专家系统柱推荐软件之一――判断用气相色谱分析是否满.pdf
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1、研究报告专家系统柱推荐软件之一*判断用气相色谱分析是否满足必要条件的软件许国 旺卢 佩 章(中国 科学院 大连化学物 理研究所 中国 大连色 谱技 术研究开发中心,1 1 6 0 1 1)提要 本文报道了 色谱专家系统中 判断 样品 是否满足气相色谱(G C)分析必要条件的软件,依据是:能以 合适k(0.2 k 2 0)流出 且在柱温孪下 稳定的样品可 采用G C 法分析。而k 值通过结构和保留 值间的 关系式来计算。作者使用框架结构的知识表达法,用 S c h c m e L is p 语言,在I B M P C机上实现了这一专家判断 功能。采用本文列出的知识库和源程 序,可对含C、H、Q、
2、N、C l、B r、I、P、S、S i 等元素的化 合物能否采 用气相色谱进 行判断。一、前言气相色谱法(G C)已日 益广泛地应用于各种物质的分析,但哪些物质能用G C分析仍需专家判断。随着计算机技术的发展,发展出具有这一功能的专家系统是可能的。目 前只有V a ri a n 1 在高 效液相色谱(H P L C)专家 系 统 中有关 于选 择G C/L C?设想的报道,但未见实际工作。至于这方面软件的源程序只有我们的集体才开始报道 2 。我们的专家系统共包括六大子系统 3 第一个要解决的是分离模式(G C/L C?)的选择。由于能用 GC应尽可能用 G C,因而首先判断是否满足 GC分析的
3、必要条件,因此本软件是本系统的第一个软件。我们采用了框架结构的知识表达法,用S c h c m e L i s p语言在 I B M P C机上实现了判断是否满足 GC分析的必要条件的功能。理论基础只要组分能以合适k (0.2 k 2 0)流出且在柱温下稳定,样品就满足GC分析的必要条件。而k 值 可通过结构和保留值间的关系来预测。首先我们从文献 -10 中收集了近9 0 种固定液上正庚烷比保留值V g(7)和同 系 物 碳数 规律 常 数A 1 在 不同 温 度下的数值,并用下式表示:从而可根据(3)式推算出在最佳柱参数下,满足k 条 件的正构烷烃在各柱子上的链长极限,其它化合物的分析极限可
4、通过相应碳链长度(C C C L)和基 团增量(G I)间的关系(4)换算出:式中n为组分所含碳数。结 果 与 讨论计算机对色谱方法的发展显然是有帮助的 1 2 ,尽管习惯上采取过程性程序的形式,而且用到了谱图模拟 1 3 ,但专家系统的应用是最引人注目的。从结构来看,专家系统由推理机、知识库及用户界*本项目 获国家自 然 科学基金资助面组成。它既可以从零开始,采用人工智能 语言 如L i s p 1 或P r o l o g 1 4 ,甚至用C.P a s c a l 等,也可直接采用专家系统工具 1 5 进行。尽管后者的推理机是现成的,但由于它的原型并不是专为色谱领域设计的,因而难免会有某
5、些不合适之处。L i s p和P r o l o g 语言是广泛应用的人工智能语言,前者擅长于表处理,后者长于逻辑判断。我 们 采 用 的 是 从 零 开 始 的 方 法,用P C S c h e m e L i s p 语言 1 6 ,在I B M P C/X T 2 8 6上开发。而且人机界面也用L i s p 编写,避免了运行环境的变换;同时程序采用模块化结构,结构清晰,可读性好。要实现这一专家判断功能,首先要解决的是信息获取问题,即用尽可能少的提问来获得足够量的信息进行判断。表 1 满足k 条件(0.2 k 2 0)时,在 各柱子上的分析 极限(以C C C L 表示)从 表1可 知,
6、如 果 不 限 定 柱 子,C C C L的下限可到 2 或 1,而且由于低温及气固色谱(GS C),的采用,使得 G C分析的下限很容易达到,因而只要判断最迟流出组分的k 是否满足条件即可。图1 给出了程序设计流程,计算机只要问三个问题就可完成信息获取。首先提问用户样品中是否有不挥发无机物组分存在?如无,则进一步判断k 。一般,可能成为最迟流出峰的组分为分子量最大、含官能团最多、异构化程度最小的。用户只要输入这些组分的结构,计算机即可粗略判断出最迟流出的组分。将最迟 流 出峰 的 C C C L与 G L C 的分 析极 限(即 O V-1 0 1上数据)进行 比较,如为了完成k 的判断,推
