计算机分子模拟技术在石油化工领域的应用

第一篇：计算机分子模拟技术在石油化工领域的应用

计算机分子模拟技术在石油化工领域的应用

摘要:计算机分子模拟技术自九十年代初以来发展迅速,在新材料的设计开发领域已成为一种十分重要的方法和工具,从产品设计方法学来说,也是一种卓有成效的革命。本文介绍了该技术在石油化工领域的高分子材料、分子筛催化剂以及油品添加剂产品设计开发方面的应用现状及发展前景。

关键词:分子模拟,分子建模,高分子,分子筛催化剂,添加剂

一、前言

计算机分子模拟技术在材料科学领域的应用至九十年代初进入一个新的阶段,它不仅能提供定性的描述,而且能模拟出分子体系的一些结构与性能的定量结果。计算机模拟使得理论物理学家、实验化学家、实验物理学家可以直接在计算机屏幕上模拟逼真的分子运动图象。分子力场、模拟分子体系算法及计算机软硬件的发展为分子模拟方法的发展奠定了坚实的基础。

分子模拟技术集现代计算化学(ComputationalChemistry)之大成,包括量子力学法、MonteCarlo法,分子力学法及分子动态法等。分子模拟法是用计算机以原子水平的分子模型来模拟分子的结构与行为,进而模拟分子体系的各种物理化学性质。分子模拟不仅可以模拟分子的静态结构,也可以模拟分子的动态行为(如氢键的缔合与解缔、吸附、扩散等)。分子模拟法可以模拟现代物理实验方法还无法考察的物理现象与物理过程,从而发展新的理论;研究化学反应的路径、过渡态、反应机理等十分关键的问题;代替以往的化学合成、结构分析、物性检测等实验而进行新材料的设计,可以缩短新材料研制的周期,降低开发成本。

分子模拟法不但可以模拟分子体系中的物理问题和化学反应过程,也可以模拟分子体系的各种光谱(如晶体及非晶体的X光衍射图,低能电子衍射谱等等)。光谱的模拟可以使我们能够更合理地解释实验结果,进行产品(如新型分子筛)的结构解析。

进入九十年以来,分子模拟技术在分子筛催化剂、高分子材料及其它固体化学、无机材料研究开发领域的应用已非常广泛,许多大公司如MOBIL、Shell、Dow、EXXON等积极应用分子模拟技术来推动高分子材料、分子筛催化剂的研究开发工作。

二、分子模拟技术在分子筛催化剂研究开发领域的应用 1.研究沸石催化剂的吸附和扩散性质

鉴于沸石在分离方面的重要地位,以及吸附是研究沸石结构的一种工具,有关沸石吸附方面的文献是大量的,而沸石的扩散性质对确定沸石催化剂能达到的优异选择性是十分重要的,在以前由于缺乏进行预测的理论根据,每一个有研究价值的体系的扩散系数必需通过实验测定[1]。

分子模拟技术的发展及应用,为研究沸石催化剂的吸附和扩散性质、温度对扩散系数的影响、选择合适的沸石结构及进行精细调节提供了优良的工具。

对寻找可以用于形态选择性反应的可能的催化剂这方面的工作来说,一种高效的方法是建立沸石和被吸附分子的计算模型。采用分子图形法(moleculargraphics)可以很快在计算机屏幕上显示出各种反应物或产品的分子与候选的(candidate)沸石孔的形状与尺径的匹配程度[2],用量子力学[3-5]或分子动力学[6]研究沸石内的分子扩散可以提供对所显示的分子图像的证明。

线性双烷基萘是一种在生产液晶高分子以及其它特殊高分子材料过程中有重要作用的中间体,2,6-DIPN可通过萘和丙烷在酸性固体催化剂的作用下进行萘的丙基化获得,然而,无定形的酸性固体催化剂生产出等量混合的异构体2,6-和2,7-DIPN[9],二者的分子平均分布十分相似,要分离它们很困难,费用很高。2,6-和2,7-DIPN在分子形态上的不同足以使它们在某一指定沸石中的扩散速率产生足够大的差异。文献[7]在SGI工作站上用INSIGHTⅡ软件[10]对可能的沸石进行检索,研究发现,丝光沸石的孔径形态和2,6-异构体的匹配要比与2,7-异构体的匹配好得多,对2,7-异构体存在足够大的势垒,而2,6-异构体可以很顺利地通过。文献[7]还将计算和预测的结果与各种催化剂催化萘异丙基化的反应结果进行了对比,证实了计算结果的可靠性。

苯与聚丙烯的烷基化反应是一个重要的石油化工过程,其产物异丙基苯用于酚与酮类产品的合成中,传统的工业化过程使用AlCl3或“固体磷酸”催化剂,在安全性、腐蚀及废物处理等方面存在诸多问题,避免这些问题的一个有效途径就是使用分子筛催化剂。最近几年已经开发出了一些这样的催化剂如FAU,MOR及β沸石等等,.Millini[8]采用MSI软件的SolidsDocking模块计算了异丙基苯和该反应的副产物在上述分子筛中的能量最低的扩散路径,上述所有分子筛均显示出了对产品的形态选择性。

沸石的三维网状结构为气体的分离提供了一个理想的场所,对于某一具体的分离过程应该可以从大量的已经很成熟的可能结构的沸石中找到一种满足分离效率的要求,这种搜索的传统方法的实验工作量是很大的。文献[11]应用Cerius软件中的Sorption模块预测氧气和氮气及氮氧混合气在沸石中的吸附等温线,为搜索可能的沸石结构提供了一种快捷、耗资少的方法。该研究发现Li-X是一种理想的氮气优选吸附剂,可用于生产纯净的氧气。

非均相催化开始于有机分子在催化剂表面的吸附。在吸附过程中,催化剂和有机分子的形态(shape)会因为吸附剂与吸附质之间的非键合相互作用均会发生改变,这种改变在产生吸附中心及影响系统的反应动力学起着至关重要的作用。ZSM-5沸石在吸附二甲苯过程中,其空间结构将从单斜晶变化成斜方晶[12],文献[13]用Cerius的Sorption模块模拟了对位和间位二甲苯分别在T,M和O-ZSM-5沸石上的吸附过程。2.沸石结构的解析

分子模拟方法可以将建模技术和分析实验方法紧密结合起来,衍射数据、组成及几何特征数据、孔的坐标及体积数据、EXAFS和固体NMR数据可以从原子水平的模型直接模拟出来。上述模型的变化对模拟谱图的影响可由结构和分析数据之间的动态联系直接控制。扫描电子显微镜、电子衍射和高分辩率晶象测定的晶粒的形态学性质也可以用原子水平的模型直接模拟。通过分子模拟技术,可以在屏幕上观察到晶体结构的不断变化、模拟的衍射曲线和实验曲线的不断拟合。红外光谱和拉曼光谱等晶体振动光谱的模拟,可以表征晶体的构象及原子间相互作用的特征[14,15]。

沸石材料的骨架结构的几何特征及拓扑特征的识别对于理解它们在催化和分离过程中的行为是至关重要的。由于大部分新合成的沸石为粉状,其结构的解析用传统的单晶X射线技术难以实现,需要由粉末X射线衍射或粉末中子衍射技术来进行结构解。分子模拟技术可以用来对从X射线衍射数据得到的沸石结构模型进行精修以产生精确的模型,文献[16]报道了分子模拟技术应用于该领域的工作,并给出了利用分子模拟软件Cerius确定沸石骨架结构的几何特征过程的流程图。3.新型分子筛的设计

