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HPLC高压泵系统的主要性能技术指标

发布时间:2018-06-27 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:1314

很多科技工作者不懂得将分析仪器的指标分为性能指标和功能指标两大类,性能指标直接影响分析误差,而功能指标指的是仪器的自动化程度。HPLC使用的高压泵的指标也分为性能指标和功能指标两种;HPLC高压泵系统的主要性能指标有压力范围(MPa)、流量范围(mL/min)、流量准确度、流f精密度(RSD、压力波动、梯度指标等。

HPLC高压泵系统的功能指标有梯度程序控制、泵自动切换、自动报警等。

HPLC的高压泵也可以按原理分为两种类型:一类是恒流泵,一类是恒压泵。恒流泵无论色谱柱的阻力如何变化、无论外界有何影晌,它输出的流动相的流速可以基本保持不变,这正好是HPLC系统工作的基本要求;而恒压泵输出的基本上是恒定不变的压力,在正常情况下,由于HPLC系统的阻力不会变化,所以恒压也可以达到恒流的效果。但是由于色谱柱、温度等可能会有变化,所以可能导致流量变化,这是HPLC使用者不希望看到的结果。所以一般来讲,恒流泵比恒压泵好(恒流泵的使用多干恒压泵)。目前,我国有近20家企业在生产各种不同类型的HPLC,但是基本上都是采用恒流泵。例如,北京普析公司的L600、北京东西电子的LC-5510、北京瑞利公司的SY-8100、大连依利特公司的5100、上海伍丰公司的LC100、上海仪电公司的LC210、浙江福立公司的LC1190等都是采用的高压恒流泵。

大连依利特公司的5100高压泵具有以下特点:

①集成化的输液系统,能够灵活实现等度、二元高压梯度、四元低压梯度洗脱;

②全新一体式凸轮设计,改进的凸轮曲线,确保流量准确性的同时,提高了流量的稳定性;

③新增凸轮定位与脉动阻尼功能,实现低流量的稳定输出;

④浮动式设计及全系标配的在线清洗装置,有效降低了柱塞杆的运行磨损,可以保证延长高压泵的使用寿命;

⑤全面提高了结构的密封性与加工精度,大大提高了设备的耐受压力;

⑥高灵敏度的压力变送器设计,并可通过W5100实时绘制系统压力曲线。

5100泵的性能指标如表2-2所示。

表2.2 5100 泵的性能指标

HPLC的高压泵最主要的性能技术指标有压力范围、压力波动、流量范围、流A稳定性(重复性)、流量准确度等。但是其中流量稳定性(重复性RSD、波动)最重要,它直接影响整个HPLC系统的稳定性。压力范围、流,范围等也将直接影响HPLC的适应性。

HPLC的高压泵技术目前发展很快。其主要发展趋势大致如下。

①高压泵产品的多元化。产品的生命力在于市场的需求。如今的市场需求正是要求产品有各自的特色或特点,做到与众不同;正是这一点,造就了泵产品的多元化趋势。它的多元性主要体现在泵输液流速不同及系统耐压的要求不同。

随着HPLC的高压恒流泵技术的不断成熟,已在分析仪器领域得到广泛应用。根据应用不同,需要配备不同流速的恒流泵,如被广泛应用于科研院所、研究单位、国家质检机构质谱仪所需要的纳流泵(10~1000nL/min)、微流泵(0.1~100uL/min),适用于实验室级传统分析型液相色谱所需的分析型泵(0.01~10mL/min),在生产制药领域广泛使用制备色谱所需要的大流量制备泵(>1000mL/min)等。

针对不同的仪器设备,对泵系统耐压有不同要求,如大流量中低压制备色谱,只需要泵系统耐压能够达到500psi,而针对超高压液相色谱(UPLC)却需要泵能够在18000psi条件下工作。

②设计水平提升与制造技术优化的有机结合。进入信息时代的今天,泵的设计人员早已经利用计算机技术来进行产品的开发设计、模拟仿真(如Pro/E,CAD、Fluent的利用),这大大提高了设计本身的速度,缩短了产品设计的周期。而在生产为主的制造当中,以数控技术CAM为代表的制造技术业已深入到泵的生产当中,从而大大提高泵核心部件的加工精度,提高了加工整体水平,从而进一步保证泵的质量。但从目前国内的情况看,数控技术CAM主要应用在批2产品的生产上。

