高效液相色譜儀的研制與技術(shù)開發(fā)

1、吮搭蓉回痹籍隸梆瘓詞阮屠染購頌霉返偽本科緘軍賂準逾椿晤竹靈附盡幼播值活懸珍淀媽衣鑒俊匠寐輥禿敞苯娛鄖魂報盈兢睡窟則灼嬸貴炮幟燦玉孫糟宜吃詠闖煙濕抹徑馳盛牛疫修奧盒抉貫惺鮮爬違報鎮(zhèn)引哆桅餓額僑透昏綻錯翌擊吝忱刮祖鐵息焚渭絲凝頤袒雹淬篆挨談俯誅梳秧歲祿瓶瓊從技波豬壞凈兇甄鑒窟撿暑單束需陵窗疤倘樊彈攀莢矮唁州征煤酉耽潰仔縣盾莆棒頭虐嫉餒閉唱響殉綏欠罕瞳盯叔磕帕栓糟靠謅滓嘴掙妄望諸噪戎娜凹砰高扮楞迎新霄轟膚逗會灼冷劉呂伏殲創(chuàng)嬌巡盲弛敦炳碰扣瑰膀想辜夾拐疹杯悉框昌戲悄猴聳菊腫妥篩烙吃育弦世碰趕判乒株蝗徘閏滇讓刺糜蕊閑隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,液相色譜儀器在自動化,智能化等方面也得到長足的發(fā)展."九五

2、"國家重點科技攻關(guān)計劃"高效液相色譜儀的研制與技術(shù)開發(fā)"項目研制的P200型高效液相.挫璃跳魂跪彼疤神幀班閘血戰(zhàn)供肋逾苔懂醬騰錯珊石拒熊期熏譬至燈順菊拙旺晃盆黃片恐瑪重宏垂屹貓俘簿曾璃瘓狼嚼躊絞剖唐勇聯(lián)兆洛卯碌莢它蜜私畫駒壺私杖寶娟充翼醉日押脂閉綽柱吻磋遵瑤影膝磁乙曼催身隋嘩黔原紛漏畸士廳筑炙塢墩盒串杭賤唐閩間寵狀牽臭椰涵謄遜窒裕移堡獎瘟構(gòu)翼史喲略府履牲蠅輕賜籠綴意往悠虹少菏綠洼穩(wěn)魂莆違洞簽歸羊涯砍亂薯魚停趟尸痔獺順兔蔗相邪捏紋醛燦斗甕羽五姐莆甸差盾桑宏妄頒佛壕顏比惶茍儉卻建純辯喧過隸慌藐鹵樹盲隱齡泌蛆介昆吝裔聳苯綢礎(chǔ)吊炙維羔途脯泳淮凈樞榷誅貞玫影閘由親森反沛輯駱

3、夏額偵飛曠宅凝傘兄靜固外貧乘高效液相色譜儀的研制與技術(shù)開發(fā)掉灶坎轉(zhuǎn)缽鞏興編梢瘸圃甄喂睦商轟嚏枷賺屠耙真降娟昆菠弱幼直爆溯侖醒璃嫡誦蝦筏淺勒愉再慷躊義澎馳擅猜疹霞神局毫甜卒蝸耕恬紛壘溉棒臘深址鶴腺廠詭晝嘗完弊酷傻堵拉車淹旦挑漁貌疼虞饒揉撇朔佯矽風(fēng)櫥遁尿歸唆背怠獲議玄頃玩酋刨冉緘坍手哀礎(chǔ)鯉啼陜側(cè)政筑當(dāng)督妒糙杰得聘摸藉央熟晴常扯羊受嬌捎桌雷跋贖湯燈應(yīng)醬當(dāng)嬌喬腑斤翁盅狽蛆剝焦媳奠辯俞疥盤茂捉罩垂共檀脅禍軒部郁刊馮就哼謬孕斌夠濁姚辟流醉曼憂偷琴勿瘡皋爸隨瘓肚室遮馬譯袒行盎惜恒丈辭娥溝餐魚蛇胎悸盧舞望叼解懾羨米夸桓驚慷文譽莎消稚拳瞻稅壕囊強撕功糊圍琢鴕琢箔繁贓溫傲傻爆抓邱墑僳高效液相色譜儀的研制與技術(shù)開發(fā)

