液相色譜儀性能指標剖析

1、液相色譜儀性能指標剖析一如何選擇液相色譜儀隨著最近幾年我國以及世界各國對食品安全等方面要求越來越嚴格，越來越多的用戶選擇液相色譜儀作為常規(guī)的檢測儀器。但是，液相色譜儀屆丁技術(shù)含量 比較高的產(chǎn)品，用戶很難對目前市場上所有產(chǎn)品都有較為深入的了解。在選購儀器時，往往不能客觀的判斷這些產(chǎn)品到底孰優(yōu)孰劣，大都憑著感覺，或是聽信銷售商的推薦。因此購買的儀器往往達不到用戶的要求， 在使用過程中還會出現(xiàn)各 種各樣的問題。就上述情況，我們談一談選擇一臺品質(zhì)優(yōu)良的液相色譜系統(tǒng)應(yīng)該注意哪些方 面。一、儀器各器件加工精度液相色譜儀是精密的分析儀器，所以要求工藝精湛、制作精良，才能保證其 性能。一臺好的儀器，從外形到內(nèi)

2、部的各個細節(jié)，都應(yīng)該做工精良，控制面板字 符活晰；功能鍵動作正確；旋鈕轉(zhuǎn)動順滑；管接頭螺紋加工精良，稍加力擰緊就密 封良好;不銹鋼材料與高性能樹脂材料一定要能經(jīng)受液相色譜常用液體的腐蝕。有些挑剔的用戶會提出打開儀器的機箱蓋來看看，這是一個很好的主意。好的儀器不僅外觀好，更能做到里外如一，內(nèi)部機械零件與線路板的加工也非常精 良。打開機箱蓋，可以看到儀器各部件安排合理、 井井有條，調(diào)試與維修調(diào)換都 非常方便。劣質(zhì)的儀器各部件安排混亂，走線像亂頭發(fā)一把。檢查儀器內(nèi)部質(zhì)量 很能看出儀器制造廠的水平。二、儀器的性能指標以常用的配備了紫外檢測器的液相系統(tǒng)為例，哪些性能指標比較重要呢？國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總

3、局丁 2002年批準了編號為JJG 705-2002的液相色譜儀檢 定規(guī)程。很多儀器的說明書都沒有引用 JJG-705-2002規(guī)程中的有關(guān)指標檢測儀 器。實際上對用戶考核儀器，這是非常權(quán)威并且有效的考核標準。根據(jù)這個規(guī)程， 需要考慮的基本技術(shù)指標有：噪音、漂移、最小檢測限、定性定量重復(fù)性、波長 示值精度和線性范圍等。另外，穩(wěn)定時間和儀器的動態(tài)響應(yīng)特性也是衡量儀器優(yōu) 劣的重要指標之一。1. 基線噪聲液相色譜儀的系統(tǒng)噪聲主要是由檢測器電子部件與光學(xué)部件產(chǎn)生的電子噪 音、高壓包流泵的脈動和流動相中的雜質(zhì)引起的干擾綜合。噪聲的大小直接關(guān)系到儀器的檢測靈敏度，噪音越大，檢測的靈敏度就越低。噪音過大將導(dǎo)

4、致基線不 穩(wěn)，進而影響分析結(jié)果。就目前國內(nèi)外儀器的普遍水平來說，噪聲指標達到12X 10-5AU已經(jīng)是相當(dāng) 優(yōu)秀了。注意這里說指的噪聲指標是動態(tài)噪音， 也就是整個流路單元及檢測單元 都在工作時的噪聲，能夠最直接的反映儀器系統(tǒng)的噪聲大小。還有一種噪聲我們稱之為靜態(tài)噪聲，所謂靜態(tài)噪聲是指由儀器的光學(xué)部件與電子部件所產(chǎn)生的噪 聲，僅僅說明了檢測單元的噪聲大小， 并沒有涉及到流路單元，而流路單元卻恰 恰是系統(tǒng)噪聲的主要來源，在儀器的使用過程中是不可避免的。然而有些公司包 括一些進口品牌生產(chǎn)商在對外宣傳時片面地強調(diào)空池噪聲，而閉口不談動態(tài)噪 聲，我們認為這是一種不科學(xué)的說法， 試問，哪個用戶在檢測樣品的

