故障排查:仪器堵塞

:仪器的压力远高于正常数值,问题出在哪里?

:首先,我们先核实你的前提,你如何判定仪器的正常压力值?


:此前在相同色谱柱、相同流动相条件、相同温度下,仪器压力约为 2000 psi,如今压力翻倍。我将泵的高压限值设为 4000 psi,泵达到该压力后便会停机。

:你有前期的参考数据非常好,我们可以从这一点开始故障排查。造成压力升高的原因有多种。其一:流动相的粘度可能不符合要求;其二:仪器某一部件可能发生堵塞,后者的情况更为常见。但在拆卸仪器前,我们先逐一核实前提条件。

你如何确认泵输送的是正确的流动相?若使用自动混合模式,是否将对应溶剂接至泵的指定入口管路?例如,若仪器为该配置方式,甲醇与乙腈的管路接反,会因两种溶剂与水混合后的粘度差异,极易导致压力相差两倍。

若使用柱温箱在高温条件下实验,需检查柱温箱是否正常开启并运行。溶剂的粘度通常每变化 10℃ 会产生 25% 的波动,因此若溶剂本应维持在 60℃,但柱温箱无法正常工作,仪器便可能出现压力翻倍的情况。


:好的,这些都很容易检查,我还可以排查哪些方面?

:我通常会先确认,高压停机是出现在连续进样分析的过程中,还是仪器启动阶段。

如果高压问题在仪器启动时出现,大概率是操作或配置出现了差错。我们从简单的事项开始排查:使用的是否为对应型号的色谱柱,且粒径是否正确?色谱柱压力与粒径的平方成正比,若误将原本 10μm 粒径的色谱柱换成了 5μm 的,便会导致压力升高。

若排除上述情况,那就是仪器某部位发生了堵塞。

首先,拆下分析柱并更换为两通接头,保留保护柱和柱前过滤器。我们需要排查的一个原因是流动相不兼容,若保留分析柱,后续操作可能会对其造成损坏。拆下分析柱后,再次检测仪器压力,若压力数值较高(如超过 1500 PSI),说明剩余部件中有一处发生堵塞,而分析柱大概率完好。

随后可逐一拆下流路中的其余部件,确定哪个部件是压力偏高的主要诱因。通常情况下,更换堵塞部件是最高效的方式,而非尝试清洗。但多数场景下无现成的替换部件,此时便可考虑清洗方案。

若明确待清除的污染物类型,制定清洗方案会更为便捷。在本假设案例中,堵塞发生在仪器启动阶段,我们需要先查明堵塞的原因。

例如,仪器中上次使用的流动相未完全冲洗干净,与新配置的流动相不兼容,可能会导致缓冲盐析出。若为该情况,只需用可重新溶解沉淀物的溶剂冲洗堵塞部件,即可快速恢复仪器正常运行。实际上,甚至在排查堵塞部件的过程中,堵塞问题就可能自行解决。

若发现分析柱或保护柱在启动阶段发生堵塞,可检查其储存所用的溶剂。储存所用溶剂若与流动相不兼容,会导致缓冲盐析出;或色谱柱、保护柱使用含盐流动相保存,且因密封盖未拧紧出现(部分)干涸,也会引发堵塞。

若为上述情况,可尝试用能重新溶解盐类的流动相,以低流速冲洗色谱柱或保护柱,尝试使其恢复使用。


:我的情况是高压停机出现在连续进样分析的过程中,该情况的成因可能是什么?

:这种情况大概率是仪器某一部件因碎屑堆积发生堵塞,碎屑可能来自仪器密封件,也可能来自样品本身。既可能是样品中存在不溶于流动相的组分,也可能是样品中某组分在保护柱上强吸附——若未使用保护柱,则会强吸附在分析柱上。

这类污染物通常是样品中未被去除或仅部分去除的高分子量组分,比如血清样品中的蛋白质、药物制剂中的辅料,或是食品样品中的高分子量成分。

若仪器配备了柱前过滤器和保护柱,可逐一拆下这些部件,分别测定移除各部件后仪器的压力值,通过这种方式能快速定位堵塞部件。

若堵塞的是保护柱或柱前过滤器,建议直接更换,这类部件的作用本就是保护分析柱,此时已完成其防护功能。试图通过清洗修复该部件实则得不偿失,清洗后的部件后续使用效果会大打折扣,分析柱发生损坏的概率也会随之升高。

若堵塞的是分析柱本身,可尝试对其进行清洗修复。但最根本的解决办法是做好预防,后续实验中可考虑加装柱前过滤器,或更佳的方式——使用保护柱来保护分析柱。若问题根源来自样品本身,可对样品进行过滤处理,或采用固相萃取法去除污染物。

若色谱柱配有备用入口筛板,可先尝试更换分析柱的入口筛板;若无备用筛板,可将筛板拆下,置于超声波清洗器中进行清洗,该操作仅适用于硅胶基质的色谱柱。

对于聚合物色谱柱,其填料处于受压状态,一旦拆下筛板,填料便会从柱管中漏出。若手头有备用筛板,可快速完成更换并重新密封色谱柱;若无备用筛板,切勿拆卸聚合物色谱柱。

若更换或清洗入口筛板后,仪器压力仍未降低,则大概率是有物质吸附于填料表面,或在柱内发生析出。此时需选用能重新溶解或解吸可疑污染物的溶剂,对色谱柱进行低流速冲洗。

色谱柱厂家通常推荐使用一系列溶剂强度递增的溶剂完成该操作:

  • • 反相色谱柱的冲洗溶剂顺序为水、甲醇、四氢呋喃、二氯甲烷、甲醇,最后换回水;
  • • 正相色谱柱则需颠倒极性顺序,冲洗溶剂为二氯甲烷、四氢呋喃、水、甲醇,最后换回二氯甲烷。

若上述方法仍无法解决问题,还可尝试对色谱柱进行反冲处理。但此时最稳妥的做法,便是更换新的色谱柱。