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......
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