DE102010035599A1

DE102010035599A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen des Volumens mindestens eines Tropfens und Verwendung dieser

Info

Publication number: DE102010035599A1
Application number: DE201010035599
Authority: DE
Inventors: Tobias Brode; Martin Friedrich
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2010-08-27
Filing date: 2010-08-27
Publication date: 2012-03-01
Anticipated expiration: 2030-08-28
Also published as: DE102010035599B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Volumens mindestens eines sich entlang einer Flugbahn bewegenden Tropfens, wobei für jeden Tropfen längs der Flugbahn des Tropfens mindestens drei Stützpunkte bestimmt werden oder für eine Mehrzahl an Tropfen längs der Flugbahn der Tropfen Mittelwerte jedes der mindestens drei Stützpunkte bestimmt werden, wobei die drei Stützpunkte Werte einer ersten Bewegungsgröße des mindestens einen Tropfens in Abhängigkeit von einer zweiten, von der ersten verschiedenen Bewegungsgröße des mindestens einen Tropfens sind, und aus den mindestens drei Stützpunkten oder den Mittelwerten jedes der mindestens drei Stützpunkte das Volumen jedes Tropfens einzeln und/oder das mittlere Volumen einer Mehrzahl an Tropfen bestimmt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Bereich der Dosiertropfenvermessung ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Bestimmen des Volumens mindestens eines sich entlang einer Flugbahn bewegenden Tropfens sowie deren Verwendung.
In der modernen analytischen Chemie, der Biotechnologie sowie vielen weiteren Bereichen der Technik spielen die Miniaturisierung und Automatisierung chemischer Analyseverfahren eine wichtige Rolle. Dabei kommen immer häufiger Mikrotropfen mit Volumina im Femtoliter- bis Nanoliterbereich zum Einsatz, deren Volumina möglichst genau bestimmt werden müssen.
Der Markt für sog. Mikrodosiergeräte ist also groß. Ob für Life-Science-Anwendungen, Klebstoffe oder flüssige Lote – die Zahl der Anwendungen für Mikrotropfen steigt.
Werden zum Beispiel in der Analytik auf einem Biochip zwei Substanzen zusammengebracht und es soll eine quantitative Analyse stattfinden, so spielt das genaue Volumen der Testreagenzien eine große Rolle.
Ein 40 μm (Durchmesser) Tropfen hat ein Volumen von 33,5 Pikolitern. Beim Aufbringen eines Tropfens mit einem Piezodispenser können die Tropfendurchmesser je nach Druckparametern oft um bis zu 10% schwanken. Bei dem 40 μm Tropfen bedeuten zusätzlichen 4 μm im Durchmesser eine Änderung im Volumen auf 44,6 Pikoliter. Also würden die Ergebnisse der Analyse um bis zu 33% von den zu erwartenden Ergebnissen abweichen.
Deshalb werden bei solchen Analysen oft aufwendige Messungen (z. B. gravimetrisch) mit Tausenden von Tropfen durchgeführt, um das Volumen des Reagenzientropfens im Vorhinein zu bestimmen. Dies bedeutet nicht nur Verbrauch oft sehr teurer Substanzen, sondern ist oft auch noch fehlerhaft.
Denn zum einen wurde gemittelt, d. h. der erste erzeugte Tropfen kann ein völlig anderes Volumen aufgewiesen haben als der letzte. Zum anderen können viele Messungen, welche genau genug sind, bisher nur vor dem eigentlichen Versuch stattfinden, da die Substanz entweder auf eine hochgenaue Waage mit Verdunstungsfalle dosiert werden muss, oder mit Farbstoffen versehen unter dem Mikroskop oder in einem „Plate-Reader” (Lumineszenz, Fluoreszenz) analysiert werden muss.
Auch die bisher bekannten inline bzw. online Messverfahren liefern, wie weiter unten beschrieben wird, kein ausreichend gutes Ergebnis des Volumens des tatsächlich verwendeten Tropfens vor dem Auftreffen ermöglichen.
Die Herausforderungen auf dem Gebiet der Mikrodosierung liegen in zwei Hauptbereichen: Zum einen im Dispensiervorgang an sich, zum anderen in der messtechnischen Überwachung und Volumenbestimmung. Ein großes Problem liegt darin, dass die Dosierverfahren für jede Flüssigkeit neu kalibriert werden müssen um optimale Dosierergebnisse zu erzielen. Ansonsten kommt es zur Bildung eines Strahls oder von Satellitentropfen, oder der Tropfen wird gar nicht ausgebildet.
Die entsprechenden Druckparameter müssen für jede Flüssigkeit in aufwendigen Experimenten bestimmt werden. Um ein solches Kalibrierverfahren zu automatisieren ist es wünschenswert, die Tropfenbildung zu überwachen. Für den Entwurf einer volumengenauen Regelung ist zudem die Ermittlung der Volumina aller dispensierten Einzeltropfen nötig. Die Herausforderung für die Zukunft liegt darin, diese Informationen möglichst genau und in Echtzeit zu bestimmen, um sie für die Optimierung der Dispensiersysteme verwenden zu können.
Bisher kommen zur Vermessung von Mikrotropfen beispielsweise gravimetrische Verfahren sowie Fluoreszenzmessverfahren zum Einsatz. Die gravimetrische Bestimmung der Tropfenvolumina erfolgt über die Messung der Gesamtmasse mehrerer Tropfen mittels einer hochpräzisen Feinwaage. Bei der Berechnung der gemittelten Tropfenvolumina ist anschließend die Verdunstung während des Flugs sowie weitere äußere Einflüsse, wie beispielsweise Schwingungen in der Umgebung zu berücksichtigen. Gravimetrische Verfahren haben den Nachteil, dass die Tropfen nach dem Dispensieren in die Waagschale nicht weiterverwendet werden können und dass die Genauigkeit der heutzutage erhältlichen Waagen nicht für die exakte Bestimmung des Volumens eines Einzeltropfens geeignet ist.
