(医疗药品)中国药品检验标准操作规范版色谱数据处理系统

色谱数据处理系统

1简述

色谱数据处理系统广泛应用于色谱分离中色谱成分的定性及定量处理，经各种色谱条件分离后的色谱成分按时间或距离的变化经过检测器以色谱峰的形式给出色谱信号的色谱图均适用于用色谱数据处理系统进行数据处理。它是气相色谱、高效液相色谱、高效毛细管电泳及薄层色谱扫描等仪器中必需的配套设备。

用于定性分析的主要依据是色谱峰的保留时间（t R）或电迁移时间（t m）、色谱图形状及检测器对色谱成分的选择性响应，如色谱成分吸收光谱等数据。

用于定量分析的主要依据是色谱峰的高度或面积及检测器对色谱成分的响应因子。由于色谱分离受众多条件的制约，色谱图中色谱峰的形状及分离情况十分复杂，准确的保留时间、峰高度和面积的求得，必需考虑基线变化、不完全分离的分割及其测试和补偿方法等因素。色谱数据处理系统必需具备上述功能。

近年来由于电子技术和计算机技术的飞速发展及其在各种领域中的大量应用，目前色谱数据处理系统大致可分下列类型：

（1）单纯专用色谱处理机（积分仪）能对色谱信号记录保留时间，对色谱峰的分析处理参数进行设置，作必要的分割处理，编制时间程序，用数字及符号记录处理后的结果，以及利用定量参数进行定量分析计算和打印简单的结果报告，早期的仪器不能记录色谱图，须另备记录器记录图谱，后期产品则可用打印器同时记录图谱，各种参数可以存贮在机内的文件中。

（2）功能比较齐全的专用色谱处理机采用功能比较齐全的计算机作为色谱数据处理机，增加了外围设备、存贮器容量及应用软件，如参数的设置、时间程序等的编制，采用人机对话或菜单式目录，用选择项目或填入字符等简单方法操作，实时显示或打印色谱图，允

许用一种或数种高级语言编制程序，通过接口实现仪器的高度自动化操作，如以专用BASIC 语言编制程序达到调节控制仪器工作条件、自动进样、记录和分析数据、自动打印报告等操作。各种操作程序、分析参数、原始色谱图及处理结果报告等均可以文件形式贮存于计算机的软、硬磁盘中，可对原始色谱图用不同参数进行重新计算，以获得符合需要的结果。原始色谱图可以任意多次使用而不需做重复的分析。根据格式在一定范围内可由使用者任意安排，色谱图上可以表示出各种补偿方式所得出的结果，可供使用者判断设定参数是否合理。

可以用高级语言编程的专用机，通常可以根据自己需要编写一些应用程序，以利用该色谱数据处理机进行一些如标准曲!线绘制等图表处理，或计算理论板数等色谱性能测试及标准偏差和相对标准偏差等的统计计算等。

这类专用计算机一般不能与通用计算机兼容，大多数通用机上的操作系统和应用程序一般不能在这类专用机上运行。

（3）通用计算机用作色谱数据处理机通用计算机用作色谱数据处理机以使用个人计算机（PC）为多。其优点是：性能价格比较高，可以利用现有的硬件和操作系统，使设计制造的工作量减少到只需考虑接口和工作软件。目前大部分应用微软的Windows操作系统，充分利用菜单式操作系统、彩色显示屏幕和鼠标等外围设备，使操作简单、直观，并且利用Windows的多窗口操作的功能，计算机还可以同时用于其它用途。

用通用计算机作为色谱数据处理机的仪器发展较快，除常规的色谱数据处理机外，有些检测器如二级管阵列检测器及质谱检测器等因要求运算速度快、信息存贮量大，也必须应用通用计算机。随着通用计算机速度和容量的发展，目前较新的色谱数据处理机已大大扩展了应用范围，适用于多种方式组合的色谱系统及多种检测器，也可以同时控制多个色谱系统。

