具有梯度阀控制电路的液相色谱仪及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及化学分析领域，特别涉及具有梯度阀控制电路的液相色谱仪及其控制方法。
【背景技术】
[0002]高效液相色谱法是色谱法的一个重要分支，其是以液体为流动相，采用高压输液系统，将具有不同极性的单一溶剂或不同比例的混合溶剂、缓冲液等流动相泵入装有固定相的色谱柱，被测样品的各成分在色谱柱内被分离后，进入检测器进行检测，从而实现对样品的定性定量分析。该方法已成为化学、医学、工业、农学、商检和法检等学科领域中重要的分离分析技术。高效液相色谱仪(HPLC)是用于此分析方法的仪器。
[0003]高效液相色谱仪中的输液泵主要用于将一种或多种流动相注入到系统中，输液泵主要由多元梯度阀和串联柱塞泵连接组成，多元梯度阀具有多个电磁阀，每个电磁阀分别用于接收一种流动相，然后通过梯度阀的公共通道后，进入串联柱塞泵。电磁阀在通电后分别用于实现其对应液路的打开和关闭。当电磁阀内部线圈通电时，阀体内部的铁芯在电磁力的作用下克服恢复弹簧的作用力，发生运动，从而打开了之前位置处挡住的液路通道，液体流过该通道从梯度阀的公共端流出进入色谱仪系统；在断电的时候，电磁阀内部线圈由于失去电磁力，无法克服弹簧弹力，从而被弹簧反弹至初始位置，密封了该通道与公共通道的液路连接，该通道关闭。
[0004]在高效液相色谱仪中，多元梯度阀的作用是按照用户设定的混合比例去分配多路流动相液体，而是否准确的按设定的混合比例去混合流动相，是影响测试结果的重要因素。由于电磁阀的结构原因，在每个电磁阀开启和关闭的时候都具有一定的响应时间(具体的延迟时间与电磁阀的机械结构相关)，参考图1，是电磁阀工作过程中的电流变化曲线，(1)ab段:电磁阀开始通电，当电磁阀线圈通入电流后，由于线圈存在电感，产生的反电动势阻碍线圈中电流增加，使其不能迅速达到稳态值；该电流产生的电磁力不足以克服阀芯所受的运动阻力(阻尼弹簧、静摩擦力)，阀芯没有打开。(2)be段:当线圈电流增大到b点后，电磁力克服阀芯所受的运动阻力(阻尼弹簧、静摩擦力)，阀芯开始运动，此时由于线圈的反电动势作用，线圈的电流此时反而变小了，电动力同时减小。但阻力也随之变小。(3)cd段。此阶段阀芯到达最大位置，由于此时阀芯不动，线圈的电感不变，所以电流重新上升，它与前一阶段电流曲线存在一交点(c点)，这一点正是阀芯刚好到达最大开启位置的时刻。
(4)ef段:电磁阀断电，断电后外加电压为0V，由于电磁阀线圈电感的作用，电流不会突变，剩余的电流使阀芯慢慢关闭。可见，ac段和ef段分别是电磁阀在开启和关闭时的响应时间，而液体的流量与电磁阀的开启时间是成正比的，所以响应时间越大就会导致液体流量超出标准量越多，使得每个通道传输的液体量不准确，进而导致混合后的液体比例不准确，最终影响液相色谱仪的测量结果。
[0005]终上所述，现有技术中缺乏一种梯度阀中的电磁阀在开始和关闭时能够快速响应的液相色谱仪。
【发明内容】
[0006]为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种可以提高梯度阀中电磁阀响应速度的液相色谱仪。
[0007]本发明提出了一种具有梯度阀控制电路的液相色谱仪，包括N元梯度阀和梯度阀控制电路，N > 2，所述N元梯度阀具有N个电磁阀，所述梯度阀控制电路用于控制N个电磁阀的开启和关闭，所述梯度阀控制电路和至少一个所述电磁阀之间连接有一个调节电路，所述调节电路包括一个mos管、一个放电电阻和一个反向二极管，所述梯度阀控制电路的输出端与所述电磁阀的第一电压输入端连接，所述mos管的栅极与所述电磁阀的第一电压输入端连接，所述mos管的漏极与所述电磁阀的第二电压输入端连接，所述mos管的源极与地连接，所述放电电阻并联连接在mos管的漏极与源极之间，所述反向二极管的负极与所述电磁阀的第一电压输入端连接，所述的反向二极管的正极与地连接。
[0008]在本发明所述的液相色谱仪中，所述梯度阀控制电路的输出端与所述电磁阀的第一电压输入端之间还可以连接有一逆流保护二极管，所述逆流二极管的正极与所述梯度阀控制电路的输出端连接，所述逆流二极管的负极与所述电磁阀的第一电压输入端连接。
[0009]在本发明所述的液相色谱仪中，所述电磁阀的第一电压输入端和所述mos管的栅极之间还可以连接有一电容。
[0010]在本发明所述的液相色谱仪中，所述mos管的栅极与地之间连接有一电阻。
[0011]在本发明所述的液相色谱仪中，在mos管的漏极与源极之间连接有一发光二极管，所述的发光二极管与所述的放电电阻串联连接，所述的发光二极管的负极通过所述的放电电阻与所述mos管的漏极连接，所述发光二极管的正极与所述mos管的源极连接。
[0012]在本发明所述的液相色谱仪中，所述梯度阀控制电路和所述N个电磁阀中的任一电磁阀之间均连接有一个调节电路。
[0013]本发明还提出了一种用于上述液相色谱仪的控制方法，包括以下步骤:所述的梯度阀控制电路产生一直流电压信号，该直流电压信号的电压值大于所述电磁阀的额定电压，所述的电磁阀根据该直流电压信号进入开启状态；所述的梯度阀控制电路产生一脉宽调制信号，所述的电磁阀根据该脉冲调制信号保持开启状态；所述的梯度阀控制电路停止输出信号，所述的电磁阀进入关闭状态。
