《流動(dòng)相脫氣》特輯

第一期《島津配合防疫，開啟線上學(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)生氣泡所引起的問題。

第二期

流動(dòng)相中產(chǎn)生氣泡所引起的問題。

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)造成氣體的過飽和而產(chǎn)生氣泡。

當(dāng)這些氣泡通過吸液過濾器和管道進(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

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(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(dāng)吸液過濾器有部分堵塞時(shí)，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(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*的清洗，接著就使用鹽類溶解度不大的有機(jī)溶劑，此時(shí)極易造成過濾器孔堵塞。堵塞不嚴(yán)重時(shí)，溶劑通過脫氣即可。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(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^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*無法測(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，也無法正確地定義基線的位置，故無法正確地計(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

*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(jì)，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(duì)關(guān)系

下期預(yù)告

溶解于溶劑中的空氣會(huì)對(duì)不同檢測(cè)器造成哪些嚴(yán)重的影響

敬請(qǐng)期待！