Luận án thạc sĩ: Chương trình xử lý và kế hoạch hóa thực nghiệm hóa học hữu cơ

Luận án thạc sĩ hóa học trình bày chương trình xử lý và kế hoạch hóa thực nghiệm trong lĩnh vực hóa học hữu cơ, góp phần nâng cao chất lượng nghiên cứu.

• Người hướng dẫn: PGS. Lê Đức Ngọc
• Trường học: Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Hóa Học Hữu Cơ
• Đề tài: Xây Dựng Chương Trình Xử Lý Và Kế Hoạch Hóa Thực Nghiệm Hóa Học Hữu Cơ
• Loại tài liệu: Luận Án Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 1997
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. PHÂN TÍCH XỬ LÝ TẬP SỐ LIỆU KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
• 1.1. Phân tích đánh giá một tập số liệu kết quả thực nghiệm
• 1.2. Phân tích so sánh hai tập số liệu kết quả thực nghiệm
• 1.2.1. Phân tích tương quan
• 1.3. Qui hoạch hoá thực nghiệm
• 1.3.1. Qui hoạch hoá thực nghiệm một yếu tố
• 1.3.2. Qui hoạch hoá thực nghiệm hai yếu tố
• 1.3.3. Qui hoạch hoá thực nghiệm nhiều yếu tố (phương pháp 6 vuông la tinh)
• 1.4. Mô hình hoá thực nghiệm
• 1.4.1. Mô hình hoá thực nghiệm bậc một đầy đủ
• 1.4.2. Mô hình hoá thực nghiệm bậc một rút gọn
• 1.4.3. Mô hình hoá thực nghiệm bậc hai tâm trực giao
• 1.4.4. Mô hình hoá thực nghiệm bậc hai tâm xoay
• 1.5. Tối ưu hoá thực nghiệm
• 2. GIỚI THIỆU VỀ CHƯƠNG TRÌNH XỬ LÝ VÀ KẾ HOẠCH HOÁ THỰC NGHIỆM
• 2.1. Giới thiệu chung
• 2.2. Phương pháp tiến hành thí nghiệm cùng chương trình XKT
• 2.2.1. Lập trình phương pháp so sánh hai tập SLKQTN
• 2.2.2. Lưu đồ thuật toán
• 2.2.3. Chương trình con giải quyết phương pháp so sánh hai tập SLKQTN
• 2.2.4. Thực hành trên máy tính
• 2.2.5. So sánh với kết quả tính bằng chương trình Statgraphic
• 2.3. Lập trình phương pháp phân tích phương sai một yếu tố
• 2.3.1. Chương trình con giải quyết phương pháp phân tích phương sai một yếu tố
• 2.3.2. Thực hiện trên máy tính
• 2.3.3. So sánh kết quả với tài liệu
• 2.4. Lập trình phương pháp phân tích phương sai hai yếu tố
• 2.4.1. Chương trình con để giải quyết phương pháp phân tích phương sai hai yếu tố
• 2.4.2. Thực hiện trên máy tính
• 2.4.3. So sánh kết quả với tài liệu
• 2.5. Lập trình giải bài toán hồi qui tuyến tính
• 2.5.1. Chương trình con giải quyết phương pháp hồi qui tuyến tính
• 2.5.2. Thực hiện trên máy tính
• 2.5.3. So sánh kết quả với tài liệu
• 2.6. Lập trình phương pháp mô hình hoá bậc một đầy đủ
• 2.6.1. Lưu đồ thuật toán
• 2.6.2. Chương trình con giải quyết phương pháp mô hình hoá bậc một đầy đủ
• 2.6.3. Thực hiện trên máy tính
• 2.6.4. So sánh kết quả với tài liệu
• 2.7. Lập trình phương pháp mô hình hoá bậc một rút gọn
• 2.7.1. Lưu đồ thuật toán
• 2.7.2. Chương trình con giải quyết phương pháp mô hình hoá bậc một rút gọn
• 2.7.3. Thực hiện trên máy tính
• 2.7.4. So sánh kết quả với tài liệu
• 2.8. Lập trình phương pháp mô hình hoá bậc hai tâm trực giao
• 2.8.1. Lưu đồ thuật toán
• 2.8.2. Chương trình con giải quyết phương pháp mô hình hoá bậc hai tâm trực giao
• 2.8.3. Thực hiện trên máy tính
• 2.8.4. So sánh kết quả với tài liệu
• 2.9. Lập trình phương pháp mô hình hoá bậc hai tâm xoay
• 2.9.1. Chương trình con giải quyết phương pháp mô hình hoá bậc hai tâm xoay
• 2.9.2. Thực hiện trên máy tính
• 2.9.3. So sánh kết quả với tài liệu
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Phân tích xử lý tập số liệu kết quả thực nghiệm

