专利名称：用于对液体分类的方法、装置和计算机程序产品的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对液体进行分类的方法，在该方法中，一流体腔连接于一测量腔，而使用压力传感器来监测该测量腔的压力，并且该流体腔的至少一部分与该流体的样本液体连接。本发明还涉及一种相应的用来对液体分类的装置和计算机程序产品。根据本发明的特别优选的实施例和/或根据本发明的装置涉及对液体样本进行液体处理的吸移装置。
这样，本发明包括一种对用于抽吸并分配液体量(比如人体体液的样本)的吸移装置中的液体进行分类。这样的吸移装置包括与一泵相连的一吸移管管尖。
涉及使用生物化学技术的例如制药研究或临床诊断的行业部门需要用来处理液体量和液体样本的设备。自动设备通常包括单个吸移装置或多个吸移装置，这些装置用在位于工作站的工作台上的液体容器上。这样的工作站通常可在这样的液体样本上进行许多不同的工作，比如光学测量、吸移、清洗、离心过滤、孵化和过滤。根据笛卡尔坐标或极坐标进行工作的一个或多个机器人可用于在这样的工作站上进行样本处理。这样的机器人可运送并重定位诸如试管或微型试片(microplate)之类的液体容器。还可将这样的机器人用作“机器人样本处理器”(RSP)，比如用于抽吸和分配的吸移装置或者用来分配液体样本的分配器。较佳地，这样的设备由计算机监测和控制。这样的设备的一个决定性的优点是可以在较长的小时段和天数段中自动处理大量的液体样本而不需要有人为的因素介入该处理工艺。
背景技术：
从已有技术(例如US 4,675,301、US 4,794,085和US 5,723,795)中已知的吸移装置包括连接于一泵的一吸移管管尖。这些装置中的某一些包括一流体腔，具有压力敏感元件的压力传感器通过一充气腔连接于该流体腔。该流体腔由吸移管管尖、将吸移管管尖与泵连接的第一管道以及泵的活动部分所形成。
当吸移液体时，通常会产生这种液体所属类别的问题、即其物理特性和相关常数。根据它们诸如表面张力、粘性或蒸汽压力之类的物理常数来对液体进行分类在本领域中是已知的。这样，可根据相应的分类来决定合适的吸移参数，并且可更加精确地吸移这些液体。
从EP 0 608 425可知利用吸移装置来测量液体样本的粘性的方法。在这一情况中，一工作人员从改变一预定的、最初部分的真空状态所需的时间间隔开始，该真空是通过用来抽吸特定的量的吸移管管尖来施加的。将这一时间值与一张表中已知的与此类时间相关的粘性数据相比较，则可确定液体现在的粘性。当对离心过滤之后的血液采用这一方法时，可将具有血红细胞的剩余部分从血浆中分离出来并收集起来。
然而，如上所解释的，其它参数在吸移过程中也起着重要作用。这样，由于不同的蒸汽压力，已知必须用完全不同的方法来抽吸水或丙酮。这些溶剂的表面张力也有很大不同。在表1中列出了某些类别溶剂的粘性、蒸汽压力和表面张力作为说明。
表1
从表1中可以明显看到，丙酮和乙醇的表面张力十分类似。但是，在吸移的过程中对这两种溶剂的处理并不相同，因为它们的粘性和/或蒸汽压力的参数值十分不同。因此，为了自动且可靠地吸移如此不同的溶剂，仅仅确定一个参数是不够的，而这样的吸移在生物化学实验室中是常用的。然而，监测所有这些参数(有可能甚至还有诸如作为所要吸移的液体的函数的吸移管管尖的可湿性和/或用于吸移管管尖的材料之类的参数)会需要太多的机器和时间花费。最重要的是，实际上在自动工作站中，必须保证在可能的最短时间内制造出成百上千的样本。如果溶剂和/或液体样本成分未知、具有未知的物理参数，而又必须尽可能多地自动吸移这样的样本，那么就必定会造成更大的困难。
发明内容
这样，本发明是基于提出一种替代的方法的目的，使用该方法可根据需要容易地对液体样本进行分类和吸移。
该目的可由例如提出一种用来分类液体的方法而达到，在该方法中，一流体腔连接于一测量腔，而用一压力传感器来监测该测量腔的内部压力，该流体腔的至少一第一部分与这种液体的一样本流体连接。在此情况下，根据本发明的该方法的特征在于，在一流体柱中发生压力变化，该流体柱位于流体腔中并且基本上是连贯的，这些压力变化造成与流体柱气动相连的测量腔中相应的压力变化，该压方变化由压力传感器记录下并转换成测量信号，这些测量信号由一计算机处理并被重现成一压力曲线，且将该压力曲线的走向与已知的压力曲线的走向相比较，根据这一比较来对液体进行分类。
根据本发明的方法由此根据这样的基本考虑，即根据选定的、可测量且可实际感测的有效参数作为为该液体特有的数据组来检测所要抽吸的液体，将选定的有效参数的这一特有的数据组与已知流体的相应数据相比较，并根据这一比较对液体进行分类。然而，这一选定的有效参数并非诸如粘性、蒸汽压力或表面张力之类的传统的参数，而是受所有这些传统参数的影响。实际上，作为一种“对试验人员的经验进行近似”的类型，它概要地建立了在一种已知的吸移系统中液体是如何表现的。以上通过检测吸移管内部压力已经说明了这一点。根据本发明，该方法可在浸入所要吸移的液体时就已完成，或者可在抽吸该液体的过程中进行。
