到一边,主体部分拆开的部位上是一个细小透明的膜片,这个膜片起密封作用,膜片下边是宝石球座,宝石球座有一个凹槽,倒扣在宝石球上,宝石球落在阀座上,阀座中心有略比宝石球直径小的垂直小孔,孔里是一根非常细小的弹簧,宝石球落下去正好堵住阀座,关闭这个通道,但是拆开时宝石球被下边的弹簧顶着,离开阀座。其他的三个通道也一样拆开,剩下一个立方体,仔细观察不难发现,这个立方体实际上相当于一个五通阀,连成一体的四个阀座中间的竖直小孔直通四元比例阀的出口,每个阀座上的竖直小孔上方又有一个水平的直通四个入口的孔。
工作时,比例阀四个通道由程序控制依次通电,第一个电磁阀通电时,其余三个电磁阀断电,电磁阀线圈产生磁场,将磁芯吸回阀的空腔,宝石球在小孔中的弹簧的作用下离开阀座,此通道处于打开的状态,此时从真空脱气机过来的流动相进入比例阀的第一个入口,流经阀座上水平的小孔,进入阀座中间竖直的小孔。第二个通道通电时,其余三个通道断电,断电通道的磁芯失去电磁场的磁力吸引,被弹簧压向下边的透明密封膜片,推动宝石球座将宝石球压向阀座,宝石球落到阀上以后,正好将阀座上的小孔堵死,此通道处于关闭的状态。工作时四个电磁阀根据控制程序依次通电,完成一个周期,在一个周期内,四个通道里的单向阀依次被打开,各通道里的流动相在泵的作用下依次通过四元比例阀,分段进入泵前的管路,而四元比例阀通过一个周期内每个电磁阀通电时间的长短来控制每个通道开关时间的长短,进而控制每个通道里液体流量的比例。
4. 二元高压梯度系统与四元低压梯度系统
二元高压梯度系统和四元低压梯度系统的流路分别见下图:
二元高压梯度系统
四元低压梯度系统
从图中可以直观的看出:
1) 二元高压梯度系统有两个泵,四元低压梯度系统有一个泵;
2) 二元高压梯度系统是泵后混合流动相(高压混合),四元低压梯度系统是泵前混合流动相(低压混合);
3) 二元高压梯度系统的阻尼器在泵后的三通后边,四元低压梯度系统的阻尼器在泵的两个柱塞杆之间;
4) 二元高压梯度系统最后边有混合器,四元低压梯度系统泵前有比例阀。
理论上说二元高压梯度系统的混合比例是通过改变泵的流速来获得的,其流量控制精度更高,混合室在泵后,高压下混合效率也高很多、梯度组成精确。四元低压梯度系统的混合比例是通过控制不同流路的电磁阀的开闭时间长短来控制的,理论上混合的比例也是准确的。
在梯度洗脱中,梯度延迟体积非常重要,特别是复杂样品的分析,低的延迟体积具有更快的梯度响应时间,同一样品在同一色谱柱上能够获得更好的分辨率。二元高压的延迟体积是从混合器后开始计算的,而四元低压是从比例阀混合部分开始计算的,多出了泵的死体积、泵到比例阀的管线和泵到混合器的管线,所以四元低压的梯度延迟梯度较二元高压要大,梯度响应慢。
流动相都会溶解一定的气体,二元高压梯度系统是泵后混合,气体的溶解度随压力的增大而增大,所以二元高压混合不会产生气泡。而四元低压梯度系统是泵前混合,在常压下进行的,两种液体混合时,会降低气体在混合溶液中的溶解度,通常会有气泡产生,所以四元低压梯度系统一定要配在线真空脱气机。
二元高压梯度系统的不足就是只能同时使用两种流动相,而四元低压梯度系统同时可以使用四种流动相,但通常的样品分离,两种流动相的梯度洗脱足可以解决问题,最新的药典上的分析方法也几乎没有超过两种流动相的梯度。从价格上比较,一个泵的成本要比一个四元比例阀高很多。
第二部分:泵与比例阀的常见故障
Agilent仪器比较好的一点是提供在线的和离线的压力曲线数据供用户查看参考,仪器系统的很多故障都能从压力曲线上体现出来,所以出现问题时,我一般先调出压力曲线来查看。系统的压力产生于泵,和单向阀密切相关,一般常出的也都是泵和比例阀的故障。