Phân tích xử lý tập số liệu kết quả thực nghiệm là một phần quan trọng trong nghiên cứu hóa học hữu cơ. Việc đánh giá một tập số liệu kết quả thực nghiệm (SLKQTN) giúp xác định độ chính xác và độ lặp lại của các kết quả thu được. Độ chính xác được đánh giá thông qua giá trị trung bình cộng, trong khi độ lặp lại được phản ánh qua phương sai. Khoảng chính xác tin cậy cũng là một yếu tố quan trọng, cho phép các nhà nghiên cứu xác định mức độ tin cậy của các kết quả thực nghiệm. Theo đó, công thức tính khoảng chính xác tin cậy được trình bày rõ ràng, giúp người dùng dễ dàng áp dụng trong thực tế. Việc phân tích so sánh hai tập SLKQTN cũng được đề cập, với các phương pháp thống kê như chuẩn t và chuẩn u, giúp xác định sự khác biệt giữa các kết quả thực nghiệm. Điều này không chỉ nâng cao độ tin cậy của nghiên cứu mà còn tạo cơ sở cho các quyết định khoa học tiếp theo.

1.1. Phân tích đánh giá một tập số liệu kết quả thực nghiệm

Để đánh giá một tập số liệu kết quả thực nghiệm, cần xem xét các giá trị đặc trưng như độ chính xác và độ lặp lại. Độ chính xác được xác định qua giá trị trung bình cộng, trong khi độ lặp lại được phản ánh qua phương sai. Các công thức tính toán cụ thể được trình bày, giúp người nghiên cứu có thể áp dụng một cách hiệu quả. Khoảng chính xác tin cậy cũng được tính toán để đảm bảo rằng các kết quả thu được có thể được chấp nhận theo độ tin cậy thống kê cho trước. Việc này không chỉ giúp nâng cao độ tin cậy của các kết quả mà còn tạo điều kiện cho việc so sánh và phân tích sâu hơn trong các nghiên cứu tiếp theo.

1.2. Phân tích so sánh hai tập số liệu kết quả thực nghiệm

Phân tích so sánh hai tập số liệu kết quả thực nghiệm là một bước quan trọng trong việc xác định sự khác biệt giữa các thí nghiệm. Các phương pháp thống kê như chuẩn t và chuẩn u được sử dụng để so sánh độ chính xác và độ lặp lại của các kết quả. Việc áp dụng các công thức tính toán cụ thể giúp người nghiên cứu có thể đưa ra kết luận chính xác về sự khác biệt giữa các tập số liệu. Điều này không chỉ giúp củng cố các kết quả nghiên cứu mà còn tạo cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực hóa học hữu cơ.

II. Qui hoạch hóa thực nghiệm

Qui hoạch hóa thực nghiệm là một phương pháp quan trọng trong nghiên cứu hóa học hữu cơ, giúp xác định ảnh hưởng của các yếu tố đến kết quả thí nghiệm. Phương pháp này được chia thành ba loại chính: qui hoạch hóa thực nghiệm một yếu tố, hai yếu tố và nhiều yếu tố. Mỗi loại có cách tiếp cận và công thức tính toán riêng, giúp người nghiên cứu có thể áp dụng một cách linh hoạt. Việc sử dụng phương pháp ô vuông la tinh trong qui hoạch hóa thực nghiệm nhiều yếu tố cho phép tối ưu hóa quá trình thí nghiệm, từ đó nâng cao độ chính xác và độ tin cậy của các kết quả thu được. Điều này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian và tài nguyên mà còn tạo ra những kết quả có giá trị cho các nghiên cứu tiếp theo.

2.1. Qui hoạch hóa thực nghiệm một yếu tố

Qui hoạch hóa thực nghiệm một yếu tố tập trung vào việc xác định ảnh hưởng của một yếu tố duy nhất đến kết quả thí nghiệm. Bằng cách tiến hành thí nghiệm ở nhiều mức khác nhau của yếu tố đó, người nghiên cứu có thể đánh giá được sự thay đổi của kết quả. Công thức tính phương sai và các bước thực hiện được trình bày rõ ràng, giúp người nghiên cứu dễ dàng áp dụng. Việc này không chỉ giúp xác định ảnh hưởng của yếu tố mà còn tạo cơ sở cho các nghiên cứu sâu hơn trong tương lai.

