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高效液相色谱的泵有啥奥秘？看完这篇就够高效液相色谱的泵有啥奥秘？看完这篇就够了

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2024/10/17

液相色谱（LC）

为什么高效液相色谱仪的泵分为恒流泵和恒压泵？

主要是因为它们在控制输出流量和压力方面有不同的特点和应用；恒流泵能提供稳定的流量，从而保证分析结果的重现性和稳定性；恒压泵能保持输出压力恒定，但其流量会随色谱系统阻力的变化而变化。那我们来介绍这两个泵的原理、性质和应用吧~

1.恒流泵与恒压泵的原理

1)恒流泵

工作原理：能够保持输出的流动相流速基本不变，无论色谱柱的阻力如何变化或外界条件如何影响。

应用：这种泵通常采用往复式柱塞泵，能够提供稳定的流速；如梯度洗脱等操作。

2)恒压泵

工作原理：输出恒定压力，但其流量会受到色谱柱阻力的影响而变化。

应用：这种泵在早期的HPLC系统中较为常见，但在现代应用中较少使用；如填充柱高效液相色谱仪使用匀浆装柱。

2.往复式活塞泵的工作原理

现代绝大多数高效液相色谱（HPLC）系统采用往复式活塞泵设计（图 13.2），即能满足上述基本要求，又能在极端操作压力下，还具有易用性和梯度洗脱兼容性等优势。不过，与更简单的设计（如注射器式）相比，往复式泵的主要缺点是成本较高，但简单设计可能用于特定应用（如毛细管 LC、制备规模 LC 等）。

它的基本工作原理是活塞通过一个单向球阀在“拉冲程”将流体吸入一个小腔室（几十到几百微升），然后在“推冲程”通过第二个单向球阀排空腔室。活塞密封可防止泵头的溶剂泄漏；许多仪器还配备由外部泵驱动的附加流体路径，用于冷却活塞和冲洗可能在密封处积累的来自流动相的盐分。活塞和阀球通常由合成蓝宝石制成，以保证强度和惰性。与流动相接触的泵的其他湿润表面通常由不锈钢或聚合物（如聚四氟乙烯）制成。

图1.往复活塞泵工作原理

商用双头往复式活塞泵使用以下任一泵串联或并联设计（图2）。在串联泵中，第一个活塞的体积或冲程速度（通常为2倍）比第二个活塞大。第一个活塞可以向柱输送高压流，并给第二个活塞重新充气。当第一个活塞重新充气时，第二个活塞（在第一个活塞的输送冲程中充气）可以承担向柱输送高压流的任务。并联泵设计使用等效活塞体积或冲程率，两个活塞以180度异相运行。当两个活塞的输出流量结合时，脉动被中和。对于串联和并联方案，循环变化过程中产生的任何微小压力波动都会通过隔膜或借助压力反馈控制调整活塞交叉点附近的冲程速率进一步机械地抑制。

图2.并联（左）和串联（右）双往复柱塞泵设计

3.梯度泵的工作原理

但目前市面上大多数液相又通常分为单元泵、二元泵和四元泵，也基本是基于往复式活塞泵的原理来进行工作，其中四元泵可以同时处理四种不同溶剂的混合。

1)单元泵（又称等度泵）

组件：由一个泵组件和一个阻尼器组成。泵组件包含一个泵头和一个入口主动阀组成，该阀上装有可更换的滤芯和一个出口阀。

工作原理：与上述单个的往复式活塞泵的工作原理基本一致。当第一个活塞向上移动时，泵头通过出口球阀将溶剂输入到第二个泵单元；第二个活塞则吸入第一个活塞排出体积的一半（2:1），另外一半直接输送到系统中。

2)二元泵

组件：含两个相同的泵，这两个泵集成在一个腔体内，通过高压混合产生梯度

工作原理：与上述双头的往复式活塞泵的工作原理基本一致。第一个活塞泵的出口直接与第二个活塞泵的出口相连，这样可以实现两种溶剂的混合。

3)四元泵

组件：在单元泵的基础上增加了四元比例阀，能够同时使用四种流动相以不同比例洗脱

工作原理：四元隔膜泵利用四组胶膜之间的相互作用进行吸力排气，从而回转泵头。吸力排气是指隔膜杆头由内活塞形成的多组隔膜在金属容器内部组合，活塞由胶膜组成，内部分布有一定数量的气孔，当活塞移动时隔膜组便会改变大小，因而形成吸力和排气。

4、单、那讲完了单、二元、四元泵的相关组件和原理

那我们来了解一下它们之间的优缺点吧。二元、四元泵的优缺点

表1.单、二元、四元泵对比表

5.总结

所以呢，不同的HPLC泵设计用于满足不同的分析需求。单元泵以其简单性和成本效益适用于基本的等度分析。二元泵提供了更多的灵活性，适合需要两种溶剂梯度的分析。四元泵则为最复杂的分析提供了最大的灵活性和精确控制。大家在选择泵类型时，应考虑分析的具体要求、样品的复杂性、预算限制以及对系统灵活性和精度的需求。正确的选择可以提高分析效率，确保数据的准确性和重复性。

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