色谱仪器微型化和检测器技术的研究进展

色谱仪器微型化和检测器技术的研究进展

于健伟

新疆天智辰业化工有限公司    832000

摘要：近几十年中，我国在色谱仪器的研究方面取得巨大进步，其中，在微型化设备技术以及检测器技术两个方面的研究进展显著。色谱仪器主要指用于分析样品化合物的一种检测仪器，在生物、制药等多个领域有着广泛应用，然而，传统色谱仪器往往存在体积庞大的问题，在灵活性、实用性等方面较差，而通过微型化与检测器技术的研究，则能够有效解决上述问题。基于此，本文主要针对色谱仪器的微型化和检测器技术的研究进展展开探讨。

关键词：色谱；微型化；检测器；研究进展

引言：现代社会经济的发展对色谱仪器的检测效率与检测质量提出更高要求，需要色谱仪器能够具备更高的分析效率、灵敏度与精确性，同时，出于环保因素的考虑，还应尽可能降低色谱仪器的能源消耗，提高能源资源利用率。上述背景下，研究者们通过不断的研究与试验，提出了各种新的技术与器件，为色谱仪器的发展做出突出贡献，同时，也带动相关产业的优化升级。

一、色谱仪器概述

色谱仪器的主要作用是分析色谱，通过应用色谱仪器，能够有效替代传统的人工色谱分析方式，提升色谱分析的准确性，为相关行业的生产品质保证奠定良好基础。具体而言，其主要应用原理在于利用物质在不同相之间的不同作用形式，以便于分析化合物的成分。

不同的色谱仪器能够满足不同色谱的切实分析需求，如气相色谱用于分析气体情况，液相色谱则用于分析液体情况等。近几年，在技术发展的推动下，相较传统色谱仪器，现代色谱仪器越发向着微型化的方向发展，同时，检测器技术水平也在不断提升，相较过去，在检测结果准确性、检测速度、操作便捷性等方面提升明显，为应用色谱仪器从事生产的相关企业生产水平的提升奠定良好基础。

二、色谱仪器微型化

微型化是一种重要的发展趋势，主要指将色谱仪器的体积与尺寸缩小的一项技术，相较传统色谱仪器色眼，色谱仪器的微型化发展能够有效提升色谱仪器的便携性。同时，也将有助于更好地开展实时分析，为相关工作的开展提供便利。微型化色谱仪器的实现主要依靠微机电技术，该技术能够通过集成化的方式缩小色谱仪仪器的体积，且随着近年来微机电技术、印刷电路板技术的进步，色谱仪器的微型化水平也将获得提升。

（一）气相色谱微型化

气相色谱微型化，主要指气相色谱技术与微型化设备相结合的过程，进而通过微型仪器，便能够实现对色谱的气相检测。在对气相色谱进行微型化的过程中，难点在于如何将传统的气相色谱缩小至满足微型设备仪器级别，同时，还要保证色谱分析的准确性不能够受到影响，得以有效实现气相色谱分离。

早期的色谱微型化技术，侧重于集成化加工这一方面，旨在通过集成化的加工方式，在电子芯片上完成色谱柱、检测器的加工，同时，通过设置原位程序的方式，以解决仪器使用过程中的发热问题，避免功能的过于集中而出现芯片发热快、损毁快的问题。但是，这一研究方向在实际的研究进行过程中，却始终在技术上难以实现突破，原因在于，此种方式下，难以有效降低芯片的损毁率，因此不具有适用性。与此同时，相较传统以石英、金属等为主要材料的色谱柱而言，芯片色谱柱的分离能力较差，难以满足工业、制药等生产的实际应用需求。

近年来，经过研究，技术人员发现一种微沟道加工技术，这是一种基于MEMS技术加工而成的微型芯片技术，这一技术主要通过运用微纳米加工技术与传感器技术以制造出具有高度集成效果的芯片，将其应用于色谱仪器中，能够通过微沟道使得气体在流动相与固定相之间快速平衡，并减少色谱柱面积，扩大样本容量，保证检测效果准确。这种芯片的主要制作材料有硅、陶瓷、玻璃、聚合物等，在固定相的制作上，采用原子层沉积、溅射技术等多种方法[1]。

（二）液相色谱微型化

液相色谱微型化，主要指将液相色谱技术应用于微型色谱仪器中的过程中，进而减少试剂或溶剂的使用量，提高检测效率与检测结果准确性。

这一研究的难点主要在于芯片的基底材料性质问题。在基底材料的选择上，需要充分考虑到各种不同材料的特性，从而保证芯片能够具有良好的应用效果。这一研究最早开始时，普遍使用的芯片制作材料为硅，原因在于，早期微芯片加工技术起源于微机电加工技术，而硅是微机电加工技术中最为常用的原材料，因此成为技术人员的首选研究材料。然而，硅在实际应用中存在无法使用光学检测法的困难，因此，部分技术人员选择具有更好透射性能的玻璃，经过实验证明，玻璃基底的芯片，得以在20s内完成对色谱的分离，且检测结果准确度较高。

近年来，聚合物技术的发展，为液相芯片提供加工性能更加良好的基底材料。相较玻璃与硅材料而言，聚合物基底材料是现阶段微型技术领域较常使用的一种材料类型。虽然聚合物基底材料在化学稳定性与机械强度方面略微逊色于玻璃芯片，但是聚合物材料的透光性能与生物兼容性能更加良好，因此在现阶段有着广泛应用[2]。

二、色谱检测器

（一）液相色谱检测器

液相色谱检测器能够分别基于不同的检测原理以及信号的产生机制，满足不同类型的色谱仪器检测需要。现阶段，几种主要的检测器技术如下：（1）UV-Vis检测器。这种检测器是液相色谱检测中最为常见的检测器，其主要工作原理在于通过紫外线量化样品中的化合物。（2）荧光检测器。这种检测器的主要检测方式在于发射荧光，通过利用荧光物质对化合物敏感的原理展开分析。（3）电光学检测器。这种检测器主要依靠电化学信号，通过电化学信号能够激发物质的电活性展开检测。

（二）气相色谱检测器

气相色谱检测器的主要作用在于检测和量化样品分离结果，几种常见的检测器主要如下：（1）热导率检测器。这种检测器的主要原理在于利用导热性差异，这种检测器的灵敏度较低，但是在不易挥发物质的检测中，能够起到良好的检测效果。（2）电子捕获检测器。这种检测器的主要应用原理在于放射性原子能够产生电子并捕捉电子产生测量信号，是一种高灵敏度的检测器。（3）质谱检测器。这是一种结合了色谱技术的检测器，应用该种检测器能够实现对化合物的分离以及鉴定，具备良好的检测效果以及检测质量。

结束语：

综上所述，色谱仪器微型化与检测器技术的研究，能够有效提升色谱检测结果的准确性，保证检测质量，同时，也将进一步降低色谱仪器的体积以及能耗，提高色谱仪器的实用性以及灵活性。

参考文献：

[1]张海燕,赵斌,曹可等.微型气相色谱柱芯片研究进展[J].传感器与微系统,2022,41(03):1-6+11.

[2]温翰荣,朱珏,张博.芯片液相色谱技术进展[J].色谱,2021,39(4):357-367.