随着信息化管理（LIMS等）及GLP等的要求，目前较新的色谱处理机可以在采集色谱信号的同时采集测定条件、环境参数等，还采用电子签名、预警系统和故障诊断等，减少工

作失误，增加数据的完整性、可靠性；并且可以用多种文本方式（如□.TXT、□.XLS、□.HTM 等格式）存贮，便于数据输出、统计及交流共享等。色谱仪器与通用计算机的接口也有部分已采用网卡，在与通用计算机兼容性增强的同时也为网络化操作、管理提供了方便。

典型的色谱信号数据处理部分系统结构和外围设备见图1。

图1色谱信号数据处理部分系统结构和外围设备

色谱信号通过信号处理后进行模数转换，将模拟信号转变为数字信号，作为原始数据通过接口送入计算机中处理单元进行处理，处理结果通过显示器显示用打印绘图仪打出，操作指令及参数等通过键盘输入，仪器本身的控制和操作通过接口完成。只读存贮器用于输出操作程序，读写存贮器用于输入和输出各种操作系统、色谱及数据等文件。

色谱信号原始数据一般流程如下：

1.1色谱参数采自色谱仪的信号因受许多因素的影响而变化很多。为了得到准确的分析结果，必须在整个分析过程中用各种不同参数处理色谱数据，以区别色谱的真假和需要进行修正的信号，通常在分析过程中需要指定的参数有：峰处理参数，记录参数，计算参数及鉴定表参数等。

1.1.1峰处理参数对来自色谱仪检测器信号采集后进行检测。符合设定条件者，作为色谱峰进行保留和处理。这些参数主要用以判断信号是否符合色谱峰的条件及决定是否需要保留。峰处理的主要参数如下。

1.1.1.1峰宽色谱峰的半峰宽。半峰宽大于指定参数者予以保留，否则舍弃。并决定对信号进行取样频率、数字滤波和平滑处理的程度。

1.1.1.2斜率（阈值）决定峰检测的灵敏度。设定值大，灵敏度低，反之灵敏度高。也用斜率确定峰的起止点，峰斜率超过设定值时作为峰开始的确认点，检测器信号作为峰开始检出，至峰斜率低于设定值时，信号作为峰的结束点确认。一般狭峰斜率变化大，设定值亦

大，灵敏度低。宽峰斜率变化小，设定值小，灵敏度高。设定值过大易将有用色谱峰作为噪声处理而丢失，过小易将大的噪声信号作为色谱峰处理。一般色谱数据处理系统有根据设定的峰宽测定一定时间的基线信号而自动决定斜率值的功能。

1.1.1.3最小面积对色谱峰的面积进行测量，与设定值比较，大于设定值作为色谱峰，小于设定值者作为噪声舍弃。

1.1.1.4基线校正根据色谱峰的分离情况确定基线校正。基线校正情况对色谱峰面积或峰高的计算均有很大影响，通常色谱峰的分离情况可以分为以下三类。

1.1.1.4.1完全分离峰2个峰间的峰谷宽大于或等于第一峰的二倍峰宽时，谷底作为基线结束点，第一峰的面积或峰高均以谷底（B）为基线处理，不作任何补偿（图2），或第一峰结束点已在以起点的水平基线阈值范围内，亦作为完全分离峰处理（图3）。

图2完全分离峰的基线位置阈值

图3完全分离峰的谷底与设定阈值的关系

1.1.1.4.2重叠峰不能满足上述条件的连峰，为重叠峰。一组峰面积可以采用垂直分割方法测取峰面积，或用漂移值参数设置，设定新的基线作切线分割，或垂直分割与切线分割混合处理。（图4）。漂移值的设置大于谷点时作切线分割，小于谷底部分作垂直分割（图4c），漂移值可以按时间程序作不同改变，从而可根据需要确定分割方式，计算面积。

图4重叠峰基线校正示意图

1.1.1.4.3拖尾峰在拖尾峰的拖尾过程中出现叠加的骑峰，可以两种方式将主峰与骑峰分别计算面积。自动基线处理过程中比较主峰至谷半峰宽以及主峰与骑峰半峰高比例关系而确定是否拖尾峰，其示意图见图5。

