正交試驗在醫(yī)藥科研中的應(yīng)用

正交試驗在醫(yī)藥科研中的應(yīng)用

一、正交試驗法的作用

如果采用正交試驗法，可歸納成表2的試驗方案：表2的試驗如果全面互相搭配進行，則要做16組，如果采用正交L8(27)法,只需做8組試驗，就可得出二點可信度達95％的可靠結(jié)論。①影響收率的關(guān)鍵是硫酸濃度，即硫酸一定要采用27％，磺化溫度如果采用50℃，則時間要采用2小時；磺化溫度如果采用70℃，時間要采用1小時，不然收率就低。攪拌與否，對收率沒有顯著的影響。②最優(yōu)化工藝不是2號，而是4號和6號。經(jīng)進一步計算，4號和6號比2號平均收率高出4.73％。從上述實例可以看出，采用正交法，既省力，又可得出科學、可信度高的結(jié)果。二、正交試驗法的基本特點用正交法來安排試驗，在于安排試驗的這種正交表具備均衡分散，整齊可比特性。(一)試驗均衡分散１、因子與水平

完成一項研究，或一個產(chǎn)品的條件叫因子(因素)。例如煮大米飯，是米、水、火三個條件參與完成的，那么米、水、火就是煮飯的三個因子(因素)。

水平是指因子(因素)所處的不同狀態(tài)，即試驗點。例如煮飯是早米好吃，還是用晚米好吃，早米、晚米就是不同的水平，同理每公斤米加1公斤還是加1.25公斤水好，火是大火好還是文火好，都是不同的水平。如果要做煮飯試驗，用正交試驗法將因子和水平列成表3。２、正交表

正交表是指正交試驗法中安排試驗，分析試驗的一種得力工具，每張正交表，都有自己的名字，并反映出表的具體內(nèi)容。以L4(23)為例：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)所有正交表都具備以下兩個數(shù)學性質(zhì)：①任何一列，各水平出現(xiàn)的次數(shù)相同。②任何兩列的同一橫行，有序數(shù)對出現(xiàn)次數(shù)相同。上述兩點，缺少任何一點，表就不正交了。

３、均衡分散：一個整體的全面試驗中，用正交表挑出來的這部分試驗分布均勻，代表性強，所以只要通過這部分試驗，就能反映全部試驗情況。①任何一個面上都有二個試驗點②任何一條線上都只有一個試驗點③所有因子的水平一視同仁(二)數(shù)據(jù)計算簡單K：表示各因子的相同水平所對應(yīng)的試驗值之和。R：表示極差。從上述試驗結(jié)果可以得出下列二點結(jié)論：①比較R值大小，可以看出某因子在這些試驗中起主要作用或起次要作用。②比較K值大小，可以知道該因子不同水平對試驗影響的程度。μ優(yōu)(A1B1C2)=(A1+B1+C2)/2-2

=(156+162+164)/2-76×2=89三、正交表的應(yīng)用程序(一)單一水平正交表應(yīng)用

1、二水平正交表的應(yīng)用

例：板藍根注射液除雜質(zhì)方法試驗

板藍根水煎液，用乙醇沉降，冷藏，調(diào)pH等方法去除雜質(zhì)，其注射液常發(fā)生澄明度或含量不合格。用石硫醇法處理，雖然解決了澄明度問題，但含量仍不能穩(wěn)定。為了摸清影響含量和澄明度的原因，將上述兩種方法組成下表試驗方案。

最佳工藝：A2B2C12、三水平正交表的應(yīng)用

例、復方延胡索制劑乙醇滲漉條件的考察

處方：當歸、延胡索、赤芍、丹皮、梔子等12味藥組成。①影響乙素提取率的主要因素是醇濃度和收集滲漉液量②浸泡時間24小時與48小時沒有明顯區(qū)別

③滲漉速度對含量影響很小

優(yōu)化工藝：A3B2C3D33、四水平正交表應(yīng)用

例、甘草酸提取方法實驗

結(jié)果分析：

根據(jù)表12的R和K所示，列3、列4、列5是誤差估計列，因為其R均小，用其Re=(R3+R4+R5)×1/3=4.17來衡量RA和RB，而RA、RB均超過Re的2倍以上，故可知因子A、B均是主要因子。取其好水平，其最優(yōu)提取方法是：A4B4或A4B2。而最差提取方法是A2B1或A1B1。以試驗對照，均與試驗實際吻合。故結(jié)論為：(1)從甘草中提取甘草酸，用蒸餾水、0.5%氨水比用10％乙醇、0.25％氯仿水能明顯提供收率。(2)從甘草中提取甘草酸，其溶劑用量以600ml比300、250、200ml能明顯提高收率。(二)有交互作用的試驗安排“世界上的一切事物都是互相聯(lián)系、互相制約的”。我們所做試驗的因子間關(guān)系也是如此。如某因子不論在其它因子的什么水平情況下，其試驗值不是水平1比水平2好，就是水平2比水平1好。用正交表安排，其R值（或F值）較小者，稱為該因子不與其它因子發(fā)生明顯的交互作用。反之，某一因子水平好壞是依賴于其它因子水平而定，用正交表安排，其R值（或F值）一定較大者，這種情況表明這兩個因子間存在有明顯的交互作用。在醫(yī)藥科研和病例分析中，常常會遇到這樣類似的情況。當某一藥物反應(yīng)溫度為50℃時，反應(yīng)時間用2小時，會比用1小時明顯提高收率。倘若反應(yīng)溫度改成70℃時，而反應(yīng)時間還是2小時，那么其收率就會比用1小時明顯的降低。但在加催化劑用量上，無論是反應(yīng)溫度50℃還是70℃，或是反應(yīng)時間2小時，還是1小時，催化劑用量20％的收率都明顯高于用10％的。因此，可以說“反應(yīng)溫度與反應(yīng)時間存在交互作用，而反應(yīng)溫度與催化劑用量和反應(yīng)時間與催化劑用量之間則不存在交互作用”。用正交表安排，前者的R（或F）值一定會比后兩者大。1、如何應(yīng)用正交表來考察因子間是否存在著交互作用（1)定名A與B的交互作用表示為：A×BA與C的交互作用表示為：A×CB與C的交互作用表示為：B×C

