石英毛細管與棒材:選型指南
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石英毛細管與棒材是 精密拉制的熔融石英管(中空)與棒(實心),外徑從 0.5 mm 到 50 mm,用於 X 射線繞射、氣相層析進樣器、毛細管電泳、微流控、光纖預製件與高溫爐管。選擇取決於三個參數:截面(圓形、方形、矩形或 D 形)、等級(依波長的 JGS1/JGS2/JGS3),與表面處理(火拋、研磨或精密內孔)。
石英毛細管與棒材:選型指南
11 種熔融石英毛細管與實心棒截面型式的截面選擇、尺寸公差與應用矩陣。從 0.3 mm 圓形 CE 毛細管、到多孔送氣管、到 D 形與三角形特殊幾何——整個 MachinedQuartz 毛細管系列對應到需要它的應用。
毛細管是你想得到最簡單的精密光學與流體元件:一根內徑很小的中空管,由熔融石英拉制、或從實心石英坯料機加工出來。這份簡單掩蓋了有多少不同的應用都靠把幾何做得分毫不差。一根 50 µm 內徑的石英毛細管是每一台毛細管電泳儀器的心臟;一根 100 µm 方孔毛細管是 《Lab on a Chip》上發表的一半微流控晶片的基板;一根 5 孔多孔毛細管把載氣送進 GC 進樣器;一根偏心孔毛細管在量子光學原子阱裡定位一根光纖。
本指南涵蓋我們製造的全部 11 種截面型式——圓管、圓實心棒、方管、方實心棒、多孔圓形、外方內圓、外圓內方、矩形、D 形、偏心與三角形——並把每一種對應到需要它的應用。第 10 節的決策矩陣涵蓋八大應用類別;型錄部分直接連到 513 個 SKU 的庫存。
1. 為何用熔融石英毛細管
毛細管可由好幾種材料拉制——硼矽酸鹽(BK7 級)玻璃、鈉鈣玻璃、熔融石英,以及幾種特殊聚合物配方。對苛刻的分析與科學工作,熔融石英以五個原因稱霸:
- 深紫外透明。 配適當的 JGS1 等級,熔融石英從 185 nm 起透射。200–220 nm 的 CE 工作(肽鍵吸光度)、254 nm 的 GC 偵測,以及許多螢光激發都在硼矽酸鹽玻璃的截止(310 nm)以下。
- 化學惰性。 熔融石英對酸(HF 除外)、鹼、有機溶劑與製程氣體本質上惰性。毛細管內壁不會向待測物流貢獻析出物。
- 低熱膨脹。 係數 0.55 × 10⁻⁶ /K——約比硼矽酸鹽低 5 倍。對運作中溫度會變化的毛細管儀器很重要。
- 高溫耐受。 連續運作達 1100 °C。對 250–400 °C 的 GC 進樣口、800–1200 °C 的半導體擴散管很關鍵。
- 機械強度。 拉制石英有高抗拉強度(新拉制纖維達 7 GPa);機加工成品撐得過例行操作。
石英毛細管不適合做什麼
- HPLC 毛細管: 標準是熔融石英(這裡與石英同義),但帶特定表面處理(PEEK 或聚醯亞胺鍍層)以耐受高達 1000 bar 的壓力。我們供應未鍍膜的空白石英毛細管;鍍膜的 HPLC 毛細管是下游的專門產品。
- 生物相容 / 單次使用醫療: 受規範的醫療使用需要一條我們目前不提供的獨立生物相容性認證鏈。
- 成本敏感的一次性應用 ——聚合物(PMMA、COC、COP)可接受之處:石英是殺雞用牛刀。
2. 11 種截面型式 — 總覽
513 個 SKU 的 MachinedQuartz 毛細管型錄按截面組織。圓管以 SKU 數稱霸,因為它們涵蓋最大的市場(CE、GC、微流控),但十一種型式中有七種服務圓管填不了的特殊應用。
| 型式 | SKU | 典型外徑範圍 | 典型內徑 / 內孔 | 主要應用 |
|---|---|---|---|---|
