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1、色谱数据处理系统1 简述色谱数据处理系统广泛应用于色谱分离中色谱成分的定性及定量处理，经各种色谱条件分离后的色谱成分按时间或距离的变化经过检测器以色谱峰的形式给出色谱信号的色谱图均适用于用色谱数据处理系统进行数据处理。它是气相色谱、高效液相色谱、高效毛细管电泳及薄层色谱扫描等仪器中必需的配套设备。用于定性分析的主要依据是色谱峰的保留时间（tR）或电迁移时间（tm）、色谱图形状及检测器对色谱成分的选择性响应，如色谱成分吸收光谱等数据。用于定量分析的主要依据是色谱峰的高度或面积及检测器对色谱成分的响应因子。由于色谱分离受众多条件的制约，色谱图中色谱峰的形状及分离情况十分复杂，准确的保留时间、峰高度
2、和面积的求得，必需考虑基线变化、不完全分离的分割及其测试和补偿方法等因素。色谱数据处理系统必需具备上述功能。近年来由于电子技术和计算机技术的飞速发展及其在各种领域中的大量应用，目前色谱数据处理系统大致可分下列类型：（1）单纯专用色谱处理机（积分仪） 能对色谱信号记录保留时间，对色谱峰的分析处理参数进行设置，作必要的分割处理，编制时间程序，用数字及符号记录处理后的结果，以及利用定量参数进行定量分析计算和打印简单的结果报告，早期的仪器不能记录色谱图，须另备记录器记录图谱，后期产品则可用打印器同时记录图谱，各种参数可以存贮在机的文件中。（2）功能比较齐全的专用色谱处理机 采用功能比较齐全的计算机作为
3、色谱数据处理机，增加了外围设备、存贮器容量及应用软件，如参数的设置、时间程序等的编制，采用人机对话或菜单式目录，用选择项目或填入字符等简单方法操作，实时显示或打印色谱图，允许用一种或数种高级语言编制程序，通过接口实现仪器的高度自动化操作，如以专用BASIC语言编制程序达到调节控制仪器工作条件、自动进样、记录和分析数据、自动打印报告等操作。各种操作程序、分析参数、原始色谱图及处理结果报告等均可以文件形式贮存于计算机的软、硬磁盘中，可对原始色谱图用不同参数进行重新计算，以获得符合需要的结果。原始色谱图可以任意多次使用而不需做重复的分析。根据格式在一定围可由使用者任意安排，色谱图上可以表示出各种补偿
4、方式所得出的结果，可供使用者判断设定参数是否合理。可以用高级语言编程的专用机，通常可以根据自己需要编写一些应用程序，以利用该色谱数据处理机进行一些如标准曲!线绘制等图表处理，或计算理论板数等色谱性能测试及标准偏差和相对标准偏差等的统计计算等。这类专用计算机一般不能与通用计算机兼容，大多数通用机上的操作系统和应用程序一般不能在这类专用机上运行。（3）通用计算机用作色谱数据处理机 通用计算机用作色谱数据处理机以使用个人计算机（PC）为多。其优点是：性能价格比较高，可以利用现有的硬件和操作系统，使设计制造的工作量减少到只需考虑接口和工作软件。目前大部分应用微软的Windows操作系统，充分利用菜单式
5、操作系统、彩色显示屏幕和鼠标等外围设备，使操作简单、直观，并且利用Windows的多窗口操作的功能，计算机还可以同时用于其它用途。用通用计算机作为色谱数据处理机的仪器发展较快，除常规的色谱数据处理机外，有些检测器如二级管阵列检测器及质谱检测器等因要求运算速度快、信息存贮量大，也必须应用通用计算机。随着通用计算机速度和容量的发展，目前较新的色谱数据处理机已大大扩展了应用围，适用于多种方式组合的色谱系统及多种检测器，也可以同时控制多个色谱系统。随着信息化管理（LIMS等）及GLP等的要求，目前较新的色谱处理机可以在采集色谱信号的同时采集测定条件、环境参数等，还采用电子签名、预警系统和故障诊断等，减
