劉偉 呂狄亞 丁德英 邢心睿 第二軍醫(yī)大學(xué)藥學(xué)院

液相色譜-質(zhì)譜虛擬實驗室的構(gòu)建

劉偉 呂狄亞 丁德英 邢心睿 第二軍醫(yī)大學(xué)藥學(xué)院

液相色譜-質(zhì)譜儀（LC-MS儀）作為藥學(xué)學(xué)科領(lǐng)域的一個重要的分析儀器手段，也是本科學(xué)習(xí)過程的一個重要內(nèi)容，但由于儀器的自身特點，難以反復(fù)開展實驗進行操作，學(xué)生往往淺嘗輒止。本文在Dreamweaver軟件的基礎(chǔ)上結(jié)合Flash和JavaScript建立了具有交互功能的氣相色譜-質(zhì)譜虛擬實驗室，該虛擬實驗室以LC-MS儀的完整實驗流程為基礎(chǔ)，運用計算機語言設(shè)計出相對應(yīng)的模擬實驗流程，一方面為學(xué)生提供教學(xué)服務(wù)，另外一方面為進一步設(shè)計相關(guān)儀器的虛擬實驗室提供參考思路和基礎(chǔ)。

液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用 虛擬實驗室

虛擬實驗室是一種基于Web技術(shù)構(gòu)建的開放式網(wǎng)絡(luò)化的虛擬實驗教學(xué)系統(tǒng)，是現(xiàn)有各種教學(xué)實驗室的數(shù)字化和虛擬化。虛擬實驗室為開設(shè)各種虛擬實驗室課程提供了全新的教學(xué)環(huán)境，因而虛擬實驗室的設(shè)計備受師生的歡迎。在藥學(xué)本科學(xué)習(xí)中，液相色譜-質(zhì)譜儀是分析化學(xué)學(xué)習(xí)內(nèi)容中的重要環(huán)節(jié)，但其軟件工作站較為復(fù)雜，現(xiàn)實的實驗教學(xué)往往耗費較長的時間，課程設(shè)置往往也都是示教內(nèi)容。但通過設(shè)計LC-MS虛擬實驗室，可以極大的解決這些問題，增強教學(xué)的多樣性和豐富性。

1 實驗室設(shè)計

1.1 設(shè)計原則

液相色譜-質(zhì)譜虛擬實驗室在作為實驗室設(shè)計基礎(chǔ)的同時，也是實驗教學(xué)的手段。所以必須遵循以下的設(shè)計原則：

①準(zhǔn)確性液相色譜-質(zhì)譜虛擬實驗室的設(shè)計必須要以實驗室中對應(yīng)儀器作為虛擬對象，運用計算機語言將儀器與實驗室結(jié)合，從而保證虛擬實驗室內(nèi)容的準(zhǔn)確。

②完整性虛擬實驗室的內(nèi)容應(yīng)該具備整個實驗流程，保證實驗教學(xué)內(nèi)容的完整，同時儀器的基本介紹和注意事項也可作為補充添加進入虛擬實驗室。

③交互性在整個實驗室的設(shè)計中，交互應(yīng)該作為基本思想貫穿其中，虛擬實驗室根據(jù)學(xué)生的相關(guān)操作而變化，這是構(gòu)建虛擬實驗室基本原則。

1.2 設(shè)計內(nèi)容

本虛擬實驗室是基于液相色譜-質(zhì)譜儀的主要內(nèi)容來進行設(shè)計，主要包括以下三個部分：儀器的基本介紹，幫助初學(xué)者了解儀器的構(gòu)造和工作原理；儀器操作準(zhǔn)備，主要是樣品的預(yù)處理過程；軟件操作過程，該過程又包括方法編輯、Worklist編輯、數(shù)據(jù)處理。

第一部分儀器的基本介紹，是利用Dreamweaver的網(wǎng)頁制作技術(shù)將液相色譜-質(zhì)譜儀的原理和構(gòu)造展現(xiàn)在頁面上。第二部分儀器的操作準(zhǔn)備，是利用Flash的動畫制作，并在關(guān)鍵步驟上利用Action Script 2.0制作交互按鈕，以此加強初學(xué)者的知識點強化。最后一部分是軟件操作過程，我們實現(xiàn)的軟件是Dreamweaver和JavaScript，并通過腳本進行相關(guān)操作的提示和網(wǎng)頁直接的鏈接。

2 實驗室構(gòu)建

本文提到的虛擬實驗室構(gòu)建是以Agilent公司的Agilent Technologies 6538 UHD Accurate-Mass LC-MS為硬件系統(tǒng)的虛擬對象，以Workstations軟件為軟件系統(tǒng)的虛擬對象。

