[原创]色普仪结构

气相色谱仪的主要部件

1. 气路系统的部件
气相色谱仪的流动相多用高压气瓶做气源，经减压阀把气瓶中15MPa左右的压力减低到0.2～0.5MPa,通过净化器（一般为20～25cm×4cm i.d．的金属管或塑料管，内装5A分子筛，除去载气中的水分和杂质）到稳压阀，保持气流压力稳定。程序升温用气相色谱仪，还要有稳流阀，以便在柱温升降时可保持气流稳定。压力表或流量计可指示载气的流量或流速。气化室是为液体或固体样品进行气化的装置。毛细管气相色谱仪与填充柱气相色谱仪不同之处是进样系统复杂，如在气化室中装分流／不分流系统，使用冷柱头进样系统。另外在毛细管色谱柱末端进入检测器时还要增加一个补充气的管线以保证检测器正常工作。

图5-1 双气路填充气相色谱仪流程图
1-高压气瓶（载气）；2-减压阀（氢气表或氧气表）；3-净化器
4-稳压阀；5-压力表；6-针阀或稳流阀；7-压力表
8-气化石；9-色谱柱；10-检测器；11-恒温箱

2. 电路系统部件
气相色谱仪电路部件通常有电源部件、温控部件和微电流放大器等部件。电源部件，对仪器的检测系统、控制系统和数据处理系统各部件提供稳定的直流电压，同时也对仪器的各种检测器提供一些特殊的稳定电压或电流，以便获得稳定的电压，磁场或电流。温控部件、程序升温部件是对气相色谱仪的柱箱、检测器室和气化室或辅助加热区进行控制，它们将色谱仪中的气化室，柱箱及检测器室或辅助加热区控温在一定的范围。程序升温操作在气相色谱中经常使用。微电流放大器把检测器的信号放大，以便推动记录仪或数据处理系统工作。
3. 检测器
研究过的气相色谱检测器有二三十种，但是在商品仪器上常用的气相色谱检测器只有六七种：

①	热导检测器（TCD）是基于各种物质有不同的导热系数而设计的检测器。
②	氢火焰离子化检测器（FID）是气相色谱中最常用的一种检测器。它的敏感度高，线性范围宽，易于掌握，应用范围广，特别适合于毛细管气相色谱使用。
③	电子俘获检测器（ECD） 是一种用Ni或氖做放射源的离子化检测器，它是气相色谱检测器中灵敏度最高的一种选择性检测器，在气相色谱仪中应用范围仅次于TCD和FID，占第三位。
④	火焰光度检测器（FPD）是基于样品在富氢火焰中燃烧，使含硫、磷化合物经燃烧后又被氢还原而得到特征光谱的检测器。
⑤	热离子检测器（TID）又称氮磷检测器（NPD），它是在FID的喷嘴和收集极之间放置一个含有硅酸钾的玻璃珠。适于测定氮、磷化合物的选择性的检测器。
⑥	光离子化检测器（PID）是利用紫外光能激发解离电位较低（<10.2eV）的化合物，使之分离而产生信号的检测器。

4. 数据处理系统
记录仪和色谱处理系统是记录色谱保留值和峰高或峰面积的设备，记录仪就是常用的自动平衡电子电位差计，它可以把从检测器来的电压信号记录成为电压随时间变化的曲线，即色谱图。数据处理系统或色谱工作站是一种专用于色谱分析的微机系统。计算积分器则是现今更为普遍使用的色谱数据处理装置，这种装置一般包括一个微处理器、前置放大器、自动量程切换电路、电压-频率转换器、采样控制电路、计数器及寄存器、打印机、键盘和状态指示器等。

高效液相色谱仪的主要部件

1. 流动相贮罐
分析用高效液相色谱仪的流动相贮罐，常使用1L的锥形瓶加一个电磁搅拌器，在连接到泵入口处的管线上时要加一个过滤器（例如2μm的过滤芯），以防止溶剂中的固体颗粒进人泵内。为了使贮罐中的溶剂便于脱气，溶剂罐中常需要配备加热器、搅拌器和抽真空及吹入惰性气体的装置。脱去流动相中的溶解气体是非常必要的，尤其是用水和其他极性溶剂做流动相时，脱气更为重要（特别是在梯度洗脱时）。为了防止在检测器中产生气泡，可在装流动相贮罐中于强烈搅拌下抽真空几分钟。加热可提高抽气效率。不管用什么方法脱气，以不使流动相混合物浓度发生变化为原则。以氦气彻底吹扫流动相，被认为是较好的脱气办法。为了减少流动相和固定相可能发生的反应，除去流动相中的氧也是很必要的。用氦气吹扫流动相可以除去其中的痕量氧气。脱气后的流动相液面上应保持有惰性气体，这样可以防止氧再次溶解到流动相中，还可以避免易燃溶剂蒸气着火。

