[发明专利]色谱柱短化后在程序升温下气相色谱的保留时间的预测方法

摘要

本发明公开了一种色谱柱短化后在程序升温下气相色谱保留时间的预测方法。该方法过程包括：首先确定原长色谱柱在任意温度点对应的死时间和容量因子、并以苯为标准物校正短化后色谱柱的塔板数；再次在程序升温下，预测组分在短化后色谱柱中的保留时间；然后根据预测步骤中确定的程序升温，测定组分在短化后的色谱柱上的保留时间；最后计算预测组分的保留时间的相对偏差，当相对偏差的绝对值小于2％时，认为预测精度达到要求。本发明优点：节约了实验成本，降低了分析工作的强度，为短柱的气相色谱最佳分离条件的选择提供了可行途径，预测过程清晰、明了、适合大范围地普及应用。

主权项

1.一种色谱柱短化后在程序升温下气相色谱的保留时间的预测方法，该方法以非线性塔板理论为基础，针对HP-6890气相色谱仪配置的HP-5毛细管色谱柱，运用色谱柱短化前的长柱原有的恒温保留时间，预测程序升温下组分在短化后色谱柱中的气相色谱保留时间，其特征在于包括以下过程：1)确定原长色谱柱在任意温度点对应的死时间和容量因子：(1)确定原长色谱柱任意温度点对应的死时间t_Mj-1的值：将在温度30℃、50℃、100℃、150℃、200℃和250℃六个温度点下测得甲烷的保留时间作为死时间，将六个温度点的死时间与相应的温度值分别代入式1得到包含六个方程的方程组，通过解方程组，得到系数a′、b′、c′和d′的值：t_Mj-1＝a′T³+b′T²+c′T+d′式1将确定后的系数a′、b′、c和d′的值再代入式1中，得到在原长色谱柱上任意温度点与死时间的关系；(2)确定原长色谱柱任意温度点对应的容量因子k′的值：①采用步骤1)中(1)确定的系数a′、b′、c′和d′的值，通过式1计算出原长柱在30℃、50℃、100℃、150℃、200℃和250℃六个温度点下的死时间；②将组分在温度30℃、50℃、100℃、150℃、200℃和250℃六个温度点下的保留时间，及步骤1)(2)中①确定的相应温度点下的死时间，通过式2得到组分六个温度点下相应的各个容量因子k′：k′＝t_R/t_m-1 式2式2中：t_R为组分在对应温度点的保留时间，t_m为对应温度点的死时间，k′为组分在对应温度点的容量因子；③将六个温度点下的各自容量因子与相应的温度分别代入式3得到包含六个方程的方程组，通过解方程组，得到系数a、b、c和d的值：ln k′＝aT³+bT²+cT+d式3将确定后的系数a、b、c和d的值再代入式3中，得到该组分在原长色谱柱上任意温度点与容量因子的关系；2)在恒温条件下，以苯为标准物校正短化后色谱柱的塔板数n：(1)计算短化后色谱柱长l与原长色谱柱长L的比值r；(2)利用步骤(1)中的比值r，确定短化后色谱柱的塔板数n_x：n_x＝N*{1-r-0.01*(x-1)}式4式4中：x为校正短柱的塔板数需要计算的次数，其中1≤x且x为整数，n_x为第x次计算时对应的短化后色谱柱的塔板数，N为原长色谱柱的固有的塔板数，为已知；(3)计算恒温温度T下，短化后色谱柱的塔板数为n_x时，流动相每次跳跃经历的时间Δt：Δt＝t_m/n_x 式5式5中：t_m为指定温度T下原长色谱柱的死时间，已由式1计算得到，其中T值在60℃-200℃任意设定；(4)计算恒温温度T下，流动相在短化后色谱柱内跳跃j次经历的时间t_j：t_j＝j*Δt式6其中n_x≤j且j为整数；(5)确定恒温温度T下，标准物苯在原长色谱柱的容量因子：过程与步骤1)中(2)的方法相同；(6)根据步骤(5)中的温度T下标准物苯在原长色谱柱的容量因子，计算流动相在短化后色谱柱内跳跃j次后，苯在第0块，第1块，---，第n_x-1块塔板中流动相和固定相的浓度：k′*β＝C_Sij/C_Mij 