Wie Sie Ihre Ergebnisse beim Liquid Handling optimieren

Die wichtigsten Einflüsse verstehen und kontrollieren

Bei Dosier- oder Pipettieranwendungen in der Laborautomatisierung ist es wichtig, zuverlässige Ergebnisse zu erzielen, die durch die Berechnung der Richtigkeit und Präzision analysiert werden. Um diese Ergebnisse zu erreichen, müssen mehrere Einflussfaktoren berücksichtigt werden – von der Messausrüstung bis zu externen und internen Einflüssen.

Geeignete Messgeräte auswählen

In erster Linie hängen die Ergebnisse des Liquid Handling von zuverlässigen Messergebnissen ab. Wenn z. B. aufgrund schlechter Messungen eine große Diskrepanz zwischen dem gelieferten und dem gemessenen Volumen besteht, führt dies zu irreführenden Leistungskennzahlen. Daher ist es sehr wichtig, geeignete Messgeräte zu verwenden. In ISO 8655 und ISO 23783 werden verschiedene Messmethoden und -bedingungen beschrieben, wie z. B. eine maximal zulässige systematische und zufällige Messabweichung für verschiedene Volumenbereiche. Eine Grundvoraussetzung ist jedoch, die Umgebungsbedingungen so konstant wie möglich zu halten und sowohl äußere als auch innere Einflüsse auszuschließen.

Äußere Einflüsse vermeiden

Auch wenn die Messgeräte in Ordnung sind, kann es zu unbefriedigenden Ergebnissen kommen, die nicht durch den Dosier- oder Pipettierkopf verursacht werden. Einige typische Fehler und Gegenmaßnahmen sind:

  • Luft im System
    • Mögliche Ursachen: nicht entgaste Flüssigkeiten, zu viele Komponenten, Aufspaltung von Kanälen mit Vergrößerung des Durchmessers, etc.
    • Gegenmaßnahmen: System spülen, Vergrößerung der Kanaldurchmesser von Anfang bis Ende vermeiden, Komponentenanzahl reduzieren
  • Partikel im System und undichte Ventile
    • Mögliche Ursachen: verschmutzte Produkte, unzureichende Filtration, falsche Armaturen, beschädigte Schläuche usw.
    • Gegenmaßnahmen: Produkte vor der Installation reinigen, System mit höherem Druck spülen, spezielle Verschraubungen für Flüssigkeiten wie NLFA verwenden, geeignete Luft- und Flüssigkeitsfilter verwenden
  • Schlechte Wiederholbarkeit
    • Mögliche Ursachen: langsame Ventilansteuerungen, Druckabfall zwischen den Kanälen, Druckabfall aufgrund des verringerten Volumens im Behälter, Toleranzen der Komponenten usw.
    • Gegenmaßnahmen: Verwendung einer schnellen Steuereinheit (z.B. Festo VAEM-V), Kalibrierung jedes Kanals/Ventils, Verwendung eines Flüssigkeitsdrucksensors nach dem Reservoir
  • Andere Umgebungsbedingungen
    • Mögliche Ursachen: Inkonstante Temperatur, Vibrationen, lange Schlauchverbindungen, etc.
    • Gegenmaßnahmen: Umgebungsbedingungen so konstant wie möglich halten, äußere Einflüsse minimieren, Länge der Schläuche auf ein Minimum reduzieren

Innere Einflüsse beseitigen

Wie bereits erwähnt, können äußere Einflüsse die Ergebnisse drastisch beeinflussen. Nichtsdestotrotz können auch kleine Änderungen an einem gegebenen Dosier- und Pipettierkopf die Ergebnisse verbessern - insbesondere bei kleinen Zielvolumina. Festo verwendet einen druckgesteuerten Dispensier- und Pipettieransatz. In diesem Fall ist es zwingend erforderlich, ein Ventil mit einer guten Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit ohne Pausenzeiteffekte zu verwenden. Wenn es um Dosieranwendungen geht, ist auch die Auswahl der richtigen Nadel sehr wichtig.

Überprüfen wir dieses Verhalten an einem Beispiel mit dem Festo Dosierkopf VTOE. Die Dosierergebnisse mit verschiedenen Nadeldurchmessern zeigen zwei wesentliche Erkenntnisse:

  • Hohe Linearität: Abhängig von der Öffnungszeit und der Nadel ergibt sich ein linearer Verlauf des dosierten Volumens.
  • Um die gleiche Menge an dispensiertem Volumen mit verschiedenen Nadeln zu erreichen, sind unterschiedliche Impulszeiten notwendig.

Messbedingungen

  • Druckversorgung 300 mbar
  • Raumtemperatur 23 °C
  • Wässrige Lösung (Wasser)
  • 24 V ohne Haltestromabsenkung

Betrachtet man die entsprechenden Kanal-CV-Werte (auch Intra-Run- oder Intra-Assay-CV genannt) in Abhängigkeit von den Dosierergebnissen einer Nadel, werden zwei weitere wichtige Erkenntnisse direkt sichtbar:

  • Die CVs sind sehr niedrig - das bedeutet, dass das System eine sehr gute Leistung hat.
  • Wenn die Impulszeit kleiner wird, werden die CVs höher.

Messbedingungen

  • Druckversorgung 300 mbar
  • Dosiernadel Innendurchmesser 0,60 mm
  • Raumtemperatur 23 °C
  • Wässrige Lösung (Wasser)
  • 24 V ohne Haltestromabsenkung

Der Grund für höhere CVs bei kleineren Impulszeiten ist einfach: Beim Öffnen und Schließen der Ventile gibt es viele Parameter und Eigenschaften, die leicht variieren können (z. B. Zeitauflösung Steuereinheit, Schaltverhalten des Ventils, Flüssigkeitsstrom usw.). Ist die Impulszeit niedrig, ist der zeitliche Anteil des Ein- und Ausschaltens höher und hat somit einen größeren Einfluss. Dies führt zu einer größeren Streuung der Dosierergebnisse und schlechteren CVs.
Um dies zu vermeiden, sind die Erkenntnisse aus dem ersten Diagramm von Bedeutung. Durch die Verwendung einer Nadel mit geringerer Durchflussrate (z.B. kleinerer Innendurchmesser) kann die Impulszeit vergrößert werden, um eine bestimmte Menge an Volumen zu erreichen. Auf diese Weise werden die CV-Werte bei gleichem Zielvolumen wieder besser.

Zusammenfassung

Zusammenfassend ist es offensichtlich, dass ein gutes Liquid Handling Ergebnis von mehreren Parametern abhängt. Zunächst ist eine geeignete Messausrüstung erforderlich. Darüber hinaus ist es sehr wichtig, äußere Einflüsse zu vermeiden, indem man geeignete Flüssigkeitskanäle entwirft, eine saubere Arbeitsatmosphäre schafft und die Umgebungsbedingungen so konstant wie möglich hält. Schließlich können durch die Verwendung der richtigen Komponenten für jede Anwendung interne Einflüsse eliminiert werden.

Über den Autor
Christian Sampedro
Product Management Industry Segment LifeTech
Festo SE & Co. KG
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