[综 述]
鞣质分析研究进展
胡小刚, 李继革, 郭书好, 李素梅
(暨南大学化学系,广东广州510632)
关键词:鞣质;分析方法;研究进展
摘要:本文介绍了当前国内外在鞣质分析研究工作中的进展,对鞣质各种定性定量分析方法进行了总结与评述,着重对鞣质的定量分析方法进行了论述。
中图分类号:R284 文献标识码:B 文章编号:100121528(2002)0320217203收稿日期:2001201212
鞣质又称单宁(Tannin ),是一类比较复杂的多元酚类化合物。鞣质除在苔藓植物中很少含有外,广泛存在于植物界,约70%以上的中草药中含有鞣质类化合物[1],富含鞣质的如五倍子、贯众、方儿茶、地榆、柯子、大黄、牡丹皮、仙鹤草和老鹤草等。
鞣质的多元酚类结构赋予它一系列独特的化学性质,使它受到了国内外广泛的关注。医药、林业、农业、食品、化工、环境等学科领域均有学者从不同角度开展了鞣质的基础和应用研究,尤其在医药领域的研究倍受瞩目。目前鞣质的抗艾滋病(AIDS )研究令人关注,低分子量的水解鞣质,尤其二聚鞣花鞣质可作为口服剂来抑制AIDS ,仙鹤草素在浓度1
μg/mL ～10μg/mL 时就可起到最强的抑制AIDS 病毒HIV 生长的效果[2]。鞣质能清除生物体内过剩的自由基,维护细胞膜的流动和蛋白质的构象,防止辐射诱发的DNA 断裂,从而在抑制脂质过氧化、心血管病、抗癌、抗突变、抗衰老、抗白内障等方面有独到的功效[3]。Okuda 等[4]用AOP/VC 或
ADP/NADPH 诱发的大鼠线粒体及微粒体生成L PO 为指
标,研究了25种鞣质及相关化合物,发现其中23种鞣质有不同程度抗氧化作用。国外曾报道,缩合鞣质的前体儿茶素具有较强的抗癌活性,能有效地抑制癌细胞的生长[5]。植物中的鞣质化合物对预防肿瘤和控制肿瘤进一步恶化有一定的作用,Schimmer [6]研究了鹅绒委陵草等植物中鞣质的抗突变作用,发现这些鞣质可明显抑制22NF 诱变性。Y okoza 2
wa [7]研究了含鞣质的生药,证明麻黄、盐肤木、柯子、肉桂、
牡丹皮、老鹤草、芍药、石榴、孩儿茶中的鞣质均能明显降低尿毒症毒素2M G 。一些水解鞣质,如鞣酸、云实素、贾木鞣花素、柯子酸本身就有降低血压的作用,提纯物活性高于原草药煎剂[8]。吉田隆志[9]发现汉方药中鞣质有抑制骨质疏松的作用,并且不用担心副作用,将来可用于骨质疏松的预防和治疗。近几年国外对鞣质药理活性的研究方兴未艾鞣质的药理价值被不断开发,其应用前途非常地广泛。
随着鞣质研究的不断深入,迫切需要对鞣质进行精确的定性定量分析,近几年鞣质分析方法的进展十分迅速,各种新方法不断涌现,本文作者对此进行了总结。
1 鞣质的鉴定
鞣质分为可水解鞣质、缩合鞣质和新型鞣质,在对鞣质组分进行详尽的鉴定之前,一般要通过一些特殊的反应对鞣质进行类型分析。常用的反应有三氯化铁反应、明胶氯化钠反应、溴水反应、乙酸铅2硫酸铁铵反应、香草醛浓硫酸反应、对二甲氨基苯甲醛反应、甲醛浓盐酸2硫酸铁铵反应等。其中,三氯化铁反应显灰绿色,说明含有邻二酚羟基化合物,该鞣质为缩合型鞣质;溴水与缩合鞣质产生沉淀,与水解鞣质不沉淀;香草醛浓硫酸反应与对二甲氨基苯甲醛反应呈红色,说明存在儿茶素类缩合鞣质;甲醛浓盐酸2硫酸铁铵反应是鉴别可水解鞣质和缩合鞣质的著名反应,此法可将缩合鞣质和水解鞣质分离,甲醛盐酸煮沸将缩合鞣质沉淀滤去,水解鞣质不被沉淀留在溶液中用铁盐检查,灵敏度高,可达十万分之五[10]。
进一步的鞣质鉴定一般采取纸层析法、紫外法、红血球凝聚法和薄层层析法,其中目前最常用的是薄层层析法[11,12,23,14]。纸层析法[15,16]的分离效果较差,斑点重叠不集中,拖尾现象较严重。与纸层析法相比,薄层层析法的分离效果好,斑点集中,检测鞣质的分解产物没食子酸的重现性好,灵敏度高。近年来新技术、新方法的应用有力地推动了药用植物中鞣质的研究,尤其是高效液相色谱的成功应用,为鞣质的研究增加了一双明亮的眼睛,高效液相色谱不仅可以检测鞣质组分中的α、
β异构体,还可以预试鞣质分子的大小、判断结构测定中水解反应进行的程度。刘延泽等[17]利用高效液相色谱从化香树的70%丙酮提取物中分离得出7种鞣质单体和一种二聚体。文献[18]采用HPLC 为检测手段,经多次Toyopearl HW 240Sephadex L H 220、MCI 柱层分离,从刺莓果中检测出了10个鞣质类组分。
在鞣质的结构鉴定中,近年来大量使用光谱分析。1H 2
NMR 、X 2射线、CD FAB 2MS 、13
C 2NMR 技术被大量使用。应
用CD 谱可以确定鞣质中HHDP 、DHHDP 的绝对构型;应用
1
H 2NMR 并结合化学降解产物的比旋度可分析得到整个分
子的绝对构型;应用13C 2NMR 可以确定整个分子的碳骨架,确定各个官能团之间的结合位置。这些较先进的技术和先
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12
进的色谱分离方法结合在一起,已经阐明了数百种新鞣质化合物的结构。金哲雄等[19]利用高效液相色谱和1H2NMR检测出蚊子草中7种鞣质类化合物。森元聪等对从樟属植物[20]、七叶树[21]和越桔[22]中分离出的鞣质一一进行了分析,鉴定出了它们的结构。Sakar M.k.[23]对月桂叶提取物的色谱馏分进行了1H2NMR鉴定,确定了4个鞣质馏分的结构。随着更先进的二维核磁共振、质谱、色谱、光谱技术和新的检测手段的出现,分子量在500～3000之间的鞣质类化合物的结构测定将不会成为困扰人们的问题,只要分离出鞣质单体,就能鉴定出它的结构。
2 鞣质的含量测定
2.1 鞣质的经典含量测定方法
鞣质的经典含量测定方法有很多种,重量法、容量法、比色法、分光光度法等,这些方法至今仍被大量用于鞣质的含量测定,它们的特点是简单,容易操作,不需要贵重的仪器,因此特别在工业中被广泛应用,如用于饮料和工业废水中鞣质的测定等。其中,最常用的有皮粉法、高锰酸钾法、干酪素法、络合滴定法、比色法和分光光度法。
皮粉法是国际公认的鞣质含量测定方法。皮粉中的主成分是蛋白质,鞣质可通过分子中的酚羟基与蛋白质中的酰胺基形成氢键而结合成不溶于水的沉淀,因此通过重量分析可测定鞣质含量,我国国家标准采用的就是皮粉法。皮粉法适用的范围非常广,缺点是耗用样品多,测定时间长,而且没有选择性,其测定结果往往偏高,故一般只适用于测定鞣质含量高的生药,样品较少或含量低的则不适于测定。K aruza[24]等用皮粉法测定了鼠尾草和蜜蜂花中的鞣质含量,结果比较接近理论值;刘宁[25]、张百舜[26]分别对矮杨梅和中药锁阳中的鞣质进行了分析,结果略偏高。重量法一般使用皮粉,也可用其它沉淀剂,Reed[27]就用三价镱离子取代皮粉与鞣质结合进行重量分析,测定了双子叶植物叶中的鞣质含量。
干酪素法的特点在于干酪素能选择性地结合有生理活性的鞣质,因此测出的是有生理活性的鞣质,而无生理活性的鞣质如鞣酐则不被测定,选择性比皮粉法要高,一般适于测定鞣质含量较低的物质。罗文毓[28]等对干酪素法和皮粉法进行了比较,实验表明干酪素法的结果明显低于皮粉法,且重复性好。他用干酪素法测定了大黄及其炮制品中鞣质的含量[29]。程立方[30]用于酪素法测定了侧柏叶中有生物活性的低含量鞣质。