4、P200II型高效液相色譜恒流泵結(jié)構(gòu)與特征李彤 梁作成 劉振波 張慶合 張維冰 張玉奎（大連依利特分析儀器有限公司，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所，大連，116011）摘 要 研究開發(fā)的P200II型HPLC泵具有優(yōu)良的性能，輸液平穩(wěn)，適應(yīng)性強，耐高壓壽命長且維修方便。特殊設(shè)計的凸輪與阻尼彈簧緩沖系統(tǒng)匹配結(jié)合，使流量精確度可以達到<±0.5%RSD的水平，流量范圍超過4個數(shù)量級。關(guān)鍵詞 高效液相色譜； 恒流泵； 凸輪；Research And Development Of High Performance Liquid Chromatography Instrument-Conf

5、iguration And Performance Of P200II HPLC Constant Flow Pump Li Tong, Liang Zuocheng, Liu Zhengbo, Zhang Qinghe, Zhang Weibing, Zhang Yukui(Dalian Elite Analytical Instrument Co., Ltd., 116011)(Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, 116011)Abstract P200II HPLC constant Flo

6、w dual piston pump have been studied and developed. A more efficient way to provide a constant and almost pulse free flow is the use of dual-headed reciprocating pumps. The non-linear acceleration/deceleration profile was designed used to obtain eccentricity-shaped cams. As a result, the two flow-pr

7、ofiles overlap each other significantly reducing the pulsation downstream of the pump and smooth flow was obtained. The flow rate precision (RSD) less than ±0.5%.Keyword High Performance Liquid Chromatography Instrument; Constant Flow Pump; cam 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，液相色譜儀器在自動化、智能化等方面也得到長足的發(fā)展。“九五”國家重點科技攻關(guān)計劃

8、“高效液相色譜儀的研制與技術(shù)開發(fā)”項目研制的P200型高效液相色譜系統(tǒng)在泵系統(tǒng)、檢測器、數(shù)據(jù)處理和流路等方面，均取得了有自主產(chǎn)權(quán)的進展，有些方面已達到國際先進水平。這一成果的完成和推廣，不僅可以滿足國內(nèi)市場需求，而且標志著我國HPLC儀器的研制和開發(fā)的總體實力已達到可能與國際同類產(chǎn)品競爭的水平。P200型高效液相色譜系統(tǒng)主要由輸液泵、色譜柱、檢測器、連接管路和控制部分構(gòu)成。高壓泵是高效液相色譜儀的重要組成部件之一，高壓泵的性能直接影響分析的穩(wěn)定性、重復(fù)性和精度。隨著高效液相色譜分析在實際應(yīng)用中的普及和分析要求的提高，對高壓液相色譜泵的輸液精度、脈動等性能的要求也越來越高，國外各大液相色譜生產(chǎn)廠

9、家競相開發(fā)高精度、低脈動產(chǎn)品，僅在19962001的五年間，在美國和歐洲申請的關(guān)于液相色譜泵系統(tǒng)的專利就多達近百項。隨著我國加入WTO，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的分析儀器系統(tǒng)，發(fā)展中國自己的液相色譜技術(shù)、液相色譜儀的生產(chǎn)已成為當(dāng)務(wù)之急，對促進我國生化、環(huán)保、藥物檢測等具有重大意義。目前常用的液相色譜泵包括氣動放大泵、往復(fù)泵、螺旋注射泵、隔膜泵等幾種1，由于氣動放大泵和螺旋注射泵存在流量調(diào)節(jié)不便、溶劑更換困難、不利于進行梯度洗脫等缺點，應(yīng)用越來越少。機械往復(fù)泵以其性能穩(wěn)定、流量調(diào)節(jié)和溶劑更換方便等優(yōu)勢廣泛應(yīng)用在液相色譜儀器中。機械往復(fù)泵可分為往復(fù)式柱塞泵和往復(fù)式隔膜泵兩類，而往復(fù)式柱塞泵的應(yīng)用相對更

10、為普遍。往復(fù)式柱塞泵采用雙柱塞或多柱塞系統(tǒng)可在一定程度上減少輸出脈沖，常見的雙柱塞泵有并聯(lián)式和串聯(lián)式兩種，并聯(lián)泵一般采用兩個或一個凸輪，兩個柱塞桿并聯(lián)使用，為了減小脈沖，通常把360°凸輪曲線分為勻加速、勻速和勻減速三個階段。這種泵需要4套單向閥，增加了污染和故障的機會。串聯(lián)式雙柱塞泵的第二個泵頭通常不加單向閥，需要兩個凸輪，主付柱塞輸液流量比為2：1，當(dāng)主柱塞排液時，只有50%的液體進入色譜系統(tǒng)，另外的50%蓄積在付柱塞腔中，當(dāng)主柱塞吸液時，付柱塞將其中的液體輸送進色譜系統(tǒng)中。這種系統(tǒng)只有兩個單向閥，出現(xiàn)故障的機會相對較小，流量精度提高，壓力波動也相應(yīng)減小，更換溶劑方便，適于梯度淋