Bei der Fluoreszenzmessung werden die Flüssigkeiten, welche fluoreszierende Eigenschaften besitzen müssen, mit einer bestimmten Energie angeregt und emittieren längerwellige Fluoreszenzstrahlung, wobei die Intensität der Strahlung proportional zum Volumen des Tropfens ist. Die Fluoreszenzmessung hat den Nachteil, dass lediglich in eine Schale dispensierte Tropfen einer fluoreszierenden Flüssigkeit vermessen werden können und somit wiederum die Weiterverwendung der Tropfen unmöglich ist. Außerdem ist die Fluoreszenzmessung erst ab einem Volumen von ca. 10 nl einsetzbar, wobei der Fehler ca. 3% ausmacht.
Weiterhin existieren Echtzeitmessverfahren, mit welchen eine Vermessung eines Einzeltropfens in Echtzeit während des Flugs möglich ist.
Eine optische Volumenvermessung beruht beispielsweise darauf, dass mittels einer Stroboskopkamera ein Tropfen fotografiert wird, mittels Bildverarbeitungsalgorithmen die Kontur des Tropfens ermittelt wird, eine vertikale Schnittachse ermittelt wird und der abgebildete Tropfen in Scheiben mit einer Höhe von einem Pixel aufgeteilt werden, deren Radien ausgehend von der Schnittachse bestimmt werden. Die Summe der Einzelvolumina der einzelnen Scheiben ergibt dann das Gesamtvolumen des Tropfens. Bei Tropfenvolumina von 90 bis 310 pl beträgt die Messunsicherheit jedoch ca. 8%, so dass sich eine hohe Messungenauigkeit ergibt.
Ein weiteres Verfahren zur Dosiertropfenvermessung beruht auf der Lasermesstechnik. Die von einem mit einem Laser bestrahlten Tropfen gebrochenen Strahlen werden dabei mit einer Kamera aufgenommen. Durch Verwendung einer defokussierenden Optik entsteht durch die Überlagerung mehrerer Bildpunkte ein Streifenmuster, aus dem der Tropfendurchmesser ermittelt werden kann. Bei dem Lasermessverfahren muss jedoch von sphärischen Tropfen ausgegangen werden. Außerdem ist das genannte Verfahren aufgrund der verwendeten Geräte sehr kostenintensiv.
Zuletzt kann auch eine kapazitive Messung zur Ermittlung des Volumens eines Tropfens eingesetzt werden. Wird ein Tropfen zwischen Kondensatorplatten eines Plattenkondensators dispensiert, so ändert sich dessen Kapazität. Aus der Änderung der Kapazität kann dann auf das Tropfenvolumen rückgeschlossen werden. Obwohl für die Genauigkeit der kapazitiven Messung bis zu 97% angegeben werden, ist unklar, ob diese Genauigkeit auch in einem Messbereich von Femto- bis Nanolitern gültig ist und bei Verwendung verschiedener Flüssigkeiten beibehalten wird. Außerdem muss das Signal, welches die Kapazitätsänderung zeigt, verstärkt werden.
Ausgehend von dem genannten Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche einfach und kostengünstig sind sowie bei der Vermessung von Tropfen im Femtoliter- bis Nanoliterbereich das Tropfenvolumen eines Einzeltropfens mit möglichst hoher Genauigkeit liefern und somit die Probleme des Standes der Technik beseitigen.
Diese Aufgaben werden durch das Verfahren zum Bestimmen des Volumens mindestens eines sich entlang einer Flugbahn bewegenden Tropfens nach Anspruch 1, einer Vorrichtung nach Anspruch 13 sowie deren Verwendung nach Anspruch 18 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sowie der Vorrichtung werden in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen gegeben.
Gemäß dem Verfahren zum Bestimmen des Volumens mindestens eines sich entlang einer Flugbahn bewegenden Tropfens werden für jeden einzelnen Tropfen längs der Flugbahn dieses Tropfens mindestens drei Stützpunkte bestimmt oder für eine Mehrzahl an Tropfen längs der Flugbahn der Tropfen. Mittelwerte jedes der mindestens drei Stützpunkte bestimmt. Die drei Stützpunkte sind dabei Werte einer ersten Bewegungsgröße des mindestens einen Tropfens, beispielsweise den Ort oder der Geschwindigkeit, in Abhängigkeit von einer zweiten, von der ersten Bewegungsgröße verschiedenen Bewegungsgröße des mindestens einen Tropfens, beispielsweise der Zeit oder den Ort. Die Werte der ersten Bewegungsgröße sind dabei bevorzugt als Stützwerte an einer Stützstelle auf einer Skala der zweiten Bewegungsgröße zu verstehen. Aus den in einem ersten Schritt bestimmten mindestens drei Stützpunkten oder den Mittelwerten jedes der mindestens drei Stützpunkte wird anschließend mittels des im Folgenden angegebenen erfindungsgemäßen Verfahrens das Volumen jedes Tropfens einzeln und/oder das mittlere Volumen eines Tropfens aus einer Mehrzahl an Tropfen bestimmt.
Da das Flugverhalten eines Tropfens, insbesondere die Beschleunigung, die Geschwindigkeit und/oder die zurückgelegte Strecke des Tropfens, u. a. wesentlich vom Radius bzw. dem Volumen des Tropfens abhängt, ist es möglich, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aus dem Flugverhalten des mindestens einen Tropfens entlang seiner Flugbahn auf das Volumen jedes einzelnen Tropfens bzw. auf das mittlere Volumen eines Tropfens aus einer Mehrzahl an Tropfen rückzuschließen.
