气相色谱专家系统柱推荐软件之四――无机气体和轻烃采.pdf

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1、6 6 9(1 9 8 6).8 D.R.D e a n s,I.S c o t t,A n a l.C h e m.,4 5(7).1 1 3 7(1 97 3).9 R.E.K a i s e r,L.L e m i n g,L.B l o m b e r g,R.I.R i e d e r,H R CC C,8,9 2(1 9 8 5).1 0 L.L e m i n g,R.E.K a is e r,A b s t r a c t s o f B e i j i n g C o n f e r e n c ea n d Ex h i t i o n o n I n s t r u me

2、 n t a l An a l y s is,B e i j i n g,C h in a,2 3 9,1 9 8 5.1 1 I.H.P u r n e i l,P.S.W i l l i a m s,J.C h r o m a t o g r.,2 9 2,1 7 4(1 9 8 4).1 2 M.L.P c t e r s o n,U.H i r s c h,J.L i p i d R o s.1,1 3 2(1 9 5 9).（收稿日期 1 9 9 1 年9月2 9日，修回日期：1 2 月2 6日）Q u a l i t a t i v e An a l y s i s b y Us

3、i n g a S e r i a l l y C o n-n e c t e d B i n a r y Ga s C h r o ma t o g r a p h i c C a p i l l a r yWa n g A n,T i a n j i n I n s t i t u t e o f P h a r m a c e u t i c a lR e s e a r c h,3 0 0 0 9 0;S u n Y u q i n g,S h e n y a n g C o l l e g e o fP h a r m a c y,1 1 0 0 1 5A s e r i a l i

4、 y c o n n e c t e d b i n a r y g a s c h r o ma t o g r a p h i cc a p i l l a r y c o l u mn s y s t e m h a s b e e n e s t a b l i s h e d b a s e du p o n a Mo d e l H P-5 8 9 0 G a s C h r o m a t o g r a p h.D e a dt i me,r e l a t i v e r e t e n t i v i t y a n d t h e c a p a c i t y f a

5、c t o r o f as o l u t e i n t h e b i n a r y-c o l u mn s y s t e m w e r e c a l c u l a t e df r o m t h e o p e r a t i n g p a r a me t e r s a s P i,P a a n d P o u s i n gs e v e r a l mo d e l s u b s t a n c e s.A r e g r e s s i o n e q u a t i o n(k s)w a s d e r i v e d b a s e d o n r

6、e l a t i v e r e t e n t i v i t ya n d t h e c a p a c i t y f a c t o r o f a s o l u t e i n t h e b i n a r y-c o l-u mn s y s t e m a n d i s u s e d f o r r e t e n t i o n c a l c u l a t i o n.T h er e s u l t s o b t a i n e d f o r t h e mo d e l c o mp o u n d s w e r e c o m-p a r e d w

7、i t h t h e me a s u r e d v a l u e s i n t h e i n d i v i d u a l C o l-u mn.Th e ma x i mu m e r r o r s o n OV-1(b o n d e d)a n d o nP E G-2 0 M(b o n d e d)we r e 2 a n d 5 i n d e x u n i t s,r e-s p e c t i v e l y.气相色谱专家系统柱推荐软件之四*无机气体和轻烃采用气相色谱分析时最佳固定相的推荐软件许国旺张玉奎卢佩章（中 国科学院大连化 学物理研究所 国家色谱研究分

8、析中 心，大连，1 1 6 0 1 2）提要 本文 给出了 色 谱专 家系 统中形无 机气体和 轻烃采 用气相色潜分析时固定相的 推荐软件。讨论了 知识的获取和表达。给出了使用所发展的软件推荐固定相的两个实际例子。一、前言我们根据已开发的专 家系统，对 气相色谱分析的 柱系 统进行了 推荐前文已 给出判断能否采用气相色谱 分析的两个软件3 4 及有 机组分采 用气 相色谱分析时固定相的推荐软件。本文继续给出无机气体和轻烃采用气相色谱分析时固定相的推荐软件及其使用例子。二、无机气体和轻烃采用G C分析时固定相推荐软件的设计无机气体和轻烃采用 G C分析时固定相的选择在色谱上 是比 较成熟的，尽管

