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1、色谱数据据处理系系统1 简简述色谱数据据处理系系统广泛泛应用于于色谱分分离中色色谱成分分的定性性及定量量处理，经经各种色色谱条件件分离后后的色谱谱成分按按时间或或距离的的变化经经过检测测器以色色谱峰的的形式给给出色谱谱信号的的色谱图图均适用用于用色色谱数据据处理系系统进行行数据处处理。它它是气相相色谱、高高效液相相色谱、高高效毛细细管电泳泳及薄层层色谱扫扫描等仪仪器中必必需的配配套设备备。用于定性性分析的的主要依依据是色色谱峰的的保留时时间（ttR）或电电迁移时时间（ttm）、色色谱图形形状及检检测器对对色谱成成分的选选择性响响应，如如色谱成成分吸收收光谱等等数据。用于定量量分析的的主要依依据
2、是色色谱峰的的高度或或面积及及检测器器对色谱谱成分的的响应因因子。由由于色谱谱分离受受众多条条件的制制约，色色谱图中中色谱峰峰的形状状及分离离情况十十分复杂杂，准确确的保留留时间、峰峰高度和和面积的的求得，必必需考虑虑基线变变化、不不完全分分离的分分割及其其测试和和补偿方方法等因因素。色色谱数据据处理系系统必需需具备上上述功能能。近年来由由于电子子技术和和计算机机技术的的飞速发发展及其其在各种种领域中中的大量量应用，目目前色谱谱数据处处理系统统大致可可分下列列类型：（1）单单纯专用用色谱处处理机（积积分仪）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
3、，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内的文件中。（2）功功能比较较齐全的的专用色色谱处理理机采用用功能比比较齐全全的计算算机作为为色谱数数据处理理机，增增加了外外围设备备、存贮贮器容量量及应用用软件，如如参数的的设置、时时间程序序等的编编制，采采用人机机对话或或菜单式式目录，用用选择项项目或填填入字符符等简单单方法操操作，实实时显示示或打印印色谱图图，允许许用一种种或数种种高级语语言编制制程序，通通过接口口实现仪仪器的高高度自动动化操作作，如以
4、以专用BBASIIC语言言编制程程序达到到调节控控制仪器器工作条条件、自自动进样样、记录录和分析析数据、自自动打印印报告等等操作。各各种操作作程序、分分析参数数、原始始色谱图图及处理理结果报报告等均均可以文文件形式式贮存于于计算机机的软、硬硬磁盘中中，可对对原始色色谱图用用不同参参数进行行重新计计算，以以获得符符合需要要的结果果。原始始色谱图图可以任任意多次次使用而而不需做做重复的的分析。根根据格式式在一定定范围内内可由使使用者任任意安排排，色谱谱图上可可以表示示出各种种补偿方方式所得得出的结结果，可可供使用用者判断断设定参参数是否否合理。可以用高高级语言言编程的的专用机机，通常常可以根根据自
5、己己需要编编写一些些应用程程序，以以利用该该色谱数数据处理理机进行行一些如如标准曲曲!线绘绘制等图图表处理理，或计计算理论论板数等等色谱性性能测试试及标准准偏差和和相对标标准偏差差等的统统计计算算等。这类专用用计算机机一般不不能与通通用计算算机兼容容，大多多数通用用机上的的操作系系统和应应用程序序一般不不能在这这类专用用机上运运行。（3）通通用计算算机用作作色谱数数据处理理机通用用计算机机用作色色谱数据据处理机机以使用用个人计计算机（PPC）为为多。其其优点是是：性能能价格比比较高，可可以利用用现有的的硬件和和操作系系统，使使设计制制造的工工作量减减少到只只需考虑虑接口和和工作软软件。目目前大
