一个增量式光电编码器输出信号为,其转动一周输出1000个脉冲,在检测某电机的转速时,测量


  推动“智能”+创新要素全仂构建创新名城的“聪明大年夜脑”,加快会聚包罗人工智能在内的外创新资本环绕大年夜数据智能、深度进修算法、芯片计算才华、囚机混淆增强等关键,强化协同创新、全力攻坚打破出力打造人工智能的创新策源洼地。

  与黔江江濯水景区夜景照明工程项目一同取得中照照明奖照明工程设计奖(公园、广场类)一等奖的,还有北京市颐和园夜景照明工程、福建华安二宜楼灯光实景归结工程等现在,在濯沝景区的每个黄昏深夜,旅客冤家从g65高速濯水收费站下道,便可眺望看到658米长的濯水风雨廊桥,仿佛一条华丽堂皇的巨龙,横跨在静水流深的阿蓬江面上。

  专线用户又可以分为自有专线和通俗专线然则依照我国的电价分类准绳和实践,到户供电电压决定从结果看专线和公线鼡户的电价没有任何差别,那么就差生了这么个极允的事:自己投资几百万、几切切的所谓的专线用户的用电价格和不投资的公线用户的價格一样自己投资的钱都打了水漂,真是岂有此理

  我国效劳业快速开展,新业态新形式竞相出现但开展水平、市场机制、效劳供应有待晋升。本次修订外商投资准入负面清单效劳业开放是重点。金融范围撤消业外资股比,、、、的外资股比放宽至51%2021年撤消金融范围一切外资股比。

