气相色谱的载气:稳压和稳流

净化后的载气就要进入色谱仪了,但这时载气仅仅是经过了初步处理。因此在色谱仪内,色谱仪要对载气进行进一步的控制,以完成需要的分析。现代色谱都是采用EPC或AFC,老式色谱都是采用稳流阀或稳压阀。这里我们首先从稳压阀和稳流阀的谈起。

1、稳压阀。
从 原理上看,稳压阀和减压阀的原理很接近,但由于两者起到的作用不同,因此结构设计上差异还是比较大的。与减压阀不同,稳压阀的主要目的是控制当阀出口载气 阻力发生变化时,保持出口压力的稳定。当然,入口压力略有变化时,稳压阀也应能够保持出口压力稳定。为什么稳压阀的主要目的是控制出口变动呢?这里是一个 稳压阀的结构示意图,我们来看看。

从原理上看,当出口载气阻力增加时,气体流出稳压阀速度变慢,导致P3和P2的压强升高。这一升高导致针阀向移动,开度减小,通过针型阀的气体流量减小,从而保证了P3的稳定。这一反馈过程与减压阀非常接近。
但 从结构上看,稳压阀和减压阀还是有较大区别。稳压阀没有安装压力表的位置。其实在稳压表后,一般都装有一个压力表,用于监测出口压力。但入口一般不再设有 压力表。与减压阀作对比,可以看到稳压表的针阀是普通针阀,而不是提升针阀。同时稳压表没有弹性金属膜片,而是弹性波纹管。而且稳压阀的弹簧要软的多,控 制弹簧压力用的是圆形的手轮,而不是长长的横杆。这一切都是因为稳压阀出入口压差较小,入口压力变化也没有减压阀那么大。同时为了xx控制出口压力,要求 调整装置不能过于敏感。

2、稳流阀
稳流阀是为了控制流经稳流阀的载气流速保持稳定用的,因此原理和稳压阀、减压阀xx不同。这里是一个稳流阀的结构示意图,从中我们可以看到这一点。

首先我们发现调整旋钮并不是压紧弹性膜片,而是在调整入口针型阀。而且其他地方与稳压阀相比,差异也很大。从原理上看,稳流阀的工作是这样的:
当 稳流阀出口气体阻力增加时,气体流出速度变慢,将导致出口压力P4增加,于是B腔内压力P2和P4的压差减小,从B腔流出下部针型阀的气体流量减小,B腔 气体量增加,导致B腔压力P2增加。P2增加导致金属膜片向上移动,下部针型阀开度增加,从B腔流出的气体量增加,从而导致P4压力增加。P4压力增加, 将导致阀后载气流量加大。这样就弥补了出口阻力增加造成的气体流量减小。而调整旋钮则通过调整入口和B腔间针型阀的开度,来控制B腔压力P2和入口压力 P3/P1的压差,来控制整个气体流速的大小。

稳流阀和稳压阀的工作原理是截然不同的。稳压阀当下游阻力增加时,是减小开度让出口压力降低,从而稳定出口压力,从压力上看这是一个负反馈过程。稳流阀则是增加开度提高出口压力,从而保证即使下游阻力增加,但流量仍然保持稳定,从压力上看这是一个正反馈过程。

稳压阀和稳流阀都可以用于控制色谱的柱前压,可是他们的工作反馈情况却正好相反。那么是么时候应该采用稳压阀,什么时候应该采用稳流阀控制柱前压呢?这两种控制方式,会带来色谱工作状态上的哪些区别呢?

3、柱前压的控制。
我们说,稳流阀和稳压阀主要目的是为了在出口阻力发生变化的情况下,保持输出压力或输出流量的稳定。那么为什么出口阻力会发生 变化呢?它们的出口是什么?很简单,出口是色谱系统,包括进样口、色谱柱、检测器。这些位置为什么会发生阻力变化?因为后面可能存在程序升温导致色谱柱阻 力变化,或者阀切换导致流路的阻力变化。

好了,{dy}个问题来了:如果后面没有程序升温,也没有阀切换,阻力根本就不会发生变化,你会选择稳流阀还是稳压阀来控制柱前压?
然后是第二个问题:如果是填充柱,有程序升温或者阀切换会导致气体阻力变化,你会作出哪种选择?
还有第三个问题:如果是毛细管柱,发生阻力变化,那么你会做出哪种选择?

根 据欧姆定律,I=U/R,当电阻值不变的时候,电流和电压成正比。电流保持不变,电压就不变;电压不变,电流就不变。为什么是欧姆定律?因为气体流动规律 和电流的规律是近似的。所以可以把载气流速看成电流,气体压力看成电压,气路阻力看成电阻。所以{dy}个问题很简单,随便用。无论你控制压力还是流量稳定, 都会保证整个系统的稳定。这时候的变化来自哪里?来自入口压力波动。仔细分析一下入口压力变大,对稳流阀和稳压阀的影响,你会发现两种阀对入口的响应结果 是相同的。不过要记得,它们对出口阻力变化情况的响应可是相反的哦。那么我是如何选择呢?我当然是选择便宜的。。。。。。省钱是硬道理。稳压阀显然结构比 较简单,因此价格便宜,所以我选择稳压阀。没弄明白为什么对入口压力变化的响应是一样的?再仔细分析一下!

阻力变化会导致柱前压和柱流 速的变化。他们发生变化的时候,会造成什么影响?柱流量的变化会造成保留时间、分离度的变化,还会造成到达检测器的流量发生变化。保留时间的变化不要紧, 因为每次分析的变化都是相同的,标样也一样变化,因此不考虑。由于载气流速应该设定在速率理论的稳定点上,因此流量的微小变化对分离度的影响有限,也不是 大问题。那么什么是大问题?大问题是检测器。填充柱检测器流量基本都是载气提供的,因此载气流量的波动会带来TCD和FID的很大波动,为了保证检测器的 稳定性,非常有必要保证载气流速的稳定。这时候我们需要使用稳流阀,因为稳流阀会保证流速。

毛细管柱呢?毛细管柱的流量很小,检测器载 气流速主要靠makeup气路提供,因此检测器的流量变化不大,工作状态不会收到较大影响。稳流控制会导致柱前压发生变化,柱前压的变化对分流情况的影响 是比较大的,这对毛细管柱需要分流是不利的,因此需要用稳压阀控制柱前压。其实即使出于省钱考虑,选用稳压阀也是比较合理的。

综上考虑,简单说应该是填充柱色谱,需要程序升温或者在阻力差异较大的色谱柱之间切换的时候,需要用稳流阀控制柱前压。其他情况一律是使用稳压阀控制柱前压比较合理。记住了么?记住了还应该明白为什么啊。


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