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Liquid Handling ist eine der wichtigsten (und mühsamsten) Aufgaben im Analyselabor. Allerdings sind Analyseergebnisse nur dann genau und reproduzierbar, wenn das richtige Volumen an Probe, Lösungsmittel, Reagenz, Titriermittel oder Hilfslösung verwendet wird. Mit jeder manuell hergestellten Probe oder Lösung steigt das Risiko verfälschter Ergebnisse. Dieser Blog-Artikel diskutiert die vielen Vorteile der Automatisierung von Liquid Handling-Schritten. 

Was ist Liquid Handling und welche Ausrüstung wird dafür benötigt?

Das Hauptkonzept des Liquid Handlings besteht darin, eine Lösung oder ein Reagenz verlustfrei und präzise von einem Ort zum anderen zu transportieren. Im Gegensatz zum manuellen Liquid Handling unter Verwendung von Messzylindern, Glasbüretten oder Pipetten nutzt man automatisierten Liquid Handling kolbenbetriebene Büretten. 

Eine Kolbenbürette von Metrohm besteht aus drei wesentlichen Teilen: Kolben, Zylinder und Dosierantrieb (Abbildung 1). Zentrales Bauteil der Bürette ist ein Kolben innerhalb eines Zylinders, der meist aus Glas gefertigt ist. Der Kolben ist mit der Spindel eines motorisierten Dosierantriebs gekoppelt, welcher den Kolben im Zylinder auf und ab bewegt. 

Abbildung 1. Schematischer Querschnitt einer Kolbenbürette von Metrohm.

Das Dosiersystem kann wie in Abbildung 1 aufgebaut sein oder um 180° gedreht. Im hier gezeigten Beispiel kann beim Zurückziehen des Kolbens in Richtung des Dosierantriebs (Dosing Drive) Flüssigkeit durch den IN-Anschluss angesaugt werden. Umgekehrt wird Flüssigkeit durch den OUT-Anschluss dosiert, wenn der Kolben nach oben, also vom Antrieb weg, bewegt wird. Zum Umschalten zwischen diesen Anschlüssen dient ein automatisches Mehrwege-Scheibenventil.

Metrohm 807 Dosiereinheiten sind in verschiedenen Größen von 2 ml bis 50 ml erhältlich.
Abbildung 2. Metrohm 807 Dosiereinheiten sind in verschiedenen Größen von 2 ml bis 50 ml erhältlich.

Vielgestaltigkeit der Dosiergeräte 

Motorkolbenbüretten von Metrohm bestehen aus einem elektronischen Dosierantrieb (Typ Dosimat oder Dosino) und einer Bürette (Typ Wechsel-, Dosier- oder Zylindereinheit). Metrohm-Büretten, z. B. die 807 Dosiereinheiten, sind in verschiedenen Grössen von 2 mL bis 50 mL erhältlich (Abbildung 2). 

Je nach Anwendung kommen unterschiedliche Werkstoffe zum Einsatz, die für die jeweilige Aufgabe optimal geeignet sind. Glaszylinder (Abbildung 2) werden für allgemeines Liquid Handling verwendet, während ETFE 807 Dosiereinheiten (Abbildung 3) mit ETFE-Zylindern für aggressivere Chemikalien, beispielsweise zur Dosierung von konzentrierteren alkalischen Reagenzien oder Flusssäure (HF) eingesetzt werden. 

Abbildung 3. Beispiel einer 807 Dosiereinheit ETFE (5 ml) zum Dosieren aggressiver Chemikalien wie Flusssäure.

Flexibilität bei der Steuerung bedeutet, dass diese Büretten für verschiedene Aufgaben im Bereich des Liquid Handlings verwendet werden können: zum Hinzufügen von Titriermitteln oder Hilfslösungen, Pipettieren, Verdünnen, zur Probenvorbereitung und vieles mehr. Diese Flexibilität ermöglicht den Einsatz von automatisiertem Liquid Handling für viele unterschiedliche Anwendungen wie Probenabmessung, Probenvorbereitung, Verdünnung und Standardaddition für Analysetechniken wie Titration oder Ionenchromatographie (IC).

Der Einsatz von automatisierten Liquid Handling-Geräten ist in den verschiedensten Industriezweigen, beispielsweise in der Pharmaindustrie, Erölraffinerien, der chemischen Produktion und der Umweltanalytik äusserst nützlich. Wenn präzise Mengen von Flüssigkeiten zu dosieren sind, ist die Automatisierung dieses Vorgangs empfehlenswert.
 

Lesen Sie unseren Blogbeitrag, um mehr über automatisierte Liquid Handling-Lösungen für die petrochemische Industrie zu erfahren. 

Labor der Zukunft: Automatisierte Roboteranalyse von Erdölprodukten

Vorteile des automatisierten Liquid Handlings

Durch die Automatisierung des Liquid Handlings können Sie Ihren Laboralltag erheblich vereinfachen und es ergeben sich die folgenden Vorteile:

Illustration of time savings

Die Arbeitsschritte des automatisierten Liquid Handlings werden schneller und eigenständig erledigt, sodass Sie sich auf andere, anspruchsvollere Aufgaben konzentrieren können. So kann beispielsweise auf Knopfdruck automatisch ein Eluent gemischt oder gar eine ganze Titrationsreihe über Nacht durchgeführt werden, ohne dass dafür Laborpersonal nötig ist.

Obwohl beim Kauf automatisierter Liquid-Handling-Systeme eine Anfangsinvestition anfällt, lassen sich die Kosten schnell wieder amortisieren. Dies wird durch einen effizienteren Einsatz der Arbeitskräfte, die Vermeidung wiederholter Experimente aufgrund von Fehlern und die Vermeidung von Produktausschuss erreicht. Darüber hinaus helfen die intelligenten Büretten, die Verwendung falscher Lösungen zu vermeiden, indem sie vor Beginn des Experiments bei Fehlanwendung eine Warnung ausgeben.


