1974年,V.比勒陀利乌斯[注]等通过把电场施加在填充柱两端,实现了高压直流电源代替常规输液泵驱动液体流动。电渗泵的原理是,电场中多孔物质颗粒表面带电,使双电层的扩散层中的溶液带电,在外电场作用下,溶液向一定的方向移动,从而形成电渗流。电渗流的表达式可由斯莫卢霍夫斯基(Smoluchowski)方程给出:
式中为电渗速度,
为真空介电常数,
为载流介电常数,
为Zeta电位即电动电势,
为流体黏度系数,
为电场强度。电渗泵的流量和压力主要通过调节电场强度来改变,同时也受到微通道的阻力、流体性质等因素的影响。
电渗泵的基本结构如图所示。直流电源的一个电极与流动相储液瓶内的液体相连,另一个电极与微通道出口处相连。当电源供电时,由于电渗现象,会在微通道内形成电渗流,从而输出流体。
根据电渗泵微通道的结构特征,可分为多孔介质电渗泵和开放通道电渗泵两类。多孔介质又可分为填充床多孔介质、整体柱多孔介质和多孔介质膜。基于微加工的开放通道电渗泵可以分为并联式开放通道电渗泵和串联式开放通道电渗泵,通常情况下,前者可以用于提高流体的速度,后者可用于提高电渗泵输出的压力。
电渗泵输出压力一般为几兆帕到几十兆帕(106帕),且流量通常为每分钟几微升或几十纳升,因此常用于微柱高效液相色谱系统、微全分析系统、微冷却系统、微量给药装置、微机械器件流体驱动等领域。与常规机械泵相比,电渗泵具有以下优点:无单向阀、活塞等可移动机械部件,微加工工艺简单,器件可靠性高,易于与其他微器件集成,驱动力连续,压力稳定无脉动等。电渗泵还处在实验室研究阶段,若要实现商品化使用,还需要进一步研究。