一款能够实现连续推液的新型注射泵及其应用

林春生

（睿科集团（厦门）股份有限公司，福建 厦门 361000）

0 引言

目前市面上用于打液体的泵有注射泵、蠕动泵、隔膜泵、叶片泵和齿轮泵等。

蠕动泵、隔膜泵等的打液方式为一节一节地推进液体，在一些需要稳定流速、持续不断打液的应用中无法使用，如蛋白纯化应用，其对注射器的连续推液及推液精度、稳定性均要求很高[1]。或者对比较敏感的SPE（固相萃取）应用，注射泵缓慢吸液时是不推液的，这段时间有可能出现SPE 柱填料干燥，影响提取效果。市面上的注射泵的结构方式是一个电机驱动一个注射器通过切换阀进行吸液、推液且吸液时是不推液的，这不仅浪费时间，还可能会对某些应用效果产生影响。

所以市场亟需一款既能够保留注射泵的高精度及高稳定性，又能够拥有类似蠕动泵等大流量推液的产品。

1 旧、新型注射泵结构原理

1.1 传统注射泵的主要结构及原理

传统注射泵吸液、推液方式是一个电机驱动一个注射器，再通过切换阀进行吸液、推液，吸液时是不推液的。其缺点是注射泵需要有吸液和推液动作，在吸液时不能同时推液。如设置注射器吸液推液速度为10mL/min，采用10mL 的注射器，注射泵则需要花1min 进行抽液，再花1min 进行推液。在注射器吸液的1min 内，SPE 或者净化柱灯内是不通过液体的，其间柱子有可能会干掉，还有可能会对其他应用效果产生影响。如果进行上样的液体容量大，需要不停地进行吸液、推液动作，例如要上样1000mL 的样品，同样采用10mL 注射器，则需要吸液、推液各100 次，而每次吸液都占据了较多时间，如果还是按照10mL/min 的吸液、推液速度，则有1000min 是不推液的，无法实现连续打液功能[2]。

1.2 新型注射泵的主要结构及流路原理

新型的注射泵主要原理为一个电机驱动一大一小2 个注射器，通过单电机驱动实现双轨反向运动，进而实现连续推液。如图1 所示。新型注射泵结构由基座、三通阀（多通阀）、1 号注射泵、1 号滑轨、1 号滑块、三通、2 号注射泵、2 号滑轨、2 号滑块、电机、主动带轮、皮带（同步带）以及从动带轮组成。

图1 新型注射泵结构图

如图1（a）所示，三通阀固定于基座最上方，主动带轮锁在电机轴上，并与基座固定于三通阀下面。电机的下面左右各锁一组滑轨、滑块（1、2 号滑轨、滑块）。滑块可以在滑轨上下滑动，最下面则固定着从动带轮。主动轮和从动轮通过一根同步带连接[3]。电机转动时，主动轮通过同步带，驱动从动轮进行顺时针或逆时针转动。1、2 号滑块分别固定在同步带的左右侧，当电机驱动主动轮顺时针转动时，同步带驱动1 号滑块上行，驱动2 号滑块下行；当电机逆时针转动时，则反之。如图1（b）所示，三通阀下面左边固定着两通，1 号注射器（10mL）与两通的下口对接，上口则用软管接到三通阀的COM 端。三通阀下面的右侧固定着三通，2 号注射器（10mL）与三通的下口对接，上口则用软管接到三通阀的NC 端，右侧出口则连接到应用区，如SPE 柱等。三通阀的NO 端可直接连接样品和溶剂，或者可连接其他多通阀进行溶剂或样品选择。1、2 号注射器的活塞杆则通过销与1、2 号滑块固定。1、2 号滑块上下滑动时，驱动注射器的活塞杆上下运动，以此实现推液和吸液[4]。

流路原理图如图2 所示。

图2 新型注射泵流路图

1.3 新型注射泵的动作原理

例如需要大流量进样1000mL 样品，需要以10mL/min 的速度将溶剂过SPE 柱，总量为1000mL。

新型注射泵的详细动作如下：

电机驱动主动带轮逆时针旋转，1 号滑块带动1 号注射器（10mL 容量注射器）的活塞杆往下运行，以20mL/min 的速度抽液。此时三通阀的NO 与COM 通，液体通过NO 流进1 号注射器。与此同时2 号滑块带动2 号注射器的活塞杆向上运行，进行推液，此时三通阀的NC 端为关闭状态，2 号注射器推出的液体只能通过三通流向右侧到SPE 柱上。由于2 号注射器（5mL）的规格是1 号注射器（10mL）的一半，皮带左侧下行速度与皮带右侧上行速度是一致的，因此2 号注射器推出液体的速度为1 号注射器吸液速度的一半，即从2 号注射器出来的液体过SPE 柱的流速为10mL/min。如图3所示。

