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液相色譜的儀器理想的LC條件之后，再來一般地描述液相色譜工作者可以得到的儀器，這是一個更為困難的任務。因為許多商品液相色譜儀是由單元部分組成的，它們的部件或同類部件可分別購買，這對于那些購買成套儀器或儀器部件自行裝配者也是有關的。儀器的三個最重要部分:輸液系統(tǒng)、進樣部分和檢測器，將分別進行討論，輔助設備則在稍后考慮。

 

   為了幫助色譜領域的新進者，圖4-1給出一個液相色譜儀主要部件的示意圖，對其中的組成將進行討論。

    理想的系統(tǒng)包括泵和溶劑供應。泵應能產生高達35兆牛頓/米(5000磅/英寸²)的壓力，并能給出通過柱子的、恒定而可重復的液流。這就提出了泵系統(tǒng)的第一種 分類方法，即分為恒流泵及恒壓泵。如果柱的阻抗和浴劑粘度每次試驗都始終不變時，這種區(qū)別是不重要的。然而，稍有疏忽，這些參數(shù)就將發(fā)生變化，因而一些工作者將 爭辯恒流泵比恒壓泵更好。這兩種類型在市售的色譜儀上均有使用，并可單獨作為儀器部件購得。

    恒流泵可以是計量型的泵，通常為機械的往復式裝置，或者是大型注射型系統(tǒng)。兩種類型圖示說明于圖4-2。

 

   往復式泵比較便宜，所以在許多市售儀器中采用。有兩種類型:一種其活塞直接作用于溶劑(Milton Roy)，另一種為液壓傳導型，泵通過一層柔韌性隔膜作用于溶劑(Whitey andOrlita)。這一類型的泵主要缺點是產生脈動性流動，使得對流動敏感的檢測系統(tǒng)出現(xiàn)相當大的基線不穩(wěn)。并且在某些情況下，如果混合物中存在著快速洗脫的組分，其流出時間又短于泵的循環(huán)周期，就難以進行精確的定量工作。

   這些缺點可借助各種辦法予以克服，總稱為阻尼裝置。阻尼器種類繁多，但均使向柱頂端輸送的液流平穩(wěn)。它們有: (1)雙頭或三頭的泵，(2)具有空氣間隔的管子; (3)撓性波紋管;(4)阻尼管。

   第一種方法裝配于Waters, Siemens以及Spectra Physi-cs 83500系列色譜儀中，其安排是當一個頭充液時，另一個頭即泵出液體。這樣溶劑的流動即使不是完全平滑，也使之明顯地平穩(wěn)。第二和第三種方法的工作原理相同，即氣體或撓性金屬容器吸收脈動的某些能量，而當泵進行再灌注時，這一能量被釋出，從而有助于保持系統(tǒng)中的壓力。最后的方法最簡單而有效，又易于實現(xiàn)，只需用25厘米長的1/8英寸不銹鋼管填充以20微米玻璃微珠，并安裝于泵和柱之間即可。雖然這種類型阻尼裝置增加了色譜儀的工作壓力，但它的死體積小，而且在有利的情況下可使脈動減少至總壓力的0.5%以下?？上н@類阻尼器僅能應用于隔膜往復泵，這種泵具有較高的沖程速度(大約100次/分)。這一裝置對Milton Roy泵無效，因為它的沖程速度低得多( 27次/分)，并且直接作用于流動相。表4-1列出了各種阻尼裝置對于Orlita泵壓力脈動的效果，并指出上述阻尼器的出色功效。它也表明可用金屬膜盒式壓力計來幫助平穩(wěn)往復泵產生的壓力波動。

 

 

   許多市售阻尼裝置的缺點是容積太大，以致變更溶劑時必須仔細地沖洗。這常常可由安裝一個沖洗閥而變得方便些。盡管有上述缺點，但阻尼管還是因為其簡單性而應作為隔膜往復泵的標準附件。往復泵雖然必須有阻尼裝置，但顯然仍適用于 LC。它們具有各種優(yōu)點，首先是比較便宜，其次它易于用在梯度洗脫系統(tǒng)。這些系統(tǒng)將在下節(jié)討論。其它優(yōu)點為可連續(xù)地輸液，以及設計恰當時能用于循環(huán)色譜法。

