微型流动分离分析系统的输液问题

　　国际上微型流动分析芯片在20年前就开始出现,但是商品化的仪器则是近几年的事。微制造技术的进步使得20μm以上微通道网的设计和加工可以较容易地实现。但是如下三个问题至今没有真正解决:液体输送、检测、实际样品的预处理和进样。本文集中讨论液体输送问题。

　　1　微型流动分离分析系统输液形式,输液要求及存在的问题

　　与常规分离分析系统不同的是,微型流动分离分析系统的液体流量在nL/min级至50μL/min(即10-5~10-9L/min),并要求流量/压强可控、流动相组成和流向可控。目前微系统常用两类液体驱动形式:1)电渗驱动。如CE或CEC分离分析———没有泵系统,无压差;它的缺点是只能驱动可产生电渗流的介质,而且流量与介质有关。2)机械力驱动。如流动注射分析用的压电陶瓷输液泵, Pmax =0·2MPa;它的体积很小,制作在芯片上,但使用寿命短。还有小型注射泵,Pmax=0·7MPa,以及行星齿轮泵,其Pmax=3MPa。

　　微型高效分离分析系统因含有高效微型色谱柱,阻力很大,要求高压输液。微型流动分离分析系统输液的要求如下:

　　1)输液脉动小于3%,重现性误差<1%,流量准确度误差≤±10%,以保证保留时间的重复性和定性定量的精度;

　　2)高效分离分析系统,压强10(-35)MPa,液体流量50nL/min~50μL/min;

　　3)流动注射分析系统,压强0·2(-3)MPa,液体流量200nL/min~200μL/min;

　　4)更换溶剂方便,死空间小,易于清洗和更换溶剂;

　　5)必须耐酸、碱、有机溶剂和缓冲溶液腐蚀。

　　就目前的技术和输液泵的激励原理而言,流量在2μL/min以下,压强在3MPa以上的液体输送是非常困难的。因为在3MPa以上时,绝大多数的输液是靠活塞杆驱动,动态密封不可避免。动态密封的渗漏量一般在0·1μL/min以上,而且是不可控的。微型分析系统又不允许使用大泵,否则微型化的意义就大打折扣。

　　2　商品输液泵评述

　　以物理原理分类,目前的商品输液泵有如下三类:活塞式———活塞直接和流动相接触,含动态密封和单向阀,如图1所示。该类泵主要有往复泵、注射泵(包括电机、气动和电磁力驱动)。目前微型泵重250g,分辨率0·1μL,每冲程50μL,Pmax=0·2MPa和Pmax=3MPa两种。因有动态密封,在3MPa以上时μL/min级流量不准确,拌有压力和流量波动。特别在较高压强下,流量误差较大。

　　隔膜式———驱动力通过某种介质推动隔膜,隔膜

　　再压缩或吸入流动相,含单向阀,如图2所示。该类泵主要有隔膜泵(包括电机、气动、电磁力和压电驱动)和蠕动泵(主要是电机驱动)。前者在0·2MPa以上时不能提供稳定的μL/min级流量,后者流量误差大,压强低。最好的微型泵重250g,分辨率0·1μL,每冲程50μL,Pmax=0·03MPa。