[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Korrektur des Volumenfehlers bei
der Auslegung eines Pipettiersystems mit einer Kolbenhubpitte und einer darauf steckbaren
Pipettenspitze.
[0002] 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.
[0003] Aus dem Prospekt "Comforpette 4700, Varipette 4710 und Comfortip cristal das neue
Pipettiersystem für 0,5 bis 10 µl", Auflage 1985 der Eppendorf Gerätebau Netheler
& Hinz GmbH ist ein Pipettiersystem bestehend aus der Pipette Varipette® 4710 und
der den Pipettenspitzen Comfortips® cristal bekannt, bei dem der Kolben der Pipette
in die Pipettenspitze hineinragt und dadurch das Luftpolster bis auf ein Minimum reduziert.
Durch Drehen des Bedienungsknopfes der Pipette wird der Volumen bestimmende Arbeitshub
verändert. Der Arbeitshub bewirkt die Aufnahme und Abgabe des Pipettiervolumens. Die
Pipettenspitzen Comfortips® cristal haben angrenzend an einen Schaft, in den der Kolben
hineinragt, eine zu einem breiteren Kegel geformte Spitze.
[0004] 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
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.
[0005] Daran ist außer der Vernachlässigung von Richtigkeitsabweichungen unbekannter Größe
über den Einstellbereich hinweg nachteilig, daß die Abstimmung von Kolbenhubpipette
und Pipettenspitze einen Wechsel der Pipettenspitze erschwert. Soll z.B. eine Kolbenhubpipette
mit einer Pipettenspitze gemäß DE-PS 25 26 296 mit einer Pipettenspitze gemäß EP-A-0
182 943 bestückt werden, so ist mit der gegebenen Spindelsteigung nicht mehr gewährleistet,
daß die Richtigkeitsabweichungen über den Einstellbereich hinweg erträglich sind.
[0006] 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.
[0007] 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.
[0008] Die Lösung dieser Aufgabe ist in Anspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen
sind in den Unteransprüchen zu finden.
[0009] 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 Richtigkeitsabweichungen
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.
[0010] 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.
[0011] 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.
[0012] Der Flüssigkeitsspiegel steigt im Einstellbereich aufnehmbarer Flüssigkeitsvolumina
stets bis in einen zylindrischen 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.
[0013] 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.
Zu Erreichen der vorgegebenen Richtigkeitsabweichung kann dann eine Abstimmung des
Querschnittsverlaufs entlang der Spitze auf die vorgegebenen Einflußgrößen genügen.
[0014] Der Arbeitsbereich der Pipettenspitze ist im wesentlichen zylindrisch. Dann 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.
[0015] 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.
[0016] Zu vorstehendem Zweck kann auch eine Nullpunktsverschiebung der Anzeige mittels ähnlicher
Maßnahmen realisiert werden.
[0017] 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.
[0018] 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.
[0019] Wegen des Aufwandes einer empirischen Abstimmung wird bevorzugt das nachfolgende
physikalisch-mathematische Modell zur rechnerischen Abstimmung herangezogen: Das Kolbenhubvolumen
V
Kolben einer Kolbenhubpipette ist um den Volumenfehler ΔV größer als das aufgenommene Flüssigkeitsvolumen
V
Flüss..
[0020] 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.
[0021] 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: p · V = const.
oder:
mit:
- Vt =
- Luftpolster, Totvolumen von Pipette und Spitze
- Po =
- Außendruck, atmosphärischer Druck
- Δp =
- Druckänderung entsprechend hydrostat. Druck der Flüssigkeitssäule in der Pipettenspitze
aus (B) folgt:
und:
weiter
und unter Berücksichtigung, daß Δp << p
o
ergibt sich:
[0022] 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
[0023] 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
[0024] Aus (A), (C) und (D) folgt:
[0025] Mit (E) und (F) läßt sich die Abhängigkeit des Kolbenhubs V
Kolben vom aufgenommenen Flüssigkeitsvolumen V
Flüss. errechnen, ggfs. unter Zuhilfenahme numerischer Methoden.