高锰酸钾法利用鞣质有较多酚羟基易被氧化的性质,用高猛酸钾滴定样品液中鞣质。同皮粉法一样高猛酸钾法选择性较小,易受样品中还原性物质干扰,误差较大,最大的优点是操作简单。已报道的有在18种烧伤收敛中草药[31]、中药地榆[13]、醋炒槐米[32]等质量评价中的应用。除了高猛酸钾外,常用的氧化滴定剂还有硫酸铈[33]及六氰合铁(Ⅲ)酸亚铁钾[34]等。
鞣质分子内的多个邻位酚羟基可作为多基配体与一个中心离子,如铜、锡、铋、锌、汞、铁等络合,形成环状的螯合物,在不同的p H值下发生沉淀。络合滴定法就是利用鞣质这一性质,通过用EDTA返滴定过量金属离子来确定鞣质的含量。已见报道的有刺梨[35]、鹿衔草[36]、墨荆拷胶[37]、viper’nest[38]紫苏[39]和罗布麻叶[40]中鞣质含量的测定。杨伟[41]对络合滴定法和高猛酸钾法测定啤酒花中鞣质含量进行了对比,结果表明络合滴定法的准确度和精密度要高,终点更清晰明显。
比色法利用某些试剂与鞣质发生颜色反应,用比色计测定吸光度以确定鞣质含量。常用的试剂有香草醛2盐酸[42]、普鲁士蓝[42,43]、Folin2Denis[43]和硫酸[42]等。
分光光度法是利用鞣质与某些试剂反应生成有色化合物,通过吸光度测定确定样品中的鞣质含量。该方法在目前的应用最为广泛。常用的显色剂有氯化铁[44]、氯化铁21,10二氮杂菲[45]、Folin2Ciocalteu试剂[46]、5%盐酸2丁醇[47]、甲胺基粉2重铬酸钾溶液[48]、Folin DAB8试剂[49]、Folin2Denis 试剂[50]、偏钒酸铵[51]等,这些显示剂的检测范围在可见区,一般在500～700nm波长之间。已被用于检测果汁、果渣、啤酒、茶叶、高粱、制革污水和中药如五倍子中鞣质含量的检测。鞣质在紫外区275nm波长左右处有较强的特征吸收,可以用紫外法对鞣质进行定量分析。胡耀星[52]利用高岭土特异吸收鞣质,使鞣质的紫外吸收消失,用紫外法测得了柿子和柿酱中的单宁含量,最低检测限可达1～10μg?mL-1。
2.2 鞣质含量测定的新方法
近年在鞣质含量测定方面也出现了一些新的方法。这些方法包括高效液相色谱法、原子吸收分光光度法、薄层扫描法、热透镜光谱法、高灵敏示波电位动力学分析法、电化学传感器法等。它们具有高灵敏度、高准确度和不易受干扰的共同特点,将会成为鞣质分析研究的主要手段。
高效液相色谱在鞣质分析中的应用,为鞣质定量分析开辟新的前景,已成为鞣质含量测定非常有效和准确的方法。Salagoity[53]用高效液相色谱法测定了五倍子中五倍子鞣质的含量。刘延泽等利用反相高效液相色谱成功地测定了茶叶70%丙酮提取物及其抗癌有效成分EGCG[17]。罗文毓等人用高效液相色谱对大黄中没食子酸和d2儿茶素的含量进行了研究,测定出这两种鞣质的含量[54]。已报道的还有槟榔花[55]、地榆[56]和茶叶[57]中鞣质含量的测定。
原子吸收分光光度法是利用鞣质与金属离子发生沉淀反应后通过测定过量金属离子间接测定鞣质的含量,沉淀剂一般为铜离子的乙酸铵溶液。该方法简单快速,不受颜色及共存物质的干扰。Y ebra[58]等利用原子吸收分光光度法测定了白酒和茶叶中鞣质含量,并结合流动注射分析技术用于工业上的实时质量监测。杜小燕[59]等用此法间接地测定了5种茶叶中鞣质的含量,线性响应范围较宽。
Cladera[60]等报道了用热透镜光谱法测定白葡萄酒中鞣质的含量,其检测限达到了5ng?mL-1,与分光光度法约为100ng/mL的检测限相比,有了飞速的提高,为样品中痕量鞣质含量测定开辟了光明的前景。
蔡毓琼[61]首次报道了薄层扫描法在鞣质测定中的应
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用,他利用岛津CS2930型薄层扫描仪对余甘子喉片中没食子酸的含量进行了测定,该方法测定鞣质含量简单、快速、稳定,具有样品处理简单、不需任何显色剂的特点,大大增强了结果的准确性和可靠性,适于推广。
Ghindilis[62]等用电化学传感器测定了茶叶中茶多酚的含量,该方法采用经过固化的酶电极,连续测定500次多酚类化合物酶的活性也不会减低,可与流动进样系统相连接用于实时监测。
丁亚军等[63]利用高灵敏示波电位动力学分析法测定了茶叶中的单宁含量,该方法利用K BrO3和K Br的氧化还原反应与茶单宁的溴化反应之间的差异,将动力学分析法和示波电位法结合起来,能够测定μg/L级的茶单宁,而且直观灵敏,测定范围宽,不受颜色及沉淀的影响。适于饮料及生物样品中痕量鞣质的测定。
3 结语
目前,国内对鞣质的研究较少,尚处于起步阶段,在研究方面还局限于鞣质的提取、分离和鉴定,在应用方面局限于皮革工业和某些金属工业领域。鞣质的药理活性研究以及鞣质在医药方面应用的研究还落后于其他国家。我国是一个中草药大国,各种植物资源非常丰富,如何开发利用具有广阔应用前景的可再生绿色资源,如何开发利用鞣质,将是摆在我们面前的一项急迫的任务。
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我编辑部尚有2001年10月出版的《中药指纹图谱及中药工程研讨会》论文集可售,论文集内容如下:丹佛会议综述;中药指纹图谱与多糖分析;DNA指纹图谱在中药研究中的现状;丹参提取物的紫外、红外指纹图谱的定量分析;对中药指纹图谱研究及其应用的思考;库仑电化学阵列分析仪;可以应用于中药工业的几项先进技术;中药工程中的提取与制细;中药制药工程技术与色谱指纹谱;中药工程研究现状与发展趋势;标准化草药提取物(英文);超临界CO2萃取当归和川芎的研究;超临界流体技术在药物制剂中的应用;中药的超细加工及其应用的探讨;新颖实用的中药浸出工艺设备———强压高效萃取器;离子交换与吸附树脂在中药有效成分提取中的应用;关于中药指纹图谱测量标准的一点想法;实施GMP战略在我国存在的问题和对策;中药现代化工程技术是中药现代化的重要基础;青藤碱HPMC骨架缓释片药物释放影响因素的研究;螺甾型和呋甾体皂甙的2D DMR研究(英文);中药浸膏用离心喷雾干燥机;中药配方颗粒提取工艺研究思路。本论文集为大16开本,131页,纸张精良,装帧考究。每册30元(含邮费),需要者可直接来函或来电联系。电话021*********。