图5-2 高效液相色谱仪流程图
1-流动相贮罐；2-泵；3-压力表；4-过滤器；5-脉冲阻尼；6-恒温箱
7-进样器；8-色谱柱；9-检测器；10-记录仪；11-数据处理器

2. 泵
现代液相色谱对泵的要求 由于现代高效液相色谱都使用小颗粒的填料（7μm，5μm，3μm等），有很大的阻力，因此需要高压泵，现代液相色谱对泵的要求如下：
①泵的结构材料要能抗化学腐蚀；
②输出压力要能达到40～50MPa；
③无脉冲或加一个脉冲抑制器；
④流量可变，流量稳定，重现性大大优于1％；
⑤为了可以快速更换溶剂，泵腔的体积要小。
(1)输液泵的类型
商品的输液泵有两种类型，恒流泵和恒压泵。恒流泵使输出的液体流量稳定；而恒压泵则使输出的液体压力稳定。恒流泵中有往复泵，注射泵；恒压泵有气动放大泵。
往复泵 在HPLC中应用最多的是往复泵，这种泵使用带有往复活塞或柔韧隔膜的小体积泵室（35～345μL）。往复泵有两类，一种是活塞式，另一种是隔膜式。前者的活塞直接和流动相接触；后者的活塞是通过某种介质推动隔膜，隔膜再压缩或吸人流动相。在泵头装有逆止阀，阀和活塞或隔膜同步动作，在活塞或隔膜作一次运动时可以泵出并吸入一个泵体积的流动相。泵入口和出口处的逆止阀（单向阀）是靠泵头的液体压力控制的。在活塞泵出流动相时，泵头压力增加，使泵入口逆止阀关闭，同时泵出口逆止阀打开。在吸入流动相时，泵头减压，使出口逆止阀关闭，入口逆止阀打开。由于只有在活塞泵出流动相时才有液流进入色谱系统，在泵吸入流动相时，无液流输出，所以成脉冲式供液。为了解决这一问题，人们设计了双柱塞和三柱塞泵，使液流脉动减小。
(2)累积型往复泵
累积型往复泵有两个泵头，以串联方式连接在一起，这样可以提供平稳的液流。所以如此是因为两个腔排液体积不同，第一级泵腔是第二级泵腔的2倍。两个活塞运动的方向呈180。，因此当第一级泵输出液时，50％进入色谱柱，50％留存在第二级泵腔中（即从第一级泵中吸取液流）。当第一级泵吸入液流时，第二级泵把已吸入的液流泵入色谱柱。这种泵造价较低，省去一些元件（例如它只用两个逆止阀）。
(3)注射泵
注射泵类似于注射器，用一台步进电机驱动注射泵的活塞把液流从泵腔中挤出，泵腔体积较大（250-500mL），密封性好的活塞使泵腔中的液体等速流出。
(4)气动放大泵
气动放大泵是利用气体为动力源，通过帕斯卡原理把气体的压力放大成流动相的压力，即和气体直接接触的活塞面积大（AG），和流动相接触的活塞面积小（AL），压力放大的倍数（x）为

x= AG/ AL

这种泵可以用较小的气体压力得到较高的流动相压力，所以它很适合于液相色谱柱的装填。近代的液相色谱仪不用这种泵。
3. 检测器
和气相色谱一样高效液相色谱仪也有多种多样的检测器，最常用的有紫外可见分光光度检测器、荧光检测器、二极管阵列检测器、示差折光检测器、蒸发激光光散检测器和电化学检测器等。

离子色谱仪的部件

离子色谱仪的主要部件和高效液相色谱仪相近:

1. 液体贮罐
离子色谱仪所用的洗脱液、再生液和冲洗液的贮罐和高效液相色谱一样，其容积应大于0.5L，可以用聚乙烯瓶或桶，如使用大量有机溶剂时可用硬质玻璃瓶，有的商品仪器带有4L容积的可折叠聚乙烯塑料袋，袋的容积随着液体的减少而缩小，使液体与大气隔离。应使用去离子水配制洗脱液或再生液，去离子水的电导率应小于1μS/cm，水中不应含有直径大于0.2μm的颗粒和微生物。洗脱液应使用分析纯以上的试剂配制，有机溶剂应使用光谱纯的试剂。洗脱液配好后应再用4号玻璃沙芯漏斗过滤，并以真空方法脱气。
2. 泵
离子色谱仪的泵和高效液相色谱仪的泵相同，只是泵的材料、流速范围和对压力的要求不同。高效液相色谱仪的流速准确度高，要达到0.001mL／min，而离子色谱仪的流速要准确到0.01mL／min。高效液相色谱仪经常要在大于15MPa的压力下工作，而离子色谱仪常在低于15MPa下工作。离子色谱的流动相一般是酸、碱、盐或络合剂，所以凡是流动相经过的部件均应是由耐腐蚀的材料制成。目前国内外的离子色谱仪都使用全塑系统，从泵、管道、阀、色谱柱和接头部用PEEK制成。
3. 进样阀
为了保证分析的精密度几乎所有的离子色谱都用进样阀进样，一般用六通阀。有的商品仪器采用气动式流路转换阀。
4. 色谱柱
和其他色谱一样，色谱柱是仪器的心脏，将在后面阐述。
5. 检测器
离子色谱依的通用检测器是电导检测器，也可以使用高效液相色谱依所用的其他类型检测器。

