1 液相色谱作为一种有着重要用途的分析仪器，配有较完善的工作站，对于其流动相优化、专家系统等方面的软件有较多研究，但利用图形图像技术与程序设计相结合的方法、以网络远程实验教学为目的、基于数学模型来构建的网络虚拟环境下可交互操作的液相色谱虚拟实验室的研究则鲜有报道。

　　本文以FlashMX为开发平台，采用ActionScript编程技术和矢量动画技术建立液相色谱虚拟环境，并基于色谱基本理论，通过构建色谱保留时间t R与主要操作条件之间的数学模型， t R与高斯分布色谱流出曲线的标准偏差的关系，在虚拟仪器上模拟考察了不同操作条件下混合物试样的实时流出曲线、色谱保留参数变化与定量计算结果，并将各种模拟值与实际实验值进行了对比，获得了较满意的结果。通过实际应用表明，本文所建立的液相色谱网络虚拟实验室可以较好地满足操作人员培训和实验教学方面的需要。

　　2 色谱理论的讨论与保留值预测模型的建立

　　色谱虚拟仪器的建立首先需要依据色谱的基础理论，确定各种操作条件改变与组分保留时间、峰形参数及分离度之间的变化规律，构建出数学模型，使得在虚拟仪器上，可以通过任意调节操作参数而实时获得与实际接近的色谱流出曲线，达到模拟实际实验过程的目的。多组分色谱分离是一个复杂过程，涉及色谱热力学和动力学两个方面，而这两方面的影响集中反映在组分保留参数和峰形上。可以采取分步法来构建其数学关系，即先确定色谱峰形与组分保留时间的数学关系；再构建组分保留时间与淋洗液组成和流速间的关系。在理想情况下，采用经作者修正的高斯分布模型来描述组分色谱峰形见式（ 1）。峰形决定于标准偏差及由组分含量修正的峰高的值：y = c para 2 exp<（ t - t R）2 >（ 1）式中的标准偏差表示被分离组分分子在柱内的离散程度，受色谱分析过程的动力学因素控制； t R为保留时间，表示组分峰在色谱流出曲线中的位置，受色谱分析过程的热力学因素影响，其大小表现了固定相对组分的滞留能力； c para为组分含量决定的参数，表示组分百分含量与峰面积的对应关系。由式可见，色谱峰形除由组分含量决定之外，还受组分保留时间、标准偏差影响。色谱流出峰的半峰宽（ Y 1 2）与色谱保留值（ t R）近似存在线性关系：Y 1 2 = 2. 354 = m + n t R（ 2）式中的m、n为常数，可通过在实际实验中测定相应数据代入式（ 2）中求得。

　　在色谱柱一定时，组分保留时间受淋洗液组成和流速u控制，可以导出保留时间t R与分配比k、淋洗液组成及流速之间的数学关系：t R = t 0（ 1+ k） =空柱管体积柱总空隙度（T）流动相体积流量（ F c）（ 1 + k）（ 3）根据卢佩章等在80年代初期提出的顶替吸附-相互作用模型，采用统计热力学的方法推导出二元流动相液相色谱中溶质保留值变化规律式为：lnk = a + blnC b + cC b（ 4）对于多元流动相液相色谱体积，流动相中强组分浓度影响保留值的关系式为：lnk = a + i b i lnC Bi + i C Bi（ 5）式（ 4）和（ 5）中a是溶质与固定相的相互作用能，溶质同流动相中的溶剂B 0， B 1的相互作用能与溶质的分子体积相关的常数； b是与固定相溶质分子顶替流动相中强溶剂B 1的分子数相关的常数； c为溶质和流动相中溶剂的作用能相关的常数。a， b， c 3项可通过实际实验所得数据带入（ 4）式或（ 5）式求得。推导出了以上各关系后，在虚拟实验中，调节分离流动相组成与流速，即可通过计算得到各组分的保留时间，绘制出多组分试样的色谱流出曲线，达到较好地模拟实验的目的。通过模拟实验确定了色谱保留值t R和半峰宽Y 1 2后，即可由分离度计算式获得任意两组分之间的模拟分离程度。此外在模拟过程获得半峰宽和峰高后，可由峰面积通过归一化法来进行各组分的含量计算。

