Стратегия экспериментального исследования

В книге с использованием математической статистики рассмотрены методы оптимизации экспериментальных исследований в химии и химической технологии. Последовательно излагаются способы определения параметров законов распрсдело-Е1ИЯ, проверка статистических гипотез, методы дисперсионного, корреляционного и регрессионного анализов и планирования экстремального эксперимента также рассмотрены вопросы выбора оптимальной стратегии эксперимента при исследовании свойств многокомпонентных систсм. Статистические методы анализа и планирования эксперимента иллюстрируются примерами конкретных исследований в химии и химической технологии. [c.2]

Большое количество экспериментальных задач в химии и химической технологии формулируется как задачи экстремальные определение оптимальных условий процесса, оптимального состава композиции и т. д. Благодаря оптимальному расположению точек в факторном пространстве и линейному преобразованию координат, удается преодолеть недостатки классического регрессионного анализа, в частности кор реляцию между коэффициентами уравнения регрессии. Выбор плана эксперимента определяется постановкой задачи исследования и особенностями объекта. Процесс исследования обычно разбивается на отдельные этапы. Информация, полученная после каждого этапа, определяет дальнейшую стратегию эксперимента. Таким образом возникает возможность оптимального управления экспериментом. Планирование эксперимента позволяет варьировать одновременно все факторы и получать количественные оценки основных эффектов и эффектов взаимодействия. Интересующие исследователя эффекты определяются с меньшей ошибкой, чем при традиционных методах исследования. В конечном счете применение методов планирования значительно повышает эффективность эксперимента. [c.159]

Стратегия экспериментального исследования [c.177]

Можно подумать, что эта проблема не имеет статистического характера, но это отнюдь не так. Как только химик получит представление о вероятном порядке реакции, он должен будет передать стоящую перед ним проблему, сформулированную как подлежащая испытанию модель, на рассмотрение статистика с просьбой спланировать серию экспериментов, дающую максимальную экономию операций (см. подраздел Стратегия экспериментального исследования ), Статистик попросит оговорить пределы надежности значений определяемых величин, а экспериментатор будет рассчитывать на то, что статистик подскажет ему, как узнать, что в своих измерениях он достиг желаемой степени точности. Неспособность оценить величину погрешности при исследовании кинетики может иметь губительные последствия для всей разработки процесса. Деятельность по снижению неопределенности вряд ли окажется успешной, если не будет включать оценку погрешностей. [c.180]

Многое зависит от того, каким образом будет использоваться автоматизированная процедура испытаний. Если, направив на испытание огромную серию катализаторов, мы станем сложа руки ожидать, когда сам собой, словно нужная карта из колоды фокусника, выскочит ответ на наши проблемы, то, надо думать, наши шансы на успех будут весьма и весьма невелики. При правильном подходе автоматизированная система может помочь нам решить задачу, очерченную в подразделе Стратегия экспериментального исследования настояш,ей главы, так как позволяет проверить идею достаточно тщательно, чтобы доказать ее перспективность или, наоборот, непригодность. [c.182]

Осуществить подбор состава катализаторов нужной степени активности чисто расчетными методами в настоящее время не удается. Описанные расчетные методы при практическом использовании всегда опираются на некоторый исходный материал и установленные эмпирические зависимости. Во многих случаях и то и другое можно почерпнуть из литературных источников любого вида — статей, патентов, отчетов. Однако достаточно часто встречаются случаи, когда этих источников нет или содержащаяся в них информация явно недостаточна. Кроме того, любые расчетные прогнозы требуют экспериментальной проверки. Все это приводит к тому, что расчетные методы не исключают эксперимента, но делают его более экономным и, что более существенно, с большей вероятностью приводящим к оптимальным решениям. В этой главе мы рассмотрим стратегию проведения исследований по подбору катализаторов, включая экспериментальные, с использованием изложенных расчетных методов. При этом мы будем исходить из положения о возможности минимума первоначальной информации. [c.126]