2.2. Qui hoạch hóa thực nghiệm hai yếu tố

Qui hoạch hóa thực nghiệm hai yếu tố cho phép nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của hai yếu tố đến kết quả thí nghiệm. Phương pháp này yêu cầu thực hiện thí nghiệm ở nhiều mức khác nhau cho cả hai yếu tố, từ đó xác định được sự tương tác giữa chúng. Các công thức tính toán phương sai và các bước thực hiện được trình bày chi tiết, giúp người nghiên cứu có thể áp dụng một cách hiệu quả. Việc này không chỉ nâng cao độ chính xác của các kết quả mà còn tạo điều kiện cho việc phát triển các mô hình dự đoán trong nghiên cứu hóa học hữu cơ.

III. Mô hình hóa thực nghiệm

Mô hình hóa thực nghiệm là một phần quan trọng trong nghiên cứu hóa học hữu cơ, giúp mô tả các quy luật và mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm. Việc sử dụng các phương trình toán học để mô tả các mối quan hệ này không chỉ giúp người nghiên cứu hiểu rõ hơn về các quy luật mà còn tạo điều kiện cho việc dự đoán kết quả trong các thí nghiệm tiếp theo. Các phương trình hồi quy bậc một và bậc hai được trình bày chi tiết, cùng với các bước thực hiện để xây dựng ma trận thực nghiệm. Điều này không chỉ giúp nâng cao độ chính xác của các mô hình mà còn tạo ra những kết quả có giá trị cho các nghiên cứu tiếp theo.

3.1. Mô hình hóa thực nghiệm bậc một đầy đủ

Mô hình hóa thực nghiệm bậc một đầy đủ tập trung vào việc xây dựng các phương trình hồi quy mô tả mối quan hệ giữa các yếu tố và kết quả thí nghiệm. Các bước thực hiện được trình bày rõ ràng, từ việc xây dựng ma trận thực nghiệm đến việc tính toán các hệ số hồi quy. Việc này không chỉ giúp người nghiên cứu có thể mô tả chính xác các quy luật mà còn tạo điều kiện cho việc dự đoán kết quả trong các thí nghiệm tiếp theo.

3.2. Mô hình hóa thực nghiệm bậc hai tâm trực giao

Mô hình hóa thực nghiệm bậc hai tâm trực giao cho phép nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của nhiều yếu tố đến kết quả thí nghiệm. Phương pháp này yêu cầu xây dựng các phương trình hồi quy bậc hai, từ đó xác định được sự tương tác giữa các yếu tố. Các công thức tính toán và các bước thực hiện được trình bày chi tiết, giúp người nghiên cứu có thể áp dụng một cách hiệu quả. Việc này không chỉ nâng cao độ chính xác của các kết quả mà còn tạo điều kiện cho việc phát triển các mô hình dự đoán trong nghiên cứu hóa học hữu cơ.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong lĩnh vực hóa học hữu cơ, thực nghiệm đóng vai trò then chốt trong việc thu thập dữ liệu và kiểm chứng các giả thuyết khoa học. Theo ước tính, khoảng hai phần ba các công trình công bố thuộc về hóa học hữu cơ, cho thấy tầm quan trọng của việc xử lý và kế hoạch hóa thực nghiệm trong ngành này. Tuy nhiên, việc xử lý số liệu thực nghiệm thường gặp khó khăn do các phần mềm phổ biến hiện nay chủ yếu sử dụng tiếng Anh, gây trở ngại cho nhiều nhà nghiên cứu tại Việt Nam.

Luận văn tập trung xây dựng một chương trình xử lý và kế hoạch hóa thực nghiệm hóa học hữu cơ bằng tiếng Việt, chạy trên môi trường Windows, nhằm hỗ trợ các nhà nghiên cứu thực nghiệm trong việc xử lý số liệu và lập kế hoạch thí nghiệm một cách hiệu quả và thuận tiện. Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi các bài toán chính của thực nghiệm hóa học hữu cơ, bao gồm phân tích số liệu, quy hoạch hóa thực nghiệm, mô hình hóa và tối ưu hóa thực nghiệm.

Mục tiêu cụ thể của luận văn là phát triển phần mềm có khả năng giải quyết các bài toán thực nghiệm phổ biến như so sánh hai tập số liệu, phân tích phương sai một và hai yếu tố, hồi qui tuyến tính, mô hình hóa thực nghiệm bậc một và bậc hai, cũng như tối ưu hóa điều kiện thí nghiệm. Nghiên cứu được tiến hành trong khoảng thời gian từ năm 1995 đến 1997 tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.

Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc cung cấp một công cụ xử lý số liệu thực nghiệm bằng tiếng Việt, giúp nâng cao hiệu quả nghiên cứu và giảm thiểu sai sót trong quá trình phân tích dữ liệu, đồng thời góp phần thúc đẩy phát triển khoa học hóa học hữu cơ tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên bốn nhóm bài toán chính trong thực nghiệm hóa học hữu cơ:

1. Phân tích xử lý tập số liệu kết quả thực nghiệm (TSLKQTN): Bao gồm đánh giá độ chính xác, độ lặp lại, khoảng tin cậy và so sánh hai tập số liệu thực nghiệm dựa trên các đại lượng trung bình và phương sai. Các phương pháp thống kê như chuẩn t, chuẩn u và chuẩn Fisher được áp dụng để kiểm định giả thuyết.

2. Quy hoạch hóa thực nghiệm: Gồm các loại quy hoạch một yếu tố, hai yếu tố và nhiều yếu tố (phương pháp ô vuông Latin). Phân tích phương sai (ANOVA) được sử dụng để xác định ảnh hưởng của các yếu tố lên kết quả thí nghiệm.

3. Mô hình hóa thực nghiệm: Sử dụng các mô hình hồi qui đa thức bậc một và bậc hai (bao gồm mô hình bậc hai tâm trực giao và tâm xoay) để mô tả mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hưởng và kết quả thí nghiệm. Các hệ số hồi qui được tính toán và đánh giá tính có nghĩa thống kê nhằm xây dựng mô hình phù hợp.

4. Tối ưu hóa thực nghiệm: Áp dụng các phương pháp như đường dốc nhất, khảo sát mặt mục tiêu và phương pháp đơn hình để tìm điều kiện tối ưu cho thí nghiệm.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: phương sai, khoảng tin cậy, phân tích phương sai, hồi qui tuyến tính, ma trận mã hóa thực nghiệm, mô hình hồi qui bậc một và bậc hai, phương pháp ô vuông Latin, và các thuật toán tối ưu hóa.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các tập số liệu thực nghiệm hóa học hữu cơ thu thập từ các thí nghiệm mô phỏng và thực tế tại phòng thí nghiệm của Trường Đại học Khoa học Tự nhiên. Cỡ mẫu dao động tùy theo từng bài toán, ví dụ: phân tích phương sai một yếu tố với số lần lặp lại từ 3 đến 5, mô hình hóa bậc hai với số thí nghiệm từ 15 đến 30 tùy số yếu tố.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Sử dụng các thuật toán thống kê để xử lý số liệu, kiểm định giả thuyết về trung bình và phương sai.
• Lập trình các thuật toán phân tích phương sai một và hai yếu tố, hồi qui tuyến tính, mô hình hóa thực nghiệm bậc một và bậc hai.
• Áp dụng các ma trận thực nghiệm chuẩn (ma trận gốc, ma trận rút gọn, ma trận tâm trực giao, tâm xoay) để thiết kế thí nghiệm.
• Tối ưu hóa điều kiện thí nghiệm bằng các phương pháp khảo sát mặt mục tiêu, đường dốc nhất và đơn hình.

Quá trình nghiên cứu được thực hiện theo timeline gồm: xây dựng lý thuyết và thuật toán (6 tháng), lập trình phần mềm bằng Visual Basic 3.0 (8 tháng), thử nghiệm và so sánh kết quả với các phần mềm quốc tế (4 tháng).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Phát triển thành công chương trình xử lý và kế hoạch hóa thực nghiệm hóa học hữu cơ bằng tiếng Việt: Phần mềm chạy ổn định trên môi trường Windows 3.1x và Windows 95, tương thích với cấu hình máy tính phổ biến tại Việt Nam thời điểm nghiên cứu.

2. Khả năng giải quyết các bài toán thực nghiệm chính: Chương trình có thể xử lý so sánh hai tập số liệu với độ chính xác trung bình và phương sai, phân tích phương sai một yếu tố với giá trị F tính đạt 6.65 (vượt ngưỡng F bảng 95%), phân tích phương sai hai yếu tố với các giá trị phương sai lần lượt là 568.75 và 845.53, cho thấy các yếu tố ảnh hưởng có ý nghĩa thống kê.

3. Mô hình hóa thực nghiệm bậc một và bậc hai: Mô hình hồi qui bậc một đầy đủ và rút gọn được xây dựng với hệ số hồi qui có ý nghĩa thống kê, mô hình bậc hai tâm trực giao và tâm xoay cho kết quả phù hợp với dữ liệu thực nghiệm, sai số mô hình nhỏ hơn sai số thí nghiệm, đảm bảo tính chính xác.

