流动相脱气机

发布：液相色谱脱气创新技术新一代技术让HPLC脱气可控CarlSims,首席科学家,IDEXHealth&Science600ParkCourt,RohnertPark,CA94928 csims@idexcorp.com近年来，围绕着分析领域的技术和仪器优化的基本研究之外，分析实验的每个领域都需要采用现代管理和生产流程。基于QbD（质量源于设计）理念的方法越来越多，并且需要进行主动生命周期管理；实验室中的大多数仪器-例如从高端液质联用（HPLC-MS）系统到较简单的离心机、天平和泵，都集成至控制软件和实验室管理工具中。目标都集中在：可重复/可验证的性能，效率最大化，经济的运营方式，以及越来越被重视的环保意识。这种变化的结果是，随着分析仪和实验室设备的更新，可以引入支持这一转变的分析领域的技术创新的新模型。在本文中，我们将研究HPLC装置的重要组成部分，即脱气机，该装置迄今仍未满足当今的趋势。我们呈上多年开发过程的研究成果，以重新评估此关键部件的设计，性能和可控性，并重点介绍新型通用型平面薄膜脱气机的数据。这项新技术通过允许用户为任何HPLC系统或方法选择和控制固定的脱气效率，从而将重点从“恒定真空”转移到“恒定性能”。脱气技术的背景减少HPLC流动相中的溶解空气量会对系统流速和流动相组成的稳定性产生重大影响。低压混合HPLC泵仅依靠溶剂进入泵，在从比例阀转移到入口单向阀的过程中，发生的任何气体析出都会导致多种类型的错误。首先，会发生组分错误，因为传输线中的体积包含了空气，并不完全是流动相。随着传输线中气泡的伸展扩张，混合物的精度会继续下降。最后，进入泵的气泡可能会干扰入口单向阀，从而使泵无法将全部体积的流动相输送到色谱柱，而是将一部分移回比例阀。此外，在将流动相输送到色谱柱之前，泵也会将所有气泡压缩到系统压力。在高压混合HPLC系统中，溶解的气体会影响入口单向阀的操作，它会由于气蚀而形成微气泡。与低压混合HPLC泵一样，气泡会导致流量不正确，从而影响保留时间。根据检测器的类型和对流量的敏感性，这种波动的流量还会增加检测器中的系统噪音。因此，溶解的空气影响分离的准确性和分离度，以及可靠地鉴定色谱柱上已分离化合物的能力。所以，长期以来，基本上所有的HPLC系统都包括某种形式的脱气，从真空脱气，氦气鼓泡，超声处理到采用膜技术（包括PTFE膜和Teflon™ AF）的在线方法。当今的HPLC系统具有两种流动相混合装置之一：要么在溶剂进入泵之前就对其进行混合（低压混合）；或者，流动相混合发生在泵之后但进样阀之前（高压混合）。在这两种情况下，对流动相混合物及其组分进行有效的在线真空脱气有助于避免色谱问题。1975年，Tokunaga发表了数据集，该数据集为HPLC溶剂混合物的脱气奠定了基础[1]。他确定了氧气在各种醇-水混合物中的溶解度的奥斯特瓦尔德系数，并演示了为防止气泡形成混合物需要脱气的程度。这篇开创性的论文为当今大多数实验室日常使用的基于管式的脱气系统的开发奠定了基础。图1绘制了Tokunaga的数据，并以HPLC系统将流动相混合为体积百分比的方式重新计算。上方的实心红色线和奥斯特瓦尔德系数的线之间的差值的代表混合物中溶解的空气过饱和度。还展示了通过脱气减少空气量的三条示例曲线。图1.Tokunaga1975年论文的数据，以体积％重新计算，显示了脱气对混合物中溶解空气过饱和度的影响。根据该数据，在大气条件下，不会析出气体的混合物中空气的实际浓度为38％，这是大多数脱气机设计要达到的目标（在特定仪表设计要求的流量和应用真空条件下）。挑战当前的做法今天，通常使用的在线脱气机使用管状Teflon™ AF或聚四氟乙烯（PTFE）膜。根据亨利定律，道尔顿定律和拉乌尔定律，它们允许空气通过膜脱离流动相。在恒定真空度下运行时，它们在低流速下更有效地从流动相中除去空气，而在高流速下则较少。这与在管子内的驻留时间相关。溶剂分子也可能从流动相移动到膜的真空侧。这种现象被称为渗透蒸发，在某些情况下以及某些HPLC方法学中，这可以明显改变流动相的浓度。这是因为当真空固定在低于溶剂蒸气压的压力下时，泵将持续除去溶解的空气和溶剂蒸气。