基于积分方法的气相色谱峰形分辨

发布时间：2020-11-01 13:58

　　 计算机技术的快速发展,色谱仪进入智能化阶段,开发新的与之对应的色谱分辨技术是当前色谱信号处理研究重点之一。当多种化学物质结构或者组分相近时,它们的色谱单峰会重叠在一起形成重叠峰。这篇论文分析了气相色谱重叠峰分辨研究的现状,提出了用积分方程和积分渐进展开解析两个纯组分气相色谱谷峰和肩峰。目前主要的色谱重叠峰分辨的方法是EMG函数解析方法,EMG函数分辨方法虽然精度高,但它是一个多参数迭代的过程,其算法复杂、时间开销大、需多次反复对比模拟修改参数,所以该方法只能用于色谱工作站,难以用于色谱解析的在线解析。论文针对这个缺点提出了用Gaussian函数和GPA函数解析线性等温线和非线性等温线的色谱重叠峰。论文主要内容如下:(1)用塔板理论解释了色谱图的三种形式:二项分布,Gaussian分布,不对称的前伸峰或拖尾峰分布,并解释了色谱重叠峰形成原因。总结了色谱的相似性原理,将其归纳为2个数学公式;介绍了 3种主要的重叠峰分辨算法:色谱峰解析的垂线法;切线法;基于数值计算的曲线拟合法。讨论了它们的优缺点和应用场合。(2)根据色谱单峰函数的特性,选择Gaussian函数与GPA函数作为气相色谱快速分辨的单峰函数,分析了它们的峰高位置与两个纯组分重叠峰特征点关系,并提出用积分方程解析线性等温线色谱重叠峰。这种情况的色谱重叠峰由Gaussian单峰组成,谷峰或肩峰被分成三个区域,利用数值积分可以把这三个区域的积分表达式化成一个积分方程组,再利用Gaussian峰的对称性可直接求出单峰面积。(3)提出用积分渐进展开方法解析非线性等温线色谱重叠峰。该方法解析谷峰和肩峰步骤如下。首先将重叠峰分成两个区域,用GPA函数做单峰函数,列出一个子区域的积分表达式和一个重叠峰面积的代数表达式,其次用数值积分求出这两个区域的面积,于是得到一个积分方程和一个代数方程;然后用积分渐进公式将积分方程展开成代数方程;最后,将这两个方程与峰高约束方程联立组成非线性代数方程组,并采用Gauss-Seidel迭代法快速求解这个方程组。非线性等温线色谱重叠峰解析的实验结果表明,解析的峰高和峰面积误差均很小,面积最大误差低于6.44%,峰高的最大误差约为7%。线性等温线色谱重叠峰解析的实验结果表明,谷峰区的大峰与小峰面积的最大计算误差均低于1%;肩峰模式的面积计算误差略大,但是最大误差也低于5%。这两个算法精度高、计算开销小,可以用于气相色谱工作站和色谱峰的实时在线快速解析。
【学位单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH833
【部分图文】：

气相色谱分析显得尤为重要。但是，２０世纪７０年代后，计算机和计算技术的高??速发展，色谱仪进入了数字化、智能化发展阶段。现代气相色谱仪的工作原理如??图１－２所示，色谱仪高度智能化，计算机控制和色谱数据处理成为色谱仪不可缺??少的一部分，制造色谱仪成为色谱专业和电气工程自动控制专业共同的任务。??色谱工作站??－＊离线分祈■公才??數气样品气化广色谱柱＾检测器数据采集?＇??，在线控制一?―口禾??反馈控制？??图１－２气相色谱仪工作过程图??Ｆｉｇ．?１－２?Ｆｌｏｗ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｇａｓ?ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈ?ｐｒｏｃｅｓｓ??从图１－２可知，计算机收集色谱信号，再对信号运算，根据运算结果控制色??谱仪工作进程或显示色谱分辨结果。色谱信号处理包括了两个模块，分別是数裾??采集模块和色谱信号处理。数据采集模块对检测器ｍ兮采样。迎常检测器得到的??信号是模拟信号，而计兑机处理的足数卞化的离散信Ｖ，所以采犯信ｗ耍川梭数??转换器（ＡＤＣ）转换成数卞仿号，再将采集信号送到上位机。上位机配置了色??谱工作站处理色谱数裾软件，ｆｅ谱ｒ作站对采集的倍号分析处理。色谱工作站一??般有两个主要功能：伤谱倍４在线丈吋处押．

