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WO2000019211A1 - Vorrichtung zur positionierung einer pipettiernadel - Google Patents

Vorrichtung zur positionierung einer pipettiernadel Download PDF

Info

Publication number
WO2000019211A1
WO2000019211A1 PCT/EP1999/007008 EP9907008W WO0019211A1 WO 2000019211 A1 WO2000019211 A1 WO 2000019211A1 EP 9907008 W EP9907008 W EP 9907008W WO 0019211 A1 WO0019211 A1 WO 0019211A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
needle
liquid
data values
values
container
Prior art date
Application number
PCT/EP1999/007008
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Willi Schmidiger
Thomas Sidler
Heinrich Zweifel
Original Assignee
F. Hoffmann-La Roche Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by F. Hoffmann-La Roche Ag filed Critical F. Hoffmann-La Roche Ag
Publication of WO2000019211A1 publication Critical patent/WO2000019211A1/de

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/10—Devices for transferring samples or any liquids to, in, or from, the analysis apparatus, e.g. suction devices, injection devices
    • G01N35/1009—Characterised by arrangements for controlling the aspiration or dispense of liquids
    • G01N35/1016—Control of the volume dispensed or introduced
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/10—Devices for transferring samples or any liquids to, in, or from, the analysis apparatus, e.g. suction devices, injection devices
    • G01N35/1009—Characterised by arrangements for controlling the aspiration or dispense of liquids
    • G01N35/1016—Control of the volume dispensed or introduced
    • G01N2035/1018—Detecting inhomogeneities, e.g. foam, bubbles, clots
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/10—Devices for transferring samples or any liquids to, in, or from, the analysis apparatus, e.g. suction devices, injection devices
    • G01N35/1009—Characterised by arrangements for controlling the aspiration or dispense of liquids
    • G01N2035/1025—Fluid level sensing

Definitions

  • the invention relates to a device for positioning the tip of a pipetting needle with respect to the surface of a liquid contained in a container, wherein bubbles can be contained in the liquid and / or foam can be arranged on the liquid, comprising
  • an actuator for the needle including motor and associated control, an HF generator for applying a high-frequency field between the needle and a base plate below the container,
  • a sensor for emitting primary measured values which are derived from the high-frequency field, and a signal emitter for emitting an end signal as soon as the desired position of the needle is reached.
  • the invention further relates to a method for operating the device.
  • Oscillator circuit that controls the servomotor via a monostable multivibrator.
  • the document EP-0 694 784 AI describes an automatic machine for the examination of liquid samples, in which sample vessels are arranged between two vertical electrodes. Between these electrodes and the pipetting needle, the electrostatic capacity is measured, which can be obtained using a computer have the respective liquid surface and any abnormal conditions determined.
  • a device for determining the filling height of cuvettes in an automatic sampling device comprises a sensor electrode that can be moved vertically and outside the sample vessel and is connected to an oscillator. The amplitude or phase of the electrical oscillation is measured, from which the position of the
  • Liquid surface can be determined. According to US-5,265,482 by the same applicant, the determined values can be saved and reused for later searching for selected samples.
  • US-4,32 ⁇ , 851 describes a fill level sensor which is integrated in automatic pipetting machines. This sensor uses an AC voltage that is applied between the pipetting needle and a base plate under the liquid. The change in voltage when touching liquid and needle serves as a signal for reaching the correct needle position.
  • the filling height sensors of the cited documents essentially have in common to use high-frequency fields, the parameters of which depend on the distance of the pipetting needle from the liquid surface.
  • the invention is therefore based on the object of providing a device for precisely positioning the tip of a pipetting needle with respect to the surface of a liquid contained in a container.
  • This device should make it possible to avoid incorrect measurements or incorrect analyzes.
  • the device according to the invention is intended to enable the exact positioning of the tip of a pipetting needle even if the liquid surface is covered by foam and / or if bubbles are contained in the liquid, which can arise, for example, from shaking the liquid.
  • the sensor is designed to provide measured values that correspond to at least two different physical quantities
  • a second memory is provided for the current measured values emitted by the sensor and for data values derived from them (C n , G n , P n , dC n , dG n , dP n ), and
  • That a logic unit (26) is provided for comparing the data values (C n , G n , P n , dC n , dG n , dP n ) with the previously determined threshold values (S).
  • Embodiments of the device according to the invention are defined by the dependent claims.