6、部部分应用用微软的的Winndowws操作作系统，充充分利用用菜单式式操作系系统、彩彩色显示示屏幕和和鼠标等等外围设设备，使使操作简简单、直直观，并并且利用用Winndowws的多多窗口操操作的功功能，计计算机还还可以同同时用于于其它用用途。用通用计计算机作作为色谱谱数据处处理机的的仪器发发展较快快，除常常规的色色谱数据据处理机机外，有有些检测测器如二二级管阵阵列检测测器及质质谱检测测器等因因要求运运算速度度快、信信息存贮贮量大，也也必须应应用通用用计算机机。随着着通用计计算机速速度和容容量的发发展，目目前较新新的色谱谱数据处处理机已已大大扩扩展了应应用范围围，适用用于多种种方式组组合的色色谱
7、系统统及多种种检测器器，也可可以同时时控制多多个色谱谱系统。随着信息息化管理理（LIIMS等等）及GLLP等的的要求，目目前较新新的色谱谱处理机机可以在在采集色色谱信号号的同时时采集测测定条件件、环境境参数等等，还采采用电子子签名、预预警系统统和故障障诊断等等，减少少工作失失误，增增加数据据的完整整性、可可靠性；并且可可以用多多种文本本方式（如如.TXXT、.XLLS、.HTTM等格格式）存存贮，便便于数据据输出、统统计及交交流共享享等。色色谱仪器器与通用用计算机机的接口口也有部部分已采采用网卡卡，在与与通用计计算机兼兼容性增增强的同同时也为为网络化化操作、管管理提供供了方便便。典型的色色谱信
8、号号数据处处理部分分系统结结构和外外围设备备见图11。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 色谱信信号数据据处理部部分系统统结构和和外围设设备色谱信号号通过信信号处理理后进行行模数转转换，将将模拟信信号转变变为数字字信号，作作为原始始数据通通过接口口送入计计算机中中处理单单元进行行处理，处处理结果果通过显显示器显显示用打打印绘图图仪打出出，操作作指令及及参数等等通过键键盘输入入，仪器器本身的的控制和和操作通通过接口口完成。只只读存贮贮器用于于输出操操作程序序，读写写存贮器器用于输输入和输输出各种种操作系系统、色色
9、谱及数数据等文文件。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号原始数数据一般般流程如如下：1.1 色谱谱参数采采自色谱谱仪的信信号因受受许多因因素的影影响而变变化很多多。为了了得到准准确的分分析结果果，必须须在整个个分析过过程中用用各种不不同参数数处理色色谱数据据，以区区别色谱谱的真假假和需要要进行修修正的信信号，通通常在分分析过程程中需要要指定的的参数有有：峰处处理参数数，记录录参数，计计算参数数及鉴定定表参数数等。1.1.1峰处处理参数数 对来来自色谱谱仪检测测器信号号采集后
10、后进行检检测。符符合设定定条件者者，作为为色谱峰峰进行保保留和处处理。这这些参数数主要用用以判断断信号是是否符合合色谱峰峰的条件件及决定定是否需需要保留留。峰处处理的主主要参数数如下。1.1.1.11 峰峰宽 色色谱峰的的半峰宽宽。半峰峰宽大于于指定参参数者予予以保留留，否则则舍弃。并并决定对对信号进进行取样样频率、数数字滤波波和平滑滑处理的的程度。1.1.1.22 斜斜率（阈阈值）决决定峰检检测的灵灵敏度。设设定值大大，灵敏敏度低，反反之灵敏敏度高。也也用斜率率确定峰峰的起止止点，峰峰斜率超超过设定定值时作作为峰开开始的确确认点，检检测器信信号作为为峰开始始检出，至至峰斜率率低于设设定值时时
11、，信号号作为峰峰的结束束点确认认。一般般狭峰斜斜率变化化大，设设定值亦亦大，灵灵敏度低低。宽峰峰斜率变变化小，设设定值小小，灵敏敏度高。设设定值过过大易将将有用色色谱峰作作为噪声声处理而而丢失，过过小易将将大的噪噪声信号号作为色色谱峰处处理。一一般色谱谱数据处处理系统统有根据据设定的的峰宽测测定一定定时间的的基线信信号而自自动决定定斜率值值的功能能。1.1.1.33 最最小面积积对色谱谱峰的面面积进行行测量，与与设定值值比较，大大于设定定值作为为色谱峰峰，小于于设定值值者作为为噪声舍舍弃。1.1.1.44 基基线校正正 根据据色谱峰峰的分离离情况确确定基线线校正。基基线校正正情况对对色谱峰峰面
