2.2 噪声

(1)噪声的定义。从仪器学来讲，HPLC的噪声是HPLC的最重要指标之一，它直接限制HPLC的灵敏度或检测限。HPLC整机系统的噪声，主要是电子引起的，但是它与整个HPLC系统的各个部件关系很大，或者说HPLC系统的各个部件，都可能对HPLC整机系统的噪声产生很大的影响。例如：高压泵的流速稳定性(泵的脉动)，就会直接增大HPLC系统的噪声；色谱分离柱质量下降(柱产生了缺陷、柱部分堵塞、柱被污染等)、环境温度变化等都会增大HPLC整机系统的噪声；特别是检测器的电子学系统(放大器、光源的电源系统的纹波、灯泡质量下降等)都是HPLC整机系统噪声的主要来源之一。

有人将噪声分为短噪声和长噪声两种，并且认为短噪声主要来自电子学系统，一般不影响色谱峰的分辨，但是影响检测限；而长噪声可能是检测器不稳定或者流动相中有气泡、色谱柱被污染、泵的流速波动、温度变化等因素引起的。对干不同的HPLC来讲，随着检测器的类型不同，产生噪声的情况也会各不相同。例如：对示差折光检测器来讲，周围环境、流动相流速、温度变化和压力的波动，会使检测器的检测池内的液体的光折射率发生改变引起噪声。从仪器学理论来讲，噪声分为电子学引起的电噪声和光学引起的光噪声两种，一般我们说的HPLC的噪声，就是指的这种噪声。作者认为把噪声分为短噪声和长噪声的分类方法不是很科学，因为所谓长噪声实际上就是HPLC整机系统的漂移。因此，还是应该用漂移来描述所谓的长噪声比较合适。

(2)噪声的测试方法。HPLC的噪声是一种与被测样品无关的、随机输出的信号。国际上对噪声的定义、测试方法各异，例如美国材料协会制定的测试标准(ASTM)，规定噪声分为长噪声、短噪声和超短噪声三种。长噪声是指每小时内有6个至60个变化周期的噪声，所以测定时间至少应该1小时；短噪声是指每小时内有1个至10个变化周期的噪声，所以测定时间至少应该10分钟至60分钟内；超短噪声是指每分钟内有10个以上的变化周期的噪声，所以，测定时间应该大于1分钟。

噪声的检测定方法一般是以峰对峰的测量为基础的。作者在研发HPLC的UV/FlD检测器(1988年获国家发明奖)的工作中，在检测其噪声时，就是将HPLC的噪声分为静态和动态两种：静态噪声是指不连接恒流泵、不连接液相色谱分离柱；检测器空池(干、空气)分别测试检测器、恒流泵的性能技术指标。动态噪声指连接恒流泵、液相色谱分离柱和检测器。恒流泵中有流动相流动，检测器中有流动相(又称移动相)流动。测试的是整个系统的动态噪声。作者的具体操作方法如下。

①静态噪声测试。冷态开机，预热30分钟，连续测试1小时。在这1小时里，任取10分钟(包含最差的峰-峰值)，在这10分钟里取峰对峰值(P-To-P)的最大值，就是仪器的噪声。但是，10分钟里的峰对峰(P-To-P )值，不同于10分钟里的任一地方的峰一峰(P-P)值，即“10分钟里的峰对峰”值，不等于瞬时的峰一峰(P-P)值。测试数据前面应加“±”符号。

注意：开机30分钟后，仪器调整到最灵敏度挡(如0.005AUFS，即纵坐标设置为0.005A)；设置波长A=250nm(有人设置500nm。但最好测试250nm)设置0Abs(即时扫描，吸光度从0点开始测试)；光谱带宽(SBW)=2nm(固定光谱带宽的仪器不能选择)。在上述条件下，连续测试1小时(用仪器上的CRT指示输出，或用数字电压表监测)。在1小时内，任取10分钟的峰对峰值(P-To-P )，其最大者前面加“±”符号，即是仪器的噪声(Scott法)。目前，国际上大多数科技工作者，基本上采用这种方法测试HPLC仪器的静态噪声。

有些科技工作者，认为在10分钟的峰对峰值(P-To-P)前如果要加“±”符号，就应对峰-峰值的绝对值先除“2”。这种做法是不妥的，会低估仪器的噪声。因为噪声是随机的，可能是“+”值也可以是“-”值。