  • the advantages that are achieved with the device according to the invention are, in particular, that the respectively desired positioning of the tip of the pipetting needle directly under the surface of various, different liquids is achieved quickly and above all with high reliability and safety. This significantly reduces the false analyzes mentioned at the beginning.
  • the device according to the invention is particularly suitable both for the pipetting of biological liquid samples and for the pipetting of liquid reagents which are used in clinical chemical analysis systems.
  • this relates to a method for operating an above-mentioned device according to the invention, which method is characterized in that
  • the Logic unit outputs the corresponding control signals.
  • a zero adjustment for the system consisting of pipette needle (11) and container is carried out prior to the first measurement value determination
  • Figure 1 is a block diagram of a device for
  • Figure 2 is a flow chart.
  • FIG. 1 shows the block diagram of a device which is constructed in the manner of a control circuit and serves to bring a pipette needle 11 with its tip 12 into a specific position with respect to the surface 13 of a liquid 15 contained in a container or in a vessel 14.
  • the tip 12 of the needle 11 should be lowered, for example, exactly 1 mm below the surface 13 for the purpose of taking a sample, even if foam 16 and / or a cover 17 for closing the container 14 is present over the surface 13 are.
  • the pipetting needle 11 is made of an electrically conductive material.
  • the device according to FIG. 1 u comprises an actuator 19, which is moved by a motor 20 with motor control 21, for example a direct current motor with a coupled timing disk.
  • a high-frequency field is created between the pipetting needle 11 and a base plate 24 below the cuvette 14 by a generator, not shown.
  • the base plate 24 consists of an electrically conductive material.
  • This unit 26 comprises a first 41 and a second memory 42, two logic circuits 43, 44 and one Evaluation circuit 45 and outputs a control signal via the connection 27 to the outside and to the engine control 21.
  • Comparative values which correspond to a typical vessel / liquid situation are stored in the memory 41. These comparison values preferably serve as threshold values.
  • the measured values determined during the movement of the needle 11, ie in particular the respective capacitance values C n and the respectively assigned conductance values G n and phase values P n , are continuously stored in the memory 42, so that in each case a sequence of chronologically successive first data values for the further processing is available.
  • These first data values can be filtered, for example by, to reduce statistical fluctuations
  • Logic circuit 45 When the device according to FIG. 1 is working properly, the tip 12 of the pipetting needle 11 is then located independently of the filling height of the container 14 and exactly defined, just below the surface 13 of the liquid 15, so that further from this liquid, possibly after further lowering of the Needle, liquid 15 is sucked out through the needle 11 or another liquid can be injected into this liquid 15.
  • the logic unit 26 can be made in a conventional manner from circuits, e.g. B. be constructed using operational amplifiers. In a preferred manner, however, it is a program-controlled processor in which the logic circuits 43, 44, 45 are implemented by special program parts 31, 34, 36 which run in series.
  • FIG. 2 shows the overall function of the logic unit 26 on the basis of a flow chart.
  • the respective values of the capacitance C n , the conductance G n and the phase P n determined by the sensor 25 are stored as first data values in the memory 42 and are used in a first processing step 31 to provide filtered and processed data for further processing.
  • the provision of filtered values C n , G n and the determination of difference values dC n and dG n and the calculation of the phase P n and the phase difference dP n are stored as first data values in the memory 42 and are used in a first processing step 31 to provide filtered and processed data for further processing.
  • the provision of filtered values C n , G n and the determination of difference values dC n and dG n and the calculation of the phase P n and the phase difference dP n .
  • the difference dC-. and dG n are compared in a first decision step 32 with first threshold values S1, S2 from the memory 41. This comparison serves above all to zero balance 33 of the measuring system consisting of pipetting needle 11, container 14, liquid 15, base plate 24 and an alternative container lid 17.
  • the event 51 "medium reached” occurs as soon as the tip 12 of the needle 11 either on liquid 15 or on foam 16 is hit. This event is reported to the engine controller 21 with a corresponding control signal.
  • the data in particular the difference values dC n , dC n -5, dG n , C n and P n , are subsequently compared to second threshold values S3-S6 stored in the memory 41 and zero (0) and partly in logical AND combination of the data determined whether the medium reached is foam 16 or liquid 15. If the medium is not foam 16, the control signal 36 "liquid surface reached" (level) is emitted.
