正交试验设计案例

正交试验设计与分析2目录基本概念1背景介绍结果分析23项目风险评估44设计程序3一背景介绍试验编号ABCD1A1(0.8%)B1(0.2%)C1(1h)A1B1C12A1B2(0.4%)C2(2h)A1B2C23A1B3(0.6%)C3(4h)A1B3C34A2(1.0%)B1C2A2B1C25A2B2C3A2B2C36A2B3C1A2B3C17A3(1.2%)B1C3A3B1C38A3B2C1A3B2C19A3B3C2A3B3C2（3）正交试验表设计本实验设计包含3因素3水平，使用3水平正交试验表L9(34)确定9次试验。表5为正交试验表。表5正交试验表4二基本概念2.1正交试验：正交试验是利用正交表来安排与分析多因素试验的一种设计方法。由试验因素的全部水平组合中，挑选部分有代表性的水平组合进行试验，通过对这部分试验结果的分析了解全面试验的情况，找出最优的水平组合。其典型特点是，用部分试验来代替全面试验，通过对部分试验结果的分析，了解全面试验的情况。2.2正交表：学名叫正交阵列（OrthogonalArray），是正交试验设计的基本工具。它是根据均衡分布思想，运用组合数学理论构造的一种数学表格。均衡分布思想是正交表的核心。常用的正交表已由数学工作者制作成标准表格。如：L4（23）、L8（27）、L9（34）、L16（45）等2.3试验指标：用来衡量试验效果的特征量，也就是试验结果。2.4试验因素：对试验指标产生影响的原因都称为试验因素。2.5因素水平：试验因素在试验中所处的各种状态或者不同值。5三设计程序明确试验目的，选定试验指标确定需要考察的因素选取适当的因素水平选用合适正交表表头设计制定方案根据试验目的确定试验效果的评价指标，如纯度、回收率等根据知识、以往的试验结论、经验、对试验指标影响等选择合适的试验因素水平以2~4为宜，如若分批进行则可“走着瞧”，于有苗头处加重稀处加密正交表要容得下所有因素水平，且试验次数最少者为合适每一列为一因素，如无交互作用则不分顺序。如有交互作用则需单设计表头。将正交表中的数字换做因素各水平就形成了实验方案6三设计程序3.1设计实例一：流感病毒裂解正交试验3.1.1试验目的及试验指标：试验目的为确定流感病毒最适裂解条件。对于裂解效果的影响选择电镜观察为试验指标。。3.1.2试验因素：影响裂解条件的因素有裂解剂、裂解剂浓度、裂解时间、裂解温度、样品总蛋白质浓度等条件，根据以往研究经验及本产品规程规定，我们固定了裂解温度为24~26℃，裂解剂选择TritonX-100和去氧胆酸钠，样品总蛋白质含量≤2000ug/ml。这样本试验主要研究TritonX-100和去氧胆酸钠的作用浓度和裂解时间。即试验因素为TritonX-100浓度、去氧胆酸钠浓度和裂解时间3个因素。3.1.3因素水平：TritonX-100浓度普遍应用的范围为0.4%~1.2%，根据以往试验和经验我们选择水平为0.8%、1.0%、1.2%三个水平；同理选定去氧胆酸钠浓度为0.2%、0.4%、0.6%三个水平，裂解时间选择1h、2h、4h三个水平。则根据3.1.2和3.1.3我们得到如下因素水平表因素水平TritonX-100（A）DOC浓度（B）裂解时间（C）10.8%0.2%1h21.0%0.4%2h31.2%0.6%4h7三设计程序3.1.4选用合适的正交表：所选用的正交表必须包含所有的试验因素和水平，并且试验次数相对较小。3.1.1.1正交表名称：正交表名称以La（bc）形式命名。La（bc）正交设计因素个数，列数试验次数，行数因素水平数试验号因素ABCD111112122231333421235223162312731328321393321正交表L9（34）8三设计程序3.1.1.2正交表分类：正交表可分为标准表和非标准表，也可分为等水平正交表和混合水平正交表。常用标准表有：（均为等水平表，可考察交互作用）二水平L4（23）、L8（27）、L16（215）…三水平L9（34）、L27（313）、L81（340）…四水平L16（45）、L64（421）、L256（485）…五水平L25（56）、L125（531）、L625（5156）…常用非标准表有：（均为等水平表，为缩减标准表试验号间隔而设计，不可考察交互作用）二水平L4（23）、L4（23）、L4（23）、L4（23）…三水平L4（23）、L4（23）、L4（23）、L4（23）…四水平L4（23）、L4（23）、L4（23）、L4（23）…五水平L4（23）、L4（23）、L4（23）、L4（23）…常用混合水平正交表有：（水平不等，一般不可考察交互作用）L8（4×24）、L9（22×32）、L12（3×24）、L16（44×23）、L16（43×26）…9三设计程序3.1.1.2选择正交表（1）是否考虑交互作用：交互作用为因素间的联合搭配对试验指标的影响。每张标准表都配有一张交互作用正交表，可考察因素间交互作用的影响。在实际生产活动中，交互作用是普遍存在的现象，但是如果我们的目的只是为了得到最优化的工艺，而不需要搞清楚因素之间的相互作用的话，交互作用往往不用考虑。（2）根据因素水平表选择合适正交表：本试验忽略因素间相互作用，三因素三水平，根据标准正交表选择L9（34）比较合适。