[0026] Der Kolbenhub ist durch Anschläge begrenzt, deren Abstand sich mittels einer Spindel
verstellen läßt, die mit der Anzeigeeinrichtung gekoppelt ist. Folglich besteht zwischen
V
Kolben und dem angezeigten Flüssigkeitsvolumen V
Anz. ein linearer Zusammenhang:
mit
- a =
- Pipettenkorrekturfaktor
- b =
- Nullpunktsverschiebung
[0027] Für den Zusammenhang von a und Spindelsteigung S gilt:
[0028] Aus (F) und (G) folgt:
[0029] Daraus ergibt sich für die absolute Richtigkeitsabweichung R
abs.:
mit:
[0030] Für die relative Richtigkeitsabweichung R
rel. gilt:
mit:
[0031] Mit (I) bzw. (J) und (E) können nun Pipettenkorrekturfaktor a, Nullpunktsverschiebung
b, Querschnittsverlauf Q (y) und Totvolumen V
t so aufeinander abgestimmt werden, daß jedem aufgenommenen Flüssigkeitsvolumen V
Flüss. eine vorgegebene Richtigkeitsabweichung R
abs. bzw. R
rel. 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.
[0032] Aus (I) und (K) ergibt sich:
[0033] Wird der Verlauf der Richtigkeitsabweichung vorgegeben, folgt daraus der Zusammenhang
zwischen dem Totvolumen, der Pipettenkorrekturfaktor und der Nullpunktsverschiebung.
Soll die absolute Richtigkeitsabweichung R
abs. für alle V
Flüss. konstant sein, muß gelten:
und R
abs. = b/a
[0034] Mit dem Formelsatz (L) lassen sich sämtliche Bestimmungsgrößen festlegen. Dafür sind
nur noch Größen für zwei der Einflußfaktoren Totvolumen, Pipettenspitzenquerschnitt,
Pipettenkorrekturfaktor und Nullpunktsverschiebung vorzugeben.
[0035] 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 A-A mit
dem Querschnitt A-A des oberen Abschnittes zusammenfällt.
[0036] Die Pipette gemäß Fig. 4 und 5 ist in der amerikanischen Patentschrift US-A-5511433
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 14 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.
[0037] 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.
[0038] 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.
[0039] 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 14 zurückgestellt wird. Der Hub des Kolbens wird durch den oberen
Anschlag der Kolbenstange in seiner Anfangsposition begrenzt.
[0040] Wenn die Spindel 6 manuell mittels des Knopfes 2 verdreht wird, wird ein Rad 50 über
ein Schneckengetriebe verstellt. Dafür hat die Hülse 5 außen eine Zahnung 52. Die
Drehung des Rades 50 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.
[0041] 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.
[0042] In Fig. 1 repräsentieren die Kurven A
1 und A
2 das Verhalten von zylindrischen Pipettenspitzen P
1 gemäß Fig. 2. Bei diesen Pipetten nimmt der negative Volumenfehler - ΔV mit zunehmendem
Kolbenhub linear zu. Dabei entspricht die Kurve A
1 einer Pipettenspitze mit kleinerem und die Kurve A
2 einer Pipettenspitze mit größerem Querschnitt.
[0043] Der Volumenfehler - ΔV der Pipettenspitze wird durch eine Abstimmung der Kolbenhubpipette
kompensiert. Durch Einstellung des Pipettenkorrekturfaktors ist nämlich der Unterschied
zwischen dem angezeigten Flüssigkeitsvolumen V
Anz. und dem Kolbenhub V
Kolben in Abhängigkeit vom Kolbenhub gerade so gewählt, daß das angezeigte Flüssigkeitsvolumen
V
Anz. dem aufgenommenen Flüssigkeitsvolumen V
Flüss. entspricht. Hier ist die Kolbenhubpipette mit der Kurve K
1 und dem größeren Pipettenkorrekturfaktor a der Pipettenspitze mit der Kurve A
1 und die Kolbenhubpipette mit der Kurven K
2 der Pipettenspitze mit der Kurve A
2 zugeordnet. Das Diagramm veranschaulicht, daß für jeden Kolbenhub V
Kolben der Unterschied zwischen dem angezeigten Flussigkeitsvolumen V
Anz. und dem aufgenommenen Flüssigkeitsvolumen V
Flüss. gleich Null ist.