  • a corresponding control signal 37 is generated, by which a third decision step 35 is triggered, with which the liquid surface under the foam 16 is detected.
  • This decision step in turn comprises three decision stages in which the data dCn, dGn, Cn, Pn, dPn, partly in a logical combination, are compared with threshold values S13 to S19. If the liquid surface is detected, the aforementioned signal 36 is also emitted. If, on the other hand, all the comparisons are negative, then the "end" signal is given, which either triggers a stop or a restart 30.
  • Memory 41 are determined by preliminary determinations with respect to the elements used in the specific case pipetting needle 11, vessel 14, liquid 15, base plate 24 and possibly other elements.
  • Variants are subject without the essential technical content being affected.
  • a device for positioning the tip 12 of a pipetting needle 11 with respect to the surface 13 of a liquid 15 contained in a container 14 has been described above, wherein bubbles may be contained in the liquid and / or foam 16 may be arranged on the liquid.
  • This device comprises an actuator 19 for the needle 11 including motor 20 and associated control 21, an HF generator for applying a high-frequency field between the needle 11 and a base plate 24 below the container 14, a sensor 25 for outputting primary measurement values derived from the high-frequency field and a signal generator for outputting an end signal as soon as the desired position of the needle 11 is reached.
  • the sensor 25 is designed to provide measured values that correspond to at least two different physical quantities.
  • the device further comprises a first memory 41 for pre-determined threshold values S, a second memory 42 for the current measured values output by the sensor 25 and for data values C n , G n , P n , dC n , dG n , dP n , and a logic unit 26 for comparing the data values C n , Gn P n / dC n , dG n , dP n with the threshold values S.
  • the device described is preferably used in automatic analyzers for clinical chemical analyzes, and it can be used successfully both on the sample side and on the reagent side, which ensures that a high quality standard can be routinely maintained in the analyzes.

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Abstract

Vorrichtung zur Positionierung der Spitze (12) einer Pipettiernadel (11) bezüglich der Oberfläche (13) einer in einem Behälter (14) enthaltenen Flüssigkeit (15), wobei in der Flüssigkeit eventuell Blasen enthalten und/oder auf der Flüssigkeit Schaum (16) angeordnet sein können, umfassend einen Stelltrieb (19) für die Nadel (11) einschliesslich Motor (20) und zugeordneter Steuerung (21), einen HF-Generator zum Anlegen eines Hochfrequenzfeldes zwischen der Nadel (11) und einer Bodenplatte (24) unterhalb des Behälters (14), einen Sensor (25) zum Abgeben von primären Messwerten, die aus dem Hochfrequenzfeld abgeleitet werden, und einen Signalgeber zum Abgeben eines Endesignals, sobald die gewünschte Position der Nadel (11) erreicht ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (25) zum Bereitstellen von Messwerten ausgebildet ist, die wenigstens zwei unterschiedlichen physikalischen Grössen entsprechen.

Description

VORRICHTUNG ZUR POSITIONIERUNG EINER PIPETTIERNADEL
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Positionierung der Spitze einer Pipettiernadel bezüglich der Oberfläche einer in einem Behälter enthaltenen Flüssigkeit, wobei in der Flüssigkeit Blasen enthalten und/oder auf der Flüssigkeit Schaum angeordnet sein können, umfassend
- einen Stelltrieb für die Nadel einschliesslich Motor und zugeordneter Steuerung, - einen HF-Generator zum Anlegen eines Hochfrequenzfeldes zwischen der Nadel und einer Bodenplatte unterhalb des Behälters,
- einen Sensor zum Abgeben von primären Messwerten, die aus dem Hochfrequenzfeld abgeleitet werden, und - einen Signalgeber zum Abgeben eines Endesignals, sobald die gewünschte Position der Nadel erreicht ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung.
Aus der Schrift US-5,493,922 ist ein Automat mit vertikal bewegbarer Pipettiernadel bekannt, bei dem die Position der Nadel gegenüber der Oberfläche einer jeweiligen, in einem Gefäss enthaltenen Flüssigkeit bestimmt wird. Zur Bestimmung der Position dient ein mit der Nadel gekoppelter
Oszillatorkreis, der über einen monostabilen Multivibrator den Stellmotor steuert.