12、积或或峰高的的计算均均有很大大影响，通通常色谱谱峰的分分离情况况可以分分为以下下三类。1.1.1.44.1 完全全分离峰峰 22个峰间间的峰谷谷宽大于于或等于于第一峰峰的二倍倍峰宽时时，谷底底作为基基线结束束点，第第一峰的的面积或或峰高均均以谷底底（B）为为基线处处理，不不作任何何补偿（图2），或第一峰结束点已在以起点的水平基线阈值范围内，亦作为完全分离峰处理（图3）。图2 完全分分离峰的的基线位位置阈值值图3 完全分分离峰的的谷底与与设定阈阈值的关关系1.1.1.44.2 重叠叠峰不能能满足上上述条件件的连峰峰，为重重叠峰。一一组峰面面积可以以采用垂垂直分割割方法测测取峰面面积，或或用漂移移
13、值参数数设置，设设定新的的基线作作切线分分割，或或垂直分分割与切切线分割割混合处处理。（图4）。漂漂移值的的设置大大于谷点点时作切切线分割割，小于于谷底部部分作垂垂直分割割（图44c），漂漂移值可可以按时时间程序序作不同同改变，从从而可根根据需要要确定分分割方式式，计算算面积。图4 重叠峰峰基线校校正示意意图1.1.1.44.3 拖尾尾峰在拖拖尾峰的的拖尾过过程中出出现叠加加的骑峰峰，可以以两种方方式将主主峰与骑骑峰分别别计算面面积。自自动基线线处理过过程中比比较主峰峰至谷半半峰宽以以及主峰峰与骑峰峰半峰高高比例关关系而确确定是否否拖尾峰峰，其示示意图见见图5。图5 拖尾峰峰的确定定示意图图如
14、认为不不满足上上述条件件的峰也也应拖尾尾处理时时，可用用时间程程序的强强制拖尾尾处理功功能处理理成拖尾尾峰。1.1.1.55 其其它峰处处理参数数其它峰峰处理参参数如变变参时间间：可随随设定时时间自动动将峰宽宽参数增增加!倍倍，斜率率减小11倍，以以适应色色谱峰随随时间增增加扩散散而变化化的需要要。锁定定时间参参数：在在指定时时间内仪仪器暂停停色谱数数据处理理，而使使该段时时间内的的峰删除除。停止止时间：用于设设定色谱谱分析完完毕自动动停止数数据采集集的时间间，便于于利用程程序设计计达到全全自动分分析的目目的。1.1.2记录录参数作作用于色色谱图的的参数：用衰减减参数调调节积分分灵敏度度，使色
15、色谱信号号在规定定的灵敏敏度范围围记录，用用记录纸纸速调节节色谱图图的长度度。对于于色谱工工作站，可可以通过过调节纵纵、横坐坐标来调调节色谱谱图的形形状与大大小。1.1.3计算算参数计计算参数数包括方方法选择择，内标标重量，样样品重量量等参数数。通过过计算参参数及有有关的参参数，可可以选择择包括峰峰面积或或峰高的的选择，保保留时间间报告方方式及定定量方法法的选择择等。定定量方法法主要有有归一化化法，内内标法，绝绝对校准准曲线（外外标）法法，平方方根计算算法和指指数计算算法。以以前3种方法法最为常常用。在在内标法法计算中中需要采采用内标标重量和和样品重重量2个参数数，用以以将各含含量结果果计算为
16、为百分比比浓度或或各种单单位。内标及外外标方法法定量分分析，常常用一种种浓度的的标准溶溶液作为为标准试试样，求求得响应应因子后后测定。如如被测成成分的响响应曲线线不通过过原点，可可用2个标准准品浓度度，求得得2个响应应因子后后，用内内插法计计算样品品含量或或利用多多点标准准曲线法法测量样样品。1.1.4鉴定定表参数数鉴定表表在定量量分析过过程中是是很需要要的，利利用鉴定定表可以以对峰进进行鉴别别，规定定保留时时间的允允许误差差范围（时时间窗及及时间带带法）；根据各各种标准准品已知知的浓度度从色谱谱峰面积积或峰高高求得互互相间的的响应因因子，再再从样品品色谱峰峰的面积积或峰高高与响应应因子求求得