上述仪器条件的设置，在有些仪器上是不需要的，因为由于计算机的发展和普遍应用，很多仪器的坐标设置，完全由仪器的计算机自动设置。

②动态噪声测试：连接恒流泵、液相色谱分离柱和检测器，在恒流泵和检测器中有移动相(流动相)流动。具体操作方法如下。

冷态开机，预热30分钟，设恒流泵的流速1mL/min。检测器设置：仪器调整到最灵敏度挡(如0.005AUFS，即纵坐标设置为0.005AU)；波长A=250nm(有人设置500nm，但最好测试250nm)，0Abs(即时间扫描，吸光度和时间都从0点开始测试)，光谱带宽(SBW)=2nm(固定光谱带宽的仪器不能选择)，连续测试1小时(可以用仪器上的CRT指示噪声或数字电压表监测)；在这1小时里，任取10分钟(包含最差的峰-峰值)，在这10分钟里取峰对峰值(P-To-P)的最大值，就是仪器的噪声。但是，10分钟里的峰对峰(P-To-P)值，不同于10分钟里的任一地方的峰-峰(P-P)值，即“10分钟里的峰对峰值”，不等于瞬时的峰一峰(P-P)值。测试数据前面应加“±”符号(Scott法)。目前，国际上基本上采用这种方法测试HPLC仪器的动态噪声。

有时候，为了节省时间也可以在漂移测试的基础上检测噪声，但是开机时间就不是30分钟，而是2小时。这样所得测试数据稍小于开机30分钟的数据(因此，给出数据时要说明方法)。数据处理方法仍如上所述。

(3)噪声测试方法的归类(具有普遍适用性)。目前国内外研究噪声测试方法的科技工作者很多，但是认识尚未统一。具体测试方法(即具体操作和数据处理)也各有千秋。大致有以下几种。

①作者的方法。在漂移测试的同时，在1小时的测试数据里任取10分钟，在10分钟里找最差(大)的峰对峰(P-To-P)值作为仪器的噪声，不是取10分钟里的任一相邻的峰-峰(P-P)值或瞬时峰-峰(P-P)值，前面加“±”，作为仪器的噪声值(美国NBS法)。

②美国ASTM用1小时里分为6个10分钟，每个10分钟内又以1分钟为单位取均值(得到10个1分钟的点)；再将6个10分钟的均值加起来再取均值，作为仪器的噪声值，前面加“±”(ASTM法)。

③国内有人采用1小时中任取3个10分钟的峰一峰值的平均值．作为仪器整机的噪声。

④还有人用1小时里的最大的相邻峰-峰(P-P)值作为仪器的噪声：这也是不妥的，容易低估噪声。

⑤有些国外的仪器制造商，在给出HPLC的噪声时，采用1分钟里任一处的峰-峰值(P-P)，因为仪器的峰一峰值噪声很大，就采用误导使用者的手段，变相地给出均方根误差(RMS)。这是不对的。第一，与国际接轨的表示方法是峰一峰值噪声，RMS表示方法不接轨；第二，作者研究的结果表明，同一个数值的噪声，用峰对峰值方法表示比用RMS法表示要大8倍。无疑，采用RMS法测出的噪声是峰-峰值测出的噪声的1/9。

⑥目前国内外的HPLC制造商，往往在仪器样本上给出的都是检测器的静态噪声，同时注明了仪器的状态(检测器空池)。这样做，对于使用者了解整个仪器系统中的检测器性能有利，也是可以的。但是不符合使用者的总体要求；因为使用者的总体要求是整个HPLC系统(包括泵、柱、检测器)处在使用状态(动态)的情况下，整机的噪声有多大。所以，作者认为静态噪声可以给出，也可以不给出。但是，动态噪声必须给出。

⑦噪声测试时，与国际接轨的做法是在700nm，但是有些外商为了误导中国用户，却给出700nm处测试的噪声，这也是不对的。因为波长短，能量大；500nm处的能量比700nm处大，所以在700nm处测试的噪声，数据会偏小，数据不真实。

⑧中国的HPLC国家标准(2011年版)和计量检定规程JJG705-2002也规定了噪声的测试方法，请读者自己参阅。

⑨这里特别需要提出的是：目前有些国外HPLC生产厂商，为了吸引用户，违背仪器学理论，在我国制造虚假指标来欺骗广大用户。例如，日本某厂商，在给出HPLC的噪声时，先用计算机对噪声进行平滑，结果给出的HPLC噪声非常小、谱图基线非常平直、谱峰尖而陡直，给人的印象是世界一流的HPLC。其实不然，给出的数据和色谱图都是虚假的。如果用盲样进行比对测试，他们的HPLC的信噪比差，就会立即败下阵来。

相关链接：HPLC整机(系统)的主要性能技术指标的测试方法（一）