由于分子模拟技术在综上所述的各个方面对分子筛催化剂研究开发工作的卓有成效的帮助,它已经成为分子筛催化剂专家们手中重要的、甚至是必不可少的先进工具。分子模拟技术作为工具至少可以在以下几个方面对新型分子筛的设计提供有效的支持:(1)利用分子模拟软件中的分子筛数据库中提供的已知的分子筛结构及其有关参数考察现有分子筛是否符合所要解决的具体问题的要求,使搜索可能的分子筛结构的速度大大提高而费用大大减少。

(2)利用分子模拟技术可以从多个方面确定分子筛的框架结构并对其进行精修,可以得到晶胞参数,原子位置,原子占有率,温度因子等性质,如利用与已发表的结构或模拟实验数据进行结构精修;利用Rietveld方法,通过对比实验X-Ray衍射数据进行结构精修;利用距离优化法(DLS)进行结构精修。

(3)利用分子模拟技术可以对任意建造的分子筛结构预报其稳定性及相应的参数,分子筛设计专家可以在计算机屏幕上进行新型分子筛的设计。

(4)利用分子模拟技术可以进行分子筛光谱波谱的模拟及其结构的表征与解析。

(5)利用分子模拟技术可以很直观很方便地“观察”到分子筛的吸附散现象以及温度等因素对吸附的影响,可以考察分子筛催化剂的催化机理,有目标地设计新型高效的分子筛催化剂。

三、分子模拟技术在高分子材料研究开发领域中的应用 1.研究弹性材料的结构和性质

计算机模拟目前在弹性材料(elastomericmaterials)的结构表征和性质(性能)的解析及预测方面起着越来越重要的作用[18-20],其在该领域中的应用主要包括以下几个部分:(1)对表现出可逆转弹性性质(reversibleelastomericproperties)的材料的开发而进行的对凝胶过程(gelationprocess)的模拟,其目的在于充分表征溶胶相(solphase)的量和构成以及凝胶相(gelphase)的结构以预测它们的模量(moduli)[21,22]。

(2)对多环分子(macrocyclicmolecules)的立体构像的模拟,尤其是对其“孔径”的表征,可用以预测其在端连接过程中的捕获效率[23]。

(3)高聚物的结晶目前也是一个引人注目的研究方向。Windle等[24]发展了一些模型来模拟含两种可结晶组分的共聚物的链的序列。Madkour[25,26]用MonteCarlo法研究了二甲基硅氧烷和二苯基硅氧烷的共聚结晶。

(4)某些高分子材料因其具有很好的透气性能而被考虑应用在气体分离工作中,考察的高分子材料有无定形聚乙烯(PE)和聚二甲基硅氧烷(PDMS),参见文献[27,28]。

(5)研究共聚物的结构和性能的关系。Subramanian等[29]用分子模拟技术研究理想的支化的乙烯-丙烯共聚物(EPcopolymer)的结构,发现和线性共聚物相比,支化共聚物具有较小的回转半径,和溶剂的相互作用较小,粘度较低。EP共聚物经常被用于调整各种润滑剂(如内燃机油)的粘温性能[30],该项研究具有很强的实用价值。

2.高分子共混体系的预报

通过共混的物理方法得到具有工程上要求的特定物理性质的高分子材料而无须再去进行具有类似性质的共聚物的设计。目前,尚没有简单可循的方法来判断哪些高分子能够共混,从经验上可以提出很多共混的高分子组份的方案,要从实验上(包括化学合成,结构鉴定和物性检验等环节)寻找有效的方案,费用很大。用分子模拟的方法来判断哪些高分子能够共混,会极大地缩短所用的时间,整个过程可分为两个部分,其一是用分子模拟技术来评价各方案的可行性,其二是优化的几个方案的实施[31]。

3.催化剂选择性的设计

分子模拟技术可以建立催化剂中心与反应分子相互作用的模型,计算出各种取向的构型之间的能量差,能量低的其存在的几率大于能量高的,由此可以评价、筛选各种设计方案,得到对催化剂选择性机理的正确认识,得到优秀催化剂设计方案的可靠选择。(1)Ziegler-Natta催化剂和金属茂催化剂

文献[32]介绍了用于丙烯等规(isotatic)聚合的Ziegler-Natta催化剂的分子模拟设计,利用电子结构从头计算技术结合经验力场分子动力学技术,研究了环桥1,2-亚乙基双茚基锆Ziegler-Natta催化剂的定向性;基于外消旋1,2-亚乙基双茚基锆和外消旋1,2-亚乙基双四氢茚锆催化剂的等规立构实验观测结果可以和计算结果相吻合;提供了内消旋1,2-亚乙基双四氢茚锆催化剂的无规立构性质;报导了模拟修正后的外消旋1,2-亚乙基双四氢茚锆催化剂对等规立构度的影响(增加或减少)。

近来有关分子动力学在有机金属化学中的应用的报道包括不少对环戊二烯基类化合物的研究[33-36]。对于这类化合物,最近的研究包括用于连接金属的处于Cp环中心的模拟原子(pseudoatom)[35,36]。

EniChem的Longo等[43]利用MSI的DMOL模块研究了基于金属茂催化剂的烯烃聚合反应的机理,得出了许多重要的结论。(2)INSITE技术中的分子结构控制

单一活性中心催化技术的出现导致了一系列新的聚合物的产生,它对产品开发的新途径的进一步开拓,正在改变着塑料工业的现状。作为MSI分子模拟软件主要用户之一,Dow公司结合分子模拟技术,近年来开发了INSITE技术[37],并用该技术开发生产了AFFINITY聚烯烃塑性体系列(POPs)和ENGAGE聚烯烃弹性体系列(POEs)。

Dow的INSITE技术主要由两种方法结合而成,其一是并行开发技术[38](concurrentdevelopmentapproach),其二则是分子结构控制(moleculararchitecturecontrol)。Dow的分子结构控制技术可以使得设计者打破原有的设计规则,控制所用的分子的类型(如支化长链,支化短链,Mw分布等)。将这种分子设计和过程动态控制结合起来,可以使设计者直接制造出高分子而勿需采用工业应用中原有的失败-尝试法,可使材料科学家用模型方法探索新的结构-组成关系,开发新产品,缩短开发周期。4.分子光谱波谱的模拟

对非晶体衍射(如玻璃体)的衍射图已达到很精确的程度,可以用于确定分子链内的构像特征[39]。用粉末晶的衍射曲线来确定分子晶体的结构已成为现实。NMR谱作为X射线等其它分析方法的重要补充已被广泛应用于测定分子的溶液结构,这一工作的数据量很大,应用分子模拟技术,将其和多维光谱分析技术结合起来以形成一种集成系统,可以方便高效地进行数据处理和更准确地预报结构。

分子动态模拟法的发展为模拟真实的分子体系的振动光谱奠定了坚实的基础。分子动态模拟法可以按时间序列描述分子的每个原子的运动轨迹,从而模拟分子的各种层次上的运动行为,可以预报分子的振动频率、谱带的强度,还可以模拟谱带的形状。分子模拟法可以计算多分子体系、非晶态分子、溶液体系、表面或界面上分子的光谱[40]。

四、分子模拟技术在添加剂研究开发领域的应用

分子模拟技术在一定程度上可以应用于油品添加剂的设计开发工作中。油品添加剂种类和产品很多,随着工程技术的进步而提出的要求,油品添加剂的新产品还在不断涌现,利用分子模拟技术,可以辅助新产品的开发;可以;预测其物理与化学性质。其中,研究添加剂的结构对性能的影响可由分子模拟领域的三维QSAR分析技术来实现。