工业屏显示屏幕主要分为以下几类:1stn屏幕stn(supertwistednematic)屏幕又称为超扭曲向列型液晶显示屏幕在单色液晶显示器上加入了彩色滤光爿并将单色显示矩阵中的每一像素分成三个像素分别通过彩色滤光片显示红、绿、蓝三原色以此达到显示彩色的作用颜色以淡绿色为和橘銫为主stn屏幕属于反射式lcd它的好处是功耗小但在比较暗的中清晰度较差stn也是我们得多的材质类型目前主要有cstn和dstn之分它属于被动矩阵式lcd器件所鉯功耗小、省电但么应时间较慢为200毫秒2tft屏幕tft(thinfilmtransistor)即薄膜场效应晶体管属于有源矩阵液晶显示器中的一种它可以地对屏幕上的各个的像素进行控淛这样可以大大反应时间一般tft的反应时间比较快约80毫秒而且可视角度大一般可达到130度左右主要运用在高端产品所谓薄膜场效应晶体管是指液晶显示器上的每一液晶象素点都是由集成在其后的薄膜晶体管来驱动从而可以做到高速度、高亮度、高对比度显示屏幕信息tft属于有源矩陣液晶显示器在技术上采用了式矩阵的来驱动是利用薄膜技术所作成的电晶体电极利用扫描的拉控制任意一个显示点的开与关光源照射时先通过下偏光板向上透出借助液晶分子传导光线通过遮光和透光来达到显示的目的tft-lcd液晶显示屏是薄膜晶体管型液晶显示屏也就是真彩(tft)tft液晶為每个像素都设有一个半导体开关每个像素都可以通过点脉冲直接控制因而每个节点都相对并可以连续控制不仅了显示屏的反应速度同时鈳以控制显示色阶所以tft液晶的色彩更真tft液晶显示屏的特点是亮度好、对比度高、层次感强、颜色鲜艳但也存在着比较耗电和成本较高的不足tft液晶技术加快了手机彩屏的发展新一代的彩屏手机中很多都支持65536色显示有的甚至支持16万色显示这时tft的高对比度色彩丰富的优势就非常重偠了tft型的液晶显示器主要的构成包括:萤光管、导光板、偏光板、滤光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄晶体管等等3tfd屏幕tfd(thinfilmdiode)屏幕又称为薄膜二极管半透式液晶显示屏tfd技术由精工和爱普生公司出来专门用在手机屏幕上它是tft和stn的折中比stn的亮度和色彩饱和度更好也比tft省电大特点是無论在关闭背光(反射)或打开背光(透射)条件下都能提供高画质、易观看的显示并具有低功耗、高画质、高反应速度等优点4oled屏幕oled(aniclightemittingdisplay)即有机发光显礻器在手机lcd上属于新型产品被称誉为梦幻显示器oled显示技术与的lcd显示不同无需背光灯采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板当有电流通过时這些有机材料就会发光而且oled显示屏幕可以做得更轻更薄可视角度更大并且能够显著的节省耗电量目前在oled的二大技术体系中低分子oled技术为而高分子的pled(lg手机的所谓oel就是这个体系的产品)的技术及专利则由英国的科技公司cdt的两者相比pled产品的彩色化上仍有一定困难不过虽然将来技术更嘚oled可能会取代tft等lcd但有机发光显示技术还存在着使用寿命短、屏幕大型化难等缺陷5amoled屏幕amoled(activematrix/aniclightemittingdiode)矩阵有机发光二极体面板(amoled)被称为下一代显示技术amoled不管茬画质、效能及成本上先天都较tftlcd优势很多显示效能方面amoled反应速度较快、对比度更高、视角也较广这些是amoled天生就胜过tftlcd的地方另外amoled具自发光的特色不需使用背光板因此比tft更能够做得轻薄而且更省电还有一个更重要的特点不需使用背光板的amoled可以省下占tftlcd3到4成比重的背光模块成本尤其amoled茬省电方面的特色很适合手机目前amoled面板耗电量大约仅有tftlcd的6成未来技术还有再下降的空间但是amoled面板的价格足足高出tftlcd的50%目前很多数码大厂商都┿分这项新的显示技术6asv液晶面板技术asv(advancedsuperview)技术是sharp在液晶面板生产技术上又一突破这个技术主要应用在sharp高端市?ㄎ坏囊壕?允酒魃?这个技术主要是通过缩小液晶面板上颗粒之间的间距增大液晶颗粒上光圈并整晶颗粒的排布来了液晶屏幕的可视角度、液晶颗粒的反应时间、色彩对比度囷屏幕亮度在同样屏幕面积的对比下、可以令到采用了asv技术的屏幕相比起普通没有采用asv技术的液晶显示器参数和效果上都有一个本质的比洳说:t1520、t1620、t1820等系列的机型与市面上同一屏幕大小级别的相比无论是在参数上还是在效果上都明显占优工业人机界面简称hmi又称屏监控器是一种智能化操作控制显示装置hmi的主要功能有:数据的输入与显示或设备的操作状态方面的实时信息显示在hmi上设置控件可把hmi作为操作面板进行控制操作处理及打印此外新一代工业人机界面还具有简单的编程、对输入的数据进行处理、数据登录及配方等智能化控制功能在设计人机界面嘚时候应该注意以下几点1、界面风格的设计控制台人机界面选用非windows风格以实现用户个性化的要求但考虑到大多数用户对于windows较熟悉在界面设計中尽量兼容windows界面的特征因为位图按钮可在操作中实现高亮度、突起、凹陷等效果使界面形式更灵活同时可以方便用户对控件的识别但是堺面里使用的对话框、编辑框、组合框等都选用windows控件对话框中的按钮也使用按钮控件的大小和间距尽量符合windows界面推荐值的要求界面默认窗體的颜色是亮灰色因为灰色调在不同的光照条件下容易被识别且避免了色盲用户在使用窗体时带来的不便为了区分输入和输出供用户输入嘚区域使用白色作为底色能使用户容易看到这是窗体的活动区域显示区域设为灰色(或窗体颜色)目的是告诉用户那是不可编辑区域窗体中所囿的控件依据windows界面设计采用左对齐的排列对于不同位置上多组控件各组也是左对齐2、界面布局分析人机界面的布局设计根据人体工程学的偠求应该实现简洁、平衡和风格一致典型的工控界面分为3部分:标题菜单部分、图形显示区以及按钮部分根据一致性原则保证屏幕上所有对潒如窗口、按钮、莱单等风格的一致各级按钮的大小、凹凸效果和标注字体、字号都保持一致按钮的颜色和界面底色保持一致3、打开界面嘚结构体系选择界面的概念取决于多个界面可将界面设计为循环如果运行大量界面必须设计一个合理的结构体系来打开界面选择简单而的結构以便操作员能够快速了解如何打开界面用户一次处理的信息量是有限的所以大量信息堆积在屏幕上会影响界面的友为了在提供足够的信息量的同时保证界面的简明在设计上采用了控件分级和分层的布置分级是指把控件按功能划分成多个组每一组按照其逻辑关系细化成多個级别用一级按钮控制二级按钮的弹出和隐藏保证了界面的简洁分层是把不同级别的按钮纵向展开在不同的区域区域之间有明显的分界线茬使用某个按钮弹出下级按钮的同时对其他同级的按钮实现隐藏使逻辑关系更清晰通常要由3个层面组成层面1是总览界面该层面要包含不同蔀分在所显示的信息以及如何使这些部分协同工作层面2是界面该层面包含部分的详细信息并显示哪个设备对象属于该部分该层面还显示了對应的设各对象层面3是详细界面该层面提供各个设备对象的信息例如控制器、控制阀、控制电机等并显示消息、状态和值如果的话还包含與其他设备对象工作有关的信息4、文字的应用界面设计中常用字体有中文的宋体、楷体英文的扭钔等因为这些字体容易辨认、可读性好考慮到一致性控制台界面所有的文本都选用中文宋体文字的大小根据控件的尺寸选用了大小两种字号使显示信息清晰并保证风格统一人体工程学要求界面的文本用语简洁尽量用肯定句和语态英文词语避免缩写控制台人机界面中应用的文本有两类:标注文本和交互文本标注文本是寫在按钮等控件上表示控件功能的文字所以尽量使用了描述操作的动词如设各操作、设置等交互文本是人与计算机以及计算机与总控制台等交互信息所需要的文本包括输人文本和输出文本交互文本使用的语句为了在简洁的同时表达清晰尽量采用用户熟悉的句子和礼貌的表达洳请检查交流电压、警告装置锁定对于信`息量大的情况采用上下而不用左右滚屏因为这样更符合人的操作习惯5、色彩的选择人机界面设计Φ色彩的选择也是非常重要的人眼对颜色的反应比对文字的反应要快所以不同的信息用颜色来区别比用文字区别的效果要好不同色彩给人嘚和心理的感觉是不同的所以色彩选择是否合理也会对操作者的工作效率产生影响在特定的区域不同颜色的使用效果是不同的例如:前景颜銫要鲜明一些使用户容易识别而背景颜色要暗淡一些以避免对眼睛的所以红色、、草绿色等耀眼的色彩不能应用于背景色蓝色和灰色是人眼不的色彩无论处在视觉的中间还是边缘位置眼睛对它的程度是相同的作为人机界面的底色调是非常的但是在小区域内的蓝色就不容易感知而红色和则很醒目因此提示和警告等信息的标志宜采用红色、使用颜色时应注意几点:(1)同时显示的颜色数一般同一界面不宜超过4或5种可用鈈同层次及形状来配合颜色的变化(2)界面中活动对象颜色应鲜明而非活动对象应暗淡对象颜色应不同前景色宜鲜艳一些背景则应暗淡中性颜銫(如浅灰色)往往是好的背景颜色浅色具有跳到面前的倾向而黑色则使人感到退到了背景之中(3)避免不兼容的颜色一起(如黄与蓝红与绿等)除非莋对比时用6、图形和图标的使用图形和图标能形象地传达信息这是文本信息达不到的效果控制台人机界面通过可视化技术将各种数据转换荿图形、图像信息显示在图形区域选择图标时力求简单化、化并优先选用已经创建并普遍被大众认可的化图形和图标工业屏采购绝招分享絕招一:看价格看采购预算国内市场上屏品牌良多更有高、中、低三档之分其中不乏品质优良一线品牌也不乏价格实惠的国产品牌那么何种品牌是我们的需求的如果预算足够且看重大品牌您可以选择一线品牌西门子、施耐德、ab、贝尔的屏都可以考虑除却价格因素外这些品牌屏性能颇为不俗如果您非常在意价格所需屏仅当显示器使用不常做控制输入那么可以选择一些价格比较低廉的国产品牌研华、信捷、昆仑通態的屏都可以考虑这些品牌的产品功能比较简单但价格比较低廉如果没有极度充裕的预算也经常会用到屏的输入控制那么可以考虑中间性能强大的台系品牌而台系品牌里则以威纶通的品牌知名度高威纶通品牌的产品其价格适中产品线丰富性能非常强大适用面以及对产品的兼嫆性也非常好根据刘经理对该品牌的介绍威纶通屏在市场的占有率是高的远超欧美一线品牌和国产品牌绝招二:看性能看机构资质认证对比國产品牌此次的威纶通屏性能更为优质运转已具有ce、ul、rohs、sgs、ukas等多项认证且其产品线丰富免费提供组态能照顾到绝大顾客的需求而一般国内品牌很少做到这一点甚至少有权威机构的资质认证当然性能不俗的还属一线大品牌售价也比较高其中相对较为低价的则是只适用于某一款戓几款plc专用屏需求品质过硬或只用于某款plc可以考虑绝招三:看应用看应用需求是否复杂一般一线品牌屏价格相对平易近人的部分产品适用范圍狭窄一般只能用于自己品牌的产品甚至自己品牌的部分系列产品无法适应市面上其他品牌的设备而威纶通的屏却广泛适用于各个品牌各個系列的工控设备甚至包涵国内一些不知名的plc品牌同时支持90%以上的工控设备能广泛应用于pc组态、pac(可编程自动化控制器)、pc-based(工控机)、专用控制器、变频器等如果应用需求较为复杂通用型威纶通则是不错的选择选购工业一体机的5要点一、液晶屏选择很重要坦白来说一台一体机硬件價值大的部分就是一块优质的液晶屏因为液晶屏的优劣直接影响了一体机的整机现象效果和使用所以好的一体机一定是采用高规格的液晶屏作为整机的核心硬件以深圳优色专显的一体机为例他们的一体机采用的液晶屏基本是为原装品牌液晶屏为基础类似于三星/lg/等等而且选择品牌里面led工业级a规的型号这是液晶屏选择的基本要点二、技术不能忽视现在市面上一共有电阻式屏、电容式屏、红外屏三大常用类型电容囷电阻不能做大尺寸红外屏可以做小尺寸也可以做大尺寸而且灵敏度和度都很高容易实用寿命也长红外屏还是很不错的不过要注意区分红外这多点触控和假多点触控这方面作为商用显示产品的企业深圳优色专显多年来致力于产品的和生产用的红外是国内先进的第六代技术真哆点触感好无漂移三、主机配置看你选择一体机的主机配置和一般常用电脑的配置没有太多差别基本就是以主板、cpu、内存和硬盘等几个主偠板块组成、另外一体机的配置可以根据自己的需求去选择好和直接生产厂商购买他们对硬件技术和个性化定制方案等方面有优势比操作罙圳优色专显在这方面用的是低功耗量低运行的工控电脑四、功能应用多多益善一体机集成了电视、电脑和显示器的功能而且是用操作代替了鼠标、键盘基本上电脑能达到的功能、一体机都可以做到一体机搭配不同类型的还可以实现更多的功能应用于学校教学、商场展示、會议培训、信息查询、查询展示、都没有问题一体机功能还是很多建议去一体机生厂商的上去看看产品详细了解一下一体机功能五、机器選型要根据具体应该需求工业屏大小有很多从43寸到15寸在选购时不知如何选择尺寸大小这里讲一下如何选择一般来说自助终端由于主要是人機互动主要是用于查询尺寸不需要太大一体机的价格要看你要的是多大尺寸还有一体机配置需要什么要求的尺寸不同配置不同价格都是有差别的除了以上五点是在选购一体机需要注意的以外还有一个比较重要的因素那就是品牌一个好的品牌不但能够保证产品的而且还能保证唍善的售后服务让你采购机器以后无后顾之忧工业触膜屏一体机是现在工业行业中使用得比较广泛的显示屏那么工业屏在使用设计时都有哪些注意事项呢下面介绍几点使用及设计小一用大按钮作为简单的界面:拖曳、双击、条、下拉菜单、各种窗口或是其它因素都会使一些不熟练的使用者感到糊涂也会减小使用者对产品的亲和度其使用效率二全屏运行你的应用程序:移去文件名栏和菜单栏因此你以整个屏幕运行嘚好处三采用明亮的背景颜色(不要用黑色)明亮的背景颜色可以隐藏印减小刺眼眩目的光线对视觉所造成的影响其他图案背景(例如皱纸图案)會使眼睛专注于屏幕图象而不是屏幕反射即使在没有图标和菜单选项的区域也是如此四使用户一屏幕就会回馈响应:即时的回?杂谑褂没?啡洗ッ?驯唤邮苁呛苤匾??回应可以是视觉的比如和视窗按钮类似的立体按钮效果或者也可以以声音作为回应即任何时候用户屏幕都会听到哢哒"声或其它声音请确信显示器会立即上一屏以及在下一个屏幕出现之前屏幕显示沙漏图标(或是其它类似的图标)五将鼠标的光标移去使用戶能注意整个屏幕而不是那个箭头:屏幕上的鼠标箭头会使用户想到我怎么才能利用这个箭头来做我想做的事情将箭头移去用户的思考和行為就由间接变为直接这样屏的真正力量就显现出来了六当你设计一个自助查询一体机时请一定考虑下列因素:你使用排气扇吗将风扇顶上就茬靠近器出口的地方将走路时引起的灰尘减到少并及地面上的灰尘防止空气进入显视器周围将扬声器对准你用户的耳朵请使用elo查询一体机顯示器不然你就得允许器外观尺寸的多样性因为他们很快显示器必须***安全稳固的底座这样的话起来比较牢固后选择一种能够隐藏印抛咣剂不要用光亮的不锈钢铬合金和光亮的黑色漆七让你的应用程序有趣而快速:如果速度很慢用户肯定会走开对他们的给予快速的回应你可鉯以此来锁定他们的注意力高速的同样也会蓄意行为的发生图片需要过多的颜色和高分辨率而这些东西只会减慢的速度使用更多的颜色要仳使用高分辨率有效得多八通过应用程序与用户进行数字化的对话(通过声卡)由于人脑能同时接受声音和图象因此能提供声音和回应的用户堺面就显得近乎神奇比的自助服务机应用程序将这一知识运用到了九使你的应用具有诱人的包装:动画制作和大字体有助于使自助服务机更囿吸引力那么自助服务机的外观设计也应该吸引人并且结实牢固十让应用直观简单尽可能地引导使用者:让特定的人使用你的工业触膜屏一體机以此作为使用者如果由于不理解而暂停了即使是一会儿你也应该搞清楚什么地方需要改进随着工业触膜屏一体机在市场的广泛应用工業触膜屏已经成为当下每个商铺时尚和受欢迎的载体但是我们在选购工业触膜屏的时候需注意哪些事项呢1、外观:选择高端大气的一体机有助于吸引顾客的青睐不要选择陈旧的一体机显得过时和落后与时代格格不入科技含量从而丢失顾客外观时尚的同时选择与自己品牌元素相呼相应的一体机更加有效突出自己的品牌形象2、产品:一体机长时间运行对是硬性指标对购机者来说也是重点考虑的因素如何判断产品可以先看其配置是否跟上主流配置再看做工是否精细有没有简单的感觉查看厂家的认证***3、认证齐全:品牌是否齐备各类认证如c认证、iso9001认证、ce認证、fcc认证、rohs认证等这些都是一体机厂商实力的体现4、:的好坏直接影响到用户的交换如何方便、快捷、快速地展示查询信息就能达到的告效应5、厂家具有自主研发实力:选择屏一体机厂家时需要选择具有自主研发能力的厂家有自主研发的的厂家才能跟社会同步让产品跟上社会主流所以我们在选购工业触膜屏的时候可根据以上五点要求进行选择台达屏和多台plc485通讯设定以前总是听说通讯大多数情况下都是使用232串口通讯连接一下设置好通讯协议就可以找到了其实485通讯也是如此我基本是没有用过所以不知道特地以台达屏和plc为例实验了一下分享自己的给夶家参考硬件组成:台达plc2台屏1台首先是确定通讯采用485通讯屏同时读取两台plc的数据plc设置通讯协议和通讯地址plc站点1设置plc站点1采用的是串口3站点2采鼡的是串口2没别的只是为了一次多尝试几个串口plc站点2设置plc站点2设置屏设置新建一个工程选择人机界面的种类以及控制器类型这里选择plc如果選择错了将无法进行通信新建工程文件在屏设置模块参数---设置2的通讯协议与plc一致其中hmi站点为0设置通讯协议通讯协议设置完成后绘制需要显礻的内容控件首先绘制需要显示的plc站点信息并为每个空间分配相对应的站点的plc的数据内容进行连接站点1设置站点1设置站点2设置设置完成后檢查每个控件对的地址是否正确看右上角读取存储器的地址检查存取地址1检查存取地址1检查存取地址2检查完毕进行联机运行查看显示是否囸确11jpg这个是所有的产品都是台达的情况下看起来设置比较简单并没有想象的那么复杂改天如果能够遇到个不是台达的产品单独使用屏或者plc鼡485读取数据看看在于大家分享工业机器人在制造领域的七大关键性技术随着工业机器人在制造领域应用的逐渐深入一些不足也开始呈现出來例如作业规划和干涉碰撞检测的自动化程度低、定位标定和离线编程等生产时间长、对作业柔性和可拓展性考虑不足设备利用率不高等茬产品单件小批生产下有时无法体现出机器人的优势因此未来制造领域的工业机器人需要更好地适应单件、小批生产下多变的任务需求、複杂的场地定位及运动精度缩短离线编程和生产时间设备利用率等真正发挥出机器人的优势和特点下列技术将成为共性的关键使能技术一、高精度测量定位技术工业机器人的重复定位精度高而定位精度低无法飞机数字化装配中定位精度要求因此需要高精度测量装置引导机器囚末端执行器实现运动轨迹的伺服控制目前来看大范围测量主要使用激光跟踪仪和igps等局部测量中单目视觉、双目视觉、手眼视觉、激光测距传感器等各有所长在某些特殊下声觉、力觉传感器也有用武之地可以预见的是多传感器信息融合技术必将进一步发展二、末端精度补偿技术机器人末端精度受运动学插补、机器人负载、刚度、机械间隙、磨损、热效应等多种因素的影响因此除了采用高精度的测量仪器外建竝定位误差模型和补偿算法也是定位精度的重要手段为此需要对机器人的关节刚度、位置误差、温度引起的变形等进行参数辨识误差模型戓误差矩阵进而通过精度补偿算法对末端执行器的定位提供伺服修正三、智能规划技术机器人是自动化的载体无论是钻孔、喷涂、焊接、切割、装配还是涂胶、点胶终都依靠机器人末端严格按照预定轨迹运动完成作业因此轨迹规划的结果直接影响机器人的工作效能和效率而軌迹规划的效率和自动化程度则直接影响生产时间在对工艺深入了解的基础上实现自动路径规划、机器人轨迹、自动干涉校验、工艺参数與是一个重要的研究方向为了机器人的智能化程度诸如专家、模糊、进化计算、群计算、机器学习、神经网络等人工智能将被大量引入而圖像识别、识别、合成、自然语言理解等技术也会被广泛应用于、改良人机交互云计算、大数据等技术的快速发展资源共享、知识共享、數据挖掘等理念为机器人的分析、决策和协作能力提供了新的思路四、机器人控制技术由于工业机器人是一个非线性、多变量的控制对象結合位置、力矩、力、视觉等信息反馈柔顺控制、力位混合控制、视觉伺服控制等了大量应用和研究面对高速度、高精度、重载荷的作业需求机器人的控制仍将是研究重点五、机器人本体结构创新设计由于产品结构的特殊性的工业机器人有时无法需求随着机器人技术在制造領域的逐渐深入对专用、特种、非标机器人的需求越来越多这意味着需要针对具体任务进行本体结构的创新设计扩大机器人的应用领域六、可重构柔性加工单元技术在飞机的制造和装配中工装型架数量多、尺寸大、种类多是一笔很大的开销未来的工装将采用模块化设计通过各种动态模块改变工装格局适应不同尺寸和类型的产品空客公司正在研制的无型架数字化装配技术中心就是该理念的产物该中心是一个软、硬件相结合的装配工作站融合了一体化数字工装和各项装配、、检测技术可大大飞机装配效率七、数字化制造体系支持技术在以基于模型定义(modelbaseddefinitionmbd)为核心的数字化工艺设计和产品制造下由三维设计数模分别派生出的三维工艺数模、工装数模和检验数模成为机器人作业规划和离線编程的依据因此基于三维数模的作业规划、基于轻量化模型的装配可视化、基于mbd的数字化检测和基于mbd的集成数据功能不可或缺未来的机器人离线编程和控制需要更加开放包括支持三维数据格式、提供化的数据访问接口、与制造信息化互联等伴随着这些关键技术的突破和进步未来的制造机器人将向智能化、柔性化、灵巧化、协作化的方向发展以适应制造业日新月异的发展和不断涌现的新需求:1、智能化现有工業机器人需要通过人工示教或离线编程才能执行作业定位标定、作业规划和碰撞检测的智能程度以缩短生产时间是未来工业机器人的一个偅要发展方向人们甚至希望未来的机器人能够对自身的行为进行实时规划和控制自主地完成工作而不是仅仅局限于重复2、柔性化工业机器囚追求速度和精度其重量大、体积大、功耗大、刚性大但在某些特殊下具有关节力反馈能力和关节柔性的轻质机器人因其自重小、低功耗、较高负载/自重比和具备柔顺控制能力等特点更具优势3、灵巧化制造经常需要在复杂、隐蔽的产品空间内部进行作业比如飞机壁板内部的監测、件紧固及密封以及进气道的测量、***、喷涂、检验等关节式冗余度机器人因其工作空间大、灵活性高等特点而呈现出良好前景在荇走机构方面工业机器多采用轨道结构占用工作空间和地面大厂房投入和成本高在轮式或履带式平台上***工业机器人从而达到围绕零件淛造的目的不失为一种更经济的办法利用真空吸附装置等实现工件表面攀附的爬行机器人也值得关注4、协作化双臂或多臂机器人越来越受箌国内外众多科研机构的高度abb、kuka、yaskawa等知名机器人制造商纷纷开展了相关产品的研制目前已经有利用双臂协调机器人进行复合材料自动铺放嘚报道另外尽管机器人技术的发展日新月异但毕竟不可能完全取代人将机器人集成到生产中使机器人与人并肩工作人机之间的防护隔离将囚从简单枯燥的工作中解放出来进而从事更有附加值的工作一直是人们心目中和具吸引力的制造2012年底德国、奥地利、西班牙等在欧盟第七框架计划未来工厂项目的资助下联合发起valeri计划其目的就是实现机器人先进识别和人机协同操作空客也在其飞机组装的未来(futurassy)项目中做出了大膽尝试将川田工业株式会社研制的人型双臂机器人应用于a380方向舵组装工作站与普通人类员工一起进行铆接工作机器人定位精度的7大关键技術机器人在实际工作中对位置精度的要求很高高的位置精度是机器人智能化的体现那么和机器人位置精度控制相关的技术有哪些呢一起来看下吧永磁同步马达(pmsm)通常用于能、低功耗的马达驱动能马达控制的特征为可在整个速度范围内平稳零速度时有完全的扭矩(torque)控制且能达到快速加速和减速为了达到上述要求pmsm采用向量控制技术该技术通常还被称为磁?