聊聊液相色谱仪进样器

　　聊聊液相色谱仪进样器
 

　　一、手动进样器
 

　　现在，自动进样器(Autosampler)基本都已经普及了。自动进样器是一个好东西，他的出现极大的将人从仪器旁边、从实验室里面解放出来。用色谱年头比较长的同学们，包括现在还在大学研究院里面、在抠门老板下面干活的苦逼同学们，都曾经历过或者正常经历着手动进样的折磨。
 

　　先用进样针将样品取出来，插入手动进样阀，转动进样器阀，取出针，然后眼巴巴的望着屏幕发呆半个小时，然后重复之前的工作，一次一次地重复五次，十次，二十次…….搞得人神经衰弱，有时候恨不得拿起锤子...
 

　　话说回来，要说自动进样器，不得不说说手动进样器，因为绝大多数的自动进样器的设计原理，也是基于手动进样器的。
 

　　了解手动进样器，可以帮助我们更好地理解绝大多数自动进样器的运行原理。手动进样器是利用六通阀切换到两个不同位置，形成不同流路来进行样品的导入。流通阀里有一个转子(Rotor)和一个定子(Stator)，如下图中
 

　　转子上面有三道槽(或者两道)，定子上面有六个孔，把他们两个贴在一起，就形成了这样的流路：转子三道槽将定子六个孔两两联通，当转子和定子相对角度转动60度，手动进样阀的流路可以在Load/Inject这两种不同状态下来回切换。
 

　　在Load状态下，从泵过来的流动相不经过样品环(SampleLoop)，直接进入到色谱柱。进样针可以插入进样阀，将样品打入样品环。
 

　　手动进样阀转到Inject状态时，流动相流路改变，经过样品环，将样品带入到系统内。这样就实现了既不中段处于高压状态的液体流路，又能准确地将样品引入到系统。
 

　　手动进样器的定量，也有两种方式：
 

　　1.满环定量(Full-LoopFilling),打入2-3倍的样品环体积的样品，这时候样品环100%体积都是样品，进样阀切换后，样品环里面的所有样品都被流动相带入系统。
 

　　这个时候，样品环才能被称为定量环。这样进样重复性比较好，就是相当浪费样品。
 

　　2.进样针定量,或者半环定量(Partial-LoopFilling),进样针抽取体积的样品，打入样品环(如上图所示)，然后阀切换，由流动相带入系统。打入的样品不超过样品环体积的一半。
 

　　二、(推推拉拉)自动进样器
 

　　自动进样器有不同的门派。大体上来说，分为传统派和另类派。传统派就是仍然以六通阀作为进样核心设计的自动进样器。另类派，就是抛弃六通阀，另辟蹊径地设计其他进样方式的自动进样器。
 

　　我们沿着手动进样阀的思路，如果我们要做一个自动进样器，应该怎么做呢？
 

　　第1个，不能再让人去用手掰进样阀了，需要用一个马达，按照程序要求来转动进样阀，自动切换流路。这个事情不是很复杂。
 

　　第2个，需要用一种自动的手段去把样品瓶里面的样品转移到样品环里面。这个就不那么简单了。
 

　　第1种自动进样器应运而生，原理如下图，将六通阀废液口连接一个注射器(Syringe)，样品口连接一根管子和取样针(SamplingNeedle/Probe)。一般来说，取样针的位置固定不变，由样品盘将小瓶转动到取样针下面，取样针深入瓶内，由注射器往回抽取(Pull)样品到样品环内。接着马达带动六通阀转动，样品就被流动相带动到液相系统中了。
 

　　这种设计非常直观简介，我们姑且把它称为”拉拉派”，因为样品其实是被注射器拉入到样品环里面的。
 

　　但是拉拉派设计有比较严重的缺陷：
 

　　1.如果你观察仔细，会发现样品其实是经过了取样针、管路然后才进入到样品环的，这样对样品来说比较浪费，不适用于样品量比较少的方法。
 

　　2.一次进样以后，整个取样针和管路里面都是上一针的样品，要将里面全部清洗干净，不影响第二次的进样，需要比较复杂的洗针程序才能完成，而且比较容易产生交叉污染。
 

　　3.只能进行满环进样，要更改进样体积，需要更换不同体积的样品环。
 

　　然后又有了下面这种自动进样器，它将取样针和注射器结合到一起，即用这个针来取样，也用后面的计量泵带动针杆来取得精确量的样品，而且这个时候，一般都把针设计成可以上下左右移动的，针走到的样品小瓶上方，扎下去，计量泵往上提针杆，取样。取样以后，针回到六通阀处，直接扎入到样品孔，将样品注入到样品环。接下来就跟之前一样了。我们把这个起名叫”推推派“。
 

