凝胶渗透色谱仪器的基本结构和原理
时间：2023-02-09 阅读：1494
1965年美国Waters公司从陶氏化学John C. Moore 获得凝胶渗透色谱（GPC）技术的授权，生产出了第一台商业化的凝胶渗透色谱仪GPC-100。自此，近几十年来市场上陆续出现了各种型号的凝胶渗透色谱仪，目前市场上已有多种型号的两用或多用凝胶渗透色谱仪，除Waters公司外，岛津、Agilent、Bio-Rad、TOSOH、PE等多种品牌的凝胶渗透色谱仪出售。
随着液相色谱技术的不断发展和进步，高压输液泵、凝胶填料、检测器以及计算机技术的发展壮大，凝胶渗透色谱仪的基本结构也不断的得到强化，准确、快速和自动化使它得到实验使用人员的信赖，得到越来越广泛的应用。下面简单介绍一下凝胶渗透色谱仪的基本结构和基本原理。
凝胶渗透色谱仪一般是由溶剂贮存器、过滤脱气装置、高压输液泵、进样装置、色谱柱及柱前过滤器、检测器、自动样品收集装置、记录仪和自动数据处理系统等部分组成。
溶剂贮存器和过滤脱气装置
溶剂贮存器主要是用来贮存一定体积的流动相，贮存过程不得与溶剂发生化学反应，它的材质一般是玻璃、不锈钢或聚四氟乙烯等耐腐蚀材料。流动相溶剂中往往含有一些杂质颗粒，如果直接进样使用，势必会造成色谱柱或泵系统堵塞，所以进样前，一般采用0.22um或0.45um的微孔过滤膜过滤。另外，流动相溶剂可能还会溶有部分气体，当进入泵或色谱柱后，溶剂中的气体容易产生气泡，造成泵吸液的误差和分离效率降低等。因此进样前，也需要对溶剂脱气，对于低沸点或低粘度的溶剂，多采用真空泵抽吸脱气；对于沸点高或高粘度的溶剂，则采用加热到接近溶剂沸点以去除其中的气体。
2.高压输液泵
高压输液泵是凝胶渗透色谱仪器的关键部件，它能把流动相溶剂以高压的形式连续、稳定地送入色谱系统，使样品在色谱柱完成分离过程。要求溶剂能以较快的速度通过分离效率很高的柱子。目前多数输液泵的最高工作压力能达到41160kPa,有的还能高至68600kPa,以至更高。同时，还要脉冲小。因此，为了完成高压输液的任务，对高压输液泵一般应满足以下的几个要求：
（1）无脉动的恒定流量，宽范围内连续可调，能连续供液不间断；
（2）高的输液压力，能直接测出并显示压力和流量大小；
（3）方便更换溶剂；
（4）能方便地实现程序控制；
（5）耐腐蚀性；
（6）体积小，方便使用维修；
3.进样装置
进样装置是将待分析样品引入色谱柱的装置，凝胶渗透色谱进样量从100ul到制备色谱的10ml，要求进样装置必须有比较宽的进样范围，重复性要好；另外进样装置还要能耐高压、耐高温、耐腐蚀；为了适应样品连续分析和制备纯样的目的，引入自动进样装置是成为了很多客户的选择。目前经常使用的进样装置有注射器式进样装置和多通阀进样装置两种。
4.柱前过滤器、色谱柱及附件
4.1柱前过滤器：在泵的出口与色谱柱之间，设置一个柱前过滤器可以防止流动相或样品溶液中的杂质颗粒堵塞管路甚至污染色谱柱，杂质在色谱柱中的堆积很容易导致柱压的升高。使用柱前过滤器，可以有效保护色谱柱，延长色谱柱的使用寿命。过滤器可以拆卸下来清洗，重复多次使用。
4.2色谱柱：凝胶渗透色谱柱是整个GPC仪的核心，是样品分离的关键。它主要由柱管、凝胶填料、密封环、过滤板及螺帽等部件组成。依据GPC的特点，色谱柱理应具备柱效高、耐高温高压、耐腐蚀、柱内死体积小等，因此对于色谱柱的填料质量和技术人员的装柱技术都有严格的要求。
4.3色谱柱的切换：柱切换技术是应用两只结构相同,动作同步的切换阀，在对应接嘴间接入不同性能或不同规格的分离柱，根据需要可以完成更换色谱柱、改变淋洗条件、反冲及馏分切割等，它是配合以微机控制和智能型凝胶渗透色谱仪的部件。
4.4色谱柱恒温器装置：凝胶渗透色谱柱通常需要在较高的温度下进行分离，以提高对高聚物样品的溶解度。色谱柱恒温或升温有利于降低溶剂粘度和提高祥品溶解度，提高分离度，使保留体积重复稳定。特别在定性分析中，需要精确测定保留体积的样品组分的分析，就显得尤为重要。常见的柱恒温器有水浴式、电加热式和恒温箱式三类。其中柱恒温箱是最为简易方便的，能根据色谱柱的长度和数量匹配不同规格的柱温箱。
5.检测器
检测器是凝胶渗透色谱的核心部件之一。在液相状态下流动相与样品的许多物理性质十分接近，因此要寻找一种既通用，灵敏度又高的检测方法是困难的。检测器一般可分为通用型检测器和选择性检测器。通用型检测器是连续地测定溶液中某种整体参数的变化，如折射率、电导率、介电常数等，这是任何液体都存在的物理量，因此这类检浏器适用范围很广。但是由于它对流动相本身有响应，易受环境温度和流量波动等因素的影响，造成较大的噪声和漂移，限制了检测灵敏度的进一步提高，很难适合作痕量分析。选择性检测器仅对某些被测样品或组分响应灵敏，而对流动相本身没有响应或响应甚小，因此检测灵敏度就高，受外界环境影响小。但由于具有选择性，只对某些组分化合物有响应，这就大大地限制了它的应用范围。通常一台性能完备的GPC仪，应当同时配备有通用型检测器和几种选择性检测器。
6.记录及自动数据处理系统
由检测器输出的信号，需记录仪来记录出色谱图。通常色谱使用的记录仪为带式记录仪，分单笔式和双笔式两种。对只使用一个检测器的分析，可用单笔记录仪；同时使用两个检测器时，可采用双笔记录仪。
记录的色谱图如果用于组分定量，则可根据峰的保留时间和峰面积或峰高进行定性和定量。仪器对记录器的要求是响应速度快,其全量程笔速为≤1S,并应与检测器的输出相匹配。根据GPC分析的特点，为了同时能记录检测器的输出信号和泵压变化的信号或两个检测器输出信号，以及实现记录器与进样器同步，经常选用双笔、多量程且具备遥控装置的记录器来适应分析工作的需要。
现代高效GPC仪多采用输出接口方式实现与色谱数据处理系统联机。目前主要有专用的色谱数据处理机和通用型的微处理机(配备有色谱程序)两种类型。色谱数据处理机是一种具备打印、绘图、积分运算等多功能的简易型装置，其结构主要由微处理器(CPU)、存储器、输入和输出装置等部件构成。利用特定的色谱分析程序，可用键盘来编制运行程序和分析条件。在色谱数据处理机接受检测器的输出模拟信号后，经处理转换为数字值，并将所判的色谱峰数字信息，进行贮存和运算处理，最后用高速绘图打印装置完成绘图和打印报告。