色谱仿真教学软件主要分为气相色谱与液相色谱两个模块:可满足药物化学、分析化学或仪器分析等专业的色谱仪器的实验教学。相比物理层面的场景/结构/流程模拟仿真软件,该仿真软件采用数值仿真模式,属于数学层面的仿真,其原始数据采集和图谱处理过程与真实设备基本一致,建立在完全相同的物理数学模型基础上,参数可开放式任意调节,从而真实再现真机的内在工作过程。相比于真实仪器的8-10年使用寿命,仿真实验仪可以无限期使用,性价比更高;使用成本低,无使用条件限制。相比物理层面的仿真,可开展的实验项目多、教学内容充实、实验教学时间长,同学操作流程和步骤可以不同,采用不同方法和参数开展实验,其结果也会体现出应有的差异。
图1 噪音放大后模拟检测最小检出限 图2 离子色谱基线漂移
气相色谱模块主要功能参数如下:
1. 可模拟填充柱气相色谱从开机、设定气相色谱分析参数、升温、点火(如果使用FID检测器)、基线稳定、进样、记录色谱图等色谱分析过程,同时集成错误操作提示与在线帮助功能;
2.可模拟填充柱气相色谱氢火焰离子化检测器(FID)、电子捕获检测器(ECD)和热导检测器(TCD)检测,如可以模拟氢火焰离子化检测器的点火要求和点火过程,可模拟氢气流量、空气流量对检测灵敏度的影响,氮气(载气)氢气流量比对检测灵敏度的影响, 可模拟峰形随出峰时间的变化;
3. 可模拟填充柱气相色谱外标法定量分析,也可模拟内标法定量分析;
4. 可模拟填充柱气相色谱错误操作过程,如模拟进样后,混合组分还没完全从色谱柱中流出,但色谱峰没流出完的情况下,提前进下一个样品,两次进样的色谱峰就会混杂在一起无法识别的现象;
5. 可进行噪音漂移模拟;
6. 可模拟填充柱气相与程序升温毛细管气相色谱数据工作站将噪音信号放大,使其能模拟检测色谱分析系统的最小检出限(图1),可模拟信号拖尾;
7. 包括填充柱气相色谱模块6个定量分析仿真实验和6个分离仿真规律实验,同时也可自行开发与设计的适合学生专业特点的仿真实验,可方便地在模块数据库中添加化合物的色谱参数,进而模拟分离新的化合物;
8. 可模拟程序升温毛细管气相色谱模块的色谱分析过程,可模拟峰形随出峰时间的变化;
9. 程序升温毛细管气相色谱分析模块也可以用于实际分离的条件摸索的指导;
11. 包括程序升温毛细管气相色谱分析的4个定量分析实验和2个分离规律实验,也可自行设计的适合学生专业特点的仿真实验,可方便地在模块数据库中添加化合物的色谱参数,进而模拟分离新的化合物。
液相谱模块主要功能参数如下:
1. 可进行等度淋洗模拟,模拟精度、保留时间的相对误差2%以下;
2. 可进行梯度淋洗模拟,模拟精度、保留时间的相对误差3%以下;
3. 可模拟峰形随出峰时间的变化,可模拟基线漂移和噪音,模拟色谱数据工作站将噪音信号放大,使其能模拟检测色谱分析系统的最小检出限;
4. 可添加化合物的色谱参数到软件中,利用这一功能,此模块可以模拟分析更多离子;5. 包括4个离子色谱实验和1个反相液相色谱分离规律实验,可以在软件自行设计适合所教学生专业特点的离子色谱仿真实验,进而模拟分离新的化合物;
6. 可模拟溶剂去离子水的负峰,从而可测定死时间;7. 反相液相色谱保留时间随淋洗液中有机溶剂和水的比例而改变,相对误差小于2%;
8. 峰形参数标准偏差σ和时间常数τ随保留时间变化的规律,从而可以模拟峰形随出峰时间的变化。