液相色谱仪器结构解析之二(进样器)

液相色谱在食品、化工、医药等各行业、领域应用非常广泛,在前面的文章中,我们着重介绍了液相色谱的分类及其色谱泵(https://www.peposx.com/2018/04/25/液相色谱仪器结构解析之一(色谱泵)/),本文将继续介绍液相色谱仪的第二个重要部件————进样器。进样器在液相色谱中的主要作用正如其名,主要用于将待分析样品转入分析流路进行分析。目前进样器根据其自动化程度,主要分为手动进样器和自动进样器,由于现有仪器自动化程度以及批量检测的需要,手动进样器已非常少见于色谱仪器,但是就目前的色谱发展近况来看,手动进样器不会被完全淘汰,因为手动进样器几乎是很多前沿科技在研发过程中的必备用品,而且目前所有的色谱仪器和厂商均为其保留了最原始的接口。为了更好的理解手动/自动进样器的工作原理,我们着重介绍手动进样器。

一、手动进样器

目前为止,最为经典且应用最为广泛的手动进样器应属罗丹妮的7725i (i表示附带一个内嵌的侧向开关,可用于阀门转动时仪器的自动触发,若无i表示不带手动触发)手动进样器(详细信息请看IDEX美国官网)了,其阀门结构如下图一,7725i阀门为2槽2位6通阀门,它与很多阀门与众不同的地方在于它有6个位置,却只有2个流通槽,即图中深色部分阀门转子密封垫的连接部分,为流通槽,位于该槽两端的接口之间可以流通,而无槽部分则不能相通。在进样操作时,阀门应首先处于Load状态,然后通过进样注射器(注意一定要使用平头针微量注射器,使用尖头可能会在阀门转动过程中损坏转子)将样品经过针道注入定量环,待样品注入完成后,注意若需使用其内嵌的侧向开关实现自动触发进样(即在阀门进样转动瞬间仪器开始计时并运行仪器方法),在转动阀门之前,仪器应处于待触发状态(等待进样信号状态,Agilent、Thermo系列仪器无需特别设置其状态,Waters在单针进样时需手动设置状态,序列进样时,仪器可自动进入待触发状态),此时,迅速转动阀门至Inject位置,仪器根据进样器类型(带触发开关i的则自动立即开始计时,运行方法,若不带触发开关,则切记一定要立即移动鼠标点击进样或开始采集,否则保留时间将不准确),注意此时不能拔进样针,待进样后,冲洗一定时间(视流速和定量环大小,如100 ul定量环,1 mL/min流速,冲洗0.5 min相当于5倍定量环体积,可认为已将样品完全冲洗至色谱柱,并清洗干净定量待第二次进样),此时转动阀门至Load位置,在下次进样之前,用微量进样器吸取流动相彻底冲洗进样器和定量环,以免交叉污染。

液相色谱仪器结构解析之二(进样器)

之前介绍到7725i在手动标准色谱分析过程中使用非常广泛,那其过人之处在哪儿呢?不知道大家在家里接水龙头、水管这些多不多,有没有考虑过图一中上述阀门在阀门转动过程中,若无MBB流道,阀门将存在极短时间上的断流情况,该极短时间内,色谱泵的输液端被堵死,此时将造成极短时间的压力上升,若操作人员阀门转动速度较慢,将造成压力的急剧上升,所以为了解决该情况,罗丹妮阀门为其设计了不断流技术,即在流动相进液端(2号位)和出液端(3号位),在定子上挖了一条小沟,从而实现了其不断流,该技术因申请了国际专利保护,因此目前几乎没有第二家生产商可生产,为其行业地位打下了扎实的基础。下图为其MBB流道设计图。

液相色谱仪器结构解析之二(进样器)

图2 7725i阀门的MBB轴剖面示意图

针对其他手动进样器,有很多阀门设计可能不存在针道,同时其流通槽设计可能与上述7725i不同,目前大部分应用的进样阀为三槽二位六通阀,当这类手动阀门应用于进样时,可通过特殊的接头将阀门与微量注射器(如下图左上角处接头)连接起来,如下图3,其操作过程与7725i进样过程相同。注意手动进样器安装时,其废液管均需处于高位(超过进样位置,且若存在多条废液管,其管口应处于同一水平位置,如7725i进样阀)。

