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目瞪口呆!这款北京欧倍尔气相三维仿真软件居然能做成这样,超乎我的想象

2021-04-08
【摘要】:
软件真实再现了气相色谱仪实验室环境和实验操作过程,并对操作数据进行分析,得到仿真结果。

人类农业历史悠久,使用农药是历史发展与进步的必然。化学农药的使用实践表明,农药使用可挽回全世界农作物总产30-40%的损失,诺贝尔奖获得者Noman K. Borlang曾说过:“没有农药,人类将面临饥饿的危险”。

 

但是,大量使用农药,尤其是不易降解的有机氯农药,使环境受到了污染、生态受到了破坏。后来,人类终于对化学农药重新认识,进一步加强了对农药的管理。到了20世纪70年代,为了取代有机氯农药,一种具有高效、广谱、低毒和能生物降解等特性重要的合成杀虫剂——拟除虫菊酯被开发出。

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值得注意的是,虽然拟除虫菊酯农药具有高效低毒的特点,但是随着拟除虫菊酯农药的广泛应用,它的神经毒性以及致突变等潜在毒性都表现出来,它会不可避免地在农作物中残留,对人类健康造成威胁,还会对环境、水体、以及土壤造成污染。因此,检测农产品中拟除虫菊酯残留很有必要,可采用气相色谱仪进行操作。为提高检测人员技能水平,北京欧倍尔研发出《气相三维仿真软件》。

 

01

气相色谱仪的组成

 

从原来满足温饱的数量需求,到如今追求健康绿色的质量需求,老百姓眼中的食品安全,尤其是农产品质量安全,已随着生活水平的提升有了更高的要求,成为全社会共同关注的“焦点”,更是人民对美好生活需要的向往。

 

气相色谱仪的出现,可以准确地发现食品安全问题,防止出现食品安全事故,为人们的饮食健康提供了保障。气相色谱仪的种类繁多,功能各异,但其基本结构相似。气相色谱仪一般由气路系统、进样系统、分离系统(色谱柱系统)、检测及温控系统、记录系统组成。

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(1) 气路系统

气路系统包括气源、净化干燥管和载气流速控制及气体化装置,是一个载气连续运行的密闭管路系统。通过该系统可以获得纯净的、流速稳定的载气。它的气密性、流量测量的准确性及载气流速的稳定性,都是影响气相色谱仪性能的重要因素。

 

(2) 进样系统

由进样器、气化室、加热系统组成。

 

(3) 分离系统

分离系统是色谱仪的心脏部分。其作用就是把样品中的各个组分分离开来。分离系统由柱室、色谱柱、温控部件组成。其中色谱柱是色谱仪的核心部件。色谱柱主要有两类:填充柱和毛细管柱(开管柱)。柱材料包括金属、玻璃、融熔石英、聚四氟等。色谱柱的分离效果除与柱长、柱径和柱形有关外,还与所选用的固定相和柱填料的制备技术以及操作条件等许多因素有关。

 

(4)检测系统

检测器是将经色谱柱分离出的各组分的浓度或质量(含量)转变成易被测量的电信号(如电压、电流等),并进行信号处理的一种装置,是色谱仪的眼睛。通常由检测元件、放大器、数模转换器三部分组成。被色谱柱分离后的组分依次进检测器,按其浓度或质量随时间的变化,转化成相应电信号,经放大后记录和显示,绘出色谱图。检测器性能的好坏将直接影响到色谱仪器最终分析结果的准确性。

 

(5)温度控制系统

在气相色谱测定中,温度控制是重要的指标,直接影响柱的分离效能、检测器的灵敏度和稳定性。温度控制系统主要指对气化室、色谱柱、检测器三处的温度控制。在气化室要保证液体试样瞬间气化;在色谱柱室要准确控制分离需要的温度,当试样复杂时,分离室温度需要按一定程序控制温度变化,各组分在最佳温度下分离;在检测器要使被分离后的组分通过时不在此冷凝。

 

(6) 记录系统

记录系统是记录检测器的检测信号,进行定量数据处理。一般采用自动平衡式电子电位差计进行记录,绘制出色谱图。一些色谱仪配备有积分仪,可测量色谱峰的面积,直接提供定量分析的准确数据。先进的气相色谱仪还配有电子计算机,能自动对色谱分析数据进行处理。

 

02

气相三维仿真软件

 

为给本科院校化学相关专业的学生提供一个三维的、高仿真度的、高交互操作的、全程参与式的、可提供实时信息反馈与操作指导的、虚拟的化学模拟操作平台,使学生通过在本平台上的操作练习,进一步熟悉专业基础知识、了解化学实验室实际实验环境、培训基本动手能力,为进行实际实验奠定良好基础。北京欧倍尔研发出《气相三维仿真软件》。

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北京欧倍尔采用虚拟现实技术,基于动态过程仿真软件运行平台进行开发,仿真的范围包括实验室场景(采用3D建模)、仪器操作、数据采集、数据分析,形成一个沉浸式的三维仿真环境,真实再现了气相色谱仪实验室环境和实验操作过程,并对操作数据进行分析,得到仿真结果。

 

本软件的特色主要有以下几个方面:

 

(1)虚拟现实技术

利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界,构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象,提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟,让使用者如同身历其境一般,可以及时、没有限制地360°旋转观察三维空间内的事物,界面友好,互动操作,形式活泼。

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(2)自主学习内容丰富

知识点讲解,包含实验目的、实验原理、实验操作过程中的注意事项;

 

(3)实验数据能自由记录及处理

记录数据及数据处理功能,学员操作仿真软件过程中,能把实验中产生的数据记录下来并能对数据进行处理,生成对应的图表等。

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(4)智能操作指导

具体的操作流程,系统能够模拟试验操作中的每个步骤,并加以文字或语言说明和解释;

 

(5)评分系统

系统给出操作提示,操作正确时得分,错误时扣分,每个步骤扣分最多只扣3次。

 

(6)实用性强,具有较大的可推广应用价值和应用前景

本套软件由计算机程序设计人员、虚拟现实技术人员、具有实际经验的一线工程技术人员、专业教师合作完成,贴近实际,过程规范,特别适合基础化学实验教育使用,具有较大的可推广应用价值和应用前景。

 

03

气相三维仿真软件培训项目

 

该软件以机理模型,真实实验数据作为支撑,仿真结果与真实实验结果非常接近;除了模拟仪器操作,本软件还配有采用Flash动画展示的理论知识,能使操作者全面深入地了解仪器工作原理,为教学、实训提供了模拟练习、教学实训的新平台。

 

软件培训项目

 

1、小青菜中拟除虫菊酯的检测(建模实验)

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2、苯、甲苯及二甲苯的定量测定

 

3、豇豆中甲胺磷的检测(固定条件)

 

4、白酒中甲醇的测定(固定条件)

 

5、生活饮用水中三氯甲烷、四氯化碳的测定(固定条件)

 

《气相三维仿真软件》为学生提供了一个自主发挥的平台,也为实验“互动式”预习、“翻转课堂”等新型教育方式转化到基础化学实验中来提供了一条新思路、新方法及新手段,必将对促进本科化学实验教育教学的改革与发展起到积极的促进作用。

 

注:部分图片来源于网络,侵联删