Хемијска анализа података и Питхон: панде, стехиометрија и калибрација

Добици:

• Способност заснивања нумеричких резултата на извршеном Питхон коду, а не на вербалном нагађању модела језика
• Способност писања кода за стехиометрију, калибрацију и чишћење података за вештачку интелигенцију и тестирање са узорцима са познатим одговорима
• Способност спречавања грешака у анализи података увек наводећи јединице и проверавајући њихов редослед

Хемија је пуна бројева: мерења, запремине, вредности апсорпције, приноси, концентрације. Ручна обрада ових података је спора и склона грешкама. АИ овде пружа две главне услуге: (1) пише Питхон код који обрађује податке, (2) покреће тај код (у окружењу које може да покрене код) и даје детерминистички резултат. Критички принцип је следећи: препустите прорачун излазу извршеног кода, а не "вербалном предвиђању" језичког модела. Језички модел „Шта је 142 × 0,05?“ понекад може погрешно одговорити на питање; али Питхон линија коју напише увек израчунава исправно. У овој јединици ћемо научити анализу хемијских података са АИ са овом филозофијом.

Зашто је код бољи од вербалног погађања?

Језички модел врши аритметику тако што „предвиђа могући исход“; тако да може бити погрешно са великим бројевима или рачуном у више корака. Док је у Питхон-у израз 142 * 0.05 детерминистички: увек враћа 7.1. Дакле стратегија: не терајте АИ да изврши прорачун, одштампајте КОД прорачуна и покрените код. Дакле, користите креативност АИ (изградња кода) и онемогућите непоуздану страну (аритметику главе).

Савет: Када добијете нумерички резултат од АИ, реците „представи ово линијом Питхон-а“. Сам код и верификује налог и омогућава вам да га покренете и потврдите. Ако не видите код, не верујте броју.

Типични задаци анализе података у хемији

• Стехиометрија: мол, маса, ограничавајући реагенс, теоретски принос, прорачун процента приноса.
• Концентрација: моларност, разблаживање (М1В1 = М2В2), конверзије у ппм.
• Калибрација: Цртање калибрационе линије са Беер-Ламбертовим законом (апсорбанца ∝ концентрација) и израчунавање непознате.
• Чишћење података: очитавање мерних табела са пандама, означавање одступања, средња/стандардна девијација.
• Визуелизација: цртање калибрационе криве, график кинетике, крива титрације.

Корак по корак: Сигурна анализа података са АИ

1. Дефинишите податке: јасно дајте колоне, јединице, узорке редова. Ако нема јединице, АИ прави претпоставке.
2. Затражите код, а не резултате: реците „Напишите пандас/НумПи код који ово израчунава“.
3. Покрените код: Покрените га сами или у окружењу које може да покрене код.
4. Тестирајте једноставним малим словима: Тестирајте код малим примером где знате одговор.
5. Провера јединице и реда: Да ли су јединица и величина резултата физички разумни?
6. Документ: Додајте код и излаз у свеску експеримента (јединица 8).

Четири шаблона за копирање

1) Стехиометрија и проценат приноса:

Реакција: салицилна киселина (МА 138.12) + анхидрид сирћетне киселине -> аспирин (МА 180.16). Подаци: коришћено је 2,00 г салицилне киселине, анхидрид сирћетне киселине је био у вишку. Добијено је аспирин: 2,15 г. Задатак: Написати Питхон код који израчунава променљиву теоретску тежину и израчунава процентуалну тежину Де. резултат у јединицама. Не рачунај у глави; само дајте извршни код.

2) Беер-Ламберт калибрација:

Подаци о калибрацији (концентрација мол/Л -> апсорбанца): 0,00->0,02, 0,02->0,21, 0,04->0,40, 0,06->0,62, 0,08->0,79. Непозната апсорбанца узорка: 0,50. Задатак: Извршити линеарну калибрацију са нумпи.полифит, нагиб/пресјек и Израчунати Р^2, пронаћи непознату концентрацију. Исцртајте линију података + уклапање помоћу матплотлиб-а.

3) табела мерења са пандама:

Имам ЦСВ: колоне = узорак, тежина_г, запремина_мЛ, апсорпција. Задатак: прочитати са пандама, израчунати концентрацију (г/Л) за сваки узорак, означити редове са апсорбанцијом < 0 као нетачне, дати код за штампање средње вредности и стандардне девијације група. Наведите јединице са линијом за коментаре.

4) Верификација рачуна за разблаживање:

Желим да припремим 100 мЛ 0,05 М раствора од 0,5 М основног раствора. Задатак: Напишите Питхон линију која израчунава потребну количину залиха са М1В1=М2В2. Одштампајте резултат у мЛ и проверите као коментар да се очекује 10-струко разблаживање за логичку проверу.

