自動進樣器工作原理

 

進樣閥(Injection Valves)

 

多數自動進樣器用六通進樣閥作為進樣閥，它包括圓形密封墊(轉子)和固定底座(定子)兩部分。定子連接到管路、樣品環、進樣孔以及其他外圍部件，一般是用不銹鋼或者陶瓷等耐磨材料制造。轉子和定子緊密結合，操作時可以轉動，一般用較定子柔軟的材料制成，如碳氟聚合物。自動進樣器的轉子是通過電動馬達帶動的(有一些較老的型號使用壓縮空氣帶動)，而手動進樣器則是在轉子上連了一個手柄。轉子包括一些細小的刻槽用于連接到不同的定子位置。在圖中可以看到，定子和相關的連接在表示閥體的圓圈以外，而轉子的U形的連接通道被畫在圓圈以內。圖1是一個典型的進樣閥結構示意，a表示轉子處于load或fill位置，這時樣品正在充入樣品環，同時泵直接將流動相送入色譜柱;b表示轉子轉至inject位置，連接泵的通路和樣品環連接，流動相將其中的樣品沖入色譜柱。

 

圖1 六通閥示意圖 a:load b:inject 箭頭表示流向

 

*裝液法和部分裝液法進樣(Filled- and Partial-Loop Injection)

 

一般的六通進樣閥都可以用*裝液或部分裝液的方式進樣。使用*裝液法時進樣體積取決于樣品環的體積，圖2a是這種方法的示意。例如，閥上裝了20ul的樣品環，樣品被注入環中直到多余的樣品從廢液口排出，當轉子轉到inject位置時樣品環中的樣品就進入柱子。由于流體動力學的原因，分析者至少需要注入兩倍于樣品環體積的樣品才能得到均勻的填充。如果要改變進樣體積，就需要換上另一個不同體積的樣品環。

 

圖2 *裝液法和部分裝液法示意圖

 

另一種技術稱之為部分裝液法，示意圖見圖2b，即將一定量的樣品注入樣品環中。例如，100ul樣品環中可以只進20ul樣品，然后，轉子轉動，樣品被流動相沖入柱中。對于大多數進樣器能控制進樣量少于樣品環體積的一半。相對于*裝液法來說，這種技術的靈活性更高，因為分析者不需要更換樣品環就可以進不同體積的樣品。但這種技術需要進樣器的取樣體積有良好的精度和準度。

 

你是否注意到樣品是被“反沖”(backflush)進入柱子的?實際上樣品從一個方向進入樣品環，然后從相反的方向沖出樣品環。反沖對于*裝液法的結果沒有影響，但對部分裝液法就非常重要了。考慮到有的自動進樣器可能裝了很大體積的樣品環(比如1ml)，如果分析者在1ml樣品環中加入10ul樣品，反沖進入柱，則樣品就會以“液塞”的形式和樣品環中其他物質(流動相)一起直接進入柱，這樣就能得到良好的色譜結果;如果情況相反的話(圖2b中泵和色譜柱互換位置)，10ul的樣品塞不得不流過1ml的管路，這會造成樣品帶展寬，已經展寬的樣品在分離過程中會進一步展寬，譜圖中所有峰均會比預期的寬，等度分離時情況會更糟。因此反沖技術是很重要的進樣技術。

 

手動進樣器的工作方式就像圖1和2中描述的，樣品用進樣針注入，轉子用手轉(或按下Inject鍵)。多數自動進樣器設計是基于下列三種原理之一，樣品被吸/推入樣品環中或者進樣針就是樣品環的一部分。

 

吸入式自動進樣器(Pull-to-Fill Autosamplers)

 

這種自動進樣器中樣品是被注射器產生的吸力吸入樣品環，早期這種設計因其簡單可靠而非常流行，后來隨著另兩種設計的出現而走向沒落。圖3a是其示意，此例中注射器連在廢液排出口，采樣針和相應的管路連在進樣口，針插入樣品瓶中，接著注射器回吸直到樣品*充滿樣品環，轉子旋轉將樣品進樣。這種設計非常簡單，只有針沿一個軸運動(上/下)，通過旋轉樣品盤將所需樣品瓶置于針下。有一種簡化設計更加簡單--將一個密封的瓶蓋壓入瓶里以使樣品進入樣品環，取消了另一端的注射器。

 

圖3 吸入式和推入式設計的示意圖，箭頭表示流向

 

如果簡單是吸入式自動進樣器的優點，那么浪費樣品就是其缺點。像圖3a所示，樣品在進入樣品環之前，首先必須充滿采樣針和相連的管路，就造成10-100ul的樣品被浪費，這種情況的影響取決于總的樣品量。

 

由于簡單的設計，多數此類自動進樣器都使用可旋轉的樣品盤按固定序列進樣，同時需要在樣品瓶之間放置一個清洗瓶或加裝分離的清洗裝置。

 

推入式自動進樣器(Push-to-Fill Autosamplers)

 

推入式設計的自動進樣器更為常見，這種技術和手動進樣極為相似。注射器移至樣品瓶，吸入預定量的樣品，再移至進樣口，將樣品注入樣品環，過程如圖3b所示。這種設計需要的樣品量遠小于吸入式設計。