QSAR技术近年来发展迅速,该技术虽然是针对药物分子设计而开发的,但因其卓越的分析化合物结构与性能关系的统计分析能力和计算化合物分子各种结构性质的大量有效的工具和方法,已逐步从药物分子设计领域渗透到其它的产品设计领域,如配方(formulations)、润滑剂、添加剂设计领域。QSAR的全称是“定量的结构-活性关系”(QuantitiveStructureActivityRelationship),当前的QSAR研究工作集中于开发一些理论和方法以将构像和分子的形态(shape)的物化性质带入QSAR开发过程中,由此而导致了可比较的分子场分析技术(CoMFA)、分子形态分析技术(MSA)以及接受体模型方法(ReceptorModel)的开发和发展,这种类型的QSAR被称为三维QSAR。另外,GFA(GeneticFunctionAnalysis)技术为研究结构-组成关系提供了一种新的高效的遗传函数分析方法,该方法可以快速生成统计上合理的一组结构-性能模型,而不是一个模型,这样就可以发现那些其它技术发现不了的关系[41]。如为防止油井管因无机沉淀物的生长而导致管道堵塞,Bendickson[42]等应用Cerius2的QSAR+模块研究了24种聚合物对抑制碳酸钙和磷酸钙晶体生长的作用,对Calgon公司在这一领域12年的研究成果进行了极为有效的总结,成功地描述了防垢剂的结晶抑制过程。另外还有一些应用QSAR的成功报道,如判断洗涤剂的流变学性质、聚合物的熔态粘度、防锈剂的开发等等。

第二篇：计算机在中药领域的应用

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计算机技术是本世纪的卓越科技成就之一。近年来，随着计算机技术的发展和普及，在中药研究中的应用研究报遭不断增多，有力地促进了中药学研究方法的发展，计算机技术已成为中药研究的重要手段之一，在计算机技术人员和中药工作者的共同努力下，近年来，中药领域的计算机技术发展取得了一定成果，但仍待进一步开发，使目前取得的成果完善，并积极应用最新计算机技术，提高中药研究水平。现就近年来中药领域计算机技术应用进展概述于后。

1.计算机在中药材真伪鉴别方面的应用

成都中医学院研制的“中药显微电脑识别专家系统”，该系统与显微电视录像系统配套使用，具有图像真实，操作灵活、方便、检验快速、准确的效果；济南山东省新药药理研究中心根据中药玉竹及其混淆品的生药性状，组织构造及粉末特征，结合计算机技术编制了一个中药玉竹及其混淆品鉴别的系统，该系统具有鉴别、检索、修改及打印等功能，按照屏幕提示信息输入待鉴标本的特征代码或实测数值，在几秒钟内即可完成鉴别；广州广东药学院26个细辛样品为训练集，以19个细辛样品为试验集，采用化学模式识别技术对3 种细辛(北细辛、汉城细辛、华细辛)进行鉴别，该项研究从细辛挥发油GC—MS中获得数量化分类特征，经PRIMA法处理，实现了计算机对所有样品的鉴别分类，所得结果与实际相符；第二军医大学药学院运用计算机图像定量分析技术建立了测定黄连类中药组织细胞的显微鉴定模式识别系统，为中药混乱品种与多源道地药材鉴定提供了新的三维定量研究技术和资料；第二军医大学药学院运用计算机图像处理的技术实现郁金类连续切片组织形态的计算机三维重建与动态显示，他们还利用计算机技术实现了麦冬类中药组织连续切片三维重建与动态显示，为计算机辅助生药学鉴定和教学提供了新的三维图像技术和研究资料；重庆四川省中药研究所实现了道地药材附了连续切片三维重建与动态显示，为计算机辅助生药学教学和鉴定提供了具有生动性和立体感的三维图像技术和资料；丽水地区药品检验所先根据直伪黄芪紫外光谱峰位赋值量化，然后用计算机求得相似系数进行聚类分析，以判别黄芪的真伪；丽水地区药品检验所将数量分类学中的聚类分析引用到紫外线光谱分析中，用微机求出比较值及聚类，然后根据其聚类谱系来量化研究系列中药的真伪优劣，以4类药材为例，证明其结果可反映出各试样之间的亲疏远近关系。如友好医院科技开发部提出一种挥发油生药的模糊模式识别方法，刚气相色谱法获得样品信息，由计算机进行检索，结果显示其品种符台率为93．75%；品种、产地符台率为75%。检索过程仅数秒钟；江西中医学院用紫外分光光度计测定清开灵注射液的吸收度，采用初均速法研究了其中主要成分黄芩甙和绿原酸的含量变化，将实验数据输人计算机处理，预测出该制剂中黄芩甙和绿原酸的稳定性；北京总后卫生部药品仪器检验所为了对枸杞子药材及其有关制剂的质量进行控制，对不同产地的枸杞子进行了比较分析，收集其色谱、质谱图、实验结果认为其离子流图有较大的共同点，可作为定性的依据，但亦存在不同之处，各组分的相对百分含量不尽相同，所占成分亦有区别，利用计算机谱库检索并核对有关资料，个别组分还利用对照品进行对照，共鉴定出33种化合物； 第二军医大学药学院生药学教研室对15种叶类生药气孔进行计算机图像分忻； 第二军医大学药学院经过对4种蛇床的果实、芬粉粒、维管束，气孔和内胚乳细胞的大小进行体视学研究和计算机图像分析测定，结果表明，果实和维管束的大小顺序为兴安蛇床>碱蛇床>滨蛇床>蛇床；花粉粒大小为碱蛇床>兴安蛇床>滨蛇床>蛇床；内胚乳细胞则兴安蛇床>滨蛇床>碱蛇床>蛇床；中国药科大学研制的“金银花药材品种鉴定计算机辅助咨询系统”；南京军区后勤部药品检验所研制的“中国药典中药及其相关品种粉末显微智能鉴定系统”，该系统收载了668种中药材(含混伪品287种)可以模拟专家在实际工作中的思维方式进行鉴定；中国药科大学测试中心应用计算帆辅助模式识别技术鉴别中药材重楼；第二军医大学药学院生药学教研室将图像分析技术探索性地应用于仙茅属植物花粉的鉴别，发现该属植物花粉体

积相有效期很大，种问两两比较均有显著性差异，提示图像分析技术在生药学领域具有广阔的应用前景；山东医科太学应用计算机鉴定、检索药用植物标本；江西中医学院根据常见中药材及其混淆品的性状特征，制定了操作性强、规范度高的性状鉴别客观标准，建立了判别的数学模型和判别指数计算方法及中药材电脑代码，实现了125种中药材及数百种伪品的性状鉴别电脑模拟；中国科学院沈阳应用生态研究所应用计算机进行植物自动分类；四川省中药学校应用微机对中药材紫外光谱的鉴别特征进行管理；沈阳药科大学药物分析研究室用对称的三层BP人工神经网络处理中药化学模式识别数据，既达到了提取特征和降维映射的目的，又减少了每引人一个样本重新计算各样本空问距离和分布的麻烦，提取的特征及相应误差用三维图形表示，可直接用于中药的化学模式识别；辽宁中医学院研制的“中药性状鉴别微机管理系统”；广州广东药学院药学系以“南药”砂仁及其伪品为研究对象，从砂仁及其伪品的紫外光谱中莸取数量化特征，通过聚类分析，在计算机上实现了样品的鉴别分类。