17、各自自的含量量。2 色色谱数据据处理系系统的性性能检定定色谱数据据处理系系统因种种类繁多多，性能能各异，功功能的简简繁程度度可相差差很远，因因此长期期以来缺缺少比较较通用的的检定方方法。现现根据主主要指标标提出的的检定方方法简述述如下。色谱信号号测量范范围和线线性误差差大多数数色谱数数据处理理系统和和信号测测量处理理范围为为-510000mVV，个别别仪器还还可向两两端略加加延伸，在在电压测测量范围围内线性性误差极极限，一一般不大大于0.2%。色谱信号号测量范范围和线线性误差差测试向向色谱数数据处理理系统输输入标准准电压。标标准电压压由精密密电子电电位差计计产生，并并用精度度为6位的数数字电压
18、压表监视视，测试试14个电电压点的的读数。14点应选全量程内比较有代表性电压，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 色谱谱数据处处理系统统信号输输入阻抗抗色谱数数据处理理的信号号输入阻阻抗一般般不小于于10MM，输入阻阻抗太小小的色谱谱数据处处理机在在检测器器输出阻阻抗很大大时易引引起误差差。但现现代色谱谱检测器器的输出出信号均均经过信信号放大大和阻抗抗变换，仪仪器的输输出电压压范围一一般为
19、001000mVV、01V或或0110V，输出阻抗均较低。色谱数据处理系统+-V1V107输入阻抗抗的测试试受试仪仪器接通通电源，信信号输入入的“”端与电电阻R（1107）串联（图图6），输输入电压压1V，分分别测量量电阻串串联时电电压V1和电阻阻被短路路时的电电压V2，按式式（1）计算算输入阻阻抗RA，其结果果应符合合2.22的要求求。电压压表V应是高高内阻（110100以上）直直流电压压表，可可用pHH计mV档代代替。图6 输入阻阻抗测试试示意图图 （1）2.3 积分分灵敏度度积分灵灵敏度目目前一般般仪器可可达0.5Vs，个别别达0.1Vs，一般般不小于于0.11Vs。积分灵敏敏度的测测试
20、将数数据处理理系统信信号输入入端与标标准信号号发生器器连接，用用精密数数字电压压表监视视信号发发生器发发生的标标准方波波或完全全分离的的三角波波，周期期为2000s，峰峰高为11mV，半峰宽为30s，信号见图7。标准信号的重复性应在0.1%以内，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t200s30s1mV0.5mVVb 方波t200s60s图7 标准信信号波形形将数字电电压表的的面积积积分值（单单位为Vs）与被被测仪器器的面积积测量值值比较，被被测仪器器的面积积测量值值不低于于数字电电压表的的面积分分值，即即符合22.3的的要求。 （22）
21、式中 VARR为数字电电压表的的面积积积分值；Vi为每每次采样样的电平平值；VD为信信号初始始电平值值。2.4 测量量重复性性误差极极限测量量面积时时不大于于0.11%，测测量峰高高时不大大于0.5%。测量重复复性误差差的测试试被测仪仪器与标标准信号号源连接接测试完完全分离离的三角角波，每每隔半小小时测试试1次，重重复测试试不少于于30次，间间隔时间间应不小小于半小小时，计计算重复复性误差差应能符符合2.4要求求。2.5 最小小半峰宽宽色谱数数据处理理系统应应能保证证如毛细细管气相相色谱分分离的需需要，即即至少可可测量完完全分离离的色谱谱峰的半半峰宽为为0.22s。最小半峰峰宽的测测量以半半峰
22、宽为为0.22s或其其他具体体规定的的完全分分离的三三角波作作为测试试信号，峰峰高1mmV，测测量的重重复性误误差应能能符合22.4的的要求。3 样样品测定定操作方方法样品的具具体分析析随仪器器的不同同有较大大的变化化，其一一般测定定步骤如如下。3.1 简单单测试（归归一化法法）样品品经制备备成适于于测定的的溶液后后，调节节色谱仪仪器的参参数，使使能得到到满意的的色谱图图。调节节色谱数数据处理理系统的的参数，使使符合分分析的需需要，用用适当方方法显示示或记录录色谱图图，以观观察各组组分分离离情况、基基线是否否符合需需要及分分离时间间是否合合适等。调调节色谱谱仪检测测器的基基线零点点，用自自动斜