[0044] Die Kurve B in Fig. 1 ist der Pipettenspitze P
2 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
- ΔV relativ hoch. Füllt die Flüssigkeitssäule das Ansaugröhrchen aus, ist beim Emporsteigen
in das angrenzende zylindrische Arbeitsvolumen ein geringerer Anstieg des negativen
Volumenfehlers zu verzeichnen.
[0045] Der Kurve C in Fig. 1 korrespondiert die Pipettenspitze P
3 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.
[0046] Der Kurve C entspricht eine Kolbenhubpipette, bei der die Differenz von angezeigtem
Flüssigkeitsvolumen V
Anz. zum Kolbenhub V
Kolben über den Kolbenhub durch die Kurve K
3 repräsentiert ist. Diese weist auf der Ordinate eine Nullpunktsverschiebung NV auf,
d.h. beim Kolben in der Ausgangslage wird schon ein Flüssigkeitsvolumen V
Anz. angezeigt. Die Nullpunktsverschiebung ist so gewählt, daß bei einem Kolbenhub V
Kolben, 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.
[0047] Die Pipettenspitze in Fig. 3 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.
[0048] 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.
[0049] 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.
[0050] Eine typische Pipettenspitze hat 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.
1. Verfahren zur Korrektur des Volumenfehlers ΔV bei der Auslegung eines Pipettiersystems
mit einer Kolbenhubpipette und einer darauf steckbaren Pipettenspitze, wobei die Kolbenhubpipette
Einstelleinrichtungen zur Veränderung des Kolbenhubs sowie Anzeigeeinrichtungen für
das jeweils pipettierte Flüssigkeitsvolumen hat und das Verhältnis vom Kolbenhub zum
angezeigten Flüssigkeitsvolumen durch einen Pipettenkorrekturfaktor a bestimmt ist,
die Pipettenspitze eine Spitzenöffnung, einen damit verbundenen Volumenbereich für
die Aufnahme einstellbarer Flüssigkeitsvolumina und eine damit verbundene Aufstecköffnung
für die Kolbenhubpipette aufweist und zwischen Spitzenöffnung und Kolben ein Totvolumen
Vt ausgebildet ist, wobei der zu korrigierende Volumenfehler ΔV daraus resultiert, daß
das Totvolumen Vt zwischen dem Flüssigkeitsspiegel und dem Kolben der Pipette durch das Gewicht der
Flüssigkeitssäule in der Pipettenspitze vergrößert wird, wobei die Korrektur des Volumenfehlers
ΔV durch bauliche Abstimmung des Totvolumens Vt, des Pipettenkorrekturfaktors a und des Verlaufs des Querschnitts Q der Pipettenspitze,
die einen zylindrischen Arbeitsbereich aufweist, in der der Flüssigkeitsspiegel im
gesamten Einstellbereich aufnehmbarer Flüssigkeitsvolumina emporsteigt, derart erfolgt,
daß das von den Anzeigeeinrichtungen angezeigte Flüssigkeitsvolumen VAnz dem aufgenommenen Flüssigkeitsvolumen VFlüss oder einer vorgegebenen Abweichung entspricht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Pipettenkorrekturfaktor, Verlauf des Innenquerschnitts und Totvolumen mit einer Nullpunktsverschiebung
des angezeigten Flüssigkeitsvolumens gegenüber dem Kolbenhub abgestimmt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf des Innenquerschnitts entlang der Spitze auf vorgegebene Werte von Pipettenkorrekturfaktor,
Totvolumen und gegebenenfalls Nullpunktsverschiebung abgestimmt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß Pipettenkorrekturfaktor, Verlauf des Innenquerschnitts, Totvolumen und gegebenenfalls
Nullpunktsverschiebung unter Beachtung der Zusammenhänge
oder
Rrel. = Rabs./VFlüss. = relative Richtigkeitsabweichung
mit Rabs. = VFlüss. - VAnz. = absolute Richtigkeitsabweichung
VFlüss. =
= aufgenommenes Flüssigkeitsvolumen
Q (y) = Querschnitt im Abstand y von Spitzenöffnung
VAnz. = angezeigtes Flüssigkeitsvolumen
ρ = Dichte der zu pipettierenden Flüssigkeit
g = Erdbeschleunigung
h = Höhe der Flüssigkeitssäule in der Pipettenspitze
Vt= Totvolumen
Po= Umgebungsdruck
a = Pipettenkorrekturfaktor
b = Nullpunktsverschiebung
aufeinander abgestimmt werden.
