[发明专利]用于测量液体体积的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于确定液体体积的系统和方法。更具体地，本发明公开了用于对通过液体输送装置转移并且由外部系统(在此统称为读数器)量化的液体体积进行测量的装置和方法。

液体处理可以通过手动工具(定义为移液器)或自动液体处理器来执行。体积的量化可以通过天平、量表、光度测量系统、荧光系统或辐射测量系统或对与液体体积成比例的物理性质敏感的任何系统来实现。

背景技术

液体处理对许多研究实验室和工业中执行的大多数生物化学、化学和生物测试来说是基本过程，并且基本上被定义为转移一个样本使之与另一个样本接触并且能够量化要使用的样本中的至少一个的量的操作。由于样本的量化是液体处理过程的关键要求，因此液体转移必须精度在实验室容许误差范围内并且可重现。液体处理的可重复性和精度是通过液体处理装置来实现的，液体处理装置可以具有限定在一定的体积范围内的、构造成可以同时或顺序地进行自动或手动输送的单个或多个通道。

大多数现有的液体输送装置在校准和保持精确测量和由制造商给出的规格方面存在问题。为此，有必要周期性地控制和验证所转移的液体的量，以确保液体处理过程的完整性。验证分配的液体的正确的量是如此重要的，以至于存在用于管制液体处理装置的必要要求的国际标准。ISO 8655：2002标准就是一个示例，该标准专门用来定义对活塞移液管和密切相关的测量设备进行精确和可重复的校准的要求。

除了已经建立的实验室标准之外，考虑到例如许多药物和疫苗是通过液体处理过程生产的，无论是出于商业还是纯度的原因，迅速无延迟且以所要求的精度量化液体处理器的性能都具有明显的功用。

重量测量分析被认为是测量分配的液体量的主要方法。通过经由天平测量液体重量来确定液体体积。从液体重量到液体体积的转换必须考虑分配和测量过程期间的液体的蒸发速率、以及室温和大气压对质量和体积之比(也称为密度)的影响。不幸的是，这种技术有各种限制。首先，这是费时的，特别是对于多通道装置。其次，该技术对诸如温度不稳定性和不规则蒸发等环境参数的变化非常敏感。此外，必须使天平与振动完全隔离，以避免可能破坏液体重量测量的误差：因此，天平不能用于常规环境。

测量由液体处理装置分配的液体体积的另一种建议方法依赖于样本的某种光学吸光度。液体处理装置收集的液体样本的体积可以通过源的吸光度的变化、通过所收集的样本的吸光度或通过目的地的吸光度的变化来推断。吸光度又可以通过将一定量的光投射到任何样本上并测量样本内的能量损失来测量。给定已知的几何结构和已知的吸光度特性，可以容易地看出，合适的构造可以提供对液体体积的光学测量。这种技术基本上基于比尔-朗伯(Beer-Lambert)定律，其将光的衰减与光传播通过的材料的特性联系起来。吸光度与光通过液体传播的距离(即路径长度)和液体浓度成比例。在朗伯-比尔定律的一种可能的实现方式中(但是所公开的方法不限于此)，假设光束以路径长度与总体积成比例的方向照射到液体上，则用具有确定的吸光度特性的液体填充具有恒定的或已知的截面的容器会允许通过估计根据测得的吸光度推导出的路径长度来确定液体体积。在另一实施方式中，光度测量(photometric)方法可以用于在测量光束在特定液体内的恒定或可变的路径长度下基于现有样本的浓度变化来推导液体体积。

由于光度测量不需要机械稳定性，并且也可以并行执行，所以光度测量可以比重量测量方法更快。可以使光度测量对诸如温度变化、液体蒸发和振动等环境参数不太敏感。然而，这种技术的准确性和可再现性可能受到样本容器壁的光学性能的影响。即使容器的材料对光束是透明的，划痕的存在、表面的不规则性以及容器材料中的局部缺陷可以漫射和/或吸收通过样本的光。这些额外的损失导致测量的误差，因为它们减少了去到读数器传感器的光量。出于相同的原因，光度测量技术也受到光传播通过的容器表面上存在的外部微粒(例如，灰尘)的影响。这些微粒可以吸收或散射光，从而产生额外的损失。此外，为了提供确定体积的绝对方法，必须设想合适的校准方法，在这种方法中需要精确地知道吸光度和液体体积之间的相关系数。