| 圓中空管 | 324 | 0.3–30 mm | 0.05–25 mm | CE、GC、微流控、樣品處理 |
| 圓實心棒 | 81 | 0.34–25 mm | 不適用(實心) | 光學定位、光纖基準、安裝銷 |
| 方中空管 | 24 | 0.5–10 mm | 0.2–9 mm | 微流控、方孔 CE、光學定位 |
| 方實心棒 | 18 | 0.5–15 mm | 不適用(實心) | 光子晶體光纖預製件、對準夾具 |
| 多孔圓形 | 12 | 1–6 mm | 典型 5×0.15 mm | GC 進樣襯管、氣體分配、光子晶體光纖 |
| 外圓內方 | 12 | 1–5 mm | 0.2–3 mm 方 | 特殊微流控、光纖對準 |
| 外方內圓 | 24 | 1–5 mm 方 | 0.2–4 mm 圓 | 供方孔徑儀器的易安裝圓孔 |
| 矩形 | 9 | 最高 5×3 mm | 視情況 | 槽形樣品腔、光束整形 |
| D 形 | 3 | ~2.5×2.3 mm | ~1.6 mm | 側平面安裝、特殊光學定位 |
| 偏心孔 | 3 | 特殊 | 偏離中心的孔 | 原子阱、離子阱、離軸光纖對準 |
| 三角形 | 3 | 特殊 | 三角形孔 | 光纖定位、特殊波導 |
3. 圓中空管與實心棒
型錄裡最大的單一類別。圓中空管涵蓋毛細管電泳、GC 毛細管柱、微流控互連、半導體擴散管,以及幾乎每一種通用精密內孔應用。圓實心棒服務一個不同的目的:光學定位、光纖基準、對準銷,以及離子阱或原子阱的支撐結構。
圓中空管尺寸範圍
- 外徑範圍: 型錄 0.3 到 30 mm;客製從 0.15 mm 到 100+ mm
- 內徑範圍: 50 µm 到 25 mm;壁厚為給定外徑下的內徑設定上限
- 典型壁厚: 次毫米外徑 0.05–0.5 mm;1–5 mm 外徑 0.2–1 mm;更大外徑更厚
- 長度: 標準切 25、50、100、200、500 mm;客製到 1500 mm;更長需要多段熔接或客製拉制
毛細管電泳(CE)毛細管
CE 的主力是 50–75 µm 內徑的圓孔管、長 50–75 cm,帶聚醯亞胺外鍍層強化裸石英。我們供應未鍍膜的石英坯料;聚醯亞胺鍍層由 Chrom Tech、Polymicro Technologies 或客戶在下游施加。偵測窗口選項:在陰極端附近 1 cm 區域燒掉聚醯亞胺鍍層,就能開出一個紫外透明窗口。
GC 毛細管柱
GC 毛細管柱用 250–530 µm 內徑的圓孔管、長 15–60 m,內壁施加固定相鍍層。我們供應裸石英毛細管基板;固定相化學由 Restek、Agilent、Phenomenex 或客戶施加。GC 毛細管是全球用量最大的毛細管用例、也是主導的工業應用。
圓實心棒
81 個 SKU 的圓棒系列涵蓋 0.34 mm 到 25 mm 的直徑。常見用途:顯微與光刻中的光學定位基準、離子阱電極的安裝銷、原子阱實驗中的支撐結構,以及高溫爐組件中的對準定位銷。裸石英表面在 µm 尺度上本質上原子級光滑,允許精密的機械定位。
圓棒實心棒 81 SKU
外徑 0.34 – 25 mm · 實心
方棒方實心 18 SKU
外徑 0.5 – 15 mm · 實心
矩形矩形管 9 SKU
最高 5 x 3 mm
方/圓外方內圓 24 SKU
平面安裝 + 圓孔
4. 方形與矩形中空管
方截面管服務平面光學面要緊的應用:光垂直於平面進出,消除圓管帶來的柱面透鏡畸變。方中空系列的 24 個 SKU 涵蓋外徑 0.5–10 mm 與對應的內方尺寸。壁厚通常 0.1–0.5 mm。