這三種交互作用如果都安排在正交表上考察，照上述說法，RA×B一定大于RB×C和RA×C(2)計算自由度

用正交表安排交互作用，一對交互作用當作一個因子，但其所占正交表的列數(shù)不一定和因子所占列數(shù)完全相同，而是要看其兩因子自由度乘積（即其自由度）大小來定。如二水平三因素的正交試驗，如果要安排A×B，其A×B自由度即fA×B=fA×fB＝(2－1)(2－1)=1，用1列安排。原用L4(23)安排，現(xiàn)在增加A×B，則其所做試驗次數(shù)是fA＋fB＋fC＋fA×B＋1＝5，在2水平正交表中沒有做5組的正交表，于是改用L8(27)安排。在三水平四因素的正交試驗中，fA×B＝(3－1)(3－1)＝4，而原來的3水平正交表每列自由度為2，故A×B不能用1列，而要用2列才能安排，如此，也不能用L9(34)安排，而要用L27(313)安排，因為fT＋1＝fA＋fB＋fC＋fA×B＋1＝(3－1)×4＋(3－1)(3－1)＋1＝13。(3)查交互作用表

L4(23)只安排了二個因子，如果A與B存在交互作用，就在另一列上反映出來，其表頭設(shè)計為：

因子 A B A×B

列號 1 2 3

但如果要考察三因子A×B、B×A、A×C的交互作用是否存在，就要改用L8(27)，在作表頭設(shè)計時應(yīng)查對其所選用正交表后面的交互作用表。方法如下：在表頭設(shè)計時先查L8(27)的交互作用表，見表13。

如果A安排在列1，B安排在列2，那么A×B安排位置就從表13中的(1)橫著向右看，(2)豎著向上看，它們的交叉點是3，此3就是A×B要安排在列3。同理，B安排在列2，C安排在列4，B×C就安排在列6。A×C安排在列5。交互作用的表頭設(shè)計為：

2、交互作用占一列舉例

例、乙酰苯胺磺化試驗

乙酰苯胺磺化試驗，實踐表明反應(yīng)溫度與反應(yīng)時間可能存在著交互作用，因此在原來的正交試驗上加A×B，總自由度加1應(yīng)改為：

fT＋1＝fA＋fB＋fC＋fD＋fA×B＋1＝(2－1)×4＋(2－1)(2－1)＋1＝6

按此計算，仍然可以選L8(27)安排。本例是4個因子各占1列，一個A×B交互作用占1列，共計占去5列，尚有2列空出，因此表頭設(shè)計應(yīng)采用主效應(yīng)主與交互作用混雜的設(shè)計，將A、B、C、D分別安排在列1、2、4、7，A×B安排在列3。而列5、6空著作試驗誤差估計。于是表頭設(shè)計為：

試驗結(jié)果分析：

(1)確定主要因子：RC和RA×B較大，取其好水平C2、(A×B)2和差水平C1、(A×B)1，它們分別包括了較好的4號、6號和較差的1號、7號試驗，但沒有包括2號，為什么？第二步就應(yīng)當把主要作用R值降低。由空著列R5、R6較小來看，可以合并當作Re，于是：Re＝(R5＋R6)1/2＝(3/4＋5/4)1/2＝4/4用Re值來衡量，A、B、D也可算主要因子，因為R因>2Re者，說明有75％的把握說該因子間的水平試驗值有不同影響。所以列1、2、7也可算主要作用列。當A×B存在，而且RA×B>RA、RB，A、B的最優(yōu)水平的確定要服從A×B列好水平所對應(yīng)的水平。因此最優(yōu)水平的組合為(A×B)2C2D2、最差水平的組合為(A×B)1C1D1。選出的最優(yōu)試驗，如果將D2換成D1就包括了4號、6號試驗，D2>D1，可見選出的最優(yōu)水平組合會比4號、6號試驗更好。(2)交互作用因子好水平的選?。河捎贏×B的存在，其好水平的選取就不是A1和B2，而要服從于A×B的好水平2所對應(yīng)的水平，即A1B2、A2B1。也就是說，A1B2、A2B1搭配一定會比A1B1、A2B2收率高。(3)最優(yōu)試驗的選取：A×B好水平確定了，再與主要因子C和D好水平組合就