不分流衬管

不管是高效液相色谱法，还是气相色谱法，每个试验项目的启动都需要做系统适用性试验。色谱系统的适用性试验通常包括理论板数、分离度、灵敏度、拖尾因子和重复性五个参数，在色谱分析中重复性是衡量系统稳定性的重要参数，直接影响到待测化合物的定性与定量分析。那么，今天小编就和大家一起探讨在气相色谱分析中，进样口衬管对重复性的影响，以及在分析过程中，我们该如何对衬管进行选择。小伙伴们也都知道，在气相色谱分析中，进样口是发生色谱问题频率最高的一个部位。其中衬管是进样口至关重要的组成部分，它在分析中所扮演的一个重要角色就是促进样品组分的汽化挥发；同时捕集沸点较高，不易挥发的样品杂质；保护气相色谱柱以及提供分流隔离通道。当采用不分流进样时，为了避免色谱峰谱带展宽，样品组分越快进入色谱柱越好，即在衬管内的滞留时间越短越好；影响因素主要有衬管的形状、载气在衬管内的流速和样品的汽化时间，所以通常不分流衬管被设计成直管，此外衬管还有底部锥形设计（促进样品在色谱柱柱头聚集、减少样品与进样口金属的接触），顶部锥形设计（避免由于气体膨胀体积过大导致反灌）。当采用分流进样时，为了增大样品组分的汽化效率，减小分流歧视，衬管设计成具有混合腔和弯曲的流路。根据上述分析，为了保证试验过程的良好重复性，在衬管的选择中，我们需要注意以下因素：（1）不分流进样时，一般选择较大的衬管外径：可以限制样品组分与进样口金属直接接触。（2）分流进样时，选择外径较小的衬管：外径小的衬管对进样口的载气和分流气流的阻力较小。衬管的内径与容积密切相关，进样量较大或者进样针在衬管内位置不合适时，样品汽化后的膨胀体积同时又超过了衬管的容积，就会导致样品反冲，进入到隔垫吹扫气流中而产生损失。（1）底部锥形设计：使样品组分在色谱柱柱头聚集；避免样品组分进入进样口底部；（2）底部和顶部双锥形设计：限制样品组分与进样口金属表面接触；避免由于反灌现象导致样品进入隔垫吹扫气流中；（3）直通衬管：直管，用于自动进样器分流进样（可加玻璃毛）。衬管的材质是石英玻璃，未经硅烷化（脱活）处理的衬管内壁表面有很多硅醇基，会对样品组分产生次级吸附作用，导致色谱峰拖尾，重复性变差。其主要有以下几种作用：（1）传热：玻璃棉具有比较蓬松的结构，可以增大传导热量面积。为了更好的传导热量，玻璃棉的位置最好处于衬管中温度最高处。下图给出了在不同柱温下衬管中的温度分布大致情况（中间温度最高，两端温度较低）。进样时，需要注意的是，保持进样针针尖的位置在玻璃棉上方1-2mm处。（2）混合：促进低沸点与高沸点样品快速汽化的同时，使样品在载气的作用下混合均匀，减少分流歧视。（3）吸附杂质和污染物：玻璃棉可以捕集样品组分中的高沸点污染物、进样垫碎屑等。（4）聚焦型的衬管中加入玻璃棉：可以保证玻璃棉在衬管中的合适位置；使高沸点杂质的污染最小化；擦拭进样针针头上的样品，减少进样针歧视，提高分析重复性。另外需要大家注意的是：根据进样针的类型来选择玻璃棉的装填位置；对于一些活性化合物，如酚类、有机酸、其他极性强的化合物，为避免对样品组分产生吸附或催化样品发生分解，不建议使用玻璃棉。因为即使钝化处理的玻璃棉，随着进样次数的增加和使用时间的延长，钝化的硅烷基会断裂，玻璃棉表面会恢复裸露的硅醇基。好了，以上是衬管使用小诀窍，希望能够给小伙伴们的日常实验提供一些帮助。还有还有~月旭科技的夏季超级大促正在火热进行中，超低折扣还有超级丰厚的礼品，快来赶紧参与吧