6、少工作失误，增加数据的完整性、可靠性；并且可以用多种文本方式（如.TXT、.XLS、.HTM等格式）存贮，便于数据输出、统计及交流共享等。色谱仪器与通用计算机的接口也有部分已采用网卡，在与通用计算机兼容性增强的同时也为网络化操作、管理提供了方便。典型的色谱信号数据处理部分系统结构和外围设备见图1。读写存贮器中央处理单元CPU显示装置色谱检测信号接口模数变换器信号处理只读存贮器打印绘图仪操作接口键盘接口色谱仪器图1 色谱信号数据处理部分系统结构和外围设备色谱信号通过信号处理后进行模数转换，将模拟信号转变为数字信号，作为原始数据通过接口送入计算机中处理单元进行处理，处理结果通过显示器显示用打印绘图
7、仪打出，操作指令及参数等通过键盘输入，仪器本身的控制和操作通过接口完成。只读存贮器用于输出操作程序，读写存贮器用于输入和输出各种操作系统、色谱及数据等文件。色谱检测信号模拟滤波器模数变换器数字滤波基线识别,斜率计算,峰识别报告计算校正因子存贮显示色谱峰面积、保留时间、浓度等积分，峰处理，基线校正基线贮存色谱信号原始数据一般流程如下：1.1 色谱参数 采自色谱仪的信号因受许多因素的影响而变化很多。为了得到准确的分析结果，必须在整个分析过程中用各种不同参数处理色谱数据，以区别色谱的真假和需要进行修正的信号，通常在分析过程中需要指定的参数有：峰处理参数，记录参数，计算参数及鉴定表参数等。1.1.1
8、峰处理参数 对来自色谱仪检测器信号采集后进行检测。符合设定条件者，作为色谱峰进行保留和处理。这些参数主要用以判断信号是否符合色谱峰的条件及决定是否需要保留。峰处理的主要参数如下。1.1.1.1 峰宽 色谱峰的半峰宽。半峰宽大于指定参数者予以保留，否则舍弃。并决定对信号进行取样频率、数字滤波和平滑处理的程度。1.1.1.2 斜率（阈值） 决定峰检测的灵敏度。设定值大，灵敏度低，反之灵敏度高。也用斜率确定峰的起止点，峰斜率超过设定值时作为峰开始的确认点，检测器信号作为峰开始检出，至峰斜率低于设定值时，信号作为峰的结束点确认。一般狭峰斜率变化大，设定值亦大，灵敏度低。宽峰斜率变化小，设定值小，灵敏度
9、高。设定值过大易将有用色谱峰作为噪声处理而丢失，过小易将大的噪声信号作为色谱峰处理。一般色谱数据处理系统有根据设定的峰宽测定一定时间的基线信号而自动决定斜率值的功能。1.1.1.3 最小面积 对色谱峰的面积进行测量，与设定值比较，大于设定值作为色谱峰，小于设定值者作为噪声舍弃。1.1.1.4 基线校正 根据色谱峰的分离情况确定基线校正。基线校正情况对色谱峰面积或峰高的计算均有很大影响，通常色谱峰的分离情况可以分为以下三类。1.1.1.4.1 完全分离峰 2个峰间的峰谷宽大于或等于第一峰的二倍峰宽时，谷底作为基线结束点，第一峰的面积或峰高均以谷底（B）为基线处理，不作任何补偿（图2），或第一峰结
10、束点已在以起点的水平基线阈值围，亦作为完全分离峰处理（图3）。图2 完全分离峰的基线位置阈值图3 完全分离峰的谷底与设定阈值的关系1.1.1.4.2 重叠峰 不能满足上述条件的连峰，为重叠峰。一组峰面积可以采用垂直分割方法测取峰面积，或用漂移值参数设置，设定新的基线作切线分割，或垂直分割与切线分割混合处理。（图4）。漂移值的设置大于谷点时作切线分割，小于谷底部分作垂直分割（图4c），漂移值可以按时间程序作不同改变，从而可根据需要确定分割方式，计算面积。图4 重叠峰基线校正示意图1.1.1.4.3 拖尾峰 在拖尾峰的拖尾过程中出现叠加的骑峰，可以两种方式将主峰与骑峰分别计算面积。自动基线处理过程