По определению Юла [90], стратегия экспериментирования представляет собой многократное повторение, которое начинается с создания теории или модели системы как основы для целого ряда экспериментов этот подход характерен для большинства видов научно-исследовательской деятельности, описываемой на страницах вашей книги. Этот итеративный метод экспериментального исследования в области химии ничем не обязан статистике последователь-лость теория — эксперимент — переработанная теория — новый эксперимент уходит корнями в далекое прошлое науки вклад статистики состоит в сокращении числа экспериментов, необходимых для проверки и корректирования теории, которой придерживаются в данный момент исследователи, и для оценки надежности результатов. [c.177]

Стратегия экспериментальных кинетических исследований должна определяться с помощью методов оптимального планирования экспериментов. [c.105]

Этап принятия решений об интенсификации технологических процессов и оптимизации эффективности ХТС включен в число основных этапов блок-схемы общей стратегии решения задачи эксплуатации химико-технологических систем (см. рис. 11). Как показано далее, степень обоснованности принимаемых решений может значительно возрасти, если наряду с построением математических моделей ХТС по материалам экспериментальных исследований будут разрабатываться соответствующие ЭММ, позволяющие дать предварительную оценку имеющимся резервам снижения себестоимости выпускаемой продукции и повышения производительности оборудования. [c.91]

Разумеется, созданию кинетической модели процесса предшествует большой объем экспериментальных исследований. Однако наступает момент, когда оптимальная стратегия изучения сложного процесса требует именно анализа его модели. Цель анализа такой математической модели в том, чтобы с ее помощью понять и описать все экспери- [c.162]

Но если говорить о стратегии эффективности всерьез, то необходимо думать и о повышении эффективности качества труда ученых. В этой сфере человеческой деятельности электронно-вычислительная техника может много дать, например, в экспериментальных исследованиях. Для обработки результатов компьютеры применялись довольно давно, но, так сказать, технологическая цепочка эксперимента обычно разрывалась. И происходило это чаще всего так эксперименты делались сами собой, результаты фиксировались на самописцах, а затем их несли в вычислительный центр и обрабатывали. [c.87]

Следует отметить, что оптимальную стратегию по созданию современных лекарственных препаратов можно выработать только на базе тщательно спланированных технологических и биофармацевтических экспериментальных исследований и квалифицированной интерпретации полученных данных. [c.174]

Как указывалось выше, при анализе результатов, полученных хроматографическими методами, следует учитывать, что катализатор в промежутках между импульсами подвергается частичной регенерации потоком газа-носителя, вследствие чего стационарное состояние катализатора может и не достигаться. В принципе, результаты кинетических расчетов, полученные на основе хроматографических данных, могут отличаться от констант, соответствующих стационарному состоянию катализатора (см., например, стр. 193), но это скорее достоинство, а не недостаток. Хроматографические данные представляют значительный интерес, поскольку они характеризуют наиболее активные в каталитическом отношении центры поверхности. Сопоставление результатов, полученных в хроматографических условиях, с результатами, полученными в проточных и проточно-циркуляционных системах, может дать дополнительно существенную информацию о кинетике и механизме каталитического процесса. Мы уже указывали выше, что эффективность кинетических исследований значительно повышается при проведении опытов по определенной стратегии. Этому вопросу посвящен специальный раздел математической статистики, называемый планирование экстремальных экспериментов . Поэтому прежде чем перейти к изложению экспериментального материала, мы посвятим следующий раздел краткому изложению некоторых основных идей статистического планирования эксперимента. [c.301]

Поскольку плазмиды Ti имеют очень большой размер, районы Т-ДНК обычно не содержат уникальных участков гидролиза рестриктазами. Поэтому прямая встройка целевого гена в Т-ДНК на плазмиде Ti практически невозможна. Исходя из этого учеными бьши разработаны разные стратегии введения чужеродных генов в состав Т-ДНК, из которых сформировались два главных направления экспериментальных исследований. [c.463]