5、時候不需要 輸液單元呢？綜上所述動態(tài)噪聲才是儀器所必需注重的指標，也是影響用戶分析 的重要因素，脫離動態(tài)的靜態(tài)噪聲指標顯然是意義不大的。2. 漂移是指儀器穩(wěn)定后一段時間內(nèi)基線漂離原點的距離?；€漂移影響色譜峰積分處理。漂移在儀器充分預(yù)熱與色譜柱平衡后可以達到1 X 10-4AU/h以內(nèi)。3. 最小檢測濃度（最小檢測限）這是反映儀器靈敏度的重要參數(shù)，計算公式為：CL=2X NdX C/HCL :最小檢測濃度；Nd :噪音；C :樣品濃度；H :樣品峰高。由上式可見，最小檢測濃度是和噪音成正比的， 噪音越大，最小檢測濃度就 越大，靈敏度就越低。某些廠家回避了這個指標，說明他們不愿在最小檢測濃度 的

6、基礎(chǔ)上去比較噪音。一臺好的儀器，最小檢測濃度可以優(yōu)丁2X 10-9g/mL（蔡/甲醇溶液）。說到這里我覺得有必要向廣大用戶再提一下第一點中的噪聲指標和最小檢 測濃度、光程（光在流通池中走過的距離，可以簡單理解為流通池的厚度）三者之 間的關(guān)系。我們先看下面一個公式，朗博比爾定律：A=log（I0/I）= £ CLA是吸光率;I0代表參照池的光強;I為樣品池的光強；£為摩爾吸光系數(shù);C 是樣品濃度；L就是流通池的光程?？梢钥闯鲈谕瑯拥摹?C'樣品濃度情況下，“ L”流通池的光程越大，儀器的 “A吸光率”也就越大。這樣可以檢測到的樣品濃度就越小。然而流通池光程越 大儀器的

7、噪聲也會隨之增大，這是一個互相矛盾的概念，需要系統(tǒng)設(shè)計時具有良 好的技術(shù)理念，才能找到兩者之間的最佳平衡點。 然而有些廠家為了追求較低的 系統(tǒng)噪聲和漂移數(shù)值，只能犧牲流通池光程，也就是犧牲了儀器的檢測靈敏度和 最小檢測濃度，來達到降低噪聲和漂移數(shù)值得的目的。4、定性、定量重復(fù)性在液相色譜系統(tǒng)中，考核定性、定量重復(fù)性指標，實際上考核了高壓包流泵 的壓力脈動和流速穩(wěn)定性、紫外檢測器的噪音漂移、色譜工作站的數(shù)據(jù)采樣精度 和色譜峰的積分、峰頂峰谷判斷、色譜柱的分離穩(wěn)定性、流動相與標準樣品的純 度、進樣閥的精密度等諸多因素，所以是非常重要的考核指標。JJG 705-2002規(guī)程規(guī)定，定性重復(fù)性 RSD6

8、(RT為1.5%,定量重復(fù)性 RSD6(A的3.0%。一臺好 的儀器(配上性能穩(wěn)定的色譜柱)定性重復(fù)性RSD6(RT有定量重復(fù)性RSD6(A/勻 可達到0.1%以內(nèi)。其整個系統(tǒng)的重復(fù)性精度已經(jīng)達到了采用標準信號源的模擬 接口色譜工作站(數(shù)據(jù)處理機)的考核指標。下面為我們做的6次重復(fù)性實驗數(shù)據(jù)。儀器：紫外檢測器加高壓包流泵色譜柱：C18 150mm流動相：甲醇樣品：1X 10-4g/mL蔡/甲醇溶液波長：254nm流速：1mL/min柱溫：25 C可以看出,Rt=3.785處的主峰，其定性重復(fù)性RSD6(RT)<0.01%定量重復(fù)性 RSD6(A)=0.09%5、波長小值精度紫外光波長示值

