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(色谱学堂第二期)到底二元泵好呢，还是四元泵好？(全面分析，值得一点)

ChromClass

2014/02/28

液相色谱（LC）

一般来说，不太了解液相的人会认为，四元泵(Quaternary Pump)肯定比二元泵(Binary Pump)好啊，因为四元泵可以同时走四个通道的流动相，二元泵只能走两个。这种理解不算全错，但是光从”4>2”的纯数字的角度比较，肯定是不能客观反映两种泵孰优孰劣的。

但在更深一步了解两种泵的原理结构以后，我们一般更倾向于认为二元泵要优于四元泵，原因是二元泵是基于高压混合的方式，在流动相混合的时候更不容易产生气泡，压力更稳定。如下图：

泵A(Pump Head A)和泵B(Pump HeaB)出来的流动相在混合器(Mixing Chamber)里面混合的时候，都是处于高压状态，这时候，流动相对气体溶解度较高，气体不容易从流动相中析出成气泡，导致压力波动，流速不准，基线波动等种种问题。

而四元泵的混合，是采取在泵前用比例阀(Gradient Proportion Valve)来混合的方式,混合时流动相处于常压的状态，这时候，流动相对气体的溶解度较低，如果流动相中溶解的气体比较多的话，在混合时就可能有小气泡形成，导致压力波动等种种问题。气泡永远是液相色谱的天敌。

所以说，四元泵一定要配脱气机，先对流动相进行在线脱气，才能用比例阀进行混合，要不然很容易产生气泡。而二元泵可以不用配脱气机就能在线混合，运行梯度方法。

二元泵优于四元泵可不单单局限于高压混合的方式，下面我们一起看看二元泵到底还"好在哪里"？

混合精确性

从上面的介绍可以看到，两种泵的混合方式是完全不一样的。二元泵相当的直观，通过分别控制两个泵的流速，就能够准确控制两种流动相的比例。比如在1ml/min的流速下，要达到A:B两种流动相70/30的混合比例，那就设置A泵流速0.7ml/min，B泵流速0.3ml/min就可以了。当然这些都是系统和软件自动完成的。只要做到泵流速准确，比例就能准确。

而四元泵通过比例阀来控制混合比例，那比例阀又是如何工作的呢？这可能知道的人就不多了。一般来说，比例阀是通过控制入口通道分别打开时间的长短来控制混合比例的。

举个例子可能更容易理解，仍然是A:B两种流动相70/30的混合比例。为了达到这个效果，B、C、D三个通道都关闭，A通道打开7ms，这时候进入系统的都是A；然后，A、C、D关闭，B通道打开3ms，这时候进入系统的都是B。这样就得到了70/30的流动相的比例。大家能感觉出来，进入系统的流动相其实是一段A、一段B这样的。如果是四种流动相同时混合，出来的效果可能就是下面这个样子。

这种通过时间控制的方式，在某个流动相比例比较低的时候，相对可能产生的误差会比较大。

延迟体积

二元泵流动相混合后，经过混合器(Mixing Chamber)、压力传感器(Pressure sensor)、阻尼器(Damper),冲洗阀(Purge Valve),然后进入进样器。

反观四元泵，流动相混合后要经过整个泵头(包括主动入口阀、两个泵腔、出口阀、管路等等),才能到达进样器。(关于泵的具体构造，我们日后再聊)。

一般来说，我们把流动相从混合开始，最后到达柱头这段体积叫延迟体积(delay volume)。流动相梯度的变化要到色谱柱头，才能够对分离产生影响，所以有一定的延迟。延迟体积越大，梯度的变化到达柱头的时间越长，直接导致分析时间越长。

关于延迟体积，我们以后会专门来一篇文章具体解释和分析。但现在我们可以看到，二元泵的设计，先天地决定了，其延迟体积远小于四元泵。这就决定了在色谱分析时间要求很短的梯度方法中，比如各种小粒径的色谱柱的快速分析方法，都采用二元泵。