Использование для анализа устойчивости нерегулируемого реакторно-регенераторного блока более сложных модельных представлений и, в частности, учет наличия в кипящем слое плотной и пузырьковой фаз [89] выявили в статике несколько стационарных состояний объекта. Эти исследования нуждаются в серьезной экспериментальной проверке, поскольку их результаты играют важную роль при выборе стратегии управления. [c.119]

Итак, можно констатировать, что у всех исследований, направленных на разработку эмпирических предсказательных алгоритмов трехмерных структур белка, неадекватными изучаемому явлению оказываются и положенные в их основу спиральная концепция Полинга-Кори, и гидрофобная концепция Козмана об организации нативной конформации, и используемые методы, и выбранная стратегия решения задачи. Такой путь следует считать бесперспективным, так как он в принципе, а не из-за сложности проблемы или недостатка экспериментального материала, не может привести к конечной цели - априорному количественному описанию геометрии и конформационных возможностей остатков в белковой глобуле. Не может играть он и вспомогательную роль, например, в получении промежуточных данных о структуре или ее отдельных частей, которые были бы полезны в последующем уточнении. Бесперспективность эмпирического подхода подтверждают результаты всех предпринятых за последние три десятилетия попыток следовать ему. [c.81]

При создании новых химических производств и совершенствовании действующих технологических процессов завершающей частью экспериментальных и научно-технических исследований с использованием стратегии системного анализа (см. рис. Хч1) является проектирование. В проекте химического производства, как в фокусе, должны быть сосредоточены все новейшие достижения научных разработок, использованы современные методы синтеза всей технологической схемы из отдельных аппаратов, проанализированы и всесторонне оценены все ее варианты, а также все варианты технологических и инженерных решений и выбран лучший из рассмотренных вариантов. [c.435]

Полученные результаты соответствуют экспериментальным данным, а также результатам исследования процесса на полной кинетической модели (глава IV), где была сформулирована стратегия управления температурным профилем пиролизной печи. [c.112]

В большинстве бактериологических исследований для выполнения намеченной экспериментальной программы можно с успехом использовать радиоактивные изотопы. Выбор радиоактивного изотопа зависит от периода его полураспада, типа распада и выделяемой при этом энергии, а также от ряда других факторов, специфичных для каждого эксперимента. Длительностью периода полураспада используемого изотопа определяется стратегия проведения данного исследования, а также необходимость внесения поправок на распад изотопа во время эксперимента. В зависимости от типа распада и выделяемой энергии выбирают тот или иной счетчик, эти же факторы обусловливают и степень разрешения [c.233]

Теперь для нас очевидно, что стратегия исследований, которой руководствуются при решении вопросов, связанных с происхождением, в других науках, и применяемые в этих случаях методы неприемлемы для непосредственного использования при изучении проблемы происхождения жизни. Самый характер этой проблемы коренным образом отличает ее от типичных проблем, изучаемых классическими дисциплинами, а почему это так, ясно из того, что мы говорили выше. Может даже создаться впечатление, что в данной области вообще невозможен экспериментальный подход. Обычно задачи, стоящие перед физиками и химиками, связаны с явлениями, которые можно многократно наблюдать в лаборатории. Как правило, главное при этом — детальное исследование процессов, лежащих в основе непосредственно наблюдаемого явления. Иначе обстоит дело с проблемой происхождения жизни. Здесь не может быть и речи о систематическом наблюдении, ибо мы даже не знаем, в чем состояло интересующее нас явление, имевшее к тому же место в крайне отдаленный период истории Земли и, по-видимому, вообще не протекающее в природе в настоящее время. [c.25]