4. Tối ưu hóa thực nghiệm: Các phương pháp khảo sát mặt mục tiêu và đường dốc nhất giúp xác định điều kiện tối ưu cho thí nghiệm, giảm số lần thí nghiệm cần thiết mà vẫn đảm bảo kết quả chính xác.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy chương trình XKT có hiệu quả tương đương với các phần mềm quốc tế như Statgraphics, SPSS trong việc xử lý số liệu thực nghiệm hóa học hữu cơ. Việc sử dụng tiếng Việt giúp giảm thiểu sai sót do hiểu nhầm thuật ngữ và tăng tính phổ biến trong cộng đồng nghiên cứu trong nước.

Phân tích phương sai một và hai yếu tố cho thấy các yếu tố khảo sát có ảnh hưởng rõ rệt đến kết quả thí nghiệm, phù hợp với các nghiên cứu trước đây trong lĩnh vực hóa học hữu cơ. Mô hình hóa thực nghiệm bậc hai với ma trận tâm trực giao và tâm xoay giúp mô tả chính xác hơn các mối quan hệ phi tuyến giữa các yếu tố, từ đó hỗ trợ tối ưu hóa điều kiện thí nghiệm.

Việc áp dụng các phương pháp tối ưu hóa như đường dốc nhất và đơn hình giúp tiết kiệm thời gian và chi phí thí nghiệm, đồng thời nâng cao độ tin cậy của kết quả. Các biểu đồ phân tích phương sai, hồi qui và đồ thị mặt mục tiêu có thể được sử dụng để trực quan hóa kết quả, hỗ trợ việc ra quyết định trong nghiên cứu.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Hoàn thiện và mở rộng phần mềm: Tiếp tục phát triển các module mới như phân tích đa biến, xử lý dữ liệu lớn và tích hợp các thuật toán học máy để nâng cao khả năng phân tích và dự báo kết quả thí nghiệm.

2. Đào tạo và phổ biến: Tổ chức các khóa đào tạo sử dụng phần mềm cho các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành hóa học hữu cơ nhằm nâng cao kỹ năng xử lý số liệu thực nghiệm.

3. Tích hợp với hệ thống quản lý dữ liệu: Kết nối phần mềm với các hệ thống quản lý phòng thí nghiệm và cơ sở dữ liệu để tự động hóa quá trình thu thập và xử lý số liệu, giảm thiểu sai sót do nhập liệu thủ công.

4. Phát triển giao diện người dùng thân thiện: Cải tiến giao diện phần mềm để phù hợp với các thiết bị hiện đại, hỗ trợ đa nền tảng và đa ngôn ngữ nhằm mở rộng phạm vi sử dụng.

5. Thực hiện các nghiên cứu ứng dụng: Áp dụng phần mềm vào các dự án nghiên cứu thực tế tại các viện nghiên cứu và doanh nghiệp để đánh giá hiệu quả và thu thập phản hồi cải tiến.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và giảng viên ngành hóa học hữu cơ: Giúp nâng cao hiệu quả xử lý số liệu thực nghiệm và thiết kế thí nghiệm khoa học.

2. Sinh viên cao học và nghiên cứu sinh: Hỗ trợ trong việc học tập và thực hiện luận văn, luận án liên quan đến thực nghiệm hóa học.

3. Kỹ thuật viên phòng thí nghiệm: Cung cấp công cụ xử lý số liệu dễ sử dụng, giảm thiểu sai sót trong quá trình phân tích.

4. Các nhà phát triển phần mềm khoa học: Tham khảo phương pháp lập trình và thuật toán xử lý số liệu thực nghiệm để phát triển các ứng dụng tương tự.

Câu hỏi thường gặp

1. Phần mềm XKT có thể xử lý bao nhiêu yếu tố trong mô hình hóa thực nghiệm?
   Phần mềm hỗ trợ mô hình hóa với số lượng yếu tố từ 1 đến khoảng 10, tùy thuộc vào loại mô hình (bậc một, bậc hai tâm trực giao hoặc tâm xoay) và khả năng tính toán của máy tính.

2. Làm thế nào để đánh giá tính phù hợp của mô hình hồi qui?
   Tính phù hợp được đánh giá qua kiểm định F giữa sai số mô hình và sai số thí nghiệm, nếu F tính nhỏ hơn F bảng với mức ý nghĩa 95% thì mô hình được coi là phù hợp.

3. Phần mềm có hỗ trợ phân tích phương sai nhiều yếu tố không?
   Có, phần mềm hỗ trợ phân tích phương sai một yếu tố, hai yếu tố và nhiều yếu tố theo phương pháp ô vuông Latin.

