[发明专利]检测相界的方法和装置以及相应配置的实验室器具

说明书

本发明涉及检测相界的方法和装置以及相应配置的实验室器具。具体地说，涉及配置成检测在液体容器内的液位的实验室器具。

本申请要求2009年12月30日提交的瑞士专利申请CH 02011/09的优先权。

在许多实验室系统和医用和药用装置中，测定试管、滴定盘等内的装料高度很重要。业界也有一些涉及检测液-液相界的应用。术语“相界”在下文中既可用于气体和液体介质之间的转移(气-液相界)，又可用于不同液体介质之间的转移(液-液相界)。

在涉及自动测量或测试操作时，该相界测定尤其具有重大意义。装料高度的测定典型地可通过液位检测(即测定空气和液体之间的相界位置)而进行。这一过程也称之为“液位检测”(LLD)。

例如，液位检测可用于移液装置中。在这种情况下，当用吸液管抽吸时，移液针应该尽量少地进入待移液液体，以便使样品液体尽可能保持不受污染。结果，移液针因而在抽吸过程中一般被浸没在液位以下仅2毫米，这样可确保移液针充分地浸入液中，並因此而不会吸入空气。在抽吸过程中，移液针不断地跟随下降的液面，这样移液针总是相对于液面保持浸没于同一深度。抽吸后，可基于抽吸量和气-液相界位置所在的液体容器的截面面积来计算高度。当吸液管的尖端从流体中露出时，可将生成的信号与气-液相界的计算位置作比较，以便藉此检验抽吸过程。因为气体和液体具有大为不同的介电常数，气-液相界可借由电容变化来确定。

例如，液-液相界的检测在液-液抽取中担当了重要的角色。在液-液抽取中，利用在两种互不混溶的溶剂中的物质的不同溶解性。一种亲水相(通常是水)以及一种亲水有机溶剂可分别用作溶剂。在抽取之后，通过抽吸将带有预期物质的相移除。为了避免不经意地从另一相中抽吸，知悉水和有机相之间的精确相界往往是很重要的。因为不混溶的液体具有明显不同的介电常数，液-液相界可借由电容变化来确定。例如，这可用来经由例如抽吸来移除中间相。

近年来，实验室器具变得更为精确和更加复杂，而趋势走向为高度一体化、自动化和并向性发展。这将使个体构件走向高度的空间致密化。这种致密化不仅导致机械和其它结构上的问题，而且还导致那些与电子评估能力位置相关的问题，由此，相邻的测量管道的相互影响和其它方面可产生问题。

典型的相界检测以图1所示意的电容方式进行。图1所示为已知的实验室器具100的配置，在该种情况下，该实验室器具配置成检测液面。液体1的存在或者空气与液体1之间的相界在这种情况下可通过观察电容C_tip/liq的变化来检测。电子充电/放电电路2确保充电和放电，以便能够测量以例如管尖3形式的传感器和接地底座4之间的有效电容。信号处理可通过例如由控制器8支持的信号处理电路7来进行。

实验室器具100的操作模式可取決于电容测量的方法而不同。例如，带有正弦信号的激厉可以通过充电/放电电路2来产生，以便测量信号处理电路7和控制器8的信号相位差，其中信号相位差表示电容量。也有可能借助于其它充电/放电电路2经由电阻使电容充电，然后通过诸如场效应晶体管(FET)的晶体管使电容进行直接放电。

还有一种电容测量方法是形成振荡电路，该振荡电路由线圈和测量电容构成，其中会评估振荡电路的谐振频率，该谐振频率随电容的增大而降低。

取决于实验室器具100，由传感器或管尖3的杂散电容、电子耦合、液体1的传导性以及在邻近测量管道(图1中所示的次末端)之间的道间串扰产生的有效电容非常低。典型地在几个微微法拉(pF)的范围之间。在从空气浸入到液体内期间所获得的电容C_tip/liq变化再一次小到接近于系数100至1000。

到目前為止，一般使用信号处理电路7来检测相界，信号处理电路评估在测得的输出信号s(t)中的短暂反弹，例如，当传感器3穿透相界时(在该种情况下为在浸入液体1内的期间)可获得所述的反弹。

存在这样的问题，待测的电容C_tip/liq变化在测得的输出信号s(t)中很难识别，因为在这种情形下，诸如发源于邻近管道的道间串扰的杂散电容C_tip/liq和电容变化会由于移动的馈电线路而相互重叠。

随着实验室器具的自动化程度的增加，最好以只需要少量人工干预的方式布置各个过程。这就需要考虑到，在自动抽取系统或器具中可能发生的多种状况未必能够通过现有的自动抽取系统或器具自动解决。

因此，本发明的目的在于提供一种检测相界的装置和方法，其能够确保随时进行相界检测。此外，本发明涉及提供一种相应的实验室器具。