根据本发明进一步选定的可产生可比较的结果的有效参数包括在抽吸所要吸移的液体的过程中检测该选定的有效参数的变化，该参数的形式为系统液体或所要吸移的液体在一吸移管中的当前流量；一容器的总重量，所要吸移的一液体是从该容器中抽出的；一直流电动机的功率消耗，该电动机用于在抽吸所要吸移的液体的过程中驱动泵的活塞；一微型隔膜泵的压电驱动器的功率消耗，该微型隔膜泵是在抽吸所要吸移的液体以在吸移管管尖中产生部分真空时所使用的。
根据本发明进一步选定的可产生可比较的结果的有效参数包括在浸入所要吸移的液体时或在抽吸该液体的过程中检测该选定的有效参数的变化，该参数的形式为连接到吸移管中的气体腔中的声波的音频间距(tone pitch)，可将该声波直接通过例如吸移管壁或通过在位于吸移管内的气体腔中的拾音器传导；位于吸移管中的系统液体或所要吸移的液体的相态分界位置。可用光学方法来检测这一相态分界位置，例如利用光波耦合或光的散射。
根据第一个方面，这一目的由一种在已知的液体吸移系统中对该液体进行分类的方法而达到。该方法的特征在于将一选定的、可测量且可实际感测的有效参数的变化作为为该液体专门设置的数据来检测；将选定的有效参数的该特有的数据组与已知液体相应的数据组相比较；以及根据这一比较对液体进行分类。
根据本发明的第二个方面，这一目的可由提出一种特别优选的方法而达到。在这一对一液体进行分类的方法中，一流体腔连接于一测量腔，而用一压力传感器来监测该测量腔的内部压力，以及，该流体腔的至少一第一部分与这种液体的一样本流体连接，该方法的特征在于，在基本上是连贯的一流体柱中发生压力变化，该流体柱位于流体腔中，而这些压力变化造成与流体柱气动相连的测量腔中相应的压力变化，该压力变化由压力传感器记录下并转换成测量信号，这些测量信号由一计算机或微处理器处理并被重现成一压力曲线，将该压力曲线的走向与已知的压力曲线的走向相比较，并根据这一比较来对液体进行分类。
根据本发明的第三个方面，这一目的可由提出一种对一液体进行分类的装置而达到。该装置包括一流体腔，一测量腔连接于该流体腔，用一压力传感器来监测该测量腔的内部压力，该流体腔的至少一第一部分可与这种液体的一样本流体连接。根据本发明的装置的特征在于，它包括一脉动单元，利用该脉动单元可在一基本上连贯的流体柱上产生压力变化，该流体柱位于流体腔中，这些压力变化造成与流体柱气动相连的测量腔中相应的压力变化，该压力变化由压力传感器记录下并转换成测量信号；以及，该装置包括一计算机或微处理器，利用该计算机或微处理器可对压力传感器所测到的这些信号进行处理并将其重现成压力曲线，从而可将该压力曲线的走向与已知的压力曲线的走向相比较，并根据这一比较来对液体进行分类。
此外，根据本发明的较佳的优点还来自附属权利要求。
随后可准确地抽吸这样分类的液体，即用一吸移管将特定的量和/或特定的体积的液体分配到一容器中，例如微型试片上的凹坑。为此目的，在根据本发明的对液体进行分类的基础上选择用于启动吸移管装置以分配液体的参数组。根据固定的公差范围从一参数组的库中选取与设定要求最接近的参数组，可以通过人工或自动进行该选择。
现在将根据示例性实施例的示意图详细解释根据本发明的方法，而这些实施例并不限制本发明的范围。
图1示出了穿过可以实施根据本发明、根据第一个实施例以及根据第一种应用的方法的装置或系统的垂直截面图；图2示出了穿过可以实施根据本发明、根据第二个实施例以及根据第二种应用的方法的装置或系统的垂直截面图；图3示出了穿过可以实施根据本发明、根据第三个实施例以及根据第三种应用的方法的装置或系统的垂直截面图；图4示出了穿过可以实施根据本发明、根据第三个实施例以及根据第四种应用的方法的装置或系统的垂直截面图；图5示出了穿过可以实施根据本发明、根据第三个实施例以及根据第五种应用的方法的装置或系统的垂直截面图；图6示出了穿过可以实施根据本发明、根据具有一活塞泵的第三个实施例的方法的装置或系统的垂直截面图；图7示出了在可以实施根据本发明的方法的吸移装置或吸移系统的测量腔中的压力变化，该压力变化可通过对特定的流体柱(此处是对水)的振荡状态特性而产生；图8示出了穿过可以实施根据本发明、根据具有一电动活塞泵的第三个实施例的方法的装置或系统的垂直截面图；图9示出了穿过另一个、独立于泵的脉动单元的机电化变型的局部截面图，使用该单元可在流体腔中产生压力变化；图10示出了将水作为样本液体的典型的压力曲线的走向；图11示出了用水所得到的三根大致重叠的独立的压力曲线；图12示出了将水/DMOS混合物作为样本液体的典型的压力曲线的走向；图13示出了用水/DMOS混合物(1∶1)所得到的三根大致重叠的独立的压力曲线；图14示出了将DMOS作为样本液体的典型的压力曲线的走向；图15用DMOS所得到的三根大致重叠的独立的压力曲线；图16示出了将水/聚乙二醇(PEG)混合物(水中PEG含量为7％)作为样本液体的典型的压力曲线的走向；图17示出了用水/PEG混合物所得到的三根大致重叠的独立的压力曲线；图18示出了将乙腈作为样本液体的典型的压力曲线的走向；图19示出了用乙腈所得到的四根大致重叠的独立的压力曲线；图20示出了将丙酮作为样本液体的典型的压力曲线的走向；图21示出了用丙酮所得到的四根大致重叠的独立的压力曲线；
图22示出了在抽吸和分配水样本的过程中、在可以实施根据本发明的方法的吸移装置或吸移系统中的流量变化；图23示出了在抽吸和分配空气样本的过程中、在可以实施根据本发明的方法的吸移装置或吸移系统中的流量变化；图24示出了图22的“水”和图23的“空气”的流量变化曲线的重叠；图25示出了图22的“水”和图23的“空气”的流量变化曲线相减而得到的曲线图；图26示出了穿过用来在吸移管管尖生成部分真空以抽吸液体样本以及在吸移管管尖生成过压以分配液体样本的微型隔膜泵的截面图。