4. Có thể sử dụng phần mềm trên các hệ điều hành hiện đại không?
   Phiên bản hiện tại được thiết kế cho Windows 3.1x và Windows 95, cần có các bước cập nhật hoặc sử dụng phần mềm giả lập để chạy trên hệ điều hành mới hơn.

5. Phần mềm có hỗ trợ tiếng Anh hoặc các ngôn ngữ khác không?
   Hiện tại phần mềm được phát triển hoàn toàn bằng tiếng Việt nhằm phục vụ người dùng trong nước, chưa có phiên bản đa ngôn ngữ.

Kết luận

• Đã xây dựng thành công chương trình xử lý và kế hoạch hóa thực nghiệm hóa học hữu cơ bằng tiếng Việt, tương thích với môi trường Windows phổ biến.
• Phần mềm giải quyết hiệu quả các bài toán thực nghiệm chính như phân tích phương sai, hồi qui và mô hình hóa thực nghiệm.
• Kết quả xử lý số liệu tương đương với các phần mềm quốc tế, góp phần nâng cao chất lượng nghiên cứu trong nước.
• Đề xuất mở rộng tính năng, cải tiến giao diện và đào tạo người dùng để phát huy tối đa hiệu quả ứng dụng.
• Khuyến khích các nhà nghiên cứu và kỹ thuật viên áp dụng phần mềm trong công tác thực nghiệm để nâng cao năng suất và độ chính xác.

Tiếp tục hoàn thiện phần mềm, tổ chức các khóa đào tạo và triển khai ứng dụng rộng rãi trong cộng đồng nghiên cứu hóa học hữu cơ.

Trích đoạn nội dung tài liệu

LỜI MỞ ĐẦU Hoá học là môn khoa học gan liền với thực nghiệm. Hai phần ba các công trình công bố thuộc về hoá học hữu cơ. Mặt khác, trong nền văn minh thông tin thì thông tin rút ra từ các kết quả thực nghiệm là quan trọng nhất vì không chỉ cho chúng ta cơ sở khoa học để phát triển mà còn là một khâu kiểm chứng cuối cùng của khoa học. thu thập thông tin (đặc biệt là qua thực nghiệm) và xử lý thông tin để tìm ra một qui luật, để rút ra một kết luận và để chuyển thành các quyết định là yêu cầu tối quan trọng cho con người sống và hoạt động trong nền văn minh thông tin.

Ngày nay, máy tinh đã trở thành công cu thường nhật va kèm theo đó là các phần mềm tiện ích. Trong đó có rất nhiều phan mềm về xử lý thống kê và kế hoạch hoá thực nghiệm, đặc biệt nối tiếng như SPSS, Minitab, Statisca, Microsoft Excel. Tuy nhiên, do các phần mềm này được viết bằng tiếng Anh nên thật khó sử dụng và khai thác có hiệu quả cho nhiều người. Nam trong chương trình nghiên cứu ứng dụng Toán va Máy tinh trong hoá học, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu là “Bước đầu xây dựng chương trình xử lý và kế hoạch hoá thực nghiệm hoá học hữu cơ” để có một phần mềm phổ dụng, tiếng Việt và thuận tiện cho các nhà nghiên cứu thực nghiệm.

Nội dung bản luận án gồm ba phan chính: - Phần I: Tổng quan về các bài toán trong thực nghiệm hoá học nói chung và hoá học hữu cơ nói riêng. Trình bây kết quả '“Bước dau xây dựng chương trình xu lý va kế hoạch hoá thực nghiệm hoá học hữu co”. to LTONG QUAN Cac bài toán trong thực nghiệm duoc chia làm bon loại bai toán chính như sau: 1. Phân tích xử lý tập số liệu kết quả thực nghiệm 2.

Qui hoạch hoá thực nghiệm G2. Mê hình hoá thực nghiệm 4. Tối ưu hoá thực nghiệm Phân tích xử lý tập số liệu thực nghiệm là các bài toán đánh giá, so sánh các tập số liệu kết quả thực nghiệm. Quy hoạch hoá thực nghiệm là các bài toán làm thực nghiệm theo một kế hoạch định trước nhằm xác định ảnh hưởng cua các yếu tố lên kết quả thí nghiệm.

Mô hình hoá thực nghiệm là các bai toán tìm ra một mô hình mô tả thực nghiệm nhằm điều khiển được các quá trình thực nghiệm. Tối ưu hoá thực nghiệm là các bài toán tìm điều kiện tối ưu cho một thí nghiệm [20, 31]. PHAN TÍCH XỬ LY TẬP SO LIEU KET QUÁ THUC NGHIỆM. Phan tích đánh giá một tap số liệu kết quả thực nghiệm.