Die erste Bewegungsgröße kann beispielsweise eine Zeit, insbesondere die vergangene Flugzeit des Tropfens, beispielsweise seit Austritt aus einem Dispenser, ein Ort, insbesondere der zurückgelegte Weg des Tropfens, beispielsweise seit Austritt aus dem Dispenser, die momentane Geschwindigkeit oder die momentane Beschleunigung des Tropfens sein. Auch die zweite Bewegungsgröße kann beispielsweise eine Zeit, insbesondere die vergangene Flugzeit des Tropfens beispielsweise seit Austritt aus dem Dispenser, ein Ort, insbesondere der zurückgelegte Weg des Tropfens beispielsweise seit Austritt aus dem Dispenser, die momentane Geschwindigkeit oder die momentane Beschleunigung des Tropfens sein.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren verwendete erste und die zweite Bewegungsgröße unterscheiden sich jedoch voneinander. Die mindestens drei Stützpunkte können beispielsweise die zurückgelegte Strecke des Tropfens zu mindestens drei verschiedenen Zeitpunkten nach dem Austreten des Tropfens aus dem Dispenser, die momentane Geschwindigkeit des Tropfens zu mindestens drei verschiedenen Zeitpunkten seit dem Austreten des Tropfens aus dem Dispenser oder die momentane Beschleunigung zu drei verschiedenen Zeitpunkten seit dem Austritt des Tropfens aus dem Dispenser sein. Dabei kann, wenn die erste Bewegungsgröße der zurückgelegte Weg ist, einer der Stützpunkte der Ort der Austrittsöffnung des Dispensers oder, wenn die erste Bewegungsgröße die Zeit ist, der Zeitpunkt des Austretens aus dem Dispenser oder, wenn die erste Bewegungsgröße die Geschwindigkeit ist, die Anfangsgeschwindigkeit beim Austreten aus dem Dispenser oder, wenn die ersten Bewegungsgröße die Beschleunigung ist, die Anfangsbeschleunigung an der Austrittsöffnung des Dispensers sein.
Die Stützpunkte können auch die momentane Geschwindigkeit des Tropfens an mindestens drei verschiedenen Orten entlang der Flugbahn bzw. des zurückgelegten Weg des Tropfens seit Austritt aus den Dispenser oder die momentane Beschleunigung an mindestens drei Orten entlang der Flugbahn bzw. des zurückgelegten Wegs des Tropfens seit Austritt des Tropfens aus dem Dispenser sein. Die Stützpunkte können auch die momentane Beschleunigung des Tropfens bei mindestens drei verschiedenen Geschwindigkeiten des Tropfens entlang der Flugbahn sein.
Je nach verwendetem Messverfahren und/oder Wahl der ersten und zweiten Bewegungsgröße können die Stützpunkte jedes einzelnen Tropfens oder die Mittelwerte der Stützpunkte einer Mehrzahl an Tropfen direkt gemessen werden oder aus Messdaten hergeleitet und/oder berechnet werden. So kann beispielsweise der zurückgelegte Weg in Abhängigkeit von der Zeit direkt aus einer Reihe von Fotografien abgelesen werden, während beispielsweise zur Bestimmung einer Geschwindigkeit auch zusätzliche Rechenschritte nötig sein können, um das Geschwindigkeitsverhalten aus einer Serie von Fotografien zu erhalten.
Vorzugsweise wird eine Vielzahl an Stützpunkten für jeden Tropfen oder Mittelwerte einer Vielzahl an Stützpunkten für eine Mehrzahl an Tropfen bestimmt. Vorteilhafterweise sind die einzelnen Stützpunkte bzw. die Mittelwerte der einzelnen Stützpunkte in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen verteilt. Vorteilhafterweise ist zumindest ein Stützpunkt während oder kurz nach dem Austritt des Tropfens aus dem Dispenser bestimmt, beispielsweise zu einem Zeitpunkt zwischen 0,00 und 0,20 s, an einem Ort im Bereich von 0,000 bis 0,003 m von der Austrittsöffnung des Dispensers entfernt oder bei einer Geschwindigkeit von 85 bis 100% der maximalen Geschwindigkeit bei Austritt des Tropfens aus dem Dispenser.
Nach dem Bestimmen der Stützpunkte mehrerer einzelner Tropfen kann über jeden der Stützpunkte mehrerer Tropfen gemittelt werden und aus den gemittelten Stützpunkten das mittlere Volumen des mindestens einen Tropfen zu bestimmten Werten bestimmt werden. Somit kann beispielsweise eine Dispersionsungenauigkeit einer Düse herausgemittelt werden.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in einer Variante zur Bestimmung des Volumens durch die mindestens drei Stützpunkte, die Mittelwerte der mindestens drei Stützpunkte oder durch die mindestens drei gemittelten Stützpunkte des mindestens einen Tropfens eine Ausgleichskurve gelegt werden. Eine solche Ausgleichskurve kann durch Iteration bestimmt werden, wobei verschiedene Variablen einer Bewegungsgleichung des Tropfens variiert werden. Alternativ kann die Ausgleichskurve auch analytisch aus einer Bewegungsgleichung berechnet werden.
Zum Bestimmen des Volumens jedes Tropfens und/oder des mittleren Volumens eines Tropfens aus einer Mehrzahl aus Tropfen werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die mindestens drei Stützpunkte, die Mittelwerte der mindestens drei Stützpunkte oder die mindestens drei gemittelten Stützpunkte und/oder ggf. die wie vorbeschrieben ermittelte Ausgleichskurve durch die Stützpunkte, die Mittelwerte der Stützpunkte oder die gemittelten Stützpunkte mit vorbestimmten Werten oder vorbestimmten Kurven der ersten Bewegungsgröße in Abhängigkeit von der zweiten Bewegungsgröße für verschiedene Tropfenradien verglichen. Unter vorbestimmten Werten oder vorbestimmten Kurven sind dabei einzelne Punkte oder Kurven einer Funktion der ersten Bewegungsgröße in Abhängigkeit von der zweiten Bewegungsgröße zu verstehen, wobei vorzugsweise für verschiedene Tropfenradien jeweils vorbestimmte Werte oder vorbestimmte Kurven vorhanden sind und/oder ggf. während der Auswertung („in-line”) der mindestens drei Stützpunkte, der Mittelwerte oder der gemittelten Stützpunkte und/oder der Ausgleichskurve berechnet bzw. simuliert werden. Diese Berechnung bzw. Simulation erfolgt dabei anhand einer Bewegungsgleichung für einen Tropfen sowie unter Verwendung der Anfangsgeschwindigkeit des gemessenen Tropfens, die gegebenenfalls zuvor gemessen bzw. aus der wie vorbeschrieben ermittelten Ausgleichskurve bestimmt wurde.
