使用全景

液相色谱柱使用全景图

从收货验收到报废判定,覆盖 HPLC 与 UPLC 柱、柱头、保护柱、接口螺钉与管路的通用问题。含 20 幅剖面图、爆炸图与立体示意图,重点说明接口规格、1/16″ 与 1/8″ 管路认知、PEEK 与不锈钢的适用边界,以及漏液点位判别。

第一部分 · 全景与硬件结构

液相色谱柱使用全景

一根色谱柱从到货到判废,会经过收货验收、安装连接、日常运行、停机保存四个常规阶段,以及漏液与性能异常两类非常规状态。使用中的多数问题并非出自填料本身,而是出自柱外的连接环节 —— 接头制式不匹配、探入深度不对、管路口径选错、卡套重复使用。本页把这些环节按时序展开,并对接口与管路部分给出剖面与爆炸示意。

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图 1 · 色谱柱全生命周期泳道图 横轴为时序,纵轴为责任泳道;红色节点为易发问题集中处 收货验收 安装连接 日常运行 停机保存 异常处置 到货 首次上机 批量运行 长期使用 判废 外观与密封塞 QC 报告核对 易发:储存液挥发 / 方向箭头未确认 / 接口制式与系统不符 选配接头 切管与装卡套 按流向装柱 系统平衡 易发:探入深度不匹配产生死体积 / 卡套重复使用致漏液 / 过力矩压溃 PEEK 螺纹 压力监控 pH / 温度边界 样品前处理 保护柱更换 系统适用性 易发:柱头颗粒物累积 / 缓冲盐析出 / 超出 pH 与柱温上限 / 保护柱超期未换 排盐冲洗 置换保存液 封堵两端 易发:反相柱以纯水长期存放 / 缓冲盐未排尽结晶 漏液 压力异常 峰形劣化 保留漂移 再生 / 反冲 判废与更换 泳道内红框为本页重点展开的问题集合;灰框为处置动作。

读法:纵向看,问题按责任环节归属;横向看,同一根柱子在不同阶段的关注点并不相同。收货阶段的确认成本较低,运行阶段的排查成本较高 —— 接口制式与流向箭头若在收货时确认,可避免后续多数连接类返工。

柱外因素占比较高峰形与保留异常中,相当一部分来自连接管路与接头,而非填料失效。排查时宜先做柱外确认。
卡套具有不可逆性不锈钢卡套一经压紧即与管材形变咬合,换到探入深度不同的接口上通常无法再次密封。
口径称谓易混淆1/16″ 与 1/8″ 指管材外径,与内径无关。内径决定柱外体积,外径决定接头选配。
材质各有适用边界PEEK 便于免工具操作但耐压与耐溶剂有限;不锈钢耐压高但对卤素与强酸敏感。

1 · 柱体与柱头解剖

分析型液相色谱柱由柱管、两端端接头(end fitting)、筛板(frit)、密封件与填料床构成。理解各部件的位置关系,是判断漏液点位与死体积来源的前提。

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图 2 · 分析柱纵向剖面 以 4.6 × 250 mm 不锈钢柱管为例,纵向剖开,流向自左向右 填料床(键合硅胶 / 聚合物基质) 流动相入口 至检测器 进口接头 入口筛板 出口筛板 出口接头 柱管(316L 不锈钢 / PEEK 衬里) 筛板孔径 通常取填料粒径的 1/3–1/2, 2 µm 筛板对应 5 µm 填料 柱压升高的常见首发部位 入口筛板截留颗粒物,压差先 于柱效下降出现 反向安装的后果 出口端床层较松,反向通液会 推动床面形成空隙

要点:柱管两端并不对称。装填时物料自入口端压入,靠近出口端的床层密实度相对较低。柱身箭头标示的是装填时的压实方向,按箭头通液可维持床层受压状态;反向通液则使床层受到松动方向的作用力。

1.1 各部件的功能与失效表现

部件功能常见失效外部可观察的表现
柱管承压容器,约束填料床内壁腐蚀、卤素点蚀基线金属离子干扰、峰拖尾加剧
入口筛板阻挡颗粒物,分配液流堵塞、局部结垢柱压逐步升高,柱效变化滞后
出口筛板保持填料不流失破损、填料穿漏检测器噪声上升、系统后段堵塞
端接头提供密封面与流道过渡密封面划伤、螺纹损伤接口渗液、拧紧后仍漏
填料床提供保留与选择性床层塌陷、空隙、化学降解峰分裂、双峰、保留时间前移

1.2 柱头端接头爆炸关系

端接头处的部件顺序,决定了连接是否密封、是否留有死体积。以下为常见的压紧式(compression)接口的爆炸关系。

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图 3 · 柱头端接头爆炸图 自左向右为装配顺序;下方为装配到位后的剖面 ① 管材 外径 1/16″ 或 1/8″ ② 螺母 10-32 UNF 等制式 提供轴向压紧力 ③ 卡套 受压后咬入管壁 形成不可逆形变 ④ 端接头本体 内含密封锥面与流道 ⑤ 筛板 ⑥ 柱管与填料床 装配到位后的剖面 管端与密封锥面的贴合处 此处若留有间隙,即形成死体积 管材端面需平齐并顶到底 卡套仅提供密封,不承担定位