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高效液相色谱在药物分析中的应用研究进展 张良晓 (中国地质大学(武汉)材料科学与化学工程学院,武汉 430074) 摘 要 本文综述高效液相色谱法作为药物分析的常规方法,药物动力学研究,药物含量测定等药物分析上的应用研究进展,并对应用研究的方向进行了预测。 关键词 高效液相色谱;药物分析;应用研究;进展 高效液相色谱法(H igh -Perfo r m ance L iqu id Ch rom a tog rap hy ,H PL C )是以液体作为流动相,并采用颗粒极细的高效固定相的柱色谱分离技术。高效液相色谱对样品的适用性广,不受分析对象挥发性和热稳定性的限制,因而弥补了气相色谱法的不足。在目前已知的有机化合物中,可用气相色谱分析的约占20%,而80%则需用高效液相色谱来分析。液相色谱根据分离机理的不同可分为液液分配色谱、液固吸附色谱、离子交换色谱和排斥色谱(或凝 胶渗透色谱)[1] 。高效液相色谱已经广泛应用于药物的含量测定、组成分析、质量控制等方面[2]。 近年来高效液相色谱法在药物分析中占主要地位。据美国药典22版载,H PL C 在含量测定方法中位居第一。其特点是分析速度快、分离效率高、检测灵敏度高、检测自动化、适用范围广、组分易回收、样 品处理较简单[3] 。本文在按在药物分析中的作用从以下几个方面综述了高效液相色谱法在药物分析的研究进展。 1 高效液相色谱作为常规分析方法在药物分析中的应用 高效液相色谱法作为药物分析中的最主要的分析方法,常被作为常规分析和检验方法。近年来在这 个方面的研究比较多,刘树业.等[4] 为时刻监控治疗肝癌时的抗癌药物剂量即血中的药物浓度,提高疗效,减少副作用,采用紫外-H PL C 法对血中和组织中的阿霉素浓度进行分析.用U V -240紫外分光光度计,B ECK M AN 332型高效液相色谱仪,采用反向色谱法.秦.等[5]针对近几年国际奥委会医学委员会公布的禁用表中新增药物及一系列利尿剂的相关化合物进行了研究,比较了不同的提取方法及回收率,研究了几种药物的排泄情况;建立了同时分析13种利尿剂的高效液相色谱测定方法,检出限小于5ng 。左雄军.等[6]用0.02m o l L 的三羟甲基胺基甲烷(用磷酸调pH 值至7)和甲醇(含2%乙酸和0.25%庚烷磺酸钠)作流动相进行梯度洗脱,建立了脂性油膏药物中黄芩甙含量的反相高效液相色谱分析方法,本法分析速度快,重现性好,黄芩甙的平均回收率为103.7%。张晓青.等[7]采用反相离子对高效液相色谱法研究了唑来膦酸及其有关化合物的色 子河沉积物中重金属污染[J ].北京大学学报,2000, 36(4):525-530. [3] 王贵.胶州湾李村河口沉积物重金属及稀土元素演化 模式与环境记录[D ].长春:吉林大学图书馆,2003.[4] 廉雪琼.广西近岸海域沉积物中重金属污染评价[J ]. 海洋环境科学,2002,21(3):39～42. [5] 李任伟.沉积物污染和沉积环境学[J ].地球科学进展, 1998,13(4):398～40 [6] 柳林,许世远,陈振楼,余佳.上海滨岸潮滩表层沉积物 中重金属的空间分布与环境质量评价[J ].上海地质,2000,(1):1-5. [7] 腾彦国,庹先国,倪师军,张成江.应用地质累积指数评 价沉积物中重金属污染[J ].环境科学与技术,2002, 25(2):7-9. [8] 刘文新,栾兆坤,汤鸿霄.乐安江沉积物中重金属污染 的潜在生态风险评价[J ].生态学报,1999,19(2):206-211. [9] 刘芳文,颜文,王文质,古森昌,陈忠.珠江口沉积物重 金属污染及其潜在生态危害评价[J ].海洋环境科学,2002,21(3):34-38. [10] 许金生,冯泳兰,袁亚莉,邓健,陈文.大源渡库区表层 沉积物中重金属污染状况[J ].环境化学,2002,21(1):100-102. 第一作者简介:王贵(1961-),男,汉族,内蒙古包头市人,教授,主要从事环境地球化学研究工作。 The a ssess m en t of heavy m eta l pollution for the sed i m en ts of J i aozhou Bay W A N G Gu i ,YA O D e (Chem istry D epartm en t ,B ao tou T eacher’s Co llege ,B ao tou ,Inner M ongo lia 014030) (Co llege of Resource and Environm ental Engineering ,Shandong U niversity of Techno logy ,Zibo ,Shandong 255091)Abstract :Po ten tial eco logical risk (R I )and Geoaccum u lati on index (Igeo )w ere ap lied fo r heavy m etal po llu ti on assess m en t in J iaozhou B ay .T he resu lts show ed that the m iddle level po llu ti on s w ere ex isted in J iaozhou B ay .T he Igeo indexes w ere from 1to 4and R I values w ere m o stly betw een 100 ～300.A h igher R I value of abou t 600w as app eared in the sedi m en ts of H ai po R iver estuary ,w h ich show ed a com p aratively heavier po llu ti on ex ist there .T he con sequence of po ten tial eco logical risk fo r heavy m etals w as Cd >Pb >Cu >A s >Zn . Key words :J iaozhou B ay ;sedi m en t ;heavy m etal ;po llu ti on ass ;ess m en t 收稿日期:2005年6月28日 3 2005年第7期 内蒙古石油化工
《情感计算的研究现状与认知困境》读后感 《情感计算的研究现状与认知困境》选自《自然辩证法通讯》期刊2012年第2期，作者李佳源。本文主要介绍了当前情感计算的心理学依据以及所使用的情感测量、情感建模方法，介绍了当前学术界对情感计算的可能性、情感计算的理论基础以及情感计算技术应用后果的质疑。最后对如何消除这些质疑提出了一些初步看法。 情感计算是近几年兴起的一个崭新的、充满希望的研究领域, 其目的是要赋予计算机感知、理解与表达情感的能力。 本文首先在引言部分介绍了情感计算的起源与发展状况。“情感计算”最初由美国麻省理工学院( MIT) 的R.W.Picard教授在1997年提出,她将其定义为“关于情感、由情感引发以及意图影响情感的计算”。情感计算在人工智能和计算机领域发展迅速，但是当前对情感计算的认识在学界普遍存在一些偏差，甚至是认知上的一些困境。 文章第一部分介绍了情感计算的依据与方法。情感计算设计过程依3种成分进行展开：主观体验、外部表现、和生理唤醒。计算机具有情感需具备以下能力：（1）情感表情；（2）多层次的情感产生；（3）情感体验；（4）身心交互。