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高效液相色谱是怎样工作的之进样器

2021-05-08 [365]
  1.概述
 
  液相色谱系统由泵及流路系统、进样系统、色谱柱系统以及检测器系统构成,其中进样系统可细分为手动进样与自动进样,两种进样方式均要求进样的准确性与精密度。其中手动进样系统由于人为因素对进样的准确性有很多大的影响,如人员的手动进样熟练程度等,渐渐退出市场。而自动进样系统,由于具有很高的准确度以及精密度,几乎排除人员因素的影响以及具有高通量、自动运行序列等特点而成为HPLC系统的标配。
 
  液相色谱进样系统位于泵后,色谱柱之前的高压区域,如下图所示。流动相混合之后流经进样系统,将样品溶液带入到色谱柱内,完成进样。
 
  2.进样系统构成
 
  进样系统一般由进样针、注射器或者计量泵、样品托盘、定量环以及阀构成,其中阀是整个进样系统的核心,通过阀的切换做到在进样的过程中不停泵,保持流动相持续不断地流经色谱柱。进样阀(六通阀)的典型结构如下图2所示,主要由定子以及转子构成,定子与定子面紧密接触,其上的六个孔洞分别连接泵流路的方向,色谱柱,定量环,进样针或进样针座以及废液接口。
 
  在工作时,定子面(多为不锈钢),定子(多为陶瓷)以及转子密封(多为聚合物)三者之间紧密接触,由电动马达(手动进样装置有把手连接转子)带动转子转动实现进样状态的改变。转子密封的材质一般为聚合物,不同材质的转子密封具有不同耐受环境限制,如聚酰亚胺材质的转子密封最大耐受的pH为10,若体系流动相pH超过10的时候,就需要使用其他材质如乙烯-四氟乙烯共聚物或聚醚醚酮聚合物材质的转子密封,不同材质的转子密封的耐受pH范围。
 
  转子密封上面有弧状的凹槽,其作用是通过转子的转动将定子上的不同孔洞之间形成通路,一般有两种形式。
 
  转子密封上有两条凹槽,适用与手动进样装置,在进样时通过转动手柄或把手,实现进样阀在loading位与injection位的切换。图B所示转子密封上有三条凹槽,适用于自动进样装置。
 
  3.手动进样
 
  手动进样方式对于人员的熟练程度比较高,其基本流程如下。为loading位,此时流动相直接通过定子与转子与色谱柱相接,通过注射针将样品注入定量环;为injection位,此时通过转子转动,将泵、定量环、色谱柱形成一个通路,样品溶液在流动相的流动下带入到色谱柱。此时,与注射针相连接的定子上的孔径与废液相接,可注入溶剂或Blank进行冲洗进样管路。
 
  从其进样方式,还可以看出样品进入定量环的方向与样品进入色谱柱的方向是相反的。如果是满环进样的话,前后的方向是否相反,其影响基本可以忽略;但在非满环进样的情况下,前后方向相反,可以尽可能多的减少样品在色谱柱外的柱外扩展作用。
 
  此外,在进样完成之后,可不必急于将进样阀搬回loading位,依靠流动相的流动将定量环充分的冲洗之后,再搬回原位,为下一针做准备。
 
  手动进样有两种方式,满环进样与非满环进样方式。在满环进样的时候,注射器像定量环注入大于满环体积的样品溶液,多余的样品溶液进入废液。非满环进样方式,要求进样体积小于满环体积的一半,两种进样方式的区别。
 
  此外,对于非满环进样,之所以要求进样体积小于满环体积的一半是因为,在非满环条件下,定量环内存在两种溶液,一是流动相,二是样品溶液。样品溶液在注入到定量环中的时候与流动相发生混合而被稀释,一般地,1微升的样品溶液会被稀释为2微升。因此,非满环进样时,进样体积最好小于满环体积的一半。
 
  4.自动进样
 
  自动进样时,连接转子的手柄或把手被电动马达所代替,实现进样阀相位的改变。自动进样一般有三种模式,分别为吸入式自动进样,推入式自动进样以及一体式自动进样。不同的自动进样方式具有不同的有点,同时也各自具有不同的缺点。
 