超临界流体色谱仪的主要部件

1. SFC的高压泵
如为毛细管SFC，需要低流速（μL／min）无脉冲的注射泵，为了控制泵的流量和压力，通过电子压力传感器和流量检测器，用计算机控制，程序地改变流动相的密度和流量。

图2-4 超临界流体色谱仪（SFC）流程图
1-超临界流体源；2-控制阀；3-过滤器；4-高压泵；5-脉冲抑制器；
6-压力表；7-进样口；8-泄压口；9-检测器（FID）；10-放大器；
11-记录仪及数据处理装置；12-分离柱；14-预平衡柱；
14-冷冻装置；15-恒温箱；16-限流器

2. SFC的色谱柱
填充柱SFC可以用液相色谱柱；毛细管SFC可以用交联的气相毛细管色谱柱，一些厂家有专用于SFC的毛细管柱。
3. SFC的检测器
气相及液相色谱所用的检测器在一定条件下都可以使用，常用的是FID。
(1) 使用液相色谱检测器
在进入检测器之前把超临界状态转变为液态，可增加检测器的灵敏度，使谱带变窄，而且可以在室温下操作。UV检测器是液相色谱中使用最多的检测器，在SFC中也使用较多。如为毛细管SFC，UV检测器的流通池由一段熔融石英毛细管做成，管外的聚酰亚胺涂层剥去使光通过，这段毛细管柱的体积只有200nL，这样就不会影响柱效，荧光检测器也可以这样使用。
(2) 使用气相色谱检测器多用FID
超临界状态的流动相在进入FID之前要通过限流器变为气体，FID对小分子量化合物可得到很好的结果，对分子量大的化合物常得不到单峰，而是一簇峰。如把检测器加热可使分子量大于2000的化合物获得满意的结果。在SFC中也可以使用氮磷检测器和火焰光度检测器。

毛细管电泳仪的主要部件

1. 高压电源
0-30kV稳定、连续可调的直流电源，具有恒压、恒流和恒功率输出，有些仪器还具有电场强度程序控制系统。
①为保证迁移时间的重现性，要求输出电压稳定在±0.1%以内
②电源极性可以转换。

1-高压电源；2-毛细管；3，4-缓冲溶液瓶；5，6-铂电极；7-检测器

2. 毛细管
由于玻璃材料的电渗流较大，对紫外光有吸收，机械强度差，因此较少采用。有机高聚物，如聚四氟乙烯、聚乙烯等，机械及化学稳定性好，可以透过可见及紫外光，电渗流可以控制，但是散热性差并且对短波紫外光有较强吸收，使用也不多。熔融石英材料透光性好（远、近紫外光都能透过），化学惰性好，外壁涂聚酰胺大大增加了柔韧性，强度高并且价格便宜，故使用较多。 虽然相同容积的矩形管比圆形管有较大的比表面积，并且光散射小、容易增大检测光程，但是加工困难，所以目前仍以圆形毛细管为多。兼顾毛细管散热性、检测灵敏度和减小溶质与壁表面间的相互作用力，目前最常用的毛细管内径是20－75μm、外径350～345μm。从分离效果和分离时间考虑，在满足分离的前提下尽量用短柱，因为这样可以节省分析时间。一般而言，毛细管最长不超过1m。对于一定长度的毛细管，有效长度越长越有利于分离。
3. 缓冲液池
缓冲液池内装缓冲溶液，为电泳提供工作介质。要求缓冲液池化学惰性，机械稳定性好。
4. 检测器
因毛细管电泳仪（HPCE）中的毛细管内径很小，进样量很小，所以对检测器的灵敏度要求很高。目前大多数HPCE仪器都配有紫外检测器，实现柱上检测。为展宽检测范围，也有配两种或多种检测器的。
5. 数据采集记录装置、控温装置
最简单的是台式记录仪，许多HPCE仪器用计算机采集、记录，用色谱工作站处理记录