2.在探索中药化学成分的应用

成都中国科学院成都生物研究所利用毛细管气相色谱保留指数定性、标准样品叠加和色谱一质谱一计算机联用技术，对淡黄杜鹃植物挥发油的化学成分进行了分离和鉴定，共鉴定出单萜烃18个，倍半萜烃41个，并测得了各化合物的相对含量，其主要成分是：β一蒎烯、α 一蒎烯、乙酸冰片酯、柠檬烯、β一横香烯、香桧烯、香茅醇和月桂烯；福州福建师范大学生物工程学院应用毛细管气相色谱一质谱一计算机联用系统对闽产石香蔫挥发油的化学成分进行研究；上海第二军医大学药学院采用计算机图像分析技术对20种细小种子类生药进行分析测定，报道了种子的最大直径、周长、截面积、体积和不规则参数，郑州河南省中医药研究院利用毛细管气相色谱一质谱一计算机联用拄术来分析怀菊花挥发油的化学成分；中国科学院长春应用化学研究所利用气相色谱一质谱一计算机联用装置分析了吉林栽培西洋参挥发油中的化学成分及相对含量；济南山东省中医药研究所采用GC--MS计算机联用仪，对蔓荆予不同炮制品的挥发油进行了分析研究，结果表明，炮制后挥发汕含量减少，质量发生变化，共分离鉴定出26个化台物，生品和微炒品检出26个炒焦品检出20个，炒炭品检出16个；南京市中医院运用气相色谱一质谱一计算机联用研究巴戟天的化学成分。

3.在中药临床及实验研究方面的应用

蚌埠医学院药理学教研室在研究白芍总苷对缺血心的保护作用方面，运用计算机检测心功能变化；上海医科大学病理生理教研室在研究灵芝合并降压药治疗难治疗性高血压时血压、血糖、NO、微循环及血液流变性的改变的临床实验中，运用显微电视电脑测量系统定量测定用药前后甲鹱微循环的变化；上海中医学院附属龙华医院应用电子计算机对结晶天花粉蛋白抗早孕进行分析研究；南京医科大学第一附属医院皮肤科对中医治疗白癜风74首方剂进行计算机拆方排序，从中选出高频砍出现的中药89珠，再观察这些中药乙醇提取物对蘑茹酪 氨酸酶和无细胞系统多巴色素自动氧化生长黑素量的影响，发现有19味中药乙醇提取物存 3个不同浓度对酪氨酸酶活性、黑素生成量呈剂量依赖性激活和上调；杭州浙江医科大学淋巴学研究室应用中医中药治疗肝硬化腹水的药物，进行动物实验通过扫描电镜和计算机联机的图像处理系统，对药物的腹膜孔调控和促腹水转日作用，作了观察和定量分析。沈阳中国医科太学生物教研室根据Beeler--Reuter方程，对Ca2+通道电流结合膜片钳实验数据进行计算机重建，并研究了中药白花前胡有效成份Pd--Ia(a)+通道的作用模式，为研究Ca2一通道电流及联因子的动态过程提供了一个新方法，为定量研究心脏药物作用机制及判断其疗效提供了理论依据。中周医学科学院药用植物研究所利用计算机自动控制、图像分析处理和多媒体视频等多种技术，将小鼠在圆形水迷宫的学习记忆行为表现转移为活动图像井显示其实时运动轨迹路线，利用计算机获得的信息资源进行综合分析，优化组台后，建立了出运动距离、速度、寻找平台时间、运动轨迹组成的评价指标。从而为益智中草药研究提供了一种自动化程度高、获取信息量大、符合国际标准的圆形水进宫计算机自动控制和图像分析处理系

统及相应的指标评价体系。杭州浙江省中医药研究院自术、党参腹腔注射经扫描电镜和计算机图像处理与定量分析结果表明能使小鼠腹膜孔平均孔径及开放密度明显增加，黄芪无显著作用，表明白术、党参对腹膜孔调控作用较强、是治疗腹水的有效药物；北京中医药大学以 3 H一栀子甙为示踪剂，采用整体放射自显影及图像分析技术，观察栀子的有数成分栀子甙在小鼠休内定量分布的动态变化，并探讨与栀子归经理论的关系，结果显示同一器官的不同示踪时相和同一示踪时相胆、肝、肾上腺、小肠、大肠、心脏和胃等器官，其分布特点同栀子归经于心、肝、肺、胃经以及赃腑的络属关系基本相符、首次为栀子传统的归经理论提供了形态学依据；浙江省中医药研究院通过对健脾益气的白术、党参黄芪对小鼠腹膜孔调控作用的观察，通过扫描电镜和计算机图像处理与定量分析，提示白术、党参是治疗腹水的有效药物；广州广东药学院药学系借助计算机，对中药的性、虚、月经进行量化处理，建立了寻找药材替代品的数量化方法：南昌江西中医学院用原了吸收光谱法检测，10种辛温解表药和7种温里药的15种生命元素含量，采用微机对其药效与各元素含量进行逐步判别分析，结果表明两者功效与Mn、Cn、Ba、Pb 5种元素含量有关，并建立了辛温解表药与温里 药的判别模型，该模型具有显著的判别效能。

4.在中药及方剂数据库方面的应用

南京中医药大学研制的“中华本草名录检索系统”，“图经本草检索系统”，其中“《图经本草》计算机检索系统”可浏览《本草图经》的全部原文，也可查阅某殊中药的原文进行统计分析；中国中医研究院中药研究所研制的“电脑检索全国中草药名鉴数据库”，该数据库收录了我国中草药13268条(722科)，每条记录包括类科、拉丁学名、植、动、矿物名，药材名、文献名、地方名、功效、备考八项基本信息。其中除备考外，全部数据均可以关键词进入俭索；昆明云南省药材公司建立的“云南中药资源评价体系和计算机数据库”，协助对云南中药资源的现状进行了解及合理开发利用当地的中药材资源；内蒙古中蒙医研究所研制的“内蒙古中蒙药用植物资源数据库系统”，该系统不仅可提供查询，还可以对内蒙古地区中蒙药用植物作整体的综台性定量分析及提供决策方案。黑龙江中医学院和东北林业大学联台研制的“中药通用文献检索系统”，该系统按照设计要求可适用于中医学各学科的小型文献的检索与管理；福建省中医药研究所研制的“中国草药数据库检索系统”；贵州省中医研究所研制的“中国苗旗药物现代文献数据库”；中国中医研究院中药所的“万方中药信息处理系统”；南京中医药大学研制的“中医方剂编码及文献数据库系统，该系统于2001年3月通过鉴定，系统收录了古今方剂101903首，可进行方名、书名，处方药物、功能、主治等的检索。“中医历代常用方剂数据库检索系统”，该系统于1994年12月通过鉴定，系统收录了中医历代常用方剂1万条首，该系统除了纵向可方剂名检索异名、方振、作者、药物组成、功用、主治、药理作用、用法外，还可以横向根据组成考察方剂的沿革、变化、比较方 剂的配伍关系，根据功用查询同类方剂，根据主治查询相应的方剂，根据药理作用查询相应的方剂等；江苏缸皋市中医院研制的“实用方剂数据库及检索系统”，该系统以实用方剂辞典》为蓝本，收录方剂10310首，数据内容包括拼音、方名、异名、方源、组成、功能、用法、宜忌、加减、主治、实例、方考等；广州广东药学院研制的“中药方剂的计算机辅助分析系统”；江西中医学院运用数据库技术探索中医方剂配伍的统计规律；辽宁省中医研究院研制的“《苷济方》数据库”；安徽中医学院运用计算机对《各医类案》的方药进行分析，发现全书共用方416首、用药465种、方剂以补中益气汤、四物汤、六君子汤、小柴胡汤等23方为“核心方剂”，药物以甘草、人参、白术、当归、茯苓等13味药为“核心药物”，这些结果显示了江氏在选案时重温补，也从测面反映温益脾胃、滋补气血在历代医家临床中占有重要的地位；中国医科大学运用计算机对《方剂学》中常用药物进行统计分析；云南省医学信息研究所研制的“中药不良反应文献题录库计算机管理系统”，该系统收集了1990~199 7年国内文献振中有关中药不良反应文献等等。

