【色质谱实验室：陈银娟博士撰文】

【地点：4号楼219室色质谱实验室】

液相色谱仪的关键部分包括固定相（stationary phase）、流动相（mobile phase）和检测器（detector）。样品与固定相存在相互作用，随着流动相流动，样品组分逐渐分离，最后被检测器检测。所谓流动相，即在色谱洗脱过程中携带各类组分向前移动的物质。在茨维特的实验中，石油醚因重力向下流动洗脱叶绿素，这里石油醚就是流动相。现代商业液相色谱仪，为提高色谱分离效率和工作效率，流动相借助色谱泵向前流动。

1.注射器与色谱泵

色谱泵是将流动相从储液瓶传输到检测器的部件，其工作原理可以用大家熟知的注射器来类比。如图1（a），注射器由活塞柄、活塞杆、活塞、空筒及吸头组成。吸取样品时，首先在大气环境下将活塞推到底部，排除空气，然后将吸头插进溶液，拉动活塞柄使活塞向后移动，溶液在大气压差作用下吸进空筒；推出溶液时，向前推动活塞柄，空筒内的溶液即被推出。色谱泵同注射器类似，主要组成包括马达、柱塞杆、活塞、密封圈和Check阀。马达提供动力，使柱塞杆带动活塞前后移动；柱塞杆类比于注射器活塞杆，活塞和密封圈类比于注射器活塞，起密封作用；Check阀是流动相出入口的开关。抽吸流动相时，如图1（b）,柱塞杆向左移动，入口check阀打开，出口check阀关闭，流动相进入泵腔；推出流动相时，如图1（c）,柱塞杆向右移动，入口check阀关闭，出口check阀打开，流动相从泵腔内推出至后续管路。商业仪器活塞通常为蓝宝石或陶瓷材质，密封圈为具有强抗腐蚀性和疲劳性的聚合物材质，避免流动相从泵头流出。为了保证液相系统压力稳定，check阀至关重要，常见的是使用球形红宝石，配备蓝宝石底座，陶瓷材质的check阀在部分色谱泵中也有应用。

图1. 注射器与色谱泵

2.色谱泵的分类

根据上述色谱泵的工作原理，显然，单活塞泵如果以相同速度进行一次工作循环，压力则呈现一起一伏的周期性波动，流动相注入和清空时间相等（图2（a）），这显然不利于液相色谱运行。另一种单活塞泵，采用椭圆形马达，变速驱动柱塞杆，那么单次工作循环，一半以上的时间用于清空液体，剩下的时间用于流动相填充（图2(b)）。

图2. 单活塞色谱泵及其压力波动

与单活塞泵相对的是双活塞泵和蓄积-活塞泵，二者已广泛应用于商业仪器。双活塞泵(图3(a)），两个柱塞杆共用一个马达，一个柱塞杆注入流动相，另一柱塞杆则清空流动相，两个柱塞杆运动方向相反。双活塞泵输出流动相及系统压力非常稳定，基本不产生脉冲破坏。蓄积-活塞泵(图3(b))，又称为串联活塞泵，两个活塞共用一个check阀，但两者的运动速度不同。上方活塞的速度是下方活塞速度的一半。比如，推出流动相，上check阀打开，中check阀关闭，下 check阀打开，上方活塞以1.0ml/min的速度推出流动相，下方活塞以2.0ml/min的速度注入流动相，最终导致中间check阀打开，上check阀关闭。如此反复，下方泵吸入的流动相，有一半存储于蓄积泵腔体，另一半进入仪器管路。理论上，蓄积-活塞泵有很多优点，一方面泵体运动过程中，流动相持续且流速和压力稳定；另一方面相比于双活塞泵其check阀个数少一个，降低了系统漏液的风险。

图3. 双活塞色谱泵及其与压力波动

3. 色谱泵使用的注意事项

色谱泵中的活塞和密封圈相当重要，否则会导致密封性不好、系统压力不稳，甚至漏液。柱塞杆来回移动，如果流动相中存在微小颗粒，那么活塞和密封圈长期工作会受到磨碎；如果使用高盐类流动相，密封圈和活塞表面析出的盐分，也可能导致其磨损。因此，使用者需养成良好的使用习惯。对于色谱泵而言，首先要保证流动相质量，另外需要对泵体进行维护。在液相色谱仪中，有一路seal wash清洗液,通常是高比例的水相，该溶液通过蠕动泵进过色谱泵体，去除盐分，保证色谱泵的使用寿命。

本篇主要介绍液相色谱仪泵的工作原理与泵的类型，泵体使用过程中需进行seal wash的冲洗。后续笔者将陆续更新色谱柱、检测器等相关原理和组成的介绍，敬请期待。

参考资料/ References

Lloyd R.Snyder, Joseph J. Kirkland, John W.Dolan. Introduction to Modern Liquid Chromatography (Third Edition). A John Wiley&Sons, Inc., Publication.