Устройство для определения площади хроматографического пика

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОЩАДИ ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОГО ПИКА, содержащее аналого-цифровой преобра зователь, соединенный первым входом с входом устройства, а выходами раз рядов - с входами блока определения экстремума, и ключ, подключенный ин формационным входом к выходу генера тора импульсов, а выходом - к входу счетчика, отличающееся тем,, что, с целью повышения точности устройства, в него введены блок коррекции базисного сигнала, группы элементов И, блоки умножения, блок вычитания и блок определения начала и конца пика, соединенный входом с входом устройства, первым выходом с первыми входами элементов И первой и второй групп, а вторым выходом с управлякяцим входом ключа и с управ ляющим входом блока коррекции базисного сигнала, подключенного выходом к второму входу аналого-цифрового преобразователя, а информационными входами - к выходам разрядованалого-цифрового преобразователя и.к вторым входам элементов И первой группы, соединенных выходами с первой группой входов первого блока умножения, подключенного выходс1МИ к первой группе входов блока вычитания , а второй группой входов - к выходам элементов И третьей группы, соединенных первыми входами с выходом блока определения экстремума, а вторыми входами - с выходами разрядов счетчика и с вторыми входами элементов И второй группы, подклю-. ченных выходами к первой группе входов второго блока умножения, соединенного второй группой входов с группой выходов блока определения экстремума, а выходами - с.второй группой входов блока вычитания, выходы которого являются выходом устройства.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

П9) (11);

ЗЮ9 0 06 0 7 18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) ."3 562212/18-24 (22) 09. 03. 83 (46 ) 30. 05. 84. Бюл. 9 20 (72)М.Ш. Насыров и P. Б.,Рассказова (71) Ордена Трудового Красного Знамени институт кибернетики с âû÷èñëèòåëÌ ным центром

Э (53 ) 681. 335 (088. 8) (56 ) 1. Авторское свидетельство СССР

9 702384, кл. G 06 -G 7/18, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 970391, кл. G 06 G 7/18, 1981.

3. Авторское свидетельство СССР

9 545078, кл. Н 03 К 13/17, 1975 (прототип).

4. Гуревич A.Ë., Русинов Л.A.

Сягаев И. A., Автоматический хроматоп. .рафический,анализ. Л., "Химия", 1980, с. 145-147. (54 )(57 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПЛОЩАДИ ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОГО ПИКА, содержащее аналого-цифровой преобразователь, соединенный первым входом с входом устройства, а выходами разрядов — с входами блока определения экстремума, и ключ, подключенный информационным входом к выходу генератора импульсов, а выходом - к входу счетчика, отличающееся тем,. что, с целью повышения точности устройства, в него введены блок коррекции базисного сигнала, группы

Ю элементов И, блоки умножения, блок вычитания и блок определения начала и конца пика, соединенный входом с входом устройства, первым выходом— с первыми входами элементов И первой и второй групп, а вторым выходом— с управляющим входом ключа и с управ. ляющим входом блока коррекции базисного сигнала., подключенного выходом к второму входу аналого-цифрового преобразователя, а информационными входами — к выходам разрядов аналого-цифрового преобразователя и.к вторым входам элементов И первой .группы, соединенных выходами с первой группой входов первого блока умножения, подключенного выходами к е первой группе входов блока вычитания, а второй группой входов — к выходам элементов И третьей группы, соединенных первыми входами с выхо- С дом блока определения. экстреМума, а . вторыми входами — с выходами разрядов счетчика и с вторыми входами элементов И второй группы, подключенных выходами к первой группе входов второго блока умножения, соединенного второй группой входов с группой выходов блока опредеЛения экстремума, а выходами — с второй группой входов блока вычитания, выходы которого являются выходом устройства.

1095199

Изобретение относится к автоматиhce и вычислительной технике, в частности к устройствам автоматизированной обработки хроматографической информации.