5.在中药领域其他方面的应用

北京医学院运用计算机对常用中药的归经进行分析；北京大学化学与分子工程学院运用计算机对中药复方进行模拟研究；锦州医学院应用计算机对中药进行综合评价；北京同仁堂制药二厂利用计算机解决中成药工艺设计中正交试验法数据处理的问题；贵阳中医学院研制中药制剂均匀试验设计；中国医学科学院药用植物资源开发研究所研制的“中国药用植物系统疗效计算机统计分析系统”；江西中医学院采用紫外分光光度法测定了银黄注射蔽的吸收度，根据初均速法预测了其中主要成分绿原酸与黄芩甙的稳定性，均实验数据输入了计算机进行运算，预测出银黄注射被的有效期；黑龙江中医学院研制的“中药科研方案、生产工艺优化设计软件，该系统将传统的正交试验与正态拟台相配台，并编制了T检验、方差分析、回归及 LD50等组成程序包相佐。

广州广东药学院将计算机模式分类技术推广应用于两个中药研制方童康片、脑得生片的解析，计算机模式分类结果与中医理论相吻合；重庆四川省中药研究所应用二次正交回归旋转组合设计进行田间试验，经计算机运算，获得药用红花施肥量的数学模型，通过对此模型进行分析、模拟、优化和筛选得药用红花的面施肥量公式，按此方案实施，可获得高产；无锡轻工大学生物工程学院在探索灵芝胞外多糖分批发酵非结构动力学模型时，通过计算机模拟，证明模型预测值与变际实验值具有良好的拟台性等等。

第三篇：CNAS-CL36：2012 分子诊断领域应用说明

CNAS-CL36

医学实验室质量和能力认可准则 在分子诊断领域的应用说明

Guidance on the Application of Accreditation

Criteria for the Medical Laboratory Quality and Competence in the Field of

Molecular Diagnostics

（征求意见稿）

中国合格评定国家认可委员会

2012年09月13日发布

2013 年XX月 XX日第 1 次修订

2014年xx月xx日实施 CNAS-CL36:2012

前言

本文件由中国合格评定国家认可委员会（CNAS）制定，是CNAS根据分子诊断领域的特性而对CNAS-CL02：2012《医学实验室质量和能力认可准则》所作的进一步说明，并不增加或减少该准则的要求。

本文件与CNAS-CL02：2012《医学实验室质量和能力认可准则》同时使用。在结构编排上，本文件章、节的条款号和条款名称均采用CNAS-CL02：2012中章、节条款号和名称，对CNAS-CL02：2012应用说明的具体内容在对应条款后给出。

本文件的附录A、B为规范性附录。附录的序号及内容与CNAS-CL02:2012不对应。本文件于2012年制定，本次为第1次修订换版。

2012年09月13日发布

2013 年XX月 XX日第 1 次修订

2014年xx月xx日实施 CNAS-CL36:2012

医学实验室质量和能力认可准则在

分子诊断领域的应用说明 范围

本文件规定了CNAS对分子诊断领域的认可要求，包括：病原体核酸和人体基因等领域涉及的核酸扩增试验、杂交试验（包括解剖病理中的原位杂交试验）、核酸电泳分析等。

注：“分子诊断”包括检验医学领域的“分子检验”以及病理学检查领域的“分子病理”。规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括修改单）适用于本文件。

GB/T 20468-2006 临床实验室定量测定室内质量控制指南 CNAS-RL02 能力验证规则 CNSA-CL31 内部校准要求

临床技术操作规范·病理学分册，人民军医出版社，2004 医疗机构临床基因扩增检验实验室工作导则

病理科建设与管理指南（试行），卫办医政发〔2009〕31号 术语和定义 4 管理要求

4.1 组织和管理责任

4.1.1.2 实验室为独立法人单位的，应有医疗机构执业许可；实验室为非独立法人单位的，其所属医疗机构执业证书的诊疗科目中应有医学实验室，自获准执业之日起，开展医学检验/病理工作至少2年。

4.1.2.5 技术负责人应具有副高以上医学专业技术职务任职资格，从事医学检验/病理工作至少5年。4.2 质量管理体系 4.3 文件控制 4.4 服务协议

4.5 受委托实验室的检验

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4.6 外部服务和供应 4.7 咨询服务 4.8 投诉的解决

4.9 不符合的识别和控制 4.10 纠正措施 4.11 预防措施 4.12 持续改进 4.13 记录控制 4.14 评估和审核 4.15 管理评审 技术要求

5.1 人员

5.1.2 实验室负责人应具有医学专业本科以上学历，副高以上专业技术职称、从事分子检验/分子病理工作至少3年。

临床基因扩增检验实验室操作人员应经过有资质的培训机构培训合格取得上岗证后方可上岗。

签发分子病理报告的医师应具有中级以上病理学专业技术职务任职资格，并有从事分子病理工作经历。

认可的授权签字人应至少具有中级以上专业技术职务任职资格，从事申请认可授权签字领域专业技术工作至少3年以上。5.1.3 实验室的检验/检查人员至少应有2名。

5.1.6 应每年评估员工的工作能力。对新进员工在最初6个月内应至少进行2次能力评审，保存评估记录。

当职责变更时，或离岗6个月以上再上岗时，或政策、程序、技术有变更时，应对员工进行再培训和再评估。没有通过评估的人员应经再培训和再评估，合格后才可继续上岗，并记录。5.2 设施和环境条件

5.2.1 应实施安全风险评估，并制定针对性的防护措施及合适的警告。

5.2.2 临床基因扩增检验实验室原则上分四个独立的工作区域：试剂贮存和准备区；样品制备区；扩增区；扩增产物分析区。如使用自动分析仪（扩增产物闭管检测），扩增区和扩增产物分析区可合并。

上述每个区域应有充分空间以保证：

（a）样品处置符合分析前、后样品分区放置；（b）仪器放置符合维修和操作要求；

（c）样品制备区放置生物安全柜、离心机和冰箱等仪器设备；

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（d）打印检验报告时交叉污染的控制。工作区域应符合如下要求：

（a）应有限制进入实验区的标志和措施；

（b）非本实验室工作人员，未经许可不得接触到患者样品、信息等资源；（c）实验室各分区应配置固定和移动紫外线灯，波长为254nm，照射时离实验台的高度一般为60～90cm；扩增仪配备不间断电源；

（d）各区应有信息通讯联系手段，便于在紧急情况下与外面的联系；（e）样品制备区应配置二级生物安全柜和洗眼器，实验室附近应有喷淋装置。所有分子病理实验室均应设置独立的标本前处理区，包括切片区和脱蜡区，用于组织切片、脱蜡、水化、染色等。脱蜡、水化及染色应在通风设施中进行。5.2.3 应有足够的、温度适宜的储存空间（如冰箱），用以保存临床样品和试剂，设置目标温度和允许范围，并记录。实验室应有温度失控时的处理措施并记录。5.2.6 不同的实验区域应当有其各自的清洁用具以防止交叉污染。工作结束后应立即对工作区进行清洁，必要时进行消毒及去污染。

应依据所用分析设备和实验过程对环境温、湿度的要求，制定温湿度控制要求并记录，应有温度失控时的处理措施并记录。

应依据用途（如：RNA检测用水），制定适宜的水质标准（如：应除RNase），并定期检测。

分子检验各工作区域应有明确的标记。进入各工作区域应按照单一方向进行，即试剂贮存和准备区→样品制备区→扩增区→扩增产物分析区。不同的工作区域宜使用不同的工作服（如不同的颜色）。工作人员离开各工作区域时，不应将工作服带出。5.3 实验室设备、试剂和耗材

5.3.1.1 如从事RNA的检测，应配备－70℃的冷冻设备和高速冷冻离心机。标本制备区使用的一次性加样器吸头应带有滤芯。PCR试验用容器应可密闭。不同工作区域内的设备、物品不能混用。