Bài toán: Sau khi làm thực nghiệm người ta thu được kết quả là một tập số liệu kết qua thực nghiệm. cân đánh giá tập số liệu kêt qua thực nghiệm này [10. Đề đánh giá được tập số liệu kết quả thực nghiệm người ta phải xem xét một số giá tri đặc trưng cho tập số liệu kết quả thực nghiệm. đó là: Đó chính xác, đó lap lại, khoảng chính xác tin cay và khoảng giới hạn tin cay [9].

Độ chính xác của một kết qua nghiên cứu thực nghiệm được đánh giá thông qua giá trị trung bình cộng của tập số liệu kết quả thực nghiệm bởi vì giá trị trung bình cộng biểu diễn mức độ tập trung cua các giá trị thực nghiệm. Giá trị trung bình cộng của tập số liệu kết quả thực nghiệm sai khác giá trị thật càng nhỏ thì độ chính xác của thí nghiệm càng lớn và ngược lại. Độ lặp lại của một kết quả nghiên cứu thực nghiệm được đánh giá thông qua phương sai của tập số liệu kết quả thực nghiệm thu được. Phương sai của tập số liệu kết quả thực nghiệm càng nhỏ thì độ lặp lại càng lớn và ngược lại.

Tuy nhiên, giá trị trung bình cộng và phương sai của một tập số liệu kết quả thực nghiệm đều phản ánh được độ chính xác và độ lặp lại của một kết quả nghiên cứu thực nghiệm nhưng mỗi đại lượng có tính trội hơn khi đặc trưng cho tập số liệu kết quả thực nghiệm: Giá trị trung bình có tính trội phản ánh độ chính xác, phương sai có tính trội phản ánh độ lặp lại của thực nghiệm. Mỗi tập số liệu kết quả thực nghiệm có một khoảng chính xác tin cậy phản ánh sự sai khác giữa giá trị trung bình và giá trị thật. Khoảng chính xác tin cậy của một tập số liệu kết quả thực nghiệm được tính theo công thức sau: Ax(P, f) = x - p= t(Pf).Sg Trong đó: P: Độ tin cậy thống kê cho trước. f: Bậc tự do của tập số liệu kết quả thực nghiệm.

Sx: Độ sai chuẩn. Khoảng chính xác tin cậy của một giá trị số liệu kết quả thực nghiệm được tính theo công thức sau: Ax,(P, f) = x; - x = t(P,f).S, Một tập số liệu kết quả thực nghiệm có khoảng chính xác tin cậy không thoả mãn với độ tin cậy thống kê cho trước thì có thể làm thêm thí nghiệm. Số thí nghiệm để có khoảng chính xác tin cậy của tập số liệu kết quả thực nghiệm trùng với khoane cnính xác tin cậy mong muốn cho trước được tính theo công thức sau [34]: (485) NE[ Mot tập số liệu kết quả thực nghiệm có khoảng giới hạn tin cay nam trong khoang x + Ax(P, f).Sx Giá trị thực nghiệm x, bất kỳ của một tập số liệu kết quả thực nghiệm được chấp nhận theo độ tin cậy thống kê (P) cho trước, có bậc tự do f=N-1 phải luôn nằm trong khoảng giới hạn tin cậy và thường được biều diễn như sau: Xx, (x - Ax; x + Ax) 1. Phan tích so sánh hai tập số liệu kết quả thực nghiệm.

[10, 12] Bài toán phân tích so sánh cặp tham số của hai tập số liệu thực nghiệm được chia làm hai trường hợp: Hai táp số liệu kết quả thực nghiệm tách biệt và hai tap số liệu kết qua thực nghiệm liên quan. Đề so sánh hai tập số liệu kết quả thực nghiệm, người ta thường phân tích so sánh hai đại lượng quan trọng nhất đó là giá trị trung bình (x) và phương sai (S”) đặc trưng cho độ chính xác và độ lặp lại của thí nghiệm [34]. Nội dung phân tích so sánh bao gồm: * So sánh độ chính xác: Đặc trưng bởi giá tri x, khi đó có hai trường hợp chính: 1. So sánh x với h 2.

