使用液相色谱仪的小伙伴肯定会遇到漏气和漏液的状况,流动相是造成液相色谱各种问题的主要源头。液相色谱常见的故障一是堵,二是漏。今天就这两部分别展开讨论(流动相以甲醇为例,色谱柱以C18为例) 。
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查堵
首先,为何会堵?“堵”的表现现象就是柱压异常升高,直接原因就是流路不畅。堵塞的主要位置就是在色谱柱的前端,主要原因就是流动相里有杂质,杂质的主要来源就是细菌。
液相色谱仪
1、纯水中的细菌污染
首先我们要认识到,一般的国产甲醇其实不需要额外过滤处理,’华高仪器设备‘直接使用没有问题。即使是有些固态微粒杂质,也能在液相流路系统前端的过滤头上排除,真正容易引起问题的,是水中的细菌。新制备的纯水在室内放置几天就会长菌,而这些细菌虽然肉眼不可见,却足以堵塞柱填料颗粒的空隙,造成柱子很快报废。这就是在配制流动相时造成的细菌污染的原因,解决它的方法很简单,就是确保水的可靠性。
解决办法:
(1)理想的方式当然是购买实验室专用纯水机,既方便又可靠,质量也放心。
(2)成箱购买市售品牌纯净水,如500ml的怡宝或娃哈哈,这些水的质量足以应付液相色谱的要求。先随机抽取一瓶做一下细菌平板实验,待菌落数合格方可使用。这样每次只要单独开一瓶即可,也很方便。每次成本2元左右。这里特别指出一个细节:在绝大多数书本上,凡谈到配制流动相都会谈到后一个过滤的步骤。但是从我们长期使用的
实际效果来说,只要能保证水的质量,这一步完全可以也应当去除。
水有保证,可以不过滤?
(1)流动相过滤在理论上有好处,但是实际操作时由于不可能做到专瓶专用,反而容易造成的交叉污染,对于配比复杂的流动相影响更大。
(2)流动相过滤在经济成本上不划算。买一套过滤装置要6000多元,且过滤器公认是比较容易损坏的设备。主要是过滤片的成本太高,一片就要几十元。按一般液相柱的正常使用寿命计算,过滤片的成本会远远高于色谱柱的成本上升。
2、流动相的细菌污染
流动相刚开始不长菌,在使用时却产生了细菌污染。这主要是在使用多元液相色谱仪时的一种不良使用习惯造成的。举简单的例子:50%的甲醇水流动相,有两种使用方式。一种方式是在上机前就配好混合在一起,另一种方式是在流路A放纯甲醇,流路B放纯水。从单纯实验效果来说,后一种有明显的优点:首先是简单,不需要实验者另个计算配比混合,其次就是比例准确,能得到保留时间重复性极好实验效果。
但是,它有一个致命的缺陷,就是纯水在流动相瓶中几天时间就会长细菌(很多情况下不仅仅用纯水作流动相,而是用缓冲盐溶液,本身就是肥料,细菌长得更迅速),一旦有细菌柱子就坏得很快。所以这种方式要求操作人员每次实验都要用新制备的纯水,更要求在每次实验后把水相换掉,换成甲醇冲洗干净,这一点在实际工作中很多人意识不强,就是意识到了但多次使用中总有一两次会遗漏,但是往往这一两次就足以产生致命的影响。因为液相色谱柱的堵塞是不可逆的。
所以,宁可牺牲小小的保留时间的重复性,也不要用纯水溶液作为流动相。从实际实验效果来说,我建议用10%的甲醇水代替水溶液(以前我做过不同比例甲醇水的细菌总数实验,在5%就基本可以抑菌,在10%及以上就可以完全杀菌了),这样可以有效排除长细菌的隐患,既可作流动相,也可冲柱。就算是在配制流动相时会计算得麻烦一些,但是一次麻烦,终身受益。
3、不适当操作
(1)在更换零件时选择的型号有误,接口不是很匹配,在拧紧的时候产生变形而使得管路堵塞。
