用于計(jì)算機(jī)輔助梯度洗脫條件優(yōu)化的色譜峰寬的計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及液相色譜中用于梯度洗脫條件優(yōu)化的色譜峰寬的計(jì)算方法。具體地 說，是根據(jù)非線性溶劑強(qiáng)度模型和理論塔板數(shù)，或者根據(jù)非線性溶劑強(qiáng)度模型和等度洗脫 條件下的峰寬變化模型，預(yù)測(cè)任意梯度洗脫條件下的色譜峰寬。所得峰寬可用于分離度的 計(jì)算，并以分離度為評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)用于計(jì)算機(jī)輔助梯度洗脫條件的優(yōu)化之中。
【背景技術(shù)】
[0002] 梯度洗脫是液相色譜的一種重要操作模式。在該模式下，流動(dòng)相組成會(huì)隨時(shí)間的 改變而發(fā)生變化。梯度洗脫的優(yōu)點(diǎn)是可縮短分析的時(shí)間以及減少色譜峰的寬度，因此在實(shí) 踐中有著廣泛的應(yīng)用（ChenX，KongL,SuX，etal.JChromatogrA, 2005, 1089, 87-100 ;馬 巖，張萬軍，衛(wèi)軍營(yíng)，牛明，等.色譜，2011，29, 205-211 ;沈丹紅，路鑫，常玉瑋，等.色 譜，2014, 32, 40-46)。
[0003] 與液相色譜的另一種操作模式等度洗脫相比，梯度洗脫的分離機(jī)理要復(fù)雜許多。 這是因?yàn)樵谔荻认疵撝?，溶質(zhì)譜帶將受到梯度洗脫條件造成的譜帶"壓縮效應(yīng)"以及傳質(zhì)過 程造成的譜帶"展寬效應(yīng)"的共同影響，而等度洗脫僅存在譜帶"展寬效應(yīng)"的影響。在梯 度洗脫中，色譜峰的寬度將會(huì)受到溶劑強(qiáng)度，即樣品保留因子（k)與流動(dòng)相組成（表示為強(qiáng) 洗脫溶劑在流動(dòng)相中的體積比，# )之間的關(guān)系，梯度曲線的形狀，理論塔板高度（H)隨流 動(dòng)相組成的變化以及梯度延遲時(shí)間（tD)等因素的影響。在目前關(guān)于梯度洗脫的研究中，溶 劑強(qiáng)度模型常常被設(shè)定為線性，即
[0004] (1)
[0005] 其中Ink。和S為溶劑強(qiáng)度參數(shù)，下標(biāo)符號(hào)供代表其所對(duì)應(yīng)的流動(dòng)相組成。同時(shí)梯 度曲線被設(shè)定為單線性，即
[0006]
(2)
[0007] 其中餌為初始流動(dòng)相組成，B為梯度的斜率，t為時(shí)間，Φ(t)為在輸液系統(tǒng)中設(shè) 定的梯度程序。在假定Η不隨流動(dòng)相組成的改變而發(fā)生變化的前提下，Poppe提出了如下 數(shù)學(xué)公式，以計(jì)算單線性梯度且溶劑強(qiáng)度為線性的譜帶壓縮因子（G)(PoppeH，Paanakker J,BronckhorstM.J.Chromatogr. 1981, 204:77-84)
[0008]
(3)
[0009] 其中P的計(jì)算公式為
[0010] ⑷
[0011] 上式中知)為樣品在初始流動(dòng)相中的保留因子。將由（3)式計(jì)算得到的G值代入下 面（5)式，可獲得單線性梯度洗脫條件下的色譜峰寬Ws(ZhuPL，SnyderLR，DolanJW，et al.JChromatogrA, 1996,756,21-39；NeueUD,MarchandDH；SnyderLR.JChromatogr A, 2006, 1111，32-39)，
[0012] "
. ,.. C5；
[0013] 上式中N為理論塔板數(shù)，J為經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，t。為色譜柱的死時(shí)間，為溶質(zhì)流出色譜 柱時(shí)所對(duì)應(yīng)的保留因子。
[0014] 需要指出，上述（1)-(5)式在實(shí)踐應(yīng)用中仍存在相當(dāng)?shù)木窒扌?。首先，許多研 究已表明，線性溶劑強(qiáng)度模型只是對(duì)樣品色譜保留行為的一種近似描述。在許多應(yīng)用實(shí) 例中，溶劑強(qiáng)度往往表現(xiàn)出非線性的特點(diǎn)（NikitasP，Pappa-LouisiA.JChromatogr A, 2009, 1216, 1737-1755;NikitasP,Pappa-LouisiA,AgrafiotouP,etal.JChromatogr A，2011，1218, 5658-5663)。一種典型的描述非線性溶劑強(qiáng)度的數(shù)學(xué)模型為
[0015] (6)
[0016] 其中Ink。、SJPS2S溶劑強(qiáng)度參數(shù)。其次，（1)-(5)式只適用于單線性梯度條件 下色譜峰寬的計(jì)算。而對(duì)于任意形式的梯度組合，例如
[0017]
[0018] 其中i為梯度序號(hào)，η為梯度數(shù)目，tP為梯度曲線上節(jié)點(diǎn)的時(shí)間坐標(biāo)值，（1)-(5) 式則不再適用。另外，許多研究也表明理論塔板高度（H)也會(huì)隨著流動(dòng)相組成的改變而發(fā) 生改變（PoppeH，PaanakkerJ，BronckhorstM.JChromatogr, 1981，204, 77-84;Gritti F，GuiochonG.JChromatogrA, 2009, 1216, 6124-6133)，同時(shí)梯度延遲時(shí)間（tD)對(duì)色譜峰 寬的影響也未被包括在（3)式之中，這些都將限制（1)-(5)式在實(shí)踐中的應(yīng)用。
