正交试验在医药科研中的应用 屠鹏飞 北京大学中医药现代研究中心
正交试验在医药科研中的应用 屠鹏飞 北京大学中医药现代研究中心
正交试验法的作用 表1、乙酰苯胺不同磺化试验结果 试验号反应温度反应时间硫酸浓度操作方法收率(% (小时) 50 搅拌 12345678 50 不搅拌 74 50 不搅拌 50 搅拌 70 不搅拌 70 搅拌 303 70 11221122 7777727 搅拌 70 不搅拌 67
一 、正交试验法的作用 表 1、乙酰苯胺不同磺化试验结果 试验号 反应温度 (℃) 反应时间 (小时) 硫酸浓度 (％) 操作方法 收率(％) 1 50 1 17 搅拌 65 2 50 1 27 不搅拌 74 3 50 2 17 不搅拌 71 4 50 2 27 搅拌 73 5 70 1 17 不搅拌 70 6 70 1 27 搅拌 73 7 70 2 17 搅拌 62 8 70 2 27 不搅拌 67
如果采用正交试验法,可归纳成表2的试验方案: 表2乙酰苯胺磺化试验正交设计 因子 B C D 水平 反应温度 反应时间硫酸浓度(%)操作方法 (℃)(小时 50 搅拌 70 不搅拌 表2的试验如果全面互相搭配进行,则要做16组, 如果采用正交Ls(2)法,只需做8组试验,就可得出 二点可信度达95%的可靠结论
如果采用正交试验法，可归纳成表2的试验方案： 表 2 乙酰苯胺磺化试验正交设计 因子 水平 Ａ 反应温度 (℃) Ｂ 反应时间 (小时) Ｃ 硫酸浓度(％) Ｄ 操作方法 1 50 1 17 搅拌 2 70 2 27 不搅拌 表2的试验如果全面互相搭配进行，则要做16组， 如果采用正交L8(27)法,只需做8组试验，就可得出 二点可信度达95％的可靠结论
①影响收率的关键是硫酸浓度,即硫酸一定要 采用27%,磺化温度如果采用50℃,则时间要 采用2小时;磺化温度如果采用70℃,时间要 采用1小时,不然收率就低。搅拌与否,对收 率没有显著的影响 ·②最优化工艺不是2号,而是4号和6号。经进 步计算,4号和6号比2号平均收率高出4.73 从上述实例可以看出,采用正交法,既省力, 又可得出科学、可信度高的结果
• ①影响收率的关键是硫酸浓度，即硫酸一定要 采用27％，磺化温度如果采用50℃，则时间要 采用2小时；磺化温度如果采用70℃，时间要 采用1小时，不然收率就低。搅拌与否，对收 率没有显著的影响。 • ②最优化工艺不是2号，而是4号和6号。经进 一步计算，4号和6号比2号平均收率高出4.73 ％。 • 从上述实例可以看出，采用正交法，既省力， 又可得出科学、可信度高的结果
正交试验法的基本特点 用正交法来安排试验,在于安排试验的 这种正交表具备均衡分散,整齐可比特 性
二、正交试验法的基本特点 • 用正交法来安排试验，在于安排试验的 这种正交表具备均衡分散，整齐可比特 性
(一)试验均衡分散 ·1、因子与水平 完成一项研究,或一个产品的条件叫因子 (因素)。例如煮大米饭,是米、水、火三个条件 参与完成的,那么米、水、火就是煮饭的三个因 子(因素)。 水平是指因子(因素)所处的不同状态,即试 验点。例如煮饭是早米好吃,还是用晚米好吃, 早米、晚米就是不同的水平,同理每公斤米加1 公斤还是加1.25公斤水好,火是大火好还是文火 好,都是不同的水平
(一)试验均衡分散 •１、因子与水平 完成一项研究，或一个产品的条件叫因子 (因素)。例如煮大米饭，是米、水、火三个条件 参与完成的，那么米、水、火就是煮饭的三个因 子(因素)。 水平是指因子(因素)所处的不同状态，即试 验点。例如煮饭是早米好吃，还是用晚米好吃， 早米、晚米就是不同的水平，同理每公斤米加1 公斤还是加1.25公斤水好，火是大火好还是文火 好，都是不同的水平