图5拖尾峰的确定示意图

如认为不满足上述条件的峰也应拖尾处理时，可用时间程序的强制拖尾处理功能处理成拖尾峰。

1.1.1.5其它峰处理参数其它峰处理参数如变参时间：可随设定时间自动将峰宽参数增加!倍，斜率减小1倍，以适应色谱峰随时间增加扩散而变化的需要。锁定时间参数：在指定时间内仪器暂停色谱数据处理，而使该段时间内的峰删除。停止时间：用于设定色谱分析完毕自动停止数据采集的时间，便于利用程序设计达到全自动分析的目的。

1.1.2记录参数作用于色谱图的参数：用衰减参数调节积分灵敏度，使色谱信号在规定的灵敏度范围记录，用记录纸速调节色谱图的长度。对于色谱工作站，可以通过调节纵、横坐标来调节色谱图的形状与大小。

1.1.3计算参数计算参数包括方法选择，内标重量，样品重量等参数。通过计算参数及有关的参数，可以选择包括峰面积或峰高的选择，保留时间报告方式及定量方法的选择等。定量方法主要有归一化法，内标法，绝对校准曲线（外标）法，平方根计算法和指数计算法。以前3种方法最为常用。在内标法计算中需要采用内标重量和样品重量2个参数，用以将各含量结果计算为百分比浓度或各种单位。

内标及外标方法定量分析，常用一种浓度的标准溶液作为标准试样，求得响应因子后测定。如被测成分的响应曲线不通过原点，可用2个标准品浓度，求得2个响应因子后，用内插法计算样品含量或利用多点标准曲线法测量样品。

1.1.4鉴定表参数鉴定表在定量分析过程中是很需要的，利用鉴定表可以对峰进行鉴别，规定保留时间的允许误差范围（时间窗及时间带法）；根据各种标准品已知的浓度从色谱峰面积或峰高求得互相间的响应因子，再从样品色谱峰的面积或峰高与响应因子求得各自的含量。

2色谱数据处理系统的性能检定

色谱数据处理系统因种类繁多，性能各异，功能的简繁程度可相差很远，因此长期以来缺少比较通用的检定方法。现根据主要指标提出的检定方法简述如下。

色谱信号测量范围和线性误差大多数色谱数据处理系统和信号测量处理范围为-5~1000mV，个别仪器还可向两端略加延伸，在电压测量范围内线性误差极限，一般不大于0.2%。

色谱信号测量范围和线性误差测试向色谱数据处理系统输入标准电压。标准电压由精密电子电位差计产生，并用精度为6?位的数字电压表监视，测试14个电压点的读数。14点应选全量程内比较有代表性电压，一般可选-4000μV，-2000μV，0V，1000μV，5000μV，10mV，20mV，40mV，80mV，160mV，320mV，640mV，800mV，1000mV。每个电压测试3次后求平均值，然后计算线性误差极限，应能符合上述要求。

2.2色谱数据处理系统信号输入阻抗色谱数据处理的信号输入阻抗一般不小于10MΩ，输入阻抗太小的色谱数据处理机在检测器输出阻抗很大时易引起误差。但现代色谱检测器的输出信号均经过信号放大和阻抗变换，仪器的输出电压范围一般为0~100mV、0~1V或0~10V，输出阻抗均较低。

输入阻抗的测试受试仪器接通电源，信号输入的“＋”端与电阻R（107Ω）串联（图6），输入电压1V，分别测量电阻串联时电压V1和电阻被短路时的电压V2，按式（1）计算输入

阻抗R A，其结果应符合

用pH计mV档代替。

（1）

2.3积分灵敏度积分灵敏度目前一般仪器可达0.5μV·s，个别达0.1μV·s，一般不小于0.1μV·s。

积分灵敏度的测试将数据处理系统信号输入端与标准信号发生器连接，用精密数字电压表监视信号发生器发生的标准方波或完全分离的三角波，周期为200s，峰高为1mV，半峰

宽为30s，信号见图7。标准信号的重复性应在0.1%以内，每隔3.2s采样1次电平信号按式（2）计算数字电压表面积积分值。

图7标准信号波形

将数字电压表的面积积分值（单位为μV·s）与被测仪器的面积测量值比较，被测仪器的面积测量值不低于数字电压表的面积分值，即符合2.3的要求。

（2）式中V AR为数字电压表的面积积分值；

V i为每次采样的电平值；

V D为信号初始电平值。

2.4测量重复性误差极限测量面积时不大于0.1%，测量峰高时不大于0.5%。

测量重复性误差的测试被测仪器与标准信号源连接测试完全分离的三角波，每隔半小时测试1次，重复测试不少于30次，间隔时间应不小于半小时，计算重复性误差应能符合2.4要求。

