聊聊液相色譜儀進樣器
更新時間:2020-04-13
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聊聊液相色譜儀進樣器
一、手動進樣器
現(xiàn)在,自動進樣器(Autosampler)基本都已經普及了。自動進樣器是一個好東西,他的出現(xiàn)極大的將人從儀器旁邊、從實驗室里面解放出來。用色譜年頭比較長的同學們,包括現(xiàn)在還在大學研究院里面、在摳門老板下面干活的苦逼同學們,都曾經歷過或者正常經歷著手動進樣的折磨。
先用進樣針將樣品取出來,插入手動進樣閥,轉動進樣器閥,取出針,然后眼巴巴的望著屏幕發(fā)呆半個小時,然后重復之前的工作,一次一次地重復五次,十次,二十次…….搞得人神經衰弱,有時候恨不得拿起錘子...
話說回來,要說自動進樣器,不得不說說手動進樣器,因為絕大多數(shù)的自動進樣器的設計原理,也是基于手動進樣器的。
了解手動進樣器,可以幫助我們更好地理解絕大多數(shù)自動進樣器的運行原理。手動進樣器是利用六通閥切換到兩個不同位置,形成不同流路來進行樣品的導入。流通閥里有一個轉子(Rotor)和一個定子(Stator),如下圖中
轉子上面有三道槽(或者兩道),定子上面有六個孔,把他們兩個貼在一起,就形成了這樣的流路:轉子三道槽將定子六個孔兩兩聯(lián)通,當轉子和定子相對角度轉動60度,手動進樣閥的流路可以在Load/Inject這兩種不同狀態(tài)下來回切換。
在Load狀態(tài)下,從泵過來的流動相不經過樣品環(huán)(SampleLoop),直接進入到色譜柱。進樣針可以插入進樣閥,將樣品打入樣品環(huán)。
手動進樣閥轉到Inject狀態(tài)時,流動相流路改變,經過樣品環(huán),將樣品帶入到系統(tǒng)內。這樣就實現(xiàn)了既不中段處于高壓狀態(tài)的液體流路,又能準確地將樣品引入到系統(tǒng)。
手動進樣器的定量,也有兩種方式:
1.滿環(huán)定量(Full-LoopFilling),打入2-3倍的樣品環(huán)體積的樣品,這時候樣品環(huán)100%體積都是樣品,進樣閥切換后,樣品環(huán)里面的所有樣品都被流動相帶入系統(tǒng)。
這個時候,樣品環(huán)才能被稱為定量環(huán)。這樣進樣重復性比較好,就是相當浪費樣品。
2.進樣針定量,或者半環(huán)定量(Partial-LoopFilling),進樣針抽取體積的樣品,打入樣品環(huán)(如上圖所示),然后閥切換,由流動相帶入系統(tǒng)。打入的樣品不超過樣品環(huán)體積的一半。
二、(推推拉拉)自動進樣器
自動進樣器有不同的門派。大體上來說,分為傳統(tǒng)派和另類派。傳統(tǒng)派就是仍然以六通閥作為進樣核心設計的自動進樣器。另類派,就是拋棄六通閥,另辟蹊徑地設計其他進樣方式的自動進樣器。
我們沿著手動進樣閥的思路,如果我們要做一個自動進樣器,應該怎么做呢?
第1個,不能再讓人去用手掰進樣閥了,需要用一個馬達,按照程序要求來轉動進樣閥,自動切換流路。這個事情不是很復雜。
第2個,需要用一種自動的手段去把樣品瓶里面的樣品轉移到樣品環(huán)里面。這個就不那么簡單了。
第1種自動進樣器應運而生,原理如下圖,將六通閥廢液口連接一個注射器(Syringe),樣品口連接一根管子和取樣針(SamplingNeedle/Probe)。一般來說,取樣針的位置固定不變,由樣品盤將小瓶轉動到取樣針下面,取樣針深入瓶內,由注射器往回抽取(Pull)樣品到樣品環(huán)內。接著馬達帶動六通閥轉動,樣品就被流動相帶動到液相系統(tǒng)中了。
這種設計非常直觀簡介,我們姑且把它稱為”拉拉派”,因為樣品其實是被注射器拉入到樣品環(huán)里面的。
但是拉拉派設計有比較嚴重的缺陷:
1.如果你觀察仔細,會發(fā)現(xiàn)樣品其實是經過了取樣針、管路然后才進入到樣品環(huán)的,這樣對樣品來說比較浪費,不適用于樣品量比較少的方法。
2.一次進樣以后,整個取樣針和管路里面都是上一針的樣品,要將里面全部清洗干凈,不影響第二次的進樣,需要比較復雜的洗針程序才能完成,而且比較容易產生交叉污染。
