在上一篇文章中,我有提到,将在最近的一段时间内继续编写HPLC科普专题知识,以帮助自己和一小部分学习色谱的人复习回顾色谱知识。最近工作比较繁忙,刚刚抽出时间出来撰写第四篇:HPLC机器使用和维护的注意事项

用过HPLC的人都知道,这种仪器相当昂贵!在做色谱分析实验的时候,大家都是要守著一台仪器使用(因为一台仪器的确需要十多万的成本,实验室基本最多拥有1-2台!)因此在上次,老板让我去做HPLC仪器的用户调研的时候,我看到有的公司里居然有十几台HPLC的时候,我的心里充满了嫉妒、嫉妒、嫉妒!

好了!废话不多说了,我开始正式地整理今天的知识点了!


第一部分:HPLC系统的大体构成

一般情况下,HPLC系统由输液泵、进样器、色谱柱、检测器、数据记录及处理装置等组成。其中输液泵、色谱柱、检测器是关键部件。

当然,有的仪器还配备了梯度洗脱装置、在线脱气机、自动进样机、预柱或保护柱、柱温控制器等,现代的HPLC仪器还有微机控制系统,进行自动化仪器控制和数据处理。制备性HPLC仪还有自动馏分收集装置。

下面我们分别讲一下系统的各个组成部分的使用和维护注意事项(知识点,敲黑板!)

第二部分:输液泵

1、输液泵是HPLC系统中最重要的部件之一。泵的性能好坏直接影响到整个系统的质量和分析结果的可靠性。输液泵应该具有以下的性能:

  • 流量稳定,即RSD应该小于0.5%。这对定性定量的标准型至关重要;
  • 流量范围宽,分析型应在0.1-10ml/min范围内连续可调,制备性应能达到100ml/min;
  • 输出压力高,一般应该能够达到150-300kg/cm2;
  • 液缸容积小
  • 密封性能好,耐腐蚀

2、泵的使用和维护注意事项

为了延长泵的使用寿命和保持其输液的稳定性,必须按照以下的注意事项进行操作

  • 防止任何固体微粒进入泵体,因为尘埃或其他任何杂质微粒都会磨损柱塞,密封环,缸体和单向阀,因此应该预先除去流动相中的任何固体微粒。流动相最好在玻璃容器内蒸馏,而常用的方法是过滤,可以采用Millipore滤膜(0.2μm或者0.45μm)等滤器。泵的入口都应该连接砂滤棒(或片)。输液泵的滤器应该经常清洗或者更换。
  • 流动相不应该含有任何腐蚀性的物质,含有缓冲液的流动相不应该保留在泵内,尤其是在停泵过液或者更长时间的情况下。如果将含有缓冲液的流动相留在泵内,由于蒸发或者泄露,甚至只是由于溶液的静置,就可能析出盐的微细晶体,这些晶体将和上述固体微粒一样损坏密封环和柱塞等。因此,必须泵入纯水将泵充分清洗后,再换成适合于色谱柱保存和有利于泵维护的溶剂(对于反相键合硅胶固定相,可以是甲醇或甲醇-水)。
  • 泵工作时要留心防止溶剂瓶内的流动相被用完,否则空泵运转也会磨损柱塞、缸体或密封环,最终产生漏液。
  • 输液泵的工作压力决不要超过规定的最高压力,否则会使高压密封环变形,产生漏液。
  • 流动相应该先脱气,以免在泵内产生气泡,影响流量的稳定性,如果有大量气泡,泵就无法正常工作。

如果输液泵产生故障,须查明原因,采取相应措施排除故障:

  1. 没有流出相流出,又没有压力指示。原因可能是泵内有大量气体,这是可打开泄压阀,使泵在较大流量(如5ml/min)下运转,将气泡排尽,也可用一个50ml针筒在泵出口处帮助抽出气体。另一个可能原因是密封环磨损,需更换。
  2. 压力和流量不稳。原因可能是气泡,需要排除;或者是单向阀内有异物,可卸下单向阀,侵入丙酮内超声清洗。有时可能是砂滤棒内有气泡,或被盐的微细晶粒或滋生的微生物部分堵塞,这时,课卸下砂滤棒侵入流动相内超声除气泡,或将砂滤棒侵入稀酸(如4mol/L硝酸)内迅速除去微生物,或将盐溶解,再立即清洗。
  3. 压力过高的原因是管路被堵塞,需要清除和清洗。压力过低的原因则可能是管道有泄漏。检查堵塞或泄漏时应逐段进行。

第三部分:进样器

在早期,一般使用隔膜和停流进样器,装在色谱柱入口处。现在大都使用六通进样阀或自动进样器。进样装置要求:密封性好,死体积小,重复性好,保证中心进样,进样时对色谱系统的压力、流量影响小。HPLC进样方式可分为:隔膜进样、停流进样、阀进样、自动进样。

六通阀使用和维护注意事项

  • 样品溶液进样前必须用0.45μm滤膜过滤,以减少微粒对进样阀的磨损。
  • 转动阀芯时不能太慢,更不能停流在中间位置,否则流动相受阻,使泵内压力剧增,甚至超过泵的最大压力;再转到进样为时,过高的压力将使柱头损坏。
  • 为防止缓冲盐和样品残留在进样阀中,每次分析结束后应冲洗进样阀。通常可用水冲洗,或先用溶解样品的溶剂冲洗,再用水清洗。