7、理机就得应用知识库中的事实,在本软件里,所用到的事实为:不同固定相上C C C L范围,不同基团在不同位置的官能团增量,不同基团的范德华体积及烷烃在各柱子上的保留规律。由于每个框架可拥有任意数目的侧面,每个侧面也可拥有任意数目的值,因此本软件的事实采用框架表示法 1 6 ,把这些框架连接起来组成一个长表,分别存放在 G I,V w和 r u l e-c o n s t a n t 中,其清单见表2,其中在G I 中存放了在7 根柱子上的2 6 种官能团在不同位置上的近3 5 0 个数据。由于O V-1、S E 3 0 上的保留规 律与O V-1 0 1 上类似,故而目 前的知识库能对9 种固定
8、相上的K 行预测。根据毛细管气相色谱分析的现状,这 9 种柱子实际上是 G L C中最好的柱子,加上特殊选择性柱子,已能够解决G C中的日 常问题。表 2知识库清单(d e fi n e G I(O V-1 0 1)(F(-O H)(T HEN(12 6 2)(2 1 8 8)(3 1 8 3)(4 1 7 9)(5 1 7 5(6 1 8 1)(L S E 1 7 0)(I F(-N H 2)(T H E N(1 2 3 7)(L S E 2 0 0)(F(-NH-)(H E N(1 1 5 1)(F(N-)(T HE N(1 3 3)(I F(-C N)(T H E N(1 2 5 6)(
9、E L S E 2 2 0)(I F(-N O 2)(T H E N(1 4 1 3)(2 3 7 0)(L S E 3 6 0)(I F(-C L)(T H E N(1 2 6 0)(E L S E 2 3 0)(F(-B R)(T H E N(1 3 3 8)(2 2 8 9)(L S E 2 7 0)(F(-)(H E N(1 4 3 0)(E L S E 3 9 0)(I F(-S H)(T H E N(1 3 2 2)(E L S E 2 9 0)(I F(-S R)(T H E N(1 2 8 3)(I F(-S-S-)(T H E N(1 5 1 0)(I F(C 6H 5 )(
10、T H E N(1 0)(I F(-C O O H)(H E N(1 3 8 6)(I F(-C HO)(H E N(1 1 8 6)(I F(C=O)(H E N(2 1 7 6)(3 1 6 8)(E L S E 1 6 0)(I F(-O-)(T H E N(2 1 1 7)(E L S E 6 9)(F(-O P O 2)(HE N(1 3 1 8)(IF(O 2 P O 2)(T H E N(1 4 5 0)(F(O 2 P O H)(T H E N(1 5 0 3)(I F(-S O-)(T H E N(1 5 8 2)(I F(-S O 3)(T H E N(1 5 9 0)(I
11、 F(-S O 4)(T H E N(1 5 7 0)(F(O 2 S I O 2)(HE N(1 1 1 5)(I(C=C)(T H E N(1-1 1)(T 2 5)(C-21 2)(T-3-3)(C-3-2)(T-4-4)(C-4-)(C-5-)(T-5-)(E L S E-5)(I F(-C O O R)(T H E N(Al-E 2 1 3)(A 2-E 1 9 4)(A 3-E 1 8 7(A-E 1 7 6)(E 1 2 0 7)(E 2 1 8 1)(3 1 7 7(E 4 1 7 7(E 5 1 7 5)(E L S E 1 7 5)(S Q UA L A N E)(I F(
12、-O H)(T H E N(1 1 9 8)(E L S E 1 7 0)(I F(-C H O)(T H E N(1 1 4 5)(I F(C=O)(T HE N(2 1 2 9)(I F(-O-)(T HE N(2 1 4 7)(I F(C=C)(T H E N(1-1 8)(C-2 2)(T-2-)(C-3-1 3)(T-3-1 3)(C-4-1 9)(T-4-1 9)(E L S E-1 7)(I F(-O P O 2)(H E N(1 3 1 8)(I F(O 2 P O 2)(T HE N(1 4 5 0)(I F(O 2 P O H)(T H E N(1 5 0 3)(I F(-