11、中比较主峰至谷半峰宽以及主峰与骑峰半峰高比例关系而确定是否拖尾峰，其示意图见图5。图5 拖尾峰的确定示意图如认为不满足上述条件的峰也应拖尾处理时，可用时间程序的强制拖尾处理功能处理成拖尾峰。1.1.1.5 其它峰处理参数 其它峰处理参数如变参时间：可随设定时间自动将峰宽参数增加!倍，斜率减小1倍，以适应色谱峰随时间增加扩散而变化的需要。锁定时间参数：在指定时间仪器暂停色谱数据处理，而使该段时间的峰删除。停止时间：用于设定色谱分析完毕自动停止数据采集的时间，便于利用程序设计达到全自动分析的目的。1.1.2 记录参数 作用于色谱图的参数：用衰减参数调节积分灵敏度，使色谱信号在规定的灵敏度围记录，用
12、记录纸速调节色谱图的长度。对于色谱工作站，可以通过调节纵、横坐标来调节色谱图的形状与大小。1.1.3 计算参数 计算参数包括方法选择，标重量，样品重量等参数。通过计算参数及有关的参数，可以选择包括峰面积或峰高的选择，保留时间报告方式及定量方法的选择等。定量方法主要有归一化法，标法，绝对校准曲线（外标）法，平方根计算法和指数计算法。以前3种方法最为常用。在标法计算中需要采用标重量和样品重量2个参数，用以将各含量结果计算为百分比浓度或各种单位。标及外标方法定量分析，常用一种浓度的标准溶液作为标准试样，求得响应因子后测定。如被测成分的响应曲线不通过原点，可用2个标准品浓度，求得2个响应因子后，用插法
13、计算样品含量或利用多点标准曲线法测量样品。1.1.4 鉴定表参数 鉴定表在定量分析过程中是很需要的，利用鉴定表可以对峰进行鉴别，规定保留时间的允许误差围（时间窗及时间带法）；根据各种标准品已知的浓度从色谱峰面积或峰高求得互相间的响应因子，再从样品色谱峰的面积或峰高与响应因子求得各自的含量。2 色谱数据处理系统的性能检定色谱数据处理系统因种类繁多，性能各异，功能的简繁程度可相差很远，因此长期以来缺少比较通用的检定方法。现根据主要指标提出的检定方法简述如下。色谱信号测量围和线性误差 大多数色谱数据处理系统和信号测量处理围为-51000mV，个别仪器还可向两端略加延伸，在电压测量围线性误差极限，一般
14、不大于0.2%。色谱信号测量围和线性误差测试 向色谱数据处理系统输入标准电压。标准电压由精密电子电位差计产生，并用精度为6位的数字电压表监视，测试14个电压点的读数。14点应选全量程比较有代表性电压，一般可选-4000V，-2000V，0V，1000V，5000V，10mV，20mV，40mV，80mV，160mV，320mV，640mV，800mV，1000mV。每个电压测试3次后求平均值，然后计算线性误差极限，应能符合上述要求。2.2 色谱数据处理系统信号输入阻抗 色谱数据处理的信号输入阻抗一般不小于10M，输入阻抗太小的色谱数据处理机在检测器输出阻抗很大时易引起误差。但现代色谱检测器的输
15、出信号均经过信号放大和阻抗变换，仪器的输出电压围一般为0100mV、01V或010V，输出阻抗均较低。色谱数据处理系统+-V1V107输入阻抗的测试 受试仪器接通电源，信号输入的“”端与电阻R（107）串联（图6），输入电压1V，分别测量电阻串联时电压V1和电阻被短路时的电压V2，按式（1）计算输入阻抗RA，其结果应符合2.2的要求。电压表V应是高阻（1010以上）直流电压表，可用pH计mV档代替。图6 输入阻抗测试示意图 （1）2.3 积分灵敏度 积分灵敏度目前一般仪器可达0.5Vs，个别达0.1Vs，一般不小于0.1Vs。积分灵敏度的测试 将数据处理系统信号输入端与标准信号发生器连接，用精密数字电压表监视信号发生器发生的标准方波或完全分离的三角波，周期为200s，峰高为1mV，半峰宽为30s，信号见图7。标准信号的重复性应在0.1%以，每隔3.2s采样1次电平信号按式（2）计算数字电压表面积积分值。1mV0.5mVVa 三角波t200s30s1mV0.5m