Bei der weiteren Auswertung der Stützpunkte, der Mittelwerte oder der gemittelten Stützpunkte wird die Abweichung der Stützpunkte, der Mittelwerte oder der gemittelten Stützpunkte und/oder ggf. der Ausgleichskurve von den wie zuvor beschrieben ermittelten vorbestimmten Werten oder vorbestimmten Kurven der ersten Bewegungsgröße ermittelt. Dabei können auch beispielsweise an verschiedenen Stellen der zweiten Bewegungsgröße die Abweichungen bestimmt werden und gegebenenfalls aufsummiert werden, um anschließend eine gemittelte Abweichung zu bestimmen. Die Bestimmung der Abweichung erfolgt für die vorbestimmten Werte oder vorbestimmten Kurven für verschiedene Tropfenradien unter Verwendung bereits ermittelter oder im Rahmen eines interativen Verfahrens ermittelten vorbestimmten Werten oder Kurven. Anschließend werden die vorbestimmten Werte oder die vorbestimmte Kurve mit der geringsten Abweichung bzw. der geringsten mittleren Abweichung von den mindestens drei Stützpunkten, den Mittelwerten der mindestens drei Stützpunkte oder den mindestens drei gemittelten Stützpunkten und/oder ggf. der Ausgleichskurve ermittelt, um einen Rückschluss auf den Tropfenradius bestimmen zu können. Um den tatsächlichen Tropfenradius möglichst genau bestimmen zu können, können beispielsweise für Tropfenradien, welche beispielsweise zwischen den Tropfenradien für vorbestimmte Werte oder vorbestimmte Kurven, die geringste Abweichungen zeigen, weitere vorbestimmte Werte oder vorbestimmte Kurven iterativ bestimmt werden, um ggf. vorbestimmte Werte oder Kurven mit noch geringerer Abweichung zu finden, und den Tropfenradius damit noch genauer zu bestimmen.
Die vorbestimmten Werte und/oder die vorbestimmten Kurven der ersten Bewegungsgröße für verschiedene Tropfenradien können beispielsweise durch Simulation der Bewegung mindestens eines, sich entlang einer Flugbahn bewegenden Tropfens bestimmt werden, beispielsweise durch Simulation der zurückgelegten Strecke in Abhängigkeit von der Flugzeit, der Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Flugzeit oder der Beschleunigung in Abhängigkeit von der Flugzeit oder aber der Geschwindigkeit oder der Beschleunigung in Abhängigkeit vom zurückgelegten Weg oder der Beschleunigung in Abhängigkeit von der Geschwindigkeitsentwicklung des Tropfens.
Wie bereits weiter ober angesprochen, hängt das Flug verhalten eines Tropfens abgesehen vom Tropfenradius u. a. von seiner Startgeschwindigkeit und/oder seinen physikalischen Eigenschaften, beispielsweise seiner Dichte, dem Widerstandsbeiwert sowie von seinem Volumen ab. Beispielsweise greifen während des Fluges an einem sich auf einer Flugbahn bewegenden Tropfens einerseits Auftriebskräfte und Reibungskräfte, andererseits eine Gewichtskraft an. Nach dem zweiten Newtonschen Gesetz gilt zwischen der Summe aller Kräfte auf einen Körper, seiner Masse und seiner Beschleunigung: F = m·a(I)
Damit lässt sich unter Berücksichtigung der genannten Kräfte für den Flug des Tropfens die folgende Bewegungsgleichung aufstellen: m·a = m·g – 1 / 2ρ_U·c_w·A·v² – ρ_U·V·g (II), wobei g die Erdbeschleunigung, ρ_U die Luftdichte, C_W der Widerstandsbeiwert und A die Fläche des Körpers ist.
Bei Mikrotropfen kann zumeist von einer kugeligen Form ausgegangen werden, sodass aus dem Volumen direkt der Tropfenradius bestimmt werden kann. Die Bewegungsgleichung vereinfacht sich damit folgendermaßen:
Bei nicht sphärischen Tropfen sind weitere Einflüsse wie z. B. Verformung durch Schwingungen des Tropfens zu beachten.
Abhängig von den o. g. Einflüssen ergibt sich nach dem Verlassen einer beliebigen Tropfenquelle ein charakteristischer Flugverlauf des Tropfens, wobei die Beschleunigung, die stationäre Endgeschwindigkeit sowie die zurückgelegte Wegstrecke wesentlich vom Tropfenvolumen abhängig sind.
Bei der Berechnung der vorbestimmten Werte und/oder der vorbestimmten Kurven werden vorzugsweise die Anfangsgeschwindigkeit und/oder der Widerstandsbeiwert in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Tropfens geändert.
Das Flugverhalten des Tropfens hängt neben den oben genannten Faktoren weiterhin von einer Vielzahl von Faktoren ab, welche vorzugsweise in die Bestimmung der vorbestimmten Werte und/oder der vorbestimmten Kurven der ersten Bewegungsgröße in Abhängigkeit von der zweiten Bewegungsgröße einfließen. So hängen die vorbestimmten Werte und/oder Kurven vom Radius des Tropfens ab, so dass beim Vergleich der vorbestimmten Werte und/oder Kurven mit den Stützpunkten, den Mittelwerten der Stützpunkte oder den gemittelten Stützpunkten oder mit den Ausgleichskurven auf den tatsächlichen Tropfenradius rückgeschlossen werden kann. Desweiteren können die vorbestimmten Werte und/oder Kurven durch die Eigenschaften des Dispensers, insbesondere die Startgeschwindigkeit sowie die Düsengröße und die Druckverhältnisse in der Tropfenquelle (Dispenser) beeinflusst werden. Auch können die physikalischen Eigenschaften des Tropfens, insbesondere die Dichte und/oder die Viskosität und/oder die Oberflächenspannung des Tropfens, eine Rollen spielen.
Ebenso können der Widerstandsbeiwert und die Reynoldszahl einen Einfluss auf die vorbestimmten Werte und/oder Kurven der ersten Bewegungsgröße haben.
Die Flugbahn des Tropfens kann auch von der Frequenz aufeinanderfolgender Tropfen abhängen, da im Falle einer hohen Frequenz ein Windschatteneffekt auftritt. Alternativ oder zusätzlich können die vorbestimmten Werte und/oder Kurven auch von der Verdunstung einzelner oder aller Komponenten des Tropfens abhängen, wobei die Verdunstung beispielsweise durch eine geeignete Sättigung der Umgebung, insbesondere einer Stickstoff- und/oder Wasserstoffsättigung beeinflusst werden kann. Weiterhin spielen bei der Berechnung der vorbestimmten Werte und/oder Kurven die Temperatur des Tropfens und/oder der Umgebung, die Strömung in der Umgebung und die Verformung bei Schwingungen des Tropfens eine Rolle.
