DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 1. 绪论 在人类科学技术发展史上，移动机器人的出现无疑是浓墨重彩的一笔。在未知环境中，移动机器人也可以依靠自身配置实现自主移动，完成人类既定给它们的任务。移动机器人的研究涉及很多学科，比如传感器技术、人工智能、控制理论、计算机等，是目前科学研究最热门的领域之一。移动机器人的应用较之普通机器人更加广泛，它可以在工业、农业和服务业中一定程度地取代人类，也可以应用在许多十分危险的环境，比如救灾抢险、国防军事、空间探测、施工勘探等。许多关键技术都包含在智能移动机器人的研究中，比如多传感器信息融合、定位和导航、路径规划等，其中尤以核心技术自主导航最为重要。激光导航具有成本低、精度高、测量范围广等诸多优点，所以激光导航应用十分广泛 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]。移动机器人自主导航的关键是SLAM技术即同时定位与建图。当今学术界的共识是，只有SLAM技术得到充分发展，智能移动机器人才会更加全面应用。 移动机器人的同时定位和地图创建技术一直是智能移动机器人领域的重要问题。随着人工智能和计算机技术的发展，智能自主移动机器人已成为机器人领域的一个重要研究方向和研究热点 [ 4 ]。对于已知所在环境或者已知机器人所处位置的自主定位和地图创建，已经有了一些比较成熟和实用的解决方案。然而，在许多环境中，机器人的工作环境地图很难甚至是不可能得到，机器人无法利用全球定位系统进行定位。在这种情况下，机器人需要在一个完全未知的环境中创建一个地图，并且它的位置是不确定的。与此同时，环境地图的建立是移动机器人自主定位和移动首要条件。这就是由Smith、Self和Cheeseman于1988年提出的移动机器人即时定位和地图创建(SLAM)的问题 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]。现在这一问题被认为是实现真正自主的移动机器人的关键一环。 本文共分为五章，第一章为绪论，在总结国内外参考文献的基础上提炼出课题的研究背景与意义，并介绍了本文的研究内容；第二章为激光雷达及SLAM原理简介，介绍了激光雷达的工作原理和本文采用的Hector_SLAM建图方法；第三章为系统设计，介绍了论文硬件及软件平台的搭建与改进的基于卡尔曼滤波的Hector_SLAM建图算法；第四章为实验与结论，介绍了RPLIDAR测试过程与改进的Hector_SLAM建图实验与结果分析；第五章为实验总结与展望，对本文所做工作进行全面总结，并对实验未能解决的问题进行展望，对进一步的研究提供方向。
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user: 2. 激光雷达及SLAM原理简介 2.1. 激光雷达工作原理 激光雷达是一种通过发射激光束检测目标位置、速度等特征量的雷达系统。它的工作原理是首先将探测信号(激光束)传输到目标，然后在接收到目标反射的信号(目标回波)后，将其与发射信号进行比较处理，最终得到目标的相关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态和形状等参数，从而完成对飞机和导弹等目标的探测、跟踪和识别。因此，激光雷达是激光技术与现代光电探测技术相结合的成果，是一种先进的探测手段 [ 8 ] [ 9 ]。 本文所用的RPLidar A2激光雷达是上海SLAMTEC公司研制的新一代低成本二维激光雷达。它的激光测距频率高达4000次每秒，可以在半径6米范围内的二维平面中进行360˚全方位的激光测距扫描，并能在其所处的环境中生成平面点云的地图信息。在地图测绘、移动机器人导航和物体或环境建模等领域都可以使用这些点云地图信息 [ 10 ]。 在实际应用中，激光雷达可分为四种状态 [ 11 ]。第一种状态称之为空闲状态，此时激光雷达通电，当电机开始旋转时，激光扫描和接收模块不工作；第二种状态称之为请求状态，在接收到测距请求后，激光雷达初始化，准备开始测距操作，并在接收停止请求后停止扫描；第三种状态称之为扫描状态，当电机旋转时，目标被连续扫描，获取数据的其中一种状态；最后一种状态称之为系统保护状态，当雷达正常运行时，系统保护状态不存在，只有当雷达连接发生错误或内部芯片损坏时，才会出现系统保护状态。在这种状态下，激光雷达能保护系统以免再次受到外界破坏。进入此状态后，只有重新启动才能还原到其他三种状态。因此，在实际工作中，激光雷达四种状态之间的转换关系如图1所示。 图1. RPLidar工作状态之间的转换关系 2.2. 激光雷达与外设通信 外接设备主要包括台式机、笔记本以及Raspberry Pi等。本文所说的外接设备为笔记本电脑。