液相色谱的仪器理想的LC条件之后，再来一般地描述液相色谱工作者可以得到的仪器，这是一个更为困难的任务。因为许多商品液相色谱仪是由单元部分组成的，它们的部件或同类部件可分别购买，这对于那些购买成套仪器或仪器部件自行装配者也是有关的。仪器的三个最重要部分:输液系统、进样部分和检测器，将分别进行讨论，辅助设备则在稍后考虑。

 

   为了帮助色谱领域的新进者，图4-1给出一个液相色谱仪主要部件的示意图，对其中的组成将进行讨论。

    理想的系统包括泵和溶剂供应。泵应能产生高达35兆牛顿/米(5000磅/英寸²)的压力，并能给出通过柱子的、恒定而可重复的液流。这就提出了泵系统的第一种 分类方法，即分为恒流泵及恒压泵。如果柱的阻抗和浴剂粘度每次试验都始终不变时，这种区别是不重要的。然而，稍有疏忽，这些参数就将发生变化，因而一些工作者将 争辩恒流泵比恒压泵更好。这两种类型在市售的色谱仪上均有使用，并可单独作为仪器部件购得。

    恒流泵可以是计量型的泵，通常为机械的往复式装置，或者是大型注射型系统。两种类型图示说明于图4-2。

 

   往复式泵比较便宜，所以在许多市售仪器中采用。有两种类型:一种其活塞直接作用于溶剂(Milton Roy)，另一种为液压传导型，泵通过一层柔韧性隔膜作用于溶剂(Whitey andOrlita)。这一类型的泵主要缺点是产生脉动性流动，使得对流动敏感的检测系统出现相当大的基线不稳。并且在某些情况下，如果混合物中存在着快速洗脱的组分，其流出时间又短于泵的循环周期，就难以进行精确的定量工作。

   这些缺点可借助各种办法予以克服，总称为阻尼装置。阻尼器种类繁多，但均使向柱顶端输送的液流平稳。它们有: (1)双头或三头的泵，(2)具有空气间隔的管子; (3)挠性波纹管;(4)阻尼管。

   第一种方法装配于Waters, Siemens以及Spectra Physi-cs 83500系列色谱仪中，其安排是当一个头充液时，另一个头即泵出液体。这样溶剂的流动即使不是完全平滑，也使之明显地平稳。第二和第三种方法的工作原理相同，即气体或挠性金属容器吸收脉动的某些能量，而当泵进行再灌注时，这一能量被释出，从而有助于保持系统中的压力。最后的方法最简单而有效，又易于实现，只需用25厘米长的1/8英寸不锈钢管填充以20微米玻璃微珠，并安装于泵和柱之间即可。虽然这种类型阻尼装置增加了色谱仪的工作压力，但它的死体积小，而且在有利的情况下可使脉动减少至总压力的0.5%以下。可惜这类阻尼器仅能应用于隔膜往复泵，这种泵具有较高的冲程速度(大约100次/分)。这一装置对Milton Roy泵无效，因为它的冲程速度低得多( 27次/分)，并且直接作用于流动相。表4-1列出了各种阻尼装置对于Orlita泵压力脉动的效果，并指出上述阻尼器的出色功效。它也表明可用金属膜盒式压力计来帮助平稳往复泵产生的压力波动。

 

 

   许多市售阻尼装置的缺点是容积太大，以致变更溶剂时必须仔细地冲洗。这常常可由安装一个冲洗阀而变得方便些。尽管有上述缺点，但阻尼管还是因为其简单性而应作为隔膜往复泵的标准附件。往复泵虽然必须有阻尼装置，但显然仍适用于 LC。它们具有各种优点，首先是比较便宜，其次它易于用在梯度洗脱系统。这些系统将在下节讨论。其它优点为可连续地输液，以及设计恰当时能用于循环色谱法。

   第二种类型的恒流泵是马达驱动的注射泵。这种装置安装在V arian及某些Perlkin Elmer公司的色谱仪上。它们是昂贵的泵，但据说能在压力高达每平方英寸几千磅时给出非常精确的、无脉动的、可重现的、并与柱子阻力无关的流速。因其容积有限，必须重灌注，这在有些情况下需要花费一些时间。