   第二種類型的恒流泵是馬達驅動的注射泵。這種裝置安裝在V arian及某些Perlkin Elmer公司的色譜儀上。它們是昂貴的泵，但據(jù)說能在壓力高達每平方英寸幾千磅時給出非常精確的、無脈動的、可重現(xiàn)的、并與柱子阻力無關的流速。因其容積有限，必須重灌注，這在有些情況下需要花費一些時間。

   恒壓泵具有無脈動的顯著優(yōu)點，但其流速隨柱的滲透性或溶劑粘度的變化而變化，因而洗脫體積也會變化。有兩種類型可供選用。

   簡單的系統(tǒng)如圖4-3(a)所示，利用氣體鋼瓶的壓力將溶劑驅出金屬蛇形管。這一類型的泵安裝在Du Pont和 Chroma-lronix公司的廉價型儀器上，并有合適的安全裝置(使僅在適當?shù)臅r刻才動用鋼瓶壓力)，頗為方便。蛇形管灌注的安排保證他和了氣體的溶劑不被送人柱子，閥門則是聯(lián)鎖的，所以當貯液槽仍然開放時，高壓氣體就不能作用于溶劑。即使如此，對某些型號仍必須注意，不致因為疏忽而使溶劑噴散到整個實驗室。這些泵相當不靈便，但價格比較低廉，并且對于中等壓力的例行分析是可取的。也可作些小的修改，如采用具有可移動密封墊的柱塞以隔離氣體與溶劑的接觸，從而消除了存在氣液界面的有關問題。另一類廣泛采用的恒壓泵是壓力強化器，以Haskel泵為代表，安裝在Du Pont-830和Altex300液相色譜儀中。其工作原理于圖4-3( b )中說明。

   

   比較低壓(不大于1兆牛頓/米*或150磅/英寸²)的空氣作用于表面積巨大的活塞上，此活塞直接與一個低表面積的液壓活塞相連。根據(jù)面積的比例(通常在30:1和50:1之間)產生壓力的放大，因此，0~1兆牛頓/米2( 0~150磅/英寸2)的空氣將會產生0~40兆牛頓/米²(0~6000磅/英寸²)的液壓。這類泵的缺點是體積受限制，但通常都有一個快速的自動再灌注部件，后者在有利情況下幾乎不產生什么基線擾動。Micromeritics 公司對壓力強化器系統(tǒng)進行了一種改革。他們的儀器采用液壓流體作為兩個壓力強化器裝置低壓側的驅動力量。當一個容室供輸溶劑時，另一個就再灌注。該體系可作恒流或恒壓操作，并且容易用于梯度洗脫。這類恒壓泵的進一.步發(fā)展用于Du Pont 841型。

   在此情況下，用一個微型Haskel泵，其容量為2毫升。這種小體積雖然比標準的60~80毫升Haskel泵進行再灌注的次數(shù)要頻繁得多，但共過程極為快速，所以很少或全然不產生基線的擾動。變換溶劑時也因所含體積微小而非常迅速。

   選擇泵的特殊考慮就是對于梯度洗脫的適用性。LC 中的梯度洗脫技術類似于GC中的程序升溫。在色譜展開過程中它使流動相的洗脫能力逐漸增大[1、2]。一個完全多用途的系統(tǒng)是很有利的，尤其對于研究用的色譜儀是這樣，因為它接受范圍廣泛的樣品。梯度洗脫裝置不僅對提供梯度有用，而且也適用于為了“探索”的目的而快速改變溶劑的組成。

