[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

权利要求书

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7

C_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。