一种高效液相色谱仪实验教学模型及实验方法

摘要

本发明公开了一种高效液相色谱仪教学实验学模型及实验方法，包括实验机箱，外围附件系统，计算机以及安装在计算机内的仿真液相色谱系统；所述实验机箱由进样单元、检测单元、通信单元、开关和指示灯组成，所述外围附件系统主要由进样孔、进样器、水管、透明玻璃管、废液瓶和储液瓶组成；所述计算机通过通信电路与实验机箱连接。本发明简洁、方便、经济、直观，可与仿真系统配合，不需要价格昂贵的仪器设备，药品可直接使用自来水，不需要制备样品。就能够实现全程模拟的仿真操作，帮助学生进一步理解仪器工作原理，掌握仪器的操作，提高学生动手能力和教学质量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种教学模型及实验方法，具体是一种高效液相色谱仪实验教学 模型及实验方法，属于教学技术领域。

背景技术

高效液相色谱仪是应用于化学，药学及其相关专业的常用仪器，仪器设备的 昂贵，高校仪器拥有量较少，且不正当操作极易造成仪器损坏。在本科教学中， 许多学生得不到动手的机会，学生无法透彻理解其中结构和工作原理，更难掌握 具体的使用方法和操作。

发明内容

本发明提供一种高效液相色谱仪实验教学模型及实验方法，不需要价格昂贵 的仪器设备、药品，与仿真操作软件配合，就能够实现全程模拟的仿真操作，帮 助同学们理解仪器工作原理，掌握仪器的操作。

为实现上述目的，本发明一种高效液相色谱仪实验教学模型，包括实验机箱， 外围附件系统，计算机以及安装在计算机内的仿真液相色谱系统；

所述实验机箱由进样单元、检测单元、通信单元、开关和指示灯组成，所述 进样单元、检测单元和通信单元内分别设有进样电路、检测电路和通信电路；所 述开关与进样电路电连接；所述指示灯与检测电路连接；

所述外围附件系统主要由进样孔、进样器、水管、透明玻璃管、废液瓶和储 液瓶组成；所述储液瓶通过水管与进样电路连接，所述进样电路通过水管与透明 玻璃管连接，所述透明玻璃管上部开口通过水管与进样孔连接，所述进样器通过 进样孔向透明玻璃管中进行加液，所述透明玻璃管下方通过水管进入检测电路；

所述计算机通过通信电路与实验机箱连接。

进一步，所述进样电路包括蠕动泵、电机控制模块和稳压电源；所述检测电 路包括红外对管检测装置和指示灯；所述通信电路包括单片机控制器和通信模块；

所述稳压电源与开关电连接，所述开关与蠕动泵电连接，所述蠕动泵与电机 控制模块电连接，所述电机控制模块与单片机控制器电连接，所述单片机控制器 通过通信模块与计算机连接，所述红外对管检测装置和指示灯与单片机控制器电 连接；所述蠕动泵吸水管通过水管与储液瓶连接，所述蠕动泵出水管通过水管与 透明玻璃管连接。

进一步，进样电路还包括继电器，所述继电器与蠕动泵电连接。

进一步，进样器是针管注射器。

一种高效液相色谱仪教学实验学模型的实验方法，所述仿真液相色谱系统包 括实验药品单元、流动相比例单元、数据库、图像显示单元、初始化软件通信单 元，具体方法如下：

1)在计算机上打开仿真液相色谱系统，在实验药品单元选择即将实验的样 品名称；

2)在流动相比例单元设置流动相比例；

3)按下实验机箱上的开关，通信模块为单片机控制器供电，稳压电源为电 机控制模块供电，并初始化系统通信，仿真液相色谱系统与单片机控制器建立通 讯；所述通信模块为USB通信线；

4)建立通讯后，仿真液相色谱系统给单片机控制器一个驱动电机模块工作 的信号，单片机控制器控制电机控制模块运转，从而带动蠕动泵开始工作，同时 系统将步骤(1)中的信息传送至单片机控制器，单片机控制器根据读取的流动 相比例，调节电机控制模块的占空比，进而调节蠕动泵的转速，从而实现流动相 的比例达到设定值；

5)蠕动泵工作后，储液瓶内的流动相通过水管进入蠕动泵并到达透明玻璃 管，此时用进样器向透明玻璃管中注射待测样品，待测样品与流动相混合之后进 入检测单元，位于检测单元的红外对管检测装置可判断是否有液体或水流通过， 若有，则红外对管检测装置会发出信号，单片机控制模接收到信号后，控制指示 灯长亮；同时，单片机控制器通过通信模块将信号传送给计算机中的仿真液相色 谱仪系统，系统接收有液体通过的信号后，会读取根据设定好的样品和流动相比， 读取数据库相应的数据，查看相应的实验报告，动态波峰图等结果。

本发明通过稳压电源连接开关、继电器，继电器连接蠕动泵，蠕动泵连接在 电机控制模块上，蠕动泵的吸水端连接在储液瓶中，电机控制模块和通信模块连 接在单片机系统上，实现了模型与仿真操作系统的通信，可根据仿真操作系统参 数设置的不同，调节蠕动泵的转速，进而调节进样比例，较好地达成了实验效果。 本实验模型及实验方法简洁、方便、经济、直观，与仿真系统配合，不需要价格 昂贵的仪器设备，药品可直接使用自来水，不需要制备样品，就能够实现全程模 拟的仿真操作，帮助学生进一步理解仪器工作原理，掌握仪器的操作，提高学生 动手能力和教学质量。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明的电原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1和图2所示，本发明一种高效液相色谱仪教学实验学模型，包括实验 机箱1，外围附件系统，计算机以及安装在计算机内的仿真液相色谱系统；