Wie können Sie durch den Einsatz automatisierter Titrationssysteme Geld sparen? Lesen Sie unseren Blogbeitrag, um mehr zu erfahren.

Sparen Sie Geld durch den Einsatz automatisierter Titrationssysteme

Es kann schwieriger sein, neues, gut ausgebildetes Laborpersonal zu finden, als ein weiteres Gerät anzuschaffen. Auch muss das manuelle Pipettieren und Dosieren geübt sein und der Anwender sollte eine strukturierte Routine entwickeln, um gute Ergebnisse zu erzielen. Im Unterschied dazu können automatisierte Liquid-Handling-Systeme problemlos an unterschiedliche Durchsatzanforderungen angepasst werden.

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Durch die Automatisierung des Liquid Handlings können potenziell gefährliche oder giftige Substanzen sicherer gehandhabt werden, da der direkte Kontakt mit diesen Substanzen minimiert wird. Die Lösung wird in eine Flasche gefüllt, die zu einem Dosiergerät gehört. Wird die Lösung benötigt, muss der Anwender lediglich eine Taste drücken.

Ob das Dosiergerät zur Zugabe von Titrationsmitteln, zur Reagenzienherstellung oder zum präzisen Ansaugen einer Probenlösung verwendet wird - Es hat einen direkten Einfluss auf die Analyseergebnisse. Dies liegt vor allem an den deutlich kleineren Dosierschritten, die mit einer elektronischen Kolbenbürette möglich sind, im Vergleich zu anderen manuellen Technologien, bei denen die Lösung nur tropfenweise bereitgestellt werden kann. 

Ein Tropfen entspricht der pharmazeutischen Definition nach etwa 50 µL. Dieses Volumen klingt recht klein, ist aber tatsächlich 2500-mal grösser als die kleinstmöglichen Dosierschritte (0,02 µL), die mit einer modernen elektronischen Bürette erreicht werden können. 

Darüber hinaus hängen die Ergebnisse bei der Verwendung von Standard-Glasbüretten und Messzylindern zur manuellen Handhabung von Flüssigkeiten stark von der Person ab, die das Volumen abliest und die Geräte handhabt. Bei einer elektronischen Bürette wird das Volumen automatisch gemessen und das Ergebnis digital angezeigt. Dadurch ist eine hohe Objektivität der Ergebnisse gewährleistet. 
 

Erfahren Sie in unserem entsprechenden Blogbeitrag mehr über die wichtigsten Fehlerquellen bei der Handhabung von Flüssigkeiten während der manuellen Titration.

Warum Ihre Titrationsergebnisse nicht reproduzierbar sind: Die wichtigsten Fehlerquellen bei der manuellen Titration

Die Reproduzierbarkeit verbessert sich mit der Anzahl der automatisierten Schritte in einem Liquid-Handling-Ablauf. Denn die automatische Bürette dosiert jedes Mal das gleiche Volumen, ein Schichtwechsel oder sonstiger Personalwechsel hat auf diesen Vorgang also keinen Einfluss.

Da Motorkolbenbüretten den Anforderungen der ISO 8655-3 entsprechen müssen, kann ihre Dosiergenauigkeit durch Dosiertests, die von einem Metrohm-Servicetechniker durchgeführt werden, nachgewiesen und zertifiziert werden. Diese Tests sollten regelmäßig durchgeführt werden, um die Qualität des Glaszylinders und des Kolbens zu überprüfen. Bei diesen beiden Teilen handelt es sich um Verbrauchsmaterial, welches je nach Einsatzhäufigkeit und den dosierten Reagenzien gelegentlich ausgetauscht werden muss. 

Der Einsatz des automatisierten Liquid Handlings ermöglicht eine präzisere Dokumentation durch die Verfolgung aller Dosierschritte. Dies ist insbesondere in regulierten Branchen wie der Pharmaindustrie, der Biotechnologie sowie der Lebensmittel- und Getränkeherstellung wichtig. Durch die automatische Datenerfassung der verwendeten Reagenzien, Volumina, des Datums und der Uhrzeit und anderen relevanten Parametern wird eine vollständige Aufzeichnung des Experiments erhalten. Insgesamt trägt dies dazu bei, die Datenintegrität zu verbessern, Compliance-Anforderungen zu erfüllen und die Effizienz von Laborprozessen zu steigern.

Die meisten Metrohm-Büretten verfügen über einen integrierten Chip, der alle Informationen zur Lösung, ihrem Titer sowie der Gültigkeit und dem Verfallsdatum speichert, um sicherzustellen, dass das Experiment nur mit den richtigen Lösungen und Bedingungen durchgeführt wird. 

Fazit

Wenn Sie in Ihrem Labor immer noch manuell mit Pipetten, Glasbüretten und anderen Arten von Messzylindern arbeiten, ist es an der Zeit, über eine Automatisierung Ihrer Flüssigkeitshandhabungsprozesse nachzudenken. Heutzutage können elektronische Büretten viel mehr, als nur eine Flüssigkeit von einem Ort zum anderen zu transportieren. Genaue, präzise und kosteneffiziente Flüssigkeitszugabe und Probenvorbereitung sind nur einige der Vorteile bei der Umstellung auf die automatisierte Flüssigkeitshandhabung im Labor. 

Autor
Lüber

Jennifer Lüber

Product Specialist Liquid Handling and Lab Robotics
Metrohm International Headquarters, Herisau, Switzerland

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Risse

Heike Risse

Head of Competence Center Liquid Handling and Lab Robotics
Metrohm International Headquarters, Herisau, Switzerland

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