Известно устройство для определения площади хроматографического пика, содержащее блок измерения амплитуды пика, формирователь экспоненциального напряжения, функциональный генератор, компаратор, два блока па- 10 мяти, три блока умножения, два блока деления,. сумматор, блок вычитания и блок извлечения квадратного корня, в котором учитываются ассимметрия реального хроматографического пика (1) 15

Недостатками устройства являются пониженная точность и конструктивная сложность, обусловленные громоздкостью используемого аналитического выражения, по которому вычисляется среднекрадратическое отклонение пика.

Известно также устройство для определения площади хроматографического пика, содержащее блок задержки, блок оп-ределения амплитуды пика, компаратор, два блока памяти, два блока деления, блок логарифмирования, блок извлечения квадратного корня, блок умножения, в котором среднеквадратическое отклонение определяется методом задержки основного сигнала (2J .

Устройство позволяет учитывать ассимметрию реальных хроматографических пиков и, кроме этого, не требует непосредственного измерения ширины пика, так как последняя задается в виде временной задержки с последующим нахождением уровня пика, по которому ширина пика численно равна заданной временной задержке.

Однако устройство отличается пони-40 женной точностью из-за необходимости выполнения вычислений, связанных с переходом от ширины пика на уровне, соответствующем моменту пересечения основного и задержанного сигналов, 45 к ширине пика на требуемом уровне.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для определения площади хроматографического пика, со- 50 держащее аналого-цифровой преобразователь, соединенный первым входом с входом устройства, а выходами разрядов — с входами, блока определения экстремума, и ключ, подключенный информационным входом к выходу генератора импульсов, выходом - к входу счетчика, а управляющим входом к выходу триггера и к управляющим входам второго и третьего ключей, соединенных информационными входами с входом 40 устройства, причем выход второго ключа через последовательно соединен. ные аналоговый запоминающий блок и делитель подключен к первому входу компаратора, соединенного вторым вхо-65 дом с выходом третьего ключа, а выходом — с первым входом триггера, подключенного вторым входом к выход блока определения экстремума, группа выходов которого является выходом кода максимума пика. Принцип действия прототипа основан на определении полуширины пика на уровне, соответст1вующем половине его высоты (3) .

Недостатком известного устройства является пониженная точность определения площади пика, что.обусловлено неучетом возможной ассимметрии пиков и дрейфом базисной линии.

Цель изобретения — повышение точности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения площади хроматографического пика, содержащее аналого-цифровой преобразователь, соединенный первым входом с входом устройства, а выходами разря.— дов — с входами блока определения экстремума, и ключ, подключенный ин формационным входом к выходу генератора импульсов, а выходом — к входу

1 счетчика, введены блок коррекции базисного сигнала группы элементов

И, блоки умножения, блок вычитания и блок определения начала и конца пи ка, соединенный входом с входом устройства, первым выходом — с первыми входами элементов И первой и второй групп, а вторым выходом — с управляющим входом ключа и с управляющнм входом блока коррекции базисного сигнала, подключенного выходом к второму входу аналого-цифрового преобразователя, а информационными входами — к выходам разрядов аналогоцифрового преобразователя и к вторым входам элементов И первой группы, соединенных выходами с первой группой входов первого блока умножения, подключ нного выходами к первой группе входов блока вычитания, а второй группой входов - к выходам элементов

И третьей группы, соединенных первыми входами с выходом блока определения экстремума, а вторыми входами — с выходами разрядов счетчика и с вторыми входами элементов И второй группы, подключенных выходами к первой группе входов. второго блока умножения, соединенного второй группой входов с группой выходов блока определения экстремума, а выходами — с второй группой входов блока вычитания, выходы которого являются выходом устройства.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 — график хроматографического пика.