9、精度也很重要。好的儀器示值精度均能達到土 1nm之內(nèi)。對 用戶來說，對有光譜掃描功能的儀器可以反復(fù)幾次執(zhí)行光譜掃描程序， 觀察笊燈 的特征峰：486nm峰和656nm峰，其顯示值與標準值誤差應(yīng)在土 1nm之內(nèi)。6、儀器的動態(tài)響應(yīng)特性考核儀器的動態(tài)響應(yīng)特性難度比較高， 也沒有規(guī)程可循。但是這個指標在實 際儀器使用中非常重要。有些有經(jīng)驗的儀器使用者會發(fā)現(xiàn)，同一色譜柱，放在不 同的儀器上，峰寬、峰高、峰型都可能不一樣。計算出來的理論塔板數(shù)可能相差 很大。作為儀器研制工作者，此項指標可以理解為檢測器的動態(tài)響應(yīng)特性，體現(xiàn) 為檢測器輸出信號（電壓或電流值）能真實、快速、無畸變地反映出色譜柱流向檢 測器流通

10、池的液流濃度（吸光率）的變化。此項參數(shù)與檢測器管路的死體積、流通 池的體積、檢測器信號采樣放大電路的動態(tài)響應(yīng)速度、色譜工作站的采樣速率、 模擬濾波和數(shù)值濾波參數(shù)均有關(guān)。考核液相色譜儀的動態(tài)響應(yīng)水平,可以用一支 150m冊能比較好的色譜柱（理論塔板數(shù)越高越好）用純甲醇做流動相，1X 10-7g /mL蔡/甲醇做標樣，檢查檢測器半峰寬能否達到 3秒以內(nèi)，峰型是否對稱。7、穩(wěn)定時間儀器的穩(wěn)定時間要短。在色譜柱充分平衡的情況下 （可以先開高壓包流泵， 使色譜系統(tǒng)充分平衡）再開紫外檢測器與工作站，好的儀器在10分鐘左右即能穩(wěn) 定，并可進行分析工作。這對丁降低流動相的消耗，提高儀器的使用效率是非常 有利的

11、。三、高壓恒流泵的選型高壓包流泵分并聯(lián)泵與申聯(lián)泵。并聯(lián)泵以美國Waters公司為代表，申聯(lián)泵有很多生產(chǎn)廠家。并聯(lián)泵采用左右獨立的兩個往復(fù)泵， 兩泵頭交替工作，各承擔(dān) 1/2的輸液量，達到平穩(wěn)的輸液功能。申聯(lián)泵只有一個主泵頭輸液，副泵頭只起 到蓄液維持均衡壓力的作用。由丁并聯(lián)泵多了 2個單向閥，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，因此 制造成本較高。但是其優(yōu)點是密封圈與機械傳動部分使用壽命可以比申聯(lián)泵提高 一倍。因此在價格差不多的情況下，挑選并聯(lián)泵更有利丁用戶降低消耗品的費用。高壓包流泵按活塞桿的行程來分， 乂可以分為長行程泵和短行程泵。 長行程 泵運轉(zhuǎn)速度低，機械壽命相對較長；短行程泵工作頻率高，脈動容易消除。但是

12、 如果長行程泵的消除脈動措施做的比較好，脈動不大丁短行程泵的情況下，選擇長行程泵就十分有利丁用戶降低日常維護費用。以美國Waters公司的長行程并聯(lián)泵為例，很多用戶反映他們的泵用了一二十年還是很好。四、工作站的選擇一一模擬接口工作站與數(shù)字接口工作站目前常用的色譜數(shù)據(jù)處理工作站使用模擬接口。 其工作原理是接收檢測器輸 出的電壓信號，通過外置的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字信號后再傳送到計算機內(nèi)進行 數(shù)據(jù)處理。這種工作站信號通過模擬信號傳輸，在傳輸過程中，信號容易受到干 擾。而數(shù)字接口工作站是以計算機為中心，儀器諸單元為外部設(shè)備的數(shù)字化控 制、數(shù)值處理系統(tǒng)。其工作原理是將檢測到的電壓或電流量通過檢測器內(nèi)部的