2.5最小半峰宽色谱数据处理系统应能保证如毛细管气相色谱分离的需要，即至少可测量完全分离的色谱峰的半峰宽为0.2s。

最小半峰宽的测量以半峰宽为0.2s或其他具体规定的完全分离的三角波作为测试信号，峰高1mV，测量的重复性误差应能符合2.4的要求。

3样品测定操作方法

样品的具体分析随仪器的不同有较大的变化，其一般测定步骤如下。

3.1简单测试（归一化法）样品经制备成适于测定的溶液后，调节色谱仪器的参数，使能得到满意的色谱图。调节色谱数据处理系统的参数，使符合分析的需要，用适当方法显示或记录色谱图，以观察各组分分离情况、基线是否符合需要及分离时间是否合适等。调节色

谱仪检测器的基线零点，用自动斜率测试或适当方法决定斜率或阈值设定值，用普通归一法记录色谱图，求得各组分的保留时间及色谱峰的面积或峰高。根据实际情况调节各数据处理参数，直至得到满意的色谱图为止。根据各组分的保留时间或迁移时间可以定性分析，当有疑问时，可进一步采用其他选择性检测器（如DAD）或在供试液中加入对照品进行测试，观察峰的对称性及保留时间的变化。所得结果中可以求得各组分的归一化为100%的各组分的百分比。使用此方法应注意以下问题：①各组分在检测器上响应可能不同；②当各组分浓度相差较大时，是否在检测器线性响应范围内；③扣除溶剂峰或进样峰的影响；④各组分在本色谱系统中都出峰。

3.2其他计算方法的测试用归一化法以外的方法（包括校正面积归一化法）测定的样品先以3.1方法求得各组分的保留时间值、据此制备鉴定表或组分表。选择需要测定的色谱峰输入相应的保留时间值、保留时间允许误差范围（时间窗或时间带法），输入相应的已知浓度的标准样品浓度值和其他鉴定表参数，设定选用的方法，进行校准操作，求得各组分的响应因子。最后注入供试品，记录色谱图，报告测定结果。可以根据色谱数据处理系统的功能选择打印格式。

4测量操作注意事项

4.1色谱处理参数的准确设置是保证得到准确定量结果的必要手段，由于样品组分的色谱行为往往互相差别较大，分离情况不能全部符合理想要求，要得到准确的结果在很大程度上与参数的正确选择有关。不完全分离的峰基本按1.1色谱参数的原则处理，无适宜处理方法的可以编制时间程序，按分析经过时间变动参数，以得到满意的结果。对每一次分析测试，原则上要采用同一组色谱峰处理参数。

4.2定量分析时应注意浓度及重量计算单位，对测定结果有怀疑时可根据色谱峰测定结果（面积或峰高值）手工计算，并与仪器计算结果核对。

4.3使用色谱数据处理系统时，色谱仪检测信号输出端与色谱数据处理系统信号输入端间的信号线应使用屏蔽线，长度一般在1.5m以内，连接应牢固可靠。二者均应接地良好，且其间不存在接地电位差，并注意不再引入其他噪声信号。工作环境不应有·++$·强电场和磁场变化。

4.4为减少供电源的影响，色谱数据处理系统的数据采样频率与供电电源交变频率之间应成整数倍数关系，如采样频率设定为1、2、5、10、12、25或50Hz等（我国市电交变频率为50Hz），并且尽可能采用稳定电源。

4.5对于毛细管柱色谱分析，为避免色谱信号记录失真而影响定量分析的准确性，数据采样频率一般应不低于10Hz。

5本标准操作规程主要适用于对常规的色谱信号处理操作。比较特殊的检测器如二极管阵列检测器及气相色谱)付里叶变换红外光谱联用仪器和色谱质谱联用仪器等的色谱信号处理有较大的特殊性，请参阅有关的仪器说明。

修订人：张叔良（上海市食品药品检验所）