CN111812262B - 一种液相色谱多元低压低比例控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液相色谱多元低压低比例控制方法及装置，当输送包含低比例流动相的多元混合液时，改变各流动相对应电磁阀的开启时间及总的周期为原开启时间及周期的数倍，保持最低比例流动相的比例系数与提高的倍数成线性关系，其中流动相到柱塞泵之间增加混合环节；本发明通过增加低比例流动相电磁阀的开启时间以及利用多周期混合方式，提高低比例条件下，多元低压输液泵的梯度输液准确性与重复性；增加多元液相混合步骤，达到提高流动相的混合效果，并控制梯度延迟的目的。

Description

一种液相色谱多元低压低比例控制方法及装置

技术领域

本发明涉及柱色谱法技术领域，尤其涉及一种液相色谱多元低压低比例梯度输液控制方法及装置。

背景技术

梯度洗脱是液相色谱分析过程中最常用的一种工作模式，需要使用两种或两种以上的流动相对色谱柱进行洗脱。为了实现梯度输液，现有技术主要分为高压梯度输液和低压梯度输液两种。高压梯度输液需要使用多个高压输液泵分别输送不同的液体，在输液泵出口的高压条件下对流动相进行混合。低压梯度输液则是使用一个高压输液泵，并在泵头的流动相入口处连接比例电磁阀，电磁阀在低压条件下与不同的流动相相通，通过控制各电磁阀的开启时间，从而控制吸入泵头的流动相比例。

公开号为CN106018638的中国发明“液相色谱多元流动相低压梯度控制方法”提供了一种液相色谱多元流动相低压梯度控制方法，对电磁阀的控制信号与凸轮的转动角度相关，即与柱塞杆的运动行程关联，不仅可以控制电磁阀的开启周期完全处于吸程内，而且可以通过控制电磁阀开启顺序，对分配偏差进行相应的增减补偿，避免抽吸液体速度的升速、匀速和降速对分配造成的影响，特别是避免了流动相在极端比例分配(如5％比95％)时所产生的极大偏差，有效提高了多元低压梯度比例分配的准确性和重复性。

然而，当梯度输液中，最小的流动相比例过低(如低于5％)时，该流动相对应电磁阀的开启时间会随着流量的升高而急剧减小，过短的开启时间无法保证吸入流动相比例的准确性和重复性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种液相色谱多元低压低比例梯度输液控制方法及装置，能够解决上述问题。

为此目的，本发明由如下技术方案实施。

一种液相色谱多元低压低比例控制方法，当输送多相混合液，其中包含1％-5％的低比例流动相时，调整各流动相对应电磁阀的开启时间与原开启时间为倍数(y)关系，吸液周期与柱塞泵吸液周期(T)为倍数(y)关系；相同条件下，最低比例流动相(x％)的比例系数与倍数(y)满足线性关系式：

y＝ax+b

其中，a、b为实数，且满足5a+b＝1；

具体控制步骤为：

S1、依据各比例流动相所占比例，控制软件计算出在柱塞泵吸液周期(T)内各流动相对应电磁阀的开启时间(t_n)，根据设定流量确定电机转速，并将转速信息发送柱塞泵；

S2、根据所述最低比例流动相(x％)设置初始倍数(y)，并计算出各流动相对应电磁阀的实际开启时间(T_n)，计算方法如下：

T_n＝t_n·y

实际吸液周期(T_s)与柱塞泵吸液周期(T)的关系为：

T_s＝T·y

将T_n、T_s输入电磁阀控制器；

S3、启动柱塞泵，当柱塞泵凸轮的传感器判断柱塞泵进入吸液过程时，各个流动相对应的电磁阀依次根据所述S2中的实际开启时间(T_n)开启对应的时间，使不同的流动相以设定的比例吸入，之后经过混合进入泵头；

S4、在相同情况下，需要调整所述最低比例流动相(x％)的所占比例时，依据所述S2中倍数(y)及其对应的最低比例流动相(x％)所占比例，求解出a、b，之后在所述线性关系式中带入最低比例流动相的新比例，获得新的比例倍数，并重复所述S2、S3，即可获得所需比例的混合流动相。