Устройство для определения площади хроматографического пика содержит аналого-цифровой преобразователь 1, соединенный первым входом с входом устройства, а выходами разрядов - с

1 09"-199 входами блока 2 определения экстремума. Ключ 3 подключен информационным входом к выходу генератора 4 импульсов, а выходом — к входу счетчика 5. Блок 6 определения начала и конца пика соединен входом с входом устройства, перв 1 выходом — с первыми входами элек.ентов И первой и второй групп 7 и 8, а вторым выходом — с управляющим вхо;,ом ключа 3 и с управляющим входом блока 9 кор- 1О

1 екции базисного сигнала. Блок 9 одключен выходом к второму входу аналого-цифрового преобразователя 1, а информационными входами — к выходам разрядов преобразователя 1 и к вто- 15 рым входам элементов И группы 7, соединенных выходами с первой группой входов первого блока 10 умножения. Блок 10 подключен выходами к первой группе входов блока 11 вычи- 2О тания, а второй группой входов к выходам элементов И третьей группы 12, соединенных первыми входами с выходом блока 2 определения экстремума, а вторыми входами — с выходами раз-: 25 рядов счетчика 5 и с вторыми входами элементов И группы 8. Элементы И группы 8 подключены выходами к первой группе входов второго блока 13 ° умножения, соединенного второй группой входов с группой выходов блока 2 определения экстремума, а выходами— с второй группой входов блока 11 вычитания. Выходы блока 11 являются выходом устройства.

Принцип действия устройства основан на представлении форьы хроматографического пика кривой Гаусса. Известно, что площадь 8 такого пика может вычисляться по соотношению .40

5= 27 b 6 . где — высота (амплитуда) пика;

6 — среднеквадратическое отклонение (ширина пика на высоте О, 882 h)

Для кривой Гаусса имеется определенная связь между ее высотой и среднеквадратическим отклонением. В частности, в основании пика (на высоте

0,016) ширина пика равна 66. Поэтому площадь пика при отсутствии дрейфа базисного сигнала может определяться .ло выражению

5 = 2ii h —,— )

0 «4,„)

&0 где ьк и 1к — оконечные точки пика (соответственно моменты времени начала и. конца пика, фиг. 2а).

Следует отметить, что нахождение оконечных точек пика необходимо при

Ь5 использовании любого метода определения площади хроматографического пика для учета дрейфа базисной линии, которая в течение времени прохожцения пика считается линейной (при нелинейном дрейфе требуется хорошее разделение пиков и знание закона поведения базисной линии между пиками).

Кроме того, при изменении ширины или полуширины пика требуемый уровень определяется относительно точки ((точка а на фиг. 2 а), принадлежащей высоте пика h и соединяющей оконечные точки пика (Ни К на фиг. 2a) . При этом асимметричный пик Н РК аппроксимируется симметричной кривой н р К . Прямая является основанием пика, равным 66 и представляет собой проекцию прямой нк на ось времени

При наличии дрейфа базисной линии, как следует из фиг. 2а, площадь пика определяется соотношением вида

6 ((«< )(4„ - H „-5„) (> -h )1 где 4 „, 4 и h" — измеренные относительно нулевого уровня (фиг. 2а) амплитуды пика и его значения в моменты времени и и 1к соответственно; макс — момент времени, соответствующий прохождению амп литудного значения пика.

В предлагаемом устройстве в качестве блока 6 определения начала и конца пика и блока 9 коррекции базис . ного сигнала могут использоваться блоки, описанные в f4) . Причем в качестве блока 6 можно использовать объединенные блок селекции и блок управления; блок 9 коррекции упрощается за счет исключения из его состава реверсивного счетчика, так как на вход блока 9 поступает цифровой код с выхода преобразователя 1. При использовании такого блока 9 соотношение (3) упрощается за счет компенсации (фиг. 2б) и принимает вид .а. -. °

6 (Ä3„,- <1) у где т«4 >

4 макс H ) значение хроматографического сигнала в момент окончания цика (cM. фиг. 2б). устройство для определения площади хроматографического пика работает следующим образом.

