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島津司小令大講堂丨第二期 流動相中產(chǎn)生氣泡所引起的問題
《流動相脫氣》特輯
第一期《島津配合防疫，開啟線上學習司小令大講堂！》為大家介紹了流動相中溶解空氣引起的問題和形成氣泡的機理，今天我們將討論流動相中產(chǎn)生氣泡所引起的問題。
第二期
流動相中產(chǎn)生氣泡所引起的問題。
1、 流動相容器產(chǎn)生氣泡的影響
流動相容器中產(chǎn)生氣泡主要是由于空氣在流動相中超飽和，其原因如下：
(1) 溫度升高：貯存室與實驗室之間的溫差或早晨與中午之間的溫差都可能使流動相溫度升高。
(2) 吸熱反應(yīng)攪拌不足：某些溶劑混合時吸收熱量，使溫度降低，此時如不充分攪拌，隨著混合溶劑溫度上升至室溫，同樣會造成氣體的過飽和而產(chǎn)生氣泡。
當這些氣泡通過吸液過濾器和管道進入泵頭以后，導致泵的工作異常。首先，在進液口，隨著吸液沖程泵頭的壓力降低，導致氣泡膨脹（見圖1）。此時泵吸進的溶劑由于氣泡占取一定的空間而降低；其次，在排液沖程時壓力增加，氣泡又變小，從而使流動相的流量降低。更有甚者，由于氣泡的產(chǎn)生和經(jīng)過的途徑、方式都是不規(guī)則的，因此不僅影響了流動相流量的準確度，而且影響流量的精度。是否有此種現(xiàn)象產(chǎn)生，可通過泵排液壓力的監(jiān)測加以確認（圖2）。
當此種現(xiàn)象發(fā)生后，無論是保留時間或峰面積都不可能重現(xiàn)（圖3），分析的可靠性也就無從談起。
圖1 泵頭進氣泡的示意圖
圖2 排液壓力波形的變化
圖3 由于流量不規(guī)則形成的各種色譜
2、 泵中形成氣泡使液流波動
即使溶劑在容器中，空氣并未達到飽和的程度，但溶液進泵以前還有可能產(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，混合室多裝在泵后（高壓側(cè)）但實際混合過程在低壓側(cè)便開始了，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) 吸液過濾器的堵塞：當吸液過濾器有部分堵塞時，吸液的阻力增大，過濾器內(nèi)的壓力降低，容易形成氣泡。吸液過濾器經(jīng)常清洗，保養(yǎng)，否則易被塵土顆粒等堵塞，有時操作不當也易形成堵塞，例如，在使用緩沖溶液后未進行*的清洗，接著就使用鹽類溶解度不大的有機溶劑，此時極易造成過濾器孔堵塞。堵塞不嚴重時，溶劑通過脫氣即可。但好要定時清洗。
圖4 低壓梯度洗脫
圖5 吸液過濾器的清洗
圖6 吸液過濾器的清洗
3、 柱中氣泡形成和累積引起流動相繞流
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)過色譜柱時滯留柱中。
一但氣泡在柱中形成或滯留，如圖7所示使流動相液流不穩(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 由于柱中的氣泡導致繞流
4、 泵中形成氣泡使液流波動
當柱箱或檢測器池處于較高溫度時，檢測器池中易產(chǎn)生氣泡。因為液流通過檢測器時，溫度升高而此處的壓力反而較小。即使檢測器池并未加溫，但某些場合下也可能有氣泡產(chǎn)生。例如高壓梯度時，溶劑混合使氣體過飽和，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，氣泡便會乘隙而出。
如果氣泡形成于檢測器池中，則將引起如圖8所示的尖峰狀、鋸齒狀的基線噪聲，甚至于*無法測定。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，也無法正確地定義基線的位置，故無法正確地計算出峰面積。
圖8 由于氣泡形成和累積于柱中引起的噪聲
在第三點和第四點的場合，如果使用的UV或電導檢測器，由于這些檢測器能經(jīng)受較大的壓力（約30Kg/cm2）故可在檢測器的出口處加一個反壓管，使檢測器池和柱內(nèi)的壓力適當提高，防止氣泡產(chǎn)生。一般反壓管使用長2m左右，內(nèi)徑為0.3mm的不銹鋼阻尼管。此時對1ml/min的水或甲醇將分別產(chǎn)生2或1Kg/cm2的反壓。當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)
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，此時管徑應(yīng)較細（例如0.2mm），長度可增加至6m左右。
然而，對一些不能承受壓力的檢測器而言（見表1），則必須事先脫氣而不能采用阻尼反壓管的方法。
表1．檢測器能承受的壓力
*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，在您所使用的系統(tǒng)中，哪些部位容易產(chǎn)生問題。
圖9 HPLC系統(tǒng)中壓力和溫度的相對關(guān)系
下期預告
溶解于溶劑中的空氣會對不同檢測器造成哪些嚴重的影響
敬請期待！