Как прецизионные трубки повышают точность автоматизированного дозирования жидкостей: часть 2

Как характеристики трубки влияют на процесс и его точность

В областях биотехнологий и лабораторной автоматизации глобальный рынок in vitro диагностики (IVD) по прогнозам MarketsandMarket™ достигнет $96 млрд к 2025 г. Логично, что использование автоматизированных систем дозирования жидкостей будет расти вместе со спросом на IVD.

Многие переменные влияют на производительность этих систем дозирования жидкостей, включая:

• Тип отбираемой жидкости
• Любой реагентный химикат
• Тип насоса
• Усилие, оказываемое насосом

Кроме того, трубки, используемые в этих системах, могут существенно влиять на процесс дозирования и точность тестирования в IVD и других применениях. Рассмотрим важные соображения для прецизионных трубок в системах дозирования жидкостей.

Как снизить перенос (carryover) в системах дозирования жидкостей?

Первая часть серии обсуждала потенциальную проблему переноса. Она может возникнуть, когда жидкость предыдущей пробы не полностью смывается, вызывая возможное загрязнение последующих проб.

Среди прочего, перенос может вызываться:

• Жидкостью, поднимающейся по внешней стороне дозирующей трубки
• Образованием «последней капли», задерживающейся на конце трубки

В любой лабораторной процедуре поддержание чистой среды критично. Естественно, очистка трубки — часть процесса использования систем дозирования — помогает снизить перенос до общепринятых 4 ч.м.м. (или лучше).

Снижение переноса из пробы в пробу не только борется с загрязнением, но и помогает сделать две вещи:

1. Снижает общую стоимость тестирования за счет более эффективного использования реагентов, которые очень дороги
2. Повышает точность результатов тестирования за счет дозирования более точных объемов жидкости

Достаточна ли одна очистка для предотвращения переноса?

Общая эффективность процесса мытья — то есть можно ли удалить весь остаточный остаток предыдущей пробы из систем дозирования — будет варьироваться от применения к применению, так как очистка зависит от многих факторов.

Эти факторы включают (но не ограничиваются):

• Время, отводимое на очистку
• Используемый раствор для очистки (разные металлы могут требовать разных растворов)
• Количество используемого раствора
• Есть ли время для замачивания в хлорине
• Сколько раз раствор и/или вода можно промыть через систему
• Объем воды (обычно стандарт — около 100-кратного объема пробы)
• Давление, прикладываемое при очистке и промывке

Однако достижение минимального переноса может быть сложнее в больших лабораториях, где большой объем тестирования необходим для рентабельности.

Кроме того, поскольку системы дозирования часто используют трубки с внутренними диаметрами (ID) всего 50 или 100 микрон, характеристики самих прецизионных трубок влияют и на перенос, и на процесс очистки.

Как торцовая заточка трубки влияет на перенос в системах дозирования?

Как упоминалось в предыдущем блоге, способ формирования конца трубки может помочь снизить риск переноса. Например, закругление дозирующего конца трубки уменьшает способность последней капли сформироваться; однако это также может позволить подниматься жидкости, в зависимости от дозируемой жидкости.

Или, вместо плоского торца 90°, более острый, заостренный конец с острыми стенками дает меньшую площадь поверхности для формирования последней капли. Но снова, в зависимости от жидкости, этот «острый» конец может изменить способ выхода жидкости, что в свою очередь может повлиять на точность тестирования.

Однако с прецизионными трубками диаметром почти как у волоса, получить чистый торцовый срез может быть трудно. Кроме того, нужно особое внимание, чтобы не сплющить трубку при резке.

Но предполагая, что правильный торцовый срез достигнут (задача, в которой специализируется Metal Cutting Corporation), любые возможные проблемы с концом трубки можно решить:

• Тестированием трубки с конкретной жидкостью, которая будет дозироваться
• Выявлением процесса, достигающего большинство — но реалистично, возможно, не все — желаемых результатов

Как ID трубки влияет на системы дозирования жидкостей?

Общее правило: чем меньше ID трубки, тем выше точность в системах дозирования жидкостей. Это потому, что малый ID создает более быстрые линейные скорости и более малые «зоны смешивания», позволяя компонентам пробы оставаться максимально концентрированными.