   恒压泵具有无脉动的显著优点，但其流速随柱的渗透性或溶剂粘度的变化而变化，因而洗脱体积也会变化。有两种类型可供选用。

   简单的系统如图4-3(a)所示，利用气体钢瓶的压力将溶剂驱出金属蛇形管。这一类型的泵安装在Du Pont和 Chroma-lronix公司的廉价型仪器上，并有合适的安全装置(使仅在适当的时刻才动用钢瓶压力)，颇为方便。蛇形管灌注的安排保证他和了气体的溶剂不被送人柱子，阀门则是联锁的，所以当贮液槽仍然开放时，高压气体就不能作用于溶剂。即使如此，对某些型号仍必须注意，不致因为疏忽而使溶剂喷散到整个实验室。这些泵相当不灵便，但价格比较低廉，并且对于中等压力的例行分析是可取的。也可作些小的修改，如采用具有可移动密封垫的柱塞以隔离气体与溶剂的接触，从而消除了存在气液界面的有关问题。另一类广泛采用的恒压泵是压力强化器，以Haskel泵为代表，安装在Du Pont-830和Altex300液相色谱仪中。其工作原理于图4-3( b )中说明。

   

   比较低压(不大于1兆牛顿/米*或150磅/英寸²)的空气作用于表面积巨大的活塞上，此活塞直接与一个低表面积的液压活塞相连。根据面积的比例(通常在30:1和50:1之间)产生压力的放大，因此，0~1兆牛顿/米2( 0~150磅/英寸2)的空气将会产生0~40兆牛顿/米²(0~6000磅/英寸²)的液压。这类泵的缺点是体积受限制，但通常都有一个快速的自动再灌注部件，后者在有利情况下几乎不产生什么基线扰动。Micromeritics 公司对压力强化器系统进行了一种改革。他们的仪器采用液压流体作为两个压力强化器装置低压侧的驱动力量。当一个容室供输溶剂时，另一个就再灌注。该体系可作恒流或恒压操作，并且容易用于梯度洗脱。这类恒压泵的进一.步发展用于Du Pont 841型。

   在此情况下，用一个微型Haskel泵，其容量为2毫升。这种小体积虽然比标准的60~80毫升Haskel泵进行再灌注的次数要频繁得多，但共过程极为快速，所以很少或全然不产生基线的扰动。变换溶剂时也因所含体积微小而非常迅速。

   选择泵的特殊考虑就是对于梯度洗脱的适用性。LC 中的梯度洗脱技术类似于GC中的程序升温。在色谱展开过程中它使流动相的洗脱能力逐渐增大[1、2]。一个完全多用途的系统是很有利的，尤其对于研究用的色谱仪是这样，因为它接受范围广泛的样品。梯度洗脱装置不仅对提供梯度有用，而且也适用于为了“探索”的目的而快速改变溶剂的组成。

   梯度类型或溶剂变化的程序，取决于所使用的泵系统，后者可分为低压和高压两种系统。低压系统用于溶剂的最终增压之前，这对于小容量的泵如往复泵是方便的，-个典型的系统如图4-4(a)所示。在此情况下，不同组成的溶剂能按要求送入泵中，倘使泵和设备的死体积很小，并已充分清扫，就能迅速地变换溶剂。使用这种类型的设备以产生平滑的梯度，需要增加一个有效的混合室，并精确控制来自两个或多个贮槽的溶剂馈给。为形成-一个凸形梯度，可将较高强度的流动相匀速加到一个充分搅拌的贮液槽中去。梯度的变化是由改变较弱流动相的起始体积，或变更较强流动相的添加速度而实现的。凹形及直线性梯度也可山适当地设计的贮液槽所获得。

   低压系统主要限于往复泵，但可能更具有多面性。这是因为任何所需的流动相均可馈入泵中的缘故。高压系统的缺点是，如果仅从经济方面的原因考虑，只能利用两种流动相(来自两个展)以形成梯度，因此它们必须是充分互溶的，以提供整个流动相的强度范围。这就限制了可以应用的梯度范围，但对大多数的应用这已足够。形成高压梯度最简单的类型是一个已知容积的压力容器，共中充满了较弱的流动相，此流动相由泵入的较强流动相所取代。如果这两种流动相的混合是完全的，就形成一种凸形梯度。改变压力容器的体积就可改变梯度。

   这种类型缺乏多面性，所以又发展了其它更昂贵的装置。通常包括使用两个高压泵，其输出受到严格控制。一般均为恒流系，并由电子组件所控制。这种系统虽仍限于两种不同的流动相，但它能产生任何形状的梯度，所以同样具有多面性，并且使用非常方便。对于在两种恒定组成的流动相之间迅速地变化，它们特别有效，因为通常只要按改变的组成“调节刻度盘”即可，所以改变甚为容易。基于这些原理的梯度系统，许多厂商都有出售，包括Waters, Perkin EImer, Chromatronis 和Chro-matec。