具体实施例方式
图1示出了穿过可以实施根据本发明、根据第一个实施例以及根据第一种应用的方法的装置或系统的垂直截面图。该装置包括流体腔2，该流体腔连接于测量腔3。该连接在此是作为两个腔室2、3之间的直接的开口通道。用压力传感器4来监测测量腔3的内压，该传感器连接于计算机或微处理器8。在另一个实施例中，压力传感器可直接连接于流体腔(图2)。流体腔的第一部分5在其外壳之内充满气体，在这里，该第一部分包括吸移管或吸移管管尖的流体腔2的整个部分。吸移管管尖接触液体1的表面，该液体是作为容器13中的样本6而提供的。这样的容器可具有任意的形式和内容，它可为例如试管、微型试片上的凹坑、槽或有盖培养皿。将吸移管管尖浸入样本液体6中之后，完全由此处的气体形成的流体柱7经历了压力变化和/或压力振荡。
图2示出了穿过可以实施根据本发明、根据第二个实施例以及根据第二种应用的方法的装置或系统的垂直截面图。该装置包括流体腔2，该流体腔连接于测量腔3。实际上，流体腔2同时还在此处形成测量腔3。用压力传感器4来监测测量腔3的内压，该传感器连接于计算机或微处理器8。吸移管或吸移管管尖的流体腔2接触液体1的表面。将吸移管管尖浸入液体1中之后，完全由此处的系统液体11形成的流体柱7经历了压力变化和/或压力振荡。
图3示出了穿过可以实施根据本发明、根据第三个实施例以及根据第三种应用的方法的装置或系统的垂直截面图。该装置包括流体腔2，该流体腔连接于测量腔3。该连接在这里是以弹性隔膜29来完成的，该隔膜位于两个腔室2、3之间以形成密封。用压力传感器4来监测测量腔3的内压，该传感器连接于计算机或微处理器8。流体腔的第一部分5在其外壳中充有气隙39和系统液体11，该第一部分5在此处只包括吸移管或吸移管管尖的下部。在这里还可将系统液体11省去。较佳地，在连接形式为两个腔室2、3之间的直接、开口通道的第一个实施例(图1)中最重要的是，气隙39位于测量腔3的区域中。然而，这在此处所提供的实施例中并不需要，因为隔膜29保护测量腔3不会被渗进样本或系统液体。吸移管管尖稍微浸入液体1中，而样本液体6已经被抽入吸移管管尖中。当抽入或抽吸样本液体6时，包括样本液体6、一种气体以及有可能是系统液体11的流体柱7会经历压力变化和/或压力振荡。
图4示出了穿过可以实施根据本发明、根据第三个实施例以及根据第四种应用的方法的装置或系统的垂直截面图。该装置与图3中所示的装置相同。吸移管或吸移管管尖的整个流体腔2中、在管尖的区域中充有气隙39以及系统液体11。在此处所提供的实施例中，隔膜29保护测量腔3不会渗入系统液体11。吸移管管尖稍微浸入液体1中。当浸入样本液体6时，包括一种气体和系统液体11的流体柱7经历压力变化和/或压力振荡。
图5示出了穿过可以实施根据本发明、根据第三个实施例以及根据第五种应用的方法的装置或系统的垂直截面图。该装置与图3和4中所示的装置相同。吸移管或吸移管管尖的整个流体腔2中、在管尖的区域中已经充有样本液体6，用一较小的气隙39将该样本液体与系统液体11分开。在此处所提供的实施例中，隔膜29保护测量腔3不会渗入系统液体11。测量腔3中可充有一种气体(例如空气或N2)。如果测量腔中充有液体(例如油、水)，则它还会包括将敏感元件与液体分开的气泡。吸移管管尖仍稍微浸在液体1中。在抽吸样本液体6时，包括一种气体和系统液体11的流体柱7经历压力变化和/或压力振荡。
在到现在为止所描述的图1到5中，吸移管通过一根管道与泵连接(这两个都没有示出)。这样的泵可任意选择，并且是用来输送微升级的较大的量或纳升(nanoliter)到皮升(picoliter)级的较小的量的。所述的压力变化还使测量腔3中的压力变化与流体柱7相连，这一变化由压力传感器4纪录下来并被转换成测量信号。这些测量信号由计算机或微处理器8处理并重现成压力曲线(见例如图7)。随后可将这一压力曲线9的走向与已知的压力曲线的走向相比较。因为这些压力曲线的每一条都是特定的样本液体6所特有的，因此可根据这一比较来对现在所提供的液体1进行分类。本发明的一个实质上的优点是基于如下事实通过信号测试和信号比较，可以确定一个先前并不知道的样本液体的特征并将其认定为某一液体类别而无须在许多相应的实验中确定这一样本液体的许多单独的参数。
图6示出了穿过可以实施根据本发明、根据具有一活塞泵的第三个实施例的方法的装置或系统的垂直截面图。该实施例与用途与关于图4所述的那些实施例相应。在吸移管管尖区域包括气隙39的流体柱7实质上由此处的系统液体11所形成。通过一根或长或短的第一管道19，并依赖于也充有系统液体的装置的结构，流体柱7向上延伸到活塞泵20的活塞21处。活塞泵20用于在流体腔2中产生部分真空以抽吸液体样本6，以及在流体腔2中产生过压以分配液体样本6。这一活塞泵20还另外充当脉动单元17，利用该单元可使向上延伸到气隙39的流体柱7产生振荡。隔膜29保护测量腔3不会渗入系统液体。此时吸移管管尖离开液体样本6一段距离，从而在吸移管管尖中准备好系统液体和气隙以用于抽吸样本时发生此处所示的情况。在这一阶段，使用压力传感器4来监测流体柱中的气泡，可通过脉动单元17所造成的压力振荡中的特性改变来发现这些气泡。