进一步，所述最低比例流动相(x％)所占比例范围为1％-5％；所述倍数(y)初始设置范围为1-9。

进一步，所述S3中，单一电磁阀开启时，其余电磁阀均处于关闭状态，且柱塞泵非吸液时间不计入电磁阀实际开启时间(T_n)中。

进一步，所述S3中混合器各比例相混合方式为搅拌混合、静态混合其中一种或两种组合。

进一步，所述S3中，各个流动相对应的电磁阀开启顺序为，由最低比例流动相至最大比例流动相、最大比例流动相至最低比例流动相、大比例流动相与小比例流动相交替排列其中一种。

另一方面，本发明还提供了一种液相色谱多元低压低比例控制装置，包括：电磁阀、混合器、柱塞泵；

所述电磁阀的输入端连接流动相，所述电磁阀的输出端连接所述混合器的输入端；所述混合器的输出端连接所述柱塞泵的入口。

进一步，电磁阀为多通道电磁阀。

进一步，所述柱塞泵为串联往复柱塞泵，主柱塞为短行程柱塞，行程为1-3mm；所述混合器为搅拌式混合器或静态混合器其中一种或两种组合。

更进一步，所述混合器有效容积与所述柱塞泵的主柱塞泵腔体积关系式为：

V_mix≥V·y_max

其中，V_mix为所述混合器的有效容积；V为所述柱塞泵的主柱塞泵腔体积；y_max为x＝1时，倍数(y)的取值。

进一步，所述柱塞泵的电机与所述电磁阀由同一个控制电路所控制。

本发明具有如下优点：

1.通过增加低比例流动相电磁阀的开启时间以及利用多周期混合方式，提高低比例条件下，多元低压输液泵的梯度输液准确性与重复性；

2.通过柱塞泵腔体体积与混合器容积关系，达到提高流动相的混合效果，并控制梯度延迟的目的；

3.比例或倍数关系可根据实际情况进行调整，写入控制柱塞泵的控制单元中，实现自动化调整。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为本发明低比例混合过程示意图；

图3为本发明控制装置示意图。

图中：

1-电磁阀；2-混合器；3-柱塞泵。

具体实施方式

需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将结合附图1-3，对本发明做进一步说明。

如图1所示，一种液相色谱多元低压低比例控制方法，当输送多相混合液，其中包含1％-5％的低比例流动相时，调整各流动相对应电磁阀的开启时间与原开启时间为倍数y关系，吸液周期与柱塞泵吸液周期T为倍数y关系；相同条件下，最低比例流动相x％的比例系数(x为百分号前数字部分，相当于最低比例流动相在总流动相中所占比例乘以100)与倍数y满足线性关系式：

y＝ax+b

其中，a、b为实数，且必需满足当最低比例流动相在总流动相中所占比例为5％时(x＝5)，倍数为1(y＝1)，即5a+b＝1。

优选地，最低比例流动相x％所占比例范围为1％-5％；倍数y初始设置范围为1-9。

具体控制步骤为：

S1、依据各比例流动相所占比例，控制软件计算出在柱塞泵吸液周期T内各流动相对应电磁阀的开启时间t_n，根据设定流量确定电机转速，并将转速信息发送柱塞泵；

S2、根据最低比例流动相x％设置初始倍数y，并计算出各流动相对应电磁阀的实际开启时间T_n，计算方法如下：

T_n＝t_n·y

实际吸液周期T_s与柱塞泵吸液周期T的关系为：

T_s＝T·y

将T_n、T_s输入电磁阀控制器；

S3、启动柱塞泵，当柱塞泵凸轮的传感器判断柱塞泵进入吸液过程时，各个流动相对应的电磁阀依次根据S2中的实际开启时间T_n开启对应的时间，各个流动相对应的电磁阀开启顺序为，由最低比例流动相至最大比例流动相，使不同的流动相以设定的比例吸入，之后经过混合进入泵头；优选地，单一电磁阀开启时，其余电磁阀均处于关闭状态，且柱塞泵非吸液时间不计入电磁阀实际开启时间T_n中，且混合器各比例相混合方式为静态混合；