情感计算的方法是通过传感器直接或间接与人接触获得情感信息与数据，通过建模对情感信息进行分析与识别，对分析结果进行推理达到感性的理解，将理解结果通过合理的方式表达出去也就完成了情感交流的全过程。通过情感测量获取情感信息与数据的方法有主观体验测量方法、表情测量方法和生理测量方法。情感测量获得的数据要求具有典型性、自然型、完整性和可控性。当获取了情感数据之后，下一步的任务就是将情感信号与情感机理相应方面的内容对应起来，这就是要对所获得的信号进行建模和识别。情感建模方法可采用诸如隐马尔可夫模型、贝叶斯网络模式等数学模型以及一些非线性分析方法，如模糊理论、神经网络、混沌理论、遗传算法等。情感建模是情感计算的一个主要研究内容，如果我们能够为情感状况建立比较准确的模型，能够找到比较适合计算机科学的情感建模方法，则将大大促进计算机人工智能的发展。 文章第二部分通过对3个问题的回答来表达了作者对于当前情感计算认知困境的理解。1.情感计算可能吗？情感可不可以计算实际上是一个哲学终极问题。支持者认为情感并非如心理学家所认为的那样仅仅是人的内心体验状态，而是可以通过人生理、表情、语言等体现出来，可以通过一定的技术进行测量与处理。反对者认为情绪是人类本身专有的，一旦它脱离人就不存在了或者说变成假的了。 2.情感计算的理论基础是什么？一些人认为应该把情感计算的理论基础建立在心理学之上，而另外一些人认为应该把情感计算的理论基础建立在“统一价值论”之上。 3.情感计算技术为我们带来什么？乐观主义者认为它将给我们生活带来更多的智能和便利，悲观主义者认为机器如果拥有情感将给我带来麻烦与问题。 文章第三部分阐明了作者的总结与观点。作者认为：1、不能从哲学终极性的角度来看待情感计算的问题，关于情感计算，不是可不可以的问题，而是适合实践的需要与发展的问题，是必须要进行的事业；2、把情感计算的理论建立在
练习题 一、判断题 1、色谱峰的形状可用塔板理论说明，色谱峰的展宽可用速率理论解释。（） 2、色谱柱理论塔板数n与保留时间t R的平方成正比，组分的保留时间越长，色谱柱理 论塔板数n值越大，分离效果越高。（） 3、色谱分离过程中，单位柱长内，组分在两相间的分配次数越多分离效果越好。 （） 4、氢气具有较大的热导系数，作为气相色谱的载气，具有较高的检测灵敏度，但其分 子量较小也使速率理论中的分子扩散项增大，使柱效降低。（） 5、色谱内标法对进样量和进样重复性没有要求，但要求选择合适的内标物和准确配制 试样。（） 二、选择题 1，对某一组分来说，在一定的柱长下，色谱峰的宽或窄主要决定于组分在色谱峰中的（）A,保留值B,分配系数C，运动情况D，理论塔板数 2，下列有关分离度的描述中，正确的是（）A，由分离度计算式来看，分离度与载气流速无关 B，分离度取决于相对保留值，与峰宽无关 C，色谱峰宽与保留值差决定了分离度大小 D，高柱效一定具有高分离度 3，只要柱温，固定相性质不变，即使柱径，柱长，填充情况及流动相速度有所变化，衡量色谱柱对被分离组分保留能力的参数可保持不变的是（）A,保留值B，校正保留值C，相对校正保留值 D，分配比（或分配容量）E，分配系数 4，在色谱流出曲线上，两峰间距离决定于相应两组分在两相间的（）A, 分配比B，分配系数C，扩散速度 D，理论塔板数E，理论塔高度 5，在范氏方程中，载气的粒度主要影响（）A，载气流速B,涡流扩散C，分子扩散 D，气相传质阻力E，液相传质阻力 6，如果样品比较复杂，相邻两峰间距离太近或操作条件不易控制稳定，要准确测量保留值有一定的困难时，可以（）A，利用相对保留值进行定性 B，用加入已知物以增加峰高的办法进行定性 C，利用文献保留值数据进行定性 D，与化学方法配合进行定性 E，利用选择性检测器进行定性 三、简答题
北京化工大学 仪器分析习题解答 董慧茹编 2010年6月
第二章 电化学分析法习题解答 25. 解： pHs = 4.00 , Es = 0.209V pHx = pHs ＋059 .0Es Ex - (1) pHx 1 = 4.00 + 059.0209 .0312.0- = 5.75 (2) pHx 2 = 4.00 ＋059 .0209 .0088.0- = 1.95 (3) pHx 3 = 4.00 ＋059 .0209 .0017.0-- = 0.17 26. 解： [HA] = 0.01mol/L , E = 0.518V [A -] = 0.01mol/L , ΦSCE = 0.2438V E = ΦSCE － Φ2H+/H2 0.518 = 0.2438 － 0.059 lg[H +] [H +] = k a ][] [- A HA = 01.001.0k a 0.518 = 0.2438 － 0.059 lg 01 .001 .0k a lg k a = - 4.647 k a = 2.25×10-5 27. 解： 2Ag + + CrO - 24 = Ag 2CrO 4 [Ag +]2 = ] [24- CrO Ksp
Ag CrO Ag SCE E /42φφ-= - 0.285 = 0.2438 - [0.799 + 2 24)] [lg(2059.0-CrO Ksp ] ][lg 24-CrO Ksp = - 9.16 , ] [24- CrO Ksp = 6.93×10-10 [CrO - 24 ] = 10 1210 93.6101.1--?? = 1.59×10-3 (mol/L) 28. 解：pBr = 3 , a Br- = 10-3mol/L pCl = 1 , a Cl- = 10-1mol/L 百分误差 = - - --?Br Cl Cl Br a a K ,×100 = 3 1 31010106---??×100 = 60 因为干扰离子Cl -的存在，使测定的a Br- 变为： a -Br = a -Br ＋K --Cl Br .×a -Cl = 10-3＋6×10-3×10-1=1.6×10-3 即a -Br 由10-3mol/L 变为1.6×10-3mol/L 相差3.0 - 2.8 = 0.2 pBr 单位 29. 解：