第四部分:色谱柱

色谱柱的正确使用和维护十分重要,稍有不慎就会降低柱效、缩短使用寿命甚至损坏。在色谱操作过程中,需要注意下列问题,以维护色谱柱。

柱的使用和维护注意事项

  • 避免压力和温度的急剧变化及任何机械振动。温度的突然变化或者使色谱柱从高处掉下都会影响柱内的填充情况;柱压的突然升高或降低也会松动柱内填料,因此在调节流速时应该缓慢进行,在阀进样时阀的转动不能过缓。
  • 应逐渐改变溶剂的组成,特别是反相色谱中,不应该直接从有机溶剂改变为全都是水,反之亦然。
  • 一般说来色谱柱不能反冲,只有生产者指明该柱可以反冲时,才可以反冲除去留在柱头的杂质。否则反冲会迅速降低柱效。
  • 选择使用适宜的流动相(尤其是pH),以避免固定相被破坏。有时可以在进样器前面连接一预柱,分析柱是键合硅胶时,预柱为硅胶,可使流动相在进入分析柱之前预先被硅胶「饱和」,避免分析柱中的硅胶基质被溶解。
  • 避免将基质复杂的样品尤其是生物样品直接注入柱内,需要对样品进行预处理或者在进样器和色谱柱之间连接一保护柱。保护住一般是填有相似固定相的短柱。保护柱可以而且应该经常更换。
  • 经常用强溶剂冲洗色谱柱,清除保留在柱内的杂质。在进行清洗时,对流路系统中流动相的置换应以相混溶的溶剂逐渐过渡,每种流动相的体积应该是柱体积的20倍左右,即常规分析需要50-75ml。

阳离子交换柱可用稀酸缓冲液清洗,阴离子交换柱可用稀碱缓冲液冲洗,除去交换性能强的盐,然后用水、甲醛、二氯甲烷(除去吸附在固定相表面的有机物)、甲醇、水依次清洗。

  • 保存色谱柱时应将柱内充满乙腈或甲醇,柱接头要拧紧,防止溶剂挥发干燥。绝对禁止将缓冲液留在柱内精致过夜或更长时间。
  • 色谱柱使用过程中,如果压力过高,一种可能性是烧结滤片被堵塞,这是应更换滤片或将其取出进行清洗;另一种可能是大分子进入柱内,使柱头被污染;如果柱效降低或色谱峰变形,则可能柱头出现坍塌,死体积增大。

后两种情况发生时,小心拧开柱接头,用洁净小缸将柱头填料取出1-2mm高度(注意把被污染填料取净)再把柱内填料整平。然后用适当溶剂湿润的固定相(与柱内相同)填满色谱柱,压平,再拧紧柱接头。这样处理后柱效能得到改善,但是很难恢复到新柱的水平。

柱子失效通常是柱端部分,在分析柱前装一根与分析柱相同固定相的短柱(5-30mm),可以起到保护,延长柱寿命的作用。采用保护柱会损失一部分柱效,这是值得的。

通常色谱柱寿命在正确使用时可达2年以上。以硅胶为基质的填料,只能在pH 2-9范围内使用。柱子使用一段时间后,可能有一些吸附作用强的物质保留于柱顶,特别是一些有色物质更容易吸附在柱顶的填料上。新的色谱柱在使用一段时间后,柱顶填料可能坍塌,使柱效下降,这时也可以补加填料使柱效恢复。

每次工作完后,最好用洗脱能力强的洗脱液冲洗,例如ODS柱宜用甲醛冲洗至基线平衡。当采用盐酸缓冲溶液做流动相时,使用完后应用无盐流动相冲洗。含卤族(氟、氯、溴)化合物可能会腐蚀不锈钢管道,不宜长期与之接触。

第五部分:检测器

检测器是HPLC仪的三大关键部件之一。其作用是把洗脱剂中组分的量转变为电信号。HPLC的检测器要求灵敏度高、杂讯低(即对温度、流量等外界变化不敏感)、线性范围宽、重复性好和适用范围广。

与检测器有关的故障及其排除

  • 流动池内有气泡

如果有气泡连续不断的通过流动池,将使杂讯增大,如果气泡较大,则会在基线上出现许多线状「峰」,这是由于系统内有气泡,需要对流动相进行充分的除气,检查整个色谱系统是否漏气,再加大流量祛除系统内的气泡。如果气泡停流在流动池内,也可能使杂讯增大,可采用突然增大流量的办法除去气泡(最好不连接色谱柱);或者启动输液泵的同时,用手指紧压流动池出口,使池内增压,然后放开。可反复操作数次,但要注意不使压力增加太多,以免流动池破裂。

  • 流动池被污染

无论参比池还是样品池被污染了,都有可能产生噪音或者造成基线漂移。可以使用适当溶剂清晰检测池,要注意溶剂的互溶性;如果污染严重,就需要依次采用1mol/L硝酸、水和新鲜溶剂冲洗,或者取出池体进行清洗,更换窗口。

  • 光源灯出现故障

紫外或荧光检测器的光源灯使用到极限或者不能正常工作时,可能产生严重噪音,基线漂移,出现平头峰等异常峰,甚至使基线不有回零。这时需要更换光源灯。

  • 倒峰

倒峰的出现可能是检测器的极性接反了,改正后即可变成正峰。用示差折光检测器时,如果组分的折光指数低于流动项的折光指数,也会出现倒峰,这就需要选择合适的流动相。如果流动相中含有紫外吸收的杂质,使用紫外检测器时,无吸收的组分就会产生倒峰,因此必须用高纯度的溶剂做流动相。


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