Die Schrift EP-0 694 784 AI beschreibt einen Automat für die Untersuchung flüssiger Proben, bei dem Probengefässe zwischen zwei vertikalen Elektroden angeordnet sind. Zwischen diesen Elektroden und der Pipettiernadel wird die elektrostatische Kapazität gemessen, aus der sich mit Hilfe eines Computers die jeweilige Flüssigkeitsoberfläche und eventuell abnormale Zustände ermitteln lassen.
Aus der Schrift US-5,012,683 ist eine Einrichtung zum Bestimmen der Füllhöhe von Küvetten in einem Proben-Entnahme- Automat bekannt. Diese Einrichtung umfasst eine vertikal und ausserhalb des Probengefässes bewegbare Sensor-Elektrode, die an einem Oszillator angeschlossen ist. Gemessen wird die Amplitude oder die Phase der elektrischen Schwingung, woraus mit Hilfe einer zentralen Logik die Position der
Flüssigkeitsoberfläche ermittelbar ist. Entsprechend der Schrift US-5,265,482 des gleichen Anmelders lassen sich die ermittelten Werte speichern und zum späteren Suchen ausgewählter Proben wiederverwenden.
In der Schrift US-4,32β,851 wird ein Füllhöhen-Sensor beschrieben, der in Pipettier-Automaten integriert ist. Dieser Sensor verwendet eine Wechselspannung, die zwischen der Pipettiernadel und einer Bodenplatte unter der Flüssigkeit angelegt wird. Hierbei dient der Spannungswechsel beim Berühren von Flüssigkeit und Nadel als Signal für das Erreichen der richtigen Nadelposition.
Den Füllhöhen-Sensoren der genannten Schriften ist es im wesentlichen gemeinsam, hochfrequente Felder zu verwenden, deren Parameter vom Abstand der Pipettiernadel von der Flüssigkeitsoberfläche abhängen. Aus der Praxis ist es jedoch bekannt, dass diese Abhängigkeit nicht genügend eindeutig ist, so dass in einer erheblichen Zahl von Situationen Fehlmessungen und hierdurch Fehler beim Pipettieren entstehen, was sehr störend ist. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum genauen Positionieren der Spitze einer Pipettiernadel bezüglich der Oberfläche einer in einem Behälter enthaltenen Flüssigkeit bereit zu stellen. Diese Vorrichtung soll ermöglichen, Fehlmessungen bzw. Fehlanalysen zu vermeiden. Insbesondere soll die erfindungsgemässe Vorrichtung, die genaue Positionierung der Spitze einer Pipettiernadel auch dann ermöglichen, wenn die Flüssigkeitsoberfläche durch Schaum bedeckt ist und/oder wenn Blasen in der Flüssigkeit enthalten sind, die zum Beispiel durch Schütteln der Flüssigkeit entstehen können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, welche dadurch gekennzeichnet ist,
- dass der Sensor ausgebildet ist zum Bereitstellen von Messwerten, die wenigstens zwei unterschiedlichen physikalischen Grossen entsprechen,
- dass ein erster Speicher für vorermittelte Schwellwerte (S) vorgesehen ist,
- dass ein zweiter Speicher vorgesehen ist für die aktuellen, vom Sensor abgegebenen Messwerte und für von diesen abgeleitete Datenwerte (Cn, Gn, Pn, dCn, dGn, dPn) , und
- dass eine Logikeinheit (26) vorgesehen ist zum Vergleichen der Datenwerte (Cn, Gn, Pn, dCn, dGn, dPn) mit den vorermittelten Schwellwerten (S) .
Ausgestaltungen der erfindungsgemässen Vorrichtung sind durch die abhängigen Ansprüche definiert.
Die Vorteile, die mit der erfindungsgemässen Vorrichtung erzielt werden, liegen insbesondere darin, dass die jeweils gewünschte Positionierung der Spitze der Pipettiernadel unmittelbar unter die Oberfläche diverser, unterschiedlicher Flüssigkeiten schnell und vor allem mit hoher Zuverlässigkeit und Sicherheit erzielt wird. Hierdurch vermindern sich die eingangs genannten Fehlanalysen wesentlich. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist insbesondere sowohl für die Pipettierung von biologischen flüssigen Proben, als auch für die Pipettierung von flüssigen Reagenzien geeignet, die in klinisch chemischen Analysensystemen verwendet werden.
