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JMP软件帮助化学家发现磷酸盐的替代品

对研发部门而言,运用JMP这样的现代化分析工具更快速地产生更多有意义的研发成果,当然是件好事,更何况对环境保护也有裨益。

作者:佚名来源:JMP|2014-10-27 12:36

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大约从2010年7月起,美国的消费者开始注意到当盘子、杯子和炊具从自动洗碗机里拿出来之后并非像他们期望的那样干净。罪魁祸首是磷酸盐,或者更准确地说,是磷酸盐的缺乏。
 
这是因为磷酸盐具有剥离食物颗粒和润滑脂的优点,但它们一旦通过某种方式进入湖泊和溪流,就会使藻类大量繁殖,而过多的藻类会掠夺水中的阳光,侵占水中的氧气,从而破坏整个生态系统。
 
所以到2010年夏天时,美国已有16个州禁止销售磷酸盐含量超过0.5%家用洗碗机洗涤剂。洗涤剂制造商不得不把磷酸盐从它们所有的产品中都消除。
 
 

此图显示一个有关鸡蛋和麦片残留物评级系统的案例,评级系统是用来判定经过工业洗碗机洗涤后的盘子的清洁度
 
因此,世界上最大的化学公司巴斯夫(BASF)的研发人员需要找一个新的制剂替代磷酸盐的清洗性能。这个任务落在了巴斯夫化学护理品事业部门化学家们的肩上,其中包括公司的全球技术大客户经理Jim Dailey。
 
“作为化学家,我们一直在寻找协同效应。”Dailey说,“在这种情况下,我们想找到一种具有协同效应的化学成分,它会产生所需的性能。”
 
“我们的目的是找到与磷酸盐清洗性能类似的化学成分的混合物。”
 
最终,来自SAS公司的JMP高级统计软件帮助我们证明了一种包含巴斯夫特有的Trilon® M和其他助剂组合物的混合物是磷酸盐最有效的替代品。Trilon® M是经过环境保护署所认证的、专为环保项目设计的第一个产品。而助剂是指加入了碱性物质以提高清洁能力的无机化合物。
 
当Dailey和他的同事们开始这项任务时,就不约而同地都启动了JMP软件,通过在电脑的桌面式运行、基于内存计算的统计图形动态链接来加速发现。
 
JMP不仅帮助Dailey和他的同事们更有效地探索数据,而且帮助他们节省了大量时间。通过使用JMP中的实验设计DOE功能对各种混合物进行多因素实验,Dailey的团队至少节省了75%以上的设计时间。
 
“我是一个化学家,不是统计学家,”Dailey说,“我真的很感激JMP使事情变得又快又简单。”
 
“实验设计DOE允许我们用最少数量的实验次数来研究整个实验空间,”他解释说,“然后我们就能够对数据建模,估计尚未做过实验的结果与性能,接着再回去确认一下。”
 
厨房测试
 
巴斯夫公司的化学护理品事业部为市场提供的是一条内容丰富的产品线,包括表面活性剂、聚合物、润肤剂、螯合剂、紫外线过滤器和杀菌剂等,用于个人和家庭护理,工业清洗和其他技术应用。其客户含盖了一些世界上最大的消费者和商业清洁公司。
 
Dailey在研发部工作,磷酸盐的问题在2008年时落在了他的办公桌上。为了推动已在进展中的磷酸盐消除工作,Dailey发起了一个项目,评估应用在工业清洁方面的磷酸盐替代配方。
 
使用JMP,他开始对企业洗碗机、工业洗衣机和硬表面清洗配方中的成分组合物的协同效应的性能进行评价。有一项实验是将烤鸡蛋、燕麦和肉汁盛上盘子,然后在企业洗碗机中洗盘子。
 
“我们设计了一种测试方法,用来显示制剂之间的差异。”Dailey说。“那时候我们做了一个三水平的混料设计,使用JMP来进行有效的模型构建。在这种情况下,我们要考察螯合剂、聚合物和促净剂的组合。”在餐具洗涤剂中,螯合剂用来抵消水中金属物质对清洗过程的阻止作用。
 
Dailey和他的团队选择了七种成分来进行混合设计,考察各种配方的有效性。他们发现某些混合物的清洗效果与含有磷酸盐的产品一样好。
 

此图为三元图,显示出不同混料模型在去除餐具污渍方面的能力变化
 
“JMP能够让我们看到这个发现。”他说。
 
在确定了合适的组合物之后,Dailey用JMP来最大限度地提高性能,同时又尽可能地降低成本。“在JMP的刻画器中使用意愿函数功能,使我们能够很容易地同时实现这两个目标。”他说,“我们知道了怎样用最低的成本去最好地洗除剩菜的痕迹。”
 
巴斯夫的客户已确认含Trilon® M的螯合剂的清洗效益,现在已经把它应用在他们的工业化清洗产品中。
 
“在很多方面都很有用”
 
对Dailey而言,除了节省时间,JMP中的多因素实验功能还有助于说明研究结果。
 
“我经常无法在单次单因子实验后得出明确的结论。”他说,“但是使用JMP软件定制设计平台开发出模型后,我可以很清楚地表达产品性能中的最佳点,令我对我的结论始终充满信心。”
 
Dailey经常使用JMP的“图形生成器”,这个工具可以让他以鼠标点击和拖拉的交互方式建立一个个图形化分析。
 
“这在许多方面都是非常有用的。”他说,“你可以开始探索自己的数据,而且比以往熟悉得更快。”
 
“数据过滤器”是另一个Dailey偏爱的功能,特别是在处理大数据表格时。它能够迅速过滤出指定的行记录,无疑又为分析人员节省了大量时间。
 
Dailey还特别欣赏JMP软件中的“均值比较”功能。“JMP是一个功能强大的工具,因为它可以让你用置信区间的方式更有效地比较均值。”他解释说。
 
“很多人不会正确地比较均值,或者他们压根就不懂什么叫均值比较。”他解释说,“我告诉我们团队的成员说:如果需要显示产品质量的稳定性,或者想要表达一个产品是比另一个产品更好时,就会用到均值比较。”
 
“这些应用都是非常重要的,而JMP在这方面表现得非常棒。”
 

 
此图为单因素方差分析图,显示出不同的产品配方在清洁蛋渍的能力上存在着显著差异
 
对研发部门而言,运用JMP这样的现代化分析工具更快速地产生更多有意义的研发成果,当然是件好事,更何况对环境保护也有裨益。
【责任编辑:鸢玮 TEL:(010)68476606】

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