安捷倫高效液相色譜儀和壓力相關的故障診斷方法

王建綱

【摘 要】系統壓力是考量液相色譜儀正常運行的最重要指標，儀器操作人員需要結合理論和實踐，掌握壓力故障的表現形式、分析思路和排除方法，快速準確的解決各種壓力異常問題，使日常分析工作更為有效可靠。本文基于儀器硬件故障導致的壓力問題的分析，總結安捷倫液相色譜儀壓力相關問題的診斷方法。

【關鍵詞】液相色譜儀；系統壓力；異常；診斷

【中圖分類號】o657.7+2 【文獻標識碼】A 【文章編號】1004-7484（2014）03-01130-02

【Abstract】The system pressure is considered most important index of liquid chromatograph. Instrument operator needs to combine the theory and practice, master pressure fault forms, analysis and elimination methods, to solve all kinds of abnormal pressure problems more quickly and accurately and make the daily analysis work is more effective and reliable. Based on the analysis of pressure problem caused by the hardware of instrument, this article summarize the diagnostic methods of agilents HPLC.

【Keyword】liquid chromatograph; system pressure; abnormal; diagnosis

高效液相色譜是目前應用最多的色譜分析方法，幾乎遍及定量定性分析的各個領域。作為液相色譜儀的使用人員，不僅要熟練掌握操作技能，也要了解儀器的結構原理，并具備基本的故障診斷能力，這樣才能在儀器發生故障時及時維修，或幫助不在現場的廠家工程師進行判斷，縮短維修的周期。

1 壓力問題是液相色譜儀最常見的故障表現形式

一個最基本的液相色譜系統由輸液泵、進樣器、色譜柱、檢測器和數據處理軟件（或記錄儀）組成，各品牌的液相色譜儀在外觀上或有很大的不同，但只要遵循流動相流路這條線索，就能理清各個模塊的功能和關系。在對本公司多臺安捷倫1100、1200、1260系列液相色譜儀超過10年的使用、維修實踐中，通過對165次的維修記錄進行統計回顧，發現壓力問題是液相色譜儀最常見的故障表現形式，占到所有故障的68%左右，18%為色譜峰問題（其中一部分也和壓力有關），其余16%為機械或電氣故障。所以，對壓力問題排查的是液相故障診斷的關鍵。

2 有關壓力的故障的診斷思路

在112次有關壓力的故障中，按發生的頻率從高到低分為三類：壓力波動異常62次（55%）、壓力偏高29次（26%）、壓力偏低21次（19%）。

對于氣、液體流路，“堵”幾乎是壓力偏高的唯一的原因，而一部分壓力偏低的根源也來自于堵（一些連接件因承受不了壓力而泄露），因此“治堵”是解決壓力問題的主要手段。

3 壓力偏高的診斷步驟

液相色譜儀的管路很細，常規液相管線（綠色標簽）內徑為0.17mm，超高壓液相的管線（紅色標簽）內徑只有0.12mm，如果不注意流動相和樣品的過濾，容易導致流路中各個部分發生堵塞導致壓力異常增大，發生堵塞的部位按頻次由高到低排列依次是Purge Valve過濾頭、進樣閥的轉子、進樣針和針座、色譜柱、連接毛細管、色譜柱入口濾網。具體堵塞位置的判斷一般采用分段排除法，通過簡單判斷嘗試發現堵塞位置，可以替換部件予以證實。

3.1泵模塊的堵塞

壓力傳感器和阻尼器處于同一模塊，對于壓力傳感器之后的管路堵塞，表現形式為壓力增高，對于壓力傳感器之前的堵塞，表現為壓力降低，當然壓力降低主要還是由泄漏引起的。

泵體內的堵塞主要來自于柱塞密封圈的磨損，密封圈的硬度小于柱塞桿，磨損產生的微粒沉積在purge閥的過濾芯上，在打開purge閥用5ml/min流速沖洗時壓力若超過10bar，需要更換濾芯。由于purge閥的過濾芯的攔截作用，使得阻尼器堵塞只是理論上的可能。

3.2泵后模塊堵塞

3.2.1發生在進樣器的堵塞

流動相進入進樣器六通閥的2號口，由于六通閥在發生進樣動作時在進樣位置和充樣位置間切換，轉子和定子發生摩擦，造成轉子密封墊的磨損，部分脫落物留存在連通各個端口的孔槽中，產生系統阻力，壓力升高。

長期用未經妥善過濾的樣品進樣，會堵塞連接針座和六通閥5號口的毛細管，在壓力增大的同時部分樣品從針座中溢出，導致峰面積減小。

3.2.2發生在柱溫箱內的堵塞

色譜柱一般位于柱溫箱內，安捷倫柱溫箱的流動相從加熱塊內部流過，為減小峰的擴展，管路很細（體積3ul或6ul），從六通閥3號口流出的轉子密封磨損物可能會積存于此，產生堵塞。

色譜柱的堵塞是造成系統壓力偏大的主要原因，包括柱頭濾網的堵塞和色譜柱柱體的堵塞，一般只能通過清潔篩板或反沖解決，如果壓力還是超過可接受范圍，需要更換色譜柱。

3.2.3發生在檢測器內的堵塞

紫外可見光檢測器（G1314A）、FLD檢測器（G1321A）、DAD（G4212）檢測器石英窗分別可承受 40bar、20bar、60bar的背壓，如果檢測器出口管線堵塞，背壓超過限制，會使石英窗內外壓差過大開裂，實驗無法進行。可以連接內徑較粗或長度較短的管子作為檢測器出口的廢液管。曾發生過另一品牌DAD檢測器石英窗密封膜溶解的事例，溶解物堵塞檢測器出口，由于發現及時，未造成石英窗破損。

