液相色谱系列LC06丨HPLC一定是高效液相色谱？你错了！

 

说起HPLC，大家都知道是指高效液相色谱，

P表示效能Performance。

但其实，HPLC的最初涵义是高压液相色谱，

P表示压力Pressure。

那为什么会有这样的转变呢？

今天，我们就来说说液相色谱的泵。

从俄国科学家茨维特第一次命名色谱法，

到1960年代液相色谱仪初现雏形，整整用了50年。

最大的难题在于液相高压泵的设计，

要如何将流动相可控的输送到色谱柱里呢。

既要稳定持续，又要密封耐压，

这样才能保证实验的重现性。

从隔膜泵到往复活塞泵，

发展到现在，几乎所有的液相泵系统都是往复活塞泵的某种变形了。

那它是什么原理呢？

在节日里，吹气球的打气筒就是一个活塞泵。

包括一根活塞，两个有方向的阀门，还有一个腔体。

活塞向后拉，向腔体里吸气，活塞向前推，向外均匀的排气。

液相泵也是一样，有柱塞杆，也就是活塞，

有单向阀，也就是有方向的阀门，还有泵腔。

柱塞杆往后拉，溶液从入口阀进入泵腔里。

向前推，泵腔里的液体就会从出口阀排出腔外。

不过手动拉活塞可受不了，所以还得配一个泵驱动，

自动控制活塞运动，带动着活塞一前一后的排液和吸液。

不过，这种方式，就像吹气球一样，

吹一下，停一下，

是不符合液相色谱要求的。

因此需要两个活塞互补工作，才能实现连续的液体输出。

要改变流速的大小，只要改变柱塞杆运动的快慢就可以了。

这样的一整套，被称为一个泵头。

一个泵头可以稳定输出一种液体，叫做单元泵。

如果配两个泵头，

就可以控制两种液体的流量和混合，叫做二元泵。

那什么是四元泵呢？

可不是指配了四个泵头哦。

四元泵其实也只有一个泵头，

它是在单元泵的基础上加了一个四元比例阀。

大家有观察过浴室里的水龙头吗？

有些设计是一个冷水开关，一个热水开关，

分别控制大小，来改变混合之后的温度和流量，这就像二元泵，

这种方式的混合点在泵头的后面，被称为泵后混合。

另一种是通过比例阀来控制冷热水进入的比例，

只有一个开关来控制最终的流量，这就像是四元泵，

这种方式的混合点在比例阀里，也就是泵头的前面，

被称为泵前混合。

其中的四元比例阀负责控制溶剂的比例，

当比例变化时，改变的并不是阀开的大小，

而是在每种溶剂上开的时间。

比如方法是20%的水和80%的甲醇，

比例阀就会像红绿灯一样不断的切换，

按照2:8的比例把绿灯时间分别分配给水相和甲醇。

由于设计上先天的差异，

二元泵和四元泵的使用特点和故障排查都不太一样。

二元泵的优点是有两个泵头，

分别控制A和B的流量，再进行混合，

由于泵头的精度高，混合比例的精度也会比较高。

四元泵可以使用四种溶剂，灵活方便。

但四元泵只有一个泵头，混合是依靠比例阀的开合，

所以混合精度会稍差一些。

 

大家是否发现，在使用仪器的时候，

泵里的很多部件一直处于运动或者变化的状态。

比如泵腔里的柱塞杆，不停开启闭合的单向阀，

还有算着时间做切换的四元比例阀。

就像鞋子里不能有沙子一样，

运动的零件都特别需要避免颗粒的磨损。

 

固体小颗粒会加速柱塞杆的磨损，导致漏液；

阻碍单向阀的闭合，导致基线的波动；

颗粒的存在还会影响比例阀的准确性。

这也是为什么液相实验需要过滤流动相的原因之一，

尤其是使用缓冲盐的实验。

另外，由于设计的原因，

四元泵更有可能在工作中产生缓冲盐的析出，形成新的颗粒。

因此，需要更加注意。

 

有意思的是，不同的仪器设计，会产生不同的说法。

比如安捷伦通常推荐A相为水相，B相为有机相。

这就和硬件设计有关，

由于安捷伦的四元比例阀是垂直放置，混合点在阀的中间，

为了使析出的缓冲盐能有机会继续溶解，

所以要求水相放在下面两个通道，A相和D相。

而有些公司的比例阀是水平放置的，就没有这个说法，

反而推荐A相为有机相。

 

最后，总结一下，我们讨论了泵的结构和分类，

有单元泵、二元泵和四元泵。

其实除了这种分类，还可以分为分析泵和制备泵。

下一期，我们继续讨论！

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