对于尤其适用于实施根据本发明的方法的装置、即吸移装置，本发明申请的申请人在2004年12月10日向美国专利商标局提交了序列号为US11/009,247的优先申请。在刚才所提到的优先申请中所描述的这些吸移管装置与已有技术的不同之处在于除了在US 4,675,301、US 4,794,085和US 5,723,795中已经提到的特征之外，它们还包括脉动生成单元，该单元与位于流体腔中的液体柱工作连接。脉动生成单元的形式为可使液体柱垂直运动，这一垂直运动又造成与流体腔气动连接的气体腔中的压力差。这些压力差由压力敏感元件监测并由压力传感器以相应的信号的形式传送给与之相连的计算机。根据由计算机随后提供的数据，可以包括触及容器中的液体表面(“液体水平高度监测”)、气泡在位于流体腔的系统液体中的存在、和/或吸移管管尖中过滤器的存在或不存在。此处，在图8和/或9中示出了用于实施根据本发明的分类方法的、根据US 11/009,247的吸移装置的优选实施例。
理论上来说，吸移装置中含有流体柱7的部分的突然或陡然的运动会在可实施根据本发明的方法的吸移装置或吸移系统的测量腔3中产生压力变化。这样的压力变化会产生单个的压力峰值或压力振荡，例如每种特定的流体柱7所特有的振荡状态。
图7示出了一压力曲线，在该曲线中将所测得的压力(单位是伏特)沿一根时间轴线(单位是毫秒)绘制。压力曲线9显示出特有的压力变化，在这一情况中，该变化是在充有水作为系统液体11的流体柱中所产生的。液体样本6也是水，气隙39将这些水与系统液体11分隔开(见图1中没有隔膜29的实施例，但其使用示于图3中)。抽吸的开始点由31表示，在该点处泵20的活塞21被设定为处于运动状态。这一传送给流体柱的突然、单侧的脉动产生流体柱的振荡，该振荡以测量腔3中的压力变化的形式受到检测。抽吸的结束点用31a来表示。这一方向向着相反一侧传送给流体柱的突然的脉冲再次生成流体柱的振荡，该振荡也以测量腔3中的压力变化的形式受到检测。压力曲线9的上、下包迹线37、38所显示的具体走向是水所特有的。超过大约2秒的抽吸造成与大约0.2V相对应的压力值的下降。
图8示出了穿过一个吸移装置的垂直截面图。该装置或系统可实施根据本发明、根据包括一活塞泵20(图6)的第三个实施例的方法。该泵较佳地为“CAVRO XP3000+标准数字泵”(美国CA 95138，San Jose，2450 Zanker Road，Tcan System Inc.)或波纹式泵，如可从例如US 5,638,985得知的。活塞21由电动机M驱动。该装置还包括实际上已知的可丢弃的吸移管管尖12，该管尖被插到含有流体柱7的管状吸移管上。吸移管管尖12与固定器12a相连。流体柱7由一种系统液体11所形成。流体腔2从泵的活动部分、即从活塞21延伸通过根据装置需要而设置的管道19、流体柱7和气隙39而到达吸移管管尖12的尖端。整个可丢弃的吸移管管尖12中充有一种气体(通常是空气)并稍微浸在液体样本6中，而液体样本6位于容器13中。将吸移管管尖12浸在液体样本6中使流体柱7中发生压力变化和/或压力振荡。这些压力变化还引起与流体柱7气动连接的测量腔3(较佳地由弹性隔膜29分开)中的压力变化，这一压力变化由压力传感器4记录下来并转换成测量信号。这些测量信号由计算机或微处理器8处理并重现成显示屏幕14或打印机18上的压力曲线9(例如图7)，并可显示给操作人员看。这一第一压力曲线显示出吸移管管尖12刺入液体1并由此表示测量液体表面1(＝液体水平高度的监测)的方法。这样，这就是利用压力测量来监测液体表面。这样的监测就不必考虑所要抽吸的液体是否导电。该装置由此就为开始进行抽吸操作作好了准备。该装置较佳地包括在管道19的区域中的一个附加的压力传感器4’，该管道作为“管子”将吸移管与活塞泵20连接。附加的压力传感器4’较佳地还连接于计算机或微处理器8(未示出)。另一种吸移管管尖包括被显示为由惰性塑料材料制成的可丢弃管尖，例如由廉价的聚丙烯制成。也可使用钢针(带有或不带有涂覆有例如钛、铂或Teflon衍生物的尖端)，且较佳地将钢针用作永久安装、不可丢弃的吸移管管尖。
图9示出了穿过另一个独立于泵的脉动单元17的机电装置变型的局部截面图，使用该单元可在流体腔2中产生压力变化。管道19被移到穿过一圆筒40。具有楔形部分43的活塞41位于圆筒40的内部，该活塞可基本上垂直于管道19的闭合面运动。楔形部分43较佳地由软塑料材料制成并且/或者具有圆滑的边缘，从而不会使管道19受到损坏。也可为楔形部分43选择其它的形式，比如球形或具有平面或曲面的本体。较佳地为固定的底板44在与活塞41径向相对的一侧将圆筒40终结。这样相对运动使管道19变形，这一变形引发所提到的脉动。可以触动单个脉动或脉动系列，从而流体柱可进行简单的运动或设置成振荡。可以使这一脉动单元较佳地独立于吸移管沿X、Y或Z方向的运动、并且还独立于泵20的工作而工作。脉动单元17以较佳地方式支持对系统液体11中的气泡的监测，而该系统液体11位于流体腔2中。将例如一线圈42用作驱动装置。