Слаби промпт / Јаки промпт

слаба:

Колико аспирина долази из 2 грама салицилне киселине?

АИ даје број из главе; Ако погрешно запамти молекуларне тежине, резултат ће бити изобличен и начин на који је израчунат неће бити видљив.

Јака:

Претпоставимо да салицилна киселина МА=138,12, аспирин МА=180,16, маса=2,00 г, принос 100%. Задатак: Написати Питхон код који израчунава теоријску масу аспирина; коментарисати сваки корак (мол -> мол -> маса), одштампати резултат у г.

Разлика: дате молекулске тежине, тражени код, коментарисани кораци, наведена јединица. Резултат је и тачан и подложан ревизији.

Вербално предвиђање итд.извршени код

Величина

Језички модел вербално предвиђање

Питхон рун

Аритметичка тачност

Променљива, може доћи до грешке

Детерминисан, сигуран

Ревизија

Побачај (није јасно како је настао)

Висока (код видљив)

поновљивост

ниско

висока

Праћење јединица

слаб

Може се држати отвореним у коду

Правилна употреба

Идеја, грађевинска структура

Коначан бројчани резултат

мини случајеви

Случај 1 — Вербална аритметичка грешка. Ученик пита АИ „0,0145 мол × 180,16 г/мол?“ упитао је; „2,72 г“, рекао је АИ. У ствари је 2,61г. Када је ученик рекао „покажи ово у Питхон-у“, ИЗ је написао 0,0145 * 180,16 и испало је као 2,612; Први вербални одговор је био нетачан. Лекција: радије код чак и за врло једноставно множење.

Случај 2 — Р² провера у калибрацији. Једном кориснику је урађена Беер-Ламбертова калибрација; Испоставило се да је Р² = 0,981. АИ је рекао "линеарно, поуздано", али је тачка у највећој концентрацији била испод линије (засићење). Када је корисник видео графикон, померио је највишу тачку ван линеарног опсега, Р² се повећао на 0,999. Поука: само Р² није довољно; види остатке/парц.

Случај 3 — Забуна у јединици. У једној анализи није било јасно да ли је концентрација мг/Л или г/Л; АИ је претпоставио г/Л и резултати су били 1000 пута погрешни. Поправљено је када је корисник експлицитно навео јединицу колоне. Лекција: увек мењајте јединицу, под претпоставком да је вештачка интелигенција скупа.

Уобичајене грешке

• Ослањајући се на вербални број. Увек захтевајте и покрените код уместо да радите менталну аритметику.
• Не наводећи јединицу. Мешање мг/Л са г/Л, мЛ са Л, узрокује грешку од 1000 пута.
• Не тестира код. Примена на велике податке без тестирања са малим примером где је одговор познат.
• Сматрајући Р² јединим критеријумом. Веровати тачкама нелинеарности без да их се види графички.
• Прескочите реагенс за тестер. Израчунавање теоријског приноса без одређивања граничног реагенса у стехиометрији.
• Значајан корак изливање. Извештај о резултату са 8 цифара када је мерење 3 значајне цифре.

Опрез: Чак и код који АИ пише може бити неисправан (погрешан назив колоне, погрешна формула). Покретање кода чини резултат детерминистичким, али морате познатим примером потврдити да код израчунава праву ствар.

Укратко

• Оставите нумеричке резултате извршеном Питхон коду, а не вербалном нагађању језичког модела.
• АИ брзо пише код за стехиометрију, калибрацију, чишћење података и визуелизацију у хемијској анализи података.
• Увек стављајте јединице; Забуна јединица је најскупља грешка.
• Испитајте остатке и графикон поред Р² у калибрацији.
• Тестирајте код једноставним примером са познатим одговором; Човек проверава тачност кода.

Задатак апликације

Имајте скуп података за калибрацију или стехиометрију (ако није, користите Беер-Ламберт податке изнад). Питајте АИ за Питхон код који ради анализу (код, а не резултат). Покрените код; затим га тестирајте са малим узорком познатих одговора. Питајте АИ усмено за исти прорачун и упоредите два резултата: да ли постоји разлика? Интерпретирајте графикон Р² и остатка у калибрацији. Ставите код, излаз и кратак коментар у документ.

контролна листа

• [ ] Бројчане резултате добијам из кода, а не из вербалног нагађања.
• [ ] Јасно означавам јединицу сваке колоне података.
• [ ] Тестирам код са малим узорком чији је одговор познат.
• [ ] Радим анализу резидуала/графа поред Р² у калибрацији.
• [ ] Одређујем ограничавајући реагенс у стехиометрији.
• [ ] Пријављујем резултате са одговарајућом значајном цифром.