由于市场要求生产厂商的货期尽可能缩短,尤其对于特殊产品(针对用户要求生产的产品)供货周期缩短,必然要求泵的生产企业加速利用CAM技术甚至是计算机集成制造系统(CIMS)、柔性制造(FMC和FMS)对从设计到制造模具、零件加工等各环节协调一致处理,保证一旦设计完成,产品零部件的加工也趋于同期完成,以确保缩短产品的生产周期。

与此同时,除利用计算机制图外还将在计算机这个载体上实现产品的强度分析、可靠性预估和三维立体设计,将原来需要在生产中发现和解决的工艺问题、局部结构问题及装配性问题等方面提至生产前进行防范,缩短产品的试制期。

③产品的标准化与模块化。在泵的产品出现多元化的同时,高压泵作为通用产品,总体总t很大。在市场中,除出现技术性竞争外,产品的价格竞争尤其是通用化产品的价格竟争是必然趋势。在产品出现多元化的趋势下,要实现产品价格的竟争优势,提高产品零部件的标准化程度,实现产品零部件的模块化是必须的。在众多零部件实现模块化后,通过不同模块的组合或改变个别零件的特性,以实现产品的多元化。同时,只有当零部件标准化程度提高后才有可能在基于产品的多元化基础上实际规模化的零部件生产,用以降低产品的生产成本和形成产品的价格竟争优势,也可以在产品多元化的基础上进一步缩短产品的交货周期。

④强化和完善机电一体化的设计。正如科学技术的发展一样,现阶段科技领域中交叉学科、边缘学科越来越丰富,跨学科的共同研究是十分普遍的事情,作为泵产品的技术发展亦是如此。以超高压恒流泵为例,保证泵的流,准备度,必须从电机控制开始,仅局限于泵本身是没有办法实现的,原因是当系统压力超过10000psi时,溶剂的可压缩性已经变为不可回避的问题。为了确保在不同流速、不同压力条件下,系统流量准确度,必须通过电机控制技术实现;提离泵的可靠性,必须在泵系统内加压力过载保护、漏液保护等措施;在不同压力范围内进一步减小泵压力波动,除设计一条完美凸轮曲线外,还须借助于控制技术的运用等。这些无一不说明要发展泵技术水平,必须从配套的电机、控制技术等方面同时.手,综合考虑,最大限度地提升机电一体化综合水平。

⑤新材料新工艺的加速、广泛利用。过去的十多年来,新材料和新工艺的运用是推动泵技术发展的一个主要的因素。泵用材料从铸铁到特种金属合金,从橡胶制品、陶瓷等典型非金属材料到工程塑料,在解决泵的耐腐蚀、耐磨损、耐高温等环境上都发挥了突出的作用。同时新工艺的运用,又更好地使新材料运用到泵的零部件乃至整个泵当中。如国外有些厂商已设计并推出了全部采用工程塑料制成的泵,比用一般金属材料生产的泵在强度上毫不逊色,在耐蚀、耐磨上更胜一筹。又如利用新的表面涂覆技术和表面处理技术,同样可解决泵的抗蚀和抗磨问题。新材料的进一步发展和新工艺的运用深入,在泵领域内的应用将更加广泛。

⑥采用电机闭环控制技术。随着自动控制技术的不断发展,闭环控制技术越来越多地应用到各个领域,该泵才有最先进的电机闭环控制技术。将动态采集系统压力,通过压力变化,实时修正电机转速,以使系统压力波动值达到最小,保证了系统输液稳定性。

目前,国内外几种HPLC的高压泵的主要性能技术指标如表2-3所示。

表2-3 国内外几种HPLC的高压泵的主要性能技术指标

这里特别值得提出的是,近几年来,国外HPLC的生产商在中国市场上宣传他们的HPLC仪器时,对各类高压泵的性能技术指标都不给出,往往只是文字上大吹大擂,什么“世界唯一”“世界首创”等,同时给出一张没有仪器条件、没有样品浓度的色谱图,表面上非常好看,其实是在误导那些不懂仪器学,不熟悉HPLC产品的广大使用者。因为如果采用很浓的样品、采用很大的量程的话,几乎所有的中国国产的HPLC都能作出那样“漂亮”的色谱图。广大使用者必须要知道,从仪器学来讲,任何仪器的性能指标都很重要,它决定整台仪器的适应性、可靠性等关键性能。所以,作者建议中国HPLC的广大读者千万不要上当。

相关链接:HPLC系统对高压泵的基本要求

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