آشنایی با دستگاه HPLC و مدل‌های آن: راهنمای نگهداری و تعمیر

مقدمه

دستگاه HPLC یکی از مهم‌ترین تجهیزات آزمایشگاهی برای جداسازی، شناسایی و اندازه‌گیری ترکیبات شیمیایی است. این دستگاه در آزمایشگاه‌های کنترل کیفیت، صنایع داروسازی، صنایع غذایی، آزمایشگاه‌های تحقیقاتی و مراکز آنالیز مواد شیمیایی کاربرد گسترده‌ای دارد.

دقت نتایج آزمایش، تکرارپذیری اندازه‌گیری‌ها و عملکرد صحیح روش‌های آنالیزی به وضعیت فنی دستگاه HPLC وابسته است. به همین دلیل، آشنایی با انواع این دستگاه، اجزای اصلی، روش‌های نگهداری و ایرادات متداول آن اهمیت زیادی دارد.

در این مقاله، با اصول عملکرد دستگاه HPLC، مدل‌های مختلف آن، برنامه سرویس دوره‌ای، علل خرابی قطعات و روش‌های اولیه عیب‌یابی آشنا می‌شوید.

دستگاه HPLC چیست و چگونه کار می‌کند؟

HPLC مخفف عبارت High-Performance Liquid Chromatography و به معنای «کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا» است. در برخی منابع قدیمی‌تر، این اصطلاح با عبارت High-Pressure Liquid Chromatography نیز شناخته می‌شود که بر فشار بالای مورد نیاز برای عبور فاز متحرک از ستون تأکید دارد.

اساس عملکرد دستگاه HPLC بر تفاوت برهم‌کنش اجزای یک نمونه با دو فاز استوار است:

• فاز متحرک: مایعی متشکل از یک یا چند حلال که نمونه را درون سیستم جابه‌جا می‌کند.

• فاز ساکن: ماده‌ای که درون ستون کروماتوگرافی قرار دارد و با اجزای نمونه برهم‌کنش می‌کند.

هنگامی که نمونه به دستگاه تزریق می‌شود، ترکیبات مختلف آن با سرعت‌های متفاوت از ستون عبور می‌کنند. این تفاوت باعث جداسازی ترکیبات و تشکیل پیک‌های مجزا در کروماتوگرام می‌شود.

زمان خروج هر ترکیب، مساحت پیک و ویژگی‌های پاسخ آشکارساز می‌توانند برای شناسایی یا تعیین مقدار مواد استفاده شوند. البته صحت این نتایج به انتخاب روش مناسب، کالیبراسیون، آماده‌سازی نمونه و عملکرد صحیح دستگاه بستگی دارد.

اجزای اصلی دستگاه HPLC

برای درک بهتر عملکرد دستگاه و تشخیص ایرادات احتمالی، باید با اجزای اصلی آن آشنا باشید.

۲. پمپ فشار بالا

پمپ، فاز متحرک را با دبی مشخص به سمت ستون هدایت می‌کند. آب‌بند پیستون، شیرهای یک‌طرفه، پیستون و فیلترهای داخلی از اجزای مهم این بخش هستند. فرسودگی یا آلودگی آن‌ها ممکن است باعث نوسان فشار و نشتی شود.

۳. سیستم تزریق نمونه

نمونه را به مقدار مشخص وارد جریان فاز متحرک می‌کند. انژکتور دستی یا نمونه‌بردار خودکار (Autosampler) ممکن است به کار رود. آلودگی سوزن، گرفتگی مسیر یا فرسودگی آب‌بند شیر تزریق، از علل رایج خطا در این بخش است.

۴. ستون کروماتوگرافی و آون ستون

ستون محل اصلی جداسازی ترکیبات است. آون ستون نیز دما را کنترل می‌کند تا شرایط جداسازی پایدارتر باشد. گرفتگی، آلودگی، تخریب فاز ساکن یا انتخاب نامناسب ستون می‌تواند کیفیت جداسازی را کاهش دهد.

۵. آشکارساز (Detector)

آشکارساز پاسخ ترکیبات جداشده را ثبت می‌کند. آشکارسازهای UV-Vis و DAD/PDA از گزینه‌های رایج هستند. سلامت لامپ، تمیزی سلول جریان و پایداری سامانه نوری بر کیفیت سیگنال تأثیر می‌گذارند.

