药剂学中的实验设计方法

验证试验
试验号 1 2 3 A 80% 80% 80% 因 素 B 12倍 倍 12倍 倍 12倍 倍 C 1.5h 1.5h 1.5h 盐酸小檗碱 ） （mg/g） 28.76 30.59 30.92
课堂练习
对某混悬剂的处方进行筛选
考察指标？ 考察指标？
• 颗粒沉降的速度； 颗粒沉降的速度；
影响因素？ 影响因素？
药剂学中的实验设计方法
前 言
例：中药有效成分的提取
1.以提取率为考察指标 以提取率为考察指标
• 有效成分越多，而杂质及无效成分越少； 有效成分越多，而杂质及无效成分越少； • 而实际上，对于常规提取方法而言：有效成 而实际上，对于常规提取方法而言： 分的溶出，杂质性成分也必然溶出。 分的溶出，杂质性成分也必然溶出。
专业知识＋试验设计方案＋统计分析. 一个成功的试验设计＝专业知识＋试验设计方案＋统计分析
药剂学中常用的实验设计方法
1.析因实验（析因设计 Factorial design） 析因实验（ 析因实验
是一种多因素的交叉分组试验， 特 点：是一种多因素的交叉分组试验，不仅可 以检验每个因素各水平间的差异，更主要可检 以检验每个因素各水平间的差异， 查各因素之间有无交互作用。 查各因素之间有无交互作用。 考察全面； 试验次数太多. 优 点：考察全面； 缺 点：试验次数太多 如：3×4析因设计的组合方式 × 析因设计的组合方式
正交试验设计
试验次数
L8(27)
正交表
因素数
·7因素，2水平，8 7因素， 水平， 次试验的正交设计
水平数
L18（2×37） ×
·1因素2水平，7因素3 1因素2水平， 因素3 水平，18次试验的混 水平，18次试验的混 合正交设计
正交试验设计
如：黄连乙醇回流提取
考察指标：有效成分（盐酸小檗碱）含量； 考察指标：有效成分（盐酸小檗碱）含量； 影响因素：乙醇浓度、用量及回流时间； 影响因素：乙醇浓度、用量及回流时间； 采用：采用L 采用：采用 9（34）正交设计 L9（34）正交设计表头 因 素 水 平
药剂学中常用的实验设计方法 2.正交设计 正交设计
是目前比较好的筛选试验方法，分辨力为Ⅲ 是目前比较好的筛选试验方法，分辨力为Ⅲ级； 特Байду номын сангаас：均匀分散，整齐可比； 特点：均匀分散，整齐可比；
在这9个水平组合中， 因素各水平下包括了 因素各水平下包括了B、 因素的 因素的3 在这 个水平组合中，A因素各水平下包括了 、C因素的 个水平组合中 皆处于同等地位， 个水平，虽然搭配方式不同， 、 皆处于同等地位 个水平，虽然搭配方式不同，但B、C皆处于同等地位，当比 因素不同水平时， 因素不同水平的效应相互抵消 因素不同水平的效应相互抵消， 因素 较A因素不同水平时，B因素不同水平的效应相互抵消，C因素 因素不同水平时 不同水平的效应也相互抵消。所以A因素 因素3个水平间具有综合可 不同水平的效应也相互抵消。所以 因素 个水平间具有综合可 比性。同样， 、 因素 个水平间亦具有综合可比性。 因素3个水平间亦具有综合可比性 比性。同样，B、C因素 个水平间亦具有综合可比性。
表头 列号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Ⅰj Ⅱj Ⅲj Rj SSj A B C D 空白 乙醇浓度 乙醇用量 回流时间 60% 1h 8倍 倍 60% 1.5h 10倍 倍 60% 2h 12倍 倍 70% 70% 70% 80% 80% 80% 55.91 68.97 79.61 7.90 93.94 8倍 倍 10倍 倍 12倍 12倍 8倍 倍 10倍 倍 12倍 倍 65.26 68.50 70.73 1.83 5.04 1.5h 2h 1h 2h 1h 1.5h 66.47 71.68 66.34 1.78 6.19 70.13 65.82 68.54 1.44 3.17 影响程度A>C>B 影响程度 最佳工艺A 最佳工艺 3B3C2 评价指标 盐酸小檗碱（ 盐酸小檗碱（mg/g） ） 17.76 19.14 19.01 23.32 23.15 22.50 24.18 26.21 29.22
药剂学中常用的实验设计方法
4. 中心组合设计
缺 点：
• 1.试验次数相对多； 试验次数相对多； 试验次数相对多
因子数 试验次数 2 22 3 23 4 24 5 25-1或25 6 26-1或26
• 2.要求因素最好为连续变量（即可以带小数点） 要求因素最好为连续变量（ 要求因素最好为连续变量 即可以带小数点） – 某些因素（如提取次数）就不适合试验 某些因素（如提取次数）就不适合试验.
• Ⅴ级分辨力的试验设计分析能力最好； 级分辨力的试验设计分析能力最好； • Ⅱ级以下分辨力的试验设计不能分析效应值 级以下分辨力的试验设计不能分析效应值.