(2)样品处理液净化得不干净,长期会在六通阀和柱之间形阻塞不畅。
(3)在使用用手动六通阀时,有些人可能由于手劲小的原因,转动的不到位,于是造成流路形成死堵,压力快速升高超过警戒值。
(4)在使用金属管路作出废液管时,应当注意废液瓶中先放一些水,并把废液管的出口端结晶成块并造成堵塞。这种情况不常见,但却的确发生过。
4、查堵的方法
在发生“堵”的现象后,就需要找出原因,主要是什么位置发生了“堵”。绝大多数情况下,整个系统只会有一个地方发生堵塞。查堵的方法是从尾向前逆向分段拆开,仔细观察压力数值,如果某一个部件(柱子除外)装上和拆下时的压力差别很大,可发展变化判断。至于柱的堵塞,可以通过换同样规格的柱的压力是否一致来判断。
查漏
“漏” 分两种:漏液和漏气。漏液,液相色谱仪从流动相瓶到废液瓶之间的流路是一个全封闭体系,内部压力很高,但外部却能保证一滴不漏。如果某个部件发生漏液,那就是故障所在。漏液的原因分两种:
1、接触硬件不当
在更换零件如流路管或换柱时,换的接头接口不匹配,造成漏液。要注意不同公司的柱子接头很多是不同的,甚至同一家公司在不同时期生产的液相柱接头也有很大区别。当然选项用PEEK接头是一较好是一个较好的解决方法,不仅通用性好,而且靠手拧就能保证不漏液。即使是接口本身是匹配的,但是如果操作不当也会漏液,一种不当就是力度把握不好,拧得太紧或太松;
另一种不当就是致命的错误:滑丝,这往往是动手能力不太强,螺丝钉很少拧的工作者犯的错误,滑丝的后果不仅是漏液那么简单,常造成重要部件的报废。解决这个问题只能靠恶补基本功来实验,那就是拧螺丝。
2、使用仪器不当
只要互相有10%比例就不会出现这个问题。另一原因是在用缓冲液盐溶液(不论甲醇含量有多少)作流动相时,实验结束后没有换甲醇水冲洗,使得微渗的流动相干燥形成晶体造成。不过,输送泵漏液并不是非得马上修不可,冲洗干净并在以后的使用中多加小心一般都可以正常使用。检测器漏液是个很麻烦的事,一般都是吸收池的问题,更换的费用相当高。但是并不是说一定要马上更换,还可以从实际实验效果看能否凑合使用。
漏气,漏液是从内部向外漏,而漏气则是外部了的气体进入液相色谱仪的流路内部形成气泡。下面按流路的方向逐个部件分析产生气泡的原因和相应解决方法。
(1)过滤头
做油液时,在流路管中有不规则但持续的小气泡产生,这时考虑的是流动相有没有脱气(需要特别提醒即使是有了真空脱气机也是要先超声脱气的,起码可以减少脱气机的工作压力并提高工作效率),如果已脱气,则要注意过滤头的污染也会造成这种现象。处理方法比较简单,拧下过滤头在稀硝酸中浸泡,超声半小时,洗净后装回去即可。
(2)透明流路管
指的是在过滤头和输送泵之间的那一段管路。这一个部分往往不是有点气泡,而经常是整个管中全是空气而操作人员却浑然不知,以致输送泵工作了半天才发现流动相瓶里的液体一点也没少。这也是我们常说的液相色谱仪至少一周要开机一次的原因(我们做液相一定要有“微渗”的概论)。如果长时间不用,这一段管路的液体会彻底干掉,而充满空气的管路和充满液体的管路不仔细看是分辨不出来的。这种情况对于输送泵很危险,因为泵从设计来说是输送液体而不是输送气体,内部的液体对于活塞来说起到了机油的作用,如果活塞杆还残存了一些缓冲盐,则极易拉伤,造成不可逆转的影响。
对于这种情况,要突出“预防为主”如:液相色谱使用人员要相对固定和稳定,工作中合理搭配资源,每台机一周至少一次实验,如长期不用起码每周要冲流动相2小时。养成良好的工作习惯很重要。
如果流路管中真漏气了怎么办?