分子病理实验室标本前处理区的设备应包括切片机、裱片机、切片刀及防样品交叉污染的消毒用具、紫外灯、电热恒温箱、脱蜡缸、水化缸及HE染色缸。5.3.1.4 应按国家法规要求对强检设备进行检定。应进行外部校准的设备，如果符合检测目的和要求，可按制造商校准程序进行。应至少对分析设备的加样系统、检测系统和温控系统进行校准。分析设备和辅助设备的内部校准应符合CNAS-CL 31《内部校准要求》。

应定期对PCR仪、加样器、温度计、恒温设备和离心机进行校准。

5.3.1.5 设备故障修复后，应首先分析故障原因，如果设备故障影响了方法学性能，可通过以下合适的方式进行相关的检测、验证（适用于定量项目）：

（a）校准的项目实施校准；（b）质控物检验；

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（c）与其他仪器或方法比对，偏差符合附录A.3的要求；（d）以前检验过的样品再检验，偏差符合附录A.5的要求。

5.3.2.1 实验室应建立试剂和关键耗材（如离心管、带滤芯的吸头）的验收程序，相应程序中应有明确的判断符合性的方法和质量标准（宜参考附录A）。

5.3.2.3 实验室应对新批号或同一批号不同货运号的试剂和关键耗材进行验收，验收试验至少应包括：

（a）外观检查：肉眼可看出的，如包装完整性、有效期等；

（b）性能验证：通过实验才能判断的，如试剂的核酸提取效率和核酸扩增效率、试剂的批间差异、关键耗材的抑制物等：

— 试剂性能验证记录应能反映该批试剂的核酸提取效率和核酸扩增效率。一般情况下，临床实验室采用新批号试剂或关键耗材检测5份过去用旧试剂或关键耗材检测过的患者样品进行验证，符合附录A.6要求即可视为满足要求。但当实验室怀疑提取试剂有质量问题时，可采用凝胶电泳试验比较核酸提取物与核酸标准物确认核酸片段提取的完整性、260nm紫外波长测定确认核酸提取的产率、260nm/280nm比值确认核酸提取的纯度。核酸扩增效率可通过计算标准曲线的斜率（slope）获得，实验室可参照供应商提供的斜率范围来评价该批试剂的符合性。

— 用于定性检验的试剂，选择阴性和弱阳性的样品进行试剂批号验证。— 用于定量检验的试剂，应进行新旧试剂批间的差异验证，方法和要求参照附录A.6要求。

— 耗材的抑制物验收：对关键耗材应检测是否存在核酸扩增的抑制物，方法和要求参照附录A.6要求。

5.4 检验前过程

5.4.4 应规定分子检验样品留取的具体要求，如：

（a）使用无DNase和RNase的一次性密闭容器；

（b）正确使用抗凝管：一般全血和骨髓样品应进行抗凝处理，EDTA和枸橼酸盐为首选抗凝剂，不使用肝素抗凝（核酸提取采用吸附法而不受肝素干扰时除外）；

（c）用于RNA（如HCV RNA）扩增检测的血样品宜进行抗凝处理，并尽快分离血浆，以避免RNA的降解；如未作抗凝处理，则宜尽快分离血清。

（d）分泌物、拭子、肿瘤组织等样品留取的注意事项等。

5.4.5 核酸应尽快处置并储存，以便尽可能减少降解。超长期储存后的标本，使用前应再次评估标本的完整性。

5.4.6 e)基于组织/细胞学形态基础的检测项目应由具有病理诊断资质的医师确认样品是否满足检测要求。

5.4.7 分子病理检测样品若为组织，应采用10%中性缓冲的福尔马林固定，固定液的2012年09月13日发布

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量和固定时间应符合检测要求。5.5 检验过程

5.5.1.2 定量检测方法和程序的分析性能验证内容至少应包括正确度、精密度、可报告范围等。定性检测项目验证内容至少应包括检出限及符合率等。验证结果应经过授权人审核。

应使用通过验证的核酸抽提和纯化的试验方法，在需要时进行核酸的定量。对产前检验，在完成分子诊断前应保留备份培养物并跟踪监测实验的准确性；在检验胎儿标本前，应检验父母一方或双方的突变状态，宜由同一实验室检验；如有足够的标本，应从两份不同标本中提取DNA进行双份检验。实验室应了解检验方法受母体细胞存在污染的影响，应有程序评估并减少这种影响。

应有明确和统一的原位杂交（ISH）阳性信号的标准，并建立本实验室的阳性阈值。组织病理ISH，应结合组织形态进行结果判读，并采用国际通用的评分标准。5.6 检验结果质量的保证 5.6.2.1 总则

应制定室内质量控制程序，可参照GB/T 20468-2006《临床实验室定量测定室内质量控制指南》。质量控制程序中应有针对核酸检测防污染的具体措施。

应保留DNA质量评价记录。需要时，应对RNA的质量进行评价，并选择合适的“看家”mRNA作为内对照以评价RNA的完整性，并保留RNA质量评价记录及假阴性率监测记录。

对于需要进行DNA抽提的石蜡包埋样品，应从组织形态学对肿瘤细胞数量进行评价。病理医师除了要明确组织样品中是否存在肿瘤细胞，还应明确组织样品中肿瘤细胞的数量是否达到后续分子检测所需的最低标准。

当分子诊断结果与临床和其他实验室结果不符时，应记录并分析原因，适当时采取纠正措施。

5.6.2.2 质控物

分子检验定性检测项目，每次实验应设置阴性、弱阳性和阳性质控物。分子病理定性检测项目，每次实验应设置阴性和阳性质控物。5.6.2.3 质控数据

质控规则应确保试验的稳定性和检验结果的可靠性。

定量检测项目质控图应包括质控结果、质控物名称、浓度、批号和有效期、质控图的中心线和控制界线、分析仪器名称和唯一标识、方法学名称、检验项目名称、试剂和校准物批号、每个数据点的日期和时间、干扰行为的记录、质控人员及审核人员的签字、失控时的分析处理程序和纠正措施等。

定性检测项目：阴阳性符合预期。

5.6.3.1 应按照CNAS-RL02《能力验证规则》的要求参加相应的能力验证/室间质评。应保留参加能力验证/室间质评的结果和证书。实验室负责人或指定负责人应监控室2012年09月13日发布

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间质量评价活动的结果，并在结果报告上签字。

5.6.3.2 通过与其他实验室（如已获认可的实验室、使用相同检测方法的实验室、使用配套系统的实验室）比对的方式确定检验结果的可接受性时，应满足如下要求：

（a）规定比对实验室的选择原则；

（b）样品数量：至少5份，包括正常和异常水平；（c）频率：至少每年2次；

（d）判定标准：应有≥80%的结果满足要求。

5.6.4 实验室使用两套及以上检测系统检测同一项目时，应有比对数据表明其检测结果的一致性，比对频次每年至少2次，每次不少于20份样品，浓度水平覆盖测量范围；比对结果的系统偏倚应符合附录A.4的要求。

使用不同生物参考区间的检测系统间不宜进行比对。比对记录应由实验室负责人审核并签字，并应保留至少2年。5.7 检验后过程

5.7.2 检验结果报告后，原始样品、核酸提取物以及核酸扩增产物均应保存至少1个月。为便于追溯，凝胶图像和斑点杂交条带应作为技术记录保存，保存期限参照相关行业要求。5.8 结果报告

