ХромКонструктор

Моделирование процесса разделения. Программа ХромКонструктор.

Программа ХромКонструктор - попытка моделировать разделение смеси в капиллярной колонке газового хроматографа. Главная цель - дать исследователям инструмент планирования анализа: оптимального выбора колонки и режимов хроматографирования для разделения смеси известных веществ. Сложность задачи планирования хроматографического анализа общеизвестна, особенно для специалистов, не имеющих достаточного опыта. Вторая цель - наглядное представление процесса разделения при обучении специалистов и студентов. Программа разрабатывается мной совместно В.В.Бражниковым на основе имеющихся литературных источников и экспериментальных данных.

     На первом этапе решается ограниченная задача: подразумевается использование только неполярной жидкой фазы.
     Компонентов смеси может быть до девяти. Для планирования анализа не обязательно включать в модель все ожидаемые вещества реальной смеси, достаточно задать первое и последнее, а также попарно - трудноразделимые. Компоненты могут выбираться из некоей библиотеки соединений, оттуда же программа берет индексы Ковача с учетом установленной температуры. Можно задавать вещества и отвлеченно - через индексы Ковача.
     Зоны веществ в колонке обозначаются двумя способами: как закрашенные с гауссовой плотностью области соотвестствующего цвета, либо более условным способом - в виде гауссиан (рис. внизу слева). Первый способ нагляднее для начинающих, если оставить три компонента, которым соответствуют три основных цвета, можно наблюдать перекрытие зон.
      Задаются параметры колонки, ее температура, в том числе программируемая, газ носитель и его давление на входе в колонку, которое далее тоже можно будет программировать. Программа вычисляет скорость движения газа, "мертвое" время колонки, линейные скорости движения компонентов, время их удерживания. На данный момент время удерживания для всех режимов вычисляется с точностью не хуже 10% в сопоставлениии с экспериментальными данными и с учетом всех факторов. Они учитываются в полной мере на основе теоретических и имперических зависимостей. Также программа вычисляет ширину пиков, параметры разделения.
     Установленную совокупность параметров и режимов - методику - можно запомнить в отдельном файле, все текущие данные также сохраняются.
     Кроме задачи опробования установленной методики предусматривается в дальнейшем обеспечить оптимизацию, т. е. выбор условий для разделения установленной смеси с заданным качеством разделения за минимальное время с использованием наиболее дешевой колонки.
     Визуальное представление хроматографического процесса решено на данный момент следующим образом. Процесс по времени ускорен примерно в 100 раз. Ввиду дискретности отображения и ограниченного разрешения (малого числа кинокадров) не получается плавной линии хроматограммы на узких пиках. В дальнейшем эти недостатки будут устранены: программа будет рисовать "хроматограммы" математическим построением гауссиан, т. к. все нужные параметры "пиков" вычисляются заранее.
     В последней версии программы (2008 г.) хроматограмма транслируется формат системы ХромПроцессор для хранения и обработки. Программа ХромПроцессор соответственно дается в комплекте поставки.

В качестве примера хочу показать результат сравнения экспериментальных данных с моделью, построенной программой ХромКонструктор. Были воспроизведены условия анализа бензинов по методу PIANO. Экспериментальные данные получены ранее во ВНИИБП при участии Л.М. Грейдина по методике фирмы Neolab. Условия анализа следующие.
- Колонка Supelco 100 м, внутренний диаметр 0.32 мм, SE-30 пленка 2 мкм.
- Температура колонки - многоступенчатая программа 35g-13m;5g/m;45g-15m;1g/m;60g-15m;2g/m;220g.
- Газ-носитель гелий, давление на входе в колонку 150кПа.
- Продолжительность анализа 110 мин.
Сопосталялось время удерживания 9 нормальных парафинов от бутана до додекана. На график нанесены точки модели - синим цветом, и аналогичные данные по 4 хроматограммам бензинов прямой гонки.

Как видим, совпадение удовлетворительное, хотя посередине (от С7 до С10) имеется расхождение до 8%, и это следствие погрешности модели, т. к. сходимость экспериментальных данных очень хорошая. Вместе с тем можно порадоваться, что программа уже позволяет моделировать с приемлемой точностью столь сложные анализы.
Продвижение разработки позволяет надяться на конечный успех проекта. Приглашаем всех заинтересованных специалистов к его обсуждению и к участию в работе.

Главная страница ХромПроцессор