 

۶. نرم‌افزار و سیستم ثبت داده

این بخش اطلاعات آشکارساز را ثبت و کروماتوگرام را پردازش می‌کند. مشکلات ارتباطی، تنظیمات نادرست روش، ناسازگاری نرم‌افزار یا اختلال رایانه می‌توانند تحلیل داده‌ها را مختل کنند.

 

انواع دستگاه HPLC و تفاوت مدل‌های آن

دستگاه‌های HPLC را می‌توان بر اساس نوع جداسازی، طراحی پمپ، نوع آشکارساز و کاربرد دسته‌بندی کرد. شناخت این تفاوت‌ها برای انتخاب دستگاه مناسب و برنامه‌ریزی تعمیرات اهمیت دارد.

۱. دستگاه HPLC ایزوکراتیک (Isocratic)

در سیستم ایزوکراتیک، ترکیب فاز متحرک در طول آنالیز ثابت می‌ماند. این دستگاه برای روش‌هایی مناسب است که ترکیبات نمونه در شرایط ثابت به‌خوبی از یکدیگر جدا می‌شوند.

سادگی روش، مصرف قابل پیش‌بینی حلال و سهولت توسعه روش از مزایای این سیستم است. با این حال، برای نمونه‌های پیچیده با دامنه وسیع قطبیت، ممکن است انعطاف‌پذیری کافی نداشته باشد.

۲. دستگاه HPLC گرادیانی (Gradient)

در سیستم گرادیانی، نسبت حلال‌ها در طول آنالیز تغییر می‌کند. این ویژگی باعث می‌شود ترکیبات با خواص شیمیایی متفاوت بهتر از هم جدا شوند.

سیستم گرادیانی در آزمایشگاه‌های دارویی و آنالیز نمونه‌های پیچیده کاربرد فراوانی دارد. در این سیستم، صحت اختلاط حلال‌ها، عملکرد شیرهای تناسب‌دهنده و زمان تعادل مجدد ستون اهمیت زیادی دارد.

۳. دستگاه HPLC با آشکارساز UV-Vis

این نوع دستگاه، جذب نور فرابنفش یا مرئی توسط ترکیبات را اندازه‌گیری می‌کند. برای مواد دارای گروه‌های جذب‌کننده نور، از جمله بسیاری از ترکیبات دارویی، انتخاب مناسبی است.

سلامت لامپ، انتخاب طول موج، تمیزی سلول جریان و کیفیت حلال‌ها از عوامل مؤثر بر دقت اندازه‌گیری هستند.

۴. دستگاه HPLC با آشکارساز DAD یا PDA

آشکارساز آرایه دیودی (DAD) یا آرایه فتودیودی (PDA) امکان ثبت اطلاعات جذب در محدوده‌ای از طول موج‌ها را فراهم می‌کند. این قابلیت برای بررسی طیف جذبی، ارزیابی خلوص پیک و توسعه روش‌های آنالیزی مفید است.

این دستگاه‌ها در بسیاری از آزمایشگاه‌های داروسازی، کنترل کیفیت و تحقیقات شیمیایی استفاده می‌شوند.

۵. دستگاه UHPLC

UHPLC مخفف Ultra-High-Performance Liquid Chromatography است و از ستون‌های دارای ذرات کوچک‌تر و سامانه‌ای با تحمل فشار بالاتر بهره می‌برد.

این فناوری می‌تواند زمان آنالیز را کاهش دهد و در شرایط مناسب، جداسازی با کارایی بالا فراهم کند. با این حال، سازگاری ستون، اتصالات، لوله‌ها و اجزای سیستم با فشار کاری اهمیت ویژه‌ای دارد.

۶. دستگاه HPLC با آشکارسازهای تخصصی

برخی سیستم‌ها به آشکارسازهای دیگری مانند فلورسانس (FLD)، ضریب شکست (RI) یا طیف‌سنج جرمی (MS) مجهز می‌شوند. انتخاب آشکارساز به ویژگی‌های ترکیبات هدف و حساسیت مورد نیاز بستگی دارد.

برای مثال، آشکارساز فلورسانس برای ترکیبات دارای خاصیت فلورسانس مناسب است و اتصال HPLC به طیف‌سنج جرمی امکان شناسایی و اندازه‌گیری تخصصی‌تر ترکیبات را فراهم می‌کند.

برندها و مدل‌های رایج دستگاه HPLC

در بازار تجهیزات آنالیز، چند برند شناخته‌شده حضور دارند که هرکدام خانواده‌های مختلفی از سیستم‌های کروماتوگرافی مایع را تولید کرده‌اند.