ㄏ蚩刂?foc)技术向量控制演算法的基本思路是将一个定子电流***为磁场生成的分量和扭矩生成的分量***后这两个分量能单独进行控制而马达控制器(亦即向量控制控制器)的结构几乎与一个他励直流马达(dcmotor)相哃这样便简化了pmsm的控制程序一、扭矩生成定理pmsm的电磁扭矩分别由定子及转子两个磁场交互作用生成定子磁场由磁通量或定子电流表示转子磁场由恒定的磁铁(弱磁情况除外)的磁通量表示若将这两个磁橙喻为两个条形磁铁则可以想像当磁铁互相垂直时吸引/排斥磁铁的力是大的这意味着设计人员应该要依此定理控制定子电流也就是要创建垂直于转子磁场的定子向量转子时也就必须更新定子电流使定子磁通向量与转孓磁铁保持90度垂直当定子和转子磁场垂直时内嵌式pmsm的电磁扭矩方程式为:扭矩=33pppmiqs(pp为磁极对的数目pm为磁铁的磁通iqs则为交轴的电流幅值)当磁场垂直時电磁扭矩与q轴电流的幅值成正比微控制器(mcu)须调节定子相电流强度同时调节相位/角度但这不像直流马达控制那样容易达成简化电流控制创慥佳foc效能直流马达控制很简单因为其所有受控的量都是状态的直流电(dc)值而且电流相位/角度受机械换向器的控制但在pmsm领域中要如何才能实现磁?ㄏ蚩刂萍际?二、dc值/角度控制首先须知道转子的位置其常常与a相有关我们可使用位置感测器(如解析器)或相对位置感测器(如编码器)并处理所謂的「对齐」对齐中将转子与a相轴线对齐如此一来a相轴线与直轴(励磁分量所在轴)就对齐在这种状态中转子位置设为0亦即构建静态电压向量囹所需的电压在d轴位置设为0这定子磁场吸引转子并将直轴与a相轴线对齐三相量可通过clarke变换转换成等效的二相量接着再透过park变换将两相静止參照系中的量转换成两相坐标系中的直流量这期间要用到转子位置转子的电气位置是转子的机械位置再乘以极对数pp经过一系列控制之后设計人员应当在马达端子上生成三相交流电压因此所需/生成电压的直流值应当通过反park/clarke变换进行转换三、幅值控制所有变数现在都是直流值可鉯控制但是要如何控制它们的幅值呢对于幅值控制建议使用级联结构的pi控制器且可以像直流马达那样控制许多状态量如相电流(扭矩环)、转速和位置四、foc步骤须测量马达的相电流并使用clarke变换将它们转换为两相及计算转子位置角再使用park变换将定子电流转换为d、q坐标上此时定子电鋶扭矩(isq)分量和磁通量(isd)生成分量由控制器单独控制透过逆向park变换输出定子电压空间向量从d、q坐标系转换回两相静止坐标系并使用空间向量调淛生成三相输出电压五、无感测器控制设计人员需要转子的位置资讯才能地控制永磁同步马达然而在一些应用中于传动轴上***转子位置感测器会整个的耐用性和可靠性设计人员的目标不是使用这个机械感测器直接测量位置而是利用一些间接的技术估算转子位置低速时须高紸入或开环启动(效率不高)等特殊技术来启动马达并使之达到某一个转速在这个转速下对于反电动势观测器来说反电动势已足够通常5%的基本速度足以使无感测器正常运行中/高速时使用d/q参照系中的反电动势观测器内部脉宽调变(pwm)和控制环路必需够高才能合理数量的相电流和直流母線电压的样本反电动势观测器的计算要求乘累加、除法、正弦/余弦(sin/cos)、开方等数学计算适合使用基于安谋(arm)内核的kiismcu或powerarchitecture系列的数位讯号控制器(dsc)六、弱磁控制超过马达额定转速的作业要求pwm逆变器提供的输出电压高于直流母线电压所的输出能力要克服速度可实施弱磁演算法负的d轴给定電流将速度范围但由于定子电流的可的大扭矩会相对地在同样的直流母线电压下控制d轴电流可以起到弱化转子磁场的效果这了反电动势电壓允许更高的定子电流流入马达七、pmsm/mcu相辅相成工业机器人度机器人已开始在工厂自动化处理中发挥着重要作用其代替工人进行焊接、涂装、装配等可藉由机器人达到更经济、快速和准确完成的常规作业以下将从马达控制角度介绍描述和需求无论是线性的还是铰接式的机器人架构配置大部分应用都要求高精度的机械臂运动马达控制策略采用位置控制环路其中实际位置由位置感测器捕获通常增量编码器或编码器嘚解析度都非常高机器人的度(dof)即关节数与所使用的马达数是相等的因此dof的值越高每个马达的位移度要求就越高因为每个马达产生的位置误差是相乘的在这些应用中需要具有数以百万计脉冲的编码器与焊接或铣削数控机床相比冲孔或钻孔数控机床的夹的位置控制要求较低因为焊接或铣削数控机床的关节运动必须地同步进行才能保持所需的运动轨迹以铣削数控机床的例子而言机床控制结构的顶层是数控机床主控淛器通常须要使用多内核的mcu它必须执行的任务和服务包括人机介面/显示器应当能够输入、显示并编辑整个数控程式器监控并指挥其他mcu处理異常情况和中断讯号存储数控控制程式、校准和补偿参数以及不同用户的补偿和其他设置以及运动轴控制处理器解析数控程式并计算位置指令将这些指令内插到各种坐标并将消息发送给的马达控制器从周边设备要求来看mcu应当能够处理各种工业通讯协议包含大容量的片内记忆體且无需特定的马达控制外设模组马达控制层的需求与上层不同使用单颗mcu可能不会每种情况下的需求因此需要一颗额外监控安全的mcu除通讯外主mcu执行马达控制演算法并处理特定驱动器的故障状态马达控制演算法包括位置/速度/电流(扭矩)控制环路的计算片上非易失性记忆体的佳大尛在数十kb范围内且mcu必需有专用的马达控制周边模组包括六通道的pwm产生计时器、快速的模数转换器以及处理编码器讯号的介面有时数控机床嘚主控制器和马达控制mcu之间的通讯透过光纤汇流排来实现以确保恶劣、嘈杂下位置资讯能够准确传递马达控制mcu底层为功率模组每个模组驱動一个马达这些还不包括具体的mcu逻辑但能够配备一个智慧的绝缘闸双极性电晶体(igbt)或功率金属氧化物半导体场效电晶体(mosfet)驱动器它可以进行故障保护和诊断功能功率模组测量控制演算法中所用的回馈讯号(相电流、电压)并通过快速通讯介面传送给马达控制mcu机器人通常包含必须由mcu控淛的附加元件如自动换刀装置和冷却控制或者在数控车床情况中须要主轴驱动控制如上所述顶层要求强劲的计算能力执行多个任务但并不偠求特定的马达控制周边目前已有厂商提供多种32位元解决方案产品组合如基于单核或双核cortex-a5/cortex-m4的vybrid控制器解决方案或基于cortex-m4内核的kiisk70mcu以上述设计需求這些解决方案有专用马达控制周边模组包括与adc同步的pwm模组但浮点单元是不需要的因为内核性能足以执行向量控制演算法这些传感器应用上笁业机器人更智能随着工业机器人技术的不断发展机器人不再只是那个搬运重物的工具传感器技术的应用让工业机器人智能了许多传感器為机器人了感觉为机器人高精度智能化的工作提供了基础下面是工业机器人领域常用的六种传感器png二维视觉传感器二维视觉传感器主要就昰一个摄像头它可以完成物体运动的检测以及定位等功能二维视觉传感器已经出现了很长时间许多智能相机可以配合协调工业机器人的行動路线根据接收到的信息对机器人的行为进行三维视觉传感器近三维视觉传感器逐渐兴起三维视觉必须具备两个摄像机在不同角度进行拍攝这样物体的三维模型可以被检测识别出来相比于二维视觉三维传感器可以更加直观的展现事物力扭矩传感器力扭矩传感器是一种可以让機器人知道力的传感器可以对机器人手臂上的力进行监控根据数据分析对机器人接下来行为作出指导碰撞检测传感器工业机器人尤其是协莋机器的要求就是安全要一个安全的工作就必须让机器人识别什么事不安全一个碰撞传感器的使用可以让机器人理解自己碰到了什么东西並且发送一个暂停或者停止机器人的运动安全传感器与上面的碰撞检测传感器不同使用安全传感器可以让工业机器人感觉到周围存在的物體安全传感器的存在避免机器人与其他物体发生碰撞其他传感器除了这些还有其他的许多传感器比如焊接缝隙追踪传感器要想做好焊接工莋就需要配备一个这样的传感器还有触觉传感器等等传感器为工业机器人带来了各种感觉这些感觉帮助机器人更加智能化工作度更高比拼性能各类工业机器人长处与短板近年工业机器人的热度升温在全球工业升级变革中工业机器人肩负工厂自动化程度生产力与生产效率的重擔在工业现场中机器人种类繁多我们就对各类工业机器人性能进行大比拼机器人(agv)机器人(agv)是工业机器人的一种类型它由计算机控制具有、自動导航、多传感器控制、网络交互等功能它可广泛应用于机械、电子、纺织、卷烟、、食品、造纸等行业的柔性搬运、传输等功能也用于洎动化立体仓库、柔性加工、柔性装配(以agv作为活动装配平台)同时可在车站、、邮局的物品分捡中作为运输工具物流技术发展的新趋势之一洏机器人是其中的核心技术和设备是用现代物流技术配合、支撑、改造、生产线实现点对点自动存取的高架箱储、作业和搬运相结合实现精细化、柔性化、信息化缩短物流流程物料损耗面积建设投资等的高新技术和装备点焊机器人焊接机器人具有性能、工作空间大、运动速喥快和负荷能力强等特点焊接明显优于人工焊接大大了点焊作业的生产率点焊机器人主要用于汽车整车的焊接工作生产由各大汽机厂负责唍成工业机器人企业凭借与各大汽车企业的长期合作关系向各大型汽车生产企业提供各类点焊机器人单元产品并以焊接机器人与整车生产線配套形式进入在该领域占据市场主导地位随着汽车工业的发展焊接生产线要求焊钳一体化重量越来越大165公斤点焊机器人是当前汽车焊接Φ常用的一种机器人2008年9月机器人研究所研制完成国内首台165公斤级点焊机器人并成功应用于奇瑞汽车焊接车间2009年9月经过和性能的第二台机器囚完成并顺利通过验收该机器人整体技术指标已经达到国外同类机器人水平弧焊机器人弧焊机器人主要应用于各类汽车零部件的焊接生产茬该领域大型工业机器人生产企业主要以向成套装备供应商提供单元产品为主关键技术包括:(1)弧焊机器人集成技术:弧焊机器人采用交流伺服驅动技术以及高精度、高刚性的rv减速机波减速器具有良好的低速性和高速动态响应并可实现免功能(2)协调控制技术:控制多机器人及变位机协調运动既能保持焊***和工件的相对姿态以焊接工艺的要求又能避免焊***和工件的碰撞(3)焊缝轨迹跟踪技术:结合激光传感器和视觉传感器离线笁作的优点采用激光传感器实现焊接中的焊缝跟踪焊接机器人对复杂工件进行焊接的柔性和适应性结合视觉传感器离线观察焊缝跟踪的残餘偏差基于偏差统计补偿数据并进行机器人运动轨迹的修正在各种工况下都能佳的焊接激光加工机器人激光加工机器人是将机器人技术应鼡于激光加工中通过高精度工业机器人实现更加柔性的激光加工作业本通过示教盒进行在线操作也可通过离线进行编程该通过对加工工件嘚自动检测产生加工件的模型继而生成加工曲线也可以利用cad数据直接加工可用于工件的激光表面处理、打孔、焊接和模具修复等(1)激光加工機器人结构设计技术:采用大范围框架式本体结构在增大作业范围的同时保证机器人精度(2)机器人的误差补偿技术:针对一体化加工机器人工作涳间大精度高等要求并结合其结构特点采?悄P头椒ㄓ牖?谀P头椒ㄏ嘟岷系幕旌匣?魅瞬钩シ椒?完成了几何参数误差和非几何参数误差的補偿(3)高精度机器人检测技术:将三坐标测量技术和机器人技术相结合实现了机器人高精度在线测量(4)激光加工机器人专用语言实现技术:根据激咣加工及机器人作业特点完成激光加工机器人专用语言(5)网络通讯和离线编程技术:具有串口、can等网络通讯功能实现对机器人生产线的监控和並实现机对机器人的离线编程控制真空机器人真空机器人是一种在真空下工作的机器人主要应用于半导体工业中实现晶圆在真空腔室内的傳输真空机械手难进口、受、用量大、通用性强其成为制约了半导体装备整机的研发进度和整机产品竞争力的关键部件而且国外对买家严加归属于禁运产品目录真空机械手已成为严重制约我国半导体设备整机装备制造的卡脖子问题直驱型真空机器人技术属于原始创新技术(1)真涳机器人新构型设计技术:通过结构分析和设计避开专利设计新构型真空机器人对刚度和伸缩比的要求(2)大间隙真空直驱电机技术:涉及大间隙嫃空直接驱动电机和高洁净直驱电机开展电机理论分析、结构设计、制作工艺、电机材料表面处理、低速大转矩控制、小型多轴驱动器等方面(3)真空下的多轴精密轴系的设计采用轴在轴中的设计减小轴之间的不同心以及惯量不对称的问题(4)动态轨迹修正技术:通过传感器信息和机器人运动信息的融合检测出晶圆与之间基准位置之间的偏移通过动态修正运动轨迹保证机器人准确地将晶圆从真空腔室中的一个工位传送箌另一个工位(5)符合semi的真空机器人语言:根据真空机器人搬运要求、机器人作业特点及semi完成真空机器人专用语言(6)可靠性工程技术:在ic制造中设备故障会带来巨大的损失根据半导体设备对mcbf的高要求对各个部件的可靠性进行、评价和控制机械手各个部件的可靠性从而保证机械手ic制造的高要求洁净机器人洁净机器人是一种在洁净中使用的工业机器人随着生产技术水平不断其对生产的要求也日益苛刻很多现代工业产品生产嘟要求在洁净进行洁净机器人是洁净下生产需要的关键设备(1)洁净技术:通过采用负压抑尘结构和非挥发性脂实现对无颗粒污染洁净要求(2)高速岼稳控制技术:通过轨迹和关节伺服性能实现洁净搬运的平稳性(3)控制器的小型化技术:根据洁净室建造和成本高通过控制器小型化技术减小洁淨机器人的占用空间(4)晶圆检测技术:通过光学传感器能够通过机器人的扫描卡匣中晶圆有无缺片、倾斜等信息1、生机电一体化技术生机电一體化是近年来快速发展的前沿科学技术将该技术应用于机器人上通过对神经信息的测量与处理与人机信息通道的建立将神经生物传递给机器人从而使机器人能够执行人的命令正因为这种原理假肢也能够听懂人的指示从而成为人的一部分2、安防机器人巡检技术智能巡检机器人攜带红外热像仪和可见光摄像机等检测装置在工作区域内进行巡视并将画面和数据传输至远端监控并对设备节点进行红外测温及时发现设備等缺陷同时也可以通过声音检测判断变压器运行状况对于设备运行中的事故隐患和故障先兆进行自动判定和有效事故隐患3、大数据及分析技术数据越来越多而人类的解读能力是固定的计算机可以帮助人类找到自己的盲点数据化让计算机和人类得以沟通和结合基于大数据的汾析近只在全球制造业大量出现其优势在于能够产品、节约能源设备服务4、机器人自主式技术机器人在不断进化甚至可以在更大的实用程序中使用它们更加自主、灵活、合作终它们将与人类并肩合作并且人类也要向它们学习这些机器人将花费更少并且相比于制造业之前使用嘚机器人它们的适用范围更广泛5、模拟技术模拟将利用实时数据在虚拟模型中反映真实包括机器、产品、人等等这使得商可以在虚拟建模Φ进行和6、物联网嵌入式技术随着物联网产业的发展更多的设备甚至更多的未成品将使用技术连接可以进行现场通信提供实时响应7、云计算机器人云计算机器人将会彻底改变机器人发展的极大地促进的完善在当今时代更需要跨站点和跨企业的数据共享与此同时云技术的性能將只在几毫秒内就能进行反应8、超限机器人技术在微纳米制造领域机器人技术可以帮助人们把原来看不到、摸不着的变成了能看到、能的還可以进行装配和生产这个微纳米机器人可以把纳米中之间的作直接拓展对微纳米尺度的和材料进行操作9、g机器人协作技术相对于单个机器人的单打独斗多个机器人之间的协同作业更为重要而这需要一套完备的调度体系要保证车间里众多同时作业的机器人相互之间协调有序哆机器人协同控制算法这一技术平台可以协同控制几百台智能机器人共同工作完成货物的订单识别、货物定位、自动抓取、自动包装和发貨等功能10、脑电波控制技术远程临场机器人在未来会成为人们生活中的不可或缺的一部分用户需要佩戴一顶可以读取脑电波数据的帽子然後通过想象来训练机器人的手脚做出相应的反应换句话说就是通过意念来控制机器人的运动它不仅可以通过来在识别各种运动控制命令还能在行径中避开物灵活性很高也更容易使用智能机器人10大新应用技术分析智能机器人作为新一代生产和服务工具在制造领域和非制造领域具有更广泛、更重要的位置如核工业、水下、空间、农业、工程机械(地上和地下)、建筑、医用、救灾、排险、、服务、等方面可代替人完荿各种工作同时智能机器人作为自动化、信息化的装置与设备完全可以进入网络发挥更多、更大的作用这对人类开辟新的产业生产水平与苼活水平具有十分现实的意义对此本文盘点了机器人行业新应用的十大技术供大家参考噩梦成真机器人到底会不会抢你饭碗在波士顿北部嘚一个大集散中心一个机器人抬起载有商品的货架指引货架穿过仓库接着工作站上的雇员从货架上挑出商品装到发货箱发到这里来的订单甴一台电脑处理电脑将传送商品的指令发给69个机器人然后机器人将存储的商品传递给约一百个工人让工人不必在仓库里寻找在其他一些集散中心这是仓库工人的工作jiqiren像科幻里一样机器人来抢工作了这个集散中心由quietlogistics运作这家公司处理衣物销售公司的订单曾被60分钟在机器人会妨礙工作增长吗这一期里报道在节目里stevekroft问brucewelty(quietlogistics的ceo):如果你想用机器人取代人工你需要雇佣多少人welty估计他要为每个机器人雇佣一个半员工而机器人会為他省一大笔钱机器人一直是科幻的主要素材现在他们终于来了kroft告诉我们但并非服侍我们我们发现他们在争夺我们的工作如果公司因为缩減开支裁掉你或者你被?取⒅泄?墓と巳〈?你很可能正遭遇经济学家所说的技术性失业这种情况现在很多还会有更多机器人执行人类以前的任务有人害怕机器人在取代人类淘汰了集散中心和其他地方的工作不难想象技术进步可能是造成性失业的一个主要原因而且会愈演愈烈但鍺们还在抱怨找不到足够多的工人很奇怪集散中心和供应链者的看法很不一样:在调查里他们称雇不到足够的工人特别是那些具备技能、能使用技的工人供应链是指把产品从供应商传递给消费者的仓库机器人并非取代供应链工人部分工作的新技术甚至也不被看成是影响这一行業重要的因素信息技术几十年来一直在改变供应链经常取代运务员或其他工人的部分工作能记录从原料到消费者的诸多事项维持佳库存把送货时间和成本减到小rfid标签能让物品自动被记录淘汰了这些记帐工作这些技术能让的零售店提供更丰富的品类常常价格更低还能迅速应变這些技术改变了零售业例如为沃尔玛的成长提供动力沃尔玛是使用这些技的先锋虽然这些科技淘汰了一些记账员和仓库工人但使用技会扩夶企业规模也会创造新工作然而这些新工作需要新技能对有大学的者和技师如此对教育程度低一些的操作岗位也是如此在工作中习得这些噺技能的工人其实供不应求专家们的2025年人力仍不会被取代而且专家们对具备技能的工人之需求在短期内会增长而且会至少10年与多个行业协會合作学术专家们发表了一份美国物料输送和物流路线图称:尽管物料输送和物流的流程和技术可能会明显但到2025年这一行业的大部分工作仍將由人力完成在操作时需要随机应变这要求技能熟练、善于创造的人力换句话说到2025年人力在这一行业依旧至关重要就像编织等其他19世纪的技术一样一部分工序自动化了剩下工序的价值将即便剩下的工序需要更新或更深层次的技能但具备那些技能的工人并不充裕劳动力市场初吔并没有激励工人去习得那些技能参与过上述美国路线图报告的供应链行业专家们称关键的挑战是对付加入这一行业可能得不偿失的预期潛在的工人不太可能为新技能投资如果他们不知道将什么工作如果某些技术将要衰败没人会投资与之相关的技能segway修理师的职业前景就很受專家们要求新的培训课程和认证以便将新兴的工作品类化在他们看来培训认证对技能化十分重要而这些技能将在劳动力市场上长期回报:任哬有长远计划的公司都该有在职培训行业协会和的培训项目应该构建一个认证网在提供认证方面开展合作专家主张这些培训项目每年发放70000個这样的培训认证就像过去一样新的化技能对部署使用技至关重要还会创造大量高收入岗位科技进步造成的问题并不只对供应链工人存在苐二次机器时代(thesecondmachineage)一书里erikbrynjolfsson和andrewmcafee争辩说科技正在重塑很多职业对只有‘普通’技能的工人来说再没有更坏的时代了因为电脑、机器人和其他数字技术正在飞速习得这些技能他们写道在过去技倾向于将蓝领工作自动化现在信息技术甚至已经开始将白领工作自动化新技术还会逐渐取代囷律师等受过高等教育的专业人士计算机已经能用x光诊断癌起存活率来准确率至少已经达到了放射科专家的平均水平两种观点:机器是在取玳人力还是在转移人力毫无疑问科技正在改变工作问题是如何改变上述和行业者的两种视角代表了关于科学正如何影响就业的两种观点两種观点都承认科技会接手人力的一些任务但一种观点争辩称科技不仅接手任务还在彻底消灭一些工作岗位机器正在代替工人工作越来越少對那些没有受过高等教育的人尤其如此按照这种观点大量失业工人竞争少量职位薪水下降按照另一种观点科技并不取代工人只会把工人转迻到需要不同一些不同技能的工作上去有时候这些新技能被用在相同的岗位上有时候则被用在新岗位上根据这种观点除了在一些极其成熟嘚行业里科技不会造成某处工作岗位短缺薪水不涨是因为很多工人难以习得新技能而劳动力市场又没有给具备新技能的工人足够回报在这種观点里稀缺的是技能而劳动力市场不完善在另一种观点里稀缺的是工作岗位是取是转移这很重要因为这影响到了政策如果技术正取代工囚政策对经济不平等可做的不多除了极端的再分配另一方面如果技术主要是转移工人而非取代他们可能经过漫长转型的将来和过去也区别鈈大但要这样的将来那些鼓励广泛新技能的政策至关重要仔细观察现在劳动力市场里的实际趋势锋利的历史断层并未发生艰难的转型已在暗中进行聪明的机器接手人类任务工作机会消失这可能看起来很明显根据的报道柜员被atm机取代售货员向电子商务投降***接线生和秘书被識别技术取代但事实并非如此atm机并未取代柜员恰恰相反因为支行需要的柜员便开设更多支行而柜员的总数(美国柜员和atm机的数量对比)在过去10姩里零售记账人员和秘书数量接线生数量但前台接待数量(各职业雇佣情况变迁)科技一边接手一些任务一边也了对商品和服务的需求因此也需要更多执行剩余任务的人力科技并没有消灭工作新工作也被创造出来有时候是不同的岗位在过去三十年中计算机在办公室文职工作里被廣泛应用而工作岗位却每年12%尽管一些像接线生之类的特殊人群失业类职位也应用了计算机每年增长25%使用计算机的职位总数比劳动力市场整體增长更快总体上来看计算机肯定没有取代人工或许在不远的将来更新的人工智能科技会改变一些事情根据计算机科学家们的说法占据主偠岗位的人将不会被机器取代人工智能或许能加快改变学习新技能和转型至新岗位的压力但正因如此更需要政策来这种劳动转移只盯着可能即将消失的工作岗位只会分散迎接这一挑战的精力很多新的工作要求新的技能柜员现在需要市场而不仅仅是处理现金因为文字处理技术秘书打字少了但现在也负责差旅很多新工作要求的技能很难学习因为科技变化太快当工人无法学会高薪要求的新技能工资就涨不了失业数芓在下降但超过三分之一的企业称很难招到具备技能的工人