要点:压紧式接口的密封由卡套与锥面共同完成,而管端定位由管材顶到接头底部实现。若在拧紧前未将管材推到底,卡套会在错误位置咬合,之后即便反复拧紧也难以消除该间隙。

卡套一经压紧即与管材产生塑性形变。将同一根带卡套的管材转接到探入深度不同的接口时,通常需要更换新卡套并重新切管,而非直接沿用。

2 · HPLC 柱与 UPLC 柱的差异

两者的分离机理相同,差异集中在粒径、承压等级与对柱外体积的敏感度。把 UPLC 柱装到 HPLC 系统上,往往因系统柱外展宽过大而无法体现其柱效优势。

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图 4 · HPLC 与 UPLC 柱的尺度对照 上排为柱几何比例,下排为填料粒径与柱外体积敏感度的相对关系 HPLC 柱 4.6 × 250 mm,5 µm 柱压 通常 < 40 MPa 流速 0.8–1.5 mL/min UPLC 柱 2.1 × 100 mm,1.7 µm 柱压 可达 100 MPa 以上 流速 0.2–0.6 mL/min 柱外体积容许量(相对示意) HPLC:柱体积较大,对柱外体积相对不敏感 UPLC 柱体积小一个量级,同样的接头间隙造成的展宽占比显著放大 HPLC 峰 UPLC 理想峰 UPLC 受柱外展宽 同一柱外体积对窄峰的相对影响远大于对宽峰的影响。

要点:UPLC 柱的柱体积约为常规 HPLC 柱的十分之一量级。系统连接管路内径与长度若沿用 HPLC 配置,柱外展宽会占用较大比例的峰宽预算,实测柱效低于柱本身的能力。

维度HPLC 柱UPLC / UHPLC 柱操作影响
填料粒径3–5 µm1.5–2.0 µm粒径减半,柱压约升至四倍
常用内径3.0 / 4.6 mm1.0 / 2.1 mm内径决定线速度与上样体积上限
承压等级一般 40 MPa 以内可达 100 MPa 以上接头与管路需匹配同等承压
入口筛板孔径约 2 µm约 0.2–0.5 µm孔径越小,对颗粒物越敏感
连接管内径0.17 mm(0.007″)常见0.10 mm(0.004″)或更细沿用粗管会造成明显展宽
样品前处理0.45 µm 滤膜0.22 µm 滤膜过滤等级不足会加速筛板堵塞

上表粒径与压力的对应关系依据 Darcy 定律的常规推论(柱压与粒径平方成反比);具体数值随柱长、流速与流动相黏度变化。

3 · 保护柱系统

保护柱以低成本的可更换单元承接颗粒物与强吸附组分,延缓分析柱入口筛板与床层前端的劣化。三种常见形式在死体积与更换成本上各有取舍。

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图 5 · 保护柱三种形式的装配关系 流向自左向右;虚线框为可更换单元 A · 在线过滤器(frit filter) 分析柱 死体积增量最小 仅拦截颗粒物,无化学保留 B · 保护柱芯 + 可复用柱套(cartridge) 分析柱 柱芯单价低,更换频次高时较经济 柱套与柱芯需同一供应体系配套 C · 一体式保护柱(guard column) 整支更换 分析柱 两处接口,死体积增量相对较大 安装简便,适合方法开发阶段 保护柱填料应与分析柱同相化学,否则会引入额外的选择性差异。

选用倾向:基质相对干净、以柱效为先的分析,选 A;日常大批量样品、更换频繁,选 B;方法尚在调整、需灵活拆装,选 C。三者都会引入柱外体积,UPLC 条件下宜优先考虑 A 或低死体积型 B。

更换判据以柱压增幅为主要指标。相对初始值上升约 20% 时安排更换,可在柱效下降前介入。
相化学匹配保护柱应与分析柱同为 C18 或同类键合相,避免在柱前引入不同的保留行为。
不宜替代前处理保护柱承接的是残余颗粒物。样品过滤与离心仍需在进样前完成。
记录更换时点保护柱更换会使保留时间产生小幅位移,记录时点有助于区分方法漂移与硬件变化。
第二部分 · 接口、螺纹与管路

1/16″ 与 1/8″ 的确切含义

液相系统中常说的「1/16 管」「1/8 管」指的是管材外径,用于确定接头与卡套的选配;管材内径另行标注,决定管内体积与柱外展宽。两个参数彼此独立,同一外径下有多种内径可选。混淆两者是订购与连接环节中较常见的偏差来源。

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图 6 · 管材外径与内径的关系(立体与端面) 左:1/16″ 外径管的三种内径;右:1/8″ 外径管;比例为示意放大 外径 1/16″ = 1.59 mm 管长决定管内体积,与内径共同作用 同一 1/16″ 外径下的常见内径(端面剖视) 0.10 mm(0.004″) UHPLC 柱前连接 0.17 mm(0.007″) 常规 HPLC 柱前 0.50 mm(0.020″) 废液与低压段 外径 1/8″ = 3.18 mm 常见内径 1.0 / 1.6 / 2.0 mm 1/8″ 外径,内径 1.6 mm 用于制备液相、泵入口、 溶剂输送与大流量废液段 不用于分析柱柱前连接 端面圆为示意放大,未按同一比例绘制;实际选型以供应商标称尺寸为准。