式7C_Sij+C_Mij＝C_Si(j-1)+C_M(i-1)(j-1)式8式7中：β为色谱柱的相比，对于已选定的色谱柱而言，它为已知值，C_Sij和C_Mij分别为在t_j时刻，组分在第i块塔板中固定相和流动相里的浓度，式8中：C_Si(j-1)为t_j-1时刻，组分在第i块塔板中固定相的浓度，C_M(i-1)(j-1)为t_j-1时刻，组分在第i-1块塔板中流动相的浓度；其中，0≤i≤n_x-1，C_M00＝1μg/ml；(7)通过步骤(6)中确定的组分在各块塔板中流动相的浓度，判断组分在短化色谱柱中流动相里的最大浓度：将t_j时刻的组分在第n_x-1块塔板中流动相的平衡浓度值，与t_j-1时刻的组分在第n_x-1块塔板中流动相的平衡浓度值，及与t_j+1时刻的组分在第n_x-1块塔板中流动相的平衡浓度的值进行比较：当CM(nx-1)(j-1)<CM(nx-1)j>CM(nx-1)(j+1)]]>时，停止计算；此时对应的流动相完成j次跳跃的时间t_j即为温度T下标准物苯的校正保留时间t_pR；当不满足不等式CM(nx-1)(j-1)<CM(nx-1)j>CM(nx-1)(j+1),]]>则继续重复步骤2)中(6)-(7)的计算，直至达到满足CM(nx-1)(j-1)<CM(nx-1)j>CM(nx-1)(j+1)]]>不等式为止；(8)测定恒温温度T下，标准物苯在短化后色谱柱的保留时间t_eR：(9)计算恒温温度T下，标准物苯的校正保留时间t_pR与实测保留时间t_eR的相对偏差E％：E％＝(t_eR-t_pR)/t_eR*100 式9当标准物苯的校正保留时间t_pR与实测保留时间t_eR的相对偏差E％的绝对值小于1％时，对应的塔板数为短化后色谱柱的校正塔板数n；当标准物苯的校正保留时间t_pR与实测保留时间t_eR的相对偏差绝对值大于1％时，重复步骤2)中(2)-(9)的计算，直至标准物苯的校正保留时间t_pR与实测保留时间t_eR的相对偏差E％绝对值小于1％；3)利用步骤1)所确定的原长色谱柱的任意温度点对应的死时间和容量因子，及步骤2)确定的短化后色谱柱的校正塔板数n，在程序升温下，预测组分在短化色谱柱中的保留时间：(1)确定程序升温需要的总时间t_total：①当采用单阶程序升温时用式10确定程序升温需要的总时间t_total：t_total＝(T_f-T₀)/v式10式10中：T_f为设定的终止温度，该温度在30℃-250℃任意设定，T₀为起始温度，该温度值在20℃-30℃任意设定，v为升温速率，该值在0℃/min-30℃/min任意设定；②当采用多阶程序升温时用式11确定程序升温需要的总时间t_total：t_total＝t_h+t₁+t₂ 式11式11中：t_h为起始温度保持时间，该值在0min-20min任意设定；t₁为第一阶段程序升温需要的时间，由式12确定：t₁＝(T_m-T₀)/v₁式12式12中：T_m为第一阶段程序升温的终止温度，该温度值在30℃-70℃任意设定，v₁为第一阶段程序升温的升温速率，其值在0℃/min-20℃/min任意设定；t₂为第二阶段程序升温需要的时间，由式13确定：t₂＝(T_f-T_m)/v₂式13式13中：T_f为第二阶段程序升温的终止温度，该温度值在70℃-250℃任意设定，v₂为第