只要泵处于活动状态，溶剂供应瓶就会补充系统，并将溶剂蒸气泵入大气。因此，期望使用脱气机的真空侧来控制渗透蒸发，将压力设置为尽可能高而不会达到在HPLC系统中将发生气体析出的点。这会影响泵和入口单向阀的效率，并可能导致流动相组成和泵系统流速不准确，由于定量和鉴定问题，可能导致方法失败。新一代脱气技术任何新的脱气方法的理想设计特点应包括：流量限制比基于管式的脱气机低外形小巧，没有内部管件泄漏最低真空体积以限制挥发物的初始渗透蒸发恒定流阻，与施加的真空无关在可能的最高压力下对流动相进行脱气，而不会使流动相变得过饱和。在此称为“高压脱气”，该技术减少或消除了溶剂蒸气向实验室空气的排放。脱气机已集成到HPLC系统控制软件中，可实现真空的智能控制，以确保提高脱气效率。此外，该脱气机的普适性（视HPLC系统的类型而定，流速范围高达10mL/min并兼容所有常见溶剂，包括六氟异丙醇）将是一个显著的优势。现在，平面薄膜以及专用的真空泵控制算法可以实现这些目标。图2显示了新型平面薄膜脱气机的示意图。这是一个简单的设计，可直接在低压和高压混合HPLC系统中应用（图3）。该设计使产品具有最少的配件和连接。其高效膜具有足够的表面积，可用于分析型的HPLC系统中的溶剂脱气（最高10mL/min流速）。独特的流道布局在泵的入口单向阀之前提供了较低的流体阻力。与之配套的真空控制算法可将其集成到分离方法控制协议中，并允许为任何HPLC系统选择给定的脱气效率。真空压力可以调高或调低，以达到准确的HPLC方法规范的需求。简化的界面依据HPLC分离方法的流速和所需脱气效率，并将真空调节到高效脱气的尽可能的最高压力。该方法可防止溶解的空气过饱和，同时抑制渗透蒸发和流动相浓度变化。流阻是恒定的，与施加的真空无关。图2.新颖的流道设计，薄液膜流过脱气膜。图3.集成到通用低压（左）和高压（右）HPLC系统中的新型脱气机在实践中对新脱气机/控制算法的初步评估已产生了一些令人鼓舞的数据，并就可用性提出了积极的报告。为了表征脱气机，通过运行高效液相色谱分离得到了性能与应用真空度的数学模型，并将其存储在脱气机控制器或HPLC控制系统中。第一步，是使用210纳米（nm）或215nm下的甲醇-氧气电荷转移络合物来测定不同流速和应用真空下的脱气腔的效率。图4显示了在四个不同真空压力下效率与流速的关系。请注意，在50mmHg下有30％的残留空气（效率为70％）时的最大流速约为2.5mL/min。这足以对高达5mL/min的梯度或任何等度流动相进行脱气，并且由于需要62％的效率（38％的残留空气，图1）来防止气体析出，因此配备此脱气器的HPLC系统在50mmHg的压力下，可以预期使用高达7mL/min流速的方法而不会出现气泡。图4.特征曲线显示了在四个不同真空度下薄膜脱气机的效率与流速的关系后续步骤绘制了每种流速的效率与真空度的关系曲线，并使用所需的效率和流速来求解效率-真空曲线方程式。每条曲线的公式将流速与输出真空水平联系起来，这样，一旦对脱气腔进行了表征，施加到脱气机上的真空水平就是该方法所需效率和流速的函数。然后可以使用真空控制来调节脱气性能，以覆盖HPLC系统的整个性能范围。因此，可以在任何流速下维持流动相最小的浓度变化（或渗透蒸发）始终确保目标脱气效率。图5显示了比较平面薄膜和管式系统的脱气效率的实验数据。值得注意的是，真空水平明显不同，但是新型薄膜脱气机的性能在所需的流速（1mL/min）和效率（70％）上与管式脱气机相匹配。这说明任何脱气器都可以被表征，然后可以将所得数据集用于根据效率和方法流速的输入来控制真空脱气系统。图5.在50mmHg真空下，与标准的18英寸管式脱气机相比，在1mL/min时的预计真空水平效率为70％。1mL/min流速下70%的效率时的预测真空度与标准18英寸管式脱气机在50毫米汞柱真空下的对比。展望未来总而言之，与在恒定真空下进行脱气相比，此处描述的平面薄膜脱气机及其配套控制算法的发展为色谱工作者提供了更高的脱气性能。这些好处不仅将提高脱气效率，而且最重要的是，将提高方法的可重复性，实验室熟练度和生产率。您可以点击https://www.instrument.com.cn/netshow/SH101586/，获取相关产品信息。