要点:外径决定「装得上」,内径决定「跑得好」。订购时两者需同时给出,例如「1/16″ 外径 × 0.17 mm 内径 PEEK 管」。仅说「1/16 管」不足以确定所需规格。

4.1 管内体积的量级

柱前与柱后管路的体积直接叠加到峰宽预算上。以下为常见内径下每 10 cm 管长的体积,可用于估算连接方案的体积代价。

内径英制每 10 cm 体积典型用途说明
0.064 mm0.0025″约 0.3 µLUHPLC 柱前易堵,需 0.22 µm 过滤
0.10 mm0.004″约 0.8 µLUPLC 柱前2.1 mm 内径柱的常用配置
0.13 mm0.005″约 1.3 µLUPLC / 窄径 HPLC兼顾压降与展宽
0.17 mm0.007″约 2.3 µL常规 HPLC 柱前4.6 mm 内径柱的常用配置
0.25 mm0.010″约 4.9 µL柱后至检测器低压段,展宽影响需评估
0.50 mm0.020″约 19.6 µL废液、泵到进样阀不用于柱前后关键流路
1.6 mm1/16″ 内径约 201 µL制备液相、溶剂输送常配 1/8″ 外径管材

体积按圆管几何式 V = π(d/2)²L 计算,取标称内径,未计入接头内部流道体积。实测值受管材公差影响。

估算方法:把柱前柱后管路体积之和控制在柱体积的适当比例以内可减少展宽影响。以 2.1 × 50 mm 柱(柱体积约 173 µL,孔隙率按 0.65 计)为例,若柱前用 0.17 mm 内径管 30 cm,仅此一段即约 6.8 µL;换为 0.10 mm 内径可降至约 2.4 µL。

5 · 螺纹制式与接头几何

液相接头的螺纹制式并非全球统一。同为 1/16″ 管路,柱端、进样阀端与检测器端可能采用不同螺纹与不同锥面深度。选错制式时,螺纹或者拧不进,或者能拧进但密封面不贴合而渗液。

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图 7 · 常见螺纹制式的接头剖面对照 剖面示意,比例经放大;螺纹牙型仅示意,不作加工依据 10-32 UNF 液相分析常用,配 1/16″ 管 螺距 32 牙/英寸 大径 4.83 mm 1/4-28 UNF 低压端与制备,配 1/16″ 或 1/8″ 螺距 28 牙/英寸 大径 6.35 mm 6-40 UNF 微型化接口,部分 UHPLC 采用 螺距 40 牙/英寸 大径 3.50 mm M6 × 1(公制) 部分欧系与国产制备系统采用 螺距 1.0 mm 大径 6.00 mm 制式相近但不通用的两组 10-32 UNF 与 M5 × 0.8:大径接近,起始几牙可强行旋入,随后损伤内螺纹,且密封锥面无法贴合。 1/4-28 UNF 与 M6 × 1:外观与手感接近,混装后表现为拧到底仍持续渗液。旋入时若前两牙手感发涩,应停止并核对制式。

处置建议:为每台仪器建立接口清单,记录进样阀出口、柱前、柱后、检测器入口各自的螺纹制式与锥面深度。更换柱品牌时先核对清单,再决定是否需要转接件。

5.1 卡套的压紧机理

卡套(ferrule)在拧紧过程中受锥面挤压产生径向收缩,咬入管壁形成密封带。该形变为塑性形变,卸下后不会回弹。

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图 8 · 卡套压紧前后剖面对比 上:未拧紧;下:拧紧到位后 拧紧前 卡套外锥面与接头锥面之间存在间隙 管端未顶到底,前端留有空腔 拧紧后 卡套径向收缩,咬入管壁形成密封带 管端顶到接头底部,流道连续无空腔 该形变不可逆。卸下后卡套在管材上的轴向位置已固定,决定了此后可用的探入深度。

操作顺序:先将管材推到接头底部并保持轴向压力,再旋入螺母至手紧,最后按规定圈数或力矩拧紧。若顺序颠倒,卡套会在管材未到底的位置咬合,形成图中上半部分的空腔。

卡套材质可重复使用耐压参考适用注意
不锈钢否(位置已固定)高压柱前、UHPLC换接口通常需换新卡套并重切管
PEEK 一体式有限次中(约 34 MPa 以内)常规 HPLC、生物样品反复拆装后密封力下降
PEEK 两件式需频繁拆装的场合装配方向不可颠倒
指拧型免工具中低方法开发、临时连接过力矩会压溃螺纹

耐压参考值为常见产品的标称区间,具体以所用产品的技术资料为准。

6 · 探入深度差异与死体积

不同品牌的接头,其密封锥面到流道底部的距离(探入深度,stub length)并不一致。同一根已压好卡套的管材换到另一制式的接口上,会出现管端顶不到底或顶得过深两种情形。

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图 9 · 三种探入深度状态的剖面 流向自左向右,红色区域为形成的死体积 A · 探入深度匹配 管端与流道齐平,无滞留区 峰形对称,理论塔板数达到标称值 B · 管端未到底(卡套位置偏后) 滞留腔 流路截面突扩,形成涡流与滞留 表现为峰拖尾、塔板数下降、梯度重现性变差 C · 管端顶入过深(挤压密封面) 卡套无法贴合锥面,密封不成立 表现为拧到底仍渗液,或损伤接头密封面