3.只能進行滿環(huán)進樣,要更改進樣體積,需要更換不同體積的樣品環(huán)。
然后又有了下面這種自動進樣器,它將取樣針和注射器結合到一起,即用這個針來取樣,也用后面的計量泵帶動針桿來取得精確量的樣品,而且這個時候,一般都把針設計成可以上下左右移動的,針走到的樣品小瓶上方,扎下去,計量泵往上提針桿,取樣。取樣以后,針回到六通閥處,直接扎入到樣品孔,將樣品注入到樣品環(huán)。接下來就跟之前一樣了。我們把這個起名叫”推推派“。
這樣進樣的好處是:
1.省掉了那一段管子。可以用于樣品量很少的進樣。
2.樣品可以全部轉移到樣品環(huán),相對來講,洗針的壓力較小。
3.即可以滿環(huán)進樣,可以用計量泵來控制需要的體積。
“推推拉拉”這兩種進樣方式設計原理都很直接易懂,也是被廣泛采用的進樣方式,大多數(shù)品牌的自動進樣器采用類似設計,包括部分島津、戴安和眾多其他的自動進樣器。
但是,不管是推派還是拉派,都沒法很好的解決交叉污染的問題(雖然推派要比拉派在這方面要好些)。因為在取樣的時候,取樣針、管路等等地方都會有樣品的殘留,所以在樣品在色譜柱進行分離時,需要用洗針溶劑將這些地方清洗干凈,避免在下一針進樣是造成殘留和交叉污染。
三、(集成派)自動進樣器
自動進樣器的傳統(tǒng)派里面,除了推推拉拉派,還有一個大門派,就是”集成派”。我們熟悉的安捷倫,就是這個門派大的一個代表,所以我很無(Wu)奈(Chi)地用了他們家的圖。
在設計上,集成派大的特點,就是把樣品環(huán)和進樣針都集成到整個六通閥的流路上,這樣進樣以后,流動相持續(xù)的沖洗樣品環(huán)、進樣針和針座,減小了交叉污染的可能性。
在整個流路處于主路(Mainpass)的時候,流動相經過計量泵、樣品環(huán)、針、針座然后回到六通閥,后出去進入色譜柱。這是在不進樣的時候,自動進樣器處于的自然狀態(tài),絕大多數(shù)的時候,他也是處于這個狀態(tài)。
當整個流路處于旁路(Bypass)的時候,泵過來的流動相直接就進入色譜柱。流路其他部分處于靜止狀態(tài)。
在這個狀態(tài)下,樣品針可以抬起來,等著機械手臂把樣品瓶放到針下面來,接下來由計量泵帶動活塞桿,進行取樣的工作。
取樣后,六通閥再次卻換到主路狀態(tài),樣品被流動相帶入到系統(tǒng),往色譜柱方向去了。
自動進樣器,不論是1100、1200還是到新的1260,1290,都是這種流路設計,一脈相承做的特別的好,只不過在樣品小瓶(樣品)的轉移的設計上面,又分為兩種:
1.樣品針位置相對固定,只能上下運動。由機械手臂將樣品瓶取到針座上。這種叫標準自動進樣器,代號是G1313/G1329。上面的視頻出鏡的就是這種進樣器。
2.樣品針可以上下左右移動,樣品盤位置固定,由樣品針運動到樣品瓶上方來進行取樣。這種進樣器叫微盤自動進樣器,代號是G1367/G1377。
微盤自動進樣器除了可以從樣品瓶中取樣以外,還可以從96孔板上來取樣。這個功能是標準自動進樣器所不具備的,另外還具有進樣速度快、殘留更小(有更多地洗針方式)等優(yōu)點,缺點就是價格更貴一些。以后有機會我們會來一期具體的安捷倫兩種自動進樣器的比較評測。
集成派很大程度解決了樣品殘留的問題,因為進樣以后,自動進樣器一直處于Mainpass狀態(tài),也就是說計量泵、樣品環(huán)、進樣針和針座都一直處于流動相的不斷沖洗之下,一直到下一次再進樣。這樣的長時間流動相洗針的效果,是推推拉拉派無論如何都無法達到的。
另外,集成派的進樣量由計量泵來控制,可以比較靈活和精確。所以現(xiàn)在集成派已經有一通天下的趨勢了,連之前的一些另類派都叛變過來了。
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但是,這個門派也會碰到一些新的問題,比如
1.針和針座的連接,是通過密封圈來密封,長期處于高壓下,對密封性的要求很高,長時間的使用會導致密封磨損。另外成本相對也會高一些。
2.進樣量受到限制,一般來說樣品環(huán)都處于40ul-100ul左右。
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