安捷伦高效液相色谱仪和压力相关的故障诊断方法

王建纲

【摘 要】系统压力是考量液相色谱仪正常运行的最重要指标，仪器操作人员需要结合理论和实践，掌握压力故障的表现形式、分析思路和排除方法，快速准确的解决各种压力异常问题，使日常分析工作更为有效可靠。本文基于仪器硬件故障导致的压力问题的分析，总结安捷伦液相色谱仪压力相关问题的诊断方法。

【关键词】液相色谱仪；系统压力；异常；诊断

【中图分类号】o657.7+2 【文献标识码】A 【文章编号】1004-7484（2014）03-01130-02

【Abstract】The system pressure is considered most important index of liquid chromatograph. Instrument operator needs to combine the theory and practice, master pressure fault forms, analysis and elimination methods, to solve all kinds of abnormal pressure problems more quickly and accurately and make the daily analysis work is more effective and reliable. Based on the analysis of pressure problem caused by the hardware of instrument, this article summarize the diagnostic methods of agilents HPLC.

【Keyword】liquid chromatograph; system pressure; abnormal; diagnosis

高效液相色谱是目前应用最多的色谱分析方法，几乎遍及定量定性分析的各个领域。作为液相色谱仪的使用人员，不仅要熟练掌握操作技能，也要了解仪器的结构原理，并具备基本的故障诊断能力，这样才能在仪器发生故障时及时维修，或帮助不在现场的厂家工程师进行判断，缩短维修的周期。

1 压力问题是液相色谱仪最常见的故障表现形式

一个最基本的液相色谱系统由输液泵、进样器、色谱柱、检测器和数据处理软件（或记录仪）组成，各品牌的液相色谱仪在外观上或有很大的不同，但只要遵循流动相流路这条线索，就能理清各个模块的功能和关系。在对本公司多台安捷伦1100、1200、1260系列液相色谱仪超过10年的使用、维修实践中，通过对165次的维修记录进行统计回顾，发现压力问题是液相色谱仪最常见的故障表现形式，占到所有故障的68%左右，18%为色谱峰问题（其中一部分也和压力有关），其余16%为机械或电气故障。所以，对压力问题排查的是液相故障诊断的关键。

2 有关压力的故障的诊断思路

在112次有关压力的故障中，按发生的频率从高到低分为三类：压力波动异常62次（55%）、压力偏高29次（26%）、压力偏低21次（19%）。

对于气、液体流路，“堵”几乎是压力偏高的唯一的原因，而一部分压力偏低的根源也来自于堵（一些连接件因承受不了压力而泄露），因此“治堵”是解决压力问题的主要手段。

3 压力偏高的诊断步骤

液相色谱仪的管路很细，常规液相管线（绿色标签）内径为0.17mm，超高压液相的管线（红色标签）内径只有0.12mm，如果不注意流动相和样品的过滤，容易导致流路中各个部分发生堵塞导致压力异常增大，发生堵塞的部位按频次由高到低排列依次是Purge Valve过滤头、进样阀的转子、进样针和针座、色谱柱、连接毛细管、色谱柱入口滤网。具体堵塞位置的判断一般采用分段排除法，通过简单判断尝试发现堵塞位置，可以替换部件予以证实。

3.1泵模块的堵塞

压力传感器和阻尼器处于同一模块，对于压力传感器之后的管路堵塞，表现形式为压力增高，对于压力传感器之前的堵塞，表现为压力降低，当然压力降低主要还是由泄漏引起的。

泵体内的堵塞主要来自于柱塞密封圈的磨损，密封圈的硬度小于柱塞杆，磨损产生的微粒沉积在purge阀的过滤芯上，在打开purge阀用5ml/min流速冲洗时压力若超过10bar，需要更换滤芯。由于purge阀的过滤芯的拦截作用，使得阻尼器堵塞只是理论上的可能。

3.2泵后模块堵塞

3.2.1发生在进样器的堵塞

流动相进入进样器六通阀的2号口，由于六通阀在发生进样动作时在进样位置和充样位置间切换，转子和定子发生摩擦，造成转子密封垫的磨损，部分脱落物留存在连通各个端口的孔槽中，产生系统阻力，压力升高。

长期用未经妥善过滤的样品进样，会堵塞连接针座和六通阀5号口的毛细管，在压力增大的同时部分样品从针座中溢出，导致峰面积减小。

3.2.2发生在柱温箱内的堵塞

色谱柱一般位于柱温箱内，安捷伦柱温箱的流动相从加热块内部流过，为减小峰的扩展，管路很细（体积3ul或6ul），从六通阀3号口流出的转子密封磨损物可能会积存于此，产生堵塞。

色谱柱的堵塞是造成系统压力偏大的主要原因，包括柱头滤网的堵塞和色谱柱柱体的堵塞，一般只能通过清洁筛板或反冲解决，如果压力还是超过可接受范围，需要更换色谱柱。

3.2.3发生在检测器内的堵塞

紫外可见光检测器（G1314A）、FLD检测器（G1321A）、DAD（G4212）检测器石英窗分别可承受 40bar、20bar、60bar的背压，如果检测器出口管线堵塞，背压超过限制，会使石英窗内外压差过大开裂，實验无法进行。可以连接内径较粗或长度较短的管子作为检测器出口的废液管。曾发生过另一品牌DAD检测器石英窗密封膜溶解的事例，溶解物堵塞检测器出口，由于发现及时，未造成石英窗破损。