Alternativ zur Bestimmung des mittleren Volumens eines Tropfens aus einer Mehrzahl an Tropfen mit Hilfe von vorbestimmten Werten und/oder Kurven der ersten Bewegungsgröße mit Hilfe von Simulationen kann das Volumen des mindestens einen Tropfens und/oder das mittlere Volumen des Tropfens aus einer Mehrzahl an Tropfen auch durch analytisches Lösen mindestens einer Bewegungsgleichung des mindestens einen Tropfens bestimmt werden, beispielsweise durch Lösen der Gleichung III. Die Anfangsbedingungen können dabei durch Ableiten der Ausgleichskurven ermittelt werden.
Die Stützpunkte, die Mittelwerte der Stützpunkte und/oder die mindestens drei gemittelten Stützpunkte können optisch, kapazitiv, mittels Lasermessung, Schallmessung, Infrarotmessung, Radarmessung, durch Ausnutzung des Doppler Effekts, mittels mindestens eines Lautsprechers, durch Messung der Luftbewegung, mittels mindestens einer Lichtschranke und/oder durch Bestimmen der Lichtbrechung gemessen werden. Gegebenenfalls folgt der Messung zum Bestimmen der Stützpunkte, der Mittelwerte und/oder der gemittelten Stützpunkte eine anschließende Berechnung.
Je nach Messverfahren können verschiedene Größen der ersten Bewegungsgröße direkt gemessen werden. So kann beispielsweise der zurückgelegte Weg des Tropfens von der Dispenseraustrittsöffnung durch optische Verfahren, beispielsweise Fotografieverfahren, ermittelt werden.
Vor der Bestimmung der mindestens drei Stützpunkte oder der Mittelwerte der mindestens drei Stützpunkte und/oder vor der Bestimmung der vorbestimmten Werte und/oder Kurven der ersten Bewegungsgröße ist es von Vorteil, wenn eine Kalibrierung erfolgt. Im Falle der Verwendung der Fotografie als Messverfahren kann dazu der Umrechnungsfaktor zur Bestimmung der tatsächlichen Flugstrecke aus der fotografierten Strecke festgelegt werden.
Wie bereits angedeutet, spielt die Verdunstung bei der Vermessung von Mikrotropfen eine wichtige Rolle. Zur Minimierung der Verdunstung während des Fluges ist es vorteilhaft, wenn die Flugbahn des Tropfens innerhalb einer Verdunstungsfalle angeordnet ist, beispielsweise in einem Kanal, in dem eine gesättigte Atmosphäre, insbesondere eine stickstoff- oder wasserstoffgesättigte Atmosphäre, herrscht.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Vorrichtung zur Bestimmung des Volumens mindestens eines sich entlang einer Flugbahn bewegenden Tropfens. Eine solche Vorrichtung weist mindestens ein Messgerät zum Bestimmen von mindestens drei Stützpunkten des mindestens einen Tropfens längs der Flugbahn oder von Mittelwerten der mindestens drei Stützpunkte, wobei die drei Stützpunkte Werte einer ersten Bewegungsgröße des mindestens einen Tropfens in Abhängigkeit von einer zweiten, von der ersten verschiedenen Bewegungsgröße sind. Als Messgerät kommen beispielsweise eine Kamera, insbesondere eine High-Speed-Kamera mit einer Aufnahmefrequenz im Bereich von 20 Hz bis 300.000 Hz, mindestens ein Kondensator, insbesondere ein Plattenkondensator, mindestens ein Laser, mindestens ein Lautsprecher, mindestens ein Infrarotmessgerät, mindestens ein Schallsensor, mindestens eine Lichtschranke und/oder mindestens ein Sensor zur Messung gebrochener Lichtstrahlen oder eine Kombination dieser in Frage. Das Messgerät kann auch als Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungsmesser ausgebildet sein oder ein solches enthalten.
Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung zur Bestimmung des Volumens eines Tropfens weiterhin eine Bestimmungsvorrichtung zum Bestimmen des Volumens jedes Tropfens einzeln und/oder des mittleren Volumens eines Tropfens auf einer Mehrzahl an Tropfen aus den mindestens drei Stützpunkten oder den Mittelwerten der mindestens drei Stützpunkte.
Je nach Ausgestaltung des Messgeräts und/oder der Bestimmungsvorrichtung können eine Vielzahl an Stützpunkten ermittelt und ausgewertet werden. Vorteilhafterweise sind die Stützpunkte regelmäßig verteilt. Vorteilhafterweise ist zumindest einer der Stützpunkte im Bereich von 0,0 bis 0,20 ms, 0,000 bis 0,003 m ab Austrittsöffnung eines Dispensers oder 85 bis 100% der Anfangsgeschwindigkeit des Tropfens bestimmt.
Die Vorrichtung enthält vorzugsweise zur Optimierung der Flugbedingungen des Tropfens einen Messkanal, in welchen die Tropfen vorzugsweise aus einem Dispenser, insbesondere einer Düse, eintreten. Der Mikrodispenser kann extern getriggert sein. Er kann auch eine Austrittsöffnung mit einem Durchmesser im Bereich von 0,1 μm bis 500 μm aufweist. In dem Messkanal herrscht eine im Wesentlichen strömungsfreie Atmosphäre. Der Messkanal ist vorteilhafterweise vertikal angeordnet und als einseitig oder beidseitig geöffneter Schacht ausgebildet. Vorzugsweise ist das Messgerät in dem Messkanal, welcher beispielsweise als Zylinder ausgebildet sein kann, integriert. Vorteilhafterweise herrscht in dem Messkanal eine gesättigte Atmosphäre, insbesondere eine wasserstoff- oder stickstoffgesättigte Atmosphäre.
