淺談移液器結(jié)構(gòu)和測(cè)量方法

孟憲舉 呂巨龍

摘要：移液器是用于實(shí)驗(yàn)室微量液體的移取的一種計(jì)量工具，屬于常規(guī)的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，凡涉及到藥物、化學(xué)試劑試驗(yàn)的相關(guān)行業(yè)均會(huì)使用。移液器雖然操作簡(jiǎn)單，但精度高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。移液器討論過(guò)程中我們需要一個(gè)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量我們的測(cè)試結(jié)果，對(duì)參照標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)我們的設(shè)計(jì)測(cè)量精度有一個(gè)大致的初步要求，這里我們就需要引進(jìn)《JJG646-2006移液器檢定規(guī)程》國(guó)家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量把控要求，其中針對(duì)移液器的氣密性、容量允許誤差（精度）、測(cè)量重復(fù)性做出了要求并提供了檢測(cè)方法。

關(guān)鍵詞：移液器 JJG646-2006

Abstract： A pipette is a measuring tool used for the transfer of trace liquids in the laboratory. It is a conventional laboratory equipment and is used in all related industries involving the testing of drugs and chemical reagents. Although the pipette is simple to operate， it has high precision and complex structure. During the discussion of pipettes， we need a test standard to measure our test results. There is a rough preliminary requirement for our design measurement accuracy for the reference standard requirements. Here we need to introduce "JJG646-2006 Pipette Device Verification Regulations" The national metrology standards carry out quality control requirements， in which requirements are made for the air tightness， capacity tolerance （accuracy）， and measurement repeatability of the pipetting device， and detection methods are provided.

Keywords： Pipette JJG646-2006

1.移液器工作原理

移液器工作的基本原理是活塞通過(guò)彈簧運(yùn)動(dòng)來(lái)達(dá)到吸液和排液的目的。活塞推動(dòng)排除部分空氣，在大氣壓的作用下吸入液體，再由活塞推動(dòng)空氣排出液體。移液器的使用中配合彈簧的伸縮性來(lái)操作，可以很好地控制移液的力度。移液器采用內(nèi)置式氣體活塞，活塞設(shè)計(jì)在移液器內(nèi)部，依靠推動(dòng)空氣來(lái)進(jìn)行吸液和排液，活塞不與液體直接接觸。

2.移液器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

移液器為適應(yīng)0.1ul-10ml的取液需求，設(shè)計(jì)了不同的量程。為了盡量實(shí)現(xiàn)各量程之間的結(jié)構(gòu)統(tǒng)一，提高通用性，減少部件。我采取了頭部、尾部分開設(shè)計(jì)的方案。尾部部分主要包括校準(zhǔn)裝置、計(jì)數(shù)器、中軸活塞桿。頭部部分主要包括吸液管、退頭管、以及活塞桿和密封圈等。

這個(gè)設(shè)計(jì)保證了尾部部分除螺桿和滾輪兩個(gè)部件外，其他的結(jié)構(gòu)相同且彼此通用;頭部則根據(jù)量程和吸頭的不同，每個(gè)量程設(shè)計(jì)各自的吸液管、退頭管、活塞桿和密封圈。頭尾部分分開設(shè)計(jì)的方案，保證了不同量程之間可以更換頭部部分實(shí)現(xiàn)通用。

由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，我對(duì)其進(jìn)行了簡(jiǎn)化，以便于對(duì)工作原理的進(jìn)行簡(jiǎn)述。

轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕1可以帶動(dòng)絲桿3旋轉(zhuǎn)，絲桿3上有凹槽滑軌，插入計(jì)數(shù)器11滾輪中的凸起，絲桿3旋轉(zhuǎn)撥動(dòng)計(jì)數(shù)器11中滾輪數(shù)字滾動(dòng)，滾輪上數(shù)字表示容量調(diào)節(jié)，同時(shí)絲桿3可以推動(dòng)活塞桿6順著凹槽導(dǎo)軌做軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活塞桿6頂部有金屬桿穿入密封圈8，密封圈8由密封圈固定件7固定在吸液管13內(nèi)部，吸液管13擰入吸液管固定件12，吸液管固定件12帶有卡扣固定在外殼體5上。絲桿螺母4擰在絲桿3上，起到控制推程和限位的作用，校正件2下端有彈簧背校準(zhǔn)螺母9固定在外殼體5的上端，絲桿3靠近校正件2的位置有限位結(jié)構(gòu)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)校準(zhǔn)螺母9來(lái)調(diào)整校準(zhǔn)件的位置，實(shí)現(xiàn)微調(diào)絲桿推程起到校準(zhǔn)精度的作用。最后退頭按鈕與退頭管相連，起到拆卸吸頭的作用。