   梯度類型或溶劑變化的程序，取決于所使用的泵系統(tǒng)，后者可分為低壓和高壓兩種系統(tǒng)。低壓系統(tǒng)用于溶劑的最終增壓之前，這對于小容量的泵如往復泵是方便的，-個典型的系統(tǒng)如圖4-4(a)所示。在此情況下，不同組成的溶劑能按要求送入泵中，倘使泵和設備的死體積很小，并已充分清掃，就能迅速地變換溶劑。使用這種類型的設備以產生平滑的梯度，需要增加一個有效的混合室，并精確控制來自兩個或多個貯槽的溶劑饋給。為形成-一個凸形梯度，可將較高強度的流動相勻速加到一個充分攪拌的貯液槽中去。梯度的變化是由改變較弱流動相的起始體積，或變更較強流動相的添加速度而實現(xiàn)的。凹形及直線性梯度也可山適當?shù)卦O計的貯液槽所獲得。

   低壓系統(tǒng)主要限于往復泵，但可能更具有多面性。這是因為任何所需的流動相均可饋入泵中的緣故。高壓系統(tǒng)的缺點是，如果僅從經濟方面的原因考慮，只能利用兩種流動相(來自兩個展)以形成梯度，因此它們必須是充分互溶的，以提供整個流動相的強度范圍。這就限制了可以應用的梯度范圍，但對大多數(shù)的應用這已足夠。形成高壓梯度最簡單的類型是一個已知容積的壓力容器，共中充滿了較弱的流動相，此流動相由泵入的較強流動相所取代。如果這兩種流動相的混合是完全的，就形成一種凸形梯度。改變壓力容器的體積就可改變梯度。

   這種類型缺乏多面性，所以又發(fā)展了其它更昂貴的裝置。通常包括使用兩個高壓泵，其輸出受到嚴格控制。一般均為恒流系，并由電子組件所控制。這種系統(tǒng)雖仍限于兩種不同的流動相，但它能產生任何形狀的梯度，所以同樣具有多面性，并且使用非常方便。對于在兩種恒定組成的流動相之間迅速地變化，它們特別有效，因為通常只要按改變的組成“調節(jié)刻度盤”即可，所以改變甚為容易。基于這些原理的梯度系統(tǒng)，許多廠商都有出售，包括Waters, Perkin EImer, Chromatronis 和Chro-matec。

   這些系統(tǒng)昂貴是因為它們都要用兩個泵。也有不用這筆費用的巧妙辦法，并已為Du Pont公司所采用3)。在這個例子中利用單一的泵來給兩個流動相加壓，其中一個流動相貯存于蛇形管中，如圖4-4(b)所示。兩種溶劑的流動均受配比閥的控制(在Du Pont系統(tǒng)中采用了兩個不同的閥)。此系統(tǒng)的不便之處不僅在于蛇形管必須經常再灌注，而且為要順利做到這一點，還必須測量所用第二個流動相的體積。在Du Pont系統(tǒng)中，如正確調節(jié)相應的閥門位置，這一過程能自動地完成。Micromeritics泵系統(tǒng)在另外附加兩個壓力強化器以后，也可適應梯度洗脫。這雖比那些擁有兩個泵的系統(tǒng)便宜，但仍比DuPont系統(tǒng)貴些。

 

   以上談了溶劑供輸系統(tǒng)的兩個主要項目，還有較小的輔助項目需要討論一下。其中之一是往往受到忽視的在線濾器。所有的泵系統(tǒng)都采用密封墊或阻流閥，這些均可因為微粒的沾染而發(fā)生故障。因此，希望在泵的人口和流動相貯槽之間裝一個有效的濾鼎?？锥?0微米左右的濾器雖然很便利，但必須對進入泵的流量沒有影響或影響很小。這對于快速再灌注的、容量有限的泵類(例如壓力強化器)更為重要，因為空氣可能被吸人液壓箱而引超故障。

   另外的輔助設備是流動相貯槽和壓力指示計，這些可按一般常識選擇。貯槽上附有回流設備較方便，在需要時可對流動相進行脫' (處理。貯槽液面上部空間應有供應惰性氣體的裝置，以使之充滿氣體。當用極譜法檢測時，如果樣品或固定相易于氧化，就必須充滿惰性氣體。壓力監(jiān)控器通常使用標準的壓力表或傳感署;需要注意它們必須有合宜的量程，對于恒流泵還應包括一個可變的斷壓開關。