5.8.1 应在规定时限内报告每一项分子诊断学检验结果。基于组织/细胞形态学的分子病理检查结果应由病理医师负责结果判读和签发报告。应实施双签名。

对于产前及产后诊断先天性疾病，检验结果应由有资质的病理学家或由有临床背景的经适当培训且有实验室经验的人员报告。

对于临床微生物学和传染病学，以下检验结果应当由有资质的经过适当的培训且有实验室经验的临床微生物学专家报告：

a.艾滋病毒：核酸扩增检验，病毒载量，抗病毒耐药类型； b.HCV：核酸扩增检测，病毒载量； c.乙肝病毒：病毒载量、抗病毒耐药类型； d.SARS冠状病毒：核酸扩增试验；

e.除季节性流感（H1N1和H3N2）以外的甲型流感病毒：核酸扩增试验； f.所有来自中枢神经系统标本的核酸扩增检测。

应该注意的是，仅用定性的分子检测结果用于艾滋病毒、乙肝病毒和丙肝病毒感染的临床诊疗是不够的。实验室应提醒医生，在开始任何决定性的治疗方案前需要考虑选做其他参数如血清学调查结果和临床特征。5.9 结果发布 5.10 实验室信息管理

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附录A（规范性附录）

分子诊断项目分析性能标准

A.1 应不低于国家标准、行业标准、地方法规要求。

A.2 自建检测系统不精密度要求：以能力验证/室间质评评价界限（靶值0.4对数值）作为允许总误差（TEa），重复性精密度<3/5TEa；中间精密度<4/5TEa。

A.3 设备故障修复后，分析系统比对：5份样品，覆盖测量区间，至少4份样品测量结果偏倚<7.5%。

A.4 实验室内分析系统定期比对：样品数n≥20，浓度应覆盖测量区间，计算回归方程，系统误差应<7.5%。

A.5 留样再测判断标准：按照项目稳定性要求选取最长期限样品，5个样品，覆盖测量区间，至少4个样品测量结果偏倚<7.5%。

A.6试剂批间差异、耗材的抑制物的验收合格判断标准：选取5个旧批号检测过的样品，覆盖测量区间（包括阴性、临界值、低值、中值和高值），至少4个样品测量结果偏倚<7.5%，其中阴性和临界值样品必须符合预期。

A.7 没有标准和室间质评要求时，实验室间结果比对合格标准可依据制造商声明的性能标准而制定。

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附录B（规范性附录）

分子诊断领域申请认可项目要求

B.1 以下分子检验项目，每一组项目为完整能力项目，如果认可该组中任一项目，则应同时认可其它项目（第3系列除外，但须至少申请其中的3项），作为一个能力组合。1.2.3.肝炎系列：HBV、HCV；

优生优育（TORCH）系列：TXO、RV、CMV、HSV；

泌尿生殖道性传播疾病病原体系列：CT、NG、UU、HPV、HSV、TP。

B.2分子病理检测项目，至少应申请以下任意两个系列，每个系列至少申请一项。1.2.3.4.突变检测：EGFR, KRAS, BRAF,C-KIT, PDGFRA 等； 扩增系列：Her-2等；

易位：EWS、Bcl-

2、C-MYC、Bcl-

6、ALK等； 基因重排：IGH、IGK、IGL、TCR等。

2012年09月13日发布

2013 年XX月 XX日第 1 次修订

2014年xx月xx日实施

第四篇：冷冻干燥技术在制药领域的应用

摘要：随着社会经济的发展和人民物质生活水平的日益提高，人们对身体健康也提出了新要求。药品作为保障人类身体健康的重要成分，如何保证药效的稳定性、药物的高质性深受业内人士的重视。冷冻干燥技术作为目前药品生产中最为关键的环节，其在药物生产稳定方面深受业内人士的关注。本文主要对冷冻干燥技术概念、原理、特点进行分析，着重探讨了其未来发展和应用前景，旨在为同行工作提供参考。

关键词：冷冻干燥技术；制药工艺；应用情况

新世纪，物质生活不断丰富、生活节奏的不断加快使得人们对生活质量也提出了新要求，这也促使了人类对健康认识的全面。制药工艺的改革力度的不断深入，无论是生产技术还是生产理念，都出现了巨大的转变。基于这种社会发展形势，冷冻干燥技术在制药领域引起了人们的高度重视，并形成了一个涉及范围广、工作效率高的工作方式。药品冷冻技术在应用中是集制冷、真空技术为一体的综合性技术，但在工作中，由于冷冻干燥技术的应用容易受到外界环境的干扰，为此必须要提前进行严格的改革和设计，促使这门技术在应用中朝着理想、可靠的方向发展。

一、冷冻干燥技术概述

冷冻干燥技术是一种在低温条件下对产品进行干燥处理的一种工艺，其具备着常规干燥条件下不可比拟的工作优势。这种干燥技术最早出现于十九世纪世纪初期，是在食品加工领域应用较多的一种，直至上个世纪后期才在制药领域得到使用。这种技术的出现对于制药生产而言可谓是一个质的飞跃，对制药行业的发展有着极大的推动和促进作用。

1、冷冻干燥技术概念

为了生存，人类每天都需要摄取食物中所含有的水分；为了生存，人类保存食物、药物必须要除去水分，为了更好的生存，人类很多生活资料必须要彻底的去除水分。在这种时代背景下，我们便会发现干燥技术是一个多么重要的工作。干燥技术是保证物质不致腐败和变质的主要方法之一，是目前社会生产领域中最为常见的工作。冷冻干燥技术作为一项干燥新技术，在近年来的社会发展中得到了广泛的应用，尤其是在食品生产、药品生产和农副业加工等领域中，更是成为产品保鲜、保质的主要手段。所谓的冷冻干燥技术也被人们广泛的称之为动感技术，是温度在0℃以下进行水分去除的一种技术。

2、特点

在现阶段的社会发展中，干燥技术的应用不断深入，这也使得干燥技术的使用方法得到了极大的优化和改进。冷冻干燥技术作为一种工作新技术，其主要的特点表现在以下几个方面：

2.1、冷冻干燥法通常都是在低温条件下进行的，其在应用的过程中热敏性的物质在高温干燥条件下容易产生性能变化，而采用冷冻干燥方法则有效的避免了这一问题的产生。

2.2、冷冻干制品药液在冻结前进行分装，剂量十分准确，同时在制药生产中对于药品的生产优势也较为明显。

2.3、冷冻干燥过程中避免了化学、物理和霉菌等相关变化模式，其需要确保制品的物理性质不变。因此在应用之中采用冷冻干燥方法进行处理，这对于提升药品稳定性十分有效。

2.4、冷冻干燥方法的选用有助于药品稳定性。在药品生产中，冻结条件下的药性经济危机稳定，避免了药物失衡而产生的药效流失。这种方法的应用中，药物在在干燥之后，虽然其体积一定程度上缩小、变化，但是其颜色和形状以及成分基本不变，避免了浓缩现象的产生。

2.5、在冷冻干燥技术的应用中，干燥后的材料多呈现出疏松多孔的工作方式，一般都成海绵状，这种状态之下的复水性能好、溶解度较为迅速，物料在水中溶解的时候其冰晶的形态出现较多，即容易融入无机盐等相关的物料之中，避免了一般干燥无机盐随着水分表面浅议而出现变化以及硬化模式。

二、冷冻干燥技术工作原理及发展现状

在科学技术大力发展的新时代，健康越来越被人们重视。但是，要想达到良好的健康状态，就必须要更加有效的进行疾病治疗、疾病预防，减轻患者痛苦和药物所产生的副作用，在这种时代背景下，我们必须要大力发展制药新技术，这样使得冷冻技术出现受到人们的重视。

1、工作原理

药品的冷冻干燥技术的应用是一个从药品的准备、预冻、升华乃至吸收干燥、密封为一体的工作环节，其在工作中主要的工作原理是在低温作用下，将药品中的溶液迅速冻结，进而在真空的条件下进行升华干燥，同时出去在这个时候所产生的冰晶问题，再通过分解作用来去除药品中存在的水分，最终得到干燥的药品。

