馮小麗

(河南省舞陽(yáng)縣農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)校，河南 舞陽(yáng) 462400)

0 引 言

注射泵是一種液體計(jì)量和傳輸機(jī)構(gòu)，它具有結(jié)構(gòu)緊湊、高性能、高可靠性、高精密度等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛配套應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室分析儀器及樣品前處理設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)液體樣品的準(zhǔn)確計(jì)量、傳輸、稀釋和分配。

目前，注射泵作為液體計(jì)量的關(guān)鍵部件，在原子吸收分光光度計(jì)、原子熒光分光光度計(jì)、液相及氣相色譜儀等液體進(jìn)樣的儀器中的應(yīng)用非常普遍。注射泵的技術(shù)和性能指標(biāo)的好壞，直接決定著分析儀器測(cè)試指標(biāo)的精度和運(yùn)行的可靠性。實(shí)驗(yàn)室分析儀器中常用的是推拉式單通道注射泵。詳細(xì)介紹了注射泵在分析儀器設(shè)計(jì)中的選型方法和常見(jiàn)故障處理方法，對(duì)實(shí)驗(yàn)室分析儀器的設(shè)計(jì)和使用具有非常重要的指導(dǎo)價(jià)值和借鑒意義。

1 注射泵的結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1 注射泵的結(jié)構(gòu)

注射泵的結(jié)構(gòu)如圖1所示。注射泵的核心元件是注射器。注射器在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，帶動(dòng)同步帶和絲桿傳動(dòng)，完成注射器的推拉動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)吸液和排液功能[1-2]。步進(jìn)電機(jī)上的編碼器用于位置反饋。

注射閥為兩位三通閥，具有1個(gè) “NO”，1個(gè) “NC”口和1個(gè) “COM”，閥芯在步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)下完成閥口轉(zhuǎn)換。通常， COM”直接或通過(guò)管路與注射器的注射口相連，“NO”和“NC”口一端與待吸樣品或試劑相連，另一端與分析儀器的檢測(cè)器相連。

圖1 注射泵結(jié)構(gòu)圖1.注射閥 2.步進(jìn)電機(jī)(驅(qū)動(dòng)注射閥用) 3.注射閥用編碼器 4.注射閥定位光電開(kāi)關(guān) 5.注射器 6.注射器驅(qū)動(dòng)元件 7.絲桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 8.同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 9.步進(jìn)電機(jī)(驅(qū)動(dòng)注射器用) 10.注射器定位編碼器 11.注射器定位光電開(kāi)關(guān)

1.2 注射泵的工作原理

注射泵的工作原理如圖2所示。注射泵的工作過(guò)程包括吸液和排液兩個(gè)過(guò)程。

吸液時(shí)，注射閥的“NO”口與“COM”口連通，步進(jìn)電機(jī)推動(dòng)注射器的活塞桿向下運(yùn)動(dòng)，把液體樣品吸入注射器或與注射器相連的管路中。

排液時(shí)，注射閥切換位置“COM”口與“NC”口連通。步進(jìn)電機(jī)推動(dòng)注射器的活塞桿向上運(yùn)動(dòng)，將吸入的液體樣品通過(guò)注射閥的“NC”口輸送給至分析儀器以供檢測(cè)。

注射泵的吸液速度和排液速度以及一次的吸液量通過(guò)軟件控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖2 注射泵工作原理圖

2 注射泵的選型步驟

注射泵在選型時(shí)需要考慮以下因素：計(jì)量范圍(或線性范圍)；計(jì)量精度及分辨率；計(jì)量準(zhǔn)確度；計(jì)量重復(fù)性；液體中的化學(xué)成分及其特性，如酸堿性、腐蝕性、是否為有機(jī)溶劑等；液體的流量、壓力；使用壽命等。具體的選型步驟：

(1) 根據(jù)一次進(jìn)樣體積選擇注射器規(guī)格

注射器的規(guī)格應(yīng)與進(jìn)樣體積相匹配，根據(jù)儀器所需一次進(jìn)樣體積的大小，確定注射器的規(guī)格。常見(jiàn)的注射器規(guī)格有100 μL、500 μL、1 mL、5 mL、10 mL。否則，容易產(chǎn)生較大的體積誤差。

(2) 根據(jù)介質(zhì)的特性選擇注射泵接液部位材質(zhì)

實(shí)驗(yàn)室常用的液體試劑都具有一定的酸堿性、化學(xué)腐蝕性或?yàn)橛袡C(jī)溶劑，接液部位的材質(zhì)不得與介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)或干擾分析結(jié)果。化學(xué)分析常用的注射器針筒采用硼硅酸鹽玻璃，活塞采用聚四氟乙烯，注射閥閥體采用聚三氟氯乙烯，保證注射泵具有很高的耐化學(xué)腐蝕性和較長(zhǎng)的使用壽命。如果計(jì)量的液體為有機(jī)溶劑，可以考慮PEEK材質(zhì)的注射閥和注射器。PEEK材料具有優(yōu)異的機(jī)械性能、耐化學(xué)品腐蝕、耐有機(jī)溶劑，但價(jià)格較貴。