   對于一個新手而言，要在各種水平的泵系統(tǒng)之間進行選擇可能相當困難。為了能夠作出正確的選擇，根本的一點是應知道該案作何用途，然后，這一系統(tǒng)運轉是否方便就成為決定性因素。應用LC進行例行分析，目前尚較少見，但將來無疑會象GC分析

”樣普遍。 因此，這一應用將 首先予以考慮。

   此種情況下，對于簡單的等強度(即恒定的流動相)分析，螺施泵是很好的，特別是因為它提供非常穩(wěn)定的恒壓流動相。具有適當阻尼裝置的往復泵也能完全滿足。因此， 在這種應用方面，價格低廉的泵型頗為有用。對于主要進行定性工作的研究用LC,溶劑系統(tǒng)的易于變更一完全的改變，例如從己烷到甲醇;以及組成的細微調節(jié)，如已烷中的乙酸乙酯含量從25到30%-就很重要。有兩個因子與這些操作相關。第一是泵的易于沖洗，例知可用一個相互混溶的溶劑來除去最初的溶劑，然后再被另一個溶劑所除去。這對于往復泵甚為易行，但在螺旋泵、壓力強化器以及柱塞泵就比較困難。另-個常用的特點一流動相組成的細微調節(jié)一與高壓梯度洗脫系統(tǒng)連用最容易實現(xiàn)，兩個流動相以有控制的速度供應至混合室，并從該處通向柱子。單個往復泵可用于這種方式，但很不方便，因為它需按要求組成各種流動相，改變和再充滿貯槽，以及沖洗整個泵和阻尼系統(tǒng)。然而，高壓梯度洗脫系統(tǒng)通常需要兩個高壓泵和一個控制單元，因此價 格昂貴。Du Pont和Micromeritics系統(tǒng)在一-定程 度上避免了這一點，并且據(jù)筆者個人經驗，Du Pont系統(tǒng)是很方便的。必須強調，因為這類設備中兩個流動相是在高壓下混合，并且.經常是高流量的，所以混合必須是高效的，以便能獲得重現(xiàn)的梯度和穩(wěn)定的基線。

   最后，適于定量工作的研究性儀器可以包一個流量反饋控制系統(tǒng)，當前某些泵系統(tǒng)就已有了這方面的例子。這些是監(jiān)控泵輸出流量的電子裝置;如果流量與預調值有所不同，能對泵的驅動裝置進行調節(jié)。這一設計已由Du Pont公司用來將壓力強化泵轉換成恒流泵。Spectra Physics ( Chromatronix )也將它與雙頭往復泵合用以解決流動的脈沖問題。當然，所有這些都增高了泵系統(tǒng)的價格，但對于精確的工作卻是需要的。柱塞泵也能產生高度重現(xiàn)的、精確的流速(例如V arian和Perkin EImer的產品)。這些泵都有較慢的再灌注程序，因而不甚方便。但較長的再灌注時間(幾分鐘)往往受到不恰當?shù)穆裨梗貏e是當泵一般可容納250毫升左右，因而無須頻繁地再灌注的時候。這些泵的主要缺點在于，當要變換完全不同的溶劑時，整個系統(tǒng)必須用一種中間的溶劑至少沖洗一遍。最麻煩的變換例子是從已烷到水，或從水到已烷，最好的避免辦法是配備兩個系統(tǒng)(如果經費許可的話),一個水相系統(tǒng)用于離子交換和反相(鍵合相)色譜法，另一系統(tǒng)用于吸附和正相色譜法，使用烴類和其它有機流動相。

   主要根據(jù)共操作的方便程度，對各種泵系統(tǒng)的主要優(yōu)缺點進行了評述(6。對于定量的工作，恒流泵顯然是重要的，但只要使用中仔細地操作，恒流泵和恒壓泵均可適用。有關選擇適當泵系統(tǒng)的知識，匯總示于表4-2。

