CN104730180A - 一种具有混合比例修正功能的液相色谱仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有混合比例修正功能的液相色谱仪，包括输液泵和控制系统，输液泵包括一个N元梯度阀（N≥2）和一个串联柱塞泵，N元梯度阀具有N个通道，控制系统根据每个通道对应的液体比例和一通道排列方式控制N个通道依次向串联柱塞泵中输送液体，控制系统根据N个通道对应的最小液体比例R和液体流速V，控制输液泵的吸液周期为L个周期，且在1个周期中控制系统根据通道排列方式控制N个通道依次向串联柱塞泵中输液，在剩余L-1个周期中控制系统均控制第M通道向串联柱塞泵中输液。本发明所述的液相色谱仪可以在梯度阀具有小比例通道时，对输液泵的混合比例进行修正，保证混合比例的准确性。

Description

一种具有混合比例修正功能的液相色谱仪

技术领域

本发明涉及测试测量领域，特别涉及一种具有混合比例修正功能的液相色谱仪。

背景技术

高效液相色谱是色谱法的一个重要分支，其是以液体为流动相，采用高压输液系统，将具有不同极性的单一溶剂或不同比例的混合溶剂、缓冲液等流动相连同被测样品泵入装有固定相的色谱柱，被测样品的各成分在柱内被分离后，进入检测器进行检测，从而实现对样品的定性定量分析。该方法已成为化学、医学、工业、农学、商检和法检等学科领域中重要的分离分析技术。高效液相色谱仪（HPLC）是用于此分析方法的仪器。

如图1所示，高效液相色谱仪1通常由溶液组织器101、输液泵102、进样器103、色谱柱104、检测器105、信息处理系统106和控制系统107等部分组成，其中溶液组织器101中的溶液经过脱气后，作为流动相被输液泵102注入到液相色谱仪1的系统中，样品溶液经过进样器103注入流动相，并被流动相载入到色谱柱104（固定相）内，由于样品溶液中的各组分与色谱柱具有不同的极性，样品溶液在色谱柱104中作相对运行时，经过反复多次的吸附-解吸的分配过程，各组分在移动速度上产生较大的差别，最后被分离成单个组分依次从色谱柱104内析出，析出的成分经过单色光的投射，检测器105检测到光强度的变化，并把这些光信号转换成电信号传送到信息处理系统106，信息处理系统106主要用于分析接收到的数据，并最后将它们以图谱形式显示出来。控制系统107用于实现对色谱仪内各部件的控制和数据处理等操作。

如图2所示，输液泵102由四元梯度阀201和串联柱塞泵202串联连接组成，四元梯度阀201用于将一种或者多种流动相按照设定的混合比例进行混合，串联柱塞泵202用于将混合后的液体输送到液相色谱仪1的系统中。四元梯度阀201包括四个通道分别用于输入不同比例的液体，并将它们混合，控制系统107根据每个通道的液体比例，控制每个通道的开启时间，从而输出设定混合比例的液体给串联柱塞泵202。串联柱塞泵202由一个主泵头203和一个副泵头204组成，主泵头203的冲程体积约为副泵头204的二倍，当主泵头203排液时，入口单向阀205关闭，出口单向206打开，副泵头204对应的柱塞后退吸入主泵头203所排一半的液体，另一半直接进入液相色谱仪1的系统中；当主泵头203吸液时，出口单向阀206关闭，入口单向阀205打开，副泵头204对应的柱塞前进将泵腔中储存的一半液体输出到系统中，如此循环实现混合液体的传输。

通常，在四元梯度阀201的一个通道关闭到另一个通道打开之间会设置一段时间间隔，目的是为了避免四元梯度阀201的相邻通道之间产生干扰，保证重复性。但是在实际测量过程中，由于这段时间间隔的存在，会在梯度阀的出口处形成一个负压，当某一通道的阀门打开时，液体会一下子涌入管路，在管路中形成一个纵波，参考图3，是该通道的液体流量与时间的关系图，从图中可以看出在刚开始的一小段时间内，流量很大。因为梯度阀每个通道的开启时间与该通道的液体比例是成正比的，所以如果某通道的液体比例很小，那么给通道的开启时间也很短，在这很短的时间内，如果液体流量过大，就会造成该通道吸入的液体量明显偏多，最终导致输液泵输出的液体的混合比例出现偏差，最终影响液相色谱仪的测量结果。

终上所述，现有技术中缺乏一种，在梯度阀的通道中存在小液体比例时，可以保证混合比例的准确度的方法。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种针对小液体比例时，能够修正输液泵混合比例的液相色谱仪。