色谱分离技术的应用与研究进展 摘要：色谱技术作为分离分析的重要方法之一，是分析化学中最富活力的领域之一，能够分离物化性能差别很小的化合物,对蛋白质进行高效率和高灵敏度分离分析研究,在我国工业生产中具有广泛应用,也是生命科学研究的热点领域之一。本文综述了色谱技术的原理，色谱技术的分离以及色谱技术在医药、精细化工以及现代色谱技术在蛋白分离和分析中最新应用及进展，并介绍了几种常见色谱技术以及近期发展起来的一些新型色谱技术的研究进展及应用。 Abstract：One important method of chromatographic analysis technique as separation was one of the most vibrant areas in analytical chemistry ，which can isolate compounds with very small performance difference，high efficiency and high sensitivity for protein separation and analysis research，has a wide range of applications in China's industrial production，and it was one of the hotspot in the field of life science research．the application progress in pharmaceuticals，fine chemicals and The recent applications and development of modem chromatographic technique in protein separation and analysis were introduced concisely，prospects the development of chromatographic techniques．The research progress of several common and the recently emerged chromatography technology were elaborated． 关键词：色谱技术；应用；进展；蛋白质分离 Key words：chromatographic technique；application；progress；protein separation 一、引言 色谱这一概念首先由俄国著名植物学家Tswett提出，在研究植物色素组成时发现了色谱分离的潜力，首次提出了色谱法这一概念。色谱技术是几十年来分析化学中最富活力的领域之一。作为一种物理化学分离分析的方法，色谱技术是从混合物中分离组分的重要方法之一，能够分离物化性能差别很小的化合物。当混合物各组成部分的化学或物理性质十分接近，而其他分离技术很难或根本无法应用时，色谱技术愈加显示出其实际有效的优越性。它主要利用复杂样品本身性质的不同，在不同相态的进行选择性分配，以流动相和固定相的相互位移对复杂样品中的单一样品进行分类洗脱，复杂样品中不同的物质会以不同的洗脱速度在不同的时间上脱离固定相，最终达到分离复杂样品的效果。色谱不仅是一种分析的手段，也是一种分离的方法。色谱分离技术是一类分离方法的总称，包括吸附色谱、离子交换色谱、凝胶色谱等，广泛应用于生化物质分离的高度纯化阶段，具有高分辨率的特点。色谱分离技术是生化分离技术这门课程中的一个分离单元，属于生物工程下游技术的范畴。色谱技术最初仅仅是作为一种分离手段，直到20世纪5O年代，随着生物技术的迅猛发展，人们才开始把这种分离手段与检测系统连接起来，成为在环境、生化药物、精细化工产品分析等生命科学和制备化学领域中广泛应用的物质分离分析的一种重要手段。在色谱技术的发展过程中，提出众多理论，推动了色谱技术的不断发展。主要有踏板理论，平衡色谱理论，速率理论，双模理论和轴向扩散理论。 二、色谱技术分类
有限元方法的发展及应用 摘要：有限元法是一种高效能、常用的计算方法。有限元法在早期是以变分原理为基础发展起来的，所以它广泛地应用于以拉普拉斯方程和泊松方程所描 述的各类物理场中。自从1969年以来，某些学者在流体力学中应用加权余数法中的迦辽金法或最小二乘法等同样获得了有限元方程，因而有限元法可应用于 以任何微分方程所描述的各类物理场中，而不再要求这类物理场和泛函的极值 问题有所联系。基本思想：由解给定的泊松方程化为求解泛函的极值问题。 1有限元法介绍 1.1有限元法定义 有限元法（FEA，Finite Element Analysis）的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它是起源于20世纪50年代末60年代初兴起的应用数学、现代力学及计算机科学相互渗透、综合利用的边缘科学。 有限元法的基本思想是将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域 组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总 的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。这个解不是准确解，而 是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得 到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行 之有效的工程分析手段。有限元法最初应用在工程科学技术中,用于模拟并且解 决工程力学、热学、电磁学等物理问题。 1.2有限元法优缺点 有限元方法是目前解决科学和工程问题最有效的数值方法，与其它数值方 法相比，它具有适用于任意几何形状和边界条件、材料和几何非线性问题、容 易编程、成熟的大型商用软件较多等优点。 （1）概念浅显，容易掌握，可以在不同理论层面上建立起对有限元法的理解，既可以通过非常直观的物理解释来理解，也可以建立基于严格的数学理论 分析。 （2）有很强的适用性，应用范围极其广泛。它不仅能成功地处理线性弹性
色谱法的分类及其原理 （一）按两相状态 气相色谱法:1、气固色谱法 2、气液色谱法 液相色谱法:1、液固色谱法 2、液液色谱法 （二）按固定相的几何形式 1、柱色谱法(column chromatography) ：柱色谱法是将固定相装在一金属或玻璃柱中或是将固定相附着在毛细管内壁上做成色谱柱，试样从柱头到柱尾沿一个方向移动而进行分离的色谱法 2、纸色谱法（paper chromatography）：纸色谱法是利用滤纸作固定液的载体，把试样点在滤纸上，然后用溶剂展开，各组分在滤纸的不同位置以斑点形式显现，根据滤纸上斑点位置及大小进行定性和定量分析。 3、薄层色谱法(thin-layer chromatography, TLC) ：薄层色谱法是将适当粒度的吸附剂作为固定相涂布在平板上形成薄层，然后用与纸色谱法类似的方法操作以达到分离目的。 （三）按分离原理 按色谱法分离所依据的物理或物理化学性质的不同，又可将其分为：
1、吸附色谱法：利用吸附剂表面对不同组分物理吸附性能的差别而使之分离的色谱法称为吸附色谱法。适于分离不同种类的化合物（例如，分离醇类与芳香烃）。 2、分配色谱法：利用固定液对不同组分分配性能的差别而使之分离的色谱法称为分配色谱法。 3、离子交换色谱法：利用离子交换原理和液相色谱技术的结合来测定溶液中阳离子和阴离子的一种分离分析方法，利用被分离组分与固定相之间发生离子交换的能力差异来实现分离。离子交换色谱主要是用来分离离子或可离解的化合物。它不仅广泛地应用于无机离子的分离，而且广泛地应用于有机和生物物质，如氨基酸、核酸、蛋白质等的分离。 4、尺寸排阻色谱法：是按分子大小顺序进行分离的一种色谱方法，体积大的分子不能渗透到凝胶孔穴中去而被排阻，较早的淋洗出来；中等体积的分子部分渗透；小分子可完全渗透入内，最后洗出色谱柱。这样，样品分子基本按其分子大小先后排阻，从柱中流出。被广泛应用于大分子分级，即用来分析大分子物质相对分子质量的分布。 5、亲和色谱法：相互间具有高度特异亲和性的二种物质之一作为固定相，利用与固定相不同程度的亲和性，使成分与杂质分离的色谱法。例如利用酶与基质（或抑制剂）、抗原与抗体，激素与受体、外源凝集素与多糖类及核酸的碱基对等之间的专一的相互作用，使相互作用物质之一方与不溶性担体形成共价结合化合物，