5. Verfahren nach Ansprüche einem der 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pipettenspitze verwendet wird, bei der dem Arbeitsbereich der Pipettenspitze
ein sich allmählich erweiternder Übergangsbereich vorgeordnet ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangsbereich durch einen möglichst geringen Winkel bestimmt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pipettenspitze verwendet wird, bei der angrenzend an die Spitzenöffnung ein
dünnes Ansaugröhrchen vorhanden ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Pipettenkorrekturfaktor eingestellt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nullpunktverschiebung der Anzeige eingestellt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Totvolumen eingestellt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Totvolumen durch Austausch von Pipettenspitzen und/oder Zwischenstücke zwischen
Kolbenhubpipette und Pipettenspitze eingestellt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Totvolumen durch variable Einstellung des unteren Kolbenhubanschlages eingestellt
wird.
1. A method for correcting the volume error ΔV in the course of designing a pipetting
system comprising a plunger-operated pipette and a pipette tip adapted to be slipped
onto top thereof wherein the plunger-operated pipette has adjusting devices for varying
the piston stroke and display devices for the respective liquid volume pipetted and
the relation of the piston stroke to the liquid volume displayed is determined by
a pipette correction factor a, the pipette tip has a tip opening, a volume range coupled
thereto for the reception of adjustable liquid volumes, and a slip-on opening coupled
thereto for the plunger-operated pipette and a dead volume Vt is formed between the tip opening and the piston, wherein the volume error ΔV requiring
correction results from the fact that the dead volume Vt between the liquid level and the piston of the pipette is increased because of the
weight of the head of liquid in the pipette tip, wherein the correction of the volume
error ΔV is performed by constructional agreement between the dead volume Vts of the pipette correction factor and the contour of the cross-section Q of the pipette
tip, which has a cylindrical working range in which the liquid level rises within
the entire range of adjustment of the accommodatable liquid volumes, in such a way
that the liquid volume AAnz displayed by the display devices matches the liquid volume received VFlüss or a predetermined deviation.
2. The method as claimed in claim 1, characterized in that the pipette correction factor, the contour of the inner cross-section, and the dead
volume are harmonized with a zero shift of the liquid volume displayed with respect
to the piston stroke.
3. The method as claimed in claim 1 or 2, characterized in that the contour of the inner cross-section along the tip is harmonized with predetermined
values of the pipette correction factor, the contour of the inner cross-section, and
the dead volume, if required for the latter.
4. The method as claimed in any one of claims 1 to 3,
characterized in that the pipette correction factor, the contour of the inner cross-section, the dead volume,
and the dead volume, if the latter is required, are harmonized with each other while
taking into account the following interconnections:
or
Rrel. = Rabs./VFlüss. = Relative deviation from correctness
with Rabs. = VFlüss. - VAnz. = Absolute deviation from correctness
VFlüss. =
= Liquid volume received
Q(y) = Cross-section at a distance y from the tip opening
VAnz. = Liquid volume displayed
ρ = Density of the liquid requiring pipetting
g = Gravitational acceleration
h = Height of the head of liquid in the pipette tip
Vt = Dead volume
Po = Ambient pressure
a = Pipette correction factor
B = Zero shift.
5. The method as claimed in any one of claims 1 to 4, characterized in that a pipette tip is used in which the working range of the pipette tip has arranged
in front thereof a gradually widening transition range.
6. The method as claimed in claim 5, characterized in that the transition range is determined by an angle which is as small as possible.
7. The method as claimed in any one of claims 1 to 6, characterized in that a pipette tip is used in which there is a thin suction tube adjacent to the tip opening.
8. The method as claimed in any one of claims 1 to 7, characterized in that the pipette correction factor is adjusted.
9. The method as claimed in any one of claims 1 to 8, characterized in that the zero shift of the display is adjusted.
10. The method as claimed in any one of claims 1 to 9, characterized in that the dead volume is adjusted.
11. The method as claimed in claim 10, characterized in that the dead volume is adjusted by exchanging pipette tips and/or via connecting pieces
between the plunger-operated pipette and the pipette tip.
