【儀器網(wǎng) 島津】島津司小令大講堂丨第二期 流動(dòng)相中產(chǎn)生氣泡所引起的問(wèn)題
《流動(dòng)相脫氣》特輯
第一期《島津配合防疫,開(kāi)啟線上學(xué)習(xí)司小令大講堂!》為大家介紹了流動(dòng)相中溶解空氣引起的問(wèn)題和形成氣泡的機(jī)理,今天我們將討論流動(dòng)相中產(chǎn)生氣泡所引起的問(wèn)題。
第二期
流動(dòng)相中產(chǎn)生氣泡所引起的問(wèn)題。
1.流動(dòng)相容器產(chǎn)生氣泡的影響
流動(dòng)相容器中產(chǎn)生氣泡主要是由于空氣在流動(dòng)相中超飽和,其原因如下:
(1) 溫度升高:貯存室與實(shí)驗(yàn)室之間的溫差或早晨與中午之間的溫差都可能使流動(dòng)相溫度升高。
(2) 吸熱反應(yīng)攪拌不足:某些溶劑混合時(shí)吸收熱量,使溫度降低,此時(shí)如不充分?jǐn)嚢?,隨著混合溶劑溫度上升至室溫,同樣會(huì)造成氣體的過(guò)飽和而產(chǎn)生氣泡。
當(dāng)這些氣泡通過(guò)吸液過(guò)濾器和管道進(jìn)入泵頭以后,導(dǎo)致泵的工作異常。首先,在進(jìn)液口,隨著吸液沖程泵頭的壓力降低,導(dǎo)致氣泡膨脹(見(jiàn)圖1)。此時(shí)泵吸進(jìn)的溶劑由于氣泡占取一定的空間而降低;其次,在排液沖程時(shí)壓力增加,氣泡又變小,從而使流動(dòng)相的流量降低。更有甚者,由于氣泡的產(chǎn)生和經(jīng)過(guò)的途徑、方式都是不規(guī)則的,因此不僅影響了流動(dòng)相流量的準(zhǔn)確度,而且影響流量的精度。是否有此種現(xiàn)象產(chǎn)生,可通過(guò)泵排液壓力的監(jiān)測(cè)加以確認(rèn)(圖2)。
當(dāng)此種現(xiàn)象發(fā)生后,無(wú)論是保留時(shí)間或峰面積都不可能重現(xiàn)(圖3),分析的可靠性也就無(wú)從談起。
圖1 泵頭進(jìn)氣泡的示意圖
圖2 排液壓力波形的變化
2.泵中形成氣泡使液流波動(dòng)
即使溶劑在容器中,空氣并未達(dá)到飽和的程度,但溶液進(jìn)泵以前還有可能產(chǎn)生氣泡。
(1) 低壓混合梯度:如圖4所示,圖中虛線圈的部位其壓力略低于大氣壓,因此溶劑在此混合更易產(chǎn)生氣泡。低壓梯度時(shí),混合室多裝在泵后(高壓側(cè))但實(shí)際混合過(guò)程在低壓側(cè)便開(kāi)始了,故低壓梯度較之混合發(fā)生在泵后的高壓梯度,更易產(chǎn)生氣泡。
(2) 吸液過(guò)濾器的堵塞:當(dāng)吸液過(guò)濾器有部分堵塞時(shí),吸液的阻力增大,過(guò)濾器內(nèi)的壓力降低,容易形成氣泡。吸液過(guò)濾器經(jīng)常清洗,保養(yǎng),否則易被塵土顆粒等堵塞,有時(shí)操作不當(dāng)也易形成堵塞,例如,在使用緩沖溶液后未進(jìn)行徹底的清洗,接著就使用鹽類(lèi)溶解度不大的有機(jī)溶劑,此時(shí)極易造成過(guò)濾器孔堵塞。堵塞不嚴(yán)重時(shí),溶劑通過(guò)脫氣即可。但好要定時(shí)清洗。
圖4 低壓梯度洗脫
圖5 吸液過(guò)濾器的清洗
圖6 吸液過(guò)濾器的清洗
3.柱中氣泡形成和累積引起流動(dòng)相繞流
