正交實樣驗法優(yōu)化大腸桿菌發(fā)酵培養(yǎng).doc

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1、正交實樣驗法優(yōu)化大腸桿菌發(fā)酵培養(yǎng)一.實驗背景與原理1、正交試驗設計的基本概念正交試驗設計是利用正交表來安排與分析多因素試驗的一種設計方法。它是由試驗因素的全部水平組合中，挑選部分有代表性的水平組合進行試驗的，通過對這部分試驗結(jié)果的空赫了解全面試驗的情況，找占最徒的親平組合。例如，一個三因素三水平試驗，各因素的水平之間全部可能組合有27種。全面進行試驗可以分析各因素的效應，也可以選出最優(yōu)水平組合。但全面試驗包含的水平組合數(shù)數(shù)多，工作量大。在有些情況下無法完成。若試驗的主要目的是尋求最優(yōu)水平組合，則可利用正交表來設計安羽乍試驗。正交試驗設計的基本特點是：用部分試驗來

2、代替全面試驗，通過對部分試驗結(jié)果的分析，了解全面試驗的情況。如對于上述3因素3水平試驗，可利用正交表L9（34）安排，試驗方案僅包含9個水平組合，就能反喚試盛方案血含27個水平組合的全面威驗藥情況，找出最佳的生產(chǎn)條件。2、正交試驗設計的基本原理在試驗安排中，每個因素在研究的范圍內(nèi)選幾個水平，就好比在選優(yōu)區(qū)內(nèi)打上網(wǎng)格，如果網(wǎng)上的每個點都做試驗，就是全面試驗。如上例中，3個因素的選優(yōu)區(qū)可以用一個立方體表示（圖10-1）,3個因素各取3個水平，把立方體劃分成27個格點。若27個網(wǎng)格點都試驗，就是全面試驗。3因素3水平的全面試驗水平組合數(shù)為33=27,4因素3水平的全面

3、試驗水平組合數(shù)為34=81,5因素3水平的全面試驗水平組合數(shù)為3—243,這在科學試驗中是有可能做不到的。正交設計就是從選優(yōu)區(qū)全面試驗點（水平組合）中挑選出有代表性的部分試驗點來進行試驗。3、正交表及其基本性質(zhì)%1正交表由于正交設計安排試驗和分析試驗結(jié)果都要用到正交表，因此，我們先對正交表作一介紹。常用的正交表已由數(shù)學工作者制定出來，供進行正交設計師選用（詳見有頭參考書）O正交表記號為La（b）,其中L代表正交表，a表示試驗的次數(shù)即行數(shù)，b表示因素的水平數(shù)，c表示因素的個數(shù)即列數(shù)。%1正交表的基本性質(zhì)?正交性任一列中，各水平都出現(xiàn)，且出項的次數(shù)相等；任兩列之間各

4、種不同水平的所有可能組合都出現(xiàn)，且出現(xiàn)的次數(shù)相等；?代表性一方面，任一列的各水平都出現(xiàn)，使得部分試驗中包括了所有因素的所有水平；任兩列的所有水平組合都出現(xiàn)，使任意兩因素間的試驗組合為全面試驗。另一方面，由于正交表的正交性，正交試驗的試驗點必然均衡地分布在全面試驗點中，具有很強的代表性。因此，部分試驗尋找的最優(yōu)條件與全面試驗所找的最優(yōu)條件，應有一致的趨勢。?綜合可比,性怎一列的各水平出現(xiàn)的次數(shù)相等；任兩列間所有水平組合出現(xiàn)次數(shù)相等，使得任一因素各水平的試驗條件相同。這就保證了在每列因素各水平的效果中，最大限度地排除了其他因素的干擾。從而可以綜合比較該因素不同水平對

5、試驗指標的影響情況。根據(jù)以上特性，我們用正交表安排的試驗，具有均衡分散和整齊可比的特點。所謂均衡分散，是指用正交表挑選出來的各因素水平組合在全部水平組合中的分布是均勻的。整齊可比是指每一個因素的各水平間具有可比性。因為正交表中每一因素的任一水平下都均衡地包含著另外因素的各個水平，當比較某因素不同水平時，其它因素的效應都彼此抵消。如在A、B、C3個因素中，A因素的3個水平Ai、A?、A3條件下各有B、C的3個不同水平，即：(1)AW；(2)A2BxC2;(3)A3B1C3；(4)A1B2C2；(5)A2B2C3；(6)A3B2G;(7)A1B3C3；(8)A2B3

6、G;(9)A3B3C2.在這9個水平組合中，A因素各水平下包括了B、C因素的3個水平，雖然搭配方式不同，但B、C皆處于同等地位，當比較A因素不同水平是，B因素不同水平的效應相互抵消，C因素不同水平的效應也相互抵消。所以A因素3個水平間具有綜合可比性。同樣，B、C因素3個水平間亦具有綜合可比性。正交表的三個基本性質(zhì)中，正交性是核心，是基礎，代表性和綜合可比性是正交性的必然結(jié)巣。二、試驗方案設計(以阿司匹林合成條件研究為例)1、問題的提出及試驗目的阿司匹林是水楊酸類解熱、鎮(zhèn)痛藥的代表，為醫(yī)藥史上三大經(jīng)典藥物之一，至今仍廣泛用于治療傷風、感冒、頭痛、神經(jīng)痛、關節(jié)痛、急

7、性和慢性風濕痛及類風濕痛等。選用不同的催化劑或改變其反應條件，都會對其合成產(chǎn)品的后處理、質(zhì)量、產(chǎn)率、成本有著重要的影響，也是一直以來造成阿司匹林產(chǎn)率不高的主要原因。本試驗的目的是應用正交試驗法，找出合適的催化劑及其生產(chǎn)條件，以提高阿司匹林的產(chǎn)率，從而實現(xiàn)安全、無毒、綠色化、經(jīng)濟簡捷的合成路線，得到髙產(chǎn)率、髙純度產(chǎn)品。2、簡要工藝過程水楊酸+醋酸阡酰化反應結(jié)晶抽濾粗產(chǎn)品重結(jié)晶紅外干燥阿司匹林3、試驗方案?指標%1阿司匹林產(chǎn)率二(實際產(chǎn)物質(zhì)量/理論產(chǎn)物質(zhì)量)*100%,產(chǎn)率越高越好。%1殘余水楊酸含量不能超標，用FeCI?的稀溶液進行定性檢驗，水楊酸與FeCI3顯紫

8、色反應。?選因素、定水平