小小衬管蕴含大文章，衬管的正确选择和应用与分析结果的正确与否有非常大的关系。日常的维护工作必不可少，您知道手头的实验需要使用是什么型号的衬管更合适么？怎么快速找出适合自己仪器和实验目的衬管类型呢？Supelco制作的《Supelco通用衬管速查表》帮助您选择合适的衬管。如果您对衬管一无所知，也可以通过该海报了解到各衬管的作用，是您实验过程中的好助手。 衬管的选择 通常在选择时会考虑以下三个方面：衬管容积、衬管的去活和影响载气流通、样品蒸发的特殊设计。按照进样方式的不同，衬管的设计一般分为：分流进样衬管、不分流进样衬管、直接进样衬管、柱上进样（冷柱头进样）衬管和固相微萃取（SPME）专用衬管。而这些进样方式的不同是因不同性质的样品和所需分析方法决定的。 错误的选择或不合适的衬管到底对分析结果的影响究竟有多大呢？ 举例来说：从如下分析结果的谱图来看，实验者在进行SPME实验时首先使用了内径为2mm的普通衬管，分析结果信噪比相对很小，待测物分析结果不理想。正确使用了内径为0.75mm的专用SPME衬管后，分析结果显然令人满意，待测物质分离度优良，信噪比大幅提升。这些痕量物质（样品浓度小于50ppb）可被逐个的轻松监测出。 维护 气相色谱分析工作中，正确、合适的衬管选择对于分析结果至关重要。不当的使用和错误的选择通常会引起以下这些不良的或是模棱两可的分析结果，从而耗费实验人员大量精力和时间用以排除各种引起这些问题的&ldquo 因素&rdquo 。 衬管的作用 未及时更换出现的结果 维护 气化室中样品气化的重要高温区域 峰形变差 进样歧视 重现性差 样品分解 出现鬼峰 污染色谱柱 定期更换 按样品可气化程度更换 根据谱图结果判断更换： 峰形变化 峰歧视 重现性差 样品高温分解 峰形原因 排除方法 拖尾峰 使用非去活衬管或衬管被污染 石英棉装填高度不合适 更换衬管或清洗旧衬管并更换石英棉 重新装填石英棉 峰后基线变化 色谱柱与衬管不在同一轴线上 调整或重新安装衬管和色谱柱 样品无法分离 衬管破损或被严重污染 更换或清洗旧衬管 《Supelco通用衬管速查表》海报 Supelco提供全线衬管产品，无论实验室中各色品牌仪器的衬管型号（Agilent、Varian、Shimadzu、Thermo、Perkin Elmer、Finnigan、Carlo Erba、Fisons和ATAS Optic 2），都能在此表中快速找到。海报配有产品图示，让您在找寻确认的同时也能方便的类比不同衬管间的细微差异。 海报免费索取请联系 021-61415566陈小姐或Connie.chen@sial.com 关于Supelco 美国Supelco公司成立于1966年，一直致力于色谱耗材的研究和生产，是色谱耗材的专业生产公司。超过40年在色谱和分析领域的技术经验，拥有多项专利技术，提供范围广泛的产品：气相色谱柱（包括手性柱）和配件、液相色谱柱（包括手性柱）和配件、固相萃取小柱和装置、固相微萃取手柄和萃取头、空气检测产品、分析标准品和样品瓶等。1993年，Supelco（上海：021-61415566-8209 北京：010-65688088-6812 广州：020-38840730-5001）正式加入美国Sigma-Aldrich公司，成为Sigma-Aldrich公司旗下分析业务的专业品牌。

滴灌灌水器位于滴灌系统的最末级，其内部流道的尺寸通常介于0.5~1.2 mm之间，能够将管道中的有压水转变为点滴状水流实现节水灌溉。滴灌灌水器的水力性能决定了灌溉均匀性和灌溉质量。已有研究结果表明，改变灌水器内部流道结构可以显著提升灌水器的水力性能。然而，为了解决灌溉水资源短缺的问题，许多地区使用高含沙量的水源作为灌溉水源，滴灌灌水器堵塞的问题也随之而来。因此在提升滴灌灌水器水力性能的同时，还需对灌水器流道开展结构优化以提升滴灌灌水器的抗堵塞性能，进而提升滴灌系统的使用寿命。近期，石河子大学王振华教授团队提出了一种分流对冲式滴灌灌水器和基于水-沙运动特性的灌水器抗堵优化方案。该团队利用新型一体化打印技术（nanoArch S140，摩方精密）实现了滴灌灌水器流道试件的高精度3D打印，并开展了物理试验和数值模拟研究。该研究提出的灌水器抗堵优化方案在维持灌水器水力性能的前提下，能够使灌水器的抗堵塞性能提升60%。