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三维高仿真网络HPLC虚拟实验室的构建与研究

王艳嫱  
【摘要】:近几年来,虚拟现实技术及其交互设备发展迅速,是21世纪最具应用前景的三大技术之一。虚拟现实技术的不断成熟,并已经被越来越多的应用在高交互式虚拟实验室的构建与开发中。 高效液相色谱仪是一种结构复杂且应用广泛的分离分析仪器,在实验操作中涉及到流动相配比、流速、检测波长等多个参数的调节,而且这些参数的设定对色谱峰保留时间和分离度的影响很大,与色谱出峰关联的数学理论模型也相当复杂。基于大型分析仪器的液相色谱虚拟实验室可以很好的解决这些问题,但是在其构建过程中需要应用到仿真软件操作知识、化学理论知识、实验操作知识等,开发难度较大,在以往的文献资料中也没有关于将高仿真度的虚拟环境、高交互性的虚拟仪器和具有强大数据处理功能的工作站集于一体的液相色谱虚拟实验室的记载,基于上述原因本文以液相色谱虚拟实验室为研究对象开发了这款软件。 本软件在对保留参数预测模型研究的基础上,构建了功能完善的在线工作站和具有强大数据处理能力的离线工作站。基于液相色谱理论模型,以磺胺类药物和儿茶素类化合物的液相色谱实验数据为参考,构建了不同分离条件下的保留参数预测模型,并采用指数修正的高斯函数描述实际色谱峰的拖尾效应。通过Virtools平台构建了具有高度沉浸性的三维实验场景、高仿真度的虚拟仪器和工作站软件,实现了梯度及非梯度淋洗条件下各种参数的二维和三维色谱数据的动态模拟以及色谱数据的采集、存储、重载和分析功能。开发了高仿真的液相色谱虚拟实验室和功能完备的工作站系统,通过将仿真结果与实验结果进行比较、不同流动相配比条件下的谱图比较以及不同流速下的谱图比较,证明了所构建理论模型的合理性。 优化建立的磺胺嘧啶、磺胺甲嗯唑等保留值预测和色谱流出曲线模型与实验值的吻合程度较高,三维色谱图更直观的显示了吸光度、波长、时间的关系。对儿茶素类化合物在等梯度淋洗和梯度淋洗两种情况下进行定性分析,通过对两组谱图的比较分析,有助于学生直观深入的学习梯度淋洗的实质与作用。另外,本软件还实现了故障诊断和仪器维修、实时跟踪评价等功能。在仪器操作培训、色谱实验的学习方面具有较大的应用价值,并为网络型虚拟仪器的开发进行了有益探索。


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