我的建议是用外力使管路中充满液体。
具体如下:
1、找到流路管进入输送泵的接头。
2、拧下来。
3、用一干净洗耳球的对准管路的平整切口。
4、吸液体,看液面从流动相瓶里上升,至离洗耳球5cm左右时停止该动作。
5、快速把接头拧回输送泵上(这个过程可能会有少许流动相外泄,这是正常现象)。
6、开机,打开排液阀门,启动输送泵。
7、等排液管中流出的溶液没有气泡时,再关闭排液阀,仪器正常工作。
(3)输送泵和柱子
这些部分进了气泡一般不怕,冲掉就行。
(4)检测器
应该说,整个流路中只要有一个气泡都会在检测器上得到强烈的信号反映,检测器内部的气泡一般都能被冲走,但也有很难冲掉的残留气泡的情况。如果检测器内有残留气泡,会有特别明显的表现形式,就是在走基线时会时不时间隔出现直上直下信号很大的信号峰。这时先看普通流量能否冲走,如果冲不走,办法就是拆柱,把检测器直接连接到输送泵的出口,加大几部流量冲洗,则肯定能冲走气泡。
液相色谱仪根据固定相是液体或是固体,又分为液-液色谱(LLC)及液-固色谱(LSC)。高效液相色谱仪主要有进样系统、输液系统、分离系统、检测系统和数据处理系统,下面将针对3大系统,叙述其各自的组成与特点。
1.进样系统
液相色谱仪一般采用隔膜注射进样器或高压进样间完成进样操作,进样量是恒定的。这对提高分析样品的重复性是有益的。
2.输液系统
该系统包括高压泵、流动相贮存器和梯度仪三部分。高压泵的一般压强为l.47~4.4X10Pa,流速可调且稳定,当高压流动相通过层析柱时,可降低样品在柱中的扩散效应,可加快其在柱中的移动速度,这对提高分辨率、回收样品、保持样品的生物活性等都是有利的。流动相贮存器和梯度仪,可使流动相随固定相和样品的性质而改变,包括改变洗脱液的极性、离子强度、PH值,或改用竞争性抑制剂或变性剂等。这就可使各种物质(即使仅有一个基团的差别或是同分异构体)都能获得有效分离。
3.分离系统
该系统包括色谱柱、连接管和恒温器等。色谱柱一般长度为10~50cm(需要两根连用时,可在二者之间加一连接管),内径为2~5mm,由优质不锈钢或厚壁玻璃管或钛合金等材料制成,住内装有直径为5~10μm粒度的固定相(由基质和固定液构成).固定相中的基质是由机械强度高的树脂或硅胶构成,它们都有惰性(如硅胶表面的硅酸基因基本已除去)、多孔性(孔径可达1000?)和比表面积大的特点,加之其表面经过机械涂渍(与气相色谱中固定相的制备一样),或者用化学法偶联各种基因(如磷酸基、季胺基、羟甲基、苯基、氨基或各种长度碳链的烷基等)或配体的有机化合物。因此,这类固定相对结构不同的物质有良好的选择性。例如,在多孔性硅胶表面偶联豌豆凝集素(PSA)后,就可以把成纤维细胞中的一种糖蛋白分离出来。另外,固定相基质粒小,柱床极易达到均匀、致密状态,极易降低涡流扩散效应。基质粒度小,微孔浅,样品在微孔区内传质短。这些对缩小谱带宽度、提高分辨率是有益的。根据柱效理论分析,基质粒度小,塔板理论数N就越大。这也进一步证明基质粒度小,会提高分辨率的道理。再者,高效液相色谱的恒温器可使温度从室温调到60C,通过改善传质速度,缩短分析时间,就可增加层析柱的效率。
任何颗粒物进进高效液相色谱仪后都会在柱子进口端被筛板挡住,最后的结果是将柱子堵塞,表现出的特征是系统压力增加并使色谱峰变形。因此,要采取各种预防措施,包括操纵步骤和商品仪器自身的各种过滤设计,努力防止或减少颗粒物进进高效液相色谱仪中,从而延长仪器和色谱柱的使用寿命,并进步数据的可靠性。在高效液相色谱仪中,颗粒物的主要来源有三个途径:活动相、被测样品和仪器系统部件的磨损物。