هنگام انتخاب یا تعمیر دستگاه، صرفاً نام برند کافی نیست. شماره مدل، پیکربندی ماژول‌ها، نسخه نرم‌افزار، وضعیت قطعات و دسترسی به قطعات یدکی نیز باید بررسی شوند. همچنین برخی مدل‌های قدیمی ممکن است با محدودیت پشتیبانی نرم‌افزاری یا تأمین قطعات مواجه باشند.

نگهداری و سرویس دوره‌ای دستگاه HPLC

نگهداری پیشگیرانه (Preventive Maintenance) یکی از مؤثرترین روش‌ها برای کاهش خرابی دستگاه HPLC، افزایش طول عمر قطعات و جلوگیری از توقف ناخواسته فعالیت آزمایشگاه است.

برنامه سرویس باید بر اساس توصیه سازنده، تعداد تزریق‌ها، نوع حلال، فشار کاری، شرایط محیطی و سابقه خرابی دستگاه تنظیم شود. بنابراین، فاصله زمانی تعویض قطعات مصرفی برای تمام مدل‌ها یکسان نیست.

۱. اقدامات روزانه

پیش از شروع کار و پس از پایان آن، اقدامات زیر توصیه می‌شوند:

• بررسی سطح حلال‌ها و اطمینان از استفاده از حلال با درجه خلوص مناسب برای HPLC.

• کنترل نشتی در پمپ، اتصالات، انژکتور و ستون.

• بررسی فشار سیستم و مقایسه آن با محدوده معمول روش آنالیز.

• بررسی وضعیت خط پایه آشکارساز و وجود نویز یا نوسان غیرعادی.

• کنترل مسیر تخلیه پسماند و اطمینان از مسدود نبودن آن.

• شست‌وشوی مناسب مسیر جریان در پایان کار، متناسب با نوع حلال و دستورالعمل دستگاه.

حلال‌های آبی حاوی بافر نباید بدون توجه به شرایط نگهداری برای مدت طولانی باقی بمانند؛ زیرا احتمال رشد میکروبی یا رسوب نمک وجود دارد. همچنین، در صورت استفاده از بافر، باید پیش از توقف طولانی دستگاه، مسیرهای مربوطه با حلال سازگار و بدون بافر شست‌وشو شوند.

۲. اقدامات هفتگی

در آزمایشگاه‌هایی با حجم کاری متوسط یا بالا، بررسی هفتگی می‌تواند شامل موارد زیر باشد:

• کنترل فیلترهای ورودی حلال و بررسی احتمال گرفتگی.

• بررسی اتصالات، لوله‌ها و فریت‌های مسیر جریان.

• کنترل عملکرد نمونه‌بردار خودکار و بررسی احتمال باقی‌ماندن نمونه در مسیر تزریق.

• بررسی روند فشار و تغییرات زمان بازداری پیک‌ها.

• بررسی وضعیت ستون محافظ (Guard Column) و تعویض آن در صورت نیاز.

• کنترل محلول شست‌وشوی آب‌بند پمپ، در مدل‌هایی که این قابلیت را دارند.

این موارد لزوماً به معنای بازکردن دستگاه در هر هفته نیستند؛ بسیاری از آن‌ها با مشاهده وضعیت سیستم، بررسی سوابق آنالیز و اجرای آزمون‌های تشخیصی انجام می‌شوند.

۳. سرویس ماهانه

فاصله یک‌ماهه می‌تواند برای بازبینی دوره‌ای اولیه در بعضی آزمایشگاه‌ها مناسب باشد، اما الزام عمومی برای همه دستگاه‌ها نیست. در این بازبینی می‌توان موارد زیر را بررسی کرد:

• عملکرد شیرهای یک‌طرفه پمپ و یکنواختی فشار.

• وضعیت آب‌بند پیستون و نشانه‌های نشت حلال.

• عملکرد شیر تزریق و آب‌بند روتور.

• وضعیت فیلترهای داخلی و مسیرهای انتقال حلال.

• تمیزی سلول جریان آشکارساز و پایداری خط پایه.

• صحت کنترل دمای آون ستون.

• وضعیت کابل‌ها، اتصالات ارتباطی و هشدارهای نرم‌افزاری.

اگر دستگاه تحت فشار کاری بالا یا تعداد تزریق زیاد فعالیت می‌کند، ممکن است بعضی قطعات به سرویس زودتر نیاز داشته باشند. در مقابل، برای دستگاه کم‌کار، تعویض قطعات صرفاً بر اساس گذشت یک ماه لزوماً ضروری نیست.