12. The method as claimed in any one of claims 1 to 11, characterized in that the dead volume is adjusted by variably setting the lower piston stroke stop.
1. Procédé de correction de l'erreur ΔV sur le volume lors du dimensionnement d'un système
de pipettage, comportant une pipette fonctionnant par la course d'un piston, et une
pointe de pipette pouvant être enfoncée sur cette pipette, la pipette à course de
piston comportant des dispositifs de réglage pour modifier la course du piston, ainsi
que des dispositifs d'affichage du volume de liquide pris chaque fois par la pipette,
le rapport entre la course du piston et le volume affiché du liquide étant déterminé
par un facteur de correction a, la pointe de pipette présentant une ouverture de pointe,
une zone de volume reliée à elle, pour recevoir des volumes réglables de liquide,
et une ouverture d'enfichage, reliée à elle, pour la pipette à course de piston, tandis
qu'entre l'ouverture de la pointe et le piston, est réalisé un volume mort Vt, l'erreur de volume ΔV à corriger résultant de ce que le volume mort Vt, entre le niveau du liquide et le piston de la pipette augmente sous l'effet du poids
de la colonne de liquide dans la pointe de pipette, la correction de l'erreur de volume
ΔV se faisant par détermination, par construction, du volume mort Vt, du facteur de correction de pipette a, et de l'évolution de la section transversale
Q de la pointe de pipette qui présente une zone de travail cylindrique, de telle façon
que le volume de liquide VAnz indiqué par le dispositif d'affichage corresponde au volume de liquide reçu ou à
une valeur dérivée prédéfinie.
2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le facteur de correction de pipette, l'évolution de la section transversale intérieure
et le volume mort sont adaptés à un décalage du point zéro du volume affiché du liquide,
par rapport à la course du piston.
3. Procédé suivant la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'évolution de la section transversale intérieure le long de la pointe est adaptée
à des valeurs prédéfinies du facteur de correction de pipette, du volume mort et,
le cas échéant, du décalage du point zéro.
4. Procédé suivant l'une des revendication 1 à 3,
caractérisé en ce que le facteur de correction de pipette, l'évolution de la section transversale intérieure,
le volume mort et, le cas échéant, le décalage du point zéro sont adaptés les uns
aux autres en tenant compte des relations:
ou
R
rel = R
abs./V
Flüss. = écart relatif de précision,
avec:
Rabs = VFlüss. - VAnz. = écart absolu de précision
VFlüss. =
= volume de liquide reçu
Q(y) = Section transversale à la distance y de l'ouverture de la pointe
VAnz. = volume de liquide affiché
ρ = Densité du liquide à aspirer par la pipette
g = accélération due à la pesanteur
h = hauteur de la colonne de liquide dans la pointe de pipette
Vt = volume mort
Po = pression ambiante
a = facteur de correction de pipette
b = décalage du point zéro
5. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on utilise une pointe de pipette dans laquelle une zone de transition s'élargissant
progressivement est située en amont de la zone de travail de la pointe de pipette.
6. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la zone de transition est déterminée par un angle le plus faible possible.
7. Procédé suivant l'une des revendication 1 à 6, caractérisé en ce qu'on utilise une pointe de pipette disposant d'un fin tube d'aspiration adjacent à l'ouverture
de pointe.
8. Procédé suivant l'une des revendication 1 à 7, caractérisé en ce qu'on règle le facteur de correction de pipette.
9. Procédé suivant l'une des revendication 1 à 8, caractérisé en ce qu'on règle le décalage du point zéro de l'affichage.
10. Procédé suivant l'une des revendication 1 à 9, caractérisé en ce qu'on règle le volume mort.
11. Procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce qu'on règle le volume mort en échangeant des pointes de pipette et/ou des pièces intermédiaires
entre la pipette à course de piston et la pointe de pipette.
12. Procédé suivant l'une des revendication 1 à 11, caractérisé en ce qu'on règle le volume mort en faisant varier le réglage de la butée inférieure de la
course du piston.