1、被测样品 液相系统中的第二个颗粒物来源是被测样品。一些实验室在将他们的样品放置在自动进样器盘(或手动进样)以前,所有样品都先通过一个0.45μm针筒式过滤器过滤。这是一个有效除往被测样品中颗粒物的方法。但是这个过程也有一点需要关注:你使用了针筒式过滤器就不可能100%得到通过过滤器的被测样品,总会有或多或少的丢失。丢失来自这样几方面:过滤器滤膜的吸附、过滤器滤出的颗粒物上的吸附、针筒式滤膜过滤器与针筒连接处的渗漏等。假如有丢失,过滤后液体中被测物的含量或浓度与原基本样液的含量或浓度还相同吗?这个题目一般需要通过实验确认。确认这步是要增加工作量和用度的。过滤器的使用是一种消耗,每个过滤器的价格从几元到十几元。但在做食品中残留物分析时,由于基质大多比较复杂,所以过滤这步已成为不可或缺的一步。在实际分析工作中,一般检测每一组样品会带一个外标、一个添加回收或是质控样品,所以,只要终极检测时得到的信噪比能满足检出限要求,可将这步视为系统误差而忽略。 2、活动相 假如活动相均由高效液相色谱级溶剂组成,活动相没有必要过滤。这是由于高效液相色谱级的有机溶剂,例如乙腈、甲醇等,在制造的工艺过程中都已经过了0.2μm微孔滤膜过滤。同样的,无论你是买的高效液相色谱仪HPLC级的水还是在实验室使用超纯水净化系统制备的水,最后一步也是通过0.2μm微孔滤膜。然而,假如有任何一种缓冲液中加进了固体物,例如磷酸盐,活动相过滤将是必要的一个步骤。固然缓冲盐可能是可溶解的、高纯的,但它还是可能含有颗粒物质,例如在盖试剂瓶的塑料内盖时,塑料瓶盖子与瓶口边沿挤压就会产生塑料颗粒。在这种情况下,添加的一种固体物可能完全溶解了,但是少量杂质颗粒存在于活动相中成为残渣。 活动相通过0.45μm微孔滤膜过滤对于从活动相中除往所有颗粒物是一个有效方法。0.2μm微孔滤膜也可以用,但是它们就这个应用而言并不比0.45μm微孔滤膜更有效,而且它的过滤速度会更慢,特别是当实验室使用的试剂和水的质量不太好时。建议实验室在编写制定他们活动相制备标准操纵程序(SOPs)时规定,可以鉴戒国际上同类实验室的规定,即: 活动相制备仅采用HPLC级液体时不需要过滤,反之所有活动相组成在使用前必须过滤。 在连接储液瓶和泵的输液管的末端进口采用下沉式过滤器(常见材质有熔融玻璃砂芯滤板和微孔金属的两种)也是很重要的。这个过滤器的规格为≥10μm的微孔物质,所以它不能取代活动相过滤步骤,但是它能除往系统中的尘土并保证储液瓶、输液管使用的可靠性。 3、仪器系统部件的磨损物 最后,在高效液相色谱仪HPLC系统中颗粒物的另一个主要来源是输液泵密封垫和进样阀旋转轴的磨损。关于输液泵密封垫的磨损更换有两种不同建议。 第一种建议以为,在一般实验室中输液泵密封垫通常使用寿命为六个月到一年,因此建议半年或一年更换这些密封垫,实验室应基于上述观点制定定期预防性维护计划。该观点以为:与输液泵密封垫颗粒堵塞柱子而更换新柱子的用度相比,更换密封垫的用度低些。一些输液泵有玻璃砂芯或筛网,可在流路中滤掉从泵密封垫磨损下来的颗粒物,防止这些颗粒物随活动相流至柱头。若有这种装置应查阅输液泵操纵手册,查看推荐的这种过滤器清洗或更换的间隔。 另一种建议则以为,原装密封垫的密封效果可以,更换以后轻易引起活动相渗漏。所以,只要不漏液就不要轻易更换密封垫。 两种说法都有其道理,具体如何操纵,建议与仪器公司工程师沟通,各公司的仪器还是有些不同的。 自动进样器旋转轴的密封随着使用时间也会磨损,但是在我的经验中,即便是高负荷的运转旋转轴密封垫也可以使用几年。假如你的自动进样器系统有计数进样阀转动次数的功能,你可以设定一个警铃当预设阀转动次数已达到时提醒你。曾有一种说法,进样器较多转动20,000次,这仅仅是进样10000个;但这似乎不是实验室涉及的常规样品分析使用寿命,它们的实际使用寿命会更长。旋转轴密封磨损后会渗液,比较明显的特征是同一样品多次进样后,峰面积值差别比较大(RSD>?5%)。当然,输液泵的密封垫和旋转轴的密封垫磨损将增加更多研磨物在活动相中,加速对这些部件的损伤。此外,假如你日常运行的活动相有缓冲盐,如磷酸缓冲盐,密封垫的磨损会更快。 无论颗粒物源于何物,实验时都要将其除往。推荐在HPLC系统中采用一个0.45或0.5μm的在线多孔过滤器,接在自动进样器和柱子之间,即使已使用了保护柱。这个在线过滤器将成为挡板代替柱头的滤板,而且如采用一个玻璃砂芯滤板,既便宜,更换又方便(几分钟就可更换)。若采用在线过滤,高效液相色谱仪检测每批样品开始前记录下压力值,当压力上升一定值,例如25%或增加500psi,应该更换玻璃砂芯滤板了,更换以后冲洗几分钟系统将恢复到原来的压力值。