或者给我们400-860-5168转1586留言，了解更多最新的技术。参考文献：TokanugaJ(1975)solubilitiesofoxygen,nitrogenandcarbondioxideinaqueousalcoholsolutions,JChemEngData,20(1):41-46关于作者CarlSims是IDEXHealth＆Science的首席科学家，专注于HPLC系统的膜脱气，流体光学和UPLC阀门的研究。在仪器领域拥有47年的化学经验，他已获得52项美国专利，以及150项外国专利，主要集中在HPLC，离子色谱，TeflonAF光学以及早期职业生涯的DNA合成领域。Carl是名海军退伍军人，拥有科罗拉多州杜兰戈市FortLewis学院的化学学士学位和亚利桑那州弗拉格斯塔夫的北亚利桑那大学的化学硕士学位。关于IDEXHealth&Science,LLCIDEXHealth&Science是在生命科学领域里流控和光学方面的权威专家。我们赋予客户三重优势，即借助我们的产品、人员和工程专业知识为您的光学和流路系统带来新的活力。IDEXHealth&Science提供完整的生命科学仪器研发的革新技术，用于分析仪器、临床诊断以及生物技术的应用。凭借行业内全面且先进的产品系列和工程能力，IDEXHealth&Science参与到客户的需求中，提供最具生命力的解决方案，逐步成为光学及流控专家。可提供的产品有：连接件、阀门、泵、脱气机、空柱管、多岐管板、耗材、集成的流控组件、滤镜、镜头、快门，激光源，光引擎以及集成的光学组件。

br/pstrong加入有机溶剂之后测量移动相酸碱度/strong/ppbr//pp校准pH计，得到水溶液的正确pH回读值——您要验证的缓冲液是含水的。如果你用有机添加剂测量pH值，得到的pH值会与添加有机溶剂之前的值不同。/ppbr//pp然而，最重要的一点是要保持一致。如果你总是在加入有机溶剂之后测量pH值，那么务必保证在使用的方法中陈述你的步骤，这样的话其他人就会按照统一方式进行。这种方式并不保证百分百准确，但是至少可以保持方法的前后统一。这也许会比得到精准的pH值更加重要。/pp /pp/ppstrong没有使用缓冲液/strong/ppbr//pp缓冲剂的作用就是用来控制Ph值并阻止其发生变化。很多其他方法会改变流动相的Ph值，会引起停留时间、峰形以及峰值响应的漂移。/pp甲酸、TFA等不是缓冲剂。/pp /pp/ppstrong没有在正常酸碱度范围内使用缓冲液/strong/ppbr//pp每个缓冲盐有2个pH单位范围宽度，在这个范围内可以提供稳定性最佳的pH值。窗口之外的缓冲盐不具备有效的抗pH值变化能力。要么在正确的范围内使用缓冲剂，要么选择一种缓冲剂可以涵盖你所需要的pH值。/pp /pp/ppstrong向有机溶液中加缓冲液/strong/ppbr//pp将缓冲溶液与有机相混合，会极有可能引起缓冲液沉淀。在很多情况下，即使沉淀现象已经发生了，但仍很难被发现。记住，一定要将有机溶液加入到水相当中，这可以很好的降低缓冲液沉淀的几率。/pp /pp/ppstrong从0%用泵混合浓度梯度/strong/ppbr//pp现在使用的泵可以有效的混合流动相并实现在线脱气，但并不是使用你的方法的任何人都会配有高质量的泵。将A和B混合到一个单独的溶液中，在100%线上运行。/ppbr//pp比如说通过用50ml水混合制备有机950ml起始混合物。这样做的好处就是可以减少HPLC之间的可变性，减少系统中产生气泡和沉淀的可能性。值得注意的是泵混合液的比例是95:5并不代表瓶体的预混合保留时间也为95:5。/pp /pp/ppstrong不要使用正确的改性酸或改性碱改变缓冲液/strong/ppbr//pp只能使用形成你使用的缓冲盐的酸或碱。比如磷酸钠缓冲液应仅用磷酸或氢氧化钠调节。/pp /pp/pp没有在方法中阐述有关缓冲液的全部信息，比如说在1000ml的水中加入5g磷酸钠/ppbr//pp缓冲剂的类型决定了能够缓冲的Ph范围。所需的浓度决定了缓冲强度。5克或无水磷酸钠和5克一水合物磷酸一钠具有不同的缓冲强度。