3.1.5试验方案将正交表中各数字换做试验条件，即为实验方案试验编号A(TritonX-100终浓度)B(DOC终浓度)C(裂解时间)试验条件1A1(0.8%)B1(0.2%)C1(1h)A1B1C12A1B2(0.4%)C2(2h)A1B2C23A1B3(0.6%)C3(4h)A1B3C34A2(1.0%)B1C2A2B1C25A2B2C3A2B2C36A2B3C1A2B3C17A3(1.2%)B1C3A3B1C38A3B2C1A3B2C19A3B3C2A3B3C210三设计程序3.2设计实例二：研究某病毒在接种某细胞后的最适培养条件3.2.1试验目的及试验指标：试验目的为确定某病毒的最适培养条件，可以用病毒收获液的抗原含量作为试验指标。3.2.2试验因素：影响病毒在细胞上生长的主要因素有接种浓度、培养基种类、培养基pH值、培养时间、培养温度等，由于培养基是固定因素无水平可选择，我们选定接种浓度、培养基pH值、培养时间、培养温度4因素进行研究。不同的培养基分为不同的试验批次重复本实验即可。3.2.3因素水平：根据经验与同类细胞的培养条件，我们可以设定一下本细胞因素水平如下：接种浓度（M.O.I）：0.01，0.1，1.0培养时间（h）：48，72，96，120培养温度（℃）：33，35，37培养液pH值：7.0，7.2，7.4，7.8则根据3.2.2和3.2.3我们得到因素水平表如图因素水平接种浓度（M.O.I）培养温度（℃）培养时间（h）培养液pH值10.0133487.020.135727.231.037967.441207.811三设计程序3.2.4选用合适的正交表：本试验因素水平组合为32×42，查询混合水平正交表，并无合适正交表可用。需要对因素水平进行部分调整。常用的方法有拟水平法、活动水平法、组合因素法、直积法、直和法等。采用拟水平法虚拟接种浓度1个水平和培养基一个水平后，因素水平变更为：因素水平接种浓度（M.O.I）培养温度（℃）培养时间（h）培养液pH值10.0133487.020.135727.231.037967.440.01351207.8这样，我们可以选择标准正交表L16（45）来安排试验。12三设计程序3.2.5试验方案：将正交表中数字换做试验条件得到试验方案13三设计程序列号试验号接种浓度（M.O.I）培养温度（℃）培养时间（h）pH值10.0133487.020.0135727.230.0137967.440.01351207.850.133727.860.135487.470.1371207.280.135967.0列号试验号接种浓度（M.O.I）培养基种类培养时间（h）pH值91.033967.2101.0351207.0111.037487.8121.035727.4130.01331207.4140.0135967.8150.0137727.0160.0135487.214四结果分析4.1极差分析法：非常直观、简便的方法，在误差影响不大、精度要求不高的实验中得到广泛的应用。经过很简单的计算即可得到最优搭配、最优组合、因素主次，能够比较圆满的迅速得到最优工艺。K1为所有含有相应因素水平1的试验结果之和，K2为所有含有相应因素水平2的试验结果之和，以此类推。即：A因素K1=36.5+31.77+38.79+38.02=144.78K2=31.54+35.02+30.9+35.62=133.08……B因素K1=35.02+32.37+38.79+34.54=140.72K2=36.2+29.32+35.62+34.02=135.16…………A因素k1=K1/4=36.20k2=K2/4=36.20…………试验号A茶多酚浓度B增效剂种类C被膜剂种类D浸泡时间E空列结果11233236.222412231.5433434330.0944211329.3251314431.7762131435.0273113132.3784332132.6491142338.79102323330.9113341232.87124124234.54131421138.02142244135.62153222434.02164443432.8K1144.78140.72125.00135.23138.65K2133.08135.16137.48136.99135.15K3129.35128.18133.95132.27129.10K4129.30132.45140.08132.02133.61k136.2035.1831.2533.8134.66k233.2733.7934.3734.2533.79k332.3432.0533.4933.0732.28k432.3333.1135.0233.0133.40极差R3.873.143.771.242.39因素主次顺序优水平A1B1C4优组合ACBDA1B1C415四结果分析4.1方差分析法：极差分析法无法估算试验误差，且对于各因素的影响不能给出精确地数量估计。为了弥补此缺陷我们引入了方差分析法。方差分析基本思想是将数据的总变异分解成因素引起的变异和误差引起的变异两部分，构造F统计量，作F检验，即可判断因素作用是否显著。F检验即方差齐性检验，用于检验两个样本的方差是否相等。空列（误差）因素SSSSSST16谢谢