۴. سرویس دوره‌ای تخصصی و سالانه

سرویس تخصصی باید با توجه به دستورالعمل سازنده و سابقه عملکرد دستگاه انجام شود. بسته به مدل و میزان استفاده، این سرویس می‌تواند شامل موارد زیر باشد:

• آزمون نشتی و بررسی عملکرد پمپ در شرایط مشخص.

• بررسی و در صورت نیاز تعویض آب‌بندها، شیرهای یک‌طرفه و کارتریج فیلترهای داخلی.

• بررسی پیستون پمپ از نظر خراشیدگی یا سایش.

• سرویس شیر تزریق و بررسی مسیر نمونه‌برداری.

• ارزیابی شدت سیگنال آشکارساز و عمر لامپ.

• بررسی عملکرد آشکارساز و کنترل طول موج، در صورت پشتیبانی دستگاه.

• بررسی عملکرد آون ستون، نمونه‌بردار خودکار و سامانه کنترل دما.

• اجرای آزمون‌های عملکردی و بررسی تکرارپذیری نتایج.

پس از سرویس، بهتر است عملکرد دستگاه با آزمون‌های مناسب، بررسی فشار، نشتی و معیارهای صلاحیت سیستم (System Suitability) ارزیابی شود. در کاربردهای تحت الزامات کیفیت، مستندسازی فعالیت‌ها و ارزیابی اثر تعمیر بر اعتبار نتایج نیز اهمیت دارد.

قطعات مصرفی مهم در نگهداری HPLC

برخی قطعات در اثر تماس مداوم با حلال، فشار، حرکت مکانیکی یا تابش نور به‌مرور فرسوده می‌شوند. شناخت این قطعات به برنامه‌ریزی بهتر برای سرویس و کاهش هزینه‌های تعمیر کمک می‌کند.

تعویض این قطعات باید بر اساس نشانه‌های عملکردی، آزمون‌های تشخیصی و توصیه سازنده انجام شود. برای مثال، وجود نشتی در سر پمپ یا نوسان فشار می‌تواند نشانه فرسودگی آب‌بندها یا اختلال شیرهای یک‌طرفه باشد؛ با این حال، پیش از تعویض باید علت اصلی تأیید شود.

خرابی‌های رایج دستگاه HPLC و علت آن‌ها

خرابی دستگاه HPLC همیشه به معنای آسیب جدی به تجهیزات نیست. گاهی یک فیلتر مسدود، حلال نامناسب یا تنظیم اشتباه روش آنالیز باعث بروز علائمی می‌شود که شبیه خرابی قطعه هستند.

۱. نوسان فشار یا افزایش غیرعادی فشار

علائم: بالا و پایین رفتن فشار، افزایش تدریجی فشار یا دریافت هشدار فشار بالا.

علل احتمالی:

• گرفتگی فیلترهای مسیر حلال یا فریت ستون.

• آلودگی ستون یا ستون محافظ.

• رسوب نمک در اثر ناسازگاری حلال‌ها.

• وجود حباب هوا در پمپ.

• فرسودگی آب‌بندها یا اختلال در شیرهای یک‌طرفه.

اقدام اولیه: ابتدا وضعیت حلال، فیلترها، مسیر جریان و سابقه فشار بررسی شود. اگر فشار به‌طور غیرعادی افزایش یافته است، نباید دستگاه را بدون بررسی بیشتر به کار ادامه داد؛ زیرا ممکن است به ستون یا سایر اجزا آسیب وارد شود.

۲. نشتی حلال از پمپ یا اتصالات

علائم: مشاهده قطرات حلال، تجمع مایع زیر دستگاه یا فعال‌شدن حسگر نشتی.

علل احتمالی: فرسودگی آب‌بند پیستون، شل‌شدن اتصالات، آسیب لوله‌ها یا خرابی آب‌بند شیرها.

در این شرایط، محل نشتی باید به‌دقت شناسایی شود. سفت‌کردن بیش از حد اتصالات نیز می‌تواند به رزوه، فریت یا لوله آسیب برساند. تعویض قطعه باید با نمونه سازگار با مدل دستگاه انجام شود.

۳. ناپایداری زمان بازداری (Retention Time)

زمان بازداری یکی از شاخص‌های مهم تکرارپذیری روش کروماتوگرافی است.

علل احتمالی:

• تغییر ترکیب فاز متحرک به دلیل تبخیر حلال.

• نوسان دبی پمپ.

• وجود حباب هوا در مسیر جریان.

• نوسان دمای ستون.

• تعادل ناکافی ستون پس از تغییر شرایط گرادیان.