Gemass einem zweiten Aspekt der Erfindung betrifft diese ein Verfahren zum Betreiben einer oben erwähnten, erfindungsgemässen Vorrichtung, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist,
- dass vor dem Beginn der Nadelbewegung die Pipettiernadel in eine fixe Startposition gebracht wird,
- dass anschliessend an ein Startsignal die Nadel in eine kontinuierliche Bewegung versetzt wird,
- dass der Sensor in einem verschiebungsabhängigen Takt so lange Messwerte ermittelt und in die Logikeinheit eingibt, bis die hiervon abgeleiteten Datenwerte (Cn, Gn, Pn/ dCn, dGn, dPn) schliesslich vorgegebenen Entscheidungskriterien entsprechen, und dass die Logikeinheit dem entsprechende Steuersignale abgibt.
In einer bevorzugten Ausführungsform dieses Verfahrens wird vorgängig der jeweils ersten Messwertermittlung ein Nullabgleich für das System aus Pipettiernadel (11) , Behälter
(14), Behälterdeckel (17) Flüssigkeit (15) und Bodenplatte
(24) vorgenommen.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von zwei Figuren näher beschrieben. Es zeigen: Figur 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur
Positionierung einer Pipettiernadel gegenüber einer Probenflüssigkeit,
Figur 2 ein Flussdiagramm.
Figur 1 zeigt das Blockschaltbild einer Vorrichtung, die in Art eines Regelkreises aufgebaut ist und dazu dient, eine Pipettiernadel 11 mit ihrer Spitze 12 in eine bestimmte Position bezüglich der Oberfläche 13 einer in einem Behälter bzw. in einem Gefäss 14 enthaltenen Flüssigkeit 15 zu bringen. Dies bedeutet, dass die Spitze 12 der Nadel 11 zum Zwecke der Probenentnahme beispielsweise genau 1 mm unter die Oberfläche 13 abgesenkt werden soll, und zwar auch dann, wenn über der Oberfläche 13 Schaum 16 und/oder ein Deckel 17 zum Verschliessen des Behälters 14 vorhanden sind. Die Pipettiernadel 11 besteht aus einem elektrisch leitenden Material .
Die Vorrichtung gemass Figur 1 u fasst einen Stelltrieb 19, der von einem Motor 20 mit Motorsteuerung 21, beispielsweise einem Gleichstrommotor mit angekoppelter Taktscheibe, bewegt wird. Zwischen der Pipettiernadel 11 und einer Bodenplatte 24 unterhalb der Küvette 14 ist durch einen nicht gezeigten Generator ein Hochfrequenzfeld angelegt. Die Bodenplatte 24 besteht aus einem elektrisch leitenden Material. Ein Sensor
25 detektiert die Adrαittanz bzw. die Impedanz dieses Feldes und gibt im Takt der Taktscheibe die der jeweiligen Nadelposition zugeordnete Kapazität Cn und den jeweiligen zugeordneten Leitwert Gn als Messwerte an eine Logikeinheit
26 ab. Diese Einheit 26 umfasst einen ersten 41 und einen zweiten Speicher 42, zwei Logikkreise 43, 44 und einen Bewertungskreis 45 und gibt ein Steuersignal über die Verbindung 27 nach aussen und an die Motorsteuerung 21 ab.
Im Speicher 41 sind Vergleichswerte gespeichert, die einer typischen Gefäss/Flüssigkeit-Situation entsprechen. Diese Vergleichswerte dienen vorzugsweise als Schwellwerte.
Im Speicher 42 werden die während der Bewegung der Nadel 11 ermittelten Messwerte, d. h. insbesondere die jeweilige Kapazitätswerte Cn und die jeweils zugeordneten Leitwerte Gn und Phasenwerte Pn, laufend gespeichert, so dass jeweils eine Folge von zeitlich aufeinander folgenden, ersten Datenwerten für die weitere Bearbeitung bereitsteht. Diese ersten Datenwerte können zur Verringerung von statistischen Schwankungen gefiltert sein, beispielsweise durch
Mittelwertbildung aus z. B. jeweils fünf benachbarten Einzelwerten.