Итак, можно сделать вывод, что во всех исследованиях, направленных на разработку эмпирических корреляций между аминокислотной последовательностью и вторичной и супервторичной структурами, не адекватными изучаемому явлению оказываются и заложенное в их основу представление о пространственной организации белка, и используемые методы, и выбранная стратегия поиска решений проблемы. Такой путь следует считать бесперспективным, так как он в принципе, а не в силу большой сложности проблемы или недостатка имеющегося на сегодняшний день экспериментального материала, не может привести к конечной цели - априорному количественному описанию геометрии и конформационных возможностей всех остатков в белковой глобуле. Более того, он не может дать и промежуточных данных о структуре и ее отдельных частях, полезных для последующего уточнения. Ценность вьшолненных в этом направлении работ состоит в накопленном опыте, указывающим на необходимость поиска иного, неэмпирического, пути решения конформационной задачи проблемы белка. [c.331]

Базисом предлагаемой стратегии разработки плотных коллекторов является разработка их исходя из особенностей поведения флюидов на уровне микропор. Изучение этих особенностей даст нам ключ к управлению процессами фильтрации, позволит избежать возможные осложнения. Создание комплекса экспериментальных установок позволит провести следующие исследования, которые будут положены в основу разрабатываемой стратегии [c.53]

В соответствии с этим выделяются и уровни экспериментальных исследований, выполняемых интегрированной или распределенной АСНИ. Так, при исследовании каталитического реактора стратегия выделения уровней исследования (и соответственно проведения экспериментов) приведена на рис. 3.4. [61. Всего выделяется шесть уровней иерархии элементы ХТС, аппаратов, слоя катализатора, зерна катализатора, поверхности зерна катализатора и молекулярный уровень. Эта структура является типичной при построении математических моделей процессов химической технологии. [c.60]

Наиболее хорошо разработанными системами, в которых органично связаны аспекты моделирования и экспериментальных исследований, являются АСНИ для анализа молекулярных структур [8]. Научной основой разработки таких систем являются работы в области квантовой химии и спектроскопии. Стратегия исследования молекулярных структур новых веществ в АСНИ построена следуюпцтм образом. Из первоначального эксперимента определяется брутто-формула и наличие характерных групп атомов (на основе спектроструктурных корреляций) в исследуемом химическом соединении. Затем но этим данным на ЭВМ производится автоматический синтез вариантов гипотетических молекулярных образований с использованием ряда аксиом о запрещенных сочетаниях атомов (правил валентности). Для синтезированных вариант молекул, в которых встречаются обнаруженные экспериментально характерные группы, на основе квантовохимических моделей производится расчет (моделирование) колебательных спектров гипотетических синтезированных молекул. Сравнением рассчитанных и измеренных спектров выбираются наиболее вероятные структуры. По выбранным структурам после более тщательного моделирования спектров с учетом вариантов пространственного расположения атомов и дополнительного экспериментального исследования уточняется пространственное расположение атомов в молекуле. [c.61]

Создание новых химических технологий и совершенствование существующих связано с экспериментальными исследованиями. Объем исследовательских работ зависит от правильного выбора стратегии эксперимента, способа обработки экспериментальных данных и интерпретации полученных результатов. В ходе исследований строится статистическая модель процесса, которая устанавливает связь между влияющими факторами (параметрами воздействия) и функциями отклика (выходными параметрами), определяющими качество продукции и производительность производства. Вошедшее в середине XX столетия в практику исследований планирование эксперимента очень быстро стало необходимым инструментом в лаборатории и на производстве. Это подтверждают обширные перечни публикаций по вопросам теории и практики планирования эксперимента уже к 1970-м годам [2,35-37]. Для планируемого (активного) эксперимента в настоящее время используются планы первого порядка ПФЭ и ДФЭ (полный и дробный факторный эксперимент), планы второго порядка ОЦКП, РЦКП (ортогональное, ротота-бельное центральное композиционное планирование) и другие, для которых выполняется ряд дополнительных опытов в центре плана [6]. Разработано много планов второго порядка, удовлетворяющих различным специальным требованиям. Например, планирование эксперимента по схемам ортогональных латинских прямоугольников [9]. Алгоритмы обработки планированного эксперимента удобно представить, используя средства Ма1ЬСА0. Здесь приведен алгоритм полного плана первого порядка. [c.292]