 

 

   有兩種基本的進樣系統(tǒng)-注射器和進樣閥。注射器進樣更為方便，但也有各種困難,，尤其在高壓的情況。反之，閥門]進樣靈話性較差，但能在所有壓力下操作。

   注射式進樣系統(tǒng)的主要優(yōu)點是能夠在柱頭注射，而為了使用“無限直徑"的柱和達到最高效率，這是最根本的條件。然而，如果注射到柱的填充物內不好，因為針尖極易為很細的顆粒所堵塞。為避免這一點，可在柱頂端鋪上一薄層玻璃珠，用不銹鋼網(wǎng)的小薄片與充填劑隔開。這就意味著當小的隔膜碎片污染柱頭時，可定期更換玻璃珠。隔膜材料的選擇有很大限制，最常見的類型是硅橡膠或氯丁橡膠制品。沒有一種隔膜是完美無缺的;有的太軟易受溶劑的侵蝕，有的太硬不易為針尖穿透。實際上如果隔膜的固定裝置和注樣頭的設計合理，則一種預先鉆有中心孔的相當軟的隔膜似乎是最好的折衷辦法。一個有1.5毫米中心孔的7奉來隔膜，曾在愛丁堡大學連續(xù)使用了至少二個月,壓力達到3.5兆牛頓/米²( 500磅/英寸)而無明顯的泄漏。

   各制造廠商使用了這種注射器隔膜系統(tǒng)的各種形式。直接從桂頭上方注射到液流中的方法在Du Pont 830儀 器中已成為標準裝置，它避免了對充填劑的任何干擾，但可由于連結系統(tǒng)被隔膜的碎片堵塞而引起故障。別的廠商利用了這樣-一個事實，即由于液體中的擴散緩慢，就可能“停流"注射，這被推薦用于10兆牛頓/米²(1500磅/英寸²)以上的注樣。在簡單類型的系統(tǒng)中，停止液流，使壓力下降，然后按通常方式注人樣品。再給柱子加壓并完成分離。這一方式的變革包括使用兩層密封墊。注樣時，注射器針尖穿過第- -層密封，密封被拉緊，然后，第二層密封張開口或被穿透，進行注樣。拔出注射器時按相反的步驟進行。

   要求在高液體壓力下注樣的注射器，與用于氣色譜的沒什么區(qū)別。已經生產了各種專門設計的高壓注射器，但并不真正必須。

   第二種進樣系統(tǒng)是利用滑動的或旋轉的閥門。簡單的滑動閥門可作小體積的注射，而旋轉式閥]既可用于內部也可用于外部，既可小量又可大量地進樣。兩種類型與柱的結合部都必須只有最小的死體積，當這點實現(xiàn)以后，Kirkland 曾證明“柱頭”注射器與閥門進樣二者總的柱效相同。閥門系統(tǒng)只能注射固定體積的樣品這一不方便之處，由于沒有沾污以及閥能耐高壓的能力而得到一定程度的補償。

   Waters Associates 曾生產了一個獨特的體系，它結合了兩種類型的注樣裝置。用注射器在大氣壓下從蛇形管置換可達2毫升的溶劑。然后，轉動閥門使溶劑流過此蛇形管,于是將樣品帶到柱子上。該設計是使得蛇形管液體中的樣品最接近柱子，從而被首先帶到柱上，蛇形管中的剩余溶劑對樣品的稀釋達到最小限度。

   關于進樣問題，與氣相色譜比較可注射較大體積的樣品，并不喪失分辨率。在氣相色譜中樣品必須在注射過程中立即氣化，這限制了所能注人的體積只能是幾個微升。在LC中不存在這種體積上的變化，樣品的最大體積決定于其對分離的影響，很多研究者曾發(fā)現(xiàn)樣品可用到100至200微升，而不致明顯地影響色譜效串。

   在液相色譜系統(tǒng)中，柱是裝在泵進樣器后面的。至于如何選擇體系、顆粒大小及柱的尺寸，由其他作者執(zhí)筆，這里從略。

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