Одним из самых важных аспектов ID трубки в этих системах является его шероховатость поверхности. Американское общество металлов определяет шероховатость как «состояние поверхности в результате финальной обработки и измеренных характеристик профиля поверхности, предпочтительным термином являясь шероховатость».

Общепринято, что чем шершавее ID поверхность, тем больше может быть переноса и, как мы считаем, тем труднее достичь 4 ч.м.м. Это потому, что более шершавая ID поверхность имеет крошечные «ямы и щели», где остатки жидкости могут укрыться от эффектов процесса мытья.

Поэтому, помимо правильного торцового среза (плоского, углового или закругленного), наличие ID поверхности трубки максимально гладкой может дополнительно снизить шансы переноса из пробы в пробу.

Значение Ra или RMS 6–8 считается хорошим уровнем гладкости. (Арифметическое среднее, Ra — средняя шероховатость в единицах высоты, обычно микроны. RMS, также известный как Rq — квадратичное среднее, соответствующее Ra.)

Кроме того, ID трубки определяет, насколько плавно текут пробы в системах дозирования. Несовершенства шероховатости могут вызывать вихри, турбулентность или пульсации жидкости при выходе из трубки, создавая проблемы в применениях, где критично гладкое дозирование.

Как OD трубки влияет на системы дозирования жидкостей?

Гладкая шероховатость внешнего диаметра (OD) трубки также важна, если тестовый процесс требует аспирации, при которой вся трубка погружается в жидкость для создания вакуума. Однако OD шероховатость гораздо менее важна в процессе дозирования.

В процессе микропипетирования, включающем и аспирацию, и дозирование, но обычно только одной жидкости, перенос в трубке менее проблематичен, если:

• Пипетка цифрово откалибрована для дозирования точного объема повторно
• Допуск дозирующего инструмента (например, ±2–3% или ±5%) — и следовательно, объем жидкости, который может остаться в трубке — учитывается

Как улучшить шероховатость ID поверхности трубки?

Поскольку любая вариация внутренней стенки дозирующего канала может влиять на процесс в системах дозирования, наличие чистого, беззаусенцевого ID критически важно.

Если вы ушли на выбор конкретного типа трубки заданной длины и протестировали ее с выбранной машиной и насосом, установив, что она дозирует правильный объем образца, вы конечно не хотите рисковать точностью тестов, не специфицируя также желаемую шероховатость ID трубки.

К счастью, технологии продвинулись так, что теперь есть несколько методов улучшения шероховатости ID очень малых прецизионных трубок для систем дозирования жидкостей. Некоторые варианты:

• Микрополировка и/или пассивация
• Улучшение канала через процесс «bright draw»
• Покрытия: силикон, PTFE, PSX
• Абразивная текучая обработка или экструзионное заточивание

Как и с торцовым срезом, любые возможные проблемы, связанные с методом отделки, должны взвешиваться против общих целей и процесса, который реалистично даст лучшие результаты.

Например, покрытие трубок в системах дозирования может помочь решить проблемы переноса. Однако когда трубку режут под требования конкретной системы и применения, части покрытия могут стать экспонированы, снижая его эффективность.

(Именно здесь Metal Cutting добился успеха в резке покрытых трубок без негативного влияния на покрытие, с результатами, подтвержденными в тестах для конкретных применений.)

Внимательно следите за спецификациями ваших трубок!

С широким спектром факторов, влияющих на точность систем дозирования жидкостей, спецификация характеристик трубок может показаться пугающей задачей.

К счастью, правильный поставщик металлических трубок и его инженерная команда могут помочь выбрать метод резки, отделку ID и другие характеристики, удовлетворяющие ваши нужды и рентабельные для вашего конкретного применения.

В третьей части серии вы можете прочитать, как высокое давление влияет на прецизионные трубки в системах дозирования жидкостей. Или чтобы изучить разные варианты прецизионной резки для ваших металлических трубок или других деталей, скачайте наше бесплатное руководство «Choose with Confidence: Comparing 2-Axis Cutting Methods».