13、S O-)(T H E N(1 5 8 2)(I F(-S O 3)(T HE N(1 5 9 0)(F(-S O4-)(T HE N(1 5 7 0)(I F(O 2 S I O 2)(T HE N(1 1 1 5)(I F(-N H)(T HE N(1 2 3 7(E L S E 2 0 0)(I F(-N H-)(T H E N(1 1 5 1)(I F(N-)(T HE N(1 3 3)(I F(-C N)(T H E N(1 2 5 6)(E L S E 2 2 0)(I F(NO 2)(HE N(1 4 1 3)(2 3 7 0)(L S E 3 6 0)(I F(-C L)(T
14、H E N(1 2 6 0)(E L S E 2 3 0)(I F(B R)(T HE N(1 3 3 8(2 2 8 9)(E L S E 2 7 0)(I F(-I)(TH E N(1 4 3 0)(E L S E 3 9 0)(I F(-S H)(T H E N(1 3 2 2)(EL S E 2 9 0)(I F(S R)(T HE N(1 2 8 3)(I F(S-S-)(H E N(1 5 1 0)(I F(C 6H 5 )(T H E N(1-1 5)(I F(-C O O R)(T H E N(A 2-E 1 5 2)(A 3-E 1 4 5)(1 1 6 4)(2 1 3 8
15、)(E 3 1 3 2)(E 4 1 3 1)(O V-1 7)(I F(O H)(T H E N(1 3 6 1)(2 2 7 9)(3 2 7 6)(4 2 6 5)(I F(C 6H 5-)(H E N(1 1 1 0)(I F(C=O)(T H E N(2 3 1 0)(3 2 9 3)(4 2 7 4)(L S E 2 7 4)(PE G 2 0 M)(I F(-O H)(T HE N(1 7 2 1)(2 6 2 1)(3 5 9 4)(4 5 7 7)(5 5 7 5)(6 5 7 6)(7 5 7 7)(L S E 5 7 0)(I F(-N H-)(H E N(1 3 2 8
16、)(I F(N-)(T HE N(1 1 1)(I F(-C N)(T H E N(1 7 1 2)(E L S E 6 9 0)(I F(-N O 2)(T HE N(1 1 0 1 8)(2 8 3 3)(E L S E 8 0 0)(I F(-C L)(T H E N(1 4 6 2)(E L S E 4 2 0)(O F(-B R)(T HE N(1 5 7 0)(2 4 9 7)(L S E 4 8 0)(I F(-)(HE N(1 6 9 0)(E L S E 6 5 0)(I F(-S H)(T H E N(1 5 6 0)(E L S E 5 0 0)(I F(-S R)(T
17、H E N(1 4 7 8)(I F(-)(H E N(1 7 6 7)(I F(C 6 H 5 )(T H E N(1 3 4 0)(I F(-C O O H)(T H E N(1 1 2 1 0)(O F(-C HO)(T H E N(1 4 8 6)(I F(C=O)(T H E N(2 4 8 3)(3 4 5 5)(L S E 4 2 8)(I F(-O-)(T H E N(2 2 5 3)(3 1 9 0)(L S E 1 5 9)(I F(-O P O 2)(T H E N(1 8 9 0)(I(O 2 P O 2)(T HE N(1 9 8 6)(I(O 2 P O H)(T
18、HE N(1 1 0 5 2)(I F(-S O-)(T HE N(1 1 3 6 2)(I F(-S O 3)(T HE N(1 1 3 6 0)(I F(-S O 4-)(T HE N(1 1 2 2 0)(O F(O 2 S I O 2)(T HE N(1 2 7 5)(I F(-N H H)(T H E N(1 5 0 0)(E L S E 5 0 0)(O F(C=C)(T HE N(1 2 5)(T-2 3 6)(C-2 4 4)(T-3 2 1)(C-3 2 3)(T-4 1 4)(C-4 1 6)(T-5 1 3)(C-5 1 0)(T-6 1 0)(C-6 6)(T-7 8)
19、(C-7 2)(T-8 6)(C-8-1)(E L S E 2)(I(-C O O R)(T HE N(A 1-E 5 1 4)(A 2-E 4 6 1)(A 3-E 4 3 0)(A 4-E 4 0 1)(E 1 4 8 1)(E 2 4 2 4)(E 3 3 9 8)(E 4 4 0 6)(E 5 4 0 0)(E 8 4 0 0)(E L S E 4 0 0)(C r o s s-li n k e d S E-5 4)(I F(C=C)(T H E N(1-8)(E L S E-)(I(-C HO)(H E N(1 2 1 0)(I F(-O-)(T HE N(2 8 8)(E L S