[0019] 通過對(duì)梯度洗脫中的傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究，發(fā)明人提出了如下適用于任意形 式的溶劑強(qiáng)度模型，梯度曲線形狀，理論塔板高度隨流動(dòng)相組成的變化，以及考慮了 梯度延遲時(shí)間影響的理論塔板高度方程（他〇1，0丨13,〇1611( >)，6丨31.]\〇11'〇1]^1：(^1·· A, 2013, 1295, 67-81 ；Hao ff,Di B, Chen Q, et al. Analyst, 2014, 139, 1504-1511 ；Hao ff, Di B, YueB,etal.J.Chromatogr.A, 2014, 1369:191-195),
[0020]
[0021] 其中Hap為梯度洗脫條件下的表觀理論塔板高度，tR為保留時(shí)間，符號(hào)H和k中的 下標(biāo)為其所對(duì)應(yīng)的流動(dòng)相組成。在（8)式的基礎(chǔ)上，可得到
[0022]
[0023] 其中1為等度洗脫條件下測(cè)得的色譜峰寬。（9)式為本發(fā)明提出任意梯度洗脫條 件下的色譜峰寬的計(jì)算奠定了良好的理論基礎(chǔ)。另外，發(fā)明人還提出了一種計(jì)算機(jī)輔助梯 度洗脫條件優(yōu)化的方法（發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?01510126615. 3)。將這種方法與本發(fā)明所提出 的色譜峰寬的計(jì)算方法相結(jié)合，有助于提高預(yù)測(cè)的精度，快速尋找到滿足實(shí)踐需求的最佳 梯度洗脫條件，從而大大縮短分離條件摸索的時(shí)間，提高工作的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0024] 本發(fā)明的目的是提供用于計(jì)算機(jī)輔助梯度洗脫條件優(yōu)化的色譜峰寬的計(jì)算方法。 該方法根據(jù)非線性溶劑強(qiáng)度模型和理論塔板數(shù)，或者根據(jù)非線性溶劑強(qiáng)度模型和等度洗脫 條件下的峰寬變化模型，計(jì)算不同梯度洗脫條件下的色譜峰寬。該方法具有計(jì)算準(zhǔn)確、適用 范圍廣、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。將這種方法應(yīng)用于計(jì)算機(jī)輔助梯度洗脫條件的優(yōu)化之中，有助于 快速建立滿足實(shí)踐分離需求的梯度洗脫條件。
[0025] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0026]用于計(jì)算機(jī)輔助梯度洗脫條件優(yōu)化的色譜峰寬的計(jì)算方法，包括以下步驟：
[0027] a.測(cè)定樣品在不同等度洗脫條件下的保留時(shí)間和色譜峰寬，計(jì)算相應(yīng)的保留因子 和理論塔板數(shù)。
[0028] b.根據(jù)等度洗脫實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，擬合得到描述保留因子隨流動(dòng)組成變化的溶劑強(qiáng)度模 型，以及描述等度洗脫條件下色譜峰寬隨流動(dòng)相組成變化的數(shù)學(xué)模型。
[0029]c.根據(jù)溶劑強(qiáng)度模型和理論塔板數(shù)，或者根據(jù)溶劑強(qiáng)度模型和等度洗脫條件下的 峰寬變化模型，計(jì)算不同梯度洗脫條件下的色譜峰寬。將所得到的色譜峰寬用于分離度的 計(jì)算，并以分離度為評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)用于計(jì)算機(jī)輔助梯度條件的優(yōu)化之中。
[0030] 上述根據(jù)溶劑強(qiáng)度模型和理論塔板數(shù)計(jì)算梯度洗脫條件下色譜峰寬的方法，其特 征在于溶劑強(qiáng)度模型的數(shù)學(xué)形式為（6)式，等度洗脫條件下的色譜峰寬（WJ與k之間的關(guān) 系通過下式進(jìn)行描述，
[0031]
(10)
[0032] 其中N為理論塔板數(shù)的平均值。將（6)式和（10)式代入（9)式，從而計(jì)算不同梯 度洗脫條件下的色譜峰寬（WJ。
[0033] 上述根據(jù)溶劑強(qiáng)度模型和等度洗脫條件下的峰寬變化模型計(jì)算梯度洗脫條件下 色譜峰寬的方法，其特征在于溶劑強(qiáng)度模型的數(shù)學(xué)形式為（6)式，等度洗脫條件下的峰寬 變化模型為
[0034] (1:1)
[0035] 其中a、b、c為常數(shù)。將（6)式和（11)式代入（9)式，從而計(jì)算不同梯度洗脫條件 下的色譜峰寬（WJ。
[0036] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0037] 1.計(jì)算準(zhǔn)確。本發(fā)明以非線性溶劑強(qiáng)度模型（即（6)式）描述保留因子與流動(dòng)相 組成之間的關(guān)系，這與實(shí)際情形更為符合，從而有助于提高理論預(yù)測(cè)的精度。同時(shí)，色譜峰 寬的計(jì)算公式（即（9)式）中引入了梯度延遲時(shí)間（tD)的影響，這也將有助于減小理論值 與實(shí)驗(yàn)值之間的誤差。
[0038] 2.適用范圍廣。（9)式適用于任意形狀梯度曲線下的色譜峰寬的