示例性应用以下所述的所有的附图显示出一根压力曲线9或多根压力曲线9、9’、9”，在这些附图中，沿一根时间轴(毫秒)绘制所测得的压力值(伏特)。在所有的情况中，压力曲线产生在充有作为系统液体11的水的流体柱中。在所有的情况中，气隙39将液体样本6与系统液体11分离(图3)。在图10到21中的所有附图中，相同的步骤由如下相同的标号来表示30将吸移管管尖浸入样本液体中31抽吸/31a 抽吸结束/31b 抽吸之后的延迟/31c 将气泡排出32分配33开始将吸移管管尖从样本液体的抽出34结束将吸移管管尖从样本液体的抽出35由于进一步运动或将吸移管管尖丢弃而生成的干扰信号。
对液体样本6的抽吸发生在浸入具有经计算为180μl/秒的速度的液体1后且在大约2秒的时间间隔中进行。
图10示出了作为样本液体的水的单根特征压力曲线9”。吸移管、即流体腔2中的压力以及由此测量腔3中的压力在浸入30之后缓慢且连续地上升，这会导致吸移管管尖的毛细效应，从而使水渗入其中。在抽吸31的过程中，压力首先下降0.1V左右，随后在降低了0.05V的一个压力附近对称地振荡。在暂停31b之后，压力首先在分配32的过程中上升0.1V，随后在升高了0.05V的一个压力附近对称地振荡。在将吸移管管尖从样本液体抽出的开始33处，压力只是并不明显地上升，并在将吸移管管尖从样本液体抽出的结束34处下降大致相等的绝对值。可以注意的是，首先可以注意到，在所述动作的端点之间连续的压力增加以相等的斜率进行。
图11示出了作为样本液体的水的三根特征压力曲线9、9’、9”。可以明显看出结果的高度可复制性。
图12示出了具有水/DMSO混合物的样本液体的单根特征压力曲线9”。水和二甲基亚砜之比为1∶1。吸移管、即流体腔2中的压力以及由此测量腔3中的压力从浸入30开始并没有明显上升。在抽吸31的过程中，压力首先下跌0.08V，然后在降低了0.025V的一个压力附近对称地振荡。在一次暂停之后，压力首先在分配32的过程中上升0.1V，然后再次在升高了大约0.015V的一个压力附近对称地振荡。在将吸移管管尖从样本液体抽出的开始33处，压力只是并不明显地上升，并在将吸移管管尖从样本液体抽出的结束34处下降大致相等的绝对值。可以注意的是，在所述动作的端点之间的压力是恒定的。
图13示出了具有混合比例为1∶1的水/DMSO混合物的样本液体的三根特征压力曲线9、9’、9”。可以明显看出结果的高度可复制性。最大的变化表示吸移管管尖的替换35的瞬间。
图4示出了作为样本液体的DMSO的单根特征压力曲线9”。吸移管、即流体腔2中的压力以及由此测量腔3中的压力从浸入30开始明显上升了0.015V。在抽吸31的过程中，压力首先下跌0.066V，然后大致在开始压力附近对称地振荡。在一次暂停之后，压力首先在分配32的过程中上升0.1V，然后在升高了大约0.02V的一个压力附近对称地振荡。在将吸移管管尖从样本液体抽出的开始33处，压力只是并不明显地上升，并在将吸移管管尖从样本液体抽出的结束34处下降大致相等的绝对值。可以注意的是，在所述动作的端点之间的压力是恒定的，但略微有些下降，下降量为斜率变化乘上时间。
图15示出了作为样本液体的DMSO的样本液体的三根特征压力曲线9、9’、9”。可以明显看出结果的高度可复制性。
图16示出了具有水/聚乙二醇(PEG)混合物(水中PEG含量为7％)的样本液体的单根特征压力曲线9”。吸移管、即流体腔2中的压力以及由此测量腔3中的压力在浸入30之后缓慢且连续地上升，这会导致吸移管管尖的毛细效应，从而使水/PEG混合物渗入其中。在抽吸31的过程中，压力首先下跌0.11V，然后在降低了大约0.037V的一个压力附近十分对称地振荡。在一次暂停之后，压力首先在分配32的过程中上升0.13V，然后再次在升高了大约0.037V的一个压力附近十分对称地振荡。在将吸移管管尖从样本液体抽出的开始33处，压力只是并不明显地上升，并在将吸移管管尖从样本液体抽出的结束34处下降大致相等的绝对值。可以注意的是，首先可以注意到，在所述动作的端点之间连续的压力增加以相等的斜率进行。
图17示出了具有水/PEG混合物(水中PEG含量为7％)的样本液体的三根特征压力曲线9、9’、9”。可以明显看出结果的高度可复制性。
图18示出了作为样本液体的乙腈的单根特征压力曲线9”。吸移管、即流体腔2中的压力以及由此测量腔3中的压力从浸入30开始快速上升0.027V，且较缓慢地上升到提高了大约0.04V的一个压力。在抽吸31的过程中，压力首先下跌0.09V，然后在只降低了大约0.02V的一个压力附近接近对称地振荡。在一次暂停之后，压力首先在分配32的过程中急剧上升0.08V，然后在只升高了大约0.035V的中间水平33a附近非常不对称地振荡。然后，在将吸移管管尖从样本液体抽出的开始33处，压力下降了0.017V、下降到转折点33b，并一直上升到将吸移管管尖从样本液体抽出的结束34处，从而在随后下降一个较小的绝对值。
图19示出了作为样本液体的乙腈的三根特征压力曲线9、9’、9”。虽然压力曲线很复杂，但仍可以明显看出结果的高度可复制性。