判别方法:拆下连接后观察管端。若管端露出卡套前端的长度与接头标称探入深度不符,即为状态 B 或 C。跨品牌连接前建议使用通用型可调节接头,或按目标接口重新切管并压装新卡套。

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图 10 · 死体积对色谱峰的影响路径 左:流场示意;右:对应峰形 流道连续 对称峰 存在滞留腔 部分溶质滞留后延迟汇入 拖尾峰 影响程度与柱体积相关 同样 2 µL 的滞留腔: 4.6 × 250 mm 柱(柱体积约 2.7 mL) 占比很小,峰形变化不易察觉 2.1 × 50 mm 柱(柱体积约 0.17 mL) 占比上升约一个量级,拖尾可见 柱体积按孔隙率 0.65 估算

排查次序:出现拖尾时,先在不接柱的情况下用零死体积接头短接柱位并进样,观察系统本身的峰形。若短接后峰形正常而接柱后拖尾,问题定位在柱或柱两端接口;若短接后仍拖尾,问题在系统流路。

7 · PEEK 与不锈钢管路的选用差别

两类管材在耐压、耐溶剂、生物兼容性与操作便利性上各有边界,通常按流路段位与样品性质分别选用,而非全系统统一。

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图 11 · PEEK 与不锈钢管路的适用边界 上:管材外观与端面;下:六个维度的相对表现 PEEK 管 可徒手切割,指拧接头即可密封 无金属离子溶出,适合生物样品 316L 不锈钢管 需专用切管器,端面平整度要求高 承压高,适合 UHPLC 柱前 耐压上限 PEEK 约 34 MPa(随内径与温度下降) 不锈钢 100 MPa 以上 耐溶剂谱 多数常用溶剂可用;四氢呋喃、二氯甲烷、二甲亚砜、浓硝酸不宜 有机溶剂普遍可用;卤素离子与强酸易点蚀 生物兼容 无金属表面,蛋白与磷酸化合物吸附较低 金属表面可与螯合性分析物作用 操作便利 徒手切割、指拧安装、可重复调整 需切管器与扭矩控制 条长为相对示意,非线性比例;耐压数值随管内径、壁厚与工作温度变化,以产品资料为准。

常见配置:柱前高压段用不锈钢或加强型 PEEK(PEEKsil、内衬熔融石英);柱后至检测器可用 PEEK;生物样品与磷酸化合物分析倾向全流路 PEEK 或惰性表面处理管路;含卤素流动相时避免长期停留在不锈钢管内。

PEEK 在四氢呋喃、二氯甲烷、二甲亚砜中会发生溶胀,表现为内径变化与接头处渗液;在浓硝酸、浓硫酸中会降解。使用上述溶剂的方法宜选用不锈钢或加强型管材。

7.1 管材切割端面的影响

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图 12 · 管材端面质量对比 端面垂直度与毛刺直接影响密封与流场 合格端面 垂直于轴线,无毛刺 与锥面全周贴合 斜切端面 单侧先接触,密封不均匀 表现为间歇性渗液 带毛刺端面 毛刺伸入流道,扰动流场 可能脱落进入柱头 处置 不锈钢管使用专用切管器并去毛刺;PEEK 管使用锋利刀片一次垂直切断,避免反复拉锯造成端面挤压变形。切割后目视检查端面,必要时以放大镜确认。

要点:端面质量问题在低压下常不表现,升压或梯度过程中才出现间歇性渗液,容易被误判为接头或柱的问题。更换接头前先检查端面,可减少无效排查。

第三部分 · 收货、安装、运行与保存

8 · 收货与验收

收货环节的确认成本较低,遗漏的代价则在后续环节放大。新柱到货后,在拆封前后各有一组需要确认的项目。接口制式与流向箭头若在此时核对,可避免安装阶段的返工。

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图 13 · 新柱验收检查点 柱体标识与随箱文件的对应关系 HPLCONE C18 5 µm 4.6 × 250 mm S/N 2026-0731-08 储存液:乙腈 / 水 (65:35) 流向 ① 端塞 ② 型号 / 规格 / 批号 ③ 流向箭头 ④ 接口螺纹制式 ⑤ 柱管外观与标识清晰度 随箱 QC 报告的读取项 · 理论塔板数 N 与测试条件 · 不对称因子 As 或拖尾因子 T · 测试用探针化合物与流动相 · 测试流速与柱温 · 柱压参考值 · 批号与出厂日期 首次上机复测时需复现报告所列 条件,否则数据不具可比性 拆封前后的确认次序 外包装完好性 端塞是否在位 标签与订单核对 接口制式核对 首次上机复测

要点:端塞脱落是运输环节较常见的问题。端塞缺失时储存液会挥发,床层局部干涸后再通液可能形成空隙。到货即发现端塞脱落或柱管有明显液体渗出痕迹的,宜在上机前联系供应方确认处置方式。