高效液相色谱法在药物分析中的研究进展 摘要：高效液相色谱法作为药物分析的常规方法应用广泛，本文对其在药物含量测定及药代动力学研究上的应用进行综述。 关键词：高效液相色谱法；药物分析；研究；进展 高效液相色谱法（High Performance Liquid Chromatogra phy，HPLC）是一项柱色谱分离技术，因分析速度快、分离效率高、检测灵敏度高、检测自动化、适用范围广、组分易回收、样品处理较简单等特点已广泛应用于各种药物及其制剂的分析测定。随着与质谱、核磁共振波谱等的联用技术的发展，HPLC的应用将愈加广泛[1]。 一、高效液相色谱法作为药物分析的常规方法在药物分析中的应用 高效液相色谱法作为药物分析中的最主要的分析方法，常被作为常规分析和检验方法[2]。近年来这个方面的研究较多，陈英红等通过对人参糖肽注射液中多糖1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮柱前衍生化，采用高效液相色谱法进行组成糖分析，建立了人参糖肽注射液特征图谱。该方法操作简便，分离度高，重复性及稳定性良好，可有效控制人参糖肽注射液的质量，同时可作为酸性杂多糖的测定方法。陈金泉等建立
抗艾滋病药物更昔洛韦、阿昔洛韦、喷昔洛韦和伐昔洛韦的HPLC快速检测方法。采用同一色谱体系实现对四种药物的分析，该检测方法快速、简便，准确。这些研究充分利用了高效液相色谱操作简单，灵敏度高，回收率高的特点。 二、高效液相色谱在药物分析测定中的研究进展 高效液相色谱法是一种集分离和测定为一体的分析方法，其作为药物分析中药物鉴别、杂质检查及含量测定的重要方法。 （一）在鉴别中的应用。HPLC用于药物鉴别时，一般规定按供试品含量测定项下的高效液相色谱条件进行实验。要求供试品和对照品色谱峰的保留时间一致。在HPLC法中，保留时间与组分的结构和性质有关，是定性的参数。如头抱拉定、头孢噻酚钠等头孢类药物以及地西泮注射液、曲安奈德注射液等多种药物均采用HPLC法进行鉴别。 （二）在有关物质检查中的应用。目前药品的有关物质的检查方法主要有薄层色谱法（TLC）、高效液相色谱法（HPLC）、气相色谱法（GC）、紫外分光光度法（UV）及容量分析法等多种。近年来随着仪器分析技术的发展，HPLC 分离效果佳分离速度快的特点使其成为最主要的检测有关 物质的方法。 （三）在药物（含中药）成分含量测定上的应用。在药物分析中，高效液相色谱由于其专一性，灵敏度高，快速简
一、色谱分析法基本原理 色谱法，又称层析法。根据其分离原理，有吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱与排阻色谱等方法。吸附色谱是利用吸附剂对被分离物质的吸附能力不同，用溶剂或气体洗脱，以使组分分离。常用的吸附剂有氧化铝、硅胶、聚酰胺等有吸附活性的物质。分配色谱是利用溶液中被分离物质在两相中分配系数不同，以使组分分离。其中一相为液体，涂布或使之键合在固体载体上，称固定相；另一相为液体或气体，称流动相。常用的载体有硅胶、硅藻土、硅镁型吸附剂与纤维素粉等。离子交换色谱是利用被分离物质在离子交换树脂上的离子交换势不同而使组分分离。常用的有不同强度的阳、阴离子交换树脂，流动相一般为水或含有有机溶剂的缓冲液。排阻色谱又称凝胶色谱或凝胶渗透色谱，是利用被分离物质分子量大小的不同和在填料上渗透程度的不同，以使组分分离。常用的填料有分子筛、葡聚糖凝胶、微孔聚合物、微孔硅胶或玻璃珠等，可根据载体和试样的性质，选用水或有机溶剂为流动相。色谱法的分离方法，有柱色谱法、纸色谱法、薄层色谱法、气相色谱法、高效液相色谱法等。色谱所用溶剂应与试样不起化学反应，并应用纯度较高的溶剂。色谱时的温度，除气相色谱法或另有规定外，系指在室温下操作。分离后各成分的检出，应采用各单体中规定的方法。通常用柱色谱、纸色谱或薄层色谱分离有色物质时，可根据其色带进行区分，对有些无色物质，可在245-365nm的紫外灯下检视。纸色谱或薄层色谱也可喷显色剂使之显色。薄层色谱还可用加有荧光物质的薄层硅胶，采用荧光熄灭法检视。用纸色谱进行定量测定时，可将色谱斑点部分剪下或挖取，用溶剂溶出该成分，再用分光光度法或比色法测定，也可用色谱扫描仪直接在纸或薄层板上测出，也可用色谱扫描仪直接以纸或薄层板上测出。柱色谱、气相色谱和高效液相色谱可用接于色谱柱出口处
一、色谱法主要有几种，各有甚么特点？适用于哪种类型物质的分析？ 1)气相色谱：适用于气体与低沸点有机化合物的分析，可以在不同温度下使用。 2)液相色谱：适用于高沸点，不易气化，热不稳定的以及具有生物活性物质的分析。 3)离子色谱：以离子交换树脂作为固定相，不同PH的水溶液作为流动相，适用于各种无 机离子化合物。 4)薄层色谱和纸色谱：在长条形的层析纸和色层滤纸上进行，适合于非挥发性物质的分离。 二．气相色谱仪由哪几个主要部分组成？各个部分的作用是什么？核心部分是哪一部分？气相色谱仪有以下6个组成部分： 1)载气系统：包括气源，净化干燥管和载气流速控管。 2)进样系统：进样室以及气化室。 3)色谱柱：填充柱（柱内填充固定相）或毛细管柱（内壁涂有固体液） 4)检测器：可连接各种检测器，包括热导检测器或氢火焰检测器. 5)记录系统：放大器，记录仪或数据处理仪。 6)温度控制系统：色谱柱，气化室及检测器三者的温度控制。 其中色谱柱与检测器最为关键。 4．分光光度计主要有哪些部分组成？说明各部分的作用？ 1). 光源。温度升高有力与实验，现在一般使用氘灯。 2). 单色器：由入射狭缝，准光装置，色散元件，聚焦系统，出射狭缝。单色光的纯度主要取决于色散元件和出射狭缝的宽度。 3）.样品室。在紫外区采用石英池，可见光采用玻璃池。 4）.检测器。利用光电效应将透过吸收池的光信号变成可测的电信号。常见的有光电池，光电管和光电倍增管。 5）.结果显示记录系统。 1．简述原子吸收光谱仪的基本部件及其作用。 1).光源，供给原子吸收所需要的谱带宽度很窄和强度足够的共振线，用空心阴极灯，阳极为钨棒，阴极为待测元素的合金材料制成，内充低压惰性气体。 2).原子化器。雾化器，要求喷雾稳定，雾粒微细均匀，雾化效率高。燃烧器的作用是利用火焰加热，释放的能量使试样原子化。 3）。光学分光系统。外电路;汇聚收集光源所发射的光线，引导光线准确地通过原子化区，然后将其导入单色器中。 单色器：由色散元件，凹面镜和狭缝组成，作用是从光源所发出地谱线中分离单一的原子谱线。 2．简述红外分光光度计的主要部件。 1）。辐射源。凡是能发射连续光谱且辐射强度能满足检测需要的物质均可作为红外光源。2）.色散元件。有棱镜和光栅两种。 3).检测器.利用不同导体构成回路时的温差电现象将温差转变成电位差的真空热电偶是最常用的检测器。 4）。吸收池。在分析气体时用气体池，分析液体时用液体池。分析固体样品时用岩盐窗片。 1.简述质谱仪的主要部件和质量分析仪的工作原理。