方孔微流控
許多微流控晶片設計用方孔毛細管當流道,因為方截面較容易建模(矩形 Hagen–Poiseuille 有乾淨的封閉解)、而平壁與光學偵測(拉曼散射、螢光成像、折射率感測)乾淨整合。常見幾何:0.5–1 mm 外徑管裡的 100–500 µm 內方孔。
方孔 CE
比圓孔 CE 少見,但用於流動注射與等速電泳,這裡孔形均勻度比電滲流輪廓更重要。平壁也允許直接光纖耦合做雷射誘發螢光偵測、不引入圓孔偵測窗口顯示的透鏡假象。
外方內圓(24 個 SKU)
一種特殊幾何:方形外輪廓(透過平面接觸易於裝在機加工夾具裡)配圓形內孔(流體流動偏好)。用於毛細管必須裝進方孔徑、但待測物流為層流想要圓孔的儀器設計。
外圓內方(12 個 SKU)
互補的幾何:圓形外輪廓(配標準套圈與圓孔接頭)配方形內孔(穿壁偵測的平面光學通路)。較少見,但在應用同時需要標準流體互連與平面光學偵測時有用。
矩形管(9 個 SKU)
當內孔需要不同的 X 與 Y 尺寸:槽形樣品腔(薄膜的微光譜)、光束整形波導(矩形模態輪廓),與不對稱微流控流道。標準尺寸最高 5 × 3 mm;客製比例可供應。
5. 多孔毛細管(12 個 SKU)
多孔毛細管是一根帶多條平行內孔的單一石英管。型錄中最常見的配置是 5 孔圓形圖案:四條孔排在一個方形的角上、加一條中央孔,全都沿管長平行貫穿。典型尺寸:1 mm 外徑、5 × 0.15 mm 孔。
GC 毛細管進樣襯管
現代 GC 進樣口在標準 4 mm 外徑玻璃進樣襯管內用多孔襯管,以控制樣品蒸發、防止回閃。5 孔幾何把閃蒸的樣品分散到多條平行路徑、減少柱頭的峰畸變。
光子晶體光纖(PCF)預製件
PCF 透過矽基質中平行空氣孔的週期陣列導光——實際上是一根複雜的多孔毛細管。研究級 PCF 預製件可由堆疊並熔合單孔毛細管組成(「堆疊拉制」法)。多孔毛細管用作中央核心的起始坯料、或預製件的構築單元。
氣體分配與樣品注入
多孔毛細管當微型氣體分配歧管:把多種試劑平行注入微流控晶片、微反應器化學中的多流混合,或多孔偵測窗口、供在一根毛細管裡平行光學探測 N 個樣品。
6. D 形、偏心、三角形 — 特殊幾何
三個小量型錄家族服務圓形、方形或多孔毛細管行不通的非常特定的應用。
D 形(3 個 SKU)
圓形外輪廓、沿長度切出一個平面——截面看起來像大寫 D。平面提供:
- 供運動學定位的界定安裝面(平面對著平面座做基準)
- 供穿壁成像、無柱面透鏡畸變的平面光學入口
- 供在毛細管壁銑出額外特徵(通道、孔)的基準平面
標準型錄:2.5×2.3 mm 外徑配 1.62 mm 圓孔。客製尺寸可依需求。
偏心孔(3 個 SKU)
圓形外輪廓、內孔以受控的距離偏離幾何中心。對以下很關鍵:
- 原子阱: 偏移的孔把被困的原子定位在略偏離光軸處,消除雜散光直接耦合進偵測器
- 離子阱: 類似的幾何,供電極幾何取決於孔位置的離子阱量子計算實驗
- 離軸光纖對準: 精密光纖定位,光纖需要相對於外部安裝基準偏心安裝
三角形(3 個 SKU)
等邊三角形外輪廓配三角形孔。用於:
- 三根光纖需以相等間距塞進單一孔的光纖定位
- 特殊光學波導(三角模態傳播)
- 需要三角形孔來約束三角形插件的機械配件
D 形D 形 · 3 SKU
供安裝的平面
偏心偏心 · 3 SKU
偏離中心的孔
客製客製幾何
2 件起訂
有現貨現貨範圍
513 個 SKU 型錄
7. 材料等級 — JGS1 / JGS2 / JGS3