Um die Temperaturunterschiede während der Messung möglichst gering zu halten, kann es vorteilhaft sein, wenn eine Kaltlichtquelle verwendet wird und/oder Infrarotanteile aus dem verwendeten Licht herausgefiltert werden.
Das Messgerät ist vorzugsweise schwindungsgedämpft angeordnet, so dass möglichst keine Positionsveränderung erfolgt und eine verlässliche Bestimmung des Tropfenvolumens bestimmt werden kann.
Vorzugsweise enthält die Bestimmungseinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Recheneinheit zum Bestimmen und/oder Aufrufen von vorbestimmten Werten und/oder vorbestimmten Kurven der ersten Bewegungsgröße, eine Abgleicheinheit zum Vergleichen der Stützpunkte und/oder der Mittelwerte der Stützpunkte und/oder der gemittelten Stützpunkte und/oder einer Ausgleichskurve durch die Stützpunkte, die Mittelwerte der Stützpunkte oder die gemittelten Stützpunkte mit den vorbestimmten und/oder abgerufenen vorbestimmten Werten und/oder Kurven der ersten Bewegungsgröße, und eine Auswahleinheit zum Bestimmen des Volumens des mindestens einen Tropfens anhand des Vergleichs der Stützpunkte, der Mittelwerte der Stützpunkte, der gemittelten Stützpunkte oder der Ausgleichskurve mit den vorbestimmten Werten oder vorbestimmten Kurven der ersten Bewegungsgröße.
Die Recheneinheit, die Abgleicheinheit und/oder die Auswahleinheit und ggf. eine Bearbeitungseinheit zur Berechnung der Ausgleichskurve durch die mindestens drei Stützpunkte, die Mittelwerte oder die gemittelten Stützpunkte sind vorteilhafterweise als Programm eines Computers ausgebildet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient insbesondere der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur möglichst exakten Bestimmung des Volumens mindestens eines sich entlang einer Flugbahn bewegenden Tropfens.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung des Verfahrens sowie der Vorrichtung zur Bestimmung des Volumens mindestens eines sich entlang einer Flugbahn bewegenden Tropfens zur Bestimmung von Tropfenvolumen. Insbesondere können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung Volumen von Mikrotropfen im Femtoliter- bis Nanoliterbereich bestimmt werden. Eine solche Volumenbestimmung findet insbesondere in der analytischen Chemie, der Biotechnologie, den Biowissenschaften, in der Medizintechnik, in der Klebstoffindustrie, in der Drucktechnik, insbesondere der Tintendrucktechnik und/oder in der Produktion, insbesondere beim Kleben oder Löten Anwendung.
Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Messprinzips ergeben sich wesentliche Vorteile. Das Volumen von Mikrotropfen kann sehr genau ermittelt werden. Desweiteren erfolgt die Messung des Tropfenvolumens berührungslos, d. h. die gemessenen Tropfen können beliebig weiterverwendet werden.
Durch eine Optimierung des Berechnungsalgorithmus ist es möglich, das Messverfahren „inline” zu verwenden. Dadurch ist es möglich, größere Volumina durch die Summierung der Einzeltropfenvolumina exakt zu dispensieren. Ebenso ist das Messverfahren dadurch in einer Volumenregelung von Mikrodispensern verwendbar.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Abbildungen näher erklärt. Es zeigen
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2 eine Überlagerung von Darstellungen eines Tropfens zu verschiedenen Zeitpunkten;
3A bis 3C vorbestimmte Kurven zu unterschiedlichen Tropfenradien für eine erste Bewegungsgröße in Abhängigkeit von einer zweiten Bewegungsgröße;
4 eine Ausgleichskurve durch Stützpunkte sowie eine Simulationskurve;
5 die Abweichung zwischen einer Simulationskurve und einer gemessenen Flugstrecke; und
6 die mittlere Abweichung von vorbestimmten Kurven verschiedener Tropfenradien zu gemessenen Stützpunkten.
1 zeigt einen Dispenser 10, aus dessen Öffnung 11 mit einem Durchmesser von 20 μm/70 μm regelmäßig Tropfen 1 dispensiert werden. Über einen Flugbereich 12, welcher in geringem Abstand von der Dispenseröffnung beginnt, nimmt eine Kamera 20 zu bestimmten Zeitpunkten jeweils ein Bild des Flugbereichs 12 auf und gibt die aufgenommenen Fotos an eine Umwandlungseinheit 30 weiter. Diese analysiert die Fotografien und bestimmt daraus einzelne Stützpunkte, d. h. zu verschiedenen Zeitpunkten zurückgelegte Wege des zu überprüfenden Tropfens.
Die Stützpunkte werden anschließend an eine Bestimmungseinheit 40 weitergeleitet, welche eine Einheit 41 zum Bestimmen einer Ausgleichskurve durch die Stützpunkte, eine Recheneinheit 42, eine Auswahleinheit und eine Abgleicheinheit (beide nicht gezeigt) aufweist. Die Einheit 41 bestimmt die Ausgleichskurve durch die Stützpunkte und die Recheneinheit 42 berechnet basierend auf der aus der Ausgleichskurve bestimmten Anfangsgeschwindigkeiten eine simulierte Flugkurven des Tropfens oder lädt diese aus einem Speicher hoch.
Die Ausgleichskurven der Stützpunkte werden in der Abgleichvorrichtung mit den simulierten Flugkurven für verschiedene Tropfenradien verglichen und die Auswahleinheit wählt anschließend die simulierte Flugkurve aus, deren Abweichung von der Ausgleichskurve minimal ist. Dieser Abgleich kann mit einem vorbestimmten Satz simulierter Kurven erfolgen. Es ist auch möglich, iterativ simulierte Kurven zu bestimmten Radien zu bestimmen und mit der Ausgleichskurve zu vergleichen. Die ermittelte Simulationskurve wird an eine Auswerteeinheit 50 übertragen und der Radius dieser simulierten Flugkurve wird bestimmt. Anschließend wird der ermittelte Radius mit einer Ausgabeeinheit 60 dargestellt.