   这些系统昂贵是因为它们都要用两个泵。也有不用这笔费用的巧妙办法，并已为Du Pont公司所采用3)。在这个例子中利用单一的泵来给两个流动相加压，其中一个流动相贮存于蛇形管中，如图4-4(b)所示。两种溶剂的流动均受配比阀的控制(在Du Pont系统中采用了两个不同的阀)。此系统的不便之处不仅在于蛇形管必须经常再灌注，而且为要顺利做到这一点，还必须测量所用第二个流动相的体积。在Du Pont系统中，如正确调节相应的阀门位置，这一过程能自动地完成。Micromeritics泵系统在另外附加两个压力强化器以后，也可适应梯度洗脱。这虽比那些拥有两个泵的系统便宜，但仍比DuPont系统贵些。

 

   以上谈了溶剂供输系统的两个主要项目，还有较小的辅助项目需要讨论一下。其中之一是往往受到忽视的在线滤器。所有的泵系统都采用密封垫或阻流阀，这些均可因为微粒的沾染而发生故障。因此，希望在泵的人口和流动相贮槽之间装一个有效的滤鼎。孔度10微米左右的滤器虽然很便利，但必须对进入泵的流量没有影响或影响很小。这对于快速再灌注的、容量有限的泵类(例如压力强化器)更为重要，因为空气可能被吸人液压箱而引超故障。

   另外的辅助设备是流动相贮槽和压力指示计，这些可按一般常识选择。贮槽上附有回流设备较方便，在需要时可对流动相进行脱' (处理。贮槽液面上部空间应有供应惰性气体的装置，以使之充满气体。当用极谱法检测时，如果样品或固定相易于氧化，就必须充满惰性气体。压力监控器通常使用标准的压力表或传感署;需要注意它们必须有合宜的量程，对于恒流泵还应包括一个可变的断压开关。

   对于一个新手而言，要在各种水平的泵系统之间进行选择可能相当困难。为了能够作出正确的选择，根本的一点是应知道该案作何用途，然后，这一系统运转是否方便就成为决定性因素。应用LC进行例行分析，目前尚较少见，但将来无疑会象GC分析

”样普遍。 因此，这一应用将 首先予以考虑。

   此种情况下，对于简单的等强度(即恒定的流动相)分析，螺施泵是很好的，特别是因为它提供非常稳定的恒压流动相。具有适当阻尼装置的往复泵也能完全满足。因此， 在这种应用方面，价格低廉的泵型颇为有用。对于主要进行定性工作的研究用LC,溶剂系统的易于变更一完全的改变，例如从己烷到甲醇;以及组成的细微调节，如已烷中的乙酸乙酯含量从25到30%-就很重要。有两个因子与这些操作相关。第一是泵的易于冲洗，例知可用一个相互混溶的溶剂来除去最初的溶剂，然后再被另一个溶剂所除去。这对于往复泵甚为易行，但在螺旋泵、压力强化器以及柱塞泵就比较困难。另-个常用的特点一流动相组成的细微调节一与高压梯度洗脱系统连用最容易实现，两个流动相以有控制的速度供应至混合室，并从该处通向柱子。单个往复泵可用于这种方式，但很不方便，因为它需按要求组成各种流动相，改变和再充满贮槽，以及冲洗整个泵和阻尼系统。然而，高压梯度洗脱系统通常需要两个高压泵和一个控制单元，因此价 格昂贵。Du Pont和Micromeritics系统在一-定程 度上避免了这一点，并且据笔者个人经验，Du Pont系统是很方便的。必须强调，因为这类设备中两个流动相是在高压下混合，并且.经常是高流量的，所以混合必须是高效的，以便能获得重现的梯度和稳定的基线。

   最后，适于定量工作的研究性仪器可以包一个流量反馈控制系统，当前某些泵系统就已有了这方面的例子。这些是监控泵输出流量的电子装置;如果流量与预调值有所不同，能对泵的驱动装置进行调节。这一设计已由Du Pont公司用来将压力强化泵转换成恒流泵。Spectra Physics ( Chromatronix )也将它与双头往复泵合用以解决流动的脉冲问题。当然，所有这些都增高了泵系统的价格，但对于精确的工作却是需要的。柱塞泵也能产生高度重现的、精确的流速(例如V arian和Perkin EImer的产品)。这些泵都有较慢的再灌注程序，因而不甚方便。但较长的再灌注时间(几分钟)往往受到不恰当的埋怨，特别是当泵一般可容纳250毫升左右，因而无须频繁地再灌注的时候。这些泵的主要缺点在于，当要变换完全不同的溶剂时，整个系统必须用一种中间的溶剂至少冲洗一遍。最麻烦的变换例子是从已烷到水，或从水到已烷，最好的避免办法是配备两个系统(如果经费许可的话),一个水相系统用于离子交换和反相(键合相)色谱法，另一系统用于吸附和正相色谱法，使用烃类和其它有机流动相。