引入分配系数表示色谱柱在分配过程中对溶质的吸附能力，每一块塔板中??都将混合物按照分配系数把溶质分配到气液两项中，经过多次分配平衡后混合物??就会分离，系统的分离能力由塔板的层数决定。图２－１是一个有５层塔板的理想??色谱柱系统示意图。溶质从色谱柱左端与载气一道进入，从右端流出，流出的溶??质数量与时间或与流入溶质数量的关系曲线叫作色谱图，也称为流出曲线。????；气相??载气???—Ｔ—?￣￣??？?＾一＾？载气流出??塔被〇丨一２?３?４?液相??图２－１色谱柱模型??Ｆｉｇ．?２－１?Ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｉｃ?ｃｏｌｕｍｎ??２．１．?２色谱的理想分布函数??本节讨论色谱图的表达式。设对于图２－１理想色谱柱，１００?ｕｒａｏｌ溶质由载??气带入色谱柱，它的分配系数是１，为了简化计算，作以下假设：??１．

??绘成曲线图如图２－２（ａ）所示。图中纵坐标是色谱柱出气口流出的物质数Ｃ，横??２０??２０??１５?１５?．．．??０１０?？？?Ｏ１０－?—?？??ｓ?？?？？?．．．??？?？＇?〇??＊?？．??〇？?？?？???，?，??０?５?１０?１５?２０??Ｖ?Ｖ??（ａ）?（ｂ）??图２－２?（ａ）?１８个塔板的色谱图；（ｂ）多于１００个塔板的色谱图??Ｆｉｇ．２－２?（ａ）?Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?１８?ｔｏｗｅｒ?ｐｌａｔｅｓ；?（ｂ）?Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｍｏｒｅ??ｔｈａｎ?１００?ｔｏｗｅｒ?ｐｌａｔｅｓ??坐标是注入色谱柱的载气塔板的体积Ｋ，这个曲线称为色谱图。该色谱曲线是不??对称的，在塔板数较少时呵以证明色谱的分布函数坫二项分布，其色谱的分布函??数Ｃ的表达式＾是??〇?ｒ?ｗｘ？！?ｒ?／〇??＾?（２－°??式中ｐ和＾分别是溶质在固定相和流动相的溶质份数；是色谱柱内的载气体积??数；ｍ是注入的总质量数；／是比例系数。式（２－２）非奇非偶，为一非对称函数。??理论和实验都证明塔板数大于１００时，色谱分布函数式（２－１）将成为对称的??高斯分布函数，称为Ｇａｕｓｓｉａｎ分布，如图２－２（１））所不。其表达式Ｕｌ是??ｍｙｆｎ?１?（＾?—Ｖｏ?？??Ｃ?＝?—＾＝ｅｘｐ?－－ｎ??Ｓ－?（２－２）??ＶＲｙｌ２ｎ?［?２?＾?ＫＲ?Ｊ?＿??上式中ｍ是溶质的量；》是塔板数；Ｃ是色谱柱的流出量；ｈ是曲线最大值的位??罝。山于注入色谱柱的体积Ｋ与注入时Ｉ＇ｌｌｊＡ■成正比
【参考文献】

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1 柯庆;高清维;卢一相;;基于积分渐进展开的气相色谱重叠峰快速解析法[J];色谱;2018年01期

2 叶国阳;徐科军;;基于色谱重叠峰相似性原理的双重叠峰分峰新方法[J];仪器仪表学报;2015年02期

3 林兆培;李钰;吴慧文;;基于二次微分和小波变换的色谱重叠峰分析[J];华东理工大学学报(自然科学版);2014年01期

4 朱红求;王国伟;阳春华;曹宇;桂卫华;;基于类Gaussian分布的线性扫描极谱重叠峰分离方法(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2013年07期

5 贾泽慧;王春涛;李华;;多元曲线分辨-交替最小二乘法应用于延胡索药材指纹图谱中重叠峰分辨及延胡索乙素的含量测定[J];应用化学;2013年03期

6 赵要强;李荣;;曲线拟合技术在色谱分析中的应用探讨[J];录井工程;2006年01期

7 邵学广,孙培艳,蔡文生,张懋森;小波变换及其在色谱重叠峰解析中的应用[J];化学通报;1997年08期

8 李似姣,何大森,何巧红,陈晓敏;色谱图拟合及重叠峰快速分离解析[J];色谱;1992年05期

9 赖聪,卢佩章,李浩春;非对称色谱峰的拟合与重叠峰的拟合解析[J];色谱;1987年05期

10 张玉奎,董礼孚,包绵生,周桂敏,林从敬,卢佩章;色谱流出曲线的曲线拟合法[J];分析测试通报;1984年02期

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1 严彩娟;纵向迭代法及其改进方法分离重叠色谱峰[D];天津大学;2008年

本文编号：2865637