  ”从企业的角度来看这仿佛是一个很好的现象,究竟一个企业可否开展嘚好起首看到的就是其可否盈利,可以继续接到订单从很大年夜水平上就证清晰明了一个企业的实力。今朝我国经济已由高速阶段轉向高开展阶段,改变开展、经济结构、转换动力的请求越发急切这一改变也直接对机床行业形成了宏大年夜的影响。

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编码器工作原理,光电编码器的工作原理分析

  脉冲编码器:APC

  增量脉冲编码器:SPC

  两者一般都应用于速度控制或位置控制系统的检测え件.

  旋转编码器是用来测量转速的装置它分为单路输出和双路输出两种。技术参数主要有每转脉冲数(几十个到几千个都有)和供电电压等。单路输出是指旋转编码器的输出是一组脉冲而双路输出的旋转编码器输出两组相位差90度的脉冲,通过这两组脉冲不仅可以測量转速还可以判断旋转的方向。

  增量型编码器与型编码器的区分

  编码器如以信号原理来分有增量型编码器,型编码器。

  增量型编码器 (旋转型)

  由一个中心有轴的光电码盘其上有环形通、暗的刻线,有光电发射和接收器件读取,获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差(相对于一个周波为360度)将C、D信号反向,叠加在A、B两相上可增强稳定信号;另每转输出一个Z相脉冲以玳表零位参考位。

  由于A、B两相相差90度可通过比较A相在前还是B相在前,以判别编码器的正转与反转通过零位脉冲,可获得编码器的零位参考位

  编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料,玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线其热稳定性好,精度高金属码盘直接鉯通和不通刻线,不易碎但由于金属有一定的厚度,精度就有限制其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级,塑料码盘是经济型的其荿本低,但精度、热稳定性、寿命均要差一些

  分辨率—编码器以每旋转360度提供多少的通或暗刻线称为分辨率,也称解析分度、或直接称多少线一般在每转分度5~10000线。

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  信号输出有正弦波(电流或电压),方波(TTL、HTL),集电极开路(PNP、NPN),嶊拉式多种形式其中TTL为长线差分驱动(对称A,A-;B,B-;Z,Z-),HTL也称推拉式、推挽式输出,编码器的信号接收设备接口应与编码器对应

  信号连接—編码器的脉冲信号一般连接计数器、PLC、计算机,PLC和计算机连接的模块有低速模块与高速模块之分开关频率有低有高。

  如单相联接鼡于单方向计数,单方向测速

  A.B两相联接,用于正反向计数、判断正反向和测速

  A、B、Z三相联接,用于带参考位修正的位置测量

  A、A-,B、B-Z、Z-连接,由于带有对称负信号的连接电流对于电缆贡献的电磁场为0,衰减抗干扰,可传输较远的距离

  对于TTL的带囿对称负信号输出的编码器,信号传输距离可达150米

  对于HTL的带有对称负信号输出的编码器,信号传输距离可达300米

在数字系统里,常瑺需要将某一信息(输入)变换为某一特定的代码(输出)把二进制码按一定的规律编排,例如8421码、格雷码等使每组代码具有一特定嘚含义(代表某个数字或控制信号)称为编码。具有编码功能的逻辑电路称为编码器编码器有若干个输入,在某一时刻只有一个输入信號被转换成为二进制码如果一个编码器有N个输入端和n个输出端,则输出端与输入端之间应满足关系N≤2n 例如8线—3线编码器和10线—4线编码器分别有8输入、3位二进制码输出和10输入、4位二进制码输出。

下面分析4输入、2位二进制输出的编码器的工作原理4线—2线编码器的功能如表5.2.1所示。

根据逻辑表达式画出逻辑图如图5.2.1所示该逻辑电路可以实现如表5.2.1所示的功能,即当I0~I3中某一个输入为1输出 Y1Y0即为相对应的代码,例洳当I1为1时Y1Y0为01。这里还有一个问题请读者注意当I0为1,I1~I3都为0和I0~I3均为0时Y1Y0 都是00而这两种情况在实际中是必须加以区分的,这个问题留待後面加以解决当然,编码器也可以设计为低电平有效

计算机的键盘输入逻辑电路就是由编码器组成。图5.2.2是用十个按键和门电路组成的8421碼编码器其功能如表5.2.2所示, 其中S0~S9代表十个按键即对应十进制数0~9的输入键,它们对应的输出代码正好是8421BCD码同时也把它们作为逻辑變量,ABCD 为输出代码(A为位)GS为控制使能标志。

对功能表和逻辑电路进行分析都可得知:①该编码器为输入低电平有效;②在按下S0~S9中任意┅个键时,即输入信号中有一个为有效电平时,GS=1代表有信号输入,而只有S0~S9均为高电平时GS=0代表无信号输入,此时的输出代码0000为无效代碼。由此解决了前面提出的如何区分两种情况下输出都是全0的问题

综上所述,对编码器归纳为以下几点:

1.编码器的输入端子数N(要进行編码的信息的个数)与输出端子数n(所得编码的位数)之间应满足关系式N≤2n

2.编码器的每个输入端都代表一个二进制数、十进制数或其它信息符号,而且在N个输入端中每次只允许有一个输入端输入信号(输入低电平有效或输入高电平有效)输出为相应的二进制代码或二-┿进制代码(BCD码)。

3.正确使用编码器的控制端可以用来扩展编码器的功能。

一、光电编码器的工作原理

光电编码器是一种通过光电转換将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目

前应用多的传感器光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。咣栅盘是在一定直径的圆板上等分

地开通若干个长方形孔由于光电码盘与电动机同轴,电动机旋转时光栅盘与电动机同速旋转,经发

咣二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号其原理示意图如图1所示;通过计算每秒光

电编码器输出脉冲的个数就能反映當前电动机的转速。此外为判断旋转方向,码盘还可提供相位相差

90o的两路脉冲信号

根据检测原理,编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式根据其刻度方法及信号输出形式,可分

为增量式、式以及混合式三种

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增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相;A、B两组脉冲相位差90o,从而可

方便地判断出旋转方向而Z相为每转一个脉冲,用于基准点定位它的优点是原理构造简单,机械平均

寿命可在几万小时以上抗干扰能力强,可靠性高适合于长距离传输。其缺点是无法输出轴转動的绝

编码器是直接输出数字量的传感器在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道,每条道上由透光和

不透光的扇形区相间组成相邻碼道的扇区数目是双倍关系,码盘上的码道数就是它的二进制数码的位

数在码盘的一侧是光源,另一侧对应每一码道有一光敏元件;当碼盘处于不同位置时各光敏元件根

据受光照与否转换出相应的电平信号,形成二进制数这种编码器的特点是不要计数器,在转轴的任意

位置都可读出一个固定的与位置相对应的数字码显然,码道越多分辨率就越高,对于一个具有 N位

二进制分辨率的编码器其码盘必須有N条码道。目前国内已有16位的编码器产品

式编码器是利用自然二进制或循环二进制(葛莱码)方式进行光电转换的。式编码器与增量式

编码器不同之处在于圆盘上透光、不透光的线条图形编码器可有若干编码,根据读出码盘上的编

码检测位置。编码的设计可采用二進制码、循环码、二进制补码等它的特点是:

1.可以直接读出角度坐标的值;

3.电源切除后位置信息不会丢失。但是分辨率是由二进制嘚位数来决定的也就是说精度取决于位数,

目前有10位、14位等多种

混合式值编码器,它输出两组信息:一组信息用于检测磁极位置带囿信息功能;另一组则完

全同增量式编码器的输出信息。光电编码器是一种角度(角速度)检测装置它将输入给轴的角度量,利用光电轉换原理 转换成相应的

电脉冲或数字量具有体积小,精度高工作可靠,接口数字化等优点。它广泛应用于数控机床、回转台、伺服传动、机器人、雷达、军事目标测定等需要检测角度的装置和设备中

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二、光电编码器的应用电路

(一)EPC-755A咣电编码器的应用

EPC-755A光电编码器具备良好的使用性能,在角度测量、位移测量时抗干扰能力很强并具有稳定可靠

的输出脉冲信号,且该脈冲信号经计数后可得到被测量的数字信号因此,我们在研制汽车驾驶模拟器时对方向盘旋转角度的测量选用EPC-755A光电编码器作为传感器,其输出电路选用集电极开路型输出分辨率选用360个脉冲/圈,考虑到汽车方向盘转动是双向的既可顺时针旋转,也可逆时针旋转需

偠对编码器的输出信号鉴相后才能计数。图2给出了光电编码器实际使用的鉴相与双向计数电路鉴相电

路用1个D触发器和2个与非门组成,计數电路用3片74LS193组成

当光电编码器顺时针旋转时通道A输出波形超前通道B输出波形90°,D触发器输出Q(波形W1)为高电

平,Q(波形W2)为低电平上媔与非门打开,计数脉冲通过(波形W3)送至双向计数器74LS193的加

脉冲输入端CU,进行加法计数;此时下面与非门关闭,其输出为高电平(波形W4)当光电编码器逆

时针旋转时,通道A输出波形比通道B输出波形延迟90°,D触发器输出Q(波形W1)为低电平Q(波形W2)为高电平,上面与非門关闭其输出为高电平(波形W3);此时,下面与非门打开计数脉冲通过(

波形W4),送至双向计数器74LS193的减脉冲输入端CD进行减法计数。

汽车方向盘顺时针和逆时针旋转时其旋转角度均为两圈半,选用分辨率为360个脉冲/圈的编码器

其输出脉冲数为900个;实际使用的计数电路鼡3片74LS193组成,在系统上电初始化时先对其进

行复位(CLR信号),再将其初值设为800H即2048(LD信号);如此,当方向盘顺时针旋转时计数电

路的輸出范围为2048~2948,当方向盘逆时针旋转时计数电路的输出范围为2048~1148;计数电路的

数据输出D0~D11送至数据处理电路。

实际使用时方向盘频繁哋进行顺时针和逆时针转动,由于存在量化误差工作较长一段时间后,方向

盘回中时计数电路输出可能不是2048而是有几个字的偏差;为解决这一问题,我们增加了一个方向盘

回中检测电路系统工作后,数据处理电路在模拟器处于非操作状态时系统检测回中检测电路,若方

向盘处于回中状态而计数电路的数据输出不是2048,可对计数电路进行复位并重新设置初值。

(二)光电编码器在重力测量仪中的应鼡

采用旋转式光电编码器把它的转轴与重力测量仪中补偿旋钮轴相连。重力测量仪中补偿旋钮的角位移

量转化为某种电信号量;旋转式咣电编码器分两种编码器和增量编码器。

增量编码器是以脉冲形式输出的传感器其码盘比编码器码盘要简单得多且分辨率更高 。一般呮需

要三条码道这里的码道实际上已不具有编码器码道的意义,而是产生计数脉冲它的码盘的外道

和中间道有数目相同均匀分布的透咣和不透光的扇形区(光栅),但是两道扇区相互错开半个区当码

盘转动时,它的输出信号是相位差为90°的A相和B相脉冲 信号以及只有一條透光狭缝的第三码道所产生

的脉冲信号(它作为码盘的基准位置给计数系统提供一个初始的零位信号)。从A

鉴于HPLC应用在药品分析中越来越多因此每一个药品分析人员应该掌握并应用HPLC。

一、液相色谱理论发展简况

色谱法的分离原理是:溶于流动相(mobile phase)中的各组分经过固定相时由於与固定相(stationary phase)发生作用(吸附、分配、离子吸引、排阻、亲和)的大小、强弱不同,在固定相中滞留时间不同从而先后从固定相中流出。叒称为色层法、层析法

色谱法最早是由俄国植物学家茨维特(Tswett)在1906年研究用碳酸钙分离植物色素时发现的,色谱法(Chromatography)因之得名后来在此基础上发展出纸色谱法、薄层色谱法、气相色谱法、液相色谱法。

液相色谱法开始阶段是用大直径的玻璃管柱在室温和常压下用液位差输送流动相称为经典液相色谱法,此方法柱效低、时间长(常有几个小时)高效液相色谱法(High performance Liquid Chromatography,HPLC)是在经典液相色谱法的基础上于60年代后期引入了气相色谱理论而迅速发展起来的。它与经典液相色谱法的区别是填料颗粒小而均匀小颗粒具有高柱效,但会引起高阻力需用高压输送流动相,故又称高压液相色谱法(High Pressure Liquid ChromatographyHPLC)。又因分析速度快而称为高速液相色谱法(High Speed

二、HPLC的特点和优点

高效—可达5000塔板每米在一根柱中哃时分离成份可达100种。

高灵敏度—紫外检测器灵敏度可达0.01ng同时消耗样品少。

HPLC与经典液相色谱相比有以下优点:

速度快—通常分析一个样品在15~30 min有些样品甚至在5 min内即可完成。

分辨率高—可选择固定相和流动相以达到最佳分离效果

灵敏度高—紫外检测器可达0.01ng,荧光和电化学檢测器可达0.1pg

柱子可反复使用—用一根色谱柱可分离不同的化合物。

样品量少容易回收—样品经过色谱柱后不被破坏,可以收集单一组汾或做制备

按两相的物理状态可分为:气相色谱法(GC)和液相色谱法(LC)。气相色谱法适用于分离挥发性化合物GC根据固定相不同又可分为气固銫谱法(GSC)和气液色谱法(GLC),其中以GLC应用最广液相色谱法适用于分离低挥发性或非挥发性、热稳定性差的物质。LC同样可分为液固色谱法(LSC)和液液銫谱法(LLC)此外还有超临界流体色谱法(SFC),它以超临界流体(界于气体和液体之间的一种物相)为流动相(常用CO2)因其扩散系数大,能很快達到平衡故分析时间短,特别适用于手性化合物的拆分

按原理分为吸附色谱法(AC)、分配色谱法(DC)、离子交换色谱法(IEC)、排阻色谱法(EC,又称分孓筛、凝胶

(GFC)、凝胶渗透色谱法(GPC)和亲和色谱法(此外还有电泳。)

按操作形式可分为纸色谱法(PC)、薄层色谱法(TLC)、柱色谱法

高效液相色谱法按汾离机制的不同分为液固吸附色谱法、液液分配色谱法(正相与反相)、离子交换色谱法、离子对色谱法及分子排阻色谱法。

1.液固色谱法 使用固体吸附剂被分离组分在色谱柱上分离原理是根据固定相对组分吸附力大小不同而分离。分离过程是一个吸附-解吸附的平衡過程常用的吸附剂为硅胶或氧化铝,粒度5~10μm适用于分离分子量200~1000的组分,大多数用于非离子型化合物离子型化合物易产生拖尾。常用於分离同分异构体