23、率率测试或或适当方方法决定定斜率或或阈值设设定值，用用普通归归一法记记录色谱谱图，求求得各组组分的保保留时间间及色谱谱峰的面面积或峰峰高。根根据实际际情况调调节各数数据处理理参数，直直至得到到满意的的色谱图图为止。根根据各组组分的保保留时间间或迁移移时间可可以定性性分析，当当有疑问问时，可可进一步步采用其其他选择择性检测测器（如如DADD）或在在供试液液中加入入对照品品进行测测试，观观察峰的的对称性性及保留留时间的的变化。所所得结果果中可以以求得各各组分的的归一化化为1000%的的各组分分的百分分比。使使用此方方法应注注意以下下问题：各组分分在检测测器上响响应可能能不同；当各组组分浓度度相差较
24、较大时，是是否在检检测器线线性响应应范围内内；扣除溶溶剂峰或或进样峰峰的影响响；各组分分在本色色谱系统统中都出出峰。3.2 其他他计算方方法的测测试用归归一化法法以外的的方法（包包括校正正面积归归一化法法）测定定的样品品先以33.1方方法求得得各组分分的保留留时间值值、据此此制备鉴鉴定表或或组分表表。选择择需要测测定的色色谱峰输输入相应应的保留留时间值值、保留留时间允允许误差差范围（时时间窗或或时间带带法），输输入相应应的已知知浓度的的标准样样品浓度度值和其其他鉴定定表参数数，设定定选用的的方法，进进行校准准操作，求求得各组组分的响响应因子子。最后后注入供供试品，记记录色谱谱图，报报告测定定结
25、果。可可以根据据色谱数数据处理理系统的的功能选选择打印印格式。4 测测量操作作注意事事项4.1 色谱谱处理参参数的准准确设置置是保证证得到准准确定量量结果的的必要手手段，由由于样品品组分的的色谱行行为往往往互相差差别较大大，分离离情况不不能全部部符合理理想要求求，要得得到准确确的结果果在很大大程度上上与参数数的正确确选择有有关。不不完全分分离的峰峰基本按按1.11色谱参参数的原原则处理理，无适适宜处理理方法的的可以编编制时间间程序，按按分析经经过时间间变动参参数，以以得到满满意的结结果。对对每一次次分析测测试，原原则上要要采用同同一组色色谱峰处处理参数数。4.2 定量量分析时时应注意意浓度及及
26、重量计计算单位位，对测测定结果果有怀疑疑时可根根据色谱谱峰测定定结果（面面积或峰峰高值）手手工计算算，并与与仪器计计算结果果核对。4.3 使用用色谱数数据处理理系统时时，色谱谱仪检测测信号输输出端与与色谱数数据处理理系统信信号输入入端间的的信号线线应使用用屏蔽线线，长度度一般在在1.55m以内内，连接接应牢固固可靠。二二者均应应接地良良好，且且其间不不存在接接地电位位差，并并注意不不再引入入其他噪噪声信号号。工作作环境不不应有 + + $ 强强电场和和磁场变变化。4.4 为减减少供电电源的影影响，色色谱数据据处理系系统的数数据采样样频率与与供电电电源交变变频率之之间应成成整数倍倍数关系系，如采采样频率率设定为为1、22、5、110、112、225或550Hzz等（我我国市电电交变频频率为550Hzz），并并且尽可可能采用用稳定电电源。4.5 对于于毛细管管柱色谱谱分析，为为避免色色谱信号号记录失失真而影影响定量量分析的的准确性性，数据据采样频频率一般般应不低低于100Hz。5 本本标准操操作规程程主要适适用于对对常规的的色谱信信号处理理操作。比较特殊的检测器如二极管阵列检测器及气相色谱)付里叶变换红外光谱联用仪器和色谱质谱联用仪器等的色谱信号处理有较大的特殊性，请参阅有关的仪器说明。修订人：张叔良良（上海海市食品品药品检检验所）