如果要做煮饭试验,用正交试验法将因子和 水平列成表3。 表3煮饭试验的表头设计 因子 B 水平 A米 水 火 早米 1kg 大火 2 晚米 1.25kg 文火
如果要做煮饭试验，用正交试验法将因子和 水平列成表3。 表 3 煮饭试验的表头设计 因子 水平 Ａ 米 Ｂ 水 Ｃ 火 1 早米 1kg 大火 2 晚米 1.25kg 文火
2、正交表 正交表是指正交试验法中安排试验,分析 试验的一种得力工具,每张正交表,都有自己的 名字,并反映出表的具体内容。以L4(23)为例: L4(23) 表示这张正交表有3纵列,其名分别为列1、列2、列3 用它最多可以安排3个因子的试验 表示这张正交表只有两种数字,一种是1,另一种是2 分别叫水平1和水平2。用它可以安排两个水平的试验 表示这张正交表内有四个横行,每一横行分别叫1号 2号、3号、4号。用它可以安排四组试验 表示正交的意思 2水平有:L4(2)、L3(2)、L12(21 64(263) 3水平有:L9(34)、L1s(3)、L27(33) g1(340) 4水平有:L16(45)、L32(4)、L64(421)
２、正交表 正交表是指正交试验法中安排试验，分析 试验的一种得力工具，每张正交表，都有自己的 名字，并反映出表的具体内容。以L4(23)为例： 表示正交的意思 表示这张正交表内有四个横行，每一横行分别叫1号、 2号、3号、4号。用它可以安排四组试验 表示这张正交表只有两种数字，一种是1，另一种是2 分别叫水平1和水平2。用它可以安排两个水平的试验 表示这张正交表有3纵列，其名分别为列1、列2、列3 用它最多可以安排3个因子的试验 L 4 ( 2 3 ) 2水平有：L4(23)、L8(27)、L12(211)……L64(263) 3水平有：L9(34)、L18(37)、L27(331)………L81(340) 4水平有：L16(45)、L32(48)、L64(421)
表4L4(2)正交表 列号 3 试验号 111 234 2 122 2 所有正交表都具备以下两个数学性质: ①任何一列,各水平出现的次数相同。 ②任何两列的同一横行,有序数对出现次数相同。上述两点, 缺少任何一点,表就不正交了
表 4 L4 (23 )正交表 列号 试验号 1 2 3 1 1 1 1 2 1 2 2 3 2 1 2 4 2 2 1 所有正交表都具备以下两个数学性质： ①任何一列，各水平出现的次数相同。 ②任何两列的同一横行，有序数对出现次数相同。上述两点， 缺少任何一点，表就不正交了
3、均衡分散:一个整体的全面试验中,用正交 表挑出来的这部分试验分布均匀,代表性强,所 以只要通过这部分试验,就能反映全部试验情况。 AIBICI AbCl ①任何一个面上都 有二个试验点 2 AbCl 4/:ABCA I3 ②任何一条线上都 只有一个试验点 6 ●A2B1C AlBIC ③所有因子的水平 A1B,O A? B2 c2 视同仁 5 8
３、均衡分散：一个整体的全面试验中，用正交 表挑出来的这部分试验分布均匀，代表性强，所 以只要通过这部分试验，就能反映全部试验情况。 A2 B2 C1 A1 B1 C2 A1 B2 C1 A1 B2 C2 A2 B2 C2 A2 B1 C2 A1 B1 C1 A2 B1 C1 8 7 6 5 4 3 1 2 ○ ● ○ ● ● ○ ○ ● ①任何一个面上都 有二个试验点 ②任何一条线上都 只有一个试验点 ③所有因子的水平 一视同仁