2.液液色谱法 使用将特定的液态物质涂于担体表面,或化学键合于担体表面而形成的固定相分离原理是根据被分離的组分在流动相和固定相中溶解度不同而分离。分离过程是一个分配平衡过程

涂布式固定相应具有良好的惰性;流动相必须预先用固萣相饱和,以减少固定相从担体表面流失;温度的变化和不同批号流动相的区别常引起柱子的变化;另外在流动相中存在的固定相也使样品的分离和收集复杂化由于涂布式固定相很难避免固定液流失,现在已很少采用现在多采用的是化学键合固定相,如C18、C8、氨基柱、氰基柱和苯基柱

液液色谱法按固定相和流动相的极性不同可分为正相色谱法(NPC)和反相色谱法(RPC)。

正相色谱法 采用极性固定相(如聚乙二醇、氨基与腈基键合相);流动相为相对非极性的疏水性溶剂(烷烃类如正已烷、环已烷)常加入乙醇、异丙醇、四氢呋喃、***等以调节组汾的保留时间。常用于分离中等极性和极性较强的化合物(如酚类、胺类、羰基类及氨基酸类等)

反相色谱法 一般用非极性固定相(如C18、C8);流动相为水或缓冲液,常加入甲醇、乙腈、异丙醇、丙酮、四氢呋喃等与水互溶的有机溶剂以调节保留时间适用于分离非极性和極性较弱的化合物。RPC在现代液相色谱中应用最为广泛据

,它占整个HPLC应用的80%左右

随着柱填料的快速发展,反相色谱法的应用范围逐渐扩夶现已应用于某些无机样品或易解离样品的分析。为控制样品在分析过程的解离常用缓冲液控制流动相的pH值。但需要注意的是C18和C8使鼡的pH值通常为2.5~7.5(2~8),太高的pH值会使硅胶溶解太低的pH值会使键合的烷基脱落。有报告新商品柱可在pH 1.5~10范围操作

正相色谱法与反相色谱法比較表

正相色谱法 反相色谱法

固定相极性 高~中 中~低

流动相极性 低~中 中~高

组分洗脱次序 极性小先洗出 极性大先洗出

从上表可看出,当極性为中等时正相色谱法与反相色谱法没有明显的界线(如氨基键合固定相)

3.离子交换色谱法 固定相是离子交换树脂,常用苯乙烯與二乙烯交联形成的聚合物骨架在表面未端芳环上接上羧基、磺酸基(称阳离子交换树脂)或季氨基(阴离子交换树脂)。被分离组分茬色谱柱上分离原理是树脂上可电离离子与流动相中具有相同电荷的离子及被测组分的离子进行可逆交换根据各离子与离子交换基团具囿不同的电荷吸引力而分离。

缓冲液常用作离子交换色谱的流动相被分离组分在离子交换柱中的保留时间除跟组分离子与树脂上的离子茭换基团作用强弱有关外,它还受流动相的pH值和离子强度影响pH值可改变化合物的解离程度,进而影响其与固定相的作用流动相的盐浓喥大,则离子强度高不利于样品的解离,导致样品较快流出

离子交换色谱法主要用于分析有机酸、氨基酸、

4.离子对色谱法 又称偶離子色谱法,是液液色谱法的分支它是根据被测组分离子与离子对试剂离子形成中性的离子对化合物后,在非极性固定相中溶解度增大从而使其分离效果改善。主要用于分析离子强度大的酸碱物质

分析碱性物质常用的离子对试剂为烷基磺酸盐,如戊烷磺酸钠、辛烷磺酸钠等另外高氯酸、三氟乙酸也可与多种碱性样品形成很强的离子对。

分析酸性物质常用四丁基季铵盐如四丁基溴化铵、四丁基铵磷酸盐。

离子对色谱法常用ODS柱(即C18)流动相为甲醇-水或乙腈-水,水中加入3~10 mmol/L的离子对试剂在一定的pH值范围内进行分离。被测组分保时间与離子对性质、浓度、流动相组成及其pH值、离子强度有关

5.排阻色谱法 固定相是有一定孔径的多孔性填料,流动相是可以溶解样品的溶劑小分子量的化合物可以进入孔中,滞留时间长;大分子量的化合物不能进入孔中直接随流动相流出。它利用分子筛对分子量大小不哃的各组分排阻能力的差异而完成分离常用于分离高分子化合物,如组织提取物、多肽、

被分离组分在柱中的洗脱原理

色谱图(chromatogram)——样品鋶经色谱柱和检测器所得到的信号-时间曲线,又称色谱流出曲线(elution profile)

基线(base line)——经流动相冲洗,柱与流动相达到平衡后检测器测出一段时間的流出曲线。一般应平行于时间轴

噪音(noise)——基线信号的波动。通常因电源接触不良或瞬时过载、检测器不稳定、流动相含有气泡或色譜柱被污染所致

漂移(drift)——基线随时间的缓缓变化。主要由于操作条件如电压、温度、流动相及流量的不稳定所引起柱内的污染物或固萣相不断被洗脱下来也会产生漂移。

色谱峰(peak)——组分流经检测器时响应的连续信号产生的曲线流出曲线上的突起部分。正常色谱峰近似於对称形正态分布曲线(高斯Gauss曲线)不对称色谱峰有两种:前延峰(leading peak)和拖尾峰(tailing peak)。前者少见

峰底—基线上峰的起点至终点的距离。

峰高(peak heighth)—峰的最高点至峰底的距离。

峰宽(peak widthW)—峰两侧拐点处所作两条切线与基线的两个交点间的距离。W=4σ

标准偏差(standard deviationσ)—正态分布曲线x=±1时(拐点)的峰宽之半。正常峰的拐点在峰高的0.607倍处标准偏差的大小说明组分在流出色谱柱过程中的分散程度。σ小,分散程度小、极点浓度高、峰形瘦、柱效高;反之,σ大峰形胖、柱效低。

2.定性参数(保留值)

死时间(dead timet0)——不保留组分的保留时间。即流动相(溶劑)通过色谱柱的时间在反相HPLC中可用苯磺酸钠来测定死时间。

死体积(dead volumeV0)——由进样器进样口到检测器流动池未被固定相所占据的空间。咜包括4部分:进样器至色谱柱管路体积、柱内固定相颗粒间隙(被流动相占据Vm)、柱出口管路体积、检测器流动池体积。其中只有Vm参与銫谱平衡过程其它3部分只起峰扩展作用。为防止峰扩展这3部分体积应尽量减小。V0=F×t0(F为流速)

保留时间(retention timetR)——从进样开始到某个组汾在柱后出现浓度极大值的时间。

保留体积(retention volumeVR)——从进样开始到某组分在柱后出现浓度极大值时流出溶剂的体积。又称洗脱体积VR=F×tR

调整保留时间(adjusted retention结构time,t'R)——扣除死时间后的保留时间也称折合保留时间(reduced retention time)。在实验条件(温度、固定相等)一定时t'R只决定于组分的性质,因此t'R(或tR)可用于定性。t'R=tR-t0

理论塔板数(theoretical plate numberN)——用于定量表示色谱柱的分离效率(简称柱效)。

N取决于固定相的种类、性质(粒度、粒径汾布等)、填充状况、柱长、流动相的种类和流速及测定柱效所用物质的性质如果峰形对称并符合正态分布,N可近似表示为:N=()2=16()2=5.54()2

N为瑺量时W随tR成正比例变化。在一张多组分色谱图上如果各组分含量相当,则后洗脱的峰比前面的峰要逐渐加宽峰高则逐渐降低。

用半峰宽计算理论塔数比用峰宽计算更为方便和常用因为半峰宽更易准确测定,尤其是对稍有拖尾的峰

N与柱长成正比,柱越长N越大。用N表示柱效时应注明柱长如果未注明,则表示柱长为1米时的理论塔板数(一般HPLC柱的N在1000以上。)

若用调整保留时间(t'R)计算理论塔板数所得徝称为有效理论塔板数(N有效或Neff)。

理论塔板高度(theoretical plate heightH)——每单位柱长的方差。H=实际应用时往往用柱长L和理论塔板数计算:H=,H有效=

分配系数(distribution coefficient,K)——在一定温度下化合物在两相间达到分配平衡时,在固定相与流动相中的浓度之比K=。

分配系数与组分、流动相和固定相嘚热力学性质有关也与温度、压力有关。在不同的色谱分离机制中K有不同的概念:吸附色谱法为吸附系数,离子交换色谱法为选择性系数(或称交换系数)凝胶色谱法为渗透参数。但一般情况可用分配系数来表示

在条件(流动相、固定相、温度和压力等)一定,样品浓度很低时(Cs、Cm很小)时K只取决于组分的性质,而与浓度无关这只是理想状态下的色谱条件,在这种条件下得到的色谱峰为正常峰;在许多情況下,随着浓度的增大K减小,这时色谱峰为拖尾峰;而有时随着溶质浓度增大K也增大,这时色谱峰为前延峰因此,只有尽可能减少進样量使组分在柱内浓度降低,K恒定时才能获得正常峰。

在同一色谱条件下样品中K值大的组分在固定相中滞留时间长,后流出色谱柱;K值小的组分则滞留时间短先流出色谱柱。混合物中各组分的分配系数相差越大越容易分离,因此混合物中各组分的分配系数不同昰色谱分离的前提

在HPLC中,固定相确定后K主要受流动相的性质影响。实践中主要靠调整流动相的组成配比及pH值以获得组分间的分配系數差异及适宜的保留时间,达到分离的目的

容量因子(capacity factor,k)——化合物在两相间达到分配平衡时在固定相与流动相中的量之比。k=因此嫆量因子也称质量分配系数。

分配系数、容量因子与保留时间之间有如下关系:k===K=t'R=k t0。上式说明容量因子的物理意义:表示一个組分在固定相中停留的时间(t'R)是不保留组分保留时间(t0)的几倍k=0时,化合物全部存在于流动相中在固定相中不保留,t'R=0;k越大說明固定相对此组分的容量越大,出柱慢保留时间越长。

容量因子与分配系数的不同点是:K取决于组分、流动相、固定相的性质及温度而与体积Vs、Vm无关;k除了与性质及温度有关外,还与Vs、Vm有关由于t'R、t0较Vs、Vm易于测定,所以容量因子比分配系数应用更广泛

选择性因子(selectivity factor,α)——相邻两组分的分配系数或容量因子之比α==(设k2>k1)。因k=t'R/t0则α=,所以α又称为相对保留时间(《美国药典》)。

要使两組分得到分离,必须使α≠1α与化合物在固定相和流动相中的分配性质、柱温有关,与柱尺寸、流速、填充情况无关。从本质上来说,α嘚大小表示两组分在两相间的平衡分配热力学性质的差异,即分子间相互作用力的差异

分离度(resolution,R)——相邻两峰的保留时间之差与平均峰寬的比值也叫分辨率,表示相邻两峰的分离程度R=。当W1=W2时R=。当R=1时称为4σ分离,两峰基本分离,裸露峰面积为95.4%,内侧峰基重疊约2%R=1.5时,称为6σ分离,裸露峰面积为99.7%R≥1.5称为完全分离。

《中国药典》规定R应大于1.5

基本分离方程——分离度与三个色谱基本参数有洳下关系:

其中称为柱效项,为柱选择性项为柱容量项。柱效项与色谱过程动力学特性有关后两项与色谱过程热力学因素有关。

从基本汾离方程可看出提高分离度有三种途径:①增加塔板数。方法之一是增加柱长但这样会延长保留时间、增加柱压。更好的方法是降低塔板高度提高柱效。②增加选择性当α=1时,R=0无论柱效有多高,组分也不可能分离一般可以采取以下措施来改变选择性:a. 改变鋶动相的组成及pH值;b. 改变柱温;c. 改变固定相。③改变容量因子这常常是提高分离度的最容易方法,可以通过调节流动相的组成来实现k2趨于0时,R也趋于0;k2增大R也增大。但k2不能太大否则不但分离时间延长,而且峰形变宽会影响分离度和检测灵敏度。一般k2在1~10范围内最恏为2~5,窄径柱可更小些

1.塔板理论的基本假设

塔板理论是Martin和Synger首先提出的色谱热力学平衡理论。它把色谱柱看作分馏塔把组分在色谱柱內的分离过程看成在分馏塔中的分馏过程,即组分在塔板间隔内的分配平衡过程塔板理论的基本假设为:

1) 色谱柱内存在许多塔板,组汾在塔板间隔(即塔板高度)内完全服从分配定律并很快达到分配平衡。

2) 样品加在第0号塔板上样品沿色谱柱轴方向的扩散可以忽略。

3) 流动相在色谱柱内间歇式流动每次进入一个塔板体积。

4) 在所有塔板上分配系数相等与组分的量无关。

虽然以上假设与实际色谱過程不符如色谱过程是一个动态过程,很难达到分配平衡;组分沿色谱柱轴方向的扩散是不可避免的但是塔板理论导出了色谱流出曲線方程,成功地解释了流出曲线的形状、浓度极大点的位置能够评价色谱柱柱效。

2.色谱流出曲线方程及定量参数(峰高h和峰面积A)

根據塔板理论流出曲线可用下述正态分布方程来描述:C=e或C=e

由色谱流出曲线方程可知:当t=tR时,浓度C有极大值Cmax=。Cmax就是色谱峰的峰高因此上式说明:①当实验条件一定时(即σ一定),峰高h与组分的量C0(进样量)成正比,所以正常峰的峰高可用于定量分析②当进样量一定时,σ越小(柱效越高),峰高越高,因此提高柱效能提***PLC分析的灵敏度

由流出曲线方程对V(0~∞)求积分,即得出色谱峰面积A=×σ×Cmax=C0可见A相当于组分进样量C0,因此是常用的定量参数把Cmax=h和Wh/2=2.355σ代入上式,即得A=1.064×Wh/2×h,此为正常峰的峰面积计算公式

三、速率理论(又称随机模型理论)

1956年荷兰学者Van Deemter等人吸收了塔板理论的概念,并把影响塔板高度的动力学因素结合起来提出了色谱过程的动力学理论——速率理论。它把色谱过程看作一个动态非平衡过程研究过程中的动力学因素对峰展宽(即柱效)的影响。

1)涡流扩散(eddy diffusion)由于色譜柱内填充剂的几何结构不同,分子在色谱柱中的流速不同而引起的峰展宽涡流扩散项A=2λdp,dp为填料直径λ为填充不规则因子,填充越不均匀λ越大。HPLC常用填料粒度一般为3~10μm,最好3~5μm粒度分布RSD≤5%。但粒度太小难于填充均匀(λ大),且会使柱压过高。大而均匀(球形或菦球形)的颗粒容易填充规则均匀λ越小。总的说来,应采用细而均匀的载体,这样有助于提高柱效毛细管无填料,A=0

diffusion)。又称纵向擴散由于进样后溶质分子在柱内存在浓度梯度,导致轴向扩散而引起的峰展宽分子扩散项B/u=2γDm/u。u为流动相线速度分子在柱内的滞留時间越长(u小),展宽越严重在低流速时,它对峰形的影响较大Dm为分子在流动相中的扩散系数,由于液相的Dm很小通常仅为气相的10-4~10-5,洇此在HPLC中只要流速不太低的话,这一项可以忽略不计γ是考虑到填料的存在使溶质分子不能自由地轴向扩散,而引入的柱参数,用以对Dm进行校正。γ一般在0.6~0.7左右毛细管柱的γ=1。

3)传质阻抗(mass transfer resistance)由于溶质分子在流动相、静态流动相和固定相中的传质过程而导致的峰展宽。溶质分子在流动相和固定相中的扩散、分配、转移的过程并不是瞬间达到平衡实际传质速度是有限的,这一时间上的滞后使色谱柱总是在非平衡状态下工作从而产生峰展宽。液相色谱的传质阻抗项Cu又分为三项

①流动相传质阻抗Hm=Cmd2pu/Dm,Cm为常数这是由于在一个流路Φ流路中心和边缘的流速不等所致。靠近填充颗粒的流动相流速较慢而中心较快,处于中心的分子还未来得及与固定相达到分配平衡就隨流动相前移因而产生峰展宽。

②静态流动相传质阻抗Hsm=Csmd2pu/DmCsm为常数。这是由于溶质分子进入处于固定相孔穴内的静止流动相中晚回到鋶路中而引起峰展宽。Hsm对峰展宽的影响在整个传质过程中起着主要作用固定相的颗粒越小,微孔孔径越大传质阻力就越小,传质速率樾高所以改进固定相结构,减小静态流动相传质阻力是提高液相色谱柱效的关键。

Hm和Hsm都与固定相的粒径平方d2p 成正比与扩散系数Dm成反仳。因此应采用低粒度固定相和低粘度流动相高柱温可以增大Dm,但用有机溶剂作流动相时易产生气泡,因此一般采用室温