20、E 7 3)(I F(C 65-)(T HE N(1 5 0)(I F(-C O O H)(T H E N(1 3 5 7)(I F(C=O)(HE N(2 1 9 8)(3 1 9 1)(4 1 8 3)(5 1 7 7)(6 1 7 5)(E L S E 1 7 5)(I F(-OH)(T H E N(1 2 7 1)(2 2 1 0)(3 2 0 0)(4 1 9 0)(5 1 9 0)(E L S E 1 9 0)(I F(-O P O 2)(T HE N(1 3 5 5)(I F(O 2 P O 2)(T H E N(1 4 9 0)(I F(O2 P O H)(T H E N(1
21、5 4 0)(I F(-O-)(T HE N(1 6 3 2)(I F(-S O 3-)(T HE N(1 6 3 6)(F(-S O 4-)(TH E N(1 6 1 2)(I F(O 2 S I O 2)(IH E N(1 1 2 6)(I F(-N H 2)(T H E N(1 2 5 1)(E L S E 2 0 0)(I F(-NH-)(T H E N(1 1 6 0)(I F(N-)(T H E N(1 4 0)(I F(-C N)(T HE N(1 2 9 2)(E L S E 2 0 0)(I F(-N O 2)(T H E N(1 4 4 3)(2 4 0 3)(E L S
22、E 3 5 0)(I F(-C O O R)(T HE N(A 2-E 2 0 9)(E 1 2 2 3)(E 2 1 9 4)(E 3 2 1 6)(E 4 1 9 6)(E L S E 2 0 0)(I F(-C L)(T H E N(1 2 7 1)(E L S E 2 3 0)(I F(-B R)(H E N(1 3 5 6)(2 3 0 4)(E L S E 2 8 0)(I F(-I)(T HE N(1 4 5 0)(E L S E 4 0 0)(I F(-S H)(T HE N(1 3 3 7)(E L S E 3 0 0)(I F(-S R)(T HE N(1 2 9 0)(I
23、 F(-S-S-)(HE N(1 5 3 2)(C r o s s-l i n k e d O V-1)(I F(C=C)(HE N(1-1 1)(E L S E-5)(I F(-O P O 2)(T HE N(1 3 1 8)(I F(O 2 P O 2)(T HE N(1 4 5 0)(I F(O 2 P O H)(T HE N(1 5 0 3)(I F(-S O-)(T HE N(1 5 8 2)(I F(-S O 3)(T HE N(1 5 9 0)(I F(-S O 4-)(T H E N(1 5 7 0)(I F(O 2 S I O 2)(T HE N(1 1 1 5)(I F(-
24、C H O)(T HE N(1 1 8 9)(I(O)(T HE N(2 7 0)(E L S E 6 7)(I F(-C O O H)(T HE N(1 3 3 8)(I F(C=O)(T H E N(2 1 7 4)(3 1 7 0)(4 1 6 4)(6 1 5 6)(E L S E 1 5 5)(I F(-O H)(T H E N(1 2 5 4)(2 1 8 4)(3 1 8 1)(4 1 7 5)(E L S E 1 7 5)(I F(-N H 2)(T HE N(1 2 3 7)(E L S E 2 0 0)(I F(-N H-)(T H E N(1 1 5 1)(I F(N-)
25、(T HE N(1 3 3)(I F(-C N)(T H E N(1 2 5 6)(E L S E 2 2 0)(I F(-N O 2)(T H E N(1 4 1 3)(2 3 7 0)(E L S E 3 6 0)(I F(-C O O R)(T H E N(A 2-E 1 9 1)(E 1 2 0 4)(E 2 1 7 7)(E 3 1 9 4)(E 4 1 9 4)(E L S E 1 8 8)(I F(-C L)(T HE N(1 2 6 0)(E L S E 2 3 0)(I F(-B R)(T HE N(1 3 3 8)(2 2 8 9)(E L S E 2 7 0)(I F(-
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