淺談移液器結構和測量方法

孟憲舉 呂巨龍

摘要：移液器是用于實驗室微量液體的移取的一種計量工具，屬于常規的實驗室設備，凡涉及到藥物、化學試劑試驗的相關行業均會使用。移液器雖然操作簡單，但精度高、結構復雜。移液器討論過程中我們需要一個檢測標準來衡量我們的測試結果，對參照標準要求對我們的設計測量精度有一個大致的初步要求，這里我們就需要引進《JJG646-2006移液器檢定規程》國家計量標準進行質量把控要求，其中針對移液器的氣密性、容量允許誤差（精度）、測量重復性做出了要求并提供了檢測方法。

關鍵詞：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彈簧運動來達到吸液和排液的目的。活塞推動排除部分空氣，在大氣壓的作用下吸入液體，再由活塞推動空氣排出液體。移液器的使用中配合彈簧的伸縮性來操作，可以很好地控制移液的力度。移液器采用內置式氣體活塞，活塞設計在移液器內部，依靠推動空氣來進行吸液和排液，活塞不與液體直接接觸。

2.移液器內部結構

移液器為適應0.1ul-10ml的取液需求，設計了不同的量程。為了盡量實現各量程之間的結構統一，提高通用性，減少部件。我采取了頭部、尾部分開設計的方案。尾部部分主要包括校準裝置、計數器、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。

這個設計保證了尾部部分除螺桿和滾輪兩個部件外，其他的結構相同且彼此通用;頭部則根據量程和吸頭的不同，每個量程設計各自的吸液管、退頭管、活塞桿和密封圈。頭尾部分分開設計的方案，保證了不同量程之間可以更換頭部部分實現通用。

由于內部結構復雜，我對其進行了簡化，以便于對工作原理的進行簡述。

轉動旋鈕1可以帶動絲桿3旋轉，絲桿3上有凹槽滑軌，插入計數器11滾輪中的凸起，絲桿3旋轉撥動計數器11中滾輪數字滾動，滾輪上數字表示容量調節，同時絲桿3可以推動活塞桿6順著凹槽導軌做軸向往復運動，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的位置有限位結構，通過旋轉校準螺母9來調整校準件的位置，實現微調絲桿推程起到校準精度的作用。最后退頭按鈕與退頭管相連，起到拆卸吸頭的作用。

3.移液器測量方法

測試區域室溫應保持20℃（±5℃），室溫變化不得大于1℃/h。采用符合《GB6682-1992分析實驗用水規格和試驗方法》的去離子水，與室溫偏差不超過2℃，并提前24h放入測試區域。

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

測量方法： 將稱量杯放人電子天平中，待天平顯示穩定后，使電子天平復零。將移液器的容量調至檢測點。將移液器按鈕擰到檢定位置，此時將吸液嘴侵入裝有去離子水的容器內，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（此時不能碰到流液口，以免將吸液嘴內的液體帶走）。從電子天平中取出稱量杯，將吸液嘴流液口靠在稱量杯內壁并與其成45°，緩慢地把按鈕按到第1停止點，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壁向上移開。將稱量杯放入天平稱盤上，記錄此時天平顯示出的數值，同時測量并記錄此時容器內去離子水的溫度，重復六次執行以上步驟，每次測量誤差不得超過規程內的要求。

1）容量相對誤差計算

式中：V—標稱容量，μL;

—六次測量平均值，μL。

2）容量重復性計算

式中：—標準偏差

n—檢定次數

—單次測量值與被測量值平均值的差，μL

S—重復性

4.檢定標準的局限

目前JJG646-2006移液器檢定規程是國內移液器的唯一檢測依據，其內容相對簡單，僅對移液過程的檢測手法和計算方式進行了簡單說明，并隨即給出了測量標準。因此在實際參考和使用的過程中，存在很大的局限性。

JJG646-2006移液器檢定規程是2006年12月由國家質量監督檢驗檢疫總局發布，中國計量出版社出版，針對移液器檢測和計量的一個檢定規程。目前雖然我們一直參照這個檢定規程進行檢測，所研發的移液器也都符合測量標準，但是它的內容相對簡單，并不完全適用不同種類，不同情況下的移液器檢定流程，部分內容存在很多不合理的地方。

首先其測量媒介是采取1g無限接近于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。但實際使用的過程中，所移取的溶液和試劑一般密度跟去離子水有很大差距，所以以此為標準進而進行校準的移液器并不能準確反映所量取的溶液的體積。另外，所有的測試以及測試結果均是在標準室溫下量取的低粘稠度的液體，但當涉及到高蒸汽壓、高粘稠度的液體，顯然是無法準確的作為一個標準。

其次JJG646-2006所提供的容量允許誤差和測量重復性表，不區分所有量程僅對檢定點進行了要求，且針對不同結構的移液器都統一以百分比的形式進行了規范，總體來說就是越小的檢定點，其容量允許誤差和測量重復性就越大。這種方式就違背了機械結構的尺寸偏差原理。舉例說明，檢定點100uL的容量允許誤差和測量重復性分別為2%和1%，它的偏差要求就是±2uL，它能對應的有10-100uL量程移液器的最大容量，也能對應100-1000uL量程移液器的最小容量，但兩個量程的移液器結構卻大不相同。同時，檢定點1000uL的容量允許誤差和測量重復性分別為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）是一臺機器上采用的同一根活塞，活塞的尺寸偏差相同，容量測量誤差也相同。也就是說，對于氣壓式內置活塞的機械移液器，評定他的方式應該是偏差容量，而不是標定點的百分比誤差。所以大多移液器，包括國外知名品牌在JJG646-2006的規范要求下，均出現量程上限輕松達標，下限勉強通過的情況。

另外移液器的種類有很多，按照通道數量分為單通道和多通道，按照操作方式分為手動和電動，按照消毒方式分為整支消毒和半支消毒，按照實現原理分為內置活塞式移液器和外置活塞式移液器。內置活塞式移液器的活塞位于移液器套筒內，液體與活塞之間有一段空氣隔離，活塞與液體不接觸。這是實驗室最常見的移液器，使用時需注意不要讓樣品污染活塞，否則會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僅對內置活塞式移液器進行了規范，但對于外置活塞式移液器還存在一定的空白。

最后JJG646-2006也未對檢定工具和次數進行詳細描述。規程中提到了分辨率為0.001mg、0.01mg、0.1mg的電子天平，但未對具體測量容量范圍所應配備的電子天平進行描述，本身電子天平存在一定的系統誤差，如果電子天平分辨率低于所測移液器的誤差測量要求，則會影響測量結果，但如果電子天平分辨率遠大于所測移液器的誤差測量要求則會造成檢定成本增加。規程對檢測次數的要求是每個檢定點重復六次，在ISO 8655-2-2002活塞式容積測定儀器要求測量次數大于等于10次，另外單一檢定點重復測量的方式會導致較前的檢定點的測量結果會受到一定程度影響，尤其是從小往大的檢定測量順序。