液相色譜泵的原理和分類是什么

HPLC（High Performance LiquidChromatography），高效液相色譜儀。但是HPLC的最初涵義是高壓液相色譜，P表示壓力Pressure。那為什么會有這樣的轉變呢？本文主要說明液相色譜的泵。

從俄國科學家茨維特第一次命名色譜法，到1960年代液相色譜儀初現雛形，整整用了50年。最大的難題在于液相高壓泵的設計，要如何將流動相可控的輸送到色譜柱里。既要穩定持續，又要密封耐壓，這樣才能保證實驗的重現性。

一、液相色譜泵的原理

從隔膜泵到往復活塞泵，發展到現在，幾乎所有的液相泵系統都是往復活塞泵的某種變形了。那它是什么原理呢？

在節日里，吹氣球的打氣筒就是一個活塞泵。包括一根活塞，兩個有方向的閥門，還有一個腔體。活塞向后拉，向腔體里吸氣，活塞向前推，向外均勻的排氣。

液相泵也是一樣，有柱塞桿，也就是活塞，有單向閥，也就是有方向的閥門，還有泵腔。柱塞桿往后拉，溶液從入口閥進入泵腔里。向前推，泵腔里的液體就會從出口閥排出腔外。不過手動拉活塞可不行，所以還得配一個泵驅動，自動控制活塞運動，帶動著活塞一前一后的排液和吸液。不過，這種方式，就像吹氣球一樣，吹一下，停一下，是不符合液相色譜要求的。因此需要兩個活塞互補工作，才能實現連續的液體輸出。

二、二元泵和四元泵

要改變流速的大小，只要改變柱塞桿運動的快慢就可以了。這樣的一整套，被稱為一個泵頭。一個泵頭可以穩定輸出一種液體，叫做單元泵。如果配兩個泵頭，就可以控制兩種液體的流量和混合，叫做二元泵。

那什么是四元泵呢？四元泵其實也只有一個泵頭，它是在單元泵的基礎上加了一個四元比例閥。大家有觀察過浴室里的水龍頭嗎？有些設計是一個冷水開關，一個熱水開關，分別控制大小，來改變混合之后的溫度和流量，這就像二元泵，這種方式的混合點在泵頭的后面，被稱為泵后混合。另一種是通過比例閥來控制冷熱水進入的比例，只有一個開關來控制最終的流量，這就像是四元泵，這種方式的混合點在比例閥里，也就是泵頭的前面，被稱為泵前混合。其中的四元比例閥負責控制溶劑的比例，當比例變化時，改變的并不是閥開的大小，而是在每種溶劑上開的時間。比如方法是20%的水和80%的甲醇，比例閥就會像紅綠燈一樣不斷的切換，按照2:8的比例把綠燈時間分別分配給水相和甲醇。

由于設計上先天的差異，二元泵和四元泵的使用特點和故障排查都不太一樣。二元泵的優點是有兩個泵頭，分別控制A和B的流量，再進行混合，由于泵頭的精度高，混合比例的精度也會比較高。四元泵可以使用四種溶劑，靈活方便。但四元泵只有一個泵頭，混合是依靠比例閥的開合，所以混合精度會稍差一些。

最后，總結一下，泵的結構和分類有單元泵、二元泵和四元泵。還可以分為分析泵和制備泵。

三、液相色譜泵的維護

在使用儀器的時候，泵里的很多部件一直處于運動或者變化的狀態。比如泵腔里的柱塞桿，不停開啟閉合的單向閥，還有算著時間做切換的四元比例閥。就像鞋子里不能有沙子一樣，運動的零件都特別需要避免顆粒的磨損。

固體小顆粒會加速柱塞桿的磨損，導致漏液；阻礙單向閥的閉合，導致基線的波動；

顆粒的存在還會影響比例閥的準確性。這也是為什么液相實驗需要過濾流動相的原因之一，尤其是使用緩沖鹽的實驗。

另外，由于設計的原因，四元泵更有可能在工作中產生緩沖鹽的析出，形成新的顆粒。因此，需要更加注意。