药剂学中常用的实验设计方法
试验设计法的选择
1.比较设计 比较设计
主效应只有1个 所考察的因素有若干， 主效应只有 个，所考察的因素有若干， 但因素间不存在交互作用。 但因素间不存在交互作用。 煎煮法、回流法、 如：煎煮法、回流法、超声法等对黄 连有效成分提取的影响。 连有效成分提取的影响。 效应和因素有若干，且效应和/或因素 效应和因素有若干，且效应和 或因素 2.筛选设计 筛选设计 间有交互作用。 间有交互作用。 煎煮法中，加水量、 如：煎煮法中，加水量、药材粉碎程 度、提取次数及时间等都影响有效成 分的浸出，有效成分越多， 分的浸出，有效成分越多，杂质可能 3.响应面设计 也越多。 响应面设计 也越多。 在筛选设计的基础上，对结果的更好表现。 在筛选设计的基础上，对结果的更好表现。 如在煎煮法中，通过筛选设计，可以得到1h煎煮的效果要 如在煎煮法中，通过筛选设计，可以得到 煎煮的效果要 煎煮好； 的效果是否更好？ 比0.5h煎煮好；但往往涉及到 煎煮好 但往往涉及到45min的效果是否更好？ 的效果是否更好
这时就要考虑： 这时就要考虑：有效成分与杂质性成分 的平衡问题。 的平衡问题。
前 言
例：中药有效成分的提取
2.影响有效成分提取率的因素有： 影响有效成分提取率的因素有： 影响有效成分提取率的因素有
• 提取的方法、溶剂、药材粉碎度、次数、时 提取的方法、溶剂、药材粉碎度、次数、 压力等等； 间、压力等等； • 各影响因素间有一定 “此消彼长”的关联。 此消彼长”的关联。
1 2 3 乙醇浓度 A (%) 60 70 80 乙醇倍量 B (倍) 倍 8 10 12 回流时间 C (h) 1 1.5 2 空白 D
L9（34）正交表头
No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A 1 1 1 2 2 2 3 3 3 B 1 2 3 1 2 3 1 2 3 C 1 2 3 2 3 1 3 1 2 D 1 2 3 3 1 2 2 3 1 No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9
药剂学中常用的实验设计方法
5. 均匀设计
属于优化设计， 属于优化设计，分辨力为Ⅴ.
• 与中心组合设计类似，可通过二次回归，优 与中心组合设计类似，可通过二次回归， 化处方和工艺，预测结果； 化处方和工艺，预测结果； • 放弃正交设计的“整齐可比”特性，而是 放弃正交设计的“整齐可比”特性， 均匀分散” “均匀分散”，试验次数不随水平的增加而 剧增； 剧增； – 如：12因子，37水平的均匀设计 因子， 水平的均匀设计 因子 仅需要37次试验； 仅需要 次试验； 次试验 – 适合于药物合成、投药量等的设计。 适合于药物合成、投药量等的设计。
2.交互作用 交互作用
• 系指两个或多个因素相互依赖发生作用而产 生的一种效应，如提取溶媒量与次数。 生的一种效应，如提取溶媒量与次数。
前 言
试验设计
Design of Experiments ，DOE
• 通过较少的试验次数、较短的试验周期、最 通过较少的试验次数、较短的试验周期、 经济简便的方案，考察各种影响因素、 经济简便的方案，考察各种影响因素、试验 条件、试验环境及相互作用，达到预期目的. 条件、试验环境及相互作用，达到预期目的
药剂学中常用的实验设计方法
分辨力
所谓的试验设计就是用有限次的试验来分 所谓的试验设计就是用有限次的试验来分 试验设计就是用有限次的试验 主效应及交互作用。 析主效应及交互作用。 分辨力系指某种试验设计对主效应及交互 分辨力系指某种试验设计对主效应及交互 作用的分析能力和程度 分析能力和程度. 作用的分析能力和程度 分辨力一般分为五级（ 分辨力一般分为五级（Ⅰ～Ⅴ）级.
粒子的大小
2r ( ρ1 − ρ 2 ) V= g 9η
2
颗粒与介质密度差
介质的黏度
药剂学中常用的实验设计方法
总 结
“每一种试验设计方法都有其局限性” 每一种试验设计方法都有其局限性”
• 试验设计应遵循 – “比较 →筛选 →优化”的过程； 比较→ 筛选 筛选→ 优化 的过程； 优化” – 试验设计需要“重复”； 试验设计需要“重复” – 试验结论需要“明确”。 试验结论需要“明确”
提取L 提取 9（34）试验表
浓度 60% 60% 60% 70% 70% 70% 80% 80% 80% 用量 8倍 倍 10倍 倍 12倍 倍 8倍 倍 10倍 倍 12倍 倍 8倍 倍 10倍 倍 12倍 倍 时间 1h 1.5h 2h 1.5h 2h 1h 2h 1h 1.5h 空白
提取L 提取 9（34）正交试验设计及结果
药剂学中常用的实验设计方法
2.正交设计 正交设计
3因素 水平有 个交互排列 因素3水平有 因素 水平有27个交互排列
正交试验只需要9次排列。 正交试验只需要 次排列。 次排列
药剂学中常用的实验设计方法
3. Plackett-Burman设计 设计
简称P-B设计 设计 简称
• 属于多因素、2水平的筛选设计，分辨力为Ⅲ； 属于多因素、 水平的筛选设计 水平的筛选设计， • 试验次数 ＝因子数＋1 试验次数N＝因子数＋ 是筛选设计中最经济的一种设计方案. 是筛选设计中最经济的一种设计方案 适合于从多因素中筛选主要影响的因素. 适合于从多因素中筛选主要影响的因素