在液相色谱、微反应器或药物输注系统里,平流泵的“任务”是不论下游阻力如何变化,输出流量必须纹丝不动。然而实验室里常会遇到“今天基线飘、明天保留时间跑”的尴尬。平流泵的稳定性究竟被谁牵着走? 一、泵头与单向阀
平流泵多靠往复式柱塞或隔膜“一吸一排”。若柱塞与密封圈磨损,就像注射器漏液,每冲程实际排量减小;单向阀球或阀座粘附微晶,会出现“闭不严”,造成流量脉动。经验法则:过滤流动相至0.22µm、每周用30%异丙醇慢冲5 min,可把阀座寿命延长一倍。
二、溶解气体的“弹簧效应”
液体含气泡时,柱塞推程先压缩气体再推液,瞬时流量被“吃掉”一段。脱气不仅是超声10 min那么简单,在线真空脱气模块能把溶解氧降到1 ppm,基线噪声立刻降三成。
三、系统背压
毛细管堵塞、色谱柱温降低或缓冲盐析出,都会让背压瞬间升高。平流泵虽有压力反馈,但电机响应需要毫秒级时间,期间流量会向下掉。加装0.1 s响应的脉冲阻尼器,相当于给液流系了条“安全带”。
四、温度
柱塞腔体温度每升高1°C,液体体积膨胀约0.02%,看似微不足道,可在微升级流量下就是2 nL的偏差。把泵头与控温模块做一体化金属封装,让温度漂移<0.05°C,是特种泵的“隐藏技能”。
五、驱动电机
步进电机步距角误差、驱动器细分设置过低,都会产生±1%的瞬时转速波动。改用伺服电机加编码器闭环,能把流量脉动压到0.1%以下,代价是成本翻倍。
六、流体黏度
高黏度流动相(如含20%PEG)使单向阀关闭延迟,泵实际流量低于设定值。现代泵内置“溶剂系数”补偿表,用户只需选择预存方法,芯片自动提高推速,误差可拉回±0.5%。
七、控制算法
传统PID只在压力偏差出现后“亡羊补牢”。新一代泵采用模型预测控制(MPC):提前0.5 s计算下游阻力变化,把柱塞速度曲线调成“斜坡+平台”,就像有经验的司机见红灯提前松油门,流量波动可再降一个数量级。