检查项合格状态异常表现处置
外包装无挤压、无液渍包装变形、内衬潮湿拍照留存,联系供应方
端塞两端均在位且拧紧脱落、松动上机前告知供应方,勿直接通液
柱管外观无凹陷、无划痕柱管变形不上机,走退换流程
标签信息与订单一致相型、粒径、尺寸不符核对订单,暂缓使用
接口制式与现有系统一致螺纹或探入深度不同准备对应接头或转接件
QC 报告批号与柱身一致批号不符、缺页索取对应批次报告
首次复测N 与 As 接近报告值偏差明显先排查系统柱外因素,再判定柱
首次复测的偏差不宜直接归因于柱。测试条件、系统柱外体积、检测器时间常数与数据采集频率都会影响实测塔板数。建议以同一系统上一支已知良好的柱作为参照。

9 · 安装与连接

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图 14 · 安装步骤与风险点 六步流程,下方标注各步的常见偏差 ① 核对流向 柱身箭头朝检测器 ② 选配接头 制式与探入深度 ③ 切管去毛刺 端面垂直 ④ 顶到底再拧 保持轴向压力 ⑤ 低流速试漏 0.2 mL/min 起 ⑥ 平衡至基线稳 10–20 倍柱体积 反向安装使床层 受松动方向作用 沿用旧卡套接到 异制式接口 斜切或毛刺造成 间歇性渗液 先拧后顶形成 柱前死体积 直接高流速冲击 床层 平衡不足即进样 保留时间前几针漂移 拧紧力度的把握 不锈钢卡套:手紧到位后,按供应商标称圈数再拧(常见为 1/2 至 3/4 圈)。首次压装后卡套位置固定,后续重装只需手紧加约 1/8 圈。 PEEK 指拧接头:以手指力量拧紧即可。若仍渗液,先卸下检查端面与探入深度,而非继续加力 —— 继续加力会压溃螺纹并使接头报废。 过力矩的表现:螺纹旋入手感突然变轻、拧到底仍渗液、卸下后见螺纹变形或卡套被挤出裂纹。出现上述任一项时更换接头与卡套。

试漏方法:连接完成后以 0.2 mL/min 起始通液,用无尘纸沿接口一周轻拭,观察是否留有湿痕。逐步升至工作流速,在压力升高过程中重复检查。低流速不漏而高流速漏,通常指向端面质量或卡套压紧不足。

10 · 日常使用的边界条件

柱的寿命主要由化学条件与颗粒物负荷决定。以下四组边界在多数键合硅胶柱上适用,具体数值以所用产品的技术资料为准。

边界常规键合硅胶耐碱型键合相聚合物基质越界后的表现
pH 范围2.0–8.01.5–12.01–14低 pH 键合相水解、高 pH 硅胶骨架溶解
柱温上限约 60 °C约 80 °C约 80 °C高温加速水解,寿命明显缩短
压力上限按柱标称按柱标称常低于硅胶柱床层压实或筛板变形
纯水条件高水相下 C18 链可能塌陷同左不受影响保留时间骤降,需再平衡恢复

pH 与温度的组合作用强于单一因素。在 pH 上限附近同时使用较高柱温时,寿命下降幅度大于两者单独作用之和(本页推断,未检索到统一的定量模型)。

10.1 缓冲盐的使用与切换

  • 配制后过 0.45 µm(UPLC 用 0.22 µm)滤膜,避免不溶物进入系统。
  • 盐浓度与有机相比例需同时考虑溶解度。乙腈比例升高时磷酸盐溶解度下降,易在混合点析出。
  • 由含盐流动相切换到高比例有机相前,先以 5%–10% 有机相的水溶液冲洗约 10 min,再逐步提高有机相比例。
  • 停机保存前排尽缓冲盐,避免结晶堵塞筛板或腐蚀不锈钢流路。

10.2 样品前处理

过滤等级HPLC 用 0.45 µm,UPLC 用 0.22 µm。滤膜材质需与样品溶剂兼容。
溶剂强度匹配进样溶剂强度高于流动相起始条件时,前端峰会展宽或分裂。宜以起始流动相溶样。
基质去除血清、发酵液等基质建议先做固相萃取或蛋白沉淀,仅靠保护柱不足以承接。
进样体积体积过大会造成柱头超载与峰展宽。窄径柱的可接受进样体积按内径平方比例缩减。

11 · 保存与养护

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图 15 · 停机保存流程 按相型分支;虚线为含缓冲盐时的附加步骤 运行结束 降至低流速 若用过缓冲盐 5–10% 有机相水溶液 冲洗约 10 min 排盐 升至 50% 有机相 过渡,避免骤变 反相柱(C18 / C8 / 苯基) 纯乙腈或纯甲醇 HILIC 柱 90% 乙腈 / 水 SEC / GPC 柱 按填料指定储存液 离子交换柱 含防腐剂的稀盐溶液 封堵两端 室温避光 不宜采用的保存方式 反相柱以纯水长期存放(易滋生微生物并使 C18 链塌陷);含缓冲盐状态下直接封存;柱内溶液处于冰点以下的环境中存放。

时长参考:数日内的短期停机,保持在末次运行的有机相条件下封堵即可;超过一周的停机,按上图置换为对应保存液。长期存放期间无需定期通液。

相型短期(数日)长期(一周以上)禁忌
C18 / C8 / 苯基末次流动相(已排盐)纯乙腈或纯甲醇纯水长期存放
C18 亲水型 / 极性嵌入末次流动相乙腈 / 水 (65:35) 或按说明强碱性溶液
HILIC末次流动相90% 乙腈 / 水高比例水相
硅胶正相正己烷 / 异丙醇正己烷含水溶剂
离子交换末次缓冲液含防腐剂稀盐溶液无防腐剂的水溶液
SEC / GPC末次流动相按填料指定更换溶剂体系不做过渡