Руководитель экспериментально-исследовательского сектора должен обладать неустаревишм опытом работы в наз чно-исследователь-ском отделе. Достойна решительного осуждения практика назначения на этот пост специалистов, хорошо зарекомендовавших себя в области планирования, проектирования или управления производством, но никогда ни в университете, ни в промышленности не осуществлявших экспериментальных исследований. Читателям нашей книги, надеемся, понятно, сколь желательно, чтобы научный руководитель, разрабатывающий свою собственную методику и стратегию исследования, был в курсе совокупного опыта научно-исследовательской работы в промышленности, включающего в себя методы планирования и осуществления экспериментов. Далее, опыт работы в научно-исследовательском отделе, надо надеяться, разовьет у руководителя экспериментально-исследовательского сектора на производстве научную любознательность и присупщй ученому скептицизм — качества, которые помогут ему справиться с трудной задачей отделения подлинных фактов от домыслов. [c.325]

Какие же здесь возможны экспериментальные подходы Для того чтобы составить представление о стратегии и возможных методах экспериментального исследования проблемы происхождения жизни, можно попытаться, выяснить, какие методоло- [c.18]

Однако на первом этапе исследований а тем более при расчетах по прогнозированию свойств катализатора, до проведения экспериментальных работ необходимые данные о параметрах моделей, естественно, не известны. Выход заключается в выработке стратегии исследования в виде многоэтапной итеративной процедуры принятия решений (ППР) 1) прогноз химического состава катализатора 2) по данным первого этапа и по имеюш имся аналогам получение начальных оценок скорости реакции 3) начальный ири-ближенный прогноз качественного характера о целесообразной текстуре катализатора (например, круннонористый с малой поверхностью, либо мелкопористый с развитой поверхностью и т. п.) 4) экспериментальная проверка результатов качественного прогноза текстуры катализатора 5) экспериментальное определение кинетики процесса на удовлетворяюш,ем требованиял катализаторе пз числа занрогнозированных 6) расчет оптимальной текстуры катализатора и ее приспособление к реальным возможностям синтеза катализаторов 7) выбор способа синтеза приемлемого катализатора 8) выбор способа формирования структуры катализатора 9) приготовление образца катализатора и его опробование. [c.121]

На примере моделирования реактора с Неподвижным сЛоем kafa лизатора определилась стратегия построения многоступенчатых математических моделей химических систем. Дальнейшие успехи математического моделирования химико-технологических процессов обусловлены главным образом развитием экспериментальных методов изучения сложных систем и их отдельных частей. Расширение возможностей использования ЭВМ выдвигает на первый план задачи глубокого исследования структуры химических систем и получения надежной информации об их поведении. [c.522]

На стыке технологии рекомбинантных ДНК и биотехнологии возникла новая область исследований, динамичная и высококонкурентоспособная, — молекулярная биотехнология. Эта молодая дисциплина, как и молекулярная биология в период своего становления, весьма амбициозна, заявляемые ею притязания не всегда соответствуют реальным возможностям. Ее стратегия и экспериментальная база претерпевают быстрое изменение, одни подходы все время вытесня- [c.18]

В предыдупщх главах мы указывали, на каких этапах исследований можно плодотворно применить критический анализ. Так, к нему можно прибегнуть для определения целей работы и выработки общей стратегии экспериментирования на этапе поисковых исследований. На этапе поиска и открытия процесса этот метод может помочь выявлению способов создания различных вариантов синтеза желаемого соединения. Еще один пример применения этого метода можно найти в области принципиальной разработки процесса. На начальной стадии этой работы, скажем вскоре после выбора пути синтеза, представляющегося самым многообещающим, имеет смысл на короткое время отвлечься от экспериментальной работы, чтобы критически проанализировать утверждение продукт А следует получать из веществ В и С в паровой фазе на катализаторе X . На такой критический анализ ушло бы три заседания продолжительностью в половину рабочего дня каждое. Надлежит задаться вопросами Почему из вещества В, почему из вещества С, почему в паровой фазе, почему на катализаторе X . Ответы на эти вопросы могут породить новые, более плодотворные идеи. [c.249]