Der erste Logikkreis 43 bildet fortlaufend aus den benachbarten (eventuell gefilterten) ersten Datenwerten Cn, Gn, Pn Differenzwerte bzw. zweite Datenwerte dCn = Cn - Cn_ι und dGn = Gn - Gn_ι (n: fortlaufende Numerierung) , die im zweiten Logikkreis 44 jeweils mit den vom ersten Speicher 41 zur Verfügung gestellten Schwellwerten verglichen werden. Sobald die noch zu beschreibenden Kriterien im dritten
Logikkreis 45 erfüllt sind, gibt dieser über die Verbindung 27 ein Endesignal nach aussen und an die Motorsteuerung 21 ab, wodurch der Motor 20 gestoppt wird. Bei einwandfreiem Arbeiten der Vorrichtung entsprechend Figur 1 befindet sich die Spitze 12 der Pipettiernadel 11 dann unabhängig von der Füllhöhe des Behälters 14 und genau definiert, dicht unter der Oberfläche 13 der Flüssigkeit 15, so dass im weiteren aus dieser Flüssigkeit, eventuell nach weiterem Absenken der Nadel, durch die Nadel 11 Flüssigkeit 15 abgesaugt bzw. in diese Flüssigkeit 15 eine andere Flüssigkeit eingespritzt werden kann.
Die Logikeinheit 26 kann in konventioneller Weise aus Schaltkreisen, z. B. unter Verwendung von Operationsverstärkern aufgebaut sein. In bevorzugter Art handelt es sich jedoch um einen programmgesteuerten Prozessor, bei dem die Logikkreise 43, 44, 45 durch spezielle Programmteile 31, 34, 36, die seriell ablaufen, realisiert sind.
Figur 2 zeigt die Gesamtfunktion der Logikeinheit 26 anhand eines Flussdiagramms. Die vom Sensor 25 ermittelten jeweiligen Werte der Kapazität Cn, des Leitwertes Gn und der Phase Pn werden als erste Datenwerte im Speicher 42 gespeichert und dienen in einem ersten Verarbeitungsschritt 31 zum Bereitstellen gefilterter und aufbereiteter Daten für die weitere Bearbeitung. Insbesondere erfolgt die Bereitstellung gefilterter Werte Cn, Gn und die Ermittlung von Differenzwerten dCn und dGn sowie die Berechnung der Phase Pn und der Phasendifferenz dPn.
Die Differenzwei e dC-. und dGn werden in einem ersten Entscheidungsschritt 32 mit ersten Schwellwerten Sl, S2 aus dem Speicher 41 verglichen. Dieser Vergleich dient vor allem dem Nullabgleich 33 des Messsystems aus Pipettiernadel 11, Behälter 14, Flüssigkeit 15, Bodenplatte 24 und eines alternativ vorhandenen Behälterdeckels 17.
Ist der Nullabgleich 33 erfolgt, tritt im weiteren das Ereignis 51 "Medium erreicht" ein, sobald die Spitze 12 der Nadel 11 entweder auf Flüssigkeit 15 oder auf Schaum 16 getroffen ist. Dieses Ereignis wird an die Motorsteuerung 21 mit einem entsprechenden Steuersignal gemeldet.
In einem zweiten, dreistufigen, vom Ereignis 51 ausgelösten Entscheidungsschritt 34 wird anschliessend aus den Daten, insbesondere den Differenzwerten dCn, dCn-5, dGn, Cn und Pn im Vergleich mit zweiten, im Speicher 41 gespeicherten Schwellwerten S3 - S6 und Null (0) und teilweise in logischer UND-Ko bination der Daten ermittelt, ob das erreichte Medium Schaum 16 oder Flüssigkeit 15 ist. Ist das Medium kein Schaum 16, wird das Steuersignal 36 "Flüssigkeitsoberfläche erreicht" (Level) abgegeben.
Ist das Medium dagegen Schaum 16, dann wird ein entsprechendes Steuersignal 37 erzeugt, durch welches ein dritter Entscheidungsschritt 35 ausgelöst wird, mit dem die Flüssigkeitsoberfläche unter dem Schaum 16 detektiert wird. Dieser Entscheidungsschritt umfasst wiederum drei Entscheidungsstufen, in welchen die Daten dCn, dGn, Cn, Pn, dPn, teilweise in logischer Kombination, mit Schwellwerten S13 bis S19 verglichen werden. Wird die Flüssigkeitsoberfläche detektiert, wird ebenfalls das genannte Signal 36 abgegeben. Sind dagegen alle Vergleiche negativ, dann erfolgt das Signal "Ende", durch welches entweder ein Stopp oder ein Neustart 30 ausgelöst wird.
