自動進(jìn)樣器工作原理

 

進(jìn)樣閥(Injection Valves)

 

多數(shù)自動進(jìn)樣器用六通進(jìn)樣閥作為進(jìn)樣閥，它包括圓形密封墊(轉(zhuǎn)子)和固定底座(定子)兩部分。定子連接到管路、樣品環(huán)、進(jìn)樣孔以及其他外圍部件，一般是用不銹鋼或者陶瓷等耐磨材料制造。轉(zhuǎn)子和定子緊密結(jié)合，操作時可以轉(zhuǎn)動，一般用較定子柔軟的材料制成，如碳氟聚合物。自動進(jìn)樣器的轉(zhuǎn)子是通過電動馬達(dá)帶動的(有一些較老的型號使用壓縮空氣帶動)，而手動進(jìn)樣器則是在轉(zhuǎn)子上連了一個手柄。轉(zhuǎn)子包括一些細(xì)小的刻槽用于連接到不同的定子位置。在圖中可以看到，定子和相關(guān)的連接在表示閥體的圓圈以外，而轉(zhuǎn)子的U形的連接通道被畫在圓圈以內(nèi)。圖1是一個典型的進(jìn)樣閥結(jié)構(gòu)示意，a表示轉(zhuǎn)子處于load或fill位置，這時樣品正在充入樣品環(huán)，同時泵直接將流動相送入色譜柱;b表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)至inject位置，連接泵的通路和樣品環(huán)連接，流動相將其中的樣品沖入色譜柱。

 

圖1 六通閥示意圖 a:load b:inject 箭頭表示流向

 

*裝液法和部分裝液法進(jìn)樣(Filled- and Partial-Loop Injection)

 

一般的六通進(jìn)樣閥都可以用*裝液或部分裝液的方式進(jìn)樣。使用*裝液法時進(jìn)樣體積取決于樣品環(huán)的體積，圖2a是這種方法的示意。例如，閥上裝了20ul的樣品環(huán)，樣品被注入環(huán)中直到多余的樣品從廢液口排出，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到inject位置時樣品環(huán)中的樣品就進(jìn)入柱子。由于流體動力學(xué)的原因，分析者至少需要注入兩倍于樣品環(huán)體積的樣品才能得到均勻的填充。如果要改變進(jìn)樣體積，就需要換上另一個不同體積的樣品環(huán)。

 

圖2 *裝液法和部分裝液法示意圖

 

另一種技術(shù)稱之為部分裝液法，示意圖見圖2b，即將一定量的樣品注入樣品環(huán)中。例如，100ul樣品環(huán)中可以只進(jìn)20ul樣品，然后，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，樣品被流動相沖入柱中。對于大多數(shù)進(jìn)樣器能控制進(jìn)樣量少于樣品環(huán)體積的一半。相對于*裝液法來說，這種技術(shù)的靈活性更高，因?yàn)榉治稣卟恍枰鼡Q樣品環(huán)就可以進(jìn)不同體積的樣品。但這種技術(shù)需要進(jìn)樣器的取樣體積有良好的精度和準(zhǔn)度。

 

你是否注意到樣品是被“反沖”(backflush)進(jìn)入柱子的?實(shí)際上樣品從一個方向進(jìn)入樣品環(huán)，然后從相反的方向沖出樣品環(huán)。反沖對于*裝液法的結(jié)果沒有影響，但對部分裝液法就非常重要了。考慮到有的自動進(jìn)樣器可能裝了很大體積的樣品環(huán)(比如1ml)，如果分析者在1ml樣品環(huán)中加入10ul樣品，反沖進(jìn)入柱，則樣品就會以“液塞”的形式和樣品環(huán)中其他物質(zhì)(流動相)一起直接進(jìn)入柱，這樣就能得到良好的色譜結(jié)果;如果情況相反的話(圖2b中泵和色譜柱互換位置)，10ul的樣品塞不得不流過1ml的管路，這會造成樣品帶展寬，已經(jīng)展寬的樣品在分離過程中會進(jìn)一步展寬，譜圖中所有峰均會比預(yù)期的寬，等度分離時情況會更糟。因此反沖技術(shù)是很重要的進(jìn)樣技術(shù)。

 

手動進(jìn)樣器的工作方式就像圖1和2中描述的，樣品用進(jìn)樣針注入，轉(zhuǎn)子用手轉(zhuǎn)(或按下Inject鍵)。多數(shù)自動進(jìn)樣器設(shè)計是基于下列三種原理之一，樣品被吸/推入樣品環(huán)中或者進(jìn)樣針就是樣品環(huán)的一部分。

 

吸入式自動進(jìn)樣器(Pull-to-Fill Autosamplers)

 

這種自動進(jìn)樣器中樣品是被注射器產(chǎn)生的吸力吸入樣品環(huán)，早期這種設(shè)計因其簡單可靠而非常流行，后來隨著另兩種設(shè)計的出現(xiàn)而走向沒落。圖3a是其示意，此例中注射器連在廢液排出口，采樣針和相應(yīng)的管路連在進(jìn)樣口，針插入樣品瓶中，接著注射器回吸直到樣品*充滿樣品環(huán)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)將樣品進(jìn)樣。這種設(shè)計非常簡單，只有針沿一個軸運(yùn)動(上/下)，通過旋轉(zhuǎn)樣品盤將所需樣品瓶置于針下。有一種簡化設(shè)計更加簡單--將一個密封的瓶蓋壓入瓶里以使樣品進(jìn)入樣品環(huán)，取消了另一端的注射器。

 

圖3 吸入式和推入式設(shè)計的示意圖，箭頭表示流向

 

如果簡單是吸入式自動進(jìn)樣器的優(yōu)點(diǎn)，那么浪費(fèi)樣品就是其缺點(diǎn)。像圖3a所示，樣品在進(jìn)入樣品環(huán)之前，首先必須充滿采樣針和相連的管路，就造成10-100ul的樣品被浪費(fèi)，這種情況的影響取決于總的樣品量。

 

由于簡單的設(shè)計，多數(shù)此類自動進(jìn)樣器都使用可旋轉(zhuǎn)的樣品盤按固定序列進(jìn)樣，同時需要在樣品瓶之間放置一個清洗瓶或加裝分離的清洗裝置。

 

推入式自動進(jìn)樣器(Push-to-Fill Autosamplers)

 

推入式設(shè)計的自動進(jìn)樣器更為常見，這種技術(shù)和手動進(jìn)樣極為相似。注射器移至樣品瓶，吸入預(yù)定量的樣品，再移至進(jìn)樣口，將樣品注入樣品環(huán)，過程如圖3b所示。這種設(shè)計需要的樣品量遠(yuǎn)小于吸入式設(shè)計。