本发明所述的一种具有混合比例修正功能的液相色谱仪，包括输液泵和控制系统，所述的输液泵包括一个N元梯度阀（N≥2）和一个串联柱塞泵，所述N元梯度阀具有N个通道，用于将N个通道中的液体进行混合，所述的控制系统根据每个通道对应的液体比例和一通道排列方式控制所述的N个通道依次向串联柱塞泵中输送液体，所述的通道排列方式为第一输液通道和最后输液通道均为N元梯度阀的第M通道（M≤N），且该通道对应的液体比例最大，第一输液通道和最后输液通道的开启时间相等，所述的控制系统根据N个通道对应的最小液体比例R和液体流速V，控制所述的输液泵的一个吸液周期分为L个周期，且在L个周期的1个周期中所述的控制系统根据所述的通道排列方式控制所述的N个通道依次向串联柱塞泵中输液，在剩余L-1个周期中所述的控制系统均控制第M通道向串联柱塞泵中输液。

在本发明所述的液相色谱仪中，所述的控制系统还可以根据所述的混合比例的偏差，得到一个比例阈值Q，所述的最小液体比例R<Q。

在本发明所述的液相色谱仪中，所述的控制系统还可以根据所述的混合比例的偏差以及液体的流速，得到一个比例阈值Q，所述的最小液体比例R<Q。

在本发明所述的液相色谱仪中，所述的控制系统还可以控制中间输液通道在所述的1个周期中的液体比例是该通道实际液体比例的L倍，并根据给液体比例控制中间输液通道在所述的1个周期中的开启时间。

在本发明所述的液相色谱仪中，所述的控制系统还可以根据R和V的数值，确定L的大小。

在本发明所述的液相色谱仪中，还可以当R/V≥10时，L=1；当10>R/V≥5时，L=2；当5>R/V≥2.5时，L=4；当2.5>R/V时，L=8。

与现有技术相比，本发明的液相色谱仪通过将输液泵的一个吸液周期分成多个周期，并且将小比例通道只在多个周期中的一个周期中运行，其他周期值运行具有最大液体比例的通道，因为将多个周期的开启时间都分配给一个周期，延长了小比例通道的通道开启时间，大大减小了现有技术中所述的负压引起的流量过大的问题，保证了输液泵混合比例的准确度，以及液相色谱仪测量结果的准确性。

附图说明

图1是液相色谱仪1的结构示意图。

图2是输液泵102的结构示意图。

图3是梯度阀201中液体流量与时间的关系图。

图4是本发明实施例中梯度阀201的通道排列方式的示意图。

图5是本发明实施例中将1个吸液周期分成L个吸液周期后的通道分布示意图。

具体实施方式

下面结合附图介绍本发明的一较佳实施例。

参照图1，本实施例中的液相色谱仪1包括溶液组织器101、输液泵102、进样器103、色谱柱104、检测器105、信息处理系统106和控制系统107等，其中溶液组织器101中的溶液经过脱气后，作为流动相被输液泵102注入到液相色谱仪1的系统中，样品溶液经过进样器103注入流动相，并被流动相载入到色谱柱104（固定相）内，由于样品溶液中的各组分与色谱柱具有不同的极性，样品溶液在色谱柱104中作相对运行时，经过反复多次的吸附-解吸的分配过程，各组分在移动速度上产生较大的差别，最后被分离成单个组分依次从色谱柱104内析出，析出的成分经过单色光的投射，检测器105检测到光强度的变化，并把这些光信号转换成电信号传送到信息处理系统106，信息处理系统106将接收到的数据进行数字分析，并最后将它们以图谱形式显示出来，控制系统107用于实现对色谱仪内各部件的控制和数据处理等操作。

作为举例说明，控制系统107可以通过DSP、FPGA等数字处理部件实现，并且控制系统107可以嵌入检测器105的系统中。

参考图2，在本实施例中，输液泵102由四元梯度阀201（本实施例以N=4为例）和串联柱塞泵202串联组成，其中四元梯度阀201具有四个通道，用于将四个通道中的液体（流动相）进行混合，控制系统107根据每个通道的液体比例，控制每个通道的开启时间和关闭时间的长度，最终输出所设定混合比例的混合液体，然后将该混合溶液输出给串联柱塞泵202，串联柱塞泵202由一个主泵头203和一个副泵头204组成，主泵头203的冲程体积约为副泵头204的二倍，当主泵头203排液时，入口单向阀205关闭，出口单向206打开，副泵头204对应的柱塞后退吸入主泵头203所排一半的液体，另一半直接进入液相色谱仪1的系统中；当主泵头203吸液时，出口单向阀206关闭，入口单向阀205打开，副泵头204对应的柱塞前进将泵腔中储存的一半液体输出到系统中，如此循环往复，将混合液体传输到液相色谱仪1的系统中。例如要实现40:20:20:20的混合比例，那么在主泵头203吸液的这段时间内，控制系统107控制四个通道的开启时间的比例依次为40%、20%、20%和20%，如此循环往复，就可输出上述混合比例的液体。

