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岛津司小令大讲堂-第二期 流动相中产生气泡所引起的问题

2020年03月24日 10:51:31来源:岛津

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  【仪器网 岛津】岛津司小令大讲堂丨第二期 流动相中产生气泡所引起的问题
 
《流动相脱气》特辑
 
  第一期《岛津配合防疫,开启线上学习司小令大讲堂!》为大家介绍了流动相中溶解空气引起的问题和形成气泡的机理,今天我们将讨论流动相中产生气泡所引起的问题。
 
  第二期
 
  流动相中产生气泡所引起的问题。
 
  1.流动相容器产生气泡的影响
 
  流动相容器中产生气泡主要是由于空气在流动相中超饱和,其原因如下:
 
  (1)  温度升高:贮存室与实验室之间的温差或早晨与中午之间的温差都可能使流动相温度升高。
 
  (2)  吸热反应搅拌不足:某些溶剂混合时吸收热量,使温度降低,此时如不充分搅拌,随着混合溶剂温度上升至室温,同样会造成气体的过饱和而产生气泡。
 
  当这些气泡通过吸液过滤器和管道进入泵头以后,导致泵的工作异常。首先,在进液口,随着吸液冲程泵头的压力降低,导致气泡膨胀(见图1)。此时泵吸进的溶剂由于气泡占取一定的空间而降低;其次,在排液冲程时压力增加,气泡又变小,从而使流动相的流量降低。更有甚者,由于气泡的产生和经过的途径、方式都是不规则的,因此不仅影响了流动相流量的准确度,而且影响流量的精度。是否有此种现象产生,可通过泵排液压力的监测加以确认(图2)。
 
  当此种现象发生后,无论是保留时间或峰面积都不可能重现(图3),分析的可靠性也就无从谈起。
 
图1 泵头进气泡的示意图
 
图2 排液压力波形的变化
 
图3 由于流量不规则形成的各种色谱
 
  2.泵中形成气泡使液流波动
 
  即使溶剂在容器中,空气并未达到饱和的程度,但溶液进泵以前还有可能产生气泡。
 
  (1) 低压混合梯度:如图4所示,图中虚线圈的部位其压力略低于大气压,因此溶剂在此混合更易产生气泡。低压梯度时,混合室多装在泵后(高压侧)但实际混合过程在低压侧便开始了,故低压梯度较之混合发生在泵后的高压梯度,更易产生气泡。
 
  (2) 吸液过滤器的堵塞:当吸液过滤器有部分堵塞时,吸液的阻力增大,过滤器内的压力降低,容易形成气泡。吸液过滤器经常清洗,保养,否则易被尘土颗粒等堵塞,有时操作不当也易形成堵塞,例如,在使用缓冲溶液后未进行彻底的清洗,接着就使用盐类溶解度不大的有机溶剂,此时极易造成过滤器孔堵塞。堵塞不严重时,溶剂通过脱气即可。但最好要定时清洗。
 
图4 低压梯度洗脱
 
图5 吸液过滤器的清洗
 
图6 吸液过滤器的清洗
 
  3.柱中气泡形成和累积引起流动相绕流
 
  色谱柱中的压力一般较高,气体溶解度增大,一般在柱中不易产生气泡。然而,在接近柱的出口处,压力相对较低,此外由于柱箱升温,柱处于较高的温度,气泡也有可能在此形成,另一种可能性是从泵中排出的气泡经过色谱柱时滞留柱中。
 
  一但气泡在柱中形成或滞留,如图7所示使流动相液流不稳并产生绕流。
 
  口径较大的色谱柱,一但形成或滞留有气泡后就很难排除。因此,在HPLC实际应用中,HPLC柱的出口端向上,入口端向下,利用浮力尽可能使气泡不停留在柱中。
 
图7 由于柱中的气泡导致绕流
 
  4.泵中形成气泡使液流波动
 
  当柱箱或检测器池处于较高温度时,检测器池中易产生气泡。因为液流通过检测器时,温度升高而此处的压力反而较小。即使检测器池并未加温,但某些场合下也可能有气泡产生。例如高压梯度时,溶剂混合使气体过饱和,但在前一段流路中,由于压力较大气泡并未析出,一但到了压力接近大压的池中,气泡便会乘隙而出。
 
  如果气泡形成于检测器池中,则将引起如图8所示的尖峰状、锯齿状的基线噪声,甚至于完全无法测定。这种情况下,分析者很难区别究竟哪些是色谱峰,哪些是尖峰状噪声,也无法正确地定义基线的位置,故无法正确地计算出峰面积。
 
图8 由于气泡形成和累积于柱中引起的噪声
 
  在第三点和第四点的场合,如果使用的UV或电导检测器,由于这些检测器能经受较大的压力(约30Kg/cm2)故可在检测器的出口处加一个反压管,使检测器池和柱内的压力适当提高,防止气泡产生。一般反压管使用长2m左右,内径为0.3mm的不锈钢阻尼管。此时对1ml/min的水或甲醇将分别产生2或1Kg/cm2的反压。当然反压的大小与许多因素有关。如果阻尼管内的内径一定,液流是层流的话:
 
  (反压)μ(溶剂粘度)(流量)(阻尼管长)
 
  制备色谱的流量较大,因此阻尼管应较短,内径较大(0.8mm)。另一方面,如果是半微量色谱,流量一般在0.1ml/min左右,上述反压阻尼管将不足以产生所需的压力,此时管径应较细(例如0.2mm),长度可增加至6m左右。
 
  然而,对一些不能承受压力的检测器而言(见表1),则必须事先脱气而不能采用阻尼反压管的方法。
 
  表1.检测器能承受的压力
 
如图
 
  *电磁阀能承受的压力,池能经受7Kg/cm2
 
  **采用Ag/Agcl参比电极
 
  至此,我们讨论了在流路中形成气泡所产生的问题。温度升高,压力降低和溶剂混合是形成气泡的主要原因,图9绘出了系统中温度和压力变化的概况,据此可以估计,在您所使用的系统中,哪些部位容易产生问题。
 
图9 HPLC系统中压力和温度的相对关系
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