Wichtig bei den Entscheidungsschritten 32,34,35 ist, dass grundsätzlich bzw. zumindest stark überwiegend jeweils wenigstens zwei unterschiedliche physikalische Grossen in Kombination für die Entscheidungsfindungen verwendet werden. Diese Kombination in Form von logischen UND oder ODER- Verknüpfungen vermindert Fehlentscheidungen drastisch, da der dynamische Verlauf der unterschiedlichen Grossen während der Bewegung der Nadel 11 massiv voneinander abweichend ist.
Wichtig ist weiter, dass die Verarbeitungs- und Entscheidungsschritte 31, 32, 34, 35 seriell erfolgen. Hierdurch wird sichergestellt, dass sich die unterschiedlichen Entscheidungskriterien nicht überlappen und gegenseitig beeinflussen.
Wichtig ist weiter, dass die diversen Schwellwerte S des
Speichers 41 durch Vorermittlungen bezüglich der im konkreten Fall verwendeten Elemente Pipettiernadel 11, Gefäss 14, Flüssigkeit 15, Bodenplatte 24 und eventuell weiterer Elemente sauber ermittelt sind.
Als Daten können weitere und/oder andere Grossen verwendet werden, z. B. zeitabhängige Grossen dCn/dt, dGn/dt usw.
Das anhand der Figur 2 beschriebene Flussdiagramm und der zugeordnete Algorithmus können im einzelnen diversen
Varianten unterliegen, ohne dass der wesentliche technische Gehalt hierdurch betroffen wird.
Zusammenfassend wurde oben eine Vorrichtung beschrieben zur Positionierung der Spitze 12 einer Pipettiernadel 11 bezüglich der Oberfläche 13 einer in einem Behälter 14 enthaltenen Flüssigkeit 15, wobei in der Flüssigkeit eventuell Blasen enthalten und/oder auf der Flüssigkeit Schaum 16 angeordnet sein können. Diese Vorrichtung umfasst einen Stelltrieb 19 für die Nadel 11 einschliesslich Motor 20 und zugeordneter Steuerung 21, einen HF-Generator zum Anlegen eines Hochfrequenzfeldes zwischen der Nadel 11 und einer Bodenplatte 24 unterhalb des Behälters 14, einen Sensor 25 zum Abgeben von primären Messwerten, die aus dem Hochfrequenzfeld abgeleitet werden, und einen Signalgeber zum Abgeben eines Endesignals, sobald die gewünschte Position der Nadel 11 erreicht ist.
Der Sensor 25 ist ausgebildet zum Bereitstellen von Messwerten, die wenigstens zwei unterschiedlichen physikalischen Grossen entsprechen.
Die Vorrichtung umfasst ferner einen ersten Speicher 41 für vorermittelte Schwellwerte S, einen zweiten Speicher 42 für die aktuellen, vom Sensor 25 abgegebenen Messwerte und für von diesen abgeleitete Datenwerte Cn, Gn, Pn, dCn, dGn, dPn, und eine Logikeinheit 26 zum Vergleichen der Datenwerte Cn, Gn Pn/ dCn, dGn, dPn mit den Schwellwerten S.
Die oben anhand der Figuren 1 und 2 beschriebene Vorrichtung hat sich in Tests und in praktischen Versuchen bestens bewährt.