3.3分段排除法的运用

液相色谱仪的系统压力是各个组件对流经的流动相所产生的阻力总和。每个模块和它们的部件产生的压力都有正常的数值范围，色谱柱是承压的主要部件，约85～95%的系统压力来自于色谱柱，因此用一个二通代替色谱柱就能很快捷的排除是否是色谱柱的问题。色谱柱堵塞可以用100%的甲醇或乙腈反冲柱子，有一定概率使堵塞物冲出。

分段排除采用从后往前的顺序，先断开处于系统最末端的检测器，如果压力下降不明显，就排除其堵塞的可能，然后是柱温箱（加热块的孔道、在线过滤器），然后是进样器六通阀（注意区分阀体内堵和进样针座堵），还有连接这些模块的毛细管。对于堵塞的部件，处理方法无外是冲洗或者更换。

4 压力偏低的诊断步骤

4.1泵前的堵塞

如果溶剂过滤头堵塞，泵不能把足够的流动相吸入到泵腔内泵出，实际流速达不到设定流速，此时的压力自然偏低，并且由于连接溶剂过滤头和脱气机的管路的真空，使气泡不能完全被脱气机脱除，气泡一旦进入到泵内难于排除，因此在压力降低的同时还会伴随着压力的波动。

流动相首先进入到真空脱气机，其半透膜内径很细，在溶剂过滤头失效（孔径变大）的情况在存在被微粒堵塞的可能。四元比例阀（以G1311A为例）内析出的盐和乙腈螯合物会也会“堵”住流动相的必经之路，导致电磁阀某个通道关闭不紧，一般不表现为明显的压力下降，但会使色谱峰保留时间不稳定。

泵的一对单向阀随着柱塞杆的往返运动间歇性开关的，其中出口阀的开启和关闭是被动的，入口阀有主动和被动两种形式，被动阀通过阀球两端的压力差自动开关。若入口阀采取被动的形式，在流速较小的情况下，由于污物使阀球和其所在壳体发生粘连，导致不能正常打开，使泵抽取的流动相偏少，或者在泵出液体的阶段关闭不严，都会造成压力偏低并波动。另一种极少发生的情况是主动阀的阀体的电路控制发生故障，不能关紧，导致压力下降。

泵前堵塞的几率不大，基本上和仪器的使用习惯有关，只要按照SOP操作并做好泵的维护，一般不会发生。

4.2局部堵塞或管路连接处密封不严引起泄漏导致压力下降

部件（如流动池）、管路接头可以承受的压力是有范围的，超过耐压限度，有可能引起接它们的泄漏。如果和色谱柱连接的是PEEK接头，耐压在200bar左右，若色谱柱或流通池入口管路堵塞使柱前压超过这个压力，则接头可能会弹开，压力从偏高的数值直接下降到十几bar的大小（相当于不接色谱柱的系统压力）。如果是比较耐压的不锈钢接头，由于多次跟换色谱柱反复拧紧螺纹，导致接头外螺纹形变，不能和色谱柱的内螺纹完全密封，流动相从螺纹空隙漏出，压力下降。

各种密封垫的磨损是泄漏的另一种表现形式，只是发生在部件内部，不能像接头漏泄一样直接观察到，在排除其他压力下降的原因后，需要把它们拆出更换，这是解决泄漏的最后措施。

发生在接头的泄漏，如十分微量，会因为挥发不会引起泄漏传感器报警，否则都会被检测到，可以根据工作站日志中的错误信息进行模块的定位。

4.3其他导致压力偏低的原因

溶剂比例阀（MCGV）比例不正確、色谱柱的固定性损坏也是压力下降的原因，可以通过气泡试验和更换同型号色谱柱的方法予以排除。

5 压力波动的诊断

引起压力波动的主要原因有溶剂入口过滤头堵、泵柱塞密封老化、出口阀失效、入口阀失效、溶剂比例阀比例不正确、溶剂未脱气等，前五种情况和压力偏低具有很大的共性，溶剂脱气效果差是压力波动的特殊原因。四元泵属于低压混合，必须在线脱气，脱气机的正常工作能够保证多种溶剂混合时产生的气泡降到最低程度。否则，气泡进入到泵体内、六通阀、在线过滤器、检测池这些具有微小腔体的部件内，难于排出，排除进入系统气泡的常用方法是泄背压冲洗法，即断开怀疑进气泡的部件后面的所有流路，使背压相当于大气压，用较大流速的流动相冲洗，或者同时在出口接上注射器抽取，可以使气泡排出腔体。

6 结论

液相色谱仪的各种压力问题都是有因可循的，仪器使用人员通过实践经验的积累，能够快速准确的找出原因，排除故障，使仪器恢复正常运行。

参考文献：

[1] 安捷伦科技. 《1100系列四元泵参考手册》. G1311-97004. 2004年5月

[2] 安捷伦科技. 《1100系列自动进样器参考手册》. G1313-97005. 2004年5月

[3] 安捷伦科技. 《1100系列可变波长检测器参考手册》. G1314-97004. 2004年5月. P89

[4] 安捷伦科技. 《Agilent 1200系列荧光检测器 G1321A》. G1321-97010. 2006年2月. P105

[5] 安捷伦科技. 《安捷伦气液相日常维护及故障排除》. 2013年7月

[6] 安捷伦科技. 《1100/1200/1260 HPLC仪器常见故障诊断及日常维护》.