2 zeigt eine Überlagerung mehrerer Abbildungen eines sich entlang einer Flugbahn bewegenden Tropfens zu verschiedenen Zeiten. Im unteren Bereich der Darstellung ist eine Zeitskala zu erkennen, welche sich aus der Überlagerung der einzelnen Abbildungen, welche zu einem bestimmten Zeitpunkt aufgenommen wurden, ergibt. Aus einer solchen Darstellung kann anschließend, wie am Track-Punkt 1 dargestellt, die Position des Tropfens zu einer bestimmten Zeit bestimmt werden.
Die 3A bis 3C zeigen Kurven einer ersten Bewegungsgröße für einen Tropfenradius r = 34 μm und r = 35 μm. 3A zeigt als erste Bewegungsgröße den zurückgelegten Weg in Abhängigkeit von der vergangenen Flugzeit. Es ist deutlich erkennbar, dass nach einer Flugstrecke von 0,008 m bzw. einer Flugzeit von 0,02 s ein deutlicher Unterschied zwischen den beiden Radien erkennbar wird, obwohl ihr Radius sich lediglich um 1 μm unterscheidet. In der 3A zeigt die untere Kurve die Flugbahn für einen Tropfen mit Radius 34 μm und die obere Kurve die Flugbahn eines Tropfens mit einem Radius von 35 μm.
Die 3B stellt die Geschwindigkeit als erste Bewegungsgröße in Abhängigkeit von der vergangenen Flugzeit dar, wobei die Tropfen unabhängig von ihrem Radius mit einer Anfangsgeschwindigkeit von 0,7 m/s aus der Austrittsöffnung austreten. Nach einer Zeit von ca. 0,01 s bzw. einer Restgeschwindigkeit von 0,4 m/s wird wieder ein Unterschied zwischen den beiden Tropfen mit sich nur um 1 μm unterscheidendem Radius erkennbar. Wiederum zeigt die untere Kurve die Flugbahn für einen Radius von 34 μm und die obere Kurve die Flugbahn für einen Radius von 35 μm.
In 3C wird die Beschleunigung bzw. die Abbremsung des Tropfens in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt. In diesem Fall ist die Abweichung sehr gering und geht aus der dargestellten Form nicht hervor.
4 zeigt wiederum eine Flugbahn, welche beispielsweise aus einer Darstellung, wie sie in 2 gezeigt ist, bestimmt wurde. Weiterhin ist eine Simulation einer Flugkurve für einen Radius r_sim dargestellt. Die Abweichung zwischen den beiden Kurven ergibt sich durch die schraffierte Differenzfläche.
5 zeigt eine vergrößerte Ansicht einer gemessenen Flugbahn und einer simulierten Flugbahn. Ein Balken, welcher zu verschiedenen Messzeitpunkten den Abstand zwischen der ermittelten Flugstrecke und der simulierten Flugbahn darstellt, entspricht der Abweichung an dem jeweiligen Stützpunkt, hier zum Zeitpunkt 0,0176 s. Wird zu verschiedenen Messzeitpunkten jeweils eine Abweichung ermittelt, so kann eine gemittelte Abweichung durch Summation der einzelnen Abweichungen und mittels der Anzahl an Messpunkten berechnet werden.
Für jede simulierte Flugkurve, welche einem Tropfen mit einem bestimmten Radius entspricht, wird eine mittlere Abweichung bestimmt, die, wie in den 3A bis 3C, zumindest vom Radius abhängt. In 6 ist eine Kurve dargestellt, in welcher die einzelnen Werte für die mittlere Abweichung über dem entsprechenden Radius aufgetragen sind. Im Minimum der Kurve ist eine feinere Auflösung dargestellt, d. h. in diesem Bereich werden für Radien mit geringerem Unterschied die Abweichungen ermittelt.

Claims

Verfahren zum Bestimmen des Volumens mindestens eines sich entlang einer Flugbahn bewegenden Tropfens, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Tropfen längs der Flugbahn des Tropfens mindestens drei Stützpunkte bestimmt werden oder dass für eine Mehrzahl an Tropfen längs der Flugbahn der Tropfen Mittelwerte jedes der mindestens drei Stützpunkte bestimmt werden, wobei die drei Stützpunkte Werte einer ersten Bewegungsgröße des mindestens einen Tropfens in Abhängigkeit von einer zweiten, von der ersten verschiedenen Bewegungsgröße des mindestens einen Tropfens sind, und dass aus den mindestens drei Stützpunkten oder den Mittelwerten jedes der mindestens drei Stützpunkte das Volumen jedes Tropfens einzeln und/oder das mittlere Volumen einer Mehrzahl an Tropfen bestimmt wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bewegungsgröße die Zeit, insbesondere die vergangene Flugzeit, der Ort, insbesondere der zurückgelegte Weg, die momentane Geschwindigkeit oder die momentane Beschleunigung des Tropfens ist und/oder dass die zweite Bewegungsgröße die Zeit, insbesondere die vergangene Flugzeit, der Ort, insbesondere der zurückgelegte Weg, die momentane Geschwindigkeit oder die momentane Beschleunigung des Tropfens ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens drei Stützpunkte mehrerer Tropfen gemittelt werden und aus den drei gemittelten Stützpunkten das mittlere Volumen des mindestens einen Tropfens bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Volumens durch die mindestens drei Stützpunkte oder die Mittelwerte der mindestens drei Stützpunkte oder durch die mindestens drei gemittelten Stützpunkte eine Ausgleichskurve gelegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens drei Stützpunkte oder die Mittelwerte der mindestens drei Stützpunkte oder die mindestens drei gemittelten Stützpunkte und/oder gegebenenfalls die Ausgleichskurve mit vorbestimmten Werten und/oder vorbestimmten Kurven der ersten Bewegungsgröße in Abhängigkeit von der zweiten Bewegungsgröße für verschiedene Tropfenradien verglichen werden.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abweichung der mindestens drei Stützpunkte oder der Mittelwerte der mindestens drei Stützpunkte oder der mindestens drei gemittelten Stützpunkte und/oder gegebenenfalls der Ausgleichskurve von den vorbestimmten Werten und/oder vorbestimmten Kurven der ersten Bewegungsgröße ermittelt wird, gegebenenfalls die Summe der Abweichungen und daraus eine mittlere Abweichung bestimmt wird und der vorbestimmte Werte oder die vorbestimmte Kurve mit der geringsten Abweichung oder der geringsten mittleren Abweichung von den mindestens drei Stützpunkten oder den Mittelwerte der mindestens drei Stützpunkte oder den mindestens drei gemittelten Stützpunkten und/oder gegebenenfalls der Ausgleichskurve ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmten Werte und/oder die vorbestimmten Kurven der ersten Bewegungsgröße für verschiedene Tropfenradien durch Simulation der Bewegung des mindestens einen sich entlang einer Flugbahn bewegenden Tropfens bestimmt werden.