　　这样进样的好处是：
 

　　1.省掉了那一段管子。可以用于样品量很少的进样。
 

　　2.样品可以全部转移到样品环，相对来讲，洗针的压力较小。
 

　　3.即可以满环进样，可以用计量泵来控制需要的体积。
 

　　“推推拉拉”这两种进样方式设计原理都很直接易懂，也是被广泛采用的进样方式，大多数品牌的自动进样器采用类似设计，包括部分岛津、戴安和众多其他的自动进样器。
 

　　但是，不管是推派还是拉派，都没法很好的解决交叉污染的问题(虽然推派要比拉派在这方面要好些)。因为在取样的时候，取样针、管路等等地方都会有样品的残留，所以在样品在色谱柱进行分离时，需要用洗针溶剂将这些地方清洗干净，避免在下一针进样是造成残留和交叉污染。
 

　　三、(集成派)自动进样器
 

　　自动进样器的传统派里面，除了推推拉拉派，还有一个大门派，就是”集成派”。我们熟悉的安捷伦，就是这个门派大的一个代表，所以我很无(Wu)奈(Chi)地用了他们家的图。
 

　　在设计上，集成派大的特点，就是把样品环和进样针都集成到整个六通阀的流路上，这样进样以后，流动相持续的冲洗样品环、进样针和针座，减小了交叉污染的可能性。
 

　　在整个流路处于主路(Mainpass)的时候，流动相经过计量泵、样品环、针、针座然后回到六通阀，后出去进入色谱柱。这是在不进样的时候，自动进样器处于的自然状态，绝大多数的时候，他也是处于这个状态。
 

　　当整个流路处于旁路(Bypass)的时候，泵过来的流动相直接就进入色谱柱。流路其他部分处于静止状态。
 

　　在这个状态下，样品针可以抬起来，等着机械手臂把样品瓶放到针下面来，接下来由计量泵带动活塞杆，进行取样的工作。
 

　　取样后，六通阀再次却换到主路状态，样品被流动相带入到系统，往色谱柱方向去了。
 

　　自动进样器，不论是1100、1200还是到新的1260，1290，都是这种流路设计，一脉相承做的特别的好，只不过在样品小瓶(样品)的转移的设计上面，又分为两种：
 

　　1.样品针位置相对固定，只能上下运动。由机械手臂将样品瓶取到针座上。这种叫标准自动进样器，代号是G1313/G1329。上面的视频出镜的就是这种进样器。
 

　　2.样品针可以上下左右移动，样品盘位置固定，由样品针运动到样品瓶上方来进行取样。这种进样器叫微盘自动进样器，代号是G1367/G1377。
 

　　微盘自动进样器除了可以从样品瓶中取样以外，还可以从96孔板上来取样。这个功能是标准自动进样器所不具备的，另外还具有进样速度快、残留更小(有更多地洗针方式)等优点，缺点就是价格更贵一些。以后有机会我们会来一期具体的安捷伦两种自动进样器的比较评测。
 

　　集成派很大程度解决了样品残留的问题，因为进样以后，自动进样器一直处于Mainpass状态，也就是说计量泵、样品环、进样针和针座都一直处于流动相的不断冲洗之下，一直到下一次再进样。这样的长时间流动相洗针的效果，是推推拉拉派无论如何都无法达到的。
 

　　另外，集成派的进样量由计量泵来控制，可以比较灵活和精确。所以现在集成派已经有一通天下的趋势了，连之前的一些另类派都叛变过来了。
 

　　。
 

　　但是，这个门派也会碰到一些新的问题，比如
 

　　1.针和针座的连接，是通过密封圈来密封，长期处于高压下，对密封性的要求很高，长时间的使用会导致密封磨损。另外成本相对也会高一些。
 

　　2.进样量受到限制，一般来说样品环都处于40ul-100ul左右。