二阶段程序升温的升温速率，该值在0℃/min-30℃/min任意设定；(2)确定程序升温条件下，流动相跳跃j次经历的时间t_j由式14确定：tj=Σj=1mτj]]>式14式14中：m为流动相在色谱柱内的跳跃次数，其值在n＜m＜10000间任意设定；τ_j为流动相第j次跳跃经历的时间，通过式15计算：τ_j＝t_Mj-1/n(j＝1，……m)式15式15中：t_Mj-1为流动相第j-1次跳跃后所在温度下的死时间，它通过程序升温条件下，流动相跳跃j-1次经历的时间t_j-1对应的短化色谱柱的温度T_j-1加以确定，确定过程如下：①确定t_j-1时刻短化色谱柱的温度T_j-1：(一)对单阶程序升温时t_j-1时刻短化色谱柱的温度T_j-1确定：当t_j-1＜t_total时，t_j-1时刻的短化色谱柱温度T_j-1，通过式16计算：T_j-1＝v*t+T₀ 式16当t_j-1≥t_total时，t_j-1时刻短化色谱柱温度T_j-1＝T_f；(二)对多阶程序升温时t_j-1时刻短化色谱柱温度T_j-1确定：当t_j-1≤t_h时，t_j-1时刻的短化色谱柱温度T_j-1＝T₀；当t_h＜t_j-1≤t₁+t_h时，t_j-1时刻的短化色谱柱温度T_j-1由式17计算：T_j-1＝v₁*(t-t_h)+T₀ 式17当t₁+t_h＜t_j-1＜t_total时，t_j-1时刻短化色谱柱的温度T_j-1由式18计算：T_j-1＝v₂*(t-t₁-t_h)+T_m 式18当t_j-1≥t_total时，t_j-1时刻短化色谱柱的温度T_j-1＝T_f；②根据色谱柱的温度T_j-1，确定t_j-1时刻短化色谱柱的死时间t_Mj-1：将步骤3)(2)中①计算得到的T_j-1值，代入式1计算得到t_Mj-1的值；③将t_Mj-1的值代入式14和式15得到t_j的值：(3)确定t_j时刻短化色谱柱的温度T_j：过程与步骤3)(2)中①的方法相同；(4)确定温度T_j对应的长柱的容量因子k′的值：将T_j的值，代入式3中，得到短化色谱柱的温度为T_j时，相应的长柱的容量因子值：(5)运用温度T_j对应的长柱的容量因子值，借助式7和式8，分别计算组分在短化色谱柱中第0块，第1块，---，第n-1块塔板中流动相和固定相的浓度；(6)通过步骤(5)中确定的组分在各块塔板中流动相的浓度，判断组分在短化色谱柱中流动相里的最大浓度：将t_j时刻的组分在第n-1块塔板中流动相的平衡浓度C_M(n-1)j值，与t_j-1时刻的组分在第n-1块塔板中流动相的平衡浓度C_M(n-1)(j-1)值，及与t_j+1时刻的组分在第n-1块塔板中流动相的平衡浓度C_M(n-1)(j+1)的值进行比较：当C_M(n-1)(j-1)<C_M(n-1)j>C_M(n-1)G+1)时，停止计算：此时对应的流动相完成j次跳跃的时间t_j即为相应程序升温条件下，组分在短化后色谱柱中的保留时间t_R；当不满足不等式C_M(n-1)(j-1)<C_M(n-1)j>C_M(n-1)(j+1)，则继续重复步骤3)中的计算，直至达到满足C_M(n-1)(j-1)<C_M(n-1)j>C_M(n-1)(j+1)不等式为止；4)根据步骤3)中(1)确定的程序升温条件，测定组分在短化后色谱柱上的保留时间；5)预测值的验证：采用经步骤3)得到保留时间的预测值减去步骤4)相应组分保留时间的实测值得到偏差值，偏差值除以保留时间的实测值即为组分保留时间预测的相对偏差，当相对偏差的绝对值小于2％时，认为预测精度达到要求。