所述实验机箱1由进样单元1-1、检测单元1-2、通信单元1-3、开关1-4 和指示灯1-5组成，所述进样单元1-1、检测单元1-2和通信单元1-3内分别设 有进样电路3-1、检测电路3-2和通信电路3-3；所述开关1-4与进样电路3-1 电连接；所述指示灯1-5与检测电路3-2连接，指示灯1-5可判断检测电路是否 有样品流过；

所述外围附件系统主要由进样孔2-1、进样器2-2、水管2-3、透明玻璃管 2-4、废液瓶2-5和储液瓶2-6组成；所述储液瓶2-6通过水管2-3与进样电路 3-1连接，所述进样电路3-1通过水管2-3与透明玻璃管2-4连接，所述透明玻 璃管2-4上部开口通过水管2-3与进样孔2-1连接，所述进样器2-2通过进样孔 2-1向透明玻璃管2-4中进行加液，所述透明玻璃管2-4下方通过水管2-3进入 检测电路3-3；

所述计算机通过通信电路与实验机箱1连接。

作为本发明对上述技术方案的改进，所述进样电路3-1包括蠕动泵、电机控 制模块和稳压电源，可根据仿真液相色谱仪系统设定的流动相比例的不同，调节 转速。

所述检测电路3-2包括红外对管检测装置和指示灯1-5，能够判断是否有水 流通过，通过指示灯1-5显示目前工作状态；

所述通信电路3-3包括单片机控制器和通信模块，通信电路实现了仿真液相 色谱仪系统与实验机箱1的通信；

所述稳压电源与开关1-4电连接，所述开关1-4与蠕动泵电连接，所述蠕动 泵与电机控制模块电连接，所述电机控制模块与单片机控制器电连接，所述单片 机控制器通过通信模块与计算机连接，所述单片机控制器的型号为STC89C51， 所述红外对管检测装置和指示灯1-5与单片机控制器电连接；所述蠕动泵吸水端 通过水管2-3与储液瓶2-6连接，所述蠕动泵出水端通过水管2-3与透明玻璃管 2-4连接。

作为本发明对上述技术方案的进一步改进，所述进样电路3-1还包括继电器， 所述继电器与蠕动泵电连接，当电流或电压过大时，继电器会自动断开，有效地 保护了电路中各元件的安全，延长了各元件的使用寿命。

作为本发明对上述技术的优选方案，所述进样器2-2是针管注射器，便于注 射样品，当然进样器2-2也可以是其他形式。

一种高效液相色谱仪教学实验学模型的实验方法，所述仿真液相色谱系统包 括实验药品单元、流动相比例单元、数据库、图像显示单元、初始化软件通信单 元，具体方法如下：

1)在计算机上打开仿真液相色谱系统，在实验药品单元选择待测样品的名 称；

2)在流动相比例单元设置流动相比例；

3)按下实验机箱1上的开关1-4，通信模块为单片机控制器供电，稳压电 源为电机控制模块供电并初始化系统通信，仿真液相色谱系统与单片机控制器建 立通讯，所述通信模块为USB通信线；

4)建立通讯后，仿真液相色谱系统给单片机控制器一个驱动电机模块工作 的信号，单片机控制器控制电机控制模块运转，从而带动蠕动泵开始工作，同时 系统将步骤(1)中的信息传送至单片机控制器，单片机控制器根据读取的流动 相比例，调节电机控制模块的占空比，进而调节蠕动泵的转速，从而实现流动相 的比例达到设定值；

5)蠕动泵工作后，储液瓶2-6内的流动相通过水管进入蠕动泵并到达透明 玻璃管2-4，此时用进样器2-2向透明玻璃管2-4中注射待测样品，待测样品与 流动相混合之后进入检测单元1-2，位于检测单元1-2的红外对管检测装置可判 断是否有液体或水流通过，若有，则红外对管检测装置会发出信号，单片机控制 模接收到信号后，控制指示灯1-5长亮；同时，单片机控制器通过通信模块将信 号传送给计算机中的仿真液相色谱仪系统，系统接收有液体通过的信号后，会读 取根据设定好的样品名称和流动相比，读取数据库相应的数据，查看相应的实验 报告，动态波峰图等结果。

本发明通过教学实验学模型与仿真液相色谱仪系统的通信，实现了进样比例 的调节，通过进样器2-2与进样孔2-1的配合模拟了进样步骤，通过透明玻璃管 2-4的设计模拟色谱柱，方便同学清晰观察实验原理，通过检测电路3-2、指示 灯1-4的设计，模拟了色谱分析的环节，通过实验机箱1的设计，不需要真实的 色谱柱、色谱泵，色谱分析仪等昂贵的部件，不需要制备样品就实现了液相色谱 仪的仿真操作，整个环节结束之后，仿真液相色谱仪系统可给出相应的动态色谱 图，达到全程模拟仿真的效果，帮助同学们理解仪器的工作原理，掌握仪器的操 作。