(3) 根據(jù)設(shè)計(jì)空間選擇注射泵額定行程，根據(jù)進(jìn)樣精度選擇注射泵的行程分辨率

目前，市場(chǎng)上標(biāo)準(zhǔn)的注射泵的額定行程分為30 mm和60 mm兩種。根據(jù)預(yù)留的設(shè)計(jì)空間選擇采用30 mm或60 mm行程的注射泵。注射泵的行程分辨率有：0.01 mm/步、0.03 mm/步、0.06 mm/步等規(guī)格，需要根據(jù)化學(xué)測(cè)試過(guò)程中的進(jìn)樣精度要求合理選擇。

(4) 選擇注射泵的分配點(diǎn)精度和分配重復(fù)精度

根據(jù)儀器對(duì)樣品的計(jì)量精度和計(jì)量重復(fù)性的要求，選擇注射泵的分配點(diǎn)精度和分配重復(fù)精度。目前，注射泵的分配精度的測(cè)試方法沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，有在全行程測(cè)量的，也有在1/10行程。例如：保定蘭格的MSP1-D1注射泵的液量準(zhǔn)確度誤差和重復(fù)性誤差均在額定行程時(shí)測(cè)量；北昂儀器公司S60系列注射泵其測(cè)量數(shù)值為全行程測(cè)量，采用5 000 μL注射器，室溫下蒸餾水環(huán)境；美國(guó)IMI公司NX3注射泵的測(cè)量數(shù)值是在1/10行程，去離子水環(huán)境下測(cè)量的。此外，每個(gè)廠家的性能指標(biāo)也有差異，選型時(shí)需要注意。

(5) 確認(rèn)注射泵的通信接口和通信協(xié)議，能否與設(shè)計(jì)的儀器主機(jī)匹配。

3 注射泵的常見(jiàn)故障和處理方法

注射泵的常見(jiàn)故障主要有：注射器腐蝕、注射器內(nèi)產(chǎn)生氣泡、液體管路滲漏、液路交叉污染等。

(1) 注射器腐蝕問(wèn)題

原因：具有腐蝕性的液體樣品直接進(jìn)入注射器內(nèi)或揮發(fā)性腐蝕樣品的揮發(fā)氣體進(jìn)入注射器內(nèi)，造成注射器腐蝕。處理方法：注射器與注射閥的“COM”口之間用一段較長(zhǎng)的聚四氟管連接，保證吸液時(shí)，樣品不進(jìn)入注射器，而是充滿在連接管中[3]。

(2) 液體管路滲漏問(wèn)題

注射器筒體滲漏、管路接頭處滲漏。滲漏的原因有：樣品結(jié)晶，造成注射器密封不嚴(yán)；注射器安裝固定后不呈垂直狀態(tài)造成活塞磨損嚴(yán)重或針筒及注射閥產(chǎn)生裂紋；排液時(shí)注射速度過(guò)快，管路接頭未擰緊等[4]。處理方法： ①裝配校正，保證注射器固定后在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不產(chǎn)生附件應(yīng)力；②在注射器活塞底部固定螺帽和金屬墊中間加彈性固定墊，吸收振動(dòng)；③設(shè)計(jì)專用的手?jǐn)Q接頭擰緊工裝，確保接頭擰緊[5]。

(3) 注射器內(nèi)部產(chǎn)生氣泡

注射器內(nèi)產(chǎn)生氣泡影響進(jìn)樣的準(zhǔn)確度，從而影響測(cè)試結(jié)果。氣泡產(chǎn)生的原因主要有：①樣品內(nèi)部產(chǎn)生氣體。處理方法：用脫氣機(jī)或超聲波清洗機(jī)脫氣，或者將蒸餾水加熱除氣；②注射器內(nèi)壁及活塞不潔凈造成清洗液表面張力的改變，產(chǎn)生了氣泡。處理方法：定期用稀鹽酸、稀硝酸、蒸餾水或有機(jī)溶劑清洗注射器的針筒內(nèi)壁和活塞；③活塞密封環(huán)漏氣。處理方法：更換密封環(huán)或更換注射器；④管路接頭處漏氣。處理方法：增加密封圈。

(4) 管路交叉污染問(wèn)題

分析儀器測(cè)試樣品種類繁多，濃度高低不同。不同種類的樣品及不同濃度的同類樣品之間均會(huì)對(duì)管

路產(chǎn)生交叉污染。處理方法：每次測(cè)試前后及測(cè)試過(guò)程中，均要對(duì)管路進(jìn)行充分的清洗。清洗溶劑可選擇蒸餾水、去離子水、酒精或稀酸溶液或其它有機(jī)溶劑。

(5) 延長(zhǎng)注射器使用壽命的方法

注射器長(zhǎng)時(shí)間使用后，把注射器推桿頭取出，浸入去離子水或蒸餾水里面清洗，然后再推入注射針筒，反復(fù)推5～6次。

4 結(jié) 語(yǔ)

注射泵是常見(jiàn)的液體計(jì)量裝置，在實(shí)驗(yàn)中合理使用注射泵能夠精確地控制各種試劑的使用量，并可以大大減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。詳細(xì)介紹了注射泵在分析儀器設(shè)計(jì)中的選型方法步驟和實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的常見(jiàn)故障及處理方法，對(duì)儀器的設(shè)計(jì)人員和使用人員具有重要的借鑒意義。

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