图20示出了作为样本液体的内酮的单根特征压力曲线9”。吸移管、即流体腔2中的压力以及由此测量腔3中的压力从浸入30开始首先快速上升0.03V，然后持续且急剧地上升到进一步提高了大约0.023V的一个压力。在开始抽吸31时，压力首先下跌0.076V，然后在升高了大约0.04V的一个压力附近对称地振荡。从而为了之后立即再次持续且急剧地上升到抽吸31之前的压力值。在浸入和抽吸之后的每一种情况中的压力上升都会造成样本液体较高的蒸汽压力。在此情况中，通过抽吸接收到的样本液体甚至在开始分配之前就被压出吸移管，随后就有一个气泡。将气泡挤出31c造成0.026V的压力降低。在分配32时，压力再次快速上升，在分配之后进一步上升，并再次达到抽吸31之前的值。蒸汽压力再次将一个气泡挤出，这造成压力下降，同时开始将吸移管管尖抽出，因此压力又下降到最初的开始压力。
图21示出了作为样本液体的丙酮的三根特征压力曲线9、9’、9”。至少在到达点32之前，虽然压力曲线很复杂，但仍可以明显看出结果的高度可复制性。在此之后，曲线9表现出不同的状态，这种不同是由于在将吸移管管尖从样本抽出之后在管尖的出口处形成的液体膜造成的。在这一情况中，该液体膜使吸移管管尖闭合，从而吸移管管尖内部的压力再次由于样本液体较高的蒸汽压力而上升。在达到一个特定的过压之后，该液体膜破裂并释放出一部分过压33b，从而在随后再次形成。然而，此时在吸移管中几乎已经不存在样本流体了，因此压力也不会再上升了。当将吸移管丢弃时，在此情况下，压力再次跌到刚开始的水平。
已经显示的例子清楚地确定同一液体种类的测量结果的可重复性。所有所描述的压力变化都可用作特征标准。此外，起着不可低估的作用的短暂的响应也是很重要的。由于压力曲线的高度可重复性，因此可以将公差极限保持得很窄。如果一种未知流体的压力曲线落入已经建立的公差范围之内，在大多数情况下是有可能确定这一未知的样本液体的。如果这样做不成功的话，则可将该未知的样本建立为新的种类。在此情况下，可以排除已知的液体种类而使用在此后建立的公差范围。
图22和23分别示出了在可以在抽吸和分配水的样本和空气样本的过程中实施根据本发明的方法的吸移管装置或吸移系统的吸移管的流量变化。流量值[Φ]在每一中情况中都被显示成时间[t]的函数。该流量值被标准化了，且没有具体标出其绝对值。时间的单位是毫秒。
在每一种情况中都将选定的、可测量并可实际感测到的有效参数[流量]作为该液体(水)或流体(空气)特有的数据组来监测。通常在吸移装置的系统液体11中测量流量值[Φ]，该装置是相应于图5的基本结构。流量值或流向以及系统液体11的流速在流量敏感元件处被记录下来。该流量敏感元件位于吸移管管尖附近，但在经常充有系统液体的区域附近。气隙39将系统液体11与所抽吸或所分配的液体(水)分离，或者与所抽吸或所分配的流体(空气)分离。
图22和23中的曲线都显示出水(系统液体)的流量值的典型的对称振荡状态。该振荡状态使人想起在使用水作为样本的系统中所测量的压力振荡(图10)，不同的是，这里所测得的值没有漂移动作。水和空气的两根测得的流量曲线如此地类似，从而只有通过图形比较(图24)或数学处理(图25)才能清楚地看出其中的差异。
图24示出了重叠在一起的图22的“水”和图23的“空气”的流量变化曲线。流量曲线“空气”(粗线)比流量曲线“水”(细线)振荡得更快且更快地进入一平衡状态。
图25示出了图22的“水”和图23的“空气”的流量变化曲线相减的示意图。在这里选择减法作为比较两根曲线“水”和“空气”的数学处理方法，从而得到令人印象深刻的两根曲线的差值图。这样，清楚地显示出不同的样本也会产生不同的流量曲线。此时留给用户的是他是愿意直接分析一个样本的特征流量曲线还是将它与例如图24所示的重叠图的已经存好的已知样本的流量曲线相比较。作为对直接比较的替代或附加方案，如果需要的话，例如图25所示的数学处理可作为比较方法的辅助手段。
图26示出了穿过用来在吸移管管尖生成部分真空以抽吸液体样本以及在吸移管管尖生成过压以分配液体样本的微型隔膜泵的截面图，该泵可从DE 10238 564 A1中已知，该文件全文结合于此。从已有技术中可知的这一吸移装置具有两个微型泵，这两个微型泵具有被动瓣阀。这一吸移装置具有第一和第二微型泵110a和110b，它们的工作模式在DE 102 38 564 A1中有详细描述。两个微型泵都包括一个压电致动元件126，该元件位于隔膜128上的一个较大区域上作为压电陶瓷层，而隔膜128较薄且用于减小或扩大泵腔116。图26中的所有标号来自DE 102 38 564 A1且在该文件中有所描述。
这一压电陶瓷层的功率消耗是流体静压力的函数，该流体静压力是所要吸移的液体在吸移管管尖中生成的。然而，在抽吸或分配液体样本的过程中，所要吸移的液体的毛细效应的发生、表面张力和蒸汽压力也对压电陶瓷层的功率消耗有影响。因此，对这一功率消耗过程的测量和记录也可用于根据本发明的对样本液体的分类。作为对使用这一已知微型泵的替代方案，也可为同样的目的使用具有主动阀的微型泵，如DE 102 38 564 A1结合图2和3所述的。
在任何情况下，可利用压电陶瓷层在抽吸样本流体过程中的功率消耗来根据本发明对液体分类，因为选定的、可测量和实际感测到的有效参数是作为为液体1特有的数据组来测量的。具有这一有效参数的变化的数据组如所有其它所述的实施例中的那样表示所吸移的这种液体的一种物理“指纹”或参数“F”。这样，参数“F”代表所有分类物理参数的和，这些参数在液体被抽吸和分配时作用于该液体。吸移管管尖134可为钢质管尖，或者可为管尖适配器和放置于其上的可丢弃管尖的组合。微型泵(如在DE 102 38 564 A1中所描述的，该文件结合于此)可用于传动诸如空气之类的气体，但也可用于传送系统液体；该系统液体较佳地由气隙来将之与所要吸移的样本液体分离。