3.移液器測(cè)量方法

測(cè)試區(qū)域室溫應(yīng)保持20℃（±5℃），室溫變化不得大于1℃/h。采用符合《GB6682-1992分析實(shí)驗(yàn)用水規(guī)格和試驗(yàn)方法》的去離子水，與室溫偏差不超過(guò)2℃，并提前24h放入測(cè)試區(qū)域。

測(cè)試設(shè)備：電子天平（測(cè)試范圍30g，分度值0.001g）、電子天平（測(cè)試范圍40g/210g，分度值0.01g/0.1g）、真空表（測(cè)試范圍0-0.1MPa，分辨力0.01MPa）、溫度計(jì)（測(cè)試范圍0-30℃，分辨力0.1℃）、秒表（分辨力0.1s）。抽氣輔助設(shè)備（100ml）、廣口瓶（500mL）。

測(cè)量方法： 將稱量杯放人電子天平中，待天平顯示穩(wěn)定后，使電子天平復(fù)零。將移液器的容量調(diào)至檢測(cè)點(diǎn)。將移液器按鈕擰到檢定位置，此時(shí)將吸液嘴侵入裝有去離子水的容器內(nèi)，并保持在液面下2mm～3mm處，緩慢放松按鈕，等待1s～2s后離開液面，擦干吸液嘴外的液體（此時(shí)不能碰到流液口，以免將吸液嘴內(nèi)的液體帶走）。從電子天平中取出稱量杯，將吸液嘴流液口靠在稱量杯內(nèi)壁并與其成45°，緩慢地把按鈕按到第1停止點(diǎn)，等待1s～2s，再將按鈕完全按下，然后將吸液嘴沿著稱量杯的內(nèi)壁向上移開。將稱量杯放入天平稱盤上，記錄此時(shí)天平顯示出的數(shù)值，同時(shí)測(cè)量并記錄此時(shí)容器內(nèi)去離子水的溫度，重復(fù)六次執(zhí)行以上步驟，每次測(cè)量誤差不得超過(guò)規(guī)程內(nèi)的要求。

1）容量相對(duì)誤差計(jì)算

式中：V—標(biāo)稱容量，μL;

—六次測(cè)量平均值，μL。

2）容量重復(fù)性計(jì)算

式中：—標(biāo)準(zhǔn)偏差

n—檢定次數(shù)

—單次測(cè)量值與被測(cè)量值平均值的差，μL

S—重復(fù)性

4.檢定標(biāo)準(zhǔn)的局限

目前JJG646-2006移液器檢定規(guī)程是國(guó)內(nèi)移液器的唯一檢測(cè)依據(jù)，其內(nèi)容相對(duì)簡(jiǎn)單，僅對(duì)移液過(guò)程的檢測(cè)手法和計(jì)算方式進(jìn)行了簡(jiǎn)單說(shuō)明，并隨即給出了測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。因此在實(shí)際參考和使用的過(guò)程中，存在很大的局限性。

JJG646-2006移液器檢定規(guī)程是2006年12月由國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局發(fā)布，中國(guó)計(jì)量出版社出版，針對(duì)移液器檢測(cè)和計(jì)量的一個(gè)檢定規(guī)程。目前雖然我們一直參照這個(gè)檢定規(guī)程進(jìn)行檢測(cè)，所研發(fā)的移液器也都符合測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，但是它的內(nèi)容相對(duì)簡(jiǎn)單，并不完全適用不同種類，不同情況下的移液器檢定流程，部分內(nèi)容存在很多不合理的地方。

首先其測(cè)量媒介是采取1g無(wú)限接近于1mL的去離子水，也就是采用稱重法，將液體的重量等同于液體的體積。但實(shí)際使用的過(guò)程中，所移取的溶液和試劑一般密度跟去離子水有很大差距，所以以此為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)而進(jìn)行校準(zhǔn)的移液器并不能準(zhǔn)確反映所量取的溶液的體積。另外，所有的測(cè)試以及測(cè)試結(jié)果均是在標(biāo)準(zhǔn)室溫下量取的低粘稠度的液體，但當(dāng)涉及到高蒸汽壓、高粘稠度的液體，顯然是無(wú)法準(zhǔn)確的作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