不同品牌、类型的液相之间的延迟体积差异，是方法转移后出现结果跟以前不一样了的最大的原因之一。关于这一点，请关注我们的关于方法转移的后续文章。

检测器基线稳定性

由于四元泵采取的用时间控制比例的混合方式，直接导致不同流动相是一段一段地进入后面的进样器、色谱柱，甚至是检测器。

假设仍然是A/B混合，如果在检测波长254nm下面，A/B都是没有任何吸收的，就算A/B没有混合地特别均匀，基线仍然是平稳的。但是，如果检测波长低到210nm，这时候A有了一点点吸收，B仍然没有吸收，或者A/B流动相吸收不一样。这样一段A、一段B的流动相经过流通池，基线肯定也是上下波动的。

当然，四元泵也可以像二元泵后面在泵后面加上一个混合器，但是本来就比较大的延迟体积，将变得更加不可忍受。

二元泵的混合方式决定了流动相的均匀程度要优于四元泵，在低波长检测的一些方法的时候，这种优势会直接导致基线稳定性要由于四元泵系统。

四元泵逆袭

看了这一大片的论述，你是否觉得二元泵已经在于四元泵的竞争中完全胜出了呢？事情总不是这么想当然，反而四元泵使用地更加普遍。

四元泵的相对优势，主要有几点：

1．便宜啊。四元泵只需要一个泵头就能运行梯度条件，注定成本和定价都由于二元泵。在运行方法条件不是很苛刻的时候，四元泵能达到跟二元泵一样的分析效果，而价格可能要便宜30%以上。

2．还是便宜啊。后期的维修保养成本便宜，两个泵头的二元泵，基本单向阀、密封圈等等数量直接翻倍，故障率和维修成本肯定高于四元泵。

3．方便啊。因为相对便宜，所以市场保养量大，导致N多的标准方法都是在四元泵系统下开发的，很多方法拿下来就能直接用。如果你用二元泵，不好意思，有时候方法转移起来可能会碰到一些问题。

4．回到最初我们讲的，毕竟四还是大于二的。在偶尔碰到一些要求三相混合的分(qi)析(pa)方法，二元泵就直接悲剧了。说简单点，冲柱子都不用换瓶子。

所以，下次碰到别人问你这个问题的时候，你该知道如何专业地回答了吧。

当然，如果你不想像我一样浪费这么多口水，那就说:“咳，都差不多吧，用啥不是用啊，你说是吧，哥......”

欢迎大家关注我们的微信账号"色谱学堂"，参与回答问题，我们多多切磋。

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三人行

第1楼2014/02/28

四元泵用起来方便，但感觉有些浪费。

0

apls5251

第2楼2014/02/28

刚刚学习液相，对于四元泵的混合方式一直有点疑惑，看了楼主这篇文章，豁然开朗，今天又有一个收获，给楼主一个赞！

2

小虾米

第3楼2014/02/28

二元泵的混合效果比四元的好

0

Telinga-ZH

第4楼2014/02/28

还是四元泵好，方便！

0

yeballo

第5楼2014/03/01

如果不考虑价格从精度方面肯定是二元泵优于四元泵

二元泵两个流路流量靠电机控制；四元泵流量靠阀的开合。

假如AB两路流量比例为90:10.
那么二元泵很容易通过电机、螺杆等机械装置进行精密的比例控制。
而四元泵优于是阀的开合时间控制，所以像这种两路差别大的情况，四元泵的时间控制会使得精度控制会不如二元泵的机械控制。

至于delay volume等问题，楼主已经回答的非常全面了。

是篇好文章，受益匪浅。

1

分
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zhaohua8011

第6楼2014/03/01

四元泵对于梯度洗脱，多流动相，特别是试验完冲柱还是很有用的！

1

zhoujin83

第7楼2014/03/01

说简单点，冲柱子都不用换瓶子。

1

蓝爸

第8楼2014/03/01

难怪S家几个工程师都说二元泵不必要配在线脱气机
看样子现在脱气机坏了真的是可修可不修了

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flytiger603

第9楼2014/03/03

在低流速或者流动相比例相差比较大时，四元泵对比例的控制不准

0

支点

第10楼2014/03/03

应助达人

还是喜欢四元的--灵活，我曾经用过A的1290是二元泵，两个流路可以切换4种流动相，只是同时使用其中的2种

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