高效液相色谱专家系统介绍

发布日期:2019-05-23 10:39 字号:

       高效液相色谱法是近30年迅速发展起来的色谱分离、分析技术,特别是随着计算机技术的飞速发展,全自动化的高效液相色谱仪也已问世。微型计算机已成为色谱仪的关键部件,它不仅能完成色谱仪各个部件的实时控制、分析数据的采集和处理,还能利用化学计量学方法对所获得的数据进行归纳、推理,并将结果反馈到色谱仪,进一步指导色谱分离条件的优化操作,从而使色谱仪器的自动化程度大大提高。
    现在随高效液相色谱分析应用的日益广泛及分析样品愈来愈复杂,为能针对实际样品的特点,选择和采用适当的高效液相色谱分析方法,色谱分析工作者通常需花费几天、几周或更多的时间,才能完成定性和定量分析任务。随着人工智能(artificial intelligence)技术的发展,与色谱分析基本理论的结合,使我们有可能把广大色谱工作者和专家的实践经验转化成计算机软件而构成专家系统。
      HPLC的专家系统是一个具有大量HPLC分析方法专门知识和专家实践经验相结合计算机程序。它是把人工智能的研究方法和化学计量学中的一些数学算法相结合而发展起来的,专家系统设计通常包括五个部分:
    (1)知识库贮存专家的知识、实践经验、色谱理论,可随时修改、扩充。它为样品预处理方法,柱系统选择、检测器选择提供基本知识。
    (2)谱图库贮存文献中已发表的谱图,提供定性分析的方法,并可验证获得的分析结果。
    (3)数据库贮存各种样品性质的信息,如熔点、沸点、分子量、偶极矩、粘度等,可为样品预处理方法、柱系统选择、检测器选择提供必要的数据。它还储存由初始数据进行推理过程获得的中间数据及经推理获得的最终结果。
    (4)推理机它控制、协调整个专家系统的运行,可根据当前输入的信息,利用知识库、数据库和谱图库的知识、数据、谱图,以及人工智能确定的推理策略,去解决专家系统面临的任务。它是专家系统中的关键部分。
    (5)人机对话界面即专家系统的解释部分,构成专家系统与用户沟通的桥梁,为用户向专家系统学习,从推理机获得指导信息和维护专家系统提供方便。
当用户使用专家系统去解决复杂样品分析的实际问题时,通常按照以下五个步骤进行:
    ①样品分离模式的推荐,即首先选择用于分离的柱系统和流动相系统;②样品的预处理方法和检测器的选择;③色谱分离条件的优化;④在线色谱峰的定性和定量分析;⑤液相色谱仪和专家系统运行过程的自行诊断。
    由此可知专家系统中的知识库、谱图库、数据库中的信息贮存容量和推理机的人工智能化程度直接决定了专家系统的工作质量。
    高效液相色谱专家系统的构成与用户使用过程的关联如图6-3-23所示。
    使用专家系统时,样品分离模式的推荐是实现分离的核心问题,由知识库、数据库提供的固定相、流动相、改性剂、检测器的推荐,是由建立在液相色谱基础理论上的高质量知识综合体提供的,而不是简单的文献检索和经验的总结。它具有广泛的应用和推广价值。
    当分离模式确定后,色谱分离条件的优化是专家系统的另一个重要运行环节,可以借助预设计的优化软件(如窗图法、智能搜索单纯形法、混合液设计实验法、重叠分离度留法等)实现样品中各个组分的优化分离。当实现优化分离后,就可进行样品中各组分的定性分析和定量分析,其和常规色谱工作站的功能相当。
    应当指出推理机是专家系统中赋以人工智能的关键部件,涉及到对大量信息的分析、判断、归纳、确定逻辑运行的方向与规则的匹配及推理,它起到对专家系统中各部分相互独立的工作模块的控制和协调作用。
    在专家系统的程序设计中使用了能对大量信息进行快速处理并具较强推理能力的,Scheme-Lisp语言,它与用于数据计算和用于编制优化程序的Quick Basic语言和Pascal语言的交界,可通过其模块调用功能来实现。
    这样在Scheme - Lip程序中推理机做出的结论,可以通过一个文件或参数形式传送给其他处理模块,而其他数值计算获得的结果同样可以通过文件传送给推理机,做出进一步的推论。这样就实现了规则的系统软件之间的结合。

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