S4、在相同情况下，如需要调整最低比例流动相x％的所占比例时，依据S2中倍数y及其对应的最低比例流动相x％所占比例，求解出a、b，之后在线性关系式中带入最低比例流动相的新比例，获得新的比例倍数，并重复S2、S3，即可获得所需比例的混合流动相。其中，当改变最低比例相的系数x时，出现y为分数形式，既整体吸液周期不为泵体吸液周期的整数倍，对应的上调y值为最近的整数。

另一方面，本发明基于上述控制方法还提供了一种液相色谱多元低压低比例控制装置，如图3所示，主要包括：电磁阀1、混合器2、柱塞泵3；

电磁阀1的输入端连接流动相，电磁阀1的输出端连接混合器2的输入端；混合器2的输出端连接柱塞泵3的入口，优选地，柱塞泵3为串联往复柱塞泵，主柱塞为短行程柱塞，行程可选范围为1-3mm。混合器2选为静态混合器，结构简单且混合效果好。

优选地，电磁阀1为多通道电磁阀，各通道连接对应的流动相。

优选地，混合器2有效容积与柱塞泵3的主柱塞泵腔体积关系式为：

V_mix≥V·y_max

其中，V_mix为混合器2的有效容积；V为柱塞泵3的主柱塞泵腔体积；y_max为x＝1时，倍数y的取值。

优选地，柱塞泵3的电机与电磁阀1由同一个控制电路所控制，精简了控制电路。

实施例1

如图2所示，选择四元流动相，所需比例分别为A＝1％、B＝5％、C＝20％、D＝74％，各流动相分别与对应的电磁阀1的四个通道入口相接，4个电磁阀的出口流路经过混合器2后，与柱塞泵3的入口相连。主柱塞直径3.175mm，行程为2mm，计算可得主柱塞泵腔体积为15.8μL。结合柱塞泵性能及环境参数，设置初始倍数y为5，带入本例中最低比例流动相A的比例系数(x＝1)，求解函数关系：

解得a＝-1；b＝6

由此，确定本例中最低比例流动相A所占比例与倍数关系为y＝6-x。

各流动相对应电磁阀的总开启时间需提高为5倍，需要5个吸液周期进行混合累加。此外，此输液泵的最小输液梯度比例为1％，则y的边界值y_max为5，即混合器2的有效容积最少为主柱塞泵腔体积的5倍，即79μL。

柱塞泵3吸液时长为T，当吸液开始时，在柱塞泵3第一个吸液周期内；

1)流动相A对应的电磁阀实际开启时间为

T_A＝t_A*5＝(T*1％)*5＝5％T；

2)同理依次计算，流动相B对应的电磁阀开启时间为

T_B＝t_B*5＝(T*5％)*5＝25％T；

3)由于柱塞泵3的第一个吸液周期内剩余时间不满足流动相C实际开启时间，即：

T_C＝t_C*5＝(T*20％)*5＝100％T；

因此流动相C对应的电磁阀开启时间分两个周期内完成，第一部分为第一个周期剩余开启时间T_C1；

T_C1＝T-T*1％*5-T*5％*5＝70％T；

在第二个吸液周期内，流动相C对应电磁阀开启时间为

T_C2＝T_C-T_C1＝t_C*5-70％T＝(T*20％*5)-70％T＝30％T

4)流动相D对应电磁阀开启时间为剩余全部时间，即第二周期剩余开启时间：

T_D1＝T-30％T＝70％T；

在第三至第五个吸液周期内开启时间均为T，即：

T_D2＝T+T+T＝300％T；

累加得总开启时间：T_D＝T_D1+T_D2＝370％T；

五个周期累计的各流动相对应电磁阀开启时间分别为5％T、25％T、100％T、370％T，与设定的输液比例条件一致，并使整体周期变为原单一吸液周期的5倍，如图2所示，改善了低比例流动相因为单一吸液周期内过短的开关时间，导致通过流量偏低的问题，大大提升整体混合流动相中各相所占比例精确性。5个周期所吸取的全部流动相通过混合器2后，进入柱塞泵3内，实现低比例流动相的准确吸取。

