Vermeidung eines Springbrunneneffektes ca. 7° beträgt.For better demoldability during injection molding, a slight taper is provided both in the area of the
Die erfindungsgemäße Pipettenspitze hat typischerweise eine Gesamtlänge von etwa 100 mm, wovon etwa 25 mm auf das Ansaugröhrchen 2 entfallen. Der Durchmesser wächst von ca. 0,5 mm in der Spitzenöffnung 1 auf ca. 3 mm zu Beginn des Arbeitsbereiches 4 an.The pipette tip according to the invention typically has a total length of approximately 100 mm, of which approximately 25 mm are accounted for by the
Claims (18)
mit:
Rabs. = VFlüss. - VAnz. = absolute Richtigkeitsabweichung
VAnz. = angezeigtes Flüssigkeitsvolumen
ρ = Dichte
g = Erdbeschleunigung
h = Höhe der Flüssigkeitssäule
Vt = Totvolumen
Po = Umgebungsdruck
a = Pipettenkorrekturfaktor
b = Nullpunktsverschiebung
aufeinander abgestimmt werden.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the pipetting correction factor, the course of the inner cross-section, dead volume and possibly zero point shift taking into account the relationships
With:
R abs. = V liquid. - V Anz. = absolute deviation from correctness
V Qty = indicated liquid volume
ρ = density
g = gravitational acceleration
h = height of the liquid column
V t = dead volume
P o = ambient pressure
a = pipette correction factor
b = zero offset
be coordinated.
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