[0014]与现有技术相比，本发明所述的液相色谱仪，通过提高电磁阀的驱动电压，缩短电磁阀的开启响应时间；通过PWM(脉宽调制)的方式控制电磁阀的开启保持过程，不仅减小了线圈的功率损耗，提高了线圈的寿命，而且由于PWM的作用，线圈上的电流逐渐降低，在电磁关闭的时候，线圈上的电流较小，能够很快响应关闭动作，减少了电磁阀关闭时的响应时间；并且还通过调节放电电阻的大小，缩短放电时间，从而加快电磁阀的关闭响应时间；而且还通过反向二极管泄放掉线圈在关闭过程中产生的高压反向电动势，避免了高压反电动势对系统造成的不利影响。
【附图说明】
[0015]图1是现有技术中电磁阀在工作过程中的电流变化曲线。
[0016]图2是本发明实施例中的高效液相色谱仪2的结构示意图。
[0017]图3是本发明实施例中输液泵202的结构示意图。
[0018]图4是本发明实施例中的调节电路208的一种结构示意图。
[0019]图5是本发明实施例中电磁阀驱动电压和电流变化曲线图。
[0020]图6是本发明实施例中调节电路208的另一种结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图介绍本发明的较佳实施例。
[0022]参考图2，在本实施例中，高效液相色谱仪2包括溶液组织器201、四元输液泵202、进样器203、色谱柱204、检测器205、信息处理系统206、梯度阀控制电路207和调节电路208，溶液组织器201中的溶液经过脱气后，作为流动相被输液泵202注入到色谱仪的系统中，样品溶液经过进样器203注入流动相，并被流动相载入到色谱柱204 (固定相)内，由于样品溶液中的各组分与色谱柱具有不同的极性，样品溶液在色谱柱204中作相对运行时，经过反复多次的吸附-解吸的分配过程，各组分在移动速度上产生较大的差别，最后被分离成单个组分依次从色谱柱204内析出，析出的成分经过单色光的投射，检测器205检测到光强度的变化，并把这些光信号转换成电信号传送到信息处理系统206中，信息处理系统206对接收到的电信号进行分析，然后将分析结果以图谱形式显示出来。
[0023]作为举例说明，信息处理系统106可以是通过计算机等具有信息处理能力的设备实现。
[0024]作为举例说明，输液泵202可以是二元泵、四元泵等多元输液泵。
[0025]参考图3，在本实施例中，四元输液泵202主要由四元梯度阀2021和串联柱塞泵2022连接构成，四元梯度阀2022具有A、B、C、D四个电磁阀，每个电磁阀构成一个输液通道，用于传输一种流动相到梯度阀2021的公共通道，四个电磁阀交替与公共通道连接，将其通道中的流动相输送到串联柱塞泵2022中，串联柱塞泵2022将多种流动相混合后输出。梯度阀控制电路207根据流动相混合比例依序控制每个电磁阀的开启和关闭，通过控制电磁阀的开启保持时间，控制该输液通道的液体流量。
[0026]作为举例说明，梯度阀控制电路207可以由DSP和驱动电路构成，驱动电路可以由L293DD等驱动芯片构成。
[0027]为了解决现有技术中电磁阀在开启和关闭时存在响应时间的问题，本发明在梯度阀控制电路和电磁阀之间增加了一个调节电路208，用于调节电磁阀的开启响应时间和关闭响应时间。
[0028]在本实施例中，在梯度阀控制电路207与A、B、C、D电磁阀之间分别连接有一个调节电路208，分别用于调节四个电磁阀的开启响应时间和关闭响应时间。参考图4，在本实施例中，调节电路208包括一个mos管2081、一个放电电阻2082和一个反向二极管2083，梯度阀控制电路207的输出端2084与电磁阀的第一电压输入端2085连接，mos管2081的栅极与电磁阀的第一电压输入端2085连接，mos管2081的漏极与电磁阀的第二电压输入端2086连接，mos管2081的源极与地连接，放电电阻2082连接在mos管2081的漏极与源极之间，反向二极管2083的负极与电磁阀的第一电压输入端2085连接，反向二极管2083的正极与地连接。
[0029]在本实施例中，梯度阀控制电路207中的控制电路的控制端发出使能信号，控制驱动电路输出电压信号，驱动电磁阀工作。
[0030]参考图5，是电磁阀的驱动电压变化曲线图。下面结合附图5介绍梯度阀控制电路207驱动电磁阀的工作过程。
[0031]1)电磁阀进入开启状态
[0032]梯度阀控制电路207的输出端2084产生一直流电压信号，该直流电压信号的幅值大于电磁阀的额定电压，电磁阀根据该直流电压信号进入开启状态。在电磁阀通电后，调节电路208进入过压开启状态，直流电压将M0S管2081打开，此时电磁阀的连接回路仅有M0S管2081通路连接到地，电磁阀在大电压下开启，并且持续一段时间(图5中ad段的时间)，这段时间内，电磁阀中的电流逐渐增大，使电磁阀完全开启。采用大于电磁阀额定电压的直流电压信号，目的是使电磁阀在大电压的驱动下，线圈中的电流变化率增大，这样会使线圈快速充电，产生电磁力，快速打开阀体，因此缩短了开启响应时间(图5中ac段的时间)。在选择直流电压持续的时间(ad段)时，既要保证电磁阀完全开启，又不会使电磁阀长时间的处于高压状态，即需要同时满足既快速开启，又不会损耗电磁阀寿命的条件，在满足上述