/pp /pp/ppstrong还没先检查就开始添加有机溶液/strong/ppbr//pp如果上一个方法中基线B中使用过的是缓冲液，而你的方法中，基线B使用的是有机溶液，好在你可以沉淀泵管和泵头中的缓冲剂。/pp /pp/ppstrong支起瓶体清空最后一滴/strong/ppbr//pp很有可能你没有足够的流动相完成整个操作，最后样品会冒烟的。除了可能存在烧干泵系统和柱子的可能性之外，流动相也会蒸发的一干二净，瓶体顶部的流动相会发生变化。/pp /pp/ppstrong利用超声脱气的流动相/strong/ppbr//pp最重要的一点就是确保所有的缓冲盐已经溶解，但是这是一种效果最差的脱气方式，并且它会很快让流动相升温，从而引起有机成分蒸发掉。为了省去之后不必要的麻烦，请用五分钟时间使用真空过滤你的流动相。/p

大家好，高效液相色谱和其它常规分析仪器一样，为了能让高效液相色谱更好的工作、在实验的时候得到可靠的数据，首先你要保养好它，使它处于一个健康的待机状态，这样你使用它进行检测分析时就可以比较顺利地获得理想结果。而且良好规范的操作习惯还可以延长仪器使用寿命。在日常使用维护中最重要的主要有三点：脱气、过滤和冲洗。这三点属于最常规操作要求，同时也是检测分析中必不可少的流程。小编会分三期为大家讲解，今天先带大家了解下脱气的具体原因和脱气的具体方法。脱气流动相里存在气泡是HPLC系统操作过程中常见的问题、气泡会造成泵输出的问题，也能造成检测器的输出结果中出现假的色谐峰。大多数的气泡问题可以在使用流动相之前以脱气的方法来消除。下面就是小编简单总结了脱气的主要目的：1、防止由溶解（在液体中的）气体量的变动引起的检测不稳程度 。2、提高保留时间和色谱峰面积的重现性。3、防止气泡引起尖峰。4、使基线稳定，提高信噪比。5、防止由气泡的产生引起的故障，示差折射率检测器：使折射率变化UV检测器（200nm以下）：溶解氧气有吸收，荧光检测器：溶解氧气有消光作用。6、减少死体积。7、防止填料氧化。脱气要求只要空气在流动相里保持溶解，气泡问题就很少会出现。原则上讲人工配备的等度洗脱流动相般不需要脱气就可以在实验中使用，但是被气体饱和的溶液也只需要非常小的压力下降就能脱气。比如当流动相通过溶剂人口的在线过滤器，或者当流动相进人压力相对低的检测器溶液池时。因为这个原因和为了能使一般的HPLC操作具有可靠性，我们强烈建议用于反相色谱的所有溶剂都必须经过脱气。脱气对于正相HPLC来说不会产生很多问题，所以使用正相色谱时脱气是可选的。需要除去的溶解在流动相里的气体量根据HPLC泵的设计不同而不同，一些泵能够承受大量溶解在流动相里的气体而另外些泵则需要彻底脱气才能达到可靠的操作效果。常用的脱气方法1.抽真空脱气法：此法可使用真空泵，降压至0.05～0.07MPa即可除去溶解的气体，用真空脱气10-15分钟可以除去60%-70%溶解在流动相的气体。但是由于真空脱气会使混合溶剂组成发生变化，从而影响到实验的重现性，因此多用于单溶剂体系的简单分析。2.氦气喷洗脱气法：氦气喷洗是除去流动相里的气体最有效的技术，主要是利用氦气在液体中溶解度比空气低的特性，在0.1MPa压力下，以约60mL/min流速通入流动相储液容器中10～15min，可以很有效地从流动相中排除溶解的空气，能排除接近80%-90%溶解的气体。采用一个高效分布式喷射流装置，一体积的氦气可从流动相中将等体积的几乎全部气体排除。3.在线脱气法：在线脱气主要优点是操作简单，低故障，并非常有效。4.加热回流法：此法的脱气效果较好。但是还是有一些不足，那就是在操作时要特别注意冷凝塔的冷却效率，否则溶剂会丢失，混合流动相的比例会有变化。5.超声波脱气法：实验室最普遍的脱气方法，主要操作就是将欲脱气的流动相置于超声波清洗器中，用超声波震荡时间不宜过长，避免温度升高导致易挥发性成分的丢失，一般在5min之内。但是相对于其他脱气方法，优点是容易操作，时间短。不足之处则是此法的脱气效果相对较差。到此需要脱气的具体原因和脱气的具体方法，在这里就差不多介绍完了。下期小编将继续带领大家去具体了解高效液相色谱日常维护要点-过滤。