参考图4，在本实施例中，控制系统107还根据每个通道对应的液体比例和一种通道排列方式控制四元梯度阀201的四个通道依次向串联柱塞泵202中输送液体，该通道排列方式为第一输液通道和最后输液通道均为四元梯度阀的某一通道（此处假设为第一通道），且第一通道对应的液体比例最大，第一通道在作为第一输液通道和最后输液通道时的开启时间相等，第一输液通道是指在一个吸液周期中第一个向串联柱塞泵202中输送液体的，最后输液通道是指在一个吸液周期中最后一个向串联柱塞泵202中输送液体的。

在本实施例中，控制系统107根据四元梯度阀201的四个通道对应的最小液体比例R和输液泵102的液体流速V，控制输液泵102的一个吸液周期（一个比例分配周期）分为L个周期，且在L个周期的1个周期中，控制系统107根据上述的通道排列方式控制四个通道依次向串联柱塞泵202中输液，在剩余L-1个周期中，控制系统107均控制第1通道（M=1）向串联柱塞泵202中输液。

参考图3的液体流量与时间的关系图，在图中红色箭头指向的区域内，液体流量比较大，随着时间的变长，流量波动变小，根据流量与时间的变化可知，如果四元梯度阀201的通道开启时间很短，那么吸入的液体量就会比较大；如果四元梯度阀201的通道开启时间变长，吸入的液体量就不会收到前段较大波形的影响，因此不会产生由于吸入过多的液体导致的混合比例出现偏差的问题。所以，为了延长梯度阀201的通道开启时间，本发明将原来的一个吸液周期分成L个吸液周期进行处理，并且在L个吸液周期的第一个吸液周期中，控制系统107按照图4中的通道排列方式控制各个通道依次向串联柱塞泵202中输液，在剩下的L-1个吸液周期中，控制系统107只控制液体比例最大的通道，即本实施例中的第1通道向串联柱塞泵202中输液。假设在本实施例中第一通道A的液体比例是45%，第二通道B的液体比例是5%，第三通道C的液体比例是4%，第四通道D的液体比例是1%，参考图5，是本实施例中梯度阀201的L个吸液周期的通道分布情况，从图中可以看出，虽然将吸液周期分成了L个周期，但是将第二通道、第三通道和第四通道都放在Ｌ个周期中的一个周期中运行，也就是将这三个到本来分配给L个周期的通道开启时间都放在一个周期中，从而增加了这三个小比例通道的通道开启时间，解决了现有技术中由于通道开启时间过短，导致的吸液过多的问题。

并且，在本实施例中，控制系统107控制中间输液通道在上述的L个周期中的第1个周期中的液体比例是该通道实际液体比例的L倍，并根据给液体比例控制中间输液通道在所述的1个周期中的开启时间。通道的实际液体比例是指用户设置的每个通道对应的液体比例，在本实施例中，由于将本来的一个吸液周期分成了Ｌ个吸液周期，并且将中间输液通道（第二至第四通道）都放在一个周期，所以中间输液通道的液体比例要增加Ｌ倍，因为通道的开启时间与液体比例是成正比的，所以上述通道的开启时间也相应增加Ｌ倍。当然，在第1周期中第一通道的液体比例要相应减少，从而满足一个吸液周期总比例为100%。

作为举例说明，控制系统107根据混合比例的偏差以及液体的流速，得到一个比例阈值Q，梯度阀201四个通道对应的最小液体比例R<Q。在本实施例中，首先设定输液泵的流速和混合比例，通过测试的方法，测量混合比例的变化以及梯度阀201四个通道对应的最小液体比例R的变化，例如：测得1ml/min的流速下，最小液体比例R为2%以上，就不会出现明显的比例偏差的现象，那么2%就为在该流速下的比例阈值Q，当最小液体比例R<Q时，控制系统107就会采用上述的方法将一个吸液周期分成Ｌ个吸液周期，从而校正混合比例的偏差。并且当流速变化，比例阈值Q也相应变化，例如，当流速变为0.5ml/min，那么比例阈值Q就变为1%；当前流速变为2ml/min，那么比例阈值Q变为4%。