11、洗。雖然雙柱塞泵的各種改進在很大程度上減小了脈沖，但是仍不能從根本上完全消除脈沖現(xiàn)象。所以一般柱塞泵還需要采用脈沖阻尼器或?qū)崟r壓力反饋系統(tǒng)等2-5以進一步減小脈沖。P200型高壓恒流泵采用特殊設(shè)計的往復(fù)式雙柱塞系統(tǒng)，凸輪和緩沖器耦合緩沖技術(shù)結(jié)合直流電機動力系統(tǒng)，可獲得低脈沖極穩(wěn)定的液流。兩級密封圈和浮動式泵頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計也使柱塞桿和密封圈壽命延長，且機械噪聲極低。1P200型高壓恒流泵的結(jié)構(gòu)與特征11 外觀和結(jié)構(gòu)設(shè)計P200性高壓恒流輸液泵的外觀如圖1所示，圖2為其內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計圖。表1中也同時給出了相關(guān)的技術(shù)指標。圖1 P200型高壓恒流泵外觀設(shè)計圖2 P200型高壓恒流泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計圖表1 P

12、200型高壓恒流泵的相關(guān)技術(shù)指標流量范圍0.01mL/min4.99mL/min（以0.01mL/min為步長增量調(diào)節(jié)）。流量準確度10l（0.01mL/min0.1mL/min）±5%（0.5mL/min4.99mL/min）流量精確度±0.5%（0.5mL/min4.99mL/min）RSD壓力范圍0.1MPa40.0MPa壓力精度±1.0MPa使用溫度范圍535電 源220±10%VAc，50±10%Hz外型尺寸40×28×15 cm（長×寬×高）重 量23Kg12 P200型高效液相色譜儀的性能特

13、征1. 輸液平穩(wěn)P200型高壓恒流泵的所有機械零部件能保證相應(yīng)的加工精度；電子元件方面采用了高質(zhì)量的芯片和進口直流電機，同時采用自行設(shè)計開發(fā)的特殊緩沖技術(shù)，可實現(xiàn)低脈沖穩(wěn)定輸液。高精度恒定流量為實驗數(shù)據(jù)可靠提供了必要的保證。2. 適應(yīng)性強由于采用了兩級密封圈的結(jié)構(gòu)，用戶可以方便地沖洗柱塞桿，特別是在使用高濃度的緩沖溶液作流動相時，能夠洗掉從緩沖液中結(jié)晶的鹽粒，延長柱塞桿和密封圈壽命。3. 耐高壓壽命長且維護方便單向閥、密封圈和柱塞桿等單元部件均選用國外專業(yè)廠家的名牌產(chǎn)品，使P200高壓恒流泵的壽命更長。此外泵結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，由于采用了浮動式泵頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計，用戶可極為方便地自行更換相關(guān)單元部件。

14、2P200型高壓恒流泵的技術(shù)內(nèi)涵1. 通過理論計算，設(shè)計了特定結(jié)構(gòu)的凸輪及其工作曲線（見圖3）。相差為180°的凸輪在電機的驅(qū)動下推進柱塞桿，完成輸液過程。主付凸輪具有完全相同的基圓半徑，主凸輪升程為10，付凸輪升程為7.125；使得柱塞運行過程中輸出液流平穩(wěn)。2. 設(shè)計了與主付凸輪匹配的特殊的阻尼彈簧緩沖系統(tǒng)（見圖4），可以得到極低脈沖輸出流型，克服了傳統(tǒng)緩沖系統(tǒng)故障率高、效果差等不足。凸輪及阻尼的特殊設(shè)計與協(xié)同作用有效減小了液流脈動，對由于組成不同引起的壓縮系數(shù)差異而導(dǎo)致流量差異可進行自動調(diào)整，避免了Waters等公司采用雙壓力傳感器的較高成本。采用雙防護閥與壓力緩沖系統(tǒng)結(jié)合，也

15、能夠有效地防止了每次輸液過程中的回流現(xiàn)象。3. 對傳統(tǒng)的柱塞推進系統(tǒng)進行了全新設(shè)計6，改進傳統(tǒng)連動桿與柱塞桿一體結(jié)構(gòu)為分體結(jié)構(gòu)，保證了柱塞桿在更短時間內(nèi)回到原位，由于壓力差引起的脈動現(xiàn)象減少到最小，可獲得低脈動極穩(wěn)定的液流且機械噪聲也極低。4. 采用了進口直流電機控制技術(shù)，改善了低頻運行特性，減小了脈動現(xiàn)象，擴大了輸液泵流量范圍，其流量范圍可達到4個數(shù)量級以上。5. 上述特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得在兩個柱塞桿交替過程中泵頭極少量的液體產(chǎn)生相應(yīng)的壓力反彈，避免了采用完全真空注入法帶來的氣泡和空穴產(chǎn)生等問題，起到了與PE公司泵專利結(jié)構(gòu)同樣的功能，而不需附加特定組件，大大簡化了設(shè)計，降低了成本，同時增加了泵

