Вариативный микрофлюидный кран-дозатор для газовой хроматографии

Миниатюризация с внедрением в аппаратурную часть хроматографа микрофлюидных систем и устройств является одним из основных подходов при создании современной газохроматографической аппаратуры. Для вариативного дозирования пробы в автоматическом режиме на основе микроэлектромеханических систем был разработан микрофлюидный кран-дозатор, который позволяет проводить многоточечную калибровку при применении одной поверочной газовой смеси. С применением изготовленного дозирующего устройства были реализованы два способа построения градуировочной зависимости: первый – в качестве постоянной дозирующей петли использовали калиброванную петлю на 250 мкл и газовые смеси пропана в гелии (ГСО 10463–2014) с концентрациями 0,0025, 0,025, 0,25, 0,5 и 1,25 % об. в качестве образцов сравнения; второй – вариативное дозирование, которое обеспечивает микрофлюидный кран-дозатор – ввод в хроматографическую колонку разного количества поверочной газовой смеси пропана в гелии (2,5 % об.) за счет изменения времени ввода пробы с постоянным давлением. Эксперимент проводили с использованием газового микрохроматографа «ПИА» с МЭМС-колонкой (плоскость сечения 1 × 1 мм, длина канала 1 м) с адсорбентом Carbopak B. Установлено, что использование разработанного дозирующего устройства в составе газового микрохроматографа «ПИА» позволяет проводить метрологически обеспеченный количественный анализ.

1. Pemble C. M., Towe B. C. A miniature shape memory alloy pinch valve / Sens. Actuators, A. 1999. Vol. 77. N 2. P. 145 – 148. DOI: 10.1016/S0924-4247(99)00157-0

2. Weibel D. B., Siegel A. C., Lee A., et al. Pumping fluids in microfluidic systems using the elastic deformation of poly(dimethylsiloxane) / Lab Chip. 2007. Vol. 7. P. 1832 – 1836. DOI: 10.1039/b714664g

3. Weibel D. B., Kruithof M., Potenta S., et al. Torque-actuated valves for microfluidics / Anal. Chem. 2005. Vol. 77. N 15. P. 4726 – 4733. DOI: 10.1021/ac048303p

4. Pilarski P. M., Adamia S., Backhouse C. J. An adaptable microvalving system for on-chip polymerase chain reactions / J. Immunol. Methods. 2005. Vol. 305. N 1. P. 48 – 58. DOI: 10.1016/j.jim.2005.07.009

5. Sundararajan N., Kim D., Berlin A. A. Microfluidic operations using deformable polymer membranes fabricated by single layer soft lithography / Lab Chip. 2005. Vol. 5. P. 350 – 354. DOI: 10.1039/B500792P

6. Studer V., Hang G., Pandolfi A., et al. Scaling properties of a low-actuation pressure microfluidic valve / J. Appl. Phys. 2004. Vol. 95. P. 393 – 398. DOI: 10.1063/1.1629781

7. Hosokawa K., Maeda R. A pneumatically-actuated three-way microvalve fabricated with polydimethylsiloxane using the membrane transfer technique / J. Micromech. Microeng. 2000. Vol. 10. N 3. P. 415 – 420. DOI: 10.1088/0960-1317/10/3/317

8. Grover W. H., Skelley A. M., Liu C. N., et al. Monolithic membrane valves and diaphragm pumps for practical large-scale integration into glass microfluidic devices / Sens. Actuators, B. 2003. Vol. 89. N 3. P. 315 – 323. DOI: 10.1016/S0925-4005(02)00468-9

9. Unger M. A., Chou H. P., Thorsen T., et al. Monolithic microfabricated valves and pumps by multilayer soft lithography / Science. — 2000. Vol. 288. N 5463. P. 113 – 116. DOI: 10.1126/science.288.5463.113