11.1 再生与反冲

柱压升高且更换保护柱后未恢复时,可尝试再生。反冲(反向通液)能推出入口筛板截留的颗粒物,但会使床层受到松动方向的作用力。

  • 反冲前断开柱与检测器的连接,将出液导入废液,避免颗粒物进入检测池。
  • 反冲流速取正常流速的一半以下,时间控制在 10 min 量级。
  • 反冲后按正向重新平衡,并复测塔板数与不对称因子,确认床层未受影响。
  • 部分供应商的柱不建议反冲。执行前查阅所用产品的技术资料。
强溶剂冲洗次序(反相柱):水 → 甲醇 → 异丙醇 → 二氯甲烷 → 异丙醇 → 甲醇 → 水,每步 10–20 倍柱体积。含二氯甲烷的步骤需确认管路材质兼容(PEEK 管不适用)。
第四部分 · 漏液、故障排查与速查

12 · 漏液专题

漏液是液相系统中反馈较直接、成因却较分散的一类问题。同样是接口处见湿,可能来自卡套压紧不足、端面斜切、探入深度不符、密封面划伤,也可能来自上游部件而沿管路流至此处。按点位逐一排除,比反复拧紧更有效。

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图 16 · 系统漏液点位全景 自左向右为流路顺序;圆点为常见渗漏点位 柱塞密封 进样阀 定量环接口 保护柱 分析柱 检测器 流通池 1 2 3 4 5 6 7 8 点位与首查项 1 · 泵出口接头 —— 高压段,卡套与端面 2 · 进样阀入口 —— 制式常与泵端不同 3 · 进样阀出口 —— 阀体转子密封老化亦在此表现 4 · 保护柱入口 —— 拆装频繁,卡套疲劳 5 · 分析柱入口 —— 压力较高,漏液概率较大 6 · 分析柱出口 —— 低压,多为端面或探入深度问题 7 · 检测器入口 —— 过力矩易压裂流通池接口 8 · 泵头柱塞密封 —— 表现为泵头下方渗液,非接口问题 定位方法 液体受重力沿管路下行,实际渗出位置可能低于漏源。擦干各处接口后自上游向下游逐段升压观察,可确定首个复现湿痕的点位。

次序建议:先擦干并记录初始状态,再以工作流速运行 5–10 min,逐点复查。若 5 号点位见湿而 4 号干燥,问题落在分析柱入口连接;若 4、5 均见湿,优先怀疑上游沿管路流下。

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图 17 · 漏液痕迹的三种形态与含义 痕迹形态可指示漏液的持续时间与流动相组成 湿痕(液滴) 正在渗漏,且流动相含水或 挥发较慢。擦干后短时复现。 白色结晶 缓冲盐流动相长期微漏,溶剂 挥发后留下盐。渗漏已持续较久。 干涸印迹 曾经渗漏,当前未必仍在渗。 擦净后重新观察以确认。 结晶痕迹的附加处置 见到盐结晶时,除处理渗漏点外,还需检查该处及下游是否已发生盐堆积,并对不锈钢部件评估点蚀风险。清理时以水湿润后擦除,避免干刮划伤密封面。

要点:纯有机流动相渗漏挥发快,可能不留明显痕迹,仅表现为压力偏低或基线不稳。此类情形需借助升压试验与流量校核判断。

现象可能成因处置次序
手紧即漏,加力后止漏拧紧不足按规定圈数拧紧;若需明显超出常规力度才止漏,检查端面
拧到底仍持续渗液制式不符 / 探入深度不符 / 密封面划伤卸下核对螺纹与探入深度;检查接头锥面
低流速不漏,升压后漏端面斜切 / 卡套压紧不足重切管去毛刺,换新卡套重装
间歇性渗液端面不平 / 温度波动致材料形变检查端面;PEEK 件在柱温箱内注意热形变
反复拧紧后螺纹打滑过力矩损伤更换接头与卡套,不再复用
接口干燥但压力偏低上游渗漏 / 泵密封失效断开柱做流量校核,逐段定位

13 · 压力与峰形异常排查

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图 18 · 柱压异常决策树 先区分升高、降低与波动三类,再按分支定位 柱压偏离基准值 升高 降低 波动 先换保护柱柱芯 → 压力恢复? 是:前处理不足 否:继续 断开柱,仅通系统 → 压力正常? 是:柱头堵塞 否:系统堵塞 处置:强溶剂正冲 → 仍高则反冲 → 仍高则更换入口筛板或判废 检查各接口与泵头是否渗漏 有:按图 16 定位 无:继续 泵内是否有气泡 / 单向阀是否正常 床层是否塌陷(伴随峰分裂) 处置:排气、检修单向阀;床层 塌陷通常不可逆,安排更换 波动是否与泵冲程同频 是:泵或阻尼器 否:继续 流动相是否脱气、混合是否稳定 柱温是否稳定、是否有间歇渗漏 处置:在线脱气、检查单向阀与 柱温箱;复查接口密封

