基于程序升温法保留时间预测的气-质联用系统虚拟实验室的构建

摘要

虚拟现实技术日益成熟，使虚拟仪器(VI)和虚拟实验室(VL)在科学研究、教育培训等方面得到广泛关注和应用。其中网络化、场景化、智能化和高交互纯软件形式的虚拟仪器(S-VI)和仿真虚拟实验室(E-VL)更是以其出色的性价比正成为研究热点。 GC-MS是目前所有联用技术中最成熟的一种，高效的分离技术与质谱法提供的丰富结构信息相结合，使GC-MS成为痕量有机分析实验的常规手段，但气-质联用仪价格昂贵、结构复杂、原理抽象，因此气-质联用系统虚拟实验室的构建是一个相对复杂的过程。本论文在深入研究色谱实验室理论及其开发技术的基础上，确定了气-质联用系统虚拟实验室的数学类型、开发模式和实现技术。 依据色谱基本理论，色谱柱程序升温过程中色谱保留值与温度变化及流速的关系，本文构建了气相色谱程序升温法(Gas chromatography temperature programming简称PTGC)中不同色谱分析条件下保留参数的预测模型：Ink=A+B/T，A,B为常数，不同的有机物对应不同的A，B值。其中T是t时刻的热力学温度，在线性升温过程中T与t的关系式我们简化为：T(t)=t0+r×t。 在预测模型的基础上，本文利用Flash8.0矢量动画技术和ActionScript2.0编程技术，构建了一套网络化、场景化、高交互、智能化的气-质联用系统虚拟仪器和虚拟实验室软件。实现了从控制仪器操作到动态绘制色谱流出曲线；从谱图处理到定性分析和定量分析，模拟了气-质联用系统实验的全过程。虚拟实验中得到的各种模拟结果与真实实验结果十分相近，偏差大部分小于1％，最大偏差也不超过5％。该虚拟实验室采用外部数据传递和内部数据传递相交互的设计方案，此构建模式不但加快了网络运行速度，而且非常有效地解决了程序的通用性问题，十分方便后续的修改、扩充及共享，体现了虚拟实验室具有更有效的二次开发接口和更高的二次开发价值。 所开发的虚拟实验室可以对实验过程进行完整展现，具有逼真场景，并可按真实仪器操作过程进行各种模拟操作。同时，可以加深用户对实验过程及相应的色谱理论的理解，这对于气-质联用系统虚拟实验的教学和仪器操作培训具有较大的推广应用价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

1.绪论

1.1论文研究背景

1.2虚拟实验室的含义及功能特点

1.3虚拟实验室的研究现状、应用前景与发展趋势

1.4色谱辅助教学软件的发展现状

1.5色谱数据工作站

1.6色谱相关理论的讨论

1.7小结

2虚拟实验室的实现技术讨论

2.1虚拟实验室的实现模式

2.2虚拟实验室的实现技术对比

2.3 Flash技术

2.4 小结

3气-质联用系统虚拟实验室的设计

3.1色谱虚拟实验室的需求分析

3.2实现环境的准备

3.3小结

4气-质联用系统虚拟实验室中程序升温法保留时间预测的实现

4.1程序升温法保留时间预测的框架图设计

4.2外部数据的传递

4.3程序升温条件的设置

4.4保留时间的计算

4.5绘制流出曲线

4.6模拟结果与讨论

5气-质联用系统虚拟实验室的实现

5.1气-质联用系统虚拟实验室总体框架的设计

5.2气-质联用系统虚拟实验室构建的基本规则

5.3气-质联用系统虚拟实验室的实验流程图

5.4气-质联用系统虚拟实验室的场景构建

5.5气-质联用系统虚拟仪器的构建及实现

5.6气-质联用系统虚拟样品的实现

5.7气-质联用系统虚拟工作站的设计与实现

5.8小结

6气-质联用系统虚拟实验室的测试与评价

6.1测试

6.2评价

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