[化学]多因素试验设计与工艺优化

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1、多因素试验设计与优化李瑞雪什么是试验设计：试验设计研究在各种条件下如何科学地安排试验，以及试验结果的统计计算处理。正交试验设计、均匀设计是大家熟悉的多因素试验设计方法，可使研究者既能节约时间和经费，又可取得满意的试验结果。试验研究的客观性、准确性、可重复性和数据化是试验的基本要求。试验设计是试验过程的依据，是试验结果数据处理的前提，也是提高研究质量的重要保证之一。试验设计的好坏关系到试验能否取得预期结果的重要保证，因此，选择科学有效的试验设计方法至关重要。“均匀设计”、“正交试验设计”是目前进行多因素试验设计行之有效的方法,

2、通过对两种试验设计方法的应用对比认为：“均匀设计”优于“正交试验设计”，它能更有效的提高研究工作质量和水平，节约时间，经费，并对研究对象的内在关系有较为明确的认识和了解,有利于工艺优化。本讲座主要介绍“均匀设计”及应用实例，可达到：1.进行工艺设计与优化例如，在某中药复方制剂提取工艺条件研究中，固定药材量，考察加水量、煎煮时间、煎煮次数对提取率的影响及工艺优化，根据结果数据计算得：＝1.977＋0.954Ａ＋1.142Ｂ－0.383Ｃn＝9R＝0.93F＝10.64S＝1.50F0.05,3,5＝5.41方程很显著，利用方程

3、进行指标优化预测，试验设计最高提取率为21.95%，根据预测条件指标优化预测与实测结果───────────────────────№因素ＡＢＣ预测值%实测值%────────────────────1203223.7123.142204224.8623.673202222.5722.69───────────────────────指标的实测结果均高于21.95%2．了解研究对象的作用机理复方安乃近微型灌肠剂是以安乃近,盐酸氯丙嗪为主药,加入附加剂明胶制成澄明凝胶制剂,具有解热镇痛镇静作用,用于小儿高热及其引起的痉挛,烦燥

4、、头痛、神经肌肉痛等。固定安乃近的量考察盐酸氯苯嗪和明胶对安乃近直肠吸收的影响。＝57.5662＋44.91Ｂ－1.85Ｃn＝6R＝0.96F＝18.32S＝7.22F0.05,2,3=9.55由方程知盐酸氯丙嗪具有促进安乃近直肠吸收的作用,明胶有一定的阻碍作用,在取值范围内百分浓度不宜高,最后确定的百分浓度在6％左右比较适中。通过试验设计与计算明确了：在复方安乃近微型灌肠剂中,盐酸氯丙嗪和明胶对安乃近直肠吸收的作用机理。3．了解试验结果（指标）与各因素间的关系以及各因素间的关系.＝0.4195＋0.1708A＋0.0828

5、B－0.1332C－0.0008Dn=8R=0.92F=5.41S=0.05F0.1,4,4=4.11因素A，B在取值范围内宜取上限值，C（催化剂）不宜高，D（反应时间）不超过8小时。因素间相关系数矩阵──────────────────因素ＡＢＣＤ──────────────────Ａ1.000Ｂ0.5001.000Ｃ0.1000.5001.000Ｄ0.100-0.4000.1001.000──────────────────单相关系数临界值r0.1,7＝0.582,因素间的相关系数均未超过临界值，因素间不存在强相关。4.

6、判定原来确定的因素及其取值范围是否恰当,如因素D（反应时间）不宜长。＝0.4195＋0.1708A＋0.0828B－0.1332C－0.0008D5.根据方程找出因素的最佳组合，进行工艺优化，预测指标值的优化值，从而获得更好的结果。指标优化预测与实测结果─────────────────────────№因素ABCD预测值(%)实测值(%)──────────────────────11.83.30.3795.4693.2021.83.10.5791.0290.50─────────────────────────优化结果收

7、率均高于原设计结果中的最高收率86.4%,最后选择的工艺优化条件为：1.8,3.1,0.3,76.节约时间和经费，以较少的试验，揭示研究对象的内在规律，使研究者对研究对象有一个较为清晰的认识。主要介绍：1.均匀设计，均匀设计表及使用表。2.试验结果统计处理。１)试验结果数据的统计计算处理，计算程序的特点与应用。计算程序可在windowsXP运行.２)统计方程的显著性检验３)影响方程线性显著性的原因分析。3.结果解释，工艺优化、指标优化预测4.应用实例讨论5.均匀设计与正交设计比较第一章均匀设计所有试验设计方法,本质上都是在试

8、验条件范围内给出挑选代表点的方法，使所安排的试验点具有很好的代表性，从而可以减少试验次数并能获得较好的试验结果。第一节均匀设计产生的背景1978年七机部由于导弹设计需要，向中科院数学所提出一个5因素的试验要求：每个因素的水平数要大于10，而试验次数又不得超过50。如果采用“正交设计”，10