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DAD/PDA检测器流通池（Flow cell）介绍

happytiankong1

2016/07/08

1.概述
DAD检测器作为HPLC应用最多的检测器，其核心结构由光源，流通池以及光电二极管阵列组成。其中通用型流通池结构如下图1所示，典型的流通池实体一般为不锈钢材质，在流动相的流动方向上钻出1 mm的圆孔，圆孔则由透光良好的石英窗覆盖(以聚合物密封垫圈密封)，在与光路垂直的方向上两端各钻一个内径小于0.125 mm的圆孔，用以引入流动相以及流出流动相。流动相从进入到流出光路的路线形状为Z字形，保障流通池光路内不会引入气泡。
当样品中的组分峰进入流通池时，通过流通池的光被组分吸收发生衰减，衰减量被DAD光电二极管阵列检测，之后转换为相应电信号并输出。

1.1.流动相以及流通池温度变化对基线的影响
光源的出射光线经过透镜聚焦之后，连续稳定地通过流通池，流动相的轻微变化或者流通池内温度的变化均会影响到流动相的折光率。
折光率不但与介质本身的性质以及入射光波长有关以外，也受到温度，压力等因素的影响。一般压力的影响较弱，可不予考虑，温度对折光率的影响比较突出(如下图2所示)，温度每提高一度，折光率减小3.5×10-4-5.5×10-4。

根据折射定律，波长一定的单色光，从一个介质A进入另一个介质B时，入射角α和折射角β的正弦之比和这两个介质的绝对折光率的商值呈反比，如下图3所示。流动相的变化造成光线传播介质发生变化，导致流通池内流动相的折光率发生变化，这也是HPLC梯度洗脱情况下基线噪音比较大的原因。
折光率的变化将导致光线折射角发生轻微的变化，最终反应到检测器上，就是基线信号强度发生变化，导致基线噪音变大。

在流通池结构中内置温度交换装置，该装置由表面包裹导热材料的不锈钢毛细管组成并包裹在流通池实体上，保证进入流通池光路的流动相温度稳定，可消除温度变化引起折光率的变化，进而消除流通池温度变化对于基线噪音的影响。
1.2.流通池内气泡对基线的影响
流通池内进入气泡也会对基线噪音水平造成影响，尽管流动相在使用之前已经经过脱气处理。当流动相从色谱柱流出时，流动相从色谱柱的高压区域转到一个低压区域，流动相中残余的空气由于压力的减小进而形成气泡。气泡进入流通池内使得光程发生改变(折射，反射)，从而在色谱图上形成尖锐的噪音峰或者负峰。一般地，这种气泡会随着流动相的流动，自己消失，而对于微小气泡来说，则会附着在流通池内的角落不易被清除，导致基线噪音的持续波动。
可在流通池出口处增大背压的方法实现，消除流通池由于背压减小而引入气泡，如改变出口流速。一般是在出口的连接管线部分使用窄内径不锈钢毛细管的方法。由于单位体积流量一定，出口管线变窄，截面积变小，线速度增加(可比较色谱柱出口处与流通池出口处线速度)，压力变大(如下图4所示)。
但当使用大流速(如接两通冲洗仪器管路)时，流通池内压力可能会超出耐受范围，因此出口管线内径的选择很重要。此外，也可以在出口管线处配置压力感应阀，根据设定的压力范围，自动调整阀门开关程度。

2.流通池漏液
导致流通池漏液的主要原因有，流通池入口接头处松动或者未旋紧(注意在旋紧接头时，将流速调为零，避免接头之间的死体积引起的色谱峰额外扩展效应)；光路上石英窗口处的密封垫圈老化引起漏液；流通池内被污染或堵塞引起接头处漏液等。
3.流通池清洗
一般地，流通池尽量不要取下清洗，尽管一些样品的组成成品有可能在流通池内聚合，降解，黏附在石英窗上。但一般在检测之后，使用强洗脱流动相对色谱柱进行冲洗的时候，流通池内的残留成分亦会被冲洗出来。如果必须取下清洗的话，也必须按照说明或清洗手册进行清洗。
4.UHPLC对传统流通池的挑战
随着UPLC的应用越来越普遍，上述结构的流通池越来越被边缘化，这是因为UPLC的压力可达到1300 bar，流动相在流出色谱柱之后，压力也可能完全超出流通池的压力耐受范围，因此UPLC需要使用耐高压的流通池。此外由于经UPLC色谱柱洗脱的色谱峰要比HPLC的色谱峰窄的多，检测器流通池的额外体积对色谱峰的扩展效应将严重影响UPLC的效能，因此UPLC需要使用小体积流通池。
在HPLC中，5-10微升的流通池的柱外体积并不会造成不可接受的色谱峰额外扩展。一般地，流通池体积，可按照≤色谱峰洗脱体积的十分之一的原则进行选择。而对于UPLC使用的窄内径，小粒径色谱柱而言，比较合适的流通池体积小于1微升，方可避免不可接受的额外色谱峰峰扩展效应。
当然，可以将流通池的长度变短或者减小其内径使流通池体积减小，但这样会引入其他的问题，如缩短流通池的长度，按照朗伯-比尔定律，光程变短，吸收度减小直接影响仪器的灵敏度；减小内径的话，进入到流通池内的光将不再与流通池内壁平行，而是打在内壁上发生光散射，特别是入射光未能很好聚焦的情况下。
针对上述情况UPLC的解决办法是使用全反射型或光导管型的流通池，如下图5所示。

这种设计，是将聚四氟乙烯光反射介质涂覆在流通池的不锈钢内壁上，有效地反射所有波长的光。光导管流通池则是使用二氧化硅材质毛细管，利用二氧化硅内壁的全反射特性。无论哪一种类型的流通池，均可很好的避免不锈钢材质对于光的散射效应，不损失光能量，使得检测器灵敏度比HPLC高2~3倍。0.25 mm内径，0.5微升的涂覆型或光导管型流通池完全可以满足UPLC对于检测的需求。
小体积流通池以及全反射的应用，减小了柱外体积对于色谱峰的扩展作用以及流动相折光率的变化对于基线噪音的影响，鉴于UPLC流通池的结构特点，二氧化硅光导管型流通池在应用时，避免流动相含有氢氟酸；对于不锈钢涂覆型流通池，在不使用检测器的时候，需要将光源关掉。
5.结论
DAD检测器在HPLC以及UPLC的应用中，多少都会出现一些问题。特别是，随色谱柱技术的发展，其内径以及填料内径不断减小以及核壳类型色谱柱的应用，由于大体积流通池的额外色谱峰扩展效应，使其越来越被边缘化。因此，小体积流通池以及微量流通池(如光导管流通池)在HPLC特别是UPLC中的应用会越来越多。
信息

Bruce Lee
作者微信号：Lindaring001

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happytiankong1

第1楼2016/07/08

很实用，就是太学术了，看起来有点费劲～

0

tutm

第2楼2016/07/08

内容不错！
有深度的东西必然会涉及学术化内容。
happytiankong1(happytiankong1) 发表:很实用，就是太学术了，看起来有点费劲～

0

tutm

第3楼2016/07/08

有一点说的很明确、很有道理：随着检测微量化发展，检测器容量也必须向微量发展，以适应微量化检出的需求。

0

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