В исходном состоянии ключ 3 заперт, первая 7, вторая 8 и третья 12 группы элементов h также заперты, счетчик 5 обнулен (цепь обнуления не йоказана) °

При поступлении сигнала на вход устройства начинает свою работу

1095199 блок б определения начала и конца пика, аналого-цифровой преобразователь 1 преобразует поступивший сигнал в цифровую форму, запускается генератор 4 импульсов (запуск может быть ручным или. автоматическим) .

Причем, частота следования импульсов подбирается пропорциональной постоян. ному коэффициенту в формуле (4), так что содержимое счетчика 5 получается умноженным на коэффициент К=. 2С(6.

Информация с выхода аналого-цифрового преобразователя 1 поступает на вход блока 2 определения экстремума, на выходе которого сигнал появляется в момент обнаружения экстремума, а 15 с группы выходов снимается код, соответствующий величине обнаруженного экстремума. Выход аналого-цифрового преобразователя 1 соединен также с информационными входами блока 9 кор- уО рекции базисной линии, в который поступает информация до прихода сигнала обнаружения начала пика со второго выхода блока б определения начала и конца пика. В момент прихода 25 этого сигнала поступление информации с выхода аналого-цифрового преобразователя 1 прекращается; в блоке коррекции базисной линии 3 запоминаI ется текущее значение нуля(И на фиг. 2a), которое преобразуется цифро-аналоговым преобразователем, входящим в состав блока 9 коррекции базисного сигнала, и в виде напряже. ния отрицательной полярности подается на второй вход аналого-цифрового преобразователя 1, компенсируя входной сигнал. В момент обнаружения начала пика также отпирается ключ 3:. и начинается заполнение счетчика 5.

При прохождении хроматографической 4О функции через максимум блок 2 определения экстремума на своей группе выходов выдает. значение обнаруженно го экстремума, которое поступает на входы второго блока 13 умножения, 45 а с выхода поступает сигнал, фиксирующий момент появления экстремума.

По этому сигналу отпираются элементы

И группы 12 и содержимое счетчика 5, соответствующее отрезку времени от 50 начала пика до его максимума, умноженное на коэффициент К, поступает на вторую группу входов первого блока 10 умножения, на первую группу входов которого поступает значение функции в момент обнаружения конца пика, причем все три группы элементов И находятся в открытом состоянии только во время действия управляющих сигналов, поступающих на их соответствующие входы. Сигнал обнаружения конца пика с первого выхода блока б определения начала и конца пика отпирает группы 7 и 8 элементов И. Через группу 7 элементов И на входы второго блока 13 умножения проходит содержимое, счетчика 5, со-. ответствующее величине отрезка времени от начала пика до его конца, умноженное на коэффициент К. Через группу

7 элементов И проходит значение функции с выхода аналого-цифрового .преобразователя 1, соответствующее ординате конца пика.

Результаты умножения с выходов ,первого 10 и второго 13 блоков умножения поступают соответственно на первую (вход вычитаемого) и вторую (вход умеиьшаемого)группы входов блока 11 вычитания в котором осуществляется окончательное определение площади хроматографического пика в соответствии с формулой (4).

Рассмотренное техническое. решение позволяет повысить точность опреде- ления .площади хроматографического пика за счет учета асимметрии последнего и дрейфа базисной линии. хроматографического сигнала. Достоинство устройства заключается в простоте используемого алгоритма вычисления площади, который предусматривает определение величины средяеквадратич ного отклонения как шестой части отрезка времени оТ начала до конца пика, что не представляет собой никаких затруднений с точки зрения технической реализации, в то время как, определение среднеквадратичного отклонения является основной трудностью при проектировании и создании устройств подобного типа. Повышение точности и упрощение операции определения площади пиков хроматограмм повышает эффективность хромато графического анализа в целом.

1095199

Р Р

Ф макс.

Составитель С.Казинов

Редактор В.Ковтун Техред С.Легеза Корректор О.Тигор

Заказ 3600/32 Тираж 699 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул. Проектная, 4