　　所有计算过程均通过程序设计在后台处理，虚拟实验得到的模拟结果将在下面进行讨论。

　　3液相色谱虚拟仪器与虚拟实验室

　　多媒体技术和计算机图形图像技术为计算机虚拟现实提供了强大的技术支撑，时至今日，虚拟实验室的建立不但要求能够准确模拟出实际结果，而且希望具有更强烈的沉浸感，即具有身临其境的感受和具有情感交流特征。

　　3. 1虚拟实验室的场景式设计本文基于以上讨论的数学模型构建了液相色谱虚拟仪器，在3个方面突出了虚拟实验室的沉浸感和情感交流，将立体化的虚拟仪器置于由多重场景构成的虚拟环境中，且虚拟环境的明暗度自动随时间变化；强调仪器的操作过程，如按实际设计的拟人化进样操作过程等；通过虚拟人物强化情感交流，如虚拟人物的语音提示，虚拟教师的讲解等。通过这些细节方面的人性化设计，更好地实现了虚拟实验室的情感化，强化实验内容与实验环境的协调，场景化虚拟实验室所示。

　　的ActionScript编程功能，通过以上所建立的数学模型，将前台操作与后台程序运算结合在一起。在实验室界面中，操作者可在屏幕上通过键盘输入、鼠标点击、拖动等进行仿真操作。当正确进行了各项操作后，在图中的计算机屏幕中可以实时绘制出相应的色谱流出曲线并给出定量计算结果。

　　3. 2虚拟仪器操作及实验条件的调节

　　可按实际过程进行操作，如点击门可打开，查看分离室中的色谱柱，点击色谱柱可更换柱子。所有参数调节均在可视的操作面板上进行，仪器可进行任意放大缩小而保持不失真，方便操作。

　　淋洗液流速和组成是影响保留值与色谱流出曲线形状的重要参数，虚拟实验中，淋洗液组成设定为系统变量（初始化时，设定默认值），可直接通过动态文本框输入来调节。流速由前台调节流量按钮后自动赋值获得。

　　3. 3功能框图

　　4液相色谱虚拟实验室模拟结果与讨论

　　4. 1色谱流出谱图对比在淋洗液组成为：甲醇浓度： 28. 36 mol L；冰醋酸浓度： 0. 28 mol L；流量为1. 0 mL min时，试样乙酰水杨酸的虚拟实验与实际实验结果的分析谱图对比所示，两者基本吻合。

　　4. 2虚拟实验中的色谱参数结果对比

　　模拟的色谱流出曲线和基本参数的获得为进一步的定量计算奠定了基础，依据上述所建立的数学模型和色谱基本关系式，在虚拟实验结束后，可自动计算列出虚拟实验所得到的一系列参数和组分含量的定量模拟结果。给出的是乙酰水杨酸组分在虚拟实验与真实实验中得到的保留时间、峰高、峰面积、分离度、半峰宽、理论塔板数等的计算结果。由表中数据可见，半峰宽的模拟值与实验值之间存在较大误差，其原因可能包含两个方面：一是所建立的数学模型存在一定偏差，曲线拟合的不够准确，需要继续改进；二是该数值较小，且取的有效数字位数少，与其它数据相比，绝对误差并不大，但相对误差较大。增加取值位数或改以秒为单位将会降低其误差。

　　4. 3不同组成淋洗液对色谱保留参数的影响

　　液相色谱中，流动相组成的改变可使溶质在两相中的分配系数改变，可以达到改善分离、调节出峰时间的目的。

　　4. 4不同流速对色谱保留参数的影响

　　液相色谱中流速的变化对柱效的影响较大，流量是一个调整分离度和出峰时间的重要参数。

　　5结束语

　　基于矢量动画技术和ActionScript编程技术，在对保留参数预测模型研究的基础上，构建了可在网络上运行的场景式实时交互液相色谱虚拟仪器。所开发的网络虚拟色谱仪仿真程度高，操作简便，可在网络上运行，功能较全面，能够满足仪器操作培训、实验教学的网络学习等方面的需要，优化建立的乙酰水杨酸等保留值预测和色谱流出曲线模型简练实用，与实验值的吻合程度高，在仪器操作培训、色谱实验的网络学习等方面具有较大的应用价值。并为网络型虚拟仪器的开发进行了有益探索。本文对更多类型组分及梯度淋洗下的保留值预测还有待深入。

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