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Widerstandsbeiwert bei der Simulation zumindest in Abhängigkeit der Geschwindigkeit und/oder des Radius geändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmten Werte der ersten Bewegungsgröße und/oder die vorbestimmten Kurven der ersten Bewegungsgröße in Abhängigkeit des Radius, der Startgeschwindigkeit, den physikalischen Eigenschaften des mindestens einen Tropfens, insbesondere der Dichte und/oder der Viskosität und/oder der Oberflächenspannung, des Widerstandsbeiwerts des Tropfens, der Reynoldszahl, der Frequenz aufeinander folgender Tropfen, der Verdunstung einzelner Komponenten des Tropfens, der Temperatur, der Sättigung der Umgebung, insbesondere der Stickstoff- und/oder Wasserdampfsättigung, der Strömung der Umgebung, der Verformung bei Schwingungen des mindestens einen Tropfens und/oder den Verhältnissen, insbesondere den Druckverhältnissen und/oder dem Düsendurchmesser, in einer verwendeten Tropfenquelle bestimmt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des mindestens einen Tropfens oder das mittlere Volumen mehrere Tropfen durch analytisches Lösen mindestens einer Bewegungsgleichung eines mindestens einen Tropfens bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Stützpunkte oder die Mittelwerte der drei Stützpunkte oder die drei gemittelten Stützpunkte optisch, kapazitiv, mittels Lasermessung, Schallmessung, Infrarotmessung, Radarmessung, durch Ausnutzung des Doppler Effekts, mittels mindestens eines Lautsprechers, durch Messung der Luftbewegung, mittels mindestens einer Lichtschranke und/oder durch Bestimmen der Lichtbrechung bestimmt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Bestimmung der mindestens drei Stützpunkte oder der Mittelwerte der mindestens drei Stützpunkte und/oder vor der Bestimmung der vorbestimmten Werte oder Kurven der erste Bewegungsgrößen eine Kalibrierung erfolgt.
Vorrichtung zur Bestimmung des Volumens mindestens eines sich entlang einer Flugbahn bewegenden Tropfens gekennzeichnet durch mindestens ein Messgerät zum Bestimmen von mindestens drei Stützpunkten des mindestens einen Tropfens längs der Flugbahn des mindestens einen Tropfens oder von Mittelwerten jeder der mindestens drei Stützpunkte, wobei die drei Stützpunkte Werte einer ersten Bewegungsgröße des mindestens einen Tropfens in Abhängigkeit von einer zweiten, von der ersten verschiedenen Bewegungsgröße sind, und eine Bestimmungsvorrichtung zum Bestimmen des Volumens jedes Tropfens einzeln und/oder des mittleren Volumens einer Mehrzahl an Tropfen aus den mindestens drei Stützpunkten oder den Mittelwerten der mindestens drei Stützpunkte.
Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Optimierung der Flugbedingungen des Tropfens einen Messkanal aufweist, in welchem eine im Wesentlichen strömungsfreie Atmosphäre herrscht, wobei der Messkanal insbesondere als vertikal angeordneter, einseitig oder beidseitig geöffneter Schacht ausgebildet ist, in dem insbesondere das mindestens eine Messgerät integriert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät schwinungsgedämpft angeordnet ist und/oder mindestens eine Kamera, insbesondere eine Hochgeschwindigkeitskamera, mindestens einen Geschwindigkeitsmesser und/oder mindestens einen Beschleunigungsmesser enthält oder daraus besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmungseinheit aufweist: eine Recheneinheit zum Bestimmen und/oder Aufrufen von vorbestimmten Werten und/oder vorbestimmten Kurven der ersten Bewegungsgröße; eine Abgleicheinheit zum Vergleichen der drei Stützpunkte oder der Mittelwerte der drei Stützpunkte oder gemittelter Stützpunkte und/oder einer Ausgleichskurve durch die drei Stützpunkte oder durch die Mittelwerte der drei Stützpunkte oder durch die gemittelten Stützpunkte oder durch die Mittelwerte mit den bestimmten und/oder abgerufenen vorbestimmten Werten und/oder vorbestimmten Kurven der ersten Bewegungsgröße; und eine Auswahleinheit zum Bestimmen des Volumens des mindestens einen Tropfens anhand des Vergleichs der drei Stützpunkte oder der Mittelwerte der drei Stützpunkte oder der gemittelten Stützpunkte oder der Ausgleichskurve mit den vorbestimmten Werten und/oder vorbestimmten Kurven der ersten Bewegungsgröße, wobei die Recheneinheit, die Abgleicheinheit und/oder die Auswahleinheit und gegebenenfalls eine Bearbeitungseinheit zur Berechnung der gemittelten Stützpunkte und/oder einer Ausgleichskurve durch die mindestens drei Stützpunkte oder die Mittelwerte der drei Stützpunkte oder der gemittelten Stützpunkte insbesondere als Software eines Computers ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 einsetzbar ist.
Verwendung des Verfahrens zur Bestimmung des Volumens mindestens eines sich entlang einer Flugbahn bewegenden Tropfens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und/oder der Vorrichtung zur Bestimmung des Volumens mindestens eines sich entlang einer Flugbahn bewegenden Tropfens nach einem der Ansprüche 13 bis 17 zur Bestimmung von Tropfenvolumen, insbesondere von Mikrotropfen mit einem Volumen im Femtoliter- bis Nanoliterbereich, in der analytischen Chemie, der Biotechnologie, den Biowissenschaften, in der Medizintechnik, in der Klebstoffindustrie, in der Drucktechnik, insbesondere in der Tintendrucktechnik, und/oder in der Produktion, insbesondere beim Kleben oder Löten.