9、如此，工作在诸如催化、化工及实际产业部门的非色谱专家（色谱用户）却常常为选择合适的固定相而发愁。有鉴于此，本文给出固潭定相的推荐软件，而这些组分采用G C分析时固定相选择的色谱基础我们将另文发表。选择固定相时必须考虑被分离组分性质及其含量、仪器设备状况（如有无低温、低温程升、阀切换等）。由于色谱问题的特殊性 一 个问题常常有很多答案，比 如O 2/N 2 的分离，如果用正 常 柱子 在通常温度下（室温1 0 0）分离，需用分子筛；如果在低温下 拢 则用P o r a p a k Q；但如有C O 2 存在，又无低温，则要用C a r b o s ie v e。然，只有O 2/N 2 的分离，选

10、分子筛是最好的，但其他柱子也行。为了让专家系统在推荐时能给出最佳答案，就要在知识表达和推理上解决问题。对前者，本系 统将专 一性强的 最佳推荐规则排列在前面（图 1，同时，在推理时，一旦匹配成功，就不再继续。这两条措施原则上可避免非最佳结果的产生。图 1 中的规则以下述格式书写：I F（特殊设备 S e p a r a t e 化 合物或化合物类）T H E N“开关选择”（“推荐 1“对推荐 1 的解释”）（“推荐 2“对推荐 2 的解释”）（谱图 记录号）所谓的特殊设备，指的 是采用低温、低 温程升、柱切d e f i n e R 2-P ARULE1 R2 I F t S E P AR

11、ATE O2 N2 C H4 C O）T H E Ni s a la r g e r r e s o l u t i o n b e t w e e n C H 4 a n d C O n e e d e d y/n?”5 A-MO L E C UL A R-S I E V E”5 A Mo ls i e v e,w h e n f u ll y a c t i v a t e d,p r o v i o d e s a u n i q u e a b i l i t y t os e p a r a t e o x y g e n fr o m n i t r o g e n,u s i n

12、 g c o l u mn s o f n o r m a l l e n g t h a t c o m m o n l y u s e d o p e r a t i n g t e m p e r a t u r e s(a m b i e n t-1 0 0).I t i sa ls o u s e f u l f o r a n a l y s i s o f t h e l i g h t g a s e s H 2,C H 4,C O,N O,a n d t h e I n e r t g a s e s.F o r e q u a l c o l u m n l e n g t

13、 h s t h e r e t e n t io n t i m e s o nt h e 5 A w o u l d b e a p p r o x i m a t e ly d o u b le t h a t o n t h e 1 3 X.”）1 3 X-MO L E C U L A R-S I E V E”H 2,O 2,N2,C H 4 A N D C O c a n b e s e p a r a t e d a t f a i r l y r e g u l a r i n t e r-v a l s,o r r a p i d a n a ly s i s,t h e 1

14、3 X t y p e m o l e c u l a r s i e v e i s t h e o n e.N o t e a ls o t h a t t h e 1 3 X a p p e r a s t o h a v e g r e a t e r c a p a c i t y t h a n t h e 5 At o a d s o r b C O 2 a n d H2 O b e f o r e i t s p e r f o r m a n c e i s a f f e c t e d.”(1 9 0 0 1)(RULE2 R2(I F(L OW-T EMP E R AT

15、 UR E S E P AR ATE N2 O2 AR C O C H4)(T H E N(I s i t d e t e r m i n a t i o n o f t r a c e s a r g o n i n o x y g e n a n d n i t r o g e n(y/n)?”(5 A Mo ls i e v e”5 A Mo l s i e v e p r o v i d e s a u n i q u e a b i li t y t o s e p a r a t e o x y g e n f r o m n i t r o g e n,a n d a t l o

16、 wt e mp e r a t u r e,o x y g e n a n d Ar c a n b e s e p a r a t e d.Ar i s f i r s t ly e l u t e d.S o,i t i s s u i t a b l e f o r d e t e r mi n a t i o n o f t r a c e s o f Ar g o n i n Ox y g e na n d N i t r o g e n.”）P O R A P A K-Q”P o r a p a k p a c k i n g u s e f u l t o a n a l y

