高效液相色谱-Part5:进样器与控温器
接着流路我们继续往下讲,接下来流路进入的就是进样器部件了。讲进样器之前先来普及下来Agilent的发展历史。
Agilent 1100
Agilent 1200
Agilent 1260
Agilent 1290
可能很多人都不知道Agilent和Hp之间的关系。先来看一下百度百科对安捷伦科技有限公司的介绍。
Agilent 是从Hp公司分离出来的,所以在Agilent 1100系列仪器上还贴有Hp的商标哦!
看下面的老古董!!!
图二:Agilent 1100系列正面图
回归正题,讲我们的进样器。现在大家用的都是自动进样器,当然也有人还在用手动进样器(心疼你3秒钟)。既然还有人用,那我们就先讲讲手动进样器。
图三:Agilent手动进样器装置图
这不是铁架台吗?的确,它有点像铁架台。上图标红处就是手动进样器,手动进样器其实也是一个六通阀(包括定子、转子密封垫、转子)与手动切换器(手柄)组成,还需要位置传感器电缆和平头进样针。图四是手动进样器的侧视图。
图四:手动进样器侧视图
进样器进样时主要经过Load 和 Inject这两个状态,也就是我们说的主路(Mainpass)和旁路(Bypass)。非进样状态下,流路一直处于Inject状态,但当我们需要进样时,首先需要将Inject状态切换到Load状态,如图五所示状态。
图五:Inject状态和Load状态(左进右出)
Load状态
在Load状态下泵出来的流动相通过六通阀上的孔2和孔3直接与色谱柱子连接,并且针口和样品环连接。至少使用2到3倍样品环体积(如果需要更好的精度,则需要更多)的样品通过针口注入,以便提供良好的精度。样品填入环内,过量的样品通过和孔 6 连接的排泄管排出。
Inject状态
在Inject状态下泵出来的流动相通过六通阀上的孔1和孔2与样品环连接,通过六通阀上的孔3和孔4将定量环与色谱柱相连,将全部样品从定量环冲洗到色谱柱。针口和排泄管连接。
Note:为了防止虹吸,两个排泄毛细管的出口(孔 5 和孔 6)和针口必须装在同一水平面。具体细节参见图六。
图六:手动进样器剖视图(排泄毛细管与进样针口)
手动进样器是通过定量环来进行进样体积定量的,所以不同的进样体积需要使用不同的定量环,这就给不同体积的进样带来了麻烦。
那么问题来了:更换不同进样体积的定量环后仪器是否需要校验(定量环本身有证书)?
如果我不想更换定量环就像进不同体积的样品该怎么帮呢?
我们可以通过一个精密注射器往定量环中注入一定量体积的样品,就可以实现非满环进样。这种进样方式被称为部分装液法进样,而满环进样被称为完全装液进样。
其实,我们可以想想:如果有一个电机代替人手来回切换进样六通阀,有一个注射器主动取样注射,那不就是一个自动进样器了吗?
随着科技的进步和发展,目前总有个三种自动进样方式。
在吸入式自动进样器中,取样针安装在孔5,注射器安装在孔6处,通过注射器的吸取,取样针从进样小瓶中吸入液体并充满定量环。这种进样方式模拟了手动进样,所以也会有同于手动进样一样的缺点:必须满环进样且浪费样品,从下图可以看出,在这个过程中很多段管路被样品污染需要进行清洗。
图七:吸入式自动进样器原理图
这种自动进样方式其实就是模拟手动进样。在手动进样中进样针与孔5相连将样品推入定量环,从孔6排除废液。在推入式自动进样器中,取样针通过计量泵吸入一定量的样品,通过孔5注入定量环,废液从孔6排除,这种进样方式完全模拟了手动进样。但它的优点是可以实现部分装液进样。
图八:推入式自动进样器原理图
结合吸入式自动进样器和推入式自动进样器的特点,设计出一种新的进样模式:将进样针与定量环结合在一起。当六通阀处于Load状态时,计量泵与定量环以及取样针组成了一个新的注射器。取样结束后,对取样针进行清洗,然后扎入进样口。可以看出当六通阀处于Inject状态时,定量环、取样针、进样口一直处于流路中,所以交叉污染的可能性就降低了。没有什么是十全十美的,它也有它的缺点。从图中可以看出,进样口只能通过密封圈(类似于气相的进样隔垫)来密封,而且之前我们也说过,它们始终处于流路中,一直处于高压状态的,对密封的要求很高。
图九:整体样品环自动进样器原理图
进样器基本就是这些内容了,而且现在基本上用的进样方式都是整体样品环自动进样。但还有个地方需要大家去了解,取样针如何定位进样小瓶?
目前来说,可以分为取样针位置固定和取样针位置移动两种方式。
这种进样方式类似于气相进样塔进样,进样针始终固定于某处,由机械臂抓取不同位置的进样小瓶到固定位置后,进样针吸取样品。这种方式是在Agilent 1100系类的进样方式,很多人可能没见过。Agilent 1100机械臂的一些细节可以参见图十。
图十:Agilent 1100机械臂
其实,这种取样针位置移动的进样方式可以说是取样针位置固定的升级版,他只是将取样针与机械臂集合到一起,无需移动进样小瓶的位置就可以直接进样。Agilent 1100系列之后的HPLC都是采用的这用进样方式。机械臂的具体一些细节可以参见图十一。
图十一:集成取样针的机械臂
讲到进样器就要不得不说说另外一个部件,它不在流路内,而且是一个非标配部件,你能猜出它是什么吗?
它就是自动进样器恒温器,我把它称为“空调”,它的目的就是为了控制进样盘的温度。虽然它既可以降温也可以升温,但目前来说我还没听过要对样品盘进行加热的说法,基本都是控制样品处于低温状态,保持样品的稳定性。
我们来看看它是怎么工作的。
图十二:恒温器工作原理
这个部件了解一下就可以,无需挖太深。当我们没有恒温器且样品需要放到低温下储存时,我们就只能在进样前将低温样品放入进样盘来减小样品的降解。说到这,小编不由得想起了刚工作时艰苦的生活,实验室内液相室这样的:只有泵和检测器,然后外接一个手动进样器,就像两个鞋盒子摞在一起。做实验时,守在仪器旁边,看着图谱,吸着有毒气体。没有经历过如此艰苦条件的人就暗自庆幸吧!
课后习题
Q: 标出下图的流路方向以及各部件的名字?
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