基准值的建立:新柱首次平衡后,在标准条件(固定流速、柱温、流动相组成)下记录柱压,作为该柱的基准。此后的判断以相对基准的变化幅度为准,而非压力读数本身 —— 不同系统的管路配置会带来数 MPa 的差异。

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图 19 · 峰形异常图谱与首查方向 六种典型峰形;虚线为参照的对称峰 对称峰(参照) As 约 0.9–1.2 拖尾 柱前死体积 / 硅醇作用 / 柱头污染 前伸 柱头超载 / 进样溶剂 强度过高 分裂 / 双峰 床层空隙 / 筛板局部堵塞 (各峰均分裂时) 整体展宽 柱外体积过大 / 柱效衰减 鬼峰 鬼峰 / 残留峰 前一针残留 / 流动相杂质 / 进样针污染 区分柱内与柱外的通用做法 各峰(含不保留组分)同等程度异常 → 指向柱外或床层整体问题。 仅部分峰异常且与化合物性质相关(如碱性化合物拖尾)→ 指向柱内化学作用。

使用方式:先看不保留组分(死时间标记)的峰形。该峰不经历保留过程,其展宽与拖尾主要来自柱外体积与流路几何,可用于分离柱内与柱外因素。

14 · 一页速查

14.1 接口与管路

项目要点
1/16″ 含义管材外径 1.59 mm,与内径无关;订购需同时给出内径
1/8″ 含义管材外径 3.18 mm,多用于制备、泵入口与废液
柱前内径选择4.6 mm 柱配 0.17 mm;2.1 mm 柱配 0.10 mm 或更细
常见螺纹10-32 UNF(分析主流)、1/4-28 UNF(低压/制备)、6-40(微型)、M6×1(部分欧系)
易混制式10-32 UNF 与 M5×0.8;1/4-28 UNF 与 M6×1
卡套复用不锈钢卡套压紧后位置固定,换异制式接口需换新卡套并重切管
装配顺序管材顶到底 → 保持轴向压力 → 手紧 → 按规定圈数拧紧
PEEK 禁用溶剂四氢呋喃、二氯甲烷、二甲亚砜、浓硝酸、浓硫酸
不锈钢注意卤素离子与强酸易致点蚀;螯合性分析物可能与金属表面作用

14.2 异常与首查项

现象首查次查末查
柱压升高更换保护柱柱芯断开柱测系统压力强溶剂冲洗 / 反冲
柱压降低各接口渗漏泵气泡与单向阀床层塌陷(伴峰分裂)
柱压波动是否与泵冲程同频流动相脱气柱温稳定性
峰拖尾柱前接口探入深度柱头污染流动相 pH 与硅醇作用
峰前伸进样溶剂强度进样量柱头超载
峰分裂是否各峰均分裂入口筛板局部堵塞床层空隙
整体展宽死时间峰的峰形连接管内径与长度柱效衰减
保留时间漂移柱温稳定性流动相配制一致性平衡是否充分
接口渗液螺纹制式与探入深度管材端面质量密封面损伤
基线噪声上升流通池是否有气泡流动相杂质出口筛板破损致填料流失

14.3 保存液

相型长期保存液禁忌
C18 / C8 / 苯基纯乙腈或纯甲醇纯水长期存放
HILIC90% 乙腈 / 水高比例水相
硅胶正相正己烷含水溶剂
离子交换含防腐剂的稀盐溶液无防腐剂的水溶液
SEC / GPC按填料指定储存液不做过渡直接换溶剂体系

14.4 问题归属矩阵

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图 20 · 部位 × 阶段 的问题归属矩阵 横轴为使用阶段,纵轴为硬件部位;格内为该组合下的主要问题 收货验收 安装连接 日常运行 停机保存 异常处置 管路与卡套 接头与螺纹 柱头与筛板 填料床 保护柱 核对内径与外径确认材质兼容性 端面斜切 / 毛刺卡套跨制式复用 PEEK 溶胀不锈钢点蚀 通常无需处置 漏液点位排查(图 16) 核对螺纹制式核对探入深度 制式混装过力矩损伤螺纹 密封渐失致渗液 拆卸后妥善存放 更换接头与卡套 端塞是否在位 先拧后顶形成柱前死体积 颗粒物累积缓冲盐结晶 未排盐即封存 强溶剂冲洗 / 反冲更换入口筛板 QC 报告复测 反向安装高流速直接冲击 超 pH / 柱温上限高水相致链塌陷 纯水长期存放 床层塌陷多不可逆按判废流程处理 相化学是否匹配 两处接口带来额外柱外体积 超期未换 与分析柱同法保存 压力升幅约 20%时更换柱芯 红底为问题较集中的组合,橙底为需要留意的组合。