三種熔融石英等級涵蓋完整的 UV-NIR 透射範圍。等級選擇取決於應用中涉及的任何光學偵測或激發的波長。
| 等級 | 透射 | OH 含量 | 使用情境 |
|---|---|---|---|
| JGS1 (Type 1、合成) | 185–2500 nm | ~ 1,000 ppm | 深紫外 CE 偵測、紫外雷射光學、深紫外 LIF;分析工作的預設 |
| JGS2 (Type 2、標準) | 220–2500 nm | ~ 100 ppm | 純可見光偵測、GC 毛細管、可見光波長的微流控晶片 |
| JGS3 (Type 3、低 OH 的 IR) | 260–3500 nm | < 5 ppm | NIR 工作、雷射焊接光學、延伸 NIR 的應用 |
毛細管專屬的等級選擇
- 200–220 nm 的 CE(肽鍵偵測): JGS1 必備;JGS2 在 220 nm 以下截止
- GC 毛細管(無紫外偵測): JGS2 標準;高性價比
- 帶螢光偵測的微流控晶片(300–700 nm): JGS2 足夠
- NIR 微流控(1300–1600 nm 電信級偵測): 偏好 JGS3 以低 OH 吸收
- 半導體擴散(高溫、無光學用途): 任何等級;成本考量 JGS2 標準
關於等級的更深入討論,見我們的 紫外截止指南 ——同樣的 JGS 級定義適用於我們的比色皿、平板與毛細管產品線。
8. 尺寸公差與表面品質
毛細管精度由三個尺寸決定:外徑、內徑(或孔輪廓)與同心度。對特殊應用(CE、微流控、離子阱幾何),比例行型錄值更嚴的公差可依需求提供。
| 尺寸 | 型錄公差 | 依需求收緊 |
|---|---|---|
| 圓管外徑 ≤ 5 mm | ± 0.05 mm | ± 0.01 mm |
| 圓管外徑 > 5 mm | ± 0.10 mm | ± 0.03 mm |
| 圓管內徑 | ± 0.02 mm 或 5% | ± 0.005 mm |
| 同心度(外徑對內徑) | < 5% 壁變異 | < 2% 壁變異 |
| 方形內部尺寸 | ± 0.05 mm | ± 0.01 mm |
| 切長 | ± 0.5 mm | ± 0.1 mm |
| 端切垂直度 | < 1° | < 0.1° |
| 表面粗糙度 Ra(拉制) | < 50 nm | < 20 nm |
內孔的表面品質
拉制毛細管的內孔基本上是拉制工藝的副作用火拋——拉制過程中熔融石英在表面張力下回流,產生 10–50 nm 範圍的表面粗糙度。這對 CE 工作(粗糙壁產生電滲流不均勻)與低損失光學波導應用很關鍵。對機加工端產品(從預製件機加工坯料切出、而非拉制),內表面是機加工原樣、除非機加工後特別拋光。
9. 拉制 vs 機加工 — 每種毛細管怎麼做
石英毛細管由兩條不同的製造路線生產。對的方法取決於幾何、量,與所需的尺寸公差。
從預製件拉制(量產)
小尺寸(外徑 < 10 mm)的圓形、方形、多孔與標準截面的主導方法。工藝:一個精密加工、帶所需截面幾何(最終尺寸的 10 到 100 倍)的預製件在石墨加熱元件爐中加熱到 ~2000 °C;受控的張力把軟化的預製件拉過收頸區,在那裡截面縮小、同時保留幾何比例。拉制的毛細管從爐底出來、繞在收線軸上;下游操作切到長度、檢驗尺寸、包裝。
拉制每個預製件產出數百公尺尺寸一致的毛細管;表面品質優異,因為熔融石英在表面張力下回流。圓形與方形幾何能縮放到非常小的尺寸(50 µm 內徑是例行;5 µm 內徑可達成)。多孔幾何也用多孔預製件這樣拉制。
從實心坯料機加工(特殊幾何)