权利要求
1.一种用于对在一已知吸移系统中的一种液体进行分类的方法，该方法的特征在于，将一选定的、可测量且可实际感测的有效参数的变化作为该液体特有的数据组来进行检测；将所选定的有效参数的这一特有的数据组与已知液体的相应的数据组进行比较，并根据该比较对液体进行分类。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其变化至少在抽吸所要吸移的一液体的过程中受到检测的有效参数从以下组群中选取a)当前的吸移管内部压力；b)一吸移管中系统液体或所要吸移的液体的当前流量；c)一容器的总重量，所要吸移的一液体是从该容器中抽出的；d)一直流电动机的功率消耗，该电动机用于在抽吸所要吸移的液体的过程中驱动一泵活塞；e)连接到吸移管中的一气体腔中的声波的音频间距；f)位于吸移管中的一系统液体或所要吸移的液体的相态分界位置；g)在用一微型泵抽吸一样本液体的过程中一微型隔膜泵的压电驱动器的功率消耗。
3.一种对一液体进行分类的方法，其中，一流体腔连接于一测量腔，而用一压力传感器来监测该测量腔的内部压力，以及，该流体腔的至少一第一部分与这种液体的一样本流体连接，该方法的特征在于，压力变化发生在基本上是连贯的一流体柱中，该流体柱位于流体腔中，而这些压力变化造成与流体柱气动相连的测量腔中相应的压力变化，该压力变化由压力传感器记录下并转换成测量信号，这些测量信号由一计算机或微处理器处理并被重现成一压力曲线，将该压力曲线的走向与已知的压力曲线的走向相比较，并根据这一比较来对液体进行分类。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，测量腔中充有一种气体。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，测量腔包括用于对液体样本进行液体处理的一吸移装置的一吸移管管尖，该管尖浸入被容纳在一容器中的液体，从而在流体柱中产生压力变化。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，测量腔包括用于对液体样本进行液体处理的一吸移装置的一吸移管管尖，在该管尖中生成部分的真空以在流体柱中产生压力变化。
7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，流体柱由一种气体形成并因与液体相关的一突然运动而振荡。
8.如权利要求3所述的方法，其特征在于，流体柱包括一系统液体，该系统液体因与样本液体相关的一突然运动而振荡。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，系统液体和液体样本由一气隙分离。
10.如权利要求3所述的方法，其特征在于，压力曲线显示在一显示屏上或打印出来，并且可与显示在显示屏上或打印出来的已知的压力曲线通过视觉进行比较。
11.如权利要求3所述的方法，其特征在于，根据一算法来分析该压力曲线，并且用数学方法将该压力曲线与已知的以及相应地进行过分析的压力曲线进行比较。
12.如权利要求10或11所述的方法，其特征在于，自动比较该压力曲线，并且如果其走向位于已经建立的公差范围内，则将该压力曲线标为属于已知的或相应地经过分析的压力曲线的液体类别。
13.如权利要求10或11所述的方法，其特征在于，自动比较该压力曲线，并且如果其走向位于已经建立的公差范围外，则将该压力曲线标为新的液体类别并将该标识结果显示给一操作人员。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，在检测压力变化以及准备压力曲线之前或之后建立公差。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，将压力曲线被标识为一液体类别的结果与先前给予该液体的信息相比较。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，可从可机读的信息载体读取这一信息，这些载体可从包括条形码和RFID标签的组群中选取。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，如果这一标识与先前给予该液体的信息相对应，则只将该压力曲线标识为新的液体类别。
18.一种对一液体进行分类的装置，该装置包括一流体腔，一测量腔连接于该流体腔，用一压力传感器来监测该测量腔的内部压力，该流体腔的至少一第一部分可与这种液体的一样本流体连接，该装置的特征在于，它包括一脉动单元，利用该脉动单元可在一基本上连贯的流体柱上产生压力变化，该流体柱位于流体腔中，这些压力变化造成与流体柱气动相连的测量腔中相应的压力变化，该压力变化由压力传感器记录下并转换成测量信号；以及，该装置包括一计算机或微处理器，利用该计算机或微处理器可对压力传感器的这些测量信号进行处理并将其重现成一压力曲线，从而可将该压力曲线的走向与已知的压力曲线的走向相比较，并根据这一比较来对液体进行分类。