17、s i s o f p e r m a n e n t g a s e s.O 2 i s f i r s t l y e l u t e d.S o,i t i ss u i t a b l e f o r d e t e r m in a t i o n o f t r a c e s o f o x y g e n in a r g o n.”)(1 9 0 0 1)(RULE3 R2(I F(t S E P AR ATE O2 N2 H2 O C O C0 2 C H4 C2 H6 C 2 H4 C 2 H2 C3 H8)(T HE N(“”(C A R B O S I E V E”W

18、h e n t h e s e p a r a t i o n o f O 2 f r o m N 2 is n e e d e d,b u t C O 2 a n d s o m e o r g a n i c c o mp o-n e n t s e x is t i n s a m p l e s,C a r b o s i e v e i s o n e o f t h e a n s w e r s)（）(1 9 0 0 2 1 9 0 0 4)(RULE2 2 R2(I F(L O W-T E MP E RA TURE-P ROG RA MMI NG S EP AR ATE H2

19、N2 O 2 C O C H4 C O2 C2 H6 H2 S C OS S O2 NON2 O C 3 H8 H2 O C 9)(THE N(“”(P O R A P A K-R”Wh e n p e r m a n e n t g a s e s a n d o r g a n i c s a r e t o b e s e p a r a t e d,P o r a p a k R is a b e t t e rc h o o s e.C O 2 a n d N 2/O 2 c a n b e s e p a r a t e d o n t h is c o l u m n a t s

20、 u b a m b i e n t t e m p e r a t u r e.”)0(1 1 0 2)：）换等情况，否则用T表示正常设备。“开关选择”是针对多于一个答案的柱系统选择而设置的。所提问题主要是将要推荐出柱子的潜在分离能力。通过提问，使用户选择最适合 自己样品的柱系统。如图 1 中规则R U L E：嚎 开关问题为：I s a la r g e r r e s o lu t io n b e-t w e e n C H 4 a n d C O n e e d e d(y/n)?如果手头的样品正好是分离 C H4中C O，则；回答 y推理机就给出“推荐 1”保 否则 给出“推荐2规

21、则中化合物或化合物类的关系 为“或”。如“或”满足条件，特殊设备又中 许可，则匹配成功。所用推 理机为正向推理，推理时遇特殊设备和“开关”选择问 题，推理机就询问用户，对类似问题用户只需回答一次。关于人 机接口 冢，本系统让用户从两个入口即从组分和样品名通道进入。其本质是让用户根据自己的问 题选择屏幕上显 示的化合物或化合物 类、通过屏幕将需分离的组分或需解决的问 题送入计算机。由于采用了 这一方式，可避免让用户自 己输入时由于同一组分而有不同名称造成计 算机不识的毛 病。关于样品名通道，由于大致组成已知，需解决的问题较清楚，可采用 一 个中继库将特定样品 转变成所需分离的化合物或化合物类的办

22、法，出于方便，现采用过程式描述。使用程序中的H e lp 功能后，将使得从样品名 通道得到 答案 变得更为容易。三、两个应用实例第一个为永久性气体（N 2 O 2 C H 4 C OC O 2）的分析。从组分通道进入图2 选择所需璺 分离的化合 物的代号，推理机即可推荐出 所选用的固定相并给出解释（图 3，最后检索出谱图库中两张类似样品的谱图（图 4给予验证。显然发展出的方法是正确的。另 一 个样品为 天然气中O 2 N 2CO 2 的分析。此时我们从样品名通道进入总屏幕图5。目前已可对八大类样品的柱系统 进行推荐 觥。选择 2 进入天然 气屏幕（图6。此时如果对 天然气情况不熟悉，就可用H

23、e l p 功能调出有关天然气的注释，返回 屏幕（图6）选入 O 2 N2 C H4 C O 2 C 2 H 6、C 3 H a C 3+。当选 C 3 时，计算机马上在左下角开一上 托 窗口，问 T h e Maxi-m u C a r b o n N u m b e r:”，回 卮 答9 后，上托窗口自 远 动消失。此选择项针对不同情况还会问“是否 要分离异 构体？俊 薄、“是否存在 诓 不饱和化合物？”等问题 狻 送入 0 表明 所需分离的 化合物己 全部送入 计算机。推理机工作，当匹 配到图 1 的 规则R U L E2 时，规则中 械 的化合物可匹 配 成功，就看特殊设 备是否 允许