2.1 硬件操作構(gòu)建

液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀的進樣操作需要進行樣品的預(yù)處理，所以在模擬該操作以后，有助于初學(xué)者熟練的掌握樣品的預(yù)處理過程。此過程可以通過Flash和Action Script完成，具體實現(xiàn)手段如下：

①通過Photoshop制作儀器的控制面板、渦旋儀、離心機的操作面板等虛擬素材，并導(dǎo)入到Flash素材庫中，然后新建飲品剪輯元件插入舞臺；

②點擊剪輯元件進入元件的編輯界面，將素材擺放到合適的位置，創(chuàng)建補間動畫，制作動畫效果；

③在舞臺上導(dǎo)入按鈕素材，加入Action Script，制作啟動和相關(guān)流程的操作按鈕效果。

2.2 軟件操作構(gòu)建

軟件操作構(gòu)建的主要對象為LC-MS聯(lián)用儀自帶的Workstations系列軟件，該軟件較為復(fù)雜，也是虛擬實驗室構(gòu)建的重點和難點。本文對于該軟件的構(gòu)建主要利用了Dreamweaver和JavaScript方法，實現(xiàn)了基本的流程操作，并加入相關(guān)的交互機制和預(yù)警機制，保證虛擬實驗有效順利的進行。

2.2.1 實驗素材

構(gòu)建過程中的素材是利用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進樣進入液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀檢測，然后通過錄屏和截屏軟件將關(guān)鍵步驟截圖和錄像，并利用Premiere和Photoshop對素材進行處理，得到合適格式的素材。

2.2.2 操作流程設(shè)計

軟件操作的設(shè)計流程主要包括以下三個方面：方法編輯和Worklist編輯以及圖譜處理。主要形式是以小卡片的形式展現(xiàn)每步操作的要求，初學(xué)者必須完成每步要求并輸入要求中的數(shù)字和模式才能進入下一步操作。Worklist編輯則比較簡單，通過編輯工作列表即可進入后續(xù)的圖譜處理過程。圖譜處理過程由于設(shè)計上的復(fù)雜性，我們采用數(shù)據(jù)處理時錄制的視頻來進行演示和教學(xué)

2.2.3 整體的結(jié)合

在網(wǎng)頁中插入超鏈接，即可進入后續(xù)的操作網(wǎng)頁，網(wǎng)頁和網(wǎng)頁之間相互連接，網(wǎng)頁中放入自己準(zhǔn)備素材文件和圖片，并根據(jù)各個網(wǎng)頁上實驗操作的不同設(shè)計交互代碼，并利用JavaScript實現(xiàn)交互。

2.2.4 交互式設(shè)計

交互性作為虛擬實驗室的最重要的要求之一，要求設(shè)計者能根據(jù)用戶在使用虛擬實驗室過程中出現(xiàn)的一些問題或者一些操作能夠有效的做出反饋。這里以樣品準(zhǔn)備演示的插入和使用為例，在樣品準(zhǔn)備的實驗環(huán)節(jié)中，我們通過Dreamweaver導(dǎo)入Flash演示動畫，當(dāng)使用的瀏覽器版本低于我們的要求時，將有效的提醒用戶更新Flash Player的版本，之后演示實驗中，初學(xué)者可以通過控制Flash上的按鈕來控制實驗演示的進度和步驟進行實驗。

3 結(jié)果與討論

利用Dreamweaver、Flash等軟件構(gòu)建液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀的虛擬實驗室，是分析儀器實現(xiàn)模擬的重要方法，該虛擬實驗室的內(nèi)容與實際教學(xué)實驗的內(nèi)容相差無幾，但對比實際教學(xué)，優(yōu)勢在于初學(xué)者可以反復(fù)學(xué)習(xí)來熟悉實驗，而且虛擬實驗室的進行可以避免對于錯誤操作而導(dǎo)致儀器的損壞。所以該虛擬實驗室在加入教學(xué)實踐以后，證明確實極大提高了教學(xué)的效率，學(xué)生對于實驗技能掌握也更為熟練。

液質(zhì)聯(lián)用虛擬實驗室在教學(xué)方面的呈現(xiàn)較大作用，但仍然有較大的提升空間。在計算機技術(shù)日益成熟的今天，利用Unity 3D等立體3D軟件進行虛擬實驗室的設(shè)計將使該設(shè)計更上一層樓，實驗內(nèi)容更為生動立體。相信在不久的將來，在我們進一步開發(fā)虛擬實驗室的功能和設(shè)計以后，虛擬實驗室會成為教學(xué)的必備手段。