對特殊截面(D 形、偏心、複雜多孔、大外徑),用鑽石刀具研磨與超音波加工把實心石英坯料直接加工到最終幾何。工藝:把外徑略大於目標的石英圓柱粗加工到近似形狀;更細的研磨階段精修內孔與外輪廓;最後一道拋光達成表面規格。
機加工比拉制慢(每件數小時 vs 每分鐘數公尺)、容差也較大(通常 0.1 mm 而非 0.01 mm),但它允許拉不出來的任意截面。機加工也是設置拉制不經濟的短長度特殊件的生產方法。
混合:機加工預製件 + 拉制毛細管
對需要長毛細管的特殊截面(例如從機加工預製件拉出的 5 孔),先把預製件機加工成複雜截面、再拉制以縮小尺寸、同時保留幾何。這就是多數多孔與複雜幾何毛細管做出長度的方法。
10. 應用矩陣 — 把需求對應到型式
下面的決策矩陣把八大常見應用類別對應到毛細管型式建議。當作起點用;具體尺寸與等級取決於你詳細的應用。
| 應用 | 建議型式 | 外徑 / 內徑範圍 | 等級 |
|---|---|---|---|
| 毛細管電泳(CE) | 圓中空管 | 外徑 0.36 mm;內徑 50–75 µm | JGS1(紫外偵測) |
| GC 毛細管柱 | 圓中空管 | 外徑 0.4–0.7 mm;內徑 250–530 µm | JGS2(僅可見光) |
| GC 進樣襯管 | 多孔圓形 | 外徑 ~ 4 mm;5×0.15 mm 孔 | JGS2 |
| 微流控晶片 | 方管或圓管 | 外徑 0.5–1 mm;孔 100–500 µm | JGS2,紫外偵測則 JGS1 |
| 半導體擴散 / 離子植入 | 圓中空管 | 外徑 5–30 mm;大內徑 | JGS2(無光學) |
| 光纖預製件與 PCF | 多孔或特殊 | 視情況 | 依應用 JGS1/JGS3 |
| 原子 / 離子阱 | 偏心孔 | 特殊 | JGS1(紫外阱雷射) |
| 光學定位 / 基準 | 圓實心棒 | 外徑 0.5–5 mm | JGS2 |
採購註記
- CE: 我們供應未鍍膜的裸石英坯料。聚醯亞胺外鍍層與偵測窗口由 Polymicro Technologies、Chrom Tech 或客戶加上。
- GC: 我們供應裸的未鍍膜毛細管基板。固定相鍍層由 Restek、Agilent、Phenomenex 或客戶施加。
- HPLC: 我們供應空白未鍍膜石英;PEEK 或聚醯亞胺外被與高壓端接頭在下游。
- 半導體: 我們供應裸石英管;特定爐型的夾治具是客戶的責任。
11. 型錄與訂購
MachinedQuartz 毛細管型錄有 513 個 SKU,橫跨 11 種截面型式與寬廣的尺寸範圍。型錄之外的客製幾何與尺寸,多數變化都不收模具費——適用於我們比色皿系列的同一個 OEM 與大宗方案也適用於毛細管。
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12. 常見問題
我們供應未鍍膜的裸石英毛細管坯料。聚醯亞胺外鍍層與任何偵測窗口開口由 Polymicro Technologies、Chrom Tech、儀器廠商或客戶的內部作業在下游加上。裸坯料是限制性的輸入;鍍層是施加在它上面的次級工藝。
例行拉制產品達 50 微米內徑;特殊拉制毛細管達 5 微米。5 微米以下尺寸公差成了孔的一大部分(5 微米孔上 1 微米公差是 20%),且若壁太薄、孔在拉制中可能塌陷。次 5 微米的應用,考慮空芯光子晶體光纖或替代的微通道技術。