工作正常的系统至少应该能够保证:保留时间重复性好、等度洗脱时基线平稳、等度洗脱时压力波动小于系统压力的2%、梯度洗脱时基线变化缓慢平稳、梯度洗脱时压力曲线、平缓的阶段压力波动小于系统压力的2%,实际上一般的两三年内的仪器压力波动都在1bar左右,好一点的只有0.5bar多一点。当仪器运行样品出现保留时间不稳定、没有重复性,基线很差、与空白不能重合的问题时,压力曲线通常表现为压力偏低、波动变大和压力曲线上有倒峰,严重的可能会完全失压。原因可能是管路里有气泡、柱塞杆密封垫圈漏液、单向阀漏液或者比例阀漏液。
管路里有气泡,气泡进入泵以后可能会停留在泵腔内,泵吸液时泵腔内压力变小,气泡体积膨胀,导致实际吸入液体比预定的要少,泵排液时泵腔内压力变大,气泡体积变小,导致实际排出液体体积比预定的也少,这样泵的实际流量比预定的要小,而且系统压力变化也不稳定,波动变大,气泡大时可能导致泵不能吸液。解决问题的方法是流动相超声或者使用在线真空脱气,开泵以后先大流速排空一段时间把气泡排出以后再工作。
柱塞杆密封垫圈漏液一般由密封垫圈老化或者磨损引起,平时注意打开seal wash清洗,及时更换清洗液,定期更换密封垫圈就可以。
比较严重和复杂的问题是单向阀漏液和比例阀漏液的问题。
1. 单向阀漏液
单向阀漏液的问题最常见,也比较复杂,这个还要从单向阀的结构来说起。单向阀实现功能的最主要结构是宝石球与阀座,入口阀和出口阀都一样,通常单向阀漏液都是因为宝石球与阀座的配合出现问题,不能关闭,严重时阀座被压裂,而宝石球非常坚硬,很少出问题。
单向阀上的阀座是中间有一个小孔的圆柱体,宝石球落在小孔上时关闭单向阀,离开小孔时打开单向阀,但是如果宝石球落到阀座上时,宝石球与阀座的接触位置上有固体颗粒,会使阀座上的小孔不能完全闭合,在泵吸液时,出口单向阀不能完全闭合会导致泵头后的液体被吸回泵里,在泵排液时,入口单向阀不能完全闭合会导致泵头里应该排到泵后的液体被压回泵前。一般少量的固体小颗粒导致的单向阀漏液出现的比较随机,此时基线波动较小,但是压力曲线会有少量倒峰,但是整体波动与正常接近;有时候固体小颗粒会一直粘附在阀座和宝石球上,或者固体小颗粒较多时,会导致单向阀的持续漏液,此时基线波动较大,压力曲线也波动非常大,并且会有连续的倒峰出现,严重时仪器不能正常运行。泵里的固体小颗粒有两个来源,即柱塞干密封垫圈的磨损和流动相引入。柱塞杆密封垫圈应该是耐磨的橡胶或者塑料材质,但是柱塞杆频繁的抽拉仍然会导致其磨损,尤其是流动相中有盐或者其它机械杂质时,结晶析出的盐颗粒或者机械杂质附着在柱塞杆上,更加剧了垫圈的磨损。磨损的密封垫圈碎屑绝大部分都很小,随着流动相被排出泵腔,吸附在排空阀里的过滤白头上面,有少量较大的碎屑颗粒可能会吸附在出口或者入口单向阀内的宝石球和阀座上,导致单向阀漏液。流动相引入的杂质颗粒比较常见,可能是没有完全溶解的盐或者水中的机械杂质,硬度较大的水添加磷酸以后也可能会有小颗粒的不溶物生成,长期置放的水会滋生微生物,这些都会导致单向阀漏液,所以没有把握的流动相使用前一定要过滤,至少要用0.45um的膜。另外大浓度的缓冲盐使用时要注意,盐的浓度过高,与有机流动相在四元比例阀后混合时,会由于溶解度下降而析出,尤其是在梯度运行到小比例水溶液与大比例有机溶剂混合时,这种问题更容易产生。
单向阀阀座一般都是硬塑料材质,套管据说是陶瓷材质,阀座与套管表面非常平整,从而保证两者的密切接触,防止接触面漏液,陶瓷套管一般都没有问题,非常紧硬。入口主动阀的阀芯在装到泵上以后要受到一定压力,如果螺丝拧的太紧,很容易将阀座压裂,或者在系统压力非常大时,也有可能将其压裂。阀座裂开以后,宝石球落下去时流动相仍能从阀座上的裂缝通过,此时的单向阀漏液,系统的基线波动偏大,压力曲线波动可能由原来的1bar左右变为10bar甚至更大。出口单向阀一般都是螺纹套管结构,单向阀出厂前已经组装好,但是在拆装单向阀上边的管路时,上边的螺丝拧的太紧可能会导致螺钉连接的出口单向阀的