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單元泵、二元泵、四元泵,分別都是什么原理呢?

發(fā)布時間:2023-06-29 點此:448次

說起HPLC,大家都知道是指高效液相色譜,P表示效能Performance但其實,HPLC的蕞初涵義是高壓液相色譜,P表示壓力Pressure。

那為什么會有這樣的轉變呢?今天,我們就來說說液相色譜的泵。


從俄國科學家茨維特第一次命名色譜法,到1960年代液相色譜儀初現(xiàn)雛形,整整用了50年。


蕞大的難題在于液相高壓泵的設計,要如何將流動相可控的輸送到色譜柱里呢。既要穩(wěn)定持續(xù),又要密封耐壓,這樣才能保證實驗的重現(xiàn)性。




從隔膜泵到往復活塞泵,發(fā)展到現(xiàn)在,幾乎所有的液相泵系統(tǒng)都是往復活塞泵的某種變形了。

那它是什么原理呢?

 


在節(jié)日里,吹氣球的打氣筒就是一個活塞泵。包括一根活塞,兩個有方向的閥門,還有一個腔體?;钊蚝罄蚯惑w里吸氣,活塞向前推,向外均勻的排氣。


液相泵也是一樣,有柱塞桿,也就是活塞,有單向閥,也就是有方向的閥門,還有泵腔。

柱塞桿往后拉,溶液從入口閥進入泵腔里。向前推,泵腔里的液體就會從出口閥排出腔外。





不過手動拉活塞可受不了,所以還得配一個泵驅動,自動控制活塞運動,帶動著活塞一前一后的排液和吸液。





不過,這種方式,就像吹氣球一樣,吹一下,停一下,是不符合液相色譜要求的。



因此需要兩個活塞互補工作,才能實現(xiàn)連續(xù)的液體輸出。要改變流速的大小,只要改變柱塞桿運動的快慢就可以了。




這樣的一整套,被稱為一個泵頭。

一個泵頭可以穩(wěn)定輸出一種液體,叫做單元泵。


如果配兩個泵頭,就可以控制兩種液體的流量和混合,叫做二元泵。





那什么是四元泵呢?


可不是指配了四個泵頭哦。四元泵其實也只有一個泵頭,它是在單元泵的基礎上加了一個四元比例閥。



 

大家有觀察過浴室里的水龍頭嗎?


有些設計是一個冷水開關,一個熱水開關,分別控制大小,來改變混合之后的溫度和流量,這就像二元泵,這種方式的混合點在泵頭的后面,被稱為泵后混合。






另一種是通過比例閥來控制冷熱水進入的比例,只有一個開關來控制最終的流量,這就像是四元泵,這種方式的混合點在比例閥里,也就是泵頭的前面,被稱為泵前混合。





其中的四元比例閥負責控制溶劑的比例,當比例變化時,改變的并不是閥開的大小,而是在每種溶劑上開的時間



比如方法是20%的水和80%的甲醇,比例閥就會像紅綠燈一樣不斷的切換,按照2:8的比例把綠燈時間分別分配給水相和甲醇。



由于設計上先天的差異,二元泵和四元泵的使用特點和故障排查都不太一樣。




二元泵的優(yōu)點是有兩個泵頭,分別控制A和B的流量,再進行混合,由于泵頭的精度高,混合比例的精度也會比較高。

四元泵可以使用四種溶劑,靈活方便。但四元泵只有一個泵頭,混合是依靠比例閥的開合,所以混合精度會稍差一些。


大家是否發(fā)現(xiàn),在使用儀器的時候,泵里的很多部件一直處于運動或者變化的狀態(tài)。

比如泵腔里的柱塞桿,不停開啟閉合的單向閥,還有算著時間做切換的四元比例閥。



就像鞋子里不能有沙子一樣,運動的零件都特別需要避免顆粒的磨損。




固體小顆粒會加速柱塞桿的磨損,導致漏液;



阻礙單向閥的閉合,導致基線的波動;



顆粒的存在還會影響比例閥的準確性。

這也是為什么液相實驗需要過濾流動相的原因之一,尤其是使用緩沖鹽的實驗。

另外,由于設計的原因,四元泵更有可能在工作中產生緩沖鹽的析出,形成新的顆粒。因此,需要更加注意。


有意思的是,不同的儀器設計,會產生不同的說法。

比如安捷倫通常推薦A相為水相,B相為有機相。



這就和硬件設計有關,由于安捷倫的四元比例閥是垂直放置,混合點在閥的中間,為了使析出的緩沖鹽能有機會繼續(xù)溶解,所以要求水相放在下面兩個通道,A相和D相。



而有些公司的比例閥是水平放置的,就沒有這個說法,反而推薦A相為有機相。

蕞后,總結一下,我們討論了泵的結構和分類,有單元泵、二元泵和四元泵。

其實除了這種分類,還可以分為分析泵制備泵。

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