上述的比例计算过程均可由下位机根据设定比例及预设函数关系自行进行，使用者无需额外操作。

进一步，如果在本例中要调整最低比例流动相A所占比例，可以将新设定的值(如x＝3)带入函数关系式y＝6-x，解得新的倍数y为3，依次修改对应的电磁阀开启时间及总的周期即可。如x为4.5时，y计算值为1.5，向上取最近整数即y为2，保证整体周期为吸液周期的整数倍。

此外，由于不同输液泵存在性能差异，初始倍数y可以根据需要进行改变。

以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种液相色谱多元低压低比例控制方法，其特征在于，当输送多相混合液，其中包含1％-5％的低比例流动相时，调整各流动相对应电磁阀的开启时间与原开启时间为倍数(y)关系，吸液周期与柱塞泵吸液周期(T)为倍数(y)关系；相同条件下，最低比例流动相(x％)的比例系数与倍数(y)满足线性关系式：

y＝ax+b；

其中，a、b为实数，且必须满足当最低比例流动相在总流动相中所占比例为5％，倍数为1；即x＝5，y＝1，满足5a+b＝1；

具体控制步骤为：

S1、依据各比例流动相所占比例，控制软件计算出在柱塞泵吸液周期(T)内各流动相对应电磁阀的开启时间(t_n)，根据设定流量确定电机转速，并将转速信息发送柱塞泵；

S2、根据所述最低比例流动相(x％)设置初始倍数(y)，并计算出各流动相对应电磁阀的实际开启时间(T_n)，计算方法如下：

T_n＝t_n·y

实际吸液周期(T_s)与柱塞泵吸液周期(T)的关系为：

T_s＝T·y

将T_n、T_s输入电磁阀控制器；

其中，所述最低比例流动相(x％)所占比例范围为1％-5％；所述倍数(y)初始设置范围为1-9；

S3、启动柱塞泵，当柱塞泵凸轮的传感器判断柱塞泵进入吸液过程时，各个流动相对应的电磁阀依次根据所述S2中的实际开启时间(T_n)开启对应的时间，使不同的流动相以设定的比例吸入，之后经过混合进入泵头；

S4、在相同情况下，需要调整所述最低比例流动相(x％)的所占比例时，依据所述S2中倍数(y)及其对应的最低比例流动相(x％)所占比例，求解出a、b，之后在所述线性关系式中带入最低比例流动相的新比例，获得新的比例倍数，替换所述S2中初始倍数(y)，并重复所述S2、S3，即可获得所需比例的混合流动相。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述S3中，单一电磁阀开启时，其余电磁阀均处于关闭状态，且柱塞泵非吸液时间不计入电磁阀实际开启时间(T_n)中。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述S3中混合器各比例相混合方式为搅拌混合、静态混合其中一种或两种组合。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述S3中，各个流动相对应的电磁阀开启顺序为，由最低比例流动相至最大比例流动相、最大比例流动相至最低比例流动相、大比例流动相与小比例流动相交替排列其中一种。

5.根据权利要求1-4任一项所述的控制方法，其特征在于，所述的控制方法适用于一种液相色谱多元低压低比例控制装置，所述的控制装置包括：电磁阀(1)、混合器(2)、柱塞泵(3)；

所述电磁阀(1)的输入端连接流动相，所述电磁阀(1)的输出端连接所述混合器(2)的输入端；所述混合器(2)的输出端连接所述柱塞泵(3)的入口。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，电磁阀(1)为多通道电磁阀。

7.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述柱塞泵(3)为串联往复柱塞泵，主柱塞为短行程柱塞，行程为1-3mm；所述混合器(2)为搅拌式混合器或静态混合器其中一种或两种组合。

8.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述混合器(2)有效容积与所述柱塞泵(3)的主柱塞泵腔体积关系式为：

V_mix≥V·y_max

其中，V_mix为所述混合器(2)的有效容积；V为所述柱塞泵(3)的主柱塞泵腔体积；y_max为x＝1时，倍数(y)的取值，x为最低比例流动相的比例系数；y为设置的初始倍数。

9.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述柱塞泵(3)的电机与所述电磁阀(1)由同一个控制电路控制。

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