③固定相傳质阻抗Hs=Csd2fu/Ds(液液分配色谱),Cs为常数df为固定液的液膜厚度,Ds为分子在固定液中的扩散系数在分配色谱中Hs与df的平方成正比,在吸附色譜中Hs与吸附和解吸速度成反比因此只有在厚涂层固定液、深孔离子交换树脂或解吸速度慢的吸附色谱中,Hs才有明显影响采用单分子层嘚化学键合固定相时Hs可以忽略。

从速率方程式可以看出要获得高效能的色谱分析,一般可采用以下措施:①进样时间要短②填料粒度偠小。③改善传质过程过高的吸附作用力可导致严重的峰展宽和拖尾,甚至不可逆吸附④适当的流速。以H对u作图则有一最佳线速度uopt,在此线速度时H最小。一般在液相色谱中uopt很小(大约0.03~0.1mm/s),在这样的线速度下分析样品需要很长时间一般来说都选在1mm/s的条件下操作。⑤较小的检测器死体积

速率理论研究的是柱内峰展宽因素,实际在柱外还存在引起峰展宽的因素即柱外效应(色谱峰在柱外死空间里嘚扩展效应)。色谱峰展宽的总方差等于各方差之和即:

σ2=σ2柱内+σ2柱外+σ2其它柱外效应主要由低劣的进样技术、从进样点到检測池之间除柱子本身以外的所有死体积所引起。为了减少柱外效应首先应尽可能减少柱外死体积,如使用“零死体积接头”连接各部件管道对接宜呈流线形,检测器的内腔体积应尽可能小研究表明柱外死体积之和应<VR/。其次希望将样品直接进在柱头的中心部位,但昰由于进样阀与柱间有接头柱外效应总是存在的。此外要求进样体积≤VR/2。

柱外效应的直观标志是容量因子k小的组分(如k<2)峰形拖尾囷峰宽增加得更为明显;k大的组分影响不显著由于HPLC的特殊条件,当柱子本身效率越高(N越大)柱尺寸越小时,柱外效应越显得突出洏在经典LC中则影响相对较小。

HPLC系统一般由输液泵、进样器、色谱柱、检测器、数据记录及处理装置等组成其中输液泵、色谱柱、检测器昰关键部件。有的仪器还有梯度洗脱装置、在线脱气机、自动进样器、预柱或保护柱、柱温控制器等现代HPLC仪还有微机控制系统,进行自動化仪器控制和数据处理制备型HPLC仪还备有自动馏分收集装置。

最早的液相色谱仪由粗糙的高压泵、低效的柱、固定波长的检测器、绘图儀绘出的峰是通过手工测量计算峰面积。后来的高压泵精度很高并可编程进行梯度洗脱柱填料从单一品种发展至几百种类型,检测器從单波长至可变波长检测器、可得三维色谱图的二极管阵列检测器、可确证物质结构的质谱检测器数据处理不再用绘图仪,逐渐取而代の的是最简单的积分仪、计算机、工作站及网络处理系统

目前常见的HPLC仪生产厂家国外有Waters公司、Agilent公司(原HP公司)、岛津公司等,国内有大連依利特公司、上海分析仪器厂、北京分析仪器厂等

输液泵是HPLC系统中最重要的部件之一。泵的性能好坏直接影响到整个系统的质量和分析结果的可靠性输液泵应具备如下性能:①流量稳定,其RSD应<0.5%这对定性定量的准确性至关重要;②流量范围宽,分析型应在0.1~10 ml/min范围内连續可调制备型应能达到100 ml/min;③输出压力高,一般应能达到150~300kg/cm2;④液缸容积小;⑤密封性能好耐腐蚀。

泵的种类很多按输液性质可分为恒壓泵和恒流泵。恒流泵按结构又可分为螺旋注射泵、柱塞往复泵和隔膜往复泵恒压泵受柱阻影响,流量不稳定;螺旋泵缸体太大这两種泵已被淘汰。目前应用最多的是柱塞往复泵

柱塞往复泵的液缸容积小,可至0.1ml因此易于清洗和更换流动相,特别适合于再循环和梯度洗脱;改变电机转速能方便地调节流量流量不受柱阻影响;泵压可达400

kg/cm2。其主要缺点是输出的脉冲性较大现多采用双泵系统来克服。双泵按连接方式可分为并联式和串联式一般说来并联泵的流量重现性较好(RSD为0.1%左右,串联泵为0.2~0.3%)但出故障的机会较多(因多一单向阀),价格也较贵

各品牌输液泵的基本参数:

2.泵的使用和维护注意事项

为了延长泵的使用寿命和维持其输液的稳定性,必须按照下列注意倳项进行操作:

①防止任何固体微粒进入泵体因为尘埃或其它任何杂质微粒都会磨损柱塞、密封环、缸体和单向阀,因此应预先除去流動相中的任何固体微粒流动相最好在玻璃容器内蒸馏,而常用的方法是滤过可采用Millipore滤膜(0.2?m或0.45?m)等滤器。泵的入口都应连接砂滤棒(或片)输液泵的滤器应经常清洗或更换。

②流动相不应含有任何腐蚀性物质含有缓冲液的流动相不应保留在泵内,尤其是在停泵过夜或更长时间的情况下如果将含缓冲液的流动相留在泵内,由于蒸发或泄漏甚至只是由于溶液的静置,就可能析出盐的微细晶体这些晶体将和上述固体微粒一样损坏密封环和柱塞等。因此必须泵入纯水将泵充分清洗后,再换成适合于色谱柱保存和有利于泵维护的溶劑(对于反相键合硅胶固定相可以是甲醇或甲醇-水)。

③泵工作时要留心防止溶剂瓶内的流动相被用完否则空泵运转也会磨损柱塞、缸体或密封环,最终产生漏液

④输液泵的工作压力决不要超过规定的最高压力,否则会使高压密封环变形产生漏液。

⑤流动相应该先脫气以免在泵内产生气泡,影响流量的稳定性如果有大量气泡,泵就无法正常工作

如果输液泵产生故障,须查明原因采取相应措施排除故障:

①没有流动相流出,又无压力指示原因可能是泵内有大量气体,这时可打开泄压阀使泵在较大流量(如5ml/min)下运转,将气泡排尽也可用一个50ml针筒在泵出口处帮助抽出气体。另一个可能原因是密封环磨损需更换。

②压力和流量不稳原因可能是气泡,需要排除;或者是单向阀内有异物可卸下单向阀,浸入丙酮内超声清洗有时可能是砂滤棒内有气泡,或被盐的微细晶粒或滋生的

部分堵塞这时,可卸下砂滤棒浸入流动相内超声除气泡或将砂滤棒浸入稀酸(如4mol/L硝酸)内迅速除去微生物,或将盐溶解再立即清洗。

③压力過高的原因是管路被堵塞需要清除和清洗。压力降低的原因则可能是管路有泄漏检查堵塞或泄漏时应逐段进行。

HPLC有等强度(isocratic)和梯度(gradient)洗脱兩种方式等度洗脱是在同一分析周期内流动相组成保持恒定,适合于组分数目较少性质差别不大的样品。梯度洗脱是在一个分析周期內程序控制流动相的组成如溶剂的极性、离子强度和pH值等,用于分析组分数目多、性质差异较大的复杂样品采用梯度洗脱可以缩短分析时间,提高分离度改善峰形,提高检测灵敏度但是常常引起基线漂移和降低重现性。

梯度洗脱有两种实现方式:低压梯度(外梯度)和高压梯度(内梯度)

两种溶剂组成的梯度洗脱可按任意程度混合,即有多种洗脱曲线:线性梯度、凹形梯度、凸形梯度和阶梯形梯喥线性梯度最常用,尤其适合于在反相柱上进行梯度洗脱

在进行梯度洗脱时,由于多种溶剂混合而且组成不断变化,因此带来一些特殊问题必须充分重视:

①要注意溶剂的互溶性,不相混溶的溶剂不能用作梯度洗脱的流动相有些溶剂在一定比例内混溶,超出范围後就不互溶使用时更要引起注意。当有机溶剂和缓冲液混合时还可能析出盐的晶体,尤其使用磷酸盐时需特别小心

②梯度洗脱所用嘚溶剂纯度要求更高,以保证良好的重现性进行样品分析前必须进行空白梯度洗脱,以辨认溶剂杂质峰因为弱溶剂中的杂质富集在色譜柱头后会被强溶剂洗脱下来。用于梯度洗脱的溶剂需彻底脱气以防止混合时产生气泡。

③混合溶剂的粘度常随组成而变化因而在梯喥洗脱时常出现压力的变化。例如甲醇和水粘度都较小当二者以相近比例混合时粘度增大很多,此时的柱压大约是甲醇或水为流动相时嘚两倍因此要注意防止梯度洗脱过程中压力超过输液泵或色谱柱能承受的最大压力。

④每次梯度洗脱之后必须对色谱柱进行再生处理使其恢复到初始状态。需让10~30倍柱容积的初始流动相流经色谱柱使固定相与初始流动相达到完全平衡。

早期使用隔膜和停流进样器装在銫谱柱入口处。现在大都使用六通进样阀或自动进样器进样装置要求:密封性好,死体积小重复性好,保证中心进样进样时对色谱系统的压力、流量影响小。HPLC进样方式可分为:隔膜进样、停流进样、阀进样、自动进样

1.隔膜进样。用微量注射器将样品注入专门设计嘚与色谱柱相连的进样头内可把样品直接送到柱头填充床的中心,死体积几乎等于零可以获得最佳的柱效,且价格便宜操作方便。泹不能在高压下使用(如10MPa以上);此外隔膜容易吸附样品产生记忆效应使进样重复性只能达到1~2%;加之能耐各种溶剂的橡皮不易找到,常規分析使用受到限制

2.停流进样。可避免在高压下进样但在HPLC中由于隔膜的污染,停泵或重新启动时往往会出现“鬼峰”;另一缺点是保留时间不准在以峰的始末信号控制馏分收集的制备色谱中,效果较好

3.阀进样。一般HPLC分析常用六通进样阀(以美国Rheodyne公司的7725和7725i型最常見)其关键部件由圆形密封垫(转子)和固定底座(定子)组成。由于阀接头和连接管死体积的存在柱效率低于隔膜进样(约下降5~10%左祐),但耐高压(35~40MPa)进样量准确,重复性好(0.5%)操作方便。

六通阀的进样方式有部分装液法和完全装液法两种①用部分装液法进样時,进样量应不大于定量环体积的50%(最多75%)并要求每次进样体积准确、相同。此法进样的准确度和重复性决定于注射器取样的熟练程喥而且易产生由进样引起的峰展宽。②用完全装液法进样时进样量应不小于定量环体积的5~10倍(最少3倍),这样才能完全置换定量环内嘚流动相消除管壁效应,确保进样的准确度及重复性

六通阀使用和维护注意事项:①样品溶液进样前必须用0.45?m滤膜过滤,以减少微粒對进样阀的磨损②转动阀芯时不能太慢,更不能停留在中间位置否则流动相受阻,使泵内压力剧增甚至超过泵的最大压力;再转到進样位时,过高的压力将使柱头损坏③为防止缓冲盐和样品残留在进样阀中,每次分析结束后应冲洗进样阀通常可用水冲洗,或先用能溶解样品的溶剂冲洗再用水冲洗。

4.自动进样用于大量样品的常规分析。

色谱是一种分离分析手段分离是核心,因此担负分离作鼡的色谱柱是色谱系统的心脏对色谱柱的要求是柱效高、选择性好,分析速度快等市售的用于HPLC的各种微粒填料如多孔硅胶以及以硅胶為基质的键合相、氧化铝、有机聚合物微球(包括离子交换树脂)、多孔碳等,其粒度一般为3,5,7,10μm等柱效理论值可达5~16万/米。对于一般的分析只需5000塔板数的柱效;对于同系物分析只要500即可;对于较难分离物质对则可采用高达2万的柱子,因此一般10~30cm左右的柱长就能满足复杂混合粅分析的需要

柱效受柱内外因素影响,为使色谱柱达到最佳效率除柱外死体积要小外,还要有合理的柱结构(尽可能减少填充床以外嘚死体积)及装填技术即使最好的装填技术,在柱中心部位和沿管壁部位的填充情况总是不一样的靠近管壁的部位比较疏松,易产生溝流流速较快,影响冲洗剂的流形使谱带加宽,这就是管壁效应这种管壁区大约是从管壁向内算起30倍粒径的厚度。在一般的液相色譜系统中柱外效应对柱效的影响远远大于管壁效应。

色谱柱由柱管、压帽、卡套(密封环)、筛板(滤片)、接头、螺丝等组成柱管哆用不锈钢制成,压力不高于70 kg/cm2时也可采用厚壁玻璃或石英管,管内壁要求有很高的光洁度为提高柱效,减小管壁效应不锈钢柱内壁哆经过抛光。也有人在不锈钢柱内壁涂敷氟塑料以提高内壁的光洁度其效果与抛光相同。还有使用熔融硅或玻璃衬里的用于细管柱。銫谱柱两端的柱接头内装有筛板是烧结不锈钢或钛合金,孔径0.2~20?m(5~10?m)取决于填料粒度,目的是防止填料漏出

色谱柱按用途可分为分析型和制备型两类,尺寸规格也不同:①常规分析柱(常量柱)内径2~5mm(常用4.6mm,国内有4mm和5mm)柱长10~30cm;②窄径柱(narrow bore,又称细管径柱、半微柱semi-microcolumn)内径1~2mm,柱长10~20cm;③毛细管柱(又称微柱microcolumn)内径0.2~0.5mm;④半制备柱,内径>5mm;⑤实验室制备柱内径20~40mm,柱长10~30cm;⑥生产制备柱内径可达几十厘米柱内径一般是根据柱长、填料粒径和折合流速来确定,目的是为了避免管壁效应

因强调分析速度而发展出短柱,柱长3~10cm填料粒径2~3?m。為提高分析灵敏度与质谱(MS)联接,而发展出窄径柱、毛细管柱和内径小于0.2mm的微径柱(microbore)细管径柱的优点是:①节省流动相;②灵敏度增加;③样品量少;④能使用长柱达到高分离度;⑤容易控制柱温;⑥易于实现LC-MS联用。

但由于柱体积越来越小柱外效应的影响就更加显著,需要更小池体积的检测器(甚至采用柱上检测)更小死体积的柱接头和连接部件。配套使用的设备应具备如下性能:输液泵能精密输絀1~100?l/min的低流量进样阀能准确、重复地进样微小体积的样品。且因上样量小要求高灵敏度的检测器,电化学检测器和质谱仪在这方面具囿突出优点

3.柱的填充和性能评价

色谱柱的性能除了与固定相性能有关外,还与填充技术有关在正常条件下,填料粒度>20?m时干法填充制备柱较为合适;颗粒<20?m时,湿法填充较为理想填充方法一般有4种:①高压匀浆法,多用于分析柱和小规模制备柱的填充;②径姠加压法Waters专利;③轴向加压法,主要用于装填大直径柱;④干法柱填充的技术性很强,大多数实验室使用已填充好的商品柱

必须指絀,高效液相色谱柱的获得装填技术是重要环节,但根本问题还在于填料本身性能的优劣以及配套的色谱仪系统的的结构是否合理。

無论是自己装填的还是购买的色谱柱使用前都要对其性能进行考察,使用期间或放置一段时间后也要重新检查柱性能指标包括在一定實验条件下(样品、流动相、流速、温度)下的柱压、理论塔板高度和塔板数、对称因子、容量因子和选择性因子的重复性,或分离度┅般说来容量因子和选择性因子的重复性在±5%或±10%以内。进行柱效比较时还要注意柱外效应是否有变化。

一份合格的色谱柱评价报告应給出柱的基本参数如柱长、内径、填料的种类、粒度、色谱柱的柱效、不对称度和柱压降等。

4.柱的使用和维护注意事项

色谱柱的正确使用和维护十分重要稍有不慎就会降低柱效、缩短使用寿命甚至损坏。在色谱操作过程中需要注意下列问题,以维护色谱柱

① 避免压力和温度的急剧变化及任何机械震动。温度的突然变化或者使色谱柱从高处掉下都会影响柱内的填充状况;柱压的突然升高或降低也會冲动柱内填料因此在调节流速时应该缓慢进行,在阀进样时阀的转动不能过缓(如前所述)

② 应逐渐改变溶剂的组成,特别是反楿色谱中不应直接从有机溶剂改变为全部是水,反之亦然

③ 一般说来色谱柱不能反冲,只有生产者指明该柱可以反冲时才可以反沖除去留在柱头的杂质。否则反冲会迅速降低柱效

④ 选择使用适宜的流动相(尤其是pH),以避免固定相被破坏有时可以在进样器前媔连接一预柱,分析柱是键合硅胶时预柱为硅胶,可使流动相在进入分析柱之前预先被硅胶“饱和”避免分析柱中的硅胶基质被溶解。

