液相色譜-質(zhì)譜虛擬實(shí)驗(yàn)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)譜虛擬實(shí)驗(yàn)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(gè)重要的分析儀器手段，也是本科學(xué)習(xí)過(guò)程的一個(gè)重要內(nèi)容，但由于儀器的自身特點(diǎn)，難以反復(fù)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)進(jìn)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(shí)驗(yàn)室，該虛擬實(shí)驗(yàn)室以LC-MS儀的完整實(shí)驗(yàn)流程為基礎(chǔ)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言設(shè)計(jì)出相對(duì)應(yīng)的模擬實(shí)驗(yàn)流程，一方面為學(xué)生提供教學(xué)服務(wù)，另外一方面為進(jìn)一步設(shè)計(jì)相關(guān)儀器的虛擬實(shí)驗(yàn)室提供參考思路和基礎(chǔ)。

液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用 虛擬實(shí)驗(yàn)室

虛擬實(shí)驗(yàn)室是一種基于Web技術(shù)構(gòu)建的開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)化的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，是現(xiàn)有各種教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的數(shù)字化和虛擬化。虛擬實(shí)驗(yàn)室為開(kāi)設(shè)各種虛擬實(shí)驗(yàn)室課程提供了全新的教學(xué)環(huán)境，因而虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)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(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往耗費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間，課程設(shè)置往往也都是示教內(nèi)容。但通過(guò)設(shè)計(jì)LC-MS虛擬實(shí)驗(yàn)室，可以極大的解決這些問(wèn)題，增強(qiáng)教學(xué)的多樣性和豐富性。

1 實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)原則

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

①準(zhǔn)確性液相色譜-質(zhì)譜虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)必須要以實(shí)驗(yàn)室中對(duì)應(yīng)儀器作為虛擬對(duì)象，運(yùn)用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言將儀器與實(shí)驗(yàn)室結(jié)合，從而保證虛擬實(shí)驗(yàn)室內(nèi)容的準(zhǔn)確。

②完整性虛擬實(shí)驗(yàn)室的內(nèi)容應(yīng)該具備整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程，保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的完整，同時(shí)儀器的基本介紹和注意事項(xiàng)也可作為補(bǔ)充添加進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室。

③交互性在整個(gè)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)中，交互應(yīng)該作為基本思想貫穿其中，虛擬實(shí)驗(yàn)室根據(jù)學(xué)生的相關(guān)操作而變化，這是構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)室基本原則。

1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容

本虛擬實(shí)驗(yàn)室是基于液相色譜-質(zhì)譜儀的主要內(nèi)容來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包括以下三個(gè)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(guò)程；軟件操作過(guò)程，該過(guò)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(yè)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(yè)面上。第二部分儀器的操作準(zhǔn)備，是利用Flash的動(dòng)畫(huà)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(qiáng)初學(xué)者的知識(shí)點(diǎn)強(qiáng)化。最后一部分是軟件操作過(guò)程，我們實(shí)現(xiàn)的軟件是Dreamweaver和JavaScript，并通過(guò)腳本進(jìn)行相關(guān)操作的提示和網(wǎng)頁(yè)直接的鏈接。

2 實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建

本文提到的虛擬實(shí)驗(yàn)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(duì)象，以Workstations軟件為軟件系統(tǒng)的虛擬對(duì)象。

2.1 硬件操作構(gòu)建

液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀的進(jìn)樣操作需要進(jìn)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(guò)程。此過(guò)程可以通過(guò)Flash和Action Script完成，具體實(shí)現(xiàn)手段如下：

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

②點(diǎn)擊剪輯元件進(jìn)入元件的編輯界面，將素材擺放到合適的位置，創(chuàng)建補(bǔ)間動(dòng)畫(huà)，制作動(dòng)畫(huà)效果；

③在舞臺(tái)上導(dǎo)入按鈕素材，加入Action Script，制作啟動(dòng)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(duì)象為L(zhǎng)C-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(shí)驗(yàn)室構(gòu)建的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文對(duì)于該軟件的構(gòu)建主要利用了Dreamweaver和JavaScript方法，實(shí)現(xiàn)了基本的流程操作，并加入相關(guān)的交互機(jī)制和預(yù)警機(jī)制，保證虛擬實(shí)驗(yàn)有效順利的進(jìn)行。

2.2.1 實(shí)驗(yàn)素材

構(gòu)建過(guò)程中的素材是利用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)樣進(jìn)入液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀檢測(cè)，然后通過(guò)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(duì)素材進(jìn)行處理，得到合適格式的素材。

2.2.2 操作流程設(shè)計(jì)

軟件操作的設(shè)計(jì)流程主要包括以下三個(gè)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(jìn)入下一步操作。Worklist編輯則比較簡(jiǎn)單，通過(guò)編輯工作列表即可進(jìn)入后續(xù)的圖譜處理過(guò)程。圖譜處理過(guò)程由于設(shè)計(jì)上的復(fù)雜性，我們采用數(shù)據(jù)處理時(shí)錄制的視頻來(lái)進(jìn)行演示和教學(xué)

2.2.3 整體的結(jié)合

在網(wǎng)頁(yè)中插入超鏈接，即可進(jìn)入后續(xù)的操作網(wǎng)頁(yè)，網(wǎng)頁(yè)和網(wǎng)頁(yè)之間相互連接，網(wǎng)頁(yè)中放入自己準(zhǔn)備素材文件和圖片，并根據(jù)各個(gè)網(wǎng)頁(yè)上實(shí)驗(yàn)操作的不同設(shè)計(jì)交互代碼，并利用JavaScript實(shí)現(xiàn)交互。

2.2.4 交互式設(shè)計(jì)

交互性作為虛擬實(shí)驗(yàn)室的最重要的要求之一，要求設(shè)計(jì)者能根據(jù)用戶在使用虛擬實(shí)驗(yàn)室過(guò)程中出現(xiàn)的一些問(wèn)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(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中，我們通過(guò)Dreamweaver導(dǎo)入Flash演示動(dòng)畫(huà)，當(dāng)使用的瀏覽器版本低于我們的要求時(shí)，將有效的提醒用戶更新Flash Player的版本，之后演示實(shí)驗(yàn)中，初學(xué)者可以通過(guò)控制Flash上的按鈕來(lái)控制實(shí)驗(yàn)演示的進(jìn)度和步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

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(shí)驗(yàn)室，是分析儀器實(shí)現(xiàn)模擬的重要方法，該虛擬實(shí)驗(yàn)室的內(nèi)容與實(shí)際教學(xué)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容相差無(wú)幾，但對(duì)比實(shí)際教學(xué)，優(yōu)勢(shì)在于初學(xué)者可以反復(fù)學(xué)習(xí)來(lái)熟悉實(shí)驗(yàn)，而且虛擬實(shí)驗(yàn)室的進(jìn)行可以避免對(duì)于錯(cuò)誤操作而導(dǎo)致儀器的損壞。所以該虛擬實(shí)驗(yàn)室在加入教學(xué)實(shí)踐以后，證明確實(shí)極大提高了教學(xué)的效率，學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)技能掌握也更為熟練。

液質(zhì)聯(lián)用虛擬實(shí)驗(yàn)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(jì)算機(jī)技術(shù)日益成熟的今天，利用Unity 3D等立體3D軟件進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)將使該設(shè)計(jì)更上一層樓，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更為生動(dòng)立體。相信在不久的將來(lái)，在我們進(jìn)一步開(kāi)發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)室的功能和設(shè)計(jì)以后，虛擬實(shí)驗(yàn)室會(huì)成為教學(xué)的必備手段。