  4.1吸入式自动进样
 
  吸入式自动进样,亦即通过抽拉注射器将样品溶液吸入到定量环中,首先是进样阀处于injection相位(图7A),流动相从混合之后通过定量环进入色谱柱。进样程序开始时,进样阀相位调整到loading位(图7B),样品在负压的作用下进入定量环,之后进样阀重新调整到injection相位,样品溶液随流动相进入色谱柱。
 
  当泵、定量环以及色谱柱之间形成通路的同时,针筒以及管路中的样品被排入废液,如图8A所示;之后切换到loading位置,针筒抽吸洗针液对定量环进行清洗,如图8B所示。
 
  吸入式自动进样器,由于机械结构简单,因而易于维护以及便于排除故障,但较浪费样品。
 
  4.2推入式自动进样
 
  推入式自动进样,进样阀处于injection相位的时候,流动相、定量环以及色谱柱构成一个完整的通路,此时进样针座与废液联通。样品经计量泵拉入临时定量环中,如图9A所示;之后进样阀切换到loading相位,进样针与针座连接,而针座与定量环连接,通过计量泵将样品溶液推入到定量环中,如图9B所示。
 
  之后进样阀再次切换到injection相位,流动相、定量环以及色谱柱构成一个完整的通路,样品溶液随流动相进入色谱柱中。临时定量环中的样品溶液被排放入废液,如图10所示。
 
  在injection相位下,计量泵泵入洗针液,之后进样阀切换到loading相位,进样针座与定量环联通,对定量环以及进样针进行清洗,并经废液排出,如图11B所示。
 
  推入式自动进样器具有进样体积灵活可调节的特点,相比吸入式自动进样器,样品消耗较小;同时样品经进样针座进入定量环的过程为低压过程,便于控制以及对相关部位进行密封。由于其机械结构相比吸入式自动进样器复杂,发生故障时,不易于排除。
 
  4.3一体式自动进样
 
  一体式自动进样器的不同点在于进样针与定量环是一个整体。如同推入式自动进样器一样,首先进样阀处于injection相位,流动相经泵后与定量环及进样针、进样针座以及色谱柱形成通路,如图12A所示。之后进样阀切换到loading相位,样品溶液随着柱塞杆的拉出而进入到定量环中,此时流动相经泵之后直接与色谱柱相连。
 
  进样时,进样阀重新切换回injection相位,样品进入色谱柱。之后,在下次进样之前一直处于该相位,以流动相对定量环以及取样针进行冲洗。
 
  该种进样方式具有很少浪费样品,甚至不浪费样品的特点,特别适合于样品量比较少的情况;同时由于方法运行的绝大部分时间,进样阀均处于injection相位对定量环及进样针进行冲洗,样品残留的可能性大大降低。由于进样针座处于HPLC系统的高压处,对于连接处的密封性要求高,且该种方式的最大进样量也受到定量环大小的限制。
 
  5.相关问题
 
  这里只涉及进样针样品残留以及系统污染两种情形。
 
  在相关色谱峰之间出现了一个峰宽异常(大于前后两个色谱峰的峰宽)的色谱峰,这种情形一般是系统污染(色谱柱上的强保留成分)引起的;如图14B所示在前后两个色谱峰之间出现了峰宽与前后色谱峰峰宽差不多的色谱峰,这种情形一般是由于样品污染(或者进样针或针座被污染)引起的。
 
  此外值得注意的一点是,当进样阀的转子密封垫上的凹槽随着使用时间的加长以及磨损,进而使得凹槽内部形成一定的死角,这种情况下易于发生样品残留现象;若不同的凹槽之间发生交联时,会引起漏液;若凹槽由于磨损而变宽的话,会引起色谱峰变宽,色谱柱的表观柱效降低。
 
  6.结论
 
  进样系统是HPLC的重要组成部分,其中手动进样方式要求操作人员进样技术娴熟,人为因素影响分析结果的可能性比较大;自动进样器可以很好的解决进样重复性、准确性问题,不受人为因素影响,同时还能够实现通量操作。不同的自动进样器具有不同的有点的同时也难免有一定的缺点,其中推入式以及一体式自动进样器是应用较为广泛的两种自动进样器。