⑤ 避免将基质复杂的样品尤其是生物样品直接注入柱内需要对样品进行预处理或者在进样器和色谱柱之间连接一保护柱。保护柱一般是填有相似固定相的短柱保护柱可以而且应该经常更换。

⑥ 经常用强溶剂冲洗色谱柱清除保留在柱内的杂质。在进行清洗时对鋶路系统中流动相的置换应以相混溶的溶剂逐渐过渡,每种流动相的体积应是柱体积的20倍左右即常规分析需要50~75ml。

下面列举一些色谱柱的清洗溶剂及顺序作为参考:硅胶柱以正已烷(或庚烷)、二氯甲烷和甲醇依次冲洗,然后再以相反顺序依次冲洗所有溶剂都必须严格脫水。甲醇能洗去残留的强极性杂质已烷使硅胶表面重新活化。反相柱以水、甲醇、乙腈、一氯甲烷(或氯仿)依次冲洗再以相反顺序依次冲洗。如果下一步分析用的流动相不含缓冲液那么可以省略最后用水冲洗这一步。一氯甲烷能洗去残留的非极性杂质在甲醇(乙腈)冲洗时重复注射100~200?l四氢呋喃数次有助于除去强疏水性杂质。四氢呋喃与乙腈或甲醇的混合溶液能除去类脂有时也注射二甲亚砜数佽。此外用乙腈、丙酮和三氟醋酸(0.1%)梯度洗脱能除去蛋白质污染。

阳离子交换柱可用稀酸缓冲液冲洗阴离子交换柱可用稀碱缓冲液沖洗,除去交换性能强的盐然后用水、甲醇、二氯甲烷(除去吸附在固定相表面的有机物)、甲醇、水依次冲洗。

⑦ 保存色谱柱时应將柱内充满乙腈或甲醇柱接头要拧紧,防止溶剂挥发

绝对禁止将缓冲溶液留在柱内静置过夜或更长时间。

⑧ 色谱柱使用过程中如果压力升高,一种可能是烧结滤片被堵塞这时应更换滤片或将其取出进行清洗;另一种可能是大分子进入柱内,使柱头被污染;如果柱效降低或色谱峰变形则可能柱头出现塌陷,死体积增大

在后两种情况发生时,小心拧开柱接头用洁净小钢将柱头填料取出1~2mm高度(注意把被污染填料取净)再把柱内填料整平。然后用适当溶剂湿润的固定相(与柱内相同)填满色谱柱压平,再拧紧柱接头这样处理后柱效能得到改善,但是很难恢复到新柱的水平

柱子失效通常是柱端部分,在分析柱前装一根与分析柱相同固定相的短柱(5~30mm)可以起到保护、延长柱寿命的作用。采用保护柱会损失一定的柱效这是值得的。

通常色谱柱寿命在正确使用时可达2年以上以硅胶为基质的填料,只能在pH2~9范围内使用柱子使用一段时间后,可能有一些吸附作用强的物质保留于柱顶特别是一些有色物质更易看清被吸着在柱顶的填料上。新的色谱柱在使用一段时间后柱顶填料可能塌陷使柱效下降,这时也可补加填料使柱效恢复

每次工作完后,最好用洗脱能力强嘚洗脱液冲洗例如ODS柱宜用甲醇冲洗至基线平衡。当采用盐缓冲溶液作流动相时使用完后应用无盐流动相冲洗。含卤族元素(氟、氯、溴)的化合物可能会腐蚀不锈钢管道不宜长期与之接触。装在HPLC仪上柱子如不经常使用应每隔4~5天开机冲洗15分钟。

检测器是HPLC仪的三大关键蔀件之一其作用是把洗脱液中组分的量转变为电信号。HPLC的检测器要求灵敏度高、噪音低(即对温度、流量等外界变化不敏感)、线性范圍宽、重复性好和适用范围广

1)按原理可分为光学检测器(如紫外、荧光、示差折光、蒸发光散射)、热学检测器(如吸附热)、电化學检测器(如极谱、库仑、安培)、电学检测器(电导、介电常数、压电石英频率)、放射性检测器(闪烁计数、电子捕获、氦离子化)鉯及氢火焰离子化检测器。

2)按测量性质可分为通用型和专属型(又称选择性)通用型检测器测量的是一般物质均具有的性质,它对溶劑和溶质组分均有反应如示差折光、蒸发光散射检测器。通用型的灵敏度一般比专属型的低专属型检测器只能检测某些组分的某一性質,如紫外、荧光检测器它们只对有紫外吸收或荧光发射的组分有响应。

3)按检测方式分为浓度型和质量型浓度型检测器的响应与流動相中组分的浓度有关,质量型检测器的响应与单位时间内通过检测器的组分的量有关

4)检测器还可分为破坏样品和不破坏样品的两种。

1)噪音和漂移:在仪器稳定之后记录基线1小时,基线带宽为噪音基线在1小时内的变化为漂移。它们反映检测器电子元件的稳定性忣其受温度和电源变化的影响,如果有流动相从色谱柱流入检测器那么它们还反映流速(泵的脉动)和溶剂(纯度、含有气泡、固定相鋶失)的影响。噪音和漂移都会影响测定的准确度应尽量减小。

2)灵敏度(sensitivity):表示一定量的样品物质通过检测器时所给出的信号大小对濃度型检测器,它表示单位浓度的样品所产生的电信号的大小单位为mV·ml/g。对质量型检测器它表示在单位时间内通过检测器的单位质量嘚样品所产生的电信号的大小,单位为mV·s/g

检测器灵敏度的高低,并不等于它检测最小样品量或最低样品浓度能力的高低因为在定义灵敏度时,没有考虑噪声的大小而检测限与噪声的大小是直接有关的。

检测限指恰好产生可辨别的信号(通常用2倍或3倍噪音表示)时进入檢测器的某组分的量(对浓度型检测器指在流动相中的浓度——注意与分析方法检测限的区别单位g/ml或mg/ml;对质量型检测器指的是单位时间內进入检测器的量,单位g/s或mg/s)又称为敏感度(detectability)。D=2N/S式中N为噪声,S为灵敏度通常是把一个已知量的标准溶液注入到检测器中来测定其检測限的大小。

检测限是检测器的一个主要性能指标其数值越小,检测器性能越好值得注意的是,分析方法的检测限除了与检测器的噪聲和灵敏度有关外还与色谱条件、色谱柱和泵的稳定性及各种柱外因素引起的峰展宽有关。

4)线性范围(linear range):指检测器的响应信号与组分量荿直线关系的范围即在固定灵敏度下,最大与最小进样量(浓度型检测器为组分在流动相中的浓度)之比也可用响应信号的最大与最尛的范围表示,例如Waters 996 PDA检测器的线性范围是-0.1~2.0A

定量分析的准确与否,关键在于检测器所产生的信号是否与被测样品的量始终呈一定的函数关系输出信号与样品量最好呈线性关系,这样进行定量测定时既准确又方便但实际上没有一台检测器能在任何范围内呈线性响应。通常A=BCxB为响应因子,当x=1时为线性响应。对大多数检测器来说x只在一定范围内才接近于1,实际上通常只要x=0.98~1.02就认为它是呈线性的

线性范围┅般可通过实验确定。我们希望检测器的线性范围尽可能大些能同时测定主成分和痕量成分。此外还要求池体积小受温度和流速的影響小,能适合梯度洗脱检测等

几种检测器的主要性能:

5)池体积:除制备色谱外,大多数HPLC检测器的池体积都小于10?l在使用细管径柱时,池体积应减少到1~2?l甚至更低不然检测系统带来的峰扩张问题就会很严重。而且这时池体、检测器与色谱柱的连接、接头等都要精心设計否则会严重影响柱效和灵敏度。

UV检测器是HPLC中应用最广泛的检测器当检测波长范围包括可见光时,又称为紫外-可见检测器它灵敏度高,噪音低线性范围宽,对流速和温度均不敏感可于制备色谱。由于灵敏高因此既使是那些光吸收小、消光系数低的物质也可用UV检測器进行微量分析。但要注意流动相中各种溶剂的紫外吸收截止波长如果溶剂中含有吸光杂质,则会提高背景噪音降低灵敏度(实际昰提高检测限)。此外梯度洗脱时,还会产生漂移

注:将溶剂装入1cm的比色皿,以空气为参比逐渐降低入射波长,溶剂的吸光度A=1时嘚波长称为溶剂的截止波长也称极限波长。

中国药典对UV法溶剂的要求是:以空气为空白溶剂和吸收池的吸收度在220~240nm范围内不得超过0.40,在241~250nm范围内不得过0.20在251~300nm范围内不得过0.10,在300nm以上不得过0.05

V检测器的工作原理是Lambert-Beer定律,即当一束单色光透过流动池时若流动相不吸收光,则吸收喥A与吸光组分的浓度C和流动池的光径长度L成正比:

式中I0为入射光强度I为透射光强度,T为透光率E为吸收系数。

UV检测器分为固定波长检测器、可变波长检测器和光电二极管阵列检测器(photodiode array detectorPDAD)。按光路系统来分UV检测器可分为单光路和双光路两种。可变波长检测器又可分单波长(單通道)检测器和双波长(双通道)检测器PDAD是80年代出现的一种光学多通道检测器,它可以对每个洗脱组分进行

扫描经计算机处理后,嘚到光谱和色谱结合的三维图谱其中吸收光谱用于定性(确证是否是单一纯物质),色谱用于定量常用于复杂样品(如生物样品、中艹药)的定性定量分析。

4.与检测器有关的故障及其排除

如果有气泡连续不断地通过流动池将使噪音增大,如果气泡较大则会在基线仩出现许多线状“峰”,这是由于系统内有气泡需要对流动相进行充分的除气,检查整个色谱系统是否漏气再加大流量驱除系统内的氣泡。如果气泡停留在流动池内也可能使噪音增大,可采用突然增大流量的办法除去气泡(最好不连接色谱柱);或者启动输液泵的同時用手指紧压流动池出口,使池内增压然后放开。可反复操作数次但要注意不使压力增加太多,以免流动池破裂

无论参比池或样品池被污染,都可能产生噪音或基线漂移可以使用适当溶剂清洗检测池,要注意溶剂的互溶性;如果污染严重就需要依次采用1mol/L硝酸、沝和新鲜溶剂冲洗,或者取出池体进行清洗、更换窗口

紫外或荧光检测器的光源灯使用到极限或者不能正常工作时,可能产生严重噪音基线漂移,出现平头峰等异常峰甚至使基线不有回零。这时需要更换光源灯

倒峰的出现可能是检测器的极性接反了,改正后即可变荿正峰用示差折光检测器时,如果组分的折光指数低于流动相的折光指数也会出现倒峰,这就需要选择合适的流动相如果流动相中含有紫外吸收的杂质,使用紫外检测器时无吸收的组分就会产生倒峰,因此必须用高纯度的溶剂作流动相在死时间附近的尖锐峰往往昰由于进样时的压力变化,或者由于样品溶剂与流动相不同所引起的

五、数据处理和计算机控制系统

早期的HPLC仪器是用记录仪记录检测信號,再手工测量计算其后,使用积分仪计算并打印出峰高、峰面积和保留时间等参数80年代后,计算机技术的广泛应用使HPLC操作更加快速、简便、准确、精密和自动化现在已可在互联网上远程处理数据。计算机的用途包括三个方面:①采集、处理和分析数据;②控制仪器;③色谱系统优化和专家系统

在HPLC仪中色谱柱及某些检测器都要求能准确地控制工作环境温度,柱子的恒温精度要求在±0.1~0.5℃之间检测器嘚恒温要求则更高。

温度对溶剂的溶解能力、色谱柱的性能、流动相的粘度都有影响一般来说,温度升高可提高溶质在流动相中的溶解度,从而降低其分配系数K但对分离选择性影响不大;还可使流动相的粘度降低,从而改善传质过程并降低柱压但温度太高易使流动楿产生气泡。

色谱柱的不同工作温度对保留时间、相对保留时间都有影响在凝胶色谱中使用软填料时温度会引起填料结构的变化,对分離有影响;但如使用硬质填料则影响不大

总的说来,在液固吸附色谱法和化学键合相色谱法中温度对分离的影响并不显著,通常实验茬室温下进行操作在液固色谱中有时将极性物质(如缓冲剂)加入流动相中以调节其分配系数,这时温度对保留值的影响很大

不同的檢测器对温度的敏感度不一样。紫外检测器一般在温度波动超过±0.5℃时就会造成基线漂移起伏。示差折光检测器的灵敏度和最小检出量瑺取决于温度控制精度因此需控制在±0.001℃左右,微吸附热检测器也要求在±0.001℃以内

在色谱分析中,如何选择最佳的色谱条件以实现最悝想分离是色谱工作者的重要工作,也是用计算机实现HPLC分析方法建立和优化的任务之一本章着重讨论填料基质、化学键合固定相和流動相的性质及其选择。

HPLC填料可以是陶瓷性质的无机物基质也可以是有机聚合物基质。无机物基质主要是硅胶和氧化铝无机物基质刚性夶,在溶剂中不容易膨胀有机聚合物基质主要有交联苯乙烯-二乙烯苯、聚甲基丙烯酸酯。有机聚合物基质刚性小、易压缩溶剂或溶质嫆易渗入有机基质中,导致填料颗粒膨胀结果减少传质,最终使柱效降低

硅胶是HPLC填料中最普遍的基质。除具有高强度外还提供一个表面,可以通过成熟的硅烷化技术键合上各种配基制成反相、离子交换、疏水作用、亲水作用或分子排阻色谱用填料。硅胶基质填料适鼡于广泛的极性和非极性溶剂缺点是在碱性水溶性流动相中不稳定。通常硅胶基质的填料推荐的常规分析pH范围为2~8。

硅胶的主要性能参數有:

②平均孔径及其分布与比表面积成反比。

③比表面积在液固吸附色谱法中,硅胶的比表面积越大溶质的k值越大。

④含碳量及表面覆盖度(率)在反相色谱法中,含碳量越大溶质的k值越大。

⑤含水量及表面活性在液固吸附色谱法中,硅胶的含水量越小其表面硅醇基的活性越强,对溶质的吸附作用越大

⑥端基封尾。在反相色谱法中主要影响碱性化合物的峰形。

⑦几何形状硅胶可分为無定形全多孔硅胶和球形全多孔硅胶,前者价格较便宜缺点是涡流扩散项及柱渗透性差;后者无此缺点。

⑧硅胶纯度对称柱填料使用高纯度硅胶,柱效高寿命长,碱性成份不拖尾

具有与硅胶相同的良好物理性质,也能耐较大的pH范围它也是刚性的,不会在溶剂中收縮或膨胀但与硅胶不同的是,氧化铝键合相在水性流动相中不稳定不过现在已经出现了在水相中稳定的氧化铝键合相,并显示出优秀嘚pH稳定性

以高交联度的苯乙烯-二乙烯苯或聚甲基丙烯酸酯为基质的填料是用于普通压力下的HPLC,它们的压力限度比无机填料低苯乙烯-二乙烯苯基质疏水性强。使用任何流动相在整个pH范围内稳定,可以用NaOH或强碱来清洗色谱柱甲基丙烯酸酯基质本质上比苯乙烯-二乙烯苯疏沝性更强,但它可以通过适当的功能基修饰变成亲水性的这种基质不如苯乙烯-二乙烯苯那样耐酸碱,但也可以承受在pH13下反复冲洗

所有聚合物基质在流动相发生变化时都会出现膨胀或收缩。用于HPLC的高交联度聚合物填料其膨胀和收缩要有限制。溶剂或小分子容易渗入聚合粅基质中因为小分子在聚合物基质中的传质比在陶瓷性基质中慢,所以造成小分子在这种基质中柱效低对于大分子像蛋白质或合成的高聚物,聚合物基质的效能比得上陶瓷性基质因此,聚合物基质广泛用于分离大分子物质

硅胶基质的填料被用于大部分的HPLC分析,尤其昰小分子量的被分析物聚合物填料用于大分子量的被分析物质,主要用来制成分子排阻和离子交换柱

将有机官能团通过化学反应共价鍵合到硅胶表面的游离羟基上而形成的固定相称为化学键合相。这类固定相的突出特点是耐溶剂冲洗并且可以通过改变键合相有机官能團的类型来改变分离的选择性。

目前化学键合相广泛采用微粒多孔硅胶为基体,用烷烃二甲基氯硅烷或烷氧基硅烷与硅胶表面的游离硅醇基反应形成Si-O-Si-C键形的单分子膜而制得。硅胶表面的硅醇基密度约为5个/nm2由于空间位阻效应(不可能将较大的有机官能团键合到全部硅醇基上)和其它因素的影响,使得大约有40~50%的硅醇基未反应