色譜柱中的壓力一般較高,氣體溶解度增大,一般在柱中不易產(chǎn)生氣泡。然而,在接近柱的出口處,壓力相對(duì)較低,此外由于柱箱升溫,柱處于較高的溫度,氣泡也有可能在此形成,另一種可能性是從泵中排出的氣泡經(jīng)過(guò)色譜柱時(shí)滯留柱中。
一但氣泡在柱中形成或滯留,如圖7所示使流動(dòng)相液流不穩(wěn)并產(chǎn)生繞流。
口徑較大的色譜柱,一但形成或滯留有氣泡后就很難排除。因此,在HPLC實(shí)際應(yīng)用中,HPLC柱的出口端向上,入口端向下,利用浮力盡可能使氣泡不停留在柱中。
圖7 由于柱中的氣泡導(dǎo)致繞流
4.泵中形成氣泡使液流波動(dòng)
當(dāng)柱箱或檢測(cè)器池處于較高溫度時(shí),檢測(cè)器池中易產(chǎn)生氣泡。因?yàn)橐毫魍ㄟ^(guò)檢測(cè)器時(shí),溫度升高而此處的壓力反而較小。即使檢測(cè)器池并未加溫,但某些場(chǎng)合下也可能有氣泡產(chǎn)生。例如高壓梯度時(shí),溶劑混合使氣體過(guò)飽和,但在前一段流路中,由于壓力較大氣泡并未析出,一但到了壓力接近大壓的池中,氣泡便會(huì)乘隙而出。
如果氣泡形成于檢測(cè)器池中,則將引起如圖8所示的尖峰狀、鋸齒狀的基線噪聲,甚至于完全無(wú)法測(cè)定。這種情況下,分析者很難區(qū)別究竟哪些是色譜峰,哪些是尖峰狀噪聲,也無(wú)法正確地定義基線的位置,故無(wú)法正確地計(jì)算出峰面積。
圖8 由于氣泡形成和累積于柱中引起的噪聲
在第三點(diǎn)和第四點(diǎn)的場(chǎng)合,如果使用的
UV或電導(dǎo)檢測(cè)器,由于這些檢測(cè)器能經(jīng)受較大的壓力(約30Kg/cm2)故可在檢測(cè)器的出口處加一個(gè)反壓管,使檢測(cè)器池和柱內(nèi)的壓力適當(dāng)提高,防止氣泡產(chǎn)生。一般反壓管使用長(zhǎng)2m左右,內(nèi)徑為0.3mm的不銹鋼阻尼管。此時(shí)對(duì)1ml/min的水或甲醇將分別產(chǎn)生2或1Kg/cm2的反壓。當(dāng)然反壓的大小與許多因素有關(guān)。如果阻尼管內(nèi)的內(nèi)徑一定,液流是層流的話:
(反壓)μ(溶劑粘度)(流量)(阻尼管長(zhǎng))
制備色譜的流量較大,因此阻尼管應(yīng)較短,內(nèi)徑較大(0.8mm)。另一方面,如果是半微量色譜,流量一般在0.1ml/min左右,上述反壓阻尼管將不足以產(chǎn)生所需的壓力,此時(shí)管徑應(yīng)較細(xì)(例如0.2mm),長(zhǎng)度可增加至6m左右。
然而,對(duì)一些不能承受壓力的檢測(cè)器而言(見(jiàn)表1),則必須事先脫氣而不能采用阻尼反壓管的方法。
表1.檢測(cè)器能承受的壓力
如圖
*電磁閥能承受的壓力,池能經(jīng)受7Kg/cm2
**采用Ag/Agcl參比電極
至此,我們討論了在流路中形成氣泡所產(chǎn)生的問(wèn)題。溫度升高,壓力降低和溶劑混合是形成氣泡的主要原因,圖9繪出了系統(tǒng)中溫度和壓力變化的概況,據(jù)此可以估計(jì),在您所使用的系統(tǒng)中,哪些部位容易產(chǎn)生問(wèn)題。
圖9 HPLC系統(tǒng)中壓力和溫度的相對(duì)關(guān)系
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