zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2023-89-7-8-13zldm-1970Research ArticleАНАЛИЗ ВЕЩЕСТВАSUBSTANCES ANALYSISВариативный микрофлюидный кран-дозатор для газовой хроматографииVariable microfluidic dosing valve for gas chromatographyПлатоновИ. А.PlatonovI. A.

Игорь Артемьевич Платонов

443086, г. Самара, Московское шоссе, д. 34

Igor A. Platonov

34, Moskovskoye shosse, Samara, 443086

pia@ssau.ruПлатоновВ. И.PlatonovV. I.

Владимир Игоревич Платонов

443086, г. Самара, Московское шоссе, д. 34

Vladimir I. Platonov

34, Moskovskoye shosse, Samara, 443086

БалашоваА. И.BalashovaA. I.

Анастасия Ивановна Балашова

443086, г. Самара, Московское шоссе, д. 34

Anastasia I. Balashova

34, Moskovskoye shosse, Samara, 443086

КолесниченкоИ. Н.KolesnichenkoI. N.

Ирина Николаевна Колесниченко

443086, г. Самара, Московское шоссе, д. 34

Irina N. Kolesnichenko

34, Moskovskoye shosse, Samara, 443086

МухановаИ. М.MukhanovaI. M.

Ирина Михайловна Муханова

443086, г. Самара, Московское шоссе, д. 34

Irina M. Mukhanova

34, Moskovskoye shosse, Samara, 443086

АфонинН. А.AphoninN. A.

Никита Александрович Афонин

443086, г. Самара, Московское шоссе, д. 34

Nikita A. Aphonin

34, Moskovskoye shosse, Samara, 443086

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. КоролеваРоссияS. P. Korolev Samara National Research UniversityRussian Federation202325072023897813Copyright © Платонов И.А., Платонов В.И., Балашова А.И., Колесниченко И.Н., Муханова И.М., Афонин Н.А., 20232023Платонов И.А., Платонов В.И., Балашова А.И., Колесниченко И.Н., Муханова И.М., Афонин Н.А.Platonov I.A., Platonov V.I., Balashova A.I., Kolesnichenko I.N., Mukhanova I.M., Aphonin N.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/1970

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.

Miniaturization coupled with the introduction of microfluidic systems and devices into the chromatograph hardware is one of the main approaches to the creation of modern gas chromatographic equipment. For variable sample dosing in automatic mode, a microfluidic dosing valve based on microelectromechanical systems was developed. The manufactured device provides multi-point calibration with a single calibration gas mixture. Two methods for constructing a calibration dependence were implemented using the developed dosing device: a calibrated loop for 250 μl taken as a constant dosing loop and calibration solutions (gas mixtures of propane in helium (GSO 10463–2014) with concentrations of 0.0025, 0.025, 0.25, 0.5б and 1.25 % vol.) were used in the first method, whereas in the second one a variable dosing provided by the developed microfluidic dosing valve which consisted in the possibility of introducing a different amount of the calibration gas mixture of propane in helium (2.5 % vol.) into the chromatographic column due to changing the time of sample injection at a constant pressure was implemented. The experiment was carried out on a PIA gas microchromatograph with a MEMS column (a sectional plane of 1 × 1 mm and a 1-m channel) with a Carbopak B adsorbent. It is shown that the use of the developed dosing device as part of the PIA gas microchromatograph makes it possible to carry out a metrologically assured quantitative analysis.

микрофлюидный кран-дозаторгазовая хроматографиявариативное дозированиекалибровкаmicrofluidic dosing valvegas chromatographyvariable dosingcalibrationReferencesPemble 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)00157-0Pemble 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)00157-0Weibel 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/b714664gWeibel 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/b714664gWeibel 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/ac048303pWeibel 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/ac048303pPilarski 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.2005.07.009Pilarski 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.2005.07.009Sundararajan 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/B500792PSundararajan 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/B500792PStuder 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: 10.1063/1.1629781Studer 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: 10.1063/1.1629781Hosokawa 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: 10.1088/0960-1317/10/3/317Hosokawa 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: 10.1088/0960-1317/10/3/317Grover 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)00468-9Grover 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)00468-9Unger 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.288.5463.113Unger 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.288.5463.113Yang 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.2006.07.017Yang 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.2006.07.017Yoo 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.2007.04.056Yoo 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.2007.04.056Irimia D., Toner M. Cell handling using microstructured membranes / Lab. Chip. 2006. Vol. 6. P. 345 – 352. DOI: 10.1039/B515983KIrimia D., Toner M. Cell handling using microstructured membranes / Lab. Chip. 2006. Vol. 6. P. 345 – 352. DOI: 10.1039/B515983KVan 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.2007.893514Van 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.2007.893514Lee 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/s00542-008-0594-3Lee 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/s00542-008-0594-3Kaigala 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/B802853BKaigala 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/B802853BJacobson 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/ac990059sJacobson 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/ac990059sSchasfoort 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.286.5441.942Schasfoort 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.286.5441.942Gui L., Liu J. Ice valve for a mini/micro flow channel / J. Micromech. Microeng. 2004. Vol. 14. P. 242 – 246. DOI: 10.1088/0960-1317/14/2/011Gui L., Liu J. Ice valve for a mini/micro flow channel / J. Micromech. Microeng. 2004. Vol. 14. P. 242 – 246. DOI: 10.1088/0960-1317/14/2/011Baroud 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.75.046302Baroud 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.75.046302Yu 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: 10.1063/1.1367010Yu 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: 10.1063/1.1367010Liu 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: 10.1088/0960-1317/17/10/009Liu 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: 10.1088/0960-1317/17/10/009Liu 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.2003.09.037Liu 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.2003.09.037Cho 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.2006.10.077Cho 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.2006.10.077Chen 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-xChen 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-xYashin Ya. I., Yashin E. Ya., Yashin A. Ya. Gas chromatography. — Moscow: Translit, 2009. — 528 p. [in Russian].Yashin Ya. I., Yashin E. Ya., Yashin A. Ya. Gas chromatography. — Moscow: Translit, 2009. — 528 p. [in Russian].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.