色谱技术发展现状 小组成员：陈景杨、王梓吉 一、概述 色谱法是一种高效能的物理分离技术，它利用混合物中的各组分在互不相容的两相（固定相和流动相）之间的分配的差异而使混合物得到分离的一种方法。利用色谱分离技术再加上检测技术、定量分析的仪器就是色谱仪。近年来多种高新技术的引入，各类色谱仪器在性能、结构和技术参数等各方面都有了极大提高。 色谱分析技术就是根据被测样品（混合物）的性质，选择适当的流动相、固定相和其他操作条件，利用色谱仪的分离系统将样品中的各个组分分离开来，然后利用检测系统对各组分进行定性、定量分析。它具有高分辨率、高灵敏度、样品量少且速度较快、结果准确等优点，是分析混合物 的有效方法。 目前比较成熟的色谱仪器主要是气相色谱仪与高效液相色谱仪两大类。两者最显著差异就是在流动相的选择上，气相色谱仅能用于氢气、氦气等少数几种性质相近的气体，而高效液相色谱可供选择的溶剂多种多 样，可通过改变其极性、黏性、pH值、浓度等调节两相之间的分配差异，进而有效地改善分离条件；另一方面，正是由于流动相的差异，导致气相色谱仪只能用于被气化物质的分离和检测，而液相色谱的样品无需气化而直接导入色谱柱进行分离、检测，特别适用于气化时易分解的物质的分离、分析。 二、气相色谱 三、高效液相色谱 高效液相色谱(HPLC)是目前应用最多的色谱分析方法，它是在经典色谱法的基础上，引用了气相色谱的理论，使用粒径更细的固定相填充 色谱柱，提高色谱柱的塔板数，并以高压驱动流动相，同时柱后连有高 灵敏度的检测器，可对流出物进行连续检测。 现代高效液相色谱仪由高压输液泵、进样系统、温度控制系统、色谱柱、检测器、数据处理与记录系统等部分组成。它的工作流程是高压 泵将流动相以稳定的流速（或压力）输送至分离系统，样品溶液经进样 器进入流动相，被流动相载入色谱柱内，由于样品溶液中的各组分在两 相中分配系数或吸附力大小的不同而被分离成单个组分依次从柱内流 出，通过检测器时样品浓度被转换成电信号传送到数据处理与记录系统 进行数据分析。与经典液相柱色谱装置比较，它具有高效、快速、灵敏 等特点。 四、发展现状及趋势
第十二章 【12.5】 如果要用电解的方法从含1.00×10-2mol/L Ag +,2.00mol/L Cu 2+的溶液中，使Ag+完全析出(浓度达到10-6mol/L)而与Cu 2+完全分离。铂阴极的电位应控制在什么数值上？（VS.SCE,不考虑超电位） 【解】先算Cu 的 起始析出电位： Ag 的 起始析出电位： ∵ Ag 的析出电位比Cu 的析出电位正 ∴ Ag 应当先析出 当 时，可视为全部析出 铂阴极的电位应控制在0.203V 上,才能够完全把Cu2+ 和Ag+分离 【12.6】 （5）若电解液体积为100mL ，电流维持在0.500A 。问需要电解多长时间铅离子浓度才减小到 0.01mol/L ？ 【解】（1）阳极: 4OH - ﹣4e - →2H 2O+O 2 Ea θ =1.23V 阴极：Pb 2+＋2e - → Pb Ec θ =﹣ 0.126V ()220.059,lg 0.3462 Cu Cu Cu Cu v ??Θ++ ??=+ =??(,)0.059lg[]0.681Ag Ag Ag Ag v ??Θ++=+=6[]10/Ag mol l +-=3 3 -63 SCE =0.799+0.059lg10=0.445v 0.445v-0.242v=0.203v ????'=-=
Ea=1.23+(0.0592/4)×4×lg10﹣5=0.934V Ec=﹣0.126+（0.0592/2）×lg0.2=﹣0.147V E=Ec﹣Ea=﹣1.081V （2）IR=0.5×0.8=0.4V （3）U=Ea＋ηa﹣（Ec＋ηc）＋iR=2.25V （4）阴极电位变为：﹣0.1852 同理：U=0.934+0.1852+0.77+0.4=2.29V （5）t=Q/I=nzF/I=（0.200-0.01）×0.1×2×96487/0.500=7.33×103S 【12.7】 【12.8】用库仑滴定法测定某有机一元酸的摩尔质量，溶解 0.0231g纯净试样于乙醇与水的混合溶剂中, 以电解产生的 OH-进行滴定，用酚酞作指示剂，通过0.0427A 的恒定电流，经6min42s到达终点，试计算此有机酸的摩尔质量。【解】 m=（M/Fn）×it t=402s；i=0.0427；m=0.0231g；F=96485；n=1 解得 M = 129.8g/mol
色谱技术的研究进展 吕晓敏 摘要简要介绍了色谱技术的历史发展，对几种常见的色谱技术和近期发展起来的一些新型色谱技术的研究进展及应用进行了综述，阐述了不同特性色谱技术的发展方向。 关键词色谱技术，进展，应用 引言 色谱技术是几十年来分析化学中最富活力的领域之一。作为一种物理化学分离分析的方法，色谱技术是从混合物中分离组分的重要方法之一，能够分离物化性能差别很小的化合物。当混合物各组成部分的化学或物理性质十分接近，而其他分离技术很难或根本无法应用时，色谱技术愈加显示出其实际有效的优越性。色谱技术最初仅仅是作为一种分离手段，直到20世纪50年代，随着生物技术的迅猛发展，人们才开始把这种分离手段与检测系统连接起来，成为在环境、生化药物、精细化工产品分析等生命科学和制备化学领域中广泛应用的物质分离分析的一种重要手段。目前几乎在所有的领域都涉及到色谱法及其相关技术的应用,色谱技术的应用日益普遍,色谱技术在科学研究和工业生产中发挥着越来越重要的作用。本文介绍了色谱技术的发展及其应用，并对常见的色谱技术和近期发展起来的几种新型的色谱分离技术及不同特性色谱技术的研究进展进行了综述。 1 色谱技术的历史发展[1] 1903年,俄国植物学家M. S. Tswett 发表了题为“一种新型吸附现象及在生化分析上的应用”的研究论文，文中第一次提出了应用吸附原理分离植物色素的新方法。1906年，他命名这种方法为色谱法。这种简易的分离技术，奠定了传统色谱法基础。但由于当时Tswett色谱技术分离速度慢、效率低，长时间内并没有受到当时科学界的重视。 1931年,德国的Kuhn 采用类似Tswett 色谱技术方法分离了胡萝卜素等60多种