• آلودگی ستون یا تغییر شرایط شیمیایی فاز متحرک.

پیش از تعویض قطعات، باید ترکیب حلال، دبی، دمای ستون و زمان تعادل مجدد بررسی شوند.

۴. نویز زیاد یا ناپایداری خط پایه

علائم: مشاهده نوسان‌های غیرعادی در کروماتوگرام، افزایش نویز یا رانش خط پایه.

علل احتمالی:

• آلودگی حلال یا وجود ذرات.

• حباب هوا در سلول جریان.

• آلودگی سلول آشکارساز.

• فرسودگی لامپ.

• نوسان دما یا اختلال در شرایط اختلاط حلال‌ها.

• تداخل الکتریکی یا مشکل در اتصالات دستگاه.

برای عیب‌یابی، کیفیت حلال، وضعیت خط پایه، شرایط آشکارساز و اتصالات باید بررسی شوند. تعویض لامپ تنها زمانی منطقی است که شواهدی از افت عملکرد آن وجود داشته باشد.

۵. کاهش ارتفاع پیک یا افت حساسیت

این مشکل ممکن است به دلایل مختلفی ایجاد شود؛ از جمله کاهش شدت لامپ، تنظیم نامناسب طول موج، افت مقدار نمونه تزریق‌شده، نشت در مسیر جریان یا تغییر شرایط جداسازی.

همچنین، تخریب ستون یا آماده‌سازی نامناسب نمونه می‌تواند پاسخ آنالیزی را کاهش دهد. برای تشخیص صحیح، ابتدا یک روش کنترل‌شده و نمونه مرجع مناسب اجرا می‌شود و سپس عملکرد پمپ، تزریق‌کننده، ستون و آشکارساز بررسی می‌شود.

۶. پهن‌شدن پیک‌ها یا دنباله‌دار شدن آن‌ها

این مشکل می‌تواند ناشی از حجم تزریق زیاد، قدرت حلال نمونه نامناسب، حجم مرده در اتصالات، آلودگی ستون یا برهم‌کنش‌های نامطلوب ترکیبات با فاز ساکن باشد.

در برخی موارد، فرسودگی آب‌بندها یا عملکرد نامناسب پمپ نیز در ایجاد پیک‌های نامطلوب نقش دارد. بنابراین، نباید همه مشکلات شکل پیک را صرفاً به خرابی ستون نسبت داد.

۷. روشن‌نشدن دستگاه یا اختلال نرم‌افزاری

قطع برق، خرابی منبع تغذیه، خطای ارتباطی، تنظیمات نادرست شبکه یا ناسازگاری نرم‌افزار می‌توانند مانع راه‌اندازی صحیح دستگاه شوند.

در چنین شرایطی، بررسی پیام‌های خطا، وضعیت برق و اتصالات ارتباطی باید پیش از اقدام به تعمیر قطعات داخلی انجام شود. بازکردن بخش‌های الکتریکی یا تعمیر بردهای الکترونیکی بهتر است به تکنسین متخصص سپرده شود.

چگونه عمر مفید دستگاه HPLC را افزایش دهیم؟

برای کاهش هزینه‌های تعمیر و جلوگیری از توقف فعالیت آزمایشگاه، رعایت چند اصل ضروری است:

1. از حلال‌های با خلوص مناسب و سازگار با روش آنالیز استفاده کنید.

2. نمونه‌ها و فاز متحرک را متناسب با روش، فیلتر و آماده‌سازی کنید.

3. پس از استفاده از بافرها، مسیر دستگاه را با حلال سازگار و بدون بافر شست‌وشو دهید.

4. از باقی‌ماندن حلال‌های ناسازگار یا رسوب‌زا در مسیر جریان جلوگیری کنید.

5. فشار، خط پایه، زمان بازداری و خطاهای دستگاه را ثبت کنید تا تغییرات غیرعادی زودتر تشخیص داده شوند.

6. سرویس‌های دوره‌ای را به تعویق نیندازید و از قطعات یدکی سازگار با مدل دستگاه استفاده کنید.

7. برای تعمیرات تخصصی، به‌ویژه در بخش پمپ، آشکارساز و سیستم‌های الکترونیکی، از نیروی فنی متخصص کمک بگیرید.

این اقدامات ساده می‌توانند احتمال خرابی ناگهانی را کاهش دهند و به حفظ دقت و تکرارپذیری نتایج آزمایش کمک کنند.

خدمات تعمیر و نوسازی دستگاه HPLC توسط شرکت حامی تجهیز آنالیز