其次JJG646-2006所提供的容量允許誤差和測(cè)量重復(fù)性表，不區(qū)分所有量程僅對(duì)檢定點(diǎn)進(jìn)行了要求，且針對(duì)不同結(jié)構(gòu)的移液器都統(tǒng)一以百分比的形式進(jìn)行了規(guī)范，總體來(lái)說(shuō)就是越小的檢定點(diǎn)，其容量允許誤差和測(cè)量重復(fù)性就越大。這種方式就違背了機(jī)械結(jié)構(gòu)的尺寸偏差原理。舉例說(shuō)明，檢定點(diǎn)100uL的容量允許誤差和測(cè)量重復(fù)性分別為2%和1%，它的偏差要求就是±2uL，它能對(duì)應(yīng)的有10-100uL量程移液器的最大容量，也能對(duì)應(yīng)100-1000uL量程移液器的最小容量，但兩個(gè)量程的移液器結(jié)構(gòu)卻大不相同。同時(shí)，檢定點(diǎn)1000uL的容量允許誤差和測(cè)量重復(fù)性分別為1%和0.5%，它的偏差要求就是±10uL，

但100-1000uL量程移液器中100uL（最小容量）和1000uL（最大容量）是一臺(tái)機(jī)器上采用的同一根活塞，活塞的尺寸偏差相同，容量測(cè)量誤差也相同。也就是說(shuō)，對(duì)于氣壓式內(nèi)置活塞的機(jī)械移液器，評(píng)定他的方式應(yīng)該是偏差容量，而不是標(biāo)定點(diǎn)的百分比誤差。所以大多移液器，包括國(guó)外知名品牌在JJG646-2006的規(guī)范要求下，均出現(xiàn)量程上限輕松達(dá)標(biāo)，下限勉強(qiáng)通過(guò)的情況。

另外移液器的種類有很多，按照通道數(shù)量分為單通道和多通道，按照操作方式分為手動(dòng)和電動(dòng)，按照消毒方式分為整支消毒和半支消毒，按照實(shí)現(xiàn)原理分為內(nèi)置活塞式移液器和外置活塞式移液器。內(nèi)置活塞式移液器的活塞位于移液器套筒內(nèi)，液體與活塞之間有一段空氣隔離，活塞與液體不接觸。這是實(shí)驗(yàn)室最常見的移液器，使用時(shí)需注意不要讓樣品污染活塞，否則會(huì)造成樣品的交叉污染。一般適用于粘稠度較小的液體。外置活塞式移液模裝置活塞位于移液器套筒外，位于吸嘴內(nèi)部，活塞與液體之間沒有空氣段，活塞為一次性的，適用于粘稠度較大的液體。JJG646-2006僅對(duì)內(nèi)置活塞式移液器進(jìn)行了規(guī)范，但對(duì)于外置活塞式移液器還存在一定的空白。

最后JJG646-2006也未對(duì)檢定工具和次數(shù)進(jìn)行詳細(xì)描述。規(guī)程中提到了分辨率為0.001mg、0.01mg、0.1mg的電子天平，但未對(duì)具體測(cè)量容量范圍所應(yīng)配備的電子天平進(jìn)行描述，本身電子天平存在一定的系統(tǒng)誤差，如果電子天平分辨率低于所測(cè)移液器的誤差測(cè)量要求，則會(huì)影響測(cè)量結(jié)果，但如果電子天平分辨率遠(yuǎn)大于所測(cè)移液器的誤差測(cè)量要求則會(huì)造成檢定成本增加。規(guī)程對(duì)檢測(cè)次數(shù)的要求是每個(gè)檢定點(diǎn)重復(fù)六次，在ISO 8655-2-2002活塞式容積測(cè)定儀器要求測(cè)量次數(shù)大于等于10次，另外單一檢定點(diǎn)重復(fù)測(cè)量的方式會(huì)導(dǎo)致較前的檢定點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果會(huì)受到一定程度影響，尤其是從小往大的檢定測(cè)量順序。