10. Yang B. Z., Lin Q. A. Latchable microvalve using phase change of paraffin wax / Sens. Actuators, A. 2007. Vol. 134. N 1. P. 194 – 200. DOI: 10.1016/j.sna.2006.07.017

11. Yoo J. C., Choi Y. J., Kang C. J., Kim Y. S. A novel polydimethylsiloxane microfluidic system including thermopneumatic-actuated micropump and paraffin-actuated microvalve / Sens. Actuators, A. 2007. Vol. 139. P. 216 – 220. DOI: 10.1016/j.sna.2007.04.056

12. Irimia D., Toner M. Cell handling using microstructured membranes / Lab. Chip. 2006. Vol. 6. P. 345 – 352. DOI: 10.1039/B515983K

13. Van der Wijngaart W., Chugh D., Man E., et al. A low-temperature thermopneumatic actuation principle for gas bubble microvalves / J. Microelectromech. Syst. 2007. Vol. 16. N 3. P. 765 – 774. DOI: 10.1109/jmems.2007.893514

14. Lee D. E., Soper S., Wang W. J. Design and fabrication of an electrochemically actuated microvalve / Microsyst. Technol. 2008. Vol. 14. P. 1751 – 1756. DOI: 10.1007/s00542-008-0594-3

15. Kaigala G. V., Hoang V. N., Backhouse C. J. Electrically controlled microvalves to integrate microchip polymerase chain reaction and capillary electrophoresis / Lab. Chip. 2008. Vol. 8. P. 1071 – 1078. DOI: 10.1039/B802853B

16. Jacobson S. C., Ermakov S. V., Ramsey J. M. Minimizing the number of voltage sources and fluid reservoirs for electrokinetic valving in microfluidic devices / Anal. Chem. 1999. Vol. 71. P. 3273 – 3276. DOI: 10.1021/ac990059s

17. Schasfoort R. B. M., Schlautmann S., Hendrikse J., van den Berg A. Field-effect flow control for microfabricated fluidic networks / Science. 1999. Vol. 286. N 5441. P. 942 – 945. DOI: 10.1126/science.286.5441.942

18. Gui L., Liu J. Ice valve for a mini/micro flow channel / J. Micromech. Microeng. 2004. Vol. 14. P. 242 – 246. DOI: 10.1088/0960-1317/14/2/011

19. Baroud C. N., Delville J. P., Gallaire F., Wunenburger R. Thermocapillary valve for droplet production and sorting / Phys. Rev. 2007. Vol. 75.046302. DOI: 10.1103/physreve.75.046302

20. Yu Q., Bauer J. M., Moore J. S., Beebe D. J. Responsive biomimetic hydrogel valve for microfluidics / Appl. Phys. 2001. Vol. 78. P. 2589 – 2591. DOI: 10.1063/1.1367010

21. Liu C. W., Park J. Y., Xu Y. G., Lee S. Arrayed ph-responsive microvalves controlled by multiphase laminar flow / J. Micromech. Microeng. 2007. Vol. 17. P. 1985 – 1991. DOI: 10.1088/0960-1317/17/10/009

22. Liu R. H., Bonanno J., Yang J. N., et al. Single-use, thermally actuated paraffin valves for microfluidic applications / Sens. Actuators. B. 2004. Vol. 98. P. 328 – 336. DOI: 10.1016/j.snb.2003.09.037

23. Cho H., Kim H. Y., Kang J. Y., Kim T. S. How the capillary burst microvalve works / J. Colloid Interface Sci. 2007. Vol. 306. P. 379 – 385. DOI: 10.1016/j.jcis.2006.10.077

24. Chen J. M., Huang P. C., Lin M. G. Analysis and experiment of capillary valves for microfluidics on a rotating disk / Microfluid. Nanofluid. 2008. Vol. 4. P. 427 – 437. DOI: 10.1007/s10404-007-0196-x

25. Yashin Ya. I., Yashin E. Ya., Yashin A. Ya. Gas chromatography. — Moscow: Translit, 2009. — 528 p. [in Russian].