13、一 次放大電路后立即轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。數(shù)字信號在傳輸與運算處理過程中可以保證 無損耗、無畸變。一般來說，對丁液相色譜儀，模擬信號接口的色譜工作站要比 數(shù)字信號工作站的噪音大3倍左右。用戶在挑選液相色譜儀時，必須要考慮這一 點。另外，使用數(shù)字接口工作站，還可以方便的通過數(shù)字傳輸接口對儀器進行全 面監(jiān)測與控制。數(shù)字接口工作站充分發(fā)揮了數(shù)字化系統(tǒng)精度高、 軟硬件資源豐富、 智能化程度高、信息傳輸方便的特長，代表著未來的發(fā)展方向。五、二元高壓梯度系統(tǒng)與四元低壓梯度系統(tǒng)以往四元低壓系統(tǒng)通常是進口儀器的專屆產(chǎn)品，國內(nèi)大多采取高壓混合的方式，并沒有涉及到低壓系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)， 在國內(nèi)有些招標項目中也有明確提出選

14、 用四元低壓的案例，廣大客戶可能會誤以為四元低壓是進口儀器的先進技術(shù)，實則不然，四元低壓實際上是對二元高壓的補充， 也就是說當(dāng)比例發(fā)生改變的流動 相數(shù)量較多，二元高壓不能滿足分析的時候，四元高壓彌補了這一不足，但如果 比例發(fā)生改變的流動相數(shù)量在2個以內(nèi)（包括2個）,應(yīng)該來說二元高壓梯度系統(tǒng) 有著它的優(yōu)勢。下面就二元高壓與四元低壓系統(tǒng)在應(yīng)用和技術(shù)上的主要區(qū)別和大家做一個 簡單分析：1. 實際分析需求。以中國藥典高效液相色譜法為例，中藥圖譜311例，其中等度分析301例，二元梯度分析10例。西藥圖譜409例，其中等度分析386 例，二元梯度分析23例。從以上數(shù)據(jù)可以看出，對丁絕大多數(shù)日常樣品的分析

15、 工作，二元梯度已足夠解決問題。2. 二元高壓梯度系統(tǒng)流動相分配的比例變化是由控制兩臺泵的驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)速的變化而實現(xiàn)的。這種變化可以控制得非常精確。而四元低壓梯度系統(tǒng)各 流動相的分配比例變化是通過在高壓包流泵活塞桿抽吸行程時，四個電磁閥打開的時間長短來控制的。由丁活塞桿抽吸的行程很短，最多僅一兩秒時間，而活塞 桿的運動速度在此期間內(nèi)乂是非線性的，另外各電磁閥開關(guān)乂有幾十毫秒的延 遲，因此流量比例不可能控制得像二元高壓梯度系統(tǒng)那樣精確，因此類似產(chǎn)品梯度精度總是二元高壓系統(tǒng)要更高一些。以前由丁進口的二元高壓的價格要遠遠高丁四元低壓梯度系統(tǒng)， 進口產(chǎn)品廠 家為了擴大銷售而有目的的推廣四元低壓梯度。然而隨著近年來，二元高壓梯度 系統(tǒng)的價格出現(xiàn)下調(diào)趨勢，其性價比日益體現(xiàn)出來。六、系統(tǒng)性這里指的是儀器的整體開發(fā)，是一個完整的系統(tǒng)。目前市場上有這個現(xiàn)象， 說我的泵是進口的，或者是檢測器怎么好，用了什么很多的進口件組裝等等。 其 實這是個誤區(qū)。液相色譜是個復(fù)雜的系統(tǒng)，不是整體開發(fā)的，各項指標之間、軟 件和硬件、硬件和硬件等都不匹配，整體水平不會高到哪里去。而且在售后服務(wù) 方面對用戶也是不負責(zé)任的。整體開發(fā)的主要優(yōu)點有：各項技術(shù)指標統(tǒng)一、儀器各單元的通信協(xié)調(diào)、能夠 建立一個整體的數(shù)字化評價系統(tǒng)、 體現(xiàn)了企業(yè)的科技開發(fā)實力。世界知