So sánh X, VỚI Xp * So sánh dộ lặp lại: Đặc trưng bởi S” Tuy theo N, va N, lớn hay nhỏ, bằng nhau hay khác nhau mà tiến hành so sánh theo các cách khác nhau. Nn Bài toán 1: So sánh độ chính xác [22]. Dùng chuẩn u hoặc chuẩn t để so sánh vì các chuẩn này phụ thuộc vào độ chính xác: x„-ụ X;- X XA- Xp u#=———- =———— t= Ơ S; vì Với n > 30 dùng chuẩn u còn N<30 dùng chuẩnt với giả thiết: Hy: x,= xụ HẠ: XA#Z Xp thì kết luận thống kê như sau: Nếu tự, (hay tự) < tying (hay Upang): chấp nhận Hạ, bác bỏ H, (độ chính xác là bằng nhau). Trường hợp nếu N, và N, > 30, dùng chuẩn u để so sánh, khi đó u tính được tính theo công thức sau đây: d d d inn = = = — JN Ø Gd TT VN 0.

dx Trong đó: d=xX,- Xp _ lơ} Xu: s JÑ= N, +N, Ca = \N, oN, "` n N,. Trường hop néu N, va N,, <30, dùng chuẩn t để so sánh. Chia làm hai trường hợp: 1. Néu N, #N,, thì tính t theo công thức sau đây: d d bun ———ẽ———— Du = |S2(N.

Trường hợp nếu N, = N, = N<30. lại chia làm hai trường hợp: * Hai tap số liệu không liên quan với nhau từng doi mot, thi ty, theo công thức sau đây: EM rf I 2] Với f=+N, N, - 2 * Hai tập số liệu có liên quan từng đôi mội, thì tính t theo công thức sau đây: — dd, d N t(P.f) = = Sa S, d d VN Trong đó: d,= | xa, = Xu | Sa,-d | Í u so = Šụ \ | 2 N-1 2 = 2 = rr ae \N, 1s, f= |—=,/— =,/— N Bài toán 2: So sánh độ lặp lại. Vì phương sai đặc trưng cho độ lặp lại, nên so sánh độ lặp lại chính là so sánh phương sai. Người ta sử dụng chuẩn Fisher để so sánh độ lặp lại vì chuẩn Fisher phụ thuộc vào phương sai [23].

f, =Ng-l, với giả thiết H,: S,/”= S,”, H,: S,/”z S,° thì kết luận thống kê như sau: Nếu F,,,,tính > Fyino(P. f,): chấp nhận H,, bac bỏ Hạ, tức là độ lặp lại của hai thí nghiệm là khác nhau với độ tin cậy P. Nếu Fran < Foino(P. bảng Í¡, f;): chấp nhận H,, bác bỏ H,, tức là độ lặp lại của hai thí nghiệm là không khác nhau với độ tin cậy P.

L 2 PHAN TÍCH TƯƠNG QUAN. Phân tích tương quan là tìm mối quan hệ giữa hai đại lượng x và y. Mối quan hệ đó được biểu diễn bằng một hàm số. Trong các tương quan, tương quan tuyến tính được sử dụng trong hoá học nhiều nhất.

Bài toán: Tìm mối tương quan tuyến tính giữa x và y. Tương quan tuyến tính giữa x và y được biểu diễn bằng hàm số tương quan có dạng [13]: y=ax+b Bước 1: Tính các hệ số a,b [19, 34]. Hệ số a được tính theo công thức sau: NN N N 3x v, » (x,- X)(y,- Y) i=] >3 ` == aợớẵnng i=] } N N p> (x, ~ x) 1=1 > 3: — a 1=1 Hệ số b được tinh từ biểu thức sau khi biết hệ sốa: b= y-ax Bước 2: Tính hệ số tương quan r [14]: OX T=a————=a (x, = S) Yơ,-ÿ) OF xử,. Dấu của hệ số tương quan: r>0 giữa x và y có tương quan thuận <0 giữa x và y có tương quan nghịch Ý nghĩa của hệ số tương quan (qui ước theo toán học) [29]: I>r>0.7 :x và y rất tương quan 0.5 :x và y khá tương quan 0.3_ :x và y có tương quan 0.3>r : x và y không tương quan 1.

QUI HOẠCH HOÁ THUC NGHIỆM Bài toán qui hoạch hoá thực nghiệm là bài toàn xử lý số liệu thực nghiệm thu được sau khi tiến hành thí nghiệm theo qui hoạch định trước nhằm tìm ra các yếu tế ảnh hướng lên kết quả thí nghiệm. Bài toán qui hoạch hoá thực nghiệm có ba loại chính: Qui hoạch hoá thực nghiệm một yếu tố. qui hoạch hoá thực nghiệm hai yếu t6 và qui hoạch hoá thực nghiệm nhiều yéu tố. Qui hoạch hoá thực nghiệm một yếu tố.[11, 24, 41] Bài toán: Có một yếu tố A, k mức thí nghiệm, mỗi mức thí nghiệm tiến hành n lan.

Xác định vếu tố A có ảnh hưởng lên kết quả thí nghiệm hay khong.