读法:安装连接列的红格数量较多,与图 1 的判断一致 —— 连接环节是通用问题的集中区。收货列多为确认动作,成本低而收益高。

15 · 高频问答

以下问答整合自技术支持的常见咨询,按选型、使用、寿命、流动相四类归置。更简短的速查版本见常见问题 FAQ

选型

C18A 为通用型,保留与负载较高,适用于多数反相应用;C18C 的 pH 适用范围较宽(约 1.5–12),适合条件较苛刻的流动相或小肽分离;C18D 面向亲水性化合物,在高水相条件下保留较稳定,可直接用于 LC-MS 而无需离子对试剂。选型时先确定样品极性与流动相 pH,再定型号。
以下情况建议配置:① 样品基质复杂(血清、尿液、食品提取物);② 每日进样超过 20 针;③ 样品可能含颗粒物。保护柱可延缓分析柱入口筛板与床层前端的劣化,柱芯更换成本远低于更换分析柱。具体延寿倍数随基质与前处理水平变化。
基础填料相同,粒径不同。分析柱常用 3 µm 或 5 µm,制备柱常用 10 µm 或 20 µm。粒径较大时背压较低,适合大流量制备;粒径较小时柱效较高,适合精细分析。选型按目标取舍 —— 以分辨率为先或以处理量为先。
在压力允许的前提下可以安装,但实测柱效通常低于该柱的标称能力。UPLC 柱柱体积约为常规 HPLC 柱的十分之一量级,HPLC 系统的连接管内径、检测池体积与数据采集频率会带来相对较大的柱外展宽。若需发挥其柱效,宜同步更换细内径连接管并提高采集频率。详见第 2 节

使用与操作

建议以 10–20 倍柱体积的流动相平衡后再进样。若柱以甲醇储存,切换到水相时宜先经 50% 甲醇/水 过渡至纯水,避免直接以高水相冲洗导致 C18 链塌陷(亲水型 C18 与极性嵌入相可直接用纯水)。
有。柱身箭头标示装填时的压实方向,应按箭头方向通液。反向通液会使床层受到松动方向的作用力,可能形成空隙并造成柱效下降与峰形变宽,且通常不可恢复。安装前确认箭头朝向检测器一侧。
不宜以继续加力应对。按此次序检查:① 螺纹制式是否匹配(旋入前两牙手感发涩即停);② 管材是否顶到接头底部;③ 卡套是否为其它制式接口压装过;④ 管材端面是否垂直、有无毛刺;⑤ 接头密封锥面是否有划伤。多数持续渗液源自 ② 与 ③。详见第 6 节
需要。磷酸盐、醋酸铵等若留在柱与管路中,可能结晶堵塞筛板或造成不锈钢部件腐蚀。次序为:① 以 5%–10% 有机相的水溶液冲洗约 10 min;② 提高有机相比例至 50%;③ 以纯甲醇或乙腈置换保存。

性能与寿命

常规使用条件下,分析柱可承受约 2,000–5,000 针进样(本页推断,随基质与条件差异较大)。影响较大的因素依次为:样品前处理是否充分、流动相 pH 与柱温是否在适用范围内、是否配置保护柱、每次运行后是否正确冲洗。以柱压相对基准的升幅与塔板数变化作为跟踪指标,比按针数判断更可靠。
常见成因:① 柱头累积颗粒物;② 缓冲盐结晶;③ 蛋白或脂质在柱头沉积;④ 流动相中有气泡。处置次序:先更换保护柱柱芯;断开柱确认系统本身压力是否正常;以强溶剂正向冲洗;仍未恢复时考虑反冲或更换入口筛板。决策路径见第 13 节
按此次序核查:① 柱温是否稳定(温度每变化 1 °C,保留时间变化约 1%–2%);② 流动相配制是否一致(有机相比例、pH、配制方式);③ 柱是否充分平衡(至少 10 倍柱体积);④ 流速是否准确(泵校准);⑤ 柱压是否处于基准范围。
先观察不保留组分的峰形。该峰不经历保留过程,其展宽与拖尾主要来自柱外体积与流路几何。若该峰同样异常,问题多在柱外;若仅保留组分异常且与化合物性质相关,问题多在柱内。也可用零死体积接头短接柱位后进样,对比系统本身的峰形。

流动相与管路

① 不使用磷酸盐、硼酸盐等非挥发性缓冲盐;② 可选甲酸(0.1%)、乙酸(0.1%)、甲酸铵、醋酸铵;③ 有机相多用乙腈(离子化效率较好)或甲醇;④ 选用无需离子对试剂的柱(亲水型 C18、HILIC);⑤ 流速常取 0.2–0.4 mL/min 以减少离子抑制。
不建议。磷酸盐用于 UV 检测的背景较低,但与 MS 不兼容;醋酸铵兼容 MS 但 UV 背景略高。若同一方法需兼容 UV 与 MS,可选醋酸铵或甲酸铵,配合无需离子对试剂的柱。不同批次流动相不宜混合使用,以免因比例差异造成保留时间漂移。
按流路段位与样品性质分别选用。柱前高压段用不锈钢或加强型 PEEK;柱后至检测器可用 PEEK;生物样品与磷酸化合物分析倾向全流路 PEEK 或惰性表面处理管路。PEEK 在四氢呋喃、二氯甲烷、二甲亚砜中会溶胀,在浓硝酸、浓硫酸中会降解;不锈钢在含卤素或强酸条件下存在点蚀风险。对照见第 7 节
两者指管材外径,分别为 1.59 mm 与 3.18 mm,用于确定接头与卡套的选配。内径另行标注,决定管内体积与柱外展宽。分析型液相的柱前后连接多用 1/16″ 外径管,内径按柱内径选取;1/8″ 外径管多用于制备液相、泵入口与废液段。订购时需同时给出外径与内径。详见第 4 节
以上未覆盖的情形,可将柱型号、批号、系统配置、流动相组成与故障现象一并发送至技术团队,或通过在线询价页提交。