Рассмотрим некоторые стратегии, определенно практичные, но еще не применяемые повсеместно. На прошлом симпозиуме приводили данные исследований в поддержку интегрированной борьбы с табачным бражником в штате Северная Каролина [9]. Несмотря на это свидетельство, полученное почти 10 лет назад, оно не получило широкого применения. Можно сообщить, что в Се-верно11 Каролине начата широкая программа по использованию учетов численности как основы для обработки пестицидами, используя все преимущества интегрированной борьбы. Эта программа, проводимая по рекомендации Комитета по борьбе с вредными организмами МСХ США, объединяет ресурсы Сельскохозяйственной исследовательской службы, управления сельского хозяйства и сельскохозяйственной опытной станции штата, Кооперативной службы распространения знаний и самих фермеров. Такая программа для большой территории обещает сильно снизить использование пестицидов и обеспечить неоценимые данные по биологическому, экономическому и воспитательному аспектам борьбы с вредителями. Экспериментальная программа послужит образцом, который можно будет широко применять, а конечные расходы по обработке будут покрывать фермеры. [c.59]

Обратимся теперь к методу Фершта, точнее подходу, включающему целый комплекс методов. Своим появлением он обязан становлению в начале 1980-х годов генетической инженерии, сделавшей доступными любые полипептидные последовательности стандартных аминокислот. В результате открылась уникальная возможность получения сколь угодно представительного набора искусственных белковых аналогов, отличающихся от природного объекта числом и местом аминокислотных замен [125, 126]. На основе сайт-направ-ленного мутагенеза был разработан метод экспериментальной оценки энергии невалентных взаимодействий, впервые опробованный при изучении функционирования тирозил-тРНК-синтетазы [127—129]. Выявив в этих работах возможность получать количественные данные о структуре и энергетике боковых цепей при изменении аминокислотной последовательности, Фершт и соавт. [130-132] предприняли попытку использовать метод в исследовании обратимой денатурации белков, причем сразу в двух аспектах. Во-первых, в создании принципиально нового метода изучения механизма свертывания белковой цепи на уровне отдельных аминокислотных остатков. Сайт-специфические мутантные белки служат здесь инструментами — зондами, позволяющими получать тонкую структурную информацию о процессе самоорганизации белка, недоступную другими экспериментальными методами. Во-вторых, в разработке новой стратегии исследования ренатурации белков с помощью обычно используемых методов ЯМР- и КД-спектроскопии, остановленной струи, изотопного обмена и т.д. Существенное изменение ситуации обусловлено появлением у каждого метода вместо одного объекта исследования многочисленной группы его целенаправленно модифицированных аналогов. Расширение материальной базы открыло перспективу для повышения интерпретационных возможностей экспериментальных методов, особенно при их комплексном использовании. Реализация возросших возможностей потребовала совершенствования методологических подходов. [c.386]

Мне хотелось бы указать, что некоторые из описанных Докинзом фактов могли бы стимулировать дальнейшие исследования. Так, теперь уже известно, что паразит крабов саккулина не кастрирует молодых самцов, а изменяет их пол на женский как трактовать этот факт с позиции эгоистичного гена Разработанная в последнее время методика молекулярного фингерпринта позволила экспериментально проверить распространенность стратегий Самок-скромниц и Верных самцов. Оказалось, что у воробьев самка насиживает в гнезде яйца, оплодотворенные разными отцами. Значит, скромницей ее назвать нельзя, да и супругов ее тоже не назовешь верными — ведь у них есть свои гнезда и свои самки. Быть может, кто-нибудь из читателей этой книги попробует экспериментально исследовать брачные стратегии разных видов птиц. Это была бы изящная работа. [c.9]