3.3分段排除法的運用

液相色譜儀的系統壓力是各個組件對流經的流動相所產生的阻力總和。每個模塊和它們的部件產生的壓力都有正常的數值范圍，色譜柱是承壓的主要部件，約85～95%的系統壓力來自于色譜柱，因此用一個二通代替色譜柱就能很快捷的排除是否是色譜柱的問題。色譜柱堵塞可以用100%的甲醇或乙腈反沖柱子，有一定概率使堵塞物沖出。

分段排除采用從后往前的順序，先斷開處于系統最末端的檢測器，如果壓力下降不明顯，就排除其堵塞的可能，然后是柱溫箱（加熱塊的孔道、在線過濾器），然后是進樣器六通閥（注意區分閥體內堵和進樣針座堵），還有連接這些模塊的毛細管。對于堵塞的部件，處理方法無外是沖洗或者更換。

4 壓力偏低的診斷步驟

4.1泵前的堵塞

如果溶劑過濾頭堵塞，泵不能把足夠的流動相吸入到泵腔內泵出，實際流速達不到設定流速，此時的壓力自然偏低，并且由于連接溶劑過濾頭和脫氣機的管路的真空，使氣泡不能完全被脫氣機脫除，氣泡一旦進入到泵內難于排除，因此在壓力降低的同時還會伴隨著壓力的波動。

流動相首先進入到真空脫氣機，其半透膜內徑很細，在溶劑過濾頭失效（孔徑變大）的情況在存在被微粒堵塞的可能。四元比例閥（以G1311A為例）內析出的鹽和乙腈螯合物會也會“堵”住流動相的必經之路，導致電磁閥某個通道關閉不緊，一般不表現為明顯的壓力下降，但會使色譜峰保留時間不穩定。

泵的一對單向閥隨著柱塞桿的往返運動間歇性開關的，其中出口閥的開啟和關閉是被動的，入口閥有主動和被動兩種形式，被動閥通過閥球兩端的壓力差自動開關。若入口閥采取被動的形式，在流速較小的情況下，由于污物使閥球和其所在殼體發生粘連，導致不能正常打開，使泵抽取的流動相偏少，或者在泵出液體的階段關閉不嚴，都會造成壓力偏低并波動。另一種極少發生的情況是主動閥的閥體的電路控制發生故障，不能關緊，導致壓力下降。

泵前堵塞的幾率不大，基本上和儀器的使用習慣有關，只要按照SOP操作并做好泵的維護，一般不會發生。

4.2局部堵塞或管路連接處密封不嚴引起泄漏導致壓力下降

部件（如流動池）、管路接頭可以承受的壓力是有范圍的，超過耐壓限度，有可能引起接它們的泄漏。如果和色譜柱連接的是PEEK接頭，耐壓在200bar左右，若色譜柱或流通池入口管路堵塞使柱前壓超過這個壓力，則接頭可能會彈開，壓力從偏高的數值直接下降到十幾bar的大小（相當于不接色譜柱的系統壓力）。如果是比較耐壓的不銹鋼接頭，由于多次跟換色譜柱反復擰緊螺紋，導致接頭外螺紋形變，不能和色譜柱的內螺紋完全密封，流動相從螺紋空隙漏出，壓力下降。

各種密封墊的磨損是泄漏的另一種表現形式，只是發生在部件內部，不能像接頭漏泄一樣直接觀察到，在排除其他壓力下降的原因后，需要把它們拆出更換，這是解決泄漏的最后措施。

發生在接頭的泄漏，如十分微量，會因為揮發不會引起泄漏傳感器報警，否則都會被檢測到，可以根據工作站日志中的錯誤信息進行模塊的定位。

4.3其他導致壓力偏低的原因

溶劑比例閥（MCGV）比例不正確、色譜柱的固定性損壞也是壓力下降的原因，可以通過氣泡試驗和更換同型號色譜柱的方法予以排除。

5 壓力波動的診斷

引起壓力波動的主要原因有溶劑入口過濾頭堵、泵柱塞密封老化、出口閥失效、入口閥失效、溶劑比例閥比例不正確、溶劑未脫氣等，前五種情況和壓力偏低具有很大的共性，溶劑脫氣效果差是壓力波動的特殊原因。四元泵屬于低壓混合，必須在線脫氣，脫氣機的正常工作能夠保證多種溶劑混合時產生的氣泡降到最低程度。否則，氣泡進入到泵體內、六通閥、在線過濾器、檢測池這些具有微小腔體的部件內，難于排出，排除進入系統氣泡的常用方法是泄背壓沖洗法，即斷開懷疑進氣泡的部件后面的所有流路，使背壓相當于大氣壓，用較大流速的流動相沖洗，或者同時在出口接上注射器抽取，可以使氣泡排出腔體。

6 結論

液相色譜儀的各種壓力問題都是有因可循的，儀器使用人員通過實踐經驗的積累，能夠快速準確的找出原因，排除故障，使儀器恢復正常運行。

參考文獻：

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