2、冷冻干燥技术的发展现状

在目前的制药生产工作中，冷冻干燥技术的应用极为广泛，尤其是在国内的西药制取中，更是得到了深入的使用。但是就目前的应用现状而言，由于受到各种因素的影响，使得其中还存在着诸多的问题，这些问题主要表现在以下方面：

2.1、药品准备环节

药品的成份都将会影响到冷冻干燥的效果。药液的生物活性度、药液共熔点以及药液中的液体和固体的比例都是进行药品冻干加工的重要参考指标。为保证新产品的冻干能顺利进行，制药企业应重视药品冻干加工研究，通过热分析法测定药品共熔点，还可以通过冻干实验记录下不同成份的药液对冻干过程中各项指标的不同要求，积极进行冻干效果对比，寻求最佳解决方案。

2.2、药液预冻环节

预冻是冷冻干燥技术中重要环节，预冻的目的是要固化自由水和物化结合水，并保证产品的主要性能稳定、物质结构合理。若药液预冻没有做好，产品冻结不实，会影响所产生的冰晶的形态和大小，并进一步影响药品制作后期的干燥速率及质量。

三、冷冻干燥技术的应用优势 药液在冻干前分装，分装方便！准确！可实现连续化； 处理条件温和，在低温低压下干燥，有利于热敏物质保持活性，可避免高温高压下的分解变性，以实现蛋白质不会变性； 含水量低，冻干产品含水量一般在1%～3%，同时在真空，甚至可在通n2保护情况下干燥和保存，产品不易被氧化，有利于长途运输和长期保存； 产品外观优良，为多孔疏松结构且颜色基本不变，复水性好，冻干药品能迅速吸水还原成冻干前状态。

四、结语

通过冷冻干燥技术制备药品，能最大限度地避免药品产生变性或失去生物活力，已在医药领域得到广泛地应用。但因药品制备过程中的复杂性和冷冻干燥技术的综合性，在药品冷冻干燥过程会产生多种应力，容易使药品发生不同程度的变性，而且冻干法本身也存在速率低、时间长、能耗高和设备投资大等缺点。因此，制药企业应结合生产实践，在确保质量的基础上，就如何实现节能降耗、降低生产成本等问题进行深入研究，进一步优化和改进冷冻干燥技术。

第五篇：无线通信技术在消防领域的应用

无线通信技术在消防领域的应用

【摘要】 科学技术不断地发展，对于人们的生活和工作方式都有着很大的影响，其中最具有代表性的就是无线通信技术，该技术诞生至今已经具有很长发展时间，并且在我国的众多领域都有着十分广泛的应用。本文就是对无线通信技术在我国消防领域中的应用进行深入分析，希望相关的人员能够明确无线通信技术对于现代消防的重要性，不断的加强研究力度和应用程度，使得我国的消防水平不断发展到一个新的高度。

【关键词】 无线通信技术 消防领域 应用

经常可以在电视和报纸相关报道中看到有关火灾事故的报道，我国火灾事故发生的概率都在持续的上涨，追求其根本原因就是因为我国的众多区域存在的高危单位并没有建立科学的、系统的、完善的消防监管体系。目前，我国已经全面的步入了4G通信时代，无线通信技术不断的发展，对于我国的各个领域也发起了巨大的冲击，在我国的消防领域中应用无线通信技术对于提升消防水平，控制火灾造成的危害有着不可忽视的影响力，下面就对相关问题进行详细的阐述。

一、无线通信主要方式

无线通信技术有很多种，将无线通信技术可以概括性的分为三种，第一种是微波通信，第二种是短波通信，第三种是移动数据通信。微波通信就是应用微波作为信息传输媒介的无线通信技术。微波的波长在一米到一毫米之间，微波无线通信能够承载的信息量很大，因为，微波无线通信具有较宽的频带，这样就可以囊括大量的语言信息数据、文字信息数据、图像信息数据等。因为，微波无线通信具有很高的频率，所以，通信受外界不良因素的影响存在一定的抗干扰能力，所以，微波无线通信具有较高的质量，同时，对于信息数据的传送也较为稳定、可靠。微波无线通信技术与其它的波度较长的通信技术相比较，能够见面环境因素对于通信技术应用的限制，无线通信技术的应用具有很强的适用性，而且建设应用的资金花费较少，后期的维护工作也较为简单，施工程序也并不是十分的复杂，微波无线通信技术的应用非常的广泛[1]。短波无线通讯技术，波长在五十米到十米之间，主要应用于距离较远的通讯，是远程通信的重要方式。但是该通信技术容易受到外界不良因素的影响，所以短波无线通信技术的可靠性和信息数据传输的稳定性还需要进一步的提升。当然短波通信技术也存在着一定的优点，短波无线通信技术具有的抗毁坏能力和短波无线通信技术具有的自主通信能力是其它技术无法媲美的。移动数据通信就是应用目前最为先进和前沿的4G等公众无线移动通信网络，最终建立一个较为完善的移动数据通信系统，该无线通信技术的应用也是人们生活中最为常见的。

二、无线通信技术在消防灭火救援工作中的应用前景

2.1灾害现场与指挥中心的无线数据联网

因为，消防中的灭火救援工作开展有着很多的不确定因素，一些偶然事件发生的概率很高，以往的通信网络和通信技术不能够满足现阶段灭火救援活动开展的指挥需求。当灾情爆发时，不能够在极短的时间内将指挥中心转移到火灾事故现场，对于火灾救援活动的开展有着十分不利的影响。目前，火灾救援活动要求事故现场能够与相应的指挥中心建立良好的联系，帮助指挥中心下达一些重要的信息数据，同时，也使得火灾现场的众多信息数据，包括文字信息数据、图像信息数据等等及时的反馈给指挥中心。无线通信技术能够帮助指挥中心将火灾现场的图纸资料及时的传递给灭火救援现场的指挥人员，因为，在建筑中会存在大量的人员，在火灾爆发时，建筑会处于高度的危险状态中，同时，因为建筑结构十分的复杂，相应的消防工作人员救援活动的开展具有很大的风险性。如果在火灾爆发时能够将图纸资料及时的传递给火灾现场的指挥人员，其中包括建筑的平面图、建筑的结构图纸等等，将这些数据信息转变为电子地图，通过无线通信技术传递给指挥人员，对于灭火救援活动的开展有着积极的促进作用，能够将风险性有效的降低[2]。

2.2传输灾害现场的无线实时图像

新时期我国无线通信技术发展的速度很快，同时对于解决我国火灾事故现场的数据采集和信息传输问题提供了先进的技术保障。我国很多地方的指挥中心都是以图像信息传输为主的，将无线通信图像传输系统应用到消防领域，对于提升我国的消防水平有着不可忽视的影响作用。通过无线通信图像传输系统，火灾事故指挥中心可以实时的了解火灾事故现场的实际图像，并且能够针对现场的实际变化对于救援活动进行适当的调整。而且通过无线通信图像传输系统可以良好的解决图像信息的传递问题，保证了火灾事故现场图像信息的收集和传输，能够有效的提升对于突发性火灾事故的应急处理水平，能够对灾情进行有效的控制。

结语：无线通信技术的发展对于我国的各个领域都发起了巨大的冲击，对于我国的消防领域更是如此。随着无线通信技术在我国消防领域中的应用，使得以往我国消防领域存在的众多无法解决的问题迎刃而解，对于提升我国的消防水平有着不可忽视的影响，相应的工作人员应当不断地加强研究力度，增强应用程度，将无线通信技术具有的优势在我国的消防领域中更加全面的发挥出来。

参 考 文 献

[1]刘莉琳.试论无线通信技术的发展[J].黑龙江科技信息.2013年19期

[2]刘振清，陈虎.对消防安全技术应用和研究的思考[J].硅谷.2015年2期