相关成果以“Anti-Clogging Performance Optimization for Shunt-Hedging Drip Irrigation Emitters Based on Water-Sand Motion Characteristics”为题发表在《Water》期刊上。图1. （a）分流对冲式流道结构参数及打印试件。（b）灌水器性能试验平台。（c）灌水器流量试验值和模拟值的误差曲线。分流对冲式流道的结构参数及打印试件如图1（a）所示，流道由8个“回”字形流道单元组成，每个流道单元宽2.6 mm，深0.8 mm。通过电子显微镜对试件进行测量，其打印精度达0.01 mm，满足试验要求。将灌水器试件置于图1（b）所示的试验平台上测定其流量，如图1（c）所示，对不同压力下的流量实测值进行拟合得到灌水器的流态指数为0.479，水力性能优良，流量实测值与流量模拟值的误差在1.29~3.21%之间，证明了本文数值模拟方法、结果及精度的准确性。图2. （a）分流对冲式流道内部流场分布。（b）不同粒径沙粒在流道中的运移轨迹及速度变化。（c）3g/L 的浑水浓度下流道堵塞实物图。图2（a）为通过数值模拟得到流道中深截面处的速度和压力分布云图。模拟结果表明，每个流道单元内的速度分布一致，定义导流件背部为漩涡区I，分流件背部为漩涡区Ⅱ，其余区域为主流区Ⅲ，其中水流对冲区为区域Ⅲ*。主流区Ⅲ的水流流速介于1.21~4.53 m/s之间，漩涡区I和Ⅱ中的水流流速介于0.11~1.21 m/s之间。0.05、0.10和0.15 mm沙粒的运动轨迹及速度如图2（b）所示，沙粒在漩涡区I和Ⅱ中的运移速度在0.06~1.10 m/s之间，沙粒容易发生沉积，相较而言，由直角边壁包围形成的漩涡区I不仅促使沙粒稳定沉积，还使沙粒在大漩涡的作用下互相粘结形成团聚体，造成灌水器堵塞的风险较高。这与浑水试验的结果一致，如图2（c）所示，沙粒在漩涡区Ⅰ中持续堆积，导致流道堵塞。图3. （a）不同粒径沙粒在流道中的跟随性变化。（b）沙粒-流道边壁-漩涡相互作用关系示意图。图4. （a）结构优化示意图。（b）优化后流道的速度分布及沙粒运动轨迹。（c）优化前（SHDIE1）、后（SHDIE2）分流对冲式灌水器的水力特性曲线。（d）优化前（SHDIE1）、后（SHDIE2）分流对冲式灌水器短周期抗堵塞试验结果。（e）3g/L 的浑水浓度下优化后流道堵塞实物图。进一步分析沙粒-流道边壁-漩涡区Ⅰ的相互作用关系，如图3（a）所示，沙粒与流道边壁的敏感区域发生碰撞会导致其运动方向突变并进入漩涡区Ⅰ沉积，这是造成流道堵塞的重要原因。通过统计沙粒与边壁的碰撞位置，确定出A、B、C三个壁面容易导致沙粒进入漩涡区沉积的敏感区域范围，分别为0≤LA≤0.58，0≤LB≤0.64和0≤LC≤0.90 mm。图3（b）显示了不同粒径沙粒沿流道运动时对水流的跟随性变化。沙粒粒径越大，速度幅值比η和速度相位差β的数值越小，跟随性也就越差，这表明粒径越大的沙粒与流道边壁的敏感区域碰撞后越容易进入漩涡区沉积。针对敏感区域范围开展结构优化，使沙粒顺畅通过所有流道单元以提升流道的抗堵塞性能。如图4（a）所示，采用直线几何的方法对阻挡沙粒运动的A面的敏感区域0≤LA≤0.58 mm进行切除，对B、C面敏感区域0≤LB≤0.64 mm和0≤LC≤0.90 mm构成的直角三角形空间所覆盖的低速漩涡区进行填充，得到优化后的分流对冲式流道。对优化后的分流对冲式流道及其灌水器再次开展数值模拟和清水、浑水物理试验，结果分别如图4（b）、（c）、（d）和（e）所示，优化后流道的主流区面积占比提升21%，沙粒的运动轨迹变得光滑有规律。清水试验下优化后流道的水力性能为0.486，仅下降1.46%；浑水试验下优化后流道在第24次灌水后发生堵塞，抗堵塞性能大幅提升60%。基于沙粒运动特性明确流道边壁敏感区域，进而开展的结构优化方案具备可行性。