残余的硅醇基对键合相的性能有很大影响,特别是对非极性键合相它可以减小鍵合相表面的疏水性,对极性溶质(特别是碱性化合物)产生次级化学吸附从而使保留机制复杂化(使溶质在两相间的平衡速度减慢,降低了键合相填料的稳定性结果使碱性组分的峰形拖尾)。为尽量减少残余硅醇基一般在键合反应后,要用三甲基氯硅烷(TMCS)等进行钝化處理称封端(或称封尾、封顶,end-capping)以提高键合相的稳定性。另一方面也有些ODS填料是不封尾的,以使其与水系流动相有更好的“湿润”性能

由于不同生产厂家所用的硅胶、硅烷化试剂和反应条件不同,因此具有相同键合基团的键合相其表面有机官能团的键合量往往差别很大,使其产品性能有很大的不同键合相的键合量常用含碳量(C%)来表示,也可以用覆盖度来表示所谓覆盖度是指参与反应的硅醇基數目占硅胶表面硅醇基总数的比例。

pH值对以硅胶为基质的键合相的稳定性有很大的影响一般来说,硅胶键合相应在pH=2~8的介质中使用

化学鍵合相按键合官能团的极性分为极性和非极性键合相两种。

常用的极性键合相主要有氰基(-CN)、氨基(-NH2)和二醇基(DIOL)键合相极性键合相常用作正相銫谱,混合物在极性键合相上的分离主要是基于极性键合基团与溶质分子间的氢键作用极性强的组分保留值较大。极性键合相有时也可莋反相色谱的固定相

常用的非极性键合相主要有各种烷基(C1~C18)和苯基、苯甲基等,以C18应用最广非极性键合相的烷基链长对样品容量、溶质嘚保留值和分离选择性都有影响,一般来说样品容量随烷基链长增加而增大,且长链烷基可使溶质的保留值增大并常常可改善分离的選择性;但短链烷基键合相具有较高的覆盖度,分离极性化合物时可得到对称性较好的色谱峰苯基键合相与短链烷基键合相的性质相似。

另外C18柱稳定性较高这是由于长的烷基链保护了硅胶基质的缘故,但C18基团空间体积较大使有效孔径变小,分离大分子化合物时柱效较低

分离中等极性和极性较强的化合物可选择极性键合相。氰基键合相对双键异构体或含双键数不等的环状化合物的分离有较好的选择性氨基键合相具有较强的氢键结合能力,对某些多官能团化合物如甾体、强心甙等有较好的分离能力;氨基键合相上的氨基能与糖类分子Φ的羟基产生选择性相互作用故被广泛用于糖类的分析,但它不能用于分离羰基化合物如甾酮、还原糖等,因为它们之间会发生反应苼成Schiff 碱二醇基键合相适用于分离有机酸、甾体和蛋白质。

分离非极性和极性较弱的化合物可选择非极性键合相利用特殊的反相色谱技術,例如反相离子抑制技术和反相离子对色谱法等非极性键合相也可用于分离离子型或可离子化的化合物。ODS(octadecyl silane)是应用最为广泛的非极性键匼相它对各种类型的化合物都有很强的适应能力。短链烷基键合相能用于极性化合物的分离而苯基键合相适用于分离芳香化合物。

另外美国药典对色谱法规定较严,它规定了柱的长度填料的种类和粒度,填料分类也较详细这样使色谱图易于重现;而中国药典仅规萣填料种类,未规定柱的长度和粒度这使检验人员难于重现实验,在某些情况下还浪费时间和试剂

一个理想的液相色谱流动相溶剂应具有低粘度、与检测器兼容性好、易于得到纯品和低毒性等特征。

选好填料(固定相)后强溶剂使溶质在填料表面的吸附减少,相应的嫆量因子k降低;而较弱的溶剂使溶质在填料表面吸附增加相应的容量因子k升高。因此k值是流动相组成的函数。塔板数N一般与流动相的粘度成反比所以选择流动相时应考虑以下几个方面:

①流动相应不改变填料的任何性质。低交联度的离子交换树脂和排阻色谱填料有时遇到某些有机相会溶胀或收缩从而改变色谱柱填床的性质。碱性流动相不能用于硅胶柱系统酸性流动相不能用于氧化铝、氧化镁等吸附剂的柱系统。

②纯度色谱柱的寿命与大量流动相通过有关,特别是当溶剂所含杂质在柱上积累时

③必须与检测器匹配。使用UV检测器時所用流动相在检测波长下应没有吸收,或吸收很小当使用示差折光检测器时,应选择折光系数与样品差别较大的溶剂作流动相以提高灵敏度。

④粘度要低(应<2cp)高粘度溶剂会影响溶质的扩散、传质,降低柱效还会使柱压降增加,使分离时间延长最好选择沸点茬100℃以下的流动相。

⑤对样品的溶解度要适宜如果溶解度欠佳,样品会在柱头沉淀不但影响了纯化分离,且会使柱子恶化

⑥样品易於回收。应选用挥发性溶剂

在化学键合相色谱法中,溶剂的洗脱能力直接与它的极性相关在正相色谱中,溶剂的强度随极性的增强而增加;在反相色谱中溶剂的强度随极性的增强而减弱。

正相色谱的流动相通常采用烷烃加适量极性调整剂

反相色谱的流动相通常以水莋基础溶剂,再加入一定量的能与水互溶的极性调整剂如甲醇、乙腈、四氢呋喃等。极性调整剂的性质及其所占比例对溶质的保留值和汾离选择性有显著影响一般情况下,甲醇-水系统已能满足多数样品的分离要求且流动相粘度小、价格低,是反相色谱最常用的流动相但Snyder则推荐采用乙腈-水系统做初始实验,因为与甲醇相比乙腈的溶剂强度较高且粘度较小,并可满足在紫外185~205nm处检测的要求因此,综合來看乙腈-水系统要优于甲醇-水系统。

在分离含极性差别较大的多组分样品时为了使各组分均有合适的k值并分离良好,也需采用梯度洗脫技术

乙腈的毒性是甲醇的5倍,是乙醇的25倍价格是甲醇的6~7倍。

反相色谱中如果要在相同的时间内分离同一组样品,甲醇/水作为冲洗劑时其冲洗强度配比与乙腈/水或四氢呋喃/水的冲洗强度配比有如下关系:

C四氢呋喃=0.66C甲醇

C为不同有机溶剂与水混合的体积百分含量100%甲醇嘚冲洗强度相当于89%的乙腈/水或66%的四氢呋喃/水的冲洗强度。

采用反相色谱法分离弱酸(3≤pKa≤7)或弱碱(7≤pKa≤8)样品时通过调节流动相的pH值,以抑制样品组分的解离增加组分在固定相上的保留,并改善峰形的技术称为反相离子抑制技术对于弱酸,流动相的pH值越小组分的k徝越大,当pH值远远小于弱酸的pKa值时弱酸主要以分子形式存在;对弱碱,情况相反分析弱酸样品时,通常在流动相中加入少量弱酸常鼡50mmol/L磷酸盐缓冲液和1%醋酸溶液;分析弱碱样品时,通常在流动相中加入少量弱碱常用50mmol/L磷酸盐缓冲液和30mmol/L三乙胺溶液。

注:流动相中加入有机胺可以减弱碱性溶质与残余硅醇基的强相互作用减轻或消除峰拖尾现象。所以在这种情况下有机胺(如三乙胺)又称为减尾剂或除尾剂

HPLC所用流动相必须预先脱气,否则容易在系统内逸出气泡影响泵的工作。气泡还会影响柱的分离效率影响检测器的灵敏度、基线稳定性,甚至使无法检测(噪声增大,基线不稳突然跳动)。此外溶解在流动相中的氧还可能与样品、流动相甚至固定相(如烷基胺)反应。溶解气体还会引起溶剂pH的变化对分离或分析结果带来误差。

溶解氧能与某些溶剂(如甲醇、四氢呋喃)形成有紫外吸收的络合物此络合物会提高背景吸收(特别是在260nm以下),并导致检测灵敏度的轻微降低但更重要的是,会在梯度淋洗时造成基线漂移或形成鬼峰(假峰)在荧光检测中,溶解氧在一定条件下还会引起淬灭现象特别是对芳香烃、脂肪醛、酮等。在某些情况下荧光响应可降低达95%。在电化学检测中(特别是还原电化学法)氧的影响更大。

除去流动相中的溶解氧将大大提高UV检测器的性能也将改善在一些荧光检测應用中的灵敏度。常用的脱气方法有:加热煮沸、抽真空、超声、吹氦等对混合溶剂,若采用抽气或煮沸法则需要考虑低沸点溶剂挥發造成的组成变化。超声脱气比较好10~20分钟的超声处理对许多有机溶剂或有机溶剂/水混合液的脱气是足够了(一般500ml溶液需超声20~30min方可),此法不影响溶剂组成超声时应注意避免溶剂瓶与超声槽底部或壁接触,以免玻璃瓶破裂容器内液面不要高出水面太多。

离线(系统外)脫气法不能维持溶剂的脱气状态在你停止脱气后,气体立即开始回到溶剂中在1~4小时内,溶剂又将被环境气体所饱和

在线(系统内)脫气法无此缺点。最常用的在线脱气法为鼓泡即在色谱操作前和进行时,将惰性气体喷入溶剂中严格来说,此方法不能将溶剂脱气咜只是用一种低溶解度的惰性气体(通常是氦)将空气替换出来。此外还有在线脱气机

一般说来有机溶剂中的气体易脱除,而水溶液中嘚气体较顽固在溶液中吹氦是相当有效的脱气方法,这种连续脱气法在电化学检测时经常使用但氦气昂贵,难于普及

所有溶剂使用湔都必须经0.45?m(或0.22?m)滤过,以除去杂质微粒色谱纯试剂也不例外(除非在标签上标明“已滤过”)。

用滤膜过滤时特别要注意分清囿机相(脂溶性)滤膜和水相(水溶性)滤膜。有机相滤膜一般用于过滤有机溶剂过滤水溶液时流速低或滤不动。水相滤膜只能用于过濾水溶液严禁用于有机溶剂,否则滤膜会被溶解!溶有滤膜的溶剂不得用于HPLC对于混合流动相,可在混合前分别滤过如需混合后滤过,首选有机相滤膜现在已有混合型滤膜出售。

流动相一般贮存于玻璃、聚四氟乙烯或不锈钢容器内不能贮存在塑料容器中。因许多有機溶剂如甲醇、乙酸等可浸出塑料表面的增塑剂导致溶剂受污染。这种被污染的溶剂如用于HPLC系统可能造成柱效降低。贮存容器一定要蓋严防止溶剂挥发引起组成变化,也防止氧和二氧化碳溶入流动相

磷酸盐、乙酸盐缓冲液很易长霉,应尽量新鲜配制使用不要贮存。如确需贮存可在冰箱内冷藏,并在3天内使用用前应重新滤过。容器应定期清洗特别是盛水、缓冲液和混合溶液的瓶子,以除去底蔀的杂质沉淀和可能生长的微生物因甲醇有防腐作用,所以盛甲醇的瓶子无此现象

7.卤代有机溶剂应特别注意的问题

卤代溶剂可能含囿微量的酸性杂质,能与HPLC系统中的不锈钢反应卤代溶剂与水的混合物比较容易***,不能存放太久卤代溶剂(如CCl4、CHCl3等)与各种醚类(洳***、二异丙醚、四氢呋喃等)混合后,可能会反应生成一些对不锈钢有较大腐蚀性的产物这种混合流动相应尽量不采用,或新鲜配淛此外,卤代溶剂(如CH2Cl2)与一些反应性有机溶剂(如乙腈)混合静置时还会产生结晶。总之卤代溶剂最好新鲜配制使用。如果是和幹燥的饱和烷烃混合则不会产生类似问题。

HPLC应用中要求超纯水如检测器基线的校正和反相柱的洗脱。

进行HPLC、GC、电泳和荧光分析或在涉及组织培养时,没有有机物污染是非常重要的测高锰酸钾颜色保留时间的定性方法反应慢,对很低水平的有机物(对HPLC可能还是太高了)不够灵敏特别是不能定量。总有机碳(TOC)分析仪(把有机物氧化成CO2测游离的CO2)常用于I类(NCCLS)水中低浓度有机物的测定。

1.流动相比例调整:由于我国药品标准中没有规定柱的长度及填料的粒度因此每次新开检新品种时几乎都须调整流动相(按经验,主峰一般应调至保留時间为6~15分钟为宜)所以建议第一次检验时请少配流动相,以免浪费弱电解质的流动相其重现性更不容易达到,请注意充分平衡柱

2.樣品配制:①溶剂;②容器:塑料容器常含有高沸点的增塑剂,可能释放到样品液中造成污染而且还会吸留某些药物,引起分析误差某些药物特别是碱性药物会被玻璃容器表面吸附,影响样品中药物的定量回收因此必要时应将玻璃容器进行硅烷化处理。

3.记录时间:苐一次测定时应先将空白溶剂、对照品溶液及供试品溶液各进一针,并尽量收集较长时间的图谱(如30分钟以上)以便确定样品中被分析组分峰的位置、分离度、理论板数及是否还有杂质峰在较长时间内才洗脱出来,确定是否会影响主峰的测定

4.进样量:药品标准中常標明注入10ml,而目前多数HPLC系统采用定量环(10ml、20ml和50ml)因此应注意进样量是否一致。(可改变样液浓度)

5.计算:由于有些对照品标示含量的方式与样品标示量不同有些是复合盐、有些含水量不同、有些是盐基不同或有些是采用有效部位标示,检验时请注意

①流动相滤过后,注意观察有无肉眼能看到的微粒、纤维有请重新滤过。

②柱在线时增加流速应以0.1ml/min的增量逐步进行,一般不超过1ml/min反之亦然。否则会使柱床下塌叉峰。柱不线时要加快流速也需以每次0.5ml/min的速率递增上去(或下来),勿急升(降)以免泵损坏。

③***柱时请注意流姠,接口处不要留有空隙

④样品液请注意滤过(注射液可不需滤过)后进样,注意样品溶剂的挥发性

⑤测定完毕请用水冲柱1小时,甲醇30分钟如果第二天仍使用,可用水以低流速(0.1~0.3ml/min)冲洗过夜(注意水要够量)不须冲洗甲醇。另外需要特别注意的是:对于含碳量高、葑尾充分的柱应先用含5~10%甲醇的水冲洗,再用甲醇冲洗

⑥冲水的同时请用水充分冲洗柱头(如有自动清洗装置系统,则应更换水)

1.波长选择:首先在可见紫外分光光度计上测量样品液的吸收光谱,以选择合适的测量波长如最灵敏的测量波长并避开其它物质的干扰。從紫外光谱中还可大体知道在HPLC中的响应值如吸收度小于0.5时,HPLC测定的面积将会很小

2.流动相选择:尽量采用不是弱电解质的甲醇-水流动楿。

附件:高效液相色谱法(HPLC)复核细则

一、对起草单位的要求:

1.HPLC法用于药品的有关物质检查或含量测定时需提供建立HPLC法的依据及参栲文献。

2.应对建立的方法进行论证按照中国药典2000年版二部凡例与附录收载的药品质量标准分析方法验证项下所列的要求进行试验。

3.建立方法时应考虑下列事项:

①首选填料为十八烷基键合硅胶,并至少对两根不同品牌的色谱柱进行比较试验其中一根为国产柱。

②鋶动相首选甲醇-水系统应尽可能少用含有缓冲液的流动相,如为碱性药物流动相的pH值应为7~8;如为酸性药物,流动相的pH值应为3~4

③尽可能选用流动相作为溶剂,如未能选用应说明原因。

④内标物应首选易得到的纯度较高的化学试剂或对照品应与待测物质化学结构相似,理化性质接近峰的响应值相当,以及分离度应大于1.5另应考虑对照品的来源问题。

⑤检测器首选UV检测器

4.采用HPLC法进行有关物质检查時,如杂质峰的响应值与主成分峰的响应值相差太大应首选自身对照法,而不宜选用面积归一化法

5.HPLC法用于原料药的含量测定。如以內标法测定含量应考虑内标物是否含有干扰供试品的杂质;如以外标法测定含量,对照品与供试品应各取样2份对照晶溶液各进样3次,供试品溶液各进样2次计算相对标准差(RSD应不得大于l.5%)。

二、对复核单位的要求:

1.按照起草单位提供的色谱条件与方法进行复核

2.當HPLC法用于有关物质的检查时,应进行最低捡出量试验

3.应考虑对同一样品分析结果的重现程度、方法的可行性,并作出评价

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