液相色谱仪器结构解析之二(进样器)

图3 三槽二位六通阀进样示意图(图片来自仪器信息网)

二、自动进样器

2.1 旁路进样

自动进样器的进样原理其实与手动进样器完全一致,只是采用电动替代了人工而已,相对而言,采用电动阀门其成本也大大提高,但其效率也提高了很多,目前市场价格大约电动六通阀的价格为手动阀门2-4倍左右(具体根据配置不同,其价格不同)。但随着自动进样器的发展,其进样模式出现了很多变化,主要体现在其进样流路的变化,目前根据进样方式,主要分为主路进样和旁路进样,之前我们所介绍的手动进样器其进样方式主要为旁路进样,进样针不处于液相色谱流路中,而是处于旁路位置,无论是在进样位置还是装载位置,进样针均不承受色谱流路的高压。旁路进样的进样如下图4,这种进样方式的好处就是进样针不承受来自色谱分析的压力,进样针内外清洗均可非常完全,较差污染小,但其显著缺点为这种方式进样量很大,因为需考虑到进样针那一部分的管路体积,通常样品吸取体积大于实际需要体积,在进行标准品分析时,非常耗费试剂量,此外,这种方式不利于进样器从多个瓶子中吸取样品、混匀等扩展操作。

液相色谱仪器结构解析之二(进样器)

图4 Waters 2707进样器旁路进样示意图(图片来自新浪爱问共享资料)

2.2 主路进样

目前Agilent、Dionex等公司均已淘汰上述旁路进样的方式,转而采用主路进样或主路与旁路进样相结合的方式。主路进样的方式如下图,进样针与样品环直接相连,成为定量环的一部分,进样针的针座与进样阀的连接位置与定量环和阀门的连接位置相邻,吸取样品时,进样阀转动至Load位置,进样针离开针座进行吸样操作,吸取完毕后,进样针回到针座,此时进样阀转动至Inject位置,流动相直接经过定量环、进样针、针座等流路,再将样品载入至色谱柱,也即在这个过程中进样针需要承受色谱分析流路的压力,在UPLC上,此压力更是高达1000 bar。这种进样方式的优点很明显,进样不需要内部清洗,因为整个进样针流路均经流动相持续清洗,进样体积完全等于实际吸样体积,样品尤其是标准品消耗量大大降低,此外,因为进样量等于实际进样量,为此,可在程序支持下进样柱前衍生操作,如多点进样(从多个瓶子先后吸取样品)、混合、反应等各类自定义操作(目前色谱博士实测Agilent、Dionex支持此项操作,Waters不支持)。这种主路进样存在的缺点主要是因为定量环持续至于流路中,导致梯度延迟体积增大,为此,部分厂商对此持续进行了改进,改进办法为主路进样与旁路进样相结合,即采用主路进样的方式吸取样品和进样,但在进样完成后,在保证样品被充分冲洗至色谱柱头后,将进样阀重新转回至Load位置,这样既可旁路进样针与定量环,从而大大减小了梯度延迟体积(实测Dionex、Waters支持此项操作)。

液相色谱仪器结构解析之二(进样器)

图5 主路进样示意图(图片源自Waters H-Class Acquity Console)


在下一篇文章中,我们将介绍当下液相色谱中的另一重要部件-柱温箱,柱温箱不仅仅起到恒温作用,其设计和使用更有大学问哦,欢迎关注我们。

文章末尾固定信息

我的微信
这是我的微信扫一扫
weinxin
我的微信
我的微信公众号
我的微信公众号扫一扫
weinxin
我的公众号
chromdocwp
  • 本文由 发表于 2018年6月30日 18:09:53
  • 转载请务必保留本文链接:https://www.peposx.com/2018/06/30/%e6%b6%b2%e7%9b%b8%e8%89%b2%e8%b0%b1%e4%bb%aa%e5%99%a8%e7%bb%93%e6%9e%84%e8%a7%a3%e6%9e%90%e4%b9%8b%e4%ba%8c%ef%bc%88%e8%bf%9b%e6%a0%b7%e5%99%a8%ef%bc%89/
评论  0  访客  0

发表评论