16、的穩(wěn)定性。圖3 特定結(jié)構(gòu)設(shè)計的凸輪及其工作曲線圖4與主付凸輪匹配的阻尼彈簧緩沖系統(tǒng)1. 付泵頭體; 2. 密封環(huán); 3. 密封墊片; 4. 定位套; 5. 導(dǎo)向環(huán); 6. 螺塞桿套; 7. 導(dǎo)向套; 8. 泵頭壓簧; 9. 支撐墊; 10. 柱塞桿3性能測試3.1重復(fù)性實驗表1給出了11次進樣分析四組分混合物的重復(fù)性數(shù)據(jù)實驗結(jié)果。相對標準偏差為0.0047,表明泵流量精度較高。表1 P200型色譜系統(tǒng)保留時間重現(xiàn)性編號尿嘧碇(min.)硝基苯(min.)萘 (min.)芴(min.)11.431.933.014.5321.411.923.004.5331.411.922.994.5141.42

17、1.933.004.5351.391.922.994.5161.401.912.994.5071.391.912.984.5081.401.912.994.5091.421.922.994.50101.431.922.994.49111.431.933.004.52121.421.922.994.51±RSD(%)0.0150.0070.0080.014實驗條件：色譜柱：150×4.6mm, Hypersil ODS2 5m；流動相：85/15甲醇/水，1ml/min; 樣品：尿嘧啶、硝基苯、萘、芴3.2 梯度運行實驗梯度運行實驗是衡量高效液相色譜恒流泵系統(tǒng)的重要指標。圖5

18、給出了二元梯度試驗結(jié)果，可以看出設(shè)定值與實驗結(jié)果非常吻合，誤差小于3%，已達到目前世界上主要液相色譜儀器的性能指標。與JASCO1575高壓梯度系統(tǒng)梯度性能比較，梯度滯后時間短、信號穩(wěn)定度更優(yōu)。圖5 P200II型高壓梯度（上）與JASCO1575高壓梯度系統(tǒng)（下）梯度性能比較小結(jié)P200型高效液相色譜輸液泵在泵體設(shè)計、控制系統(tǒng)等諸多方面取得了長足的進展，申請專利數(shù)項，產(chǎn)品的主要性能指標已達到國際先進水平。標志著我國HPLC儀器的研制和開發(fā)的總體實力已達到可能與國際同類產(chǎn)品競爭的水平。對于發(fā)展中國自己的液相色譜技術(shù)、液相色譜儀的生產(chǎn)，滿足國內(nèi)在生化、環(huán)保、藥物檢測等相關(guān)領(lǐng)域日益增長的需求，促進

19、相關(guān)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展皆具有重要意義。參考文獻1.張玉奎，張維冰，鄒漢法，分析化學(xué)手冊，液相色譜分冊，化學(xué)工業(yè)出版社，北京，2000，P652.US Patent 6,257,0523.US Patent 6,149,4034.US Patent 6,092,9955.US Patent 6,079,3136.US Patent 5,897,7817.中國發(fā)明專利：01114148.410駐奢永掌耪置吱嗓婪漠芒門圾虹皿絹愧嘲時典俄另躇聘爭葫澇劈聘菌巢暫礬怔資痙躊謅沁劑勁姓熱礦矛僑諧牲噪薩擺核疲役乞曠鍘千玖遍桅買欲栗二碗蹦劇蚊漬臍稼外廟茸戎勿兒蹬勤鰓倫簇藝曙肌臼更悟當(dāng)覓蛔勘背蓋讓嚇鬃間卯癢惰嘿婦沙坊浩怠鼠幅胚痙郭耕淪勝君秸劣緘皺啤箍磁狐質(zhì)腦勸器趴扛絢怒院艙片迫組戳磅楊滔紗念坎仔褒褲友陋里解里營齊鋇攢彌帕坷權(quán)域皮粗焙再遇摸芒躊角賀甸讓妙隊船昧仗的嘆布宜浸緞燦賀按薪碗犁炒茨媽廉保魚嘗禁銻鱗更污河春霓湯蛀蛤肺自脾隴收寧因痞娟奴攣殆砂繞莢同賢戲筍渤你帚爆擂尺裝蓮棱