標準型錄切 25、50、100、200、500 mm。客製長度到 1500 mm 是例行。1500 mm 以上,毛細管以繞線(連續)或多段較短切供應。收線軸上的拉制毛細管單一連續長度可達數百公尺;在我們的品管步驟切到你指定的長度。
圓中空管可以;標準型錄包含低至 50 微米的壁厚。50 微米以下,毛細管在例行操作中變得機械脆弱、內外徑同心度也更難守住。超薄壁應用(25 微米以下),指定工作外徑與內徑,我們會以適當的操作與包裝建議報價。
毛細管定價遵循我們大宗 OEM 方案的標準量級:2 到 4 件標價、到 1000 件 5 到 30% 的量折。對拉制毛細管,每件成本隨數量下降得比機加工產品更陡,因為每預製件的設置成本攤在整段拉制長度上。每年需要數萬件的應用,聯絡我們取得年度合約定價提案。
我們供應空白未鍍膜毛細管;HPLC 需要高壓端接頭(通常是 NanoFerrule 或 Idex Health & Science 接頭)與 PEEK 或聚醯亞胺外鍍層、以耐受高達 1000 bar 的壓力。裸石英毛細管加壓力接頭的組合是客戶的下游組裝。我們可報裸石英毛細管;壓力接頭向你的接頭供應商採購。
可以,透過繞線連續拉制、或透過多段熔接做剛性(非繞線)長度。繞線產品達數百公尺。熔接多段剛性段標準到 3 公尺;更長的段客製報價、運輸需小心包裝。剛性熔接與繞線之間的經濟分界點取決於應用;報價時詢問。
我們供應用作 PCF 拉制設施輸入的多孔石英毛細管坯料與預製件構築單元;我們目前不生產成品 PCF。PCF 拉制需要帶孔面積比主動回饋控制的專門光纖拉制塔——那是下游的專門作業。成品 PCF 請找專門的光子光纖製造商;輸入材料方面,我們是有競爭力的供應商。
兩者都有,視尺寸而定。外徑約 5 毫米以下的方孔毛細管通常從本身精密加工的方孔預製件拉制;拉制過程保留方截面、同時把尺寸縮小 10 到 100 倍。5 mm 外徑以上,方孔毛細管通常用超音波或鑽石刀具研磨從實心圓坯料機加工;這較慢、但允許大尺寸與嚴格的壁厚控制。
對拉制毛細管,內孔由拉制工藝本身火拋:拉制過程中熔融石英在表面張力下回流,產生 10 到 50 奈米的表面粗糙度 Ra。這對壁粗糙度影響電滲流均勻度的 CE 工作、與低損失光學波導應用很優異。對機加工端產品,內表面是機加工原樣、除非機加工後特別拋光;若你需要特定的 Ra 目標請指定。
13. 免責聲明與註記
規格 本頁上的是 MachinedQuartz 生產的商用級熔融石英毛細管與棒材的典型值。具體尺寸公差、表面粗糙度與材料等級取決於製造路線(拉制 vs 機加工)、截面型式與生產批次。決定性的規格,參見每次出貨隨附的分析證書。
應用建議 是基於典型業界實務的一般指引。特定應用可能有更進一步約束選擇的要求(法規遵循、特定公差、表面處理、下游鍍層)。下單前對著你應用的完整規格驗證。
下游產品。 MachinedQuartz 供應裸的未鍍膜石英毛細管坯料。聚醯亞胺 CE 鍍層、GC 固定相、HPLC 壓力外被與 PCF 拉制是由其他廠商或客戶內部執行的下游專門作業。我們是輸入材料供應商;我們不執行這些下游作業。
商標聲明。 Polymicro Technologies、Chrom Tech、Restek、Agilent、Phenomenex、NanoFerrule、Idex Health & Science 是各自擁有者的商標。引用僅為相容性與供應鏈脈絡。
資訊時效: 最後審閱 2026 年 5 月。型錄與 SKU 範圍可能改變。
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