24、。推理机马 上问 Is l o w-t e m p e r a tu r e p r o g r a m a l lo w e d?如答n 的话，就再匹配下 一 条规则，而答y 则整条规则匹配成功，此时就给出推荐结 果 图 7)，并给 出谱 图验证(图8)。从上 述两个例子可以看出，用 所发展的软件推荐固定相是比较方便的。图四、结论本文给出了 气相色谱专家系 统中无机气体和轻烃采用气相色谱分析时固 定相的推荐软件。此软件采用产生式的知识表达，并有谱图库对推荐结果进行验证。文中给出的例子表明，所发展的软件可分别从组分名和样品名通道方便地推荐无机气体和轻烃采 用G C分析时的固 定相，具有明 显的

25、实用价值。使用者不必具有高深的色谱知识，对色谱工作者的培养也大有帮助。参 考 文 献 1 许国旺、卢佩章，第三次全国计算机化学会议文集，中国 化学会，杭州，P.2 1,1 9 8 9.2 L u P e i c h a n g e t a l.,J.C h r o m a t o g r.,4 5 2,1 7 5(1 9 8 8).3 许国 旺、卢佩章，色谱，8,2 7 0(1 9 9 0).许国旺、卢佩章，色谱，8,3 4 5(1 9 9 0).5 许国 旺、张玉奎、卢佩章，色谱，1 1(2),6 5(1 9 9 3).6 C.J.C o w p e r a n d .J.D e r o s

26、 e,T h e A n a l y s i s o f G a s e sb y C h r o m a t o g r a p h y,P e r g a m o n P r e s s,O x f o r d,1 9 8 3.7 P.G.J e f f e r y a n d P.J.K i p p i n g,G a s A n a l y s i s b y G a sC h r o m a t o g r a p h y，P e r g a m o n P r e s s L t d.,O x f o r d,1 9 7 2.8 B.T h o m p s o n,F u n d

27、a m e n t a ls o f G a s A n a ly s i s b y G a sC h r o m a t o g r a p h y,V a r i a n A s s o c i a t e s I n c.,C a l i f o n i a,1 9 7 7.9 A V e r d i n,G a s A n a ly s i s I n s t r u m e n t a t i o n,T h eMa c mi ll a n P r e s s L t d.,L o n d o n,1 9 7 3（收稿 日期：1 9 9 1年 1 2月 2 4日，修 回 日期：1

28、9 9 2年 4月 1 7日）The So f t wa r e s f o r Re c omme nd at i o n of Col u mnS y s t e ms i n E x p e r t S y s t e m o n G a s C h r o ma t o g r a p h y:I V.R e c o mme n d a t i o n o f S t a t i o n a r y P h a s e s U s e d f o rG a s C h r o ma t o g r a p h i c A n a l y s e s o f I n o r g a n

29、i c Ga s e sa n d L i g h t H y d r o c a r b o n s X u G u o w a n g,Z h a n g Y u k u ia n d L u P e i c h a n g,Da l i a n I n s t i t u t e o f C h e mi c a lP h y s i c s,A c a d e mi a S i n ic a,Na t i o n a l C h r o ma t o g r a p h i cR e s e a r c h A n a l y s i s C e n t e r,D a l ia n.

30、1 1 6 0 1 2T h i s p a p e r g i v e s a s o f t w a r e o n t h e r e c o mme n d a-t i o n o f s t a t i o n a r y p h a s e s u s e d f o r G C a n a l y s e s o f i n o r-g a n i c g a s e s a n d l i g h t h y d r o c a r b o n s i n o u r e x p e r t s y s-t e m o n c h r o ma t o g r a p h y.

31、T h e me t h o d u s e d f o r r e p r e-s e n t i n g k n o w l e d g e i n t h e s o f t w a r e i s d i s c u s s e d.Tw oe x a mp l e s f o r r e c o mme n d i n g s t a t i o n a r y p h a s e s fr o mc o m p o n e n t s e n t r y a n d s a mp l e n a me s e n t r y u s i n g t h ed e v e l o p e d s o f t wa r e a r e p r e s e n t e d.