图3 1 号泵抽液、2 号泵推液

然后在1 号注射泵抽到底的瞬间，三通阀切换成NC 与COM 通。电机驱动主动轮改为顺时针旋转，1 号滑块带动1号注射器的活塞杆往上运行，用20mL/min 的速度推液。与此同时，2 号滑块带动2 号注射器的活塞杆往下运行进行抽液，此时NO 端为关闭状态，1 号注射器推出的液体通过NC端流向三通。由于2 号注射器在同步抽液，因此1 号注射器流出的液体被分流了，一部分流向2 号注射器，另一部分流向SPE 柱。由于2 号注射器的规格是1 号注射器的一半，2号注射泵的抽液速度为10mL/min，1 号注射器打出去的液体有一半会被吸进2 号注射器，因此实际过SPE 柱的流速为10mL/min。如图4 所示。

图4 1 号泵抽液、2 号泵推液

如此反复，只要驱动电机进行正反转切换，并以1 号规格注射器以20mL/min 的速度进行抽液及推液，即可实现以10mL/min 的速度连续进液到SPE 柱。

2 新型注射泵的实际应用

该文根据中山市质量技术协会发布的《水质 磺胺类抗生素的测定 固相萃取-超高效液相色谱-质谱法》中的固相萃取环节，用新型注射泵搭建了如图5 所示的流路图进行快速固相萃取。

如图5 所示，新型注射泵的三通阀NO 端连接一套12通切换阀，用于选择各种溶剂及样品等。新型注射泵2 号注射泵上的三通右出口先连接一个三通切换阀，用于切换氮气[5]。

图5 固相萃取流路图

质谱法中的固相萃取：先进行SPE 柱的活化，活化方法为依次用6mL 甲醇和6mLH2O 活化SPE 柱（固相萃取柱）。动作为先将出液口插入SPE 柱，并将SPE 柱移动至排废槽上方，12 通阀切换至1 号口（甲醇）。主动轮逆时针转动，抽取6mL 甲醇。此时2 号注射泵排出空气。然后主动轮以2mL/min的速度顺时针转动，甲醇已1mL 的速度分流至2 号注射器及SPE 柱中。同时12 通阀切换至2 号口（H2O 超纯水），1号注射器推到底后，主动轮切换为2mL/min 的速度逆时针转动。1 号注射泵以2mL/min 的速度抽取6mL 超纯水H2O，此时2 号注射泵以1mL/min 的速度继续将甲醇推至SPE 柱。抽完6mL 超纯水的同时，2 号注射泵也推完了甲醇。接着主动轮继续切换为2mL/min 的速度顺时针转动。1 号注射泵以1mL/min 的速度继续推液，将其中的H2O 推入SPE 柱及2 号注射器。同时12 通阀切换至3 号口（样品）。1 号注射器推到底后，主动轮切换为2mL/min 的速度逆时针转动，开始抽取样品（1000mL 水样），并将2 号注射器内的H2O 全部过柱SPE 柱，此时SPE 柱活化完成。此时开始上样1000mL水样。1 号注射泵抽到底后，主动轮切换成顺时针转动，以16mL/min 的速度进行推液。样品以8mL/min 的速度分流至2号注射器及SPE 柱中。重复此动作，直到完成1000mL 的水样过柱。上样完成后，12 通阀切换回2 号口继续抽10mL 的超纯水H2O 过柱SPE 柱进行淋洗。去除SPE 柱上保留软弱的杂质。完成淋洗后，新型注射泵及12 通阀停止运行，打开右侧三通阀，氮气从NC 端进入、从COM 端出吹干SPE柱，吹干后将SPE 柱移动至收集管的上方。最后收集洗脱液，即将12 通阀切换到1 号口，用新型注射泵以重复动作抽取12mL 甲醇，并以1mL/min 的速度过柱SPE 柱，将SPE 柱内的萃取物收集至收集管内，并浓缩至0.5mL，加入0.5mL 水和1.0μL 内标液，滤膜过滤后置于样品瓶内等待测试即可。

通过以上操作即可完成固相萃取环节，该环节可以节省一半的1000mL 进样时间。

3 结论

综上所述，与传统的注射泵、蠕动泵相比，新型注射泵具有如下优势：1）保留了注射泵精度远高于蠕动泵精度这个优点。2）实现了类似蠕动泵的可以大流量连续推液的功能。3）实现了稳定输出，具备蠕动泵不具备的标准曲线功能。4）传统注射泵在吸液时，新型注射泵可以吸液、推液同时进行，比传统注射泵提高了一倍效率。