19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，测量腔中充有一种气体。
20.如权利要求18所述的装置，其特征在于，测量腔位于流体腔中。
21.如权利要求18所述的装置，其特征在于，测量腔包括用于对液体样本进行液体处理的一吸移装置的一吸移管管尖，以及，流体柱由一种气体形成。
22.如权利要求18所述的装置，其特征在于，测量腔包括用于对液体样本进行液体处理的一吸移装置的一吸移管管尖，流体柱由带有或不带有一气隙的一系统液体组成。
23.如权利要求22所述的装置，其特征在于，系统液体被设置成因与样本液体相关的一突然运动而振荡。
24.如权利要求18所述的装置，其特征在于，计算机或微处理器连接于一显示屏和/或一打印机，压力曲线显示于该显示屏或打印于该打印机上，并且可与显示在显示屏上或打印出的压力曲线通过视觉进行比较。
25.如权利要求18所述的装置，其特征在于，计算机或微处理器包括一计算机程序产品，使用该产品就可根据一算法分析该压力曲线并用数学方法将该曲线与已知的和相应地进行过分析的压力曲线相比较。
26.如权利要求18所述的装置，其特征在于，该装置作为对液体样本进行液体处理的一吸移装置，该装置的流体腔由一吸移管管尖、一第一管道以及一泵的一动作部分限定，该第一管道与该泵相连。
27.如权利要求26所述的装置，其特征在于，脉动单元为电控的并从包括以下元件的组群中选取由一电动机驱动的泵的一活塞或波纹管；一钳夹件，该钳夹件离开泵一段距离并作为第一管道的一部分；以及一压电元件，该压电元件结合在活塞、波纹管或钳夹件中。
28.如权利要求26所述的装置，其特征在于，压力传感器通过位于吸移管管尖的壁或管尖的固定器上或者第一管道的壁上的一连接点而连接于流体腔。
29.如权利要求26所述的装置，其特征在于，泵包括一三向阀，第一管道从该阀门走向吸移管管尖，而一第二管道从该阀门走向一液体容器。
30.如权利要求18所述的装置，其特征在于，一弹性隔膜将测量腔与流体腔分离以形成一密封。
31.一种对液体样本进行液体处理的设备具有用于定位液体容器的一工作台，该设备的特征在于，它包括至少一个根据权利要求18的装置和具有一控制器的一液体处理机器人。
32.一种用于对一液体进行分类的计算机程序，可将该程序装载到一计算机或微处理器中，在装载之后，该程序使这一计算机或微处理器可分析测得的曲线，该曲线是基于一选定的、可测量且可实际感测的有效参数的变化而生成的，其中，对这一液体特有的一数据组进行检测；将选定的有效参数的该特有的数据组与已知液体相应的数据组相比较，并根据这一比较对液体进行分类。
33.一种用于对一液体进行分类的计算机程序，可将该程序装载到一计算机或微处理器中，在装载之后，该程序使这一计算机或微处理器可分析测得的曲线，该曲线是基于一压力传感器所记录下的压力变化以及因此而向计算机或微处理器提供的、由该压力传感器生成的测量信息而生成的，其中这一计算机程序产品的算法将这一压力曲线的走向与已知的压力曲线的走向相比较。
34.如权利要求33所述的计算机程序产品，其特征在于，该算法自动地比较该压力曲线，如果其走向位于已经建立的公差范围内，则将该压力曲线标为属于已知的或相应地经过分析的压力曲线的液体类别。
35.如权利要求33所述的计算机程序产品，其特征在于，该算法自动地比较该压力曲线，如果其走向位于已经建立的公差范围外，则将该压力曲线标为新的液体类别并将该标识结果显示给一操作人员。
36.如权利要求34或35所述的计算机程序产品，其特征在于，该程序产品使计算机或微处理器可将压力曲线被标识为一液体类别的结果与先前给予该液体的信息相比较。
全文摘要
本发明涉及一种对在用于一液体(1)的已知的吸移系统中对该液体(1)进行分类的方法，该方法的特征在于，将一选定的、可测量且可实际感测的有效参数的变化作为该液体(1)特有的数据组来进行检测；将所选定的有效参数的这一特有的数据组与已知液体的相应的数据组进行比较，并根据这一比较对液体(1)进行分类。一种用于对一液体(1)进行分类的特别优选的实施例和装置涉及这样的一种装置，该装置包括一流体腔(2)，一测量腔(3)连接于该流体腔，用一压力传感器(4)来监测该测量腔的内部压力。该流体腔(2)的至少一第一部分(5)可与这种液体(1)的一样本(6)流体连接。根据本发明的一个优选的装置的特征在于，它包括一脉动单元(17)，利用该脉动单元可在位于流体腔(2)中的一基本上连贯的流体柱(7)上产生压力变化。这些压力变化造成测量腔(3)中相应的压力变化，该测量腔与流体柱(7)气动相连，该压力变化由压力传感器(4)记录下并转换成测量信号。该装置还包括一计算机或微处理器(8)，利用该计算机或微处理器可对压力传感器(4)的这些测量信号进行处理并将其重现成压力曲线(9)，从而可将该压力曲线(9)的走向与已知的压力曲线(9’、9”)的走向相比较，并根据这一比较来对液体(1)进行分类。
文档编号G01N11/08GK1920575SQ200610108529
公开日2007年2月28日 申请日期2006年7月24日 优先权日2005年7月22日
发明者N·伊根霍温, R·利布哈德, A·佐匹格, W·哈尔格 申请人:泰肯贸易股份公司