在本实施例中，控制系统107根据最小液体比例R和流速V的数值，确定L的大小。控制系统107具体依据下面的公式，设置L的取值。

当R/V>=10，则L=1；

当10>R/V>=5，则L=2；

当5>R/V>=2.5，则L=4；

当2.5>R/V，则L=8。

这组公式是根据反复测试后得出的经验公式。

具体测试的方法是：

利用二元梯度阀进行测试，其中第一通道输入纯净水，第二通道输入含0.2%丙酮的水溶液，然后分别在0.25ml/min，0.5ml/min，1，2ml/min的流速下，第二通道分别运行如下的液体比例：1%、2%、3%、4%和5%，首先测试在L=1时，混合比例的偏差。

	0.25ml/min	0.5ml/min	1ml/min	2ml/min
					1%	偏差大	偏差大	偏差大	偏差大
2%	偏差较小	偏差大	偏差大	偏差大
					3%	基本无偏差	偏差较小	偏差大	偏差大
4%	基本无偏差	偏差较小	偏差大	偏差大
					5%	基本无偏差	基本无偏差	偏差较小	偏差大

从上表可见，当L=1时，R/V值为10时，测量结果是比较稳定的。所以得出R/V值为10以上Ｌ=1可以满足要求。然后再根据上述原理，确定出R/V在其他区间的L值。最后再用通用的测试方法验证其正确性。

在本实施例中，液体比例的分配并不是一个连续的过程，输液泵102运行至少一个冲程才分配一次。那么就以计算出当前分配比例的时刻的流速来确定R/V值。也就是说L值的变化不是连续的，是非常离散的。例如，某一时刻R/V值为5则L值为2，需要用2个吸液周期来进行比例分配。那么在这两个吸液周期内比例的分配方式不做变化，只改变液体流速，也就是Ｌ值不变，当这两个吸液周期运行完了，再规划下一个比例分配周期，这一时刻如果R/V的值变为10，则L值变为1，那么本次的比例分配周期就只用一个吸液周期就可以了，如此反复运行。

作为举例说明，本发明的输液泵102还可以采用二元梯度阀或者其他多元梯度阀，均能够采用上面的方法解决现有技术中混合比例不准的问题。

本发明的液相色谱仪通过将输液泵的一个吸液周期分成多个周期，并且将小比例通道只在多个周期中的一个周期中运行，其他周期值运行具有最大液体比例的通道，因为将多个周期的开启时间都分配给一个周期，延长了小比例通道的通道开启时间，大大减小了现有技术中所述的负压引起的流量过大的问题，保证了输液泵混合比例的准确度，以及液相色谱仪测量结果的准确性。

Claims (8)

1.一种具有混合比例修正功能的液相色谱仪，包括输液泵和控制系统，所述的输液泵包括一个N元梯度阀（N≥2）和一个串联柱塞泵，所述N元梯度阀具有N个通道，用于将N个通道中的液体进行混合，

所述的控制系统根据每个通道对应的液体比例和一通道排列方式控制所述的N个通道依次向串联柱塞泵中输送液体，

所述的通道排列方式为第一输液通道和最后输液通道均为N元梯度阀的第M通道（M≤N），且该通道对应的液体比例最大，第一输液通道和最后输液通道的开启时间相等，

其特征在于，

所述的控制系统根据N个通道对应的最小液体比例R和液体流速V，控制所述的输液泵的一个吸液周期分为L个周期，

且在Ｌ个周期的1个周期中所述的控制系统根据所述的通道排列方式控制所述的N个通道依次向串联柱塞泵中输液，

在剩余L-1个周期中所述的控制系统均控制第M通道向串联柱塞泵中输液。

2.根据权利要求1所述的液相色谱仪，其特征在于，所述的控制系统根据所述的混合比例的偏差，得到一个比例阈值Q，所述的最小液体比例R<Q。

3.根据权利要求1或2所述的液相色谱仪，其特征在于，所述的控制系统根据所述的混合比例的偏差以及液体的流速，得到一个比例阈值Q，所述的最小液体比例R<Q。

4.根据权利要求1所述的液相色谱仪，其特征在于，所述的控制系统控制中间输液通道在所述的1个周期中的液体比例是该通道实际液体比例的L倍，并根据给液体比例控制中间输液通道在所述的1个周期中的开启时间。

5.根据权利要求1、2或4所述的液相色谱仪，其特征在于，所述的控制系统根据R和V的数值，确定L的大小。

6.根据权利要求3所述的液相色谱仪，其特征在于，所述的控制系统根据R和V的数值，确定L的大小。

7.根据权利要求5所述的液相色谱仪，其特征在于，当R/V≥10时，L=1；当10>R/V≥5时，L=2；当5>R/V≥2.5时，L=4；当2.5>R/V时，L=8。

8.根据权利要求6所述的液相色谱仪，其特征在于，当R/V≥10时，L=1；当10>R/V≥5时，L=2；当5>R/V≥2.5时，L=4；当2.5>R/V时，L=8。