有限元法的应用现状研究3 于亚婷,杜平安,王振伟 (电子科技大学机械电子工程学院,四川成都 610054) 摘要:有限元法(FEM:Finite Element Method)作为一种最有效的数值方法,在工程实际中得到了广泛、深入的应用。以应用为主线,首先回顾了FEM的发展历程,然后从FEM的应用过程和应用领域两个方面详细地论述了FEM应用的有关问题,并例举了相关的应用实例。最后总结了FEM的国内外应用现状及研究热点问题。 关键词:有限元法;应用过程;应用领域;现状 中图分类号:TP391.7 文献标识码:A 文章编号:1001-2354(2005)03-0006-04 1 F EM的发展历程 FEM作为求解数学物理问题的一种数值方法,已经历了50余年的发展。20世纪50年代,它作为处理固体力学问题的方法出现。1943年,Courant第一次提出单元概念[1]。1945～1955年,Argyris等人在结构矩阵分析方面取得了很大进展[1]。1956年,Turner、Clough等人把刚架位移法的思路推广应用于弹性力学平面问题[1]。1960年,Clough首先把解决弹性力学平面问题的方法称为“有限元法”[1],并描绘为“有限元法= Rayleigh Ritz法+分片函数”。几乎与此同时,我国数学家冯康也独立提出了类似方法。 FEM理论研究的重大进展,引起了数学界的高度重视。自20世纪60年代以来,人们加强了对FEM数学基础的研究。如大型线性方程组和特征值问题的数值方法、离散误差分析、解的收敛性和稳定性等。 FEM理论研究成果为其应用奠定了基础,计算机技术的发展为其提供了条件。20世纪70年代以来,相继出现了一些通用的有限元分析(FEA:Finite Element Analysis)系统,如SA P、ASKA、NASTRAN等,这些FEA系统可进行航空航天领域的结构强度、刚度分析,从而推动了FEM在工程中的实际应用。 20世纪80年代以来,随着工程工作站的出现和广泛应用,原来运行于大中型机上的FEA系统得以在其上运行,同时也出现了一批通用的FEA系统,如ANSYS-PC、N ISA,SU PER SA P等[3]。20世纪90年代以来,随着微机性能的显著提高,大批FEA系统纷纷向微机移植,出现了基于Windows的微机版FEA系统。 经过半个多世纪的发展,FEM已从弹性力学平面问题扩展到空间问题、板壳问题;从静力问题扩展到动力问题、稳定问题和波动问题;从线性问题扩展到非线性问题;从固体力学领域扩展到流体力学、传热学、电磁学等其他连续介质领域;从单一物理场计算扩展到多物理场的耦合计算。它经历了从低级到高级、从简单到复杂的发展过程,目前已成为工程计算最有效的方法之一。 2 F EM应用的有关问题 2.1 FEM的应用过程 FEM应用于实际问题须经历以下过程,如图1所示 。 图1 FEM的应用过程 (1)问题的数学描述。对问题客观规律的数学描述(通常是微分方程及边界条件)是建立有限元方程的前提。单元特性矩阵和整体有限元方程都是基于数学模型建立的。常见的弹性力学基本方程、运动方程、热传导方程等都是对客观现象的数学描述。 (2)有限元方程的建立。利用变分原理,通过离散、单元分析、整体分析等过程,建立数学模型的有限元方程,它通常是一组易于用数值方法求解的代数方程。 (3)算法研究。有限元方程的计算量庞大,须有有效的算法来保证计算效率和精度,同时考虑对计算条件的要求。如求解大型线性方程组的带宽法、波前法,求解大型特征值问题的分块Lanczos法等。 第22卷第3期2005年3月 机 械 设 计 J OU RNAL OF MACHIN E DESIGN Vol.22 No.3 Mar. 2005 3收稿日期:2004-07-22;修订日期:2004-09-02 基金项目:四川省学术与技术带头人培养基金资助项目(2200104) 作者简介:于亚婷(1979-),女,陕西人,电子科技大学博士研究生,研究方向:CAD/CAM/CA E有限元法应用等。
情感计算综述 控制工程1102班李晓宇 2111103172 摘要：情感计算是人工智能的一个分支。情感计算的目的是通过赋予计算机识别、理解、表达和适应人的情感的能力来建立和谐人机环境，并使计算机具有更高的、全面的智能。本文分别从情感计算的研究历史、应用前景、研究内容和理论框架来阐述情感计算，以便使更多的人了解情感计算。 关键字: 情感计算；情感识别；情感理论框架 Summary of Affective Computing Abstract：Affective computing is a branch of artificial intelligence. The aim of affective computing is to give computers to recognize, understand, adapt to people's emotional expression and the ability to establish harmonious human environment, and to have higher computer, full of intelligence.This paper explain affective computing through the study of history of affective computing ,applications in the future, research content and theoretical framework, so that more people understand the affective computing. Key word: Affective computing; emotion recognition; the theoretical framework of emotional 1、引言 情感计算的概念是在1997年由MIT媒体实验室Picard教授提出，她指出情感计算是与情感相关，来源于情感或能够对情感施加影响的计算。中国科学院自动化研究所的胡包刚等人也通过自己的研究，提出了对情感计算的定义：“情感计算的目的是通过赋予计算机识别、理解、表达和适应人的情感的能力来建立和谐人机环境，并使计算机具有更高的、全面的智能”。 在较长一段时期内，情感一直位于认知科学研究者的视线以外。直到20世纪末期，情感作为认知过程重要组成部分的身份才得到了学术界的普遍认同。当代的认知科学家们把情感与知觉、学习、记忆、言语等经典认知过程相提并论，关于情感本身及情感与其他认知过程间相互作用的研究成为当代认知科学的研究热点，情感计算（ affective computing ）也成为一个新兴研究领域。 众所周知，人随时随地都会有喜怒哀乐等情感的起伏变化。那么在人与计算机交互过程中，计算机是否能够体会人的喜怒哀乐，并见机行事呢？情感计算研究就是试图创建一种能感知、识别和理解人的情感，并能针对人的情感做出智能、灵敏、友好反应的计算系统，即赋予计算机像人一样的观察、理解和生成各种情感特征的能力。 2、研究现状 让计算机具有情感能力首先是由美国MIT大学Minsky教授（人工智能创始人之一）提出的。他在1985年的专著《The Society of Mind》中指出，问题不在于智能机器能否有任何情感，而在于机器实现智能时怎么能够没有情感。从此，赋予计算机情感能力并让计算机能够理解和表达情感的研究、探讨引起了计算机界许多人士的兴趣。这方面的工作首推美国MIT 媒体实验室Picard教授领导研究小组的工作。情感计算一词也首先由Picard教授于1997年出版的专著《Affective Computing》中提出并给出了定义，即情感计算是关于情感、情感产生以