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Marktübersicht: Dosierpumpen Präzise Pumpen im Labor

Autor: Christian Lüttmann

Dosierpumpen liefern exakte Flüssigkeits­mengen – wieder und wieder. Doch für verschiedene Anwendungen sind auch verschiedene Pumpentypen vorzuziehen. Diese Marktübersicht dient als erste Orientierung über Hersteller und Modelle von Dosierpumpen.

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Wiederholt präzise – das ist eine zentrale Anforderung an Dosierpumpen im Labor
Wiederholt präzise – das ist eine zentrale Anforderung an Dosierpumpen im Labor
(Bild: JAKKAPAN JABJAINAI)

Liquid Handling stellt einen wesentlichen Teil der Laborarbeit dar. Damit ist jeder Prozess gemeint, bei dem Flüssigkeiten von einem Ort zu einem anderen Ort transportiert werden. Neben dem Pipettieren per Hand ist dabei auch das (halb)automatische Dosieren eine häufig vertretene Form des Liquid Handling. Hierbei sorgen präzise Pumpen mit einer entsprechenden Steuerungssoftware dafür, dass die gewünschten Mengen an flüssigen Reagenzien im Reaktionsgefäß landen.

Genauigkeit – wie präzise soll es sein?

Weil der Fokus im Labor auf der Genauigkeit und Reproduzierbarkeit liegt, optimieren Hersteller diese Faktoren bei ihren Pumpen immer weiter. Je nach Ausführung sind Dosierpumpen in der Lage, kleinste Volumina von einem Milliliter bis hin zu lediglich einem Mikroliter zuzudosieren. Die Dosiergenauigkeit liegt dabei üblicherweise im Bereich von ein bis zwei Prozent.

Ob eine Dosierpumpe „gut“ ist, hängt aber v.a. davon ab, für welchen Einsatz sie gedacht ist. So ist in vielen Fällen eine Mikroliter-genaue Dosierung nicht notwendig, und es genügt, wenn die Pumpe z.B. auf 0,1 mL genau arbeitet. Die Spezifikationen der Pumpe müssen der geplanten Anwendung entsprechend ausgelegt sein.

Besonders aufmerksam müssen Anwender sein, wenn sie korrosive Medien dosieren wollen. Denn dafür müssen alle medienberührenden Teile der Pumpe entsprechend beständig sein. Am einfachsten ist das, wenn nur die Leitung selbst mit dem Medium Kontakt hat. Dies mag ein Grund sein, warum in Laboranwendungen häufig Schlauchpumpen zum Einsatz kommen.

Schlauchpumpe oder Exzenterschnecke?

Bei diesen so genannten Peristaltikpumpen wird ein flexibler Schlauch in ein kreisförmiges Gehäuse eingelegt, wo Rollen über den Schlauch walzen. Die Flüssigkeit wird dadurch vor der zusammengedrückten Stelle hergeschoben – ähnlich wie Zahnpastareste durch Zusammendrücken der Tube zwischen zwei Fingern heraufbefördert werden. Es haben also keine anderen Pumpenteile mit dem Medium Kontakt, sodass Schlauchpumpen äußerst wartungsarm und bei entsprechend gewähltem Schlauchmaterial auch für korrosive Medien geeignet sind. Wartung und Pflege beschränkt sich größtenteils auf das Inspizieren und Austauschen des verwendeten Schlauchs. Wenn besonders hohe Reinheit gefordert ist, kann man beispielsweise einen Schlauch exklusiv für eine bestimmte Versuchsvorschrift nutzen, um Kreuzkontaminationen zu vermeiden. Grundsätzlich lässt sich der Schlauch aber leicht durch Spülen mit Wasser oder einer geeigneten Reinigungslösung reinigen.

Die Grenzen der Schlauchpumpe sind allerdings schnell erreicht, wenn die zu dosierenden Flüssigkeiten sehr viskos sind. Dann ist eine Exzenterschnecke empfehlenswert, die selbst hochviskose Medien effizient fördern kann. Dabei erreicht die Pumpe mit dem Endloskolbenprinzip eine pulsationsfreie Förderung und damit eine gleichmäßigere Dosierung als die Schlauchpumpe. Die Genauigkeit der Dosierung wird zudem dadurch erhöht, dass die Pumprichtung umgekehrt werden kann, um einen kontrollierten Fadenabriss zu erreichen.

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Leitungen nicht vernachlässigen

Eine Pumpe ist aber nie isoliert zu betrachten – auch die angeschlossenen Leitungen gehören zu dem System und sind eine oft unterschätzte Fehlerquelle. „Ist der Durchmesser der Einlaufleitung zu klein gewählt, kann durch Kavitation Gas aus der Flüssigkeit austreten, was das Pumpergebnis verfälscht“, erklärt Jürgen Prochno von Lee Hydraulische Miniaturkomponenten. Das sorgt für Abweichungen in der Dosierung und kann im schlimmsten Fall Versuchsansätze oder ganze Chargen unbrauchbar machen. Und auch bei der Auslaufleitung müssen die Proportionen stimmen. „Ist der Durchmesser hier zu groß gewählt, lässt sich eine genaue Minimaldosierung nämlich kaum durchführen“, führt Prochno aus.

Apps und Fernüberwachung – „Soft Skills“ von Pumpen

Generell von Vorteil ist eine leichte, intuitive Bedienbarkeit der Geräte. Hierzu entwickeln die Hersteller übersichtliche Benutzeroberflächen, die man idealerweise in einer Live-Demonstration selbst testet. So kann man am besten feststellen, ob die Menüführung leicht verständlich und übersichtlich gestaltet ist. Touchscreens zur Navigation und Steuerung gehören bei vielen Produkten bereits zum Standard. Und auch ein Assistent zum Erkennen und Beheben von Fehlern ist in der Programmierung einiger Geräte enthalten.

In Zukunft wird wie bei allen Laborgeräten die Vernetzung untereinander eine immer größere Rolle spielen. Remote-Steuerung und Überwachung von zu Hause per Smartphone sind Beispiele für solche Technologietrends, die auch bei Dosierpumpen im Labor die Arbeit weiter vereinfachen werden.

Die ideale Dosierpumpe zusammenstellen

Für die Wahl der am besten geeigneten Pumpe sind also viele Faktoren wichtig. Entscheidend für die Auslegung ist, dass man die benötigte Pumpleistung und die erforderliche Genauigkeit der eigenen Prozesse einschätzt. Normalerweise können Basismodelle durch andere Pumpköpfe, -antriebe und spezielle Schläuche an die Erfordernisse im eigenen Labor optimal angepasst werden. Dadurch ergibt sich eine Vielfalt an Möglichkeiten, sodass es empfehlenswert ist, sich mit einer konkreten Dosieraufgabe direkt an die Hersteller zu wenden und gemeinsam eine optimale Lösung zu erarbeiten.

Einen ersten Überblick über einige Pumpenhersteller und deren Systeme gibt die Marktübersicht in dem Whitepaper bzw. in der interaktiven Tabelle. Die Unternehmen hatten die Möglichkeit, zwei Geräte aus ihrem Portfolio vorzustellen. Die Übersicht beruht auf Selbstauskünften der teilnehmenden Firmen und erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit.

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Über den Autor

 Christian Lüttmann

Christian Lüttmann

Redakteur, Vogel Communications Group GmbH & Co. KG