Der Einsatz der beschriebenen Vorrichtung erfolgt bevorzugt in Analysenautomaten für klinisch chemischen Analysen, wobei sie sowohl auf der Probenseite als auch auf der Reagenzseite erfolgreich einsetzbar ist, was gewährleistet, dass bei den Analysen ein hoher Qualitätstandard routinemässig eingehaltbar ist.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Positionierung der Spitze (12) einer Pipettiernadel (11) bezüglich der Oberfläche (13) einer in einem Behälter (14) enthaltenen Flüssigkeit (15), wobei in der Flüssigkeit Blasen enthalten und/oder auf der Flüssigkeit Schaum (16) angeordnet sein können, umfassend
- einen Stelltrieb (19) für die Nadel (11) einschliesslich Motor (20) und zugeordneter Steuerung (21) , - einen HF-Generator zum Anlegen eines Hochfrequenzfeldes zwischen der Nadel (11) und einer Bodenplatte (24) unterhalb des Behälters (14) ,
- einen Sensor (25) zum Abgeben von primären Messwerten, die aus dem Hochfrequenzfeld abgeleitet werden, und - einen Signalgeber zum Abgeben eines Endesignals, sobald die gewünschte Position der Nadel (11) erreicht ist, dadurch gekennzeichnet,
- dass der Sensor (25) ausgebildet ist zum Bereitstellen von Messwerten, die wenigstens zwei unterschiedlichen physikalischen Grossen entsprechen,
- dass ein erster Speicher (41) für vorermittelte Schwellwerte (S) vorgesehen ist,
- dass ein zweiter Speicher (42) vorgesehen ist für die aktuellen, vom Sensor (25) abgegebenen Messwerte und für von diesen abgeleitete Datenwerte (Cn, Gn, Pn, dCn, dGn, dPn) , und
- dass eine Logikeinheit (26) vorgesehen ist zum Vergleichen der Datenwerte (Cn, Gn, Pn, dCn, dGn, dPn) mit den vorermittelten Schwellwerten (S) .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (25) ausgebildet ist zur ständig wiederholten Messung der Impedanz oder der Admittanz zwischen der Pipettiernadel (11) und der Bodenplatte (24) und zum fortgesetzten Abgeben von davon abgeleiteten jeweiligen ersten Datenwerten Kapazität (Cn) , Leitwert (Gn) und/oder Phase (Pn) .
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Logikeinheit (26) ein erster Logikkreis (43) vorgesehen ist, der aus der zeitlichen Folge der ersten Datenwerte (Cn, Gn, Pn) zweite Datentwerte (dCn, dGn, dPn) ableitet, dass ein zweiter Logikkreis (44) vorgesehen ist, der das Eintauchen der Nadelspitze (12) in ein von Luft verschiedenes Medium, und das Medium als Flüssigkeit (15) oder als Schaum (16) erkennt, und dass ein dritter Logikkreis 45 vorgesehen ist, der beim Vorhandensein von Schaum (16) das Eintauchen der Nadelspitze (12) in die unter dem Schaum (16) liegende Flüssigkeit (15) ermittelt, wobei der erste (43), der zweite (44) und der dritte Logikkreis (45) in Serie geschaltet sind, und wobei jeder Entscheidungsschritt (32, 34, 35) unter wenigstens einer logischen UND- oder ODER-Verknüpfung von zwei physikalisch unterschiedlichen Datenwerten (Cn, Gn, Pn, dCn, dGn, dPn) erfolgt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Logikkreis (43) einen Nullabgleich ausführt, insbesondere zum Eliminieren des Einflusses eines eventuellen Deckels (17) auf dem Behälter (14) .
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Logikkreis (43) die ersten Datenwerte (Cn, Gn, Pn) durch Mittelung benachbarter Messwerte, und dass der zweite Logikkreis (44) die zweiten Datenwerte (dCn, dGn, dPn) durch Differenzbildung aus benachbarten ersten Datenwerten (Cn, Gn, Pn) bildet.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Logikeinheit (26) als programmgesteuerter Prozessor ausgebildet ist, wobei das zugeordnete Programm aus drei Unterprogrammen (31, 34, 36) für das Aufbereiten der Messwerte und das Bereitstellen der Datenwerte (Cn, Gn, Pn, dCn, dGn, dPn) für das Detektieren von Schaum (16) über der Flüssigkeits- Oberfläche (13) und für das Detektieren des Eintauchens der Nadelspitze (12) in die Oberfläche (13) in serieller Weise zusammengesetzt ist.
7. Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
- dass vor dem Beginn der Nadelbewegung die Pipettiernadel (11) in eine fixe Startposition gebracht wird,
- dass anschliessend an ein Startsignal die Nadel (11) in eine kontinuierliche Bewegung versetzt wird,
- dass der Sensor (25) in einem verschiebungsabhängigen Takt so lange Messwerte ermittelt und in die Logikeinheit (26) eingibt, bis die hiervon abgeleiteten Datenwerte (Cn, Gn, Pn^ dCnf dGn, dPn) schliesslich vorgegebenen Entscheidungskriterien entsprechen, und dass die Logikeinheit (26) dem entsprechende Steuersignale abgibt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass vorgängig der jeweils ersten Messwertermittlung ein Nullabgleich für das System aus Pipettiernadel (11), Behälter (14), Behälterdeckel (17) Flüssigkeit (15) und Bodenplatte (24) vorgenommen wird.
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