   主要根据共操作的方便程度，对各种泵系统的主要优缺点进行了评述(6。对于定量的工作，恒流泵显然是重要的，但只要使用中仔细地操作，恒流泵和恒压泵均可适用。有关选择适当泵系统的知识，汇总示于表4-2。

 

 

   有两种基本的进样系统-注射器和进样阀。注射器进样更为方便，但也有各种困难,，尤其在高压的情况。反之，阀门]进样灵话性较差，但能在所有压力下操作。

   注射式进样系统的主要优点是能够在柱头注射，而为了使用“无限直径"的柱和达到最高效率，这是最根本的条件。然而，如果注射到柱的填充物内不好，因为针尖极易为很细的颗粒所堵塞。为避免这一点，可在柱顶端铺上一薄层玻璃珠，用不锈钢网的小薄片与充填剂隔开。这就意味着当小的隔膜碎片污染柱头时，可定期更换玻璃珠。隔膜材料的选择有很大限制，最常见的类型是硅橡胶或氯丁橡胶制品。没有一种隔膜是完美无缺的;有的太软易受溶剂的侵蚀，有的太硬不易为针尖穿透。实际上如果隔膜的固定装置和注样头的设计合理，则一种预先钻有中心孔的相当软的隔膜似乎是最好的折衷办法。一个有1.5毫米中心孔的7奉来隔膜，曾在爱丁堡大学连续使用了至少二个月,压力达到3.5兆牛顿/米²( 500磅/英寸)而无明显的泄漏。

   各制造厂商使用了这种注射器隔膜系统的各种形式。直接从桂头上方注射到液流中的方法在Du Pont 830仪 器中已成为标准装置，它避免了对充填剂的任何干扰，但可由于连结系统被隔膜的碎片堵塞而引起故障。别的厂商利用了这样-一个事实，即由于液体中的扩散缓慢，就可能“停流"注射，这被推荐用于10兆牛顿/米²(1500磅/英寸²)以上的注样。在简单类型的系统中，停止液流，使压力下降，然后按通常方式注人样品。再给柱子加压并完成分离。这一方式的变革包括使用两层密封垫。注样时，注射器针尖穿过第- -层密封，密封被拉紧，然后，第二层密封张开口或被穿透，进行注样。拔出注射器时按相反的步骤进行。

   要求在高液体压力下注样的注射器，与用于气色谱的没什么区别。已经生产了各种专门设计的高压注射器，但并不真正必须。

   第二种进样系统是利用滑动的或旋转的阀门。简单的滑动阀门可作小体积的注射，而旋转式阀]既可用于内部也可用于外部，既可小量又可大量地进样。两种类型与柱的结合部都必须只有最小的死体积，当这点实现以后，Kirkland 曾证明“柱头”注射器与阀门进样二者总的柱效相同。阀门系统只能注射固定体积的样品这一不方便之处，由于没有沾污以及阀能耐高压的能力而得到一定程度的补偿。

   Waters Associates 曾生产了一个独特的体系，它结合了两种类型的注样装置。用注射器在大气压下从蛇形管置换可达2毫升的溶剂。然后，转动阀门使溶剂流过此蛇形管,于是将样品带到柱子上。该设计是使得蛇形管液体中的样品最接近柱子，从而被首先带到柱上，蛇形管中的剩余溶剂对样品的稀释达到最小限度。

   关于进样问题，与气相色谱比较可注射较大体积的样品，并不丧失分辨率。在气相色谱中样品必须在注射过程中立即气化，这限制了所能注人的体积只能是几个微升。在LC中不存在这种体积上的变化，样品的最大体积决定于其对分离的影响，很多研究者曾发现样品可用到100至200微升，而不致明显地影响色谱效串。

   在液相色谱系统中，柱是装在泵进样器后面的。至于如何选择体系、颗粒大小及柱的尺寸，由其他作者执笔，这里从略。

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