由于笔记本电脑上没有直接连接到激光雷达所引出引脚的端口，因此首先需要使用USB适配器将接口转换为Micro USB端口，并通过数据线连接到笔记本。通过激光雷达引脚的TX端口进行数据传输，RX端口读取计算机给出的操作，如启动扫描请求和停止扫描请求等。PWM的控制信号是MOTOCTL，它通过调制脉冲参数，控制电机的转速。VCC和GND是5 V电源接口，它们提供传输数据和驱动电机的电压。 在外接设备的TX到RPLidar的数据传输过程中，两个信号一个接一个地发送到雷达，第一个信号是测距请求信号，第二个信号是PWM控制信号。激光雷达与外部设备之间的通讯模式如图2所示。 图2. 激光雷达与外设的通讯方式 2.3. Hector_SLAM算法 Hector_SLAM是一种二维的SLAM方法。与其他SLAM算法相比，Hector_SLAM的优势是不需要里程计信息，其姿态估计仅基于输入的激光数据，并与先验地图匹配。激光雷达的高更新频率和高精度为快速建图和姿态估计提供了强有力的硬件保障。Hector_SLAM所采用的激光匹配算法是以高斯–牛顿(Gauss-Newton)迭代公式为基础的。通过寻找移动机器人到先验地图的最佳刚体转换 ξ = [ p x     p y     ψ ] T ，使激光数据与地图达到了最优匹配。即求最小的ξ * 。 ξ * = arg ξ min ∑ i = 1 n [ 1 − M ( S i ( ξ ) ) ] 2 (2-1) 式中 M ( S i ( ξ ) ) 为地图在 S i ( ξ ) 处的值，如果接着给出一个位姿估计的初始值ξ，则Δξ的求取就转化为了通过迭代求最优化的问题。 ∑ i = 1 n [ 1 − M ( S i ( ξ + Δ ξ ) ) ] 2 (2-2) 用一阶泰勒展开式将 M ( S i ( ξ + Δ ξ ) ) 展开，并对Δξ求偏导数，得 Δ ξ = H − 1 ∑ i = 1 n [ ∇ M ( S i ( ξ ) ) ∂ S i ( ξ ) ∂ ξ ] T [ 1 − M ( S i ( ξ ) ) ] (2-3) 式中H为黑塞矩阵。 尽管Hector_SLAM算法不提供闭环检测，但它仍然适用于多种场景，能够构建出完整的环境地图，并且只需要非常少的计算量，因此算法的实用性得到了很大的提升。实际生活中，该算法已经成功地应用于智能移动机器人、交通工具和无人机等领域，再次验证了该算法的实用性 [ 12 ]。
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user: 4. 实验与结论 4.1. RPLIDAR测试 二维环境地图的构建所需要软件系统是由RoboPeak团队提供的RPLIDAR扫描屏幕的可视化软件框架抓取器。目前，该软件需要在Windows平台上运行。 首先，将SDK工具包在RPLIDAR网站上进行下载。解压缩后有两个文件夹，分别是SDK和TOOLS，其中后者不仅包含雷达串口驱动CP2102_driver，也包括Windows下的上位机软件。然后通过图6所示的接口将RPLIDAR连接到PC。 图6. Rplidar电源接口图 解压缩后根据自己版本的Windows运行不同的驱动程序，主要有X86和X64两种。在前面的步骤中安装串口驱动程序，然后插入雷达运行frame_grabber. exe，并选中COM4，如图7所示。 图7. 串口选择 图8. 实验扫描图 在实验中，实验是在16号楼516实验室，如图9所示。准备好后，将智能车放在任务开始点并打开开关键。激光雷达通信接口开始通信，设置扫描频率为12.0 Hz然后就可以在PC端看到实时扫描画面，如图8所示。通过通信接口输出到主机，完成进一步的数据处理。这其中的数据主要包括角度和距离。 图9. 实验真实环境图 4.2. 算法实现 hector_mapping是hector_slam的重要组成部分之一。显然，map就是在ROS的图形化工具rviz上的输出地图。hector_mapping是一种二维的SLAM方法，它相对于其他方法的优点是不管有没有里程计信息都可以使用，也可以在显示侧倾/俯仰运动的平台上使用，例如传感器。这种算法的实现得益于现代激光雷达技术的发展，因为它进行二维姿态估计只能依靠更新频率很快和精度很高的激光雷达系统。它的缺点是不提供确切的闭环检测，但对于许多现实世界的场景来说，它已经足够精密准确。已经成功应用在无人机、无人地面车辆、手持式地图绘制设备和四旋翼无人机的数据记录中 [ 17 ]。 图10. 移动机器人SLAM流程图 我们在分析了前文提出的改进算法的基础上，得到了整体算法的实现流程图如图10所示，本文详细的解释和阐述了ROS系统的资源及其算法。作为SLAM的结果输出，本文使用无里程计的hector_mapping这一SLAM方法，利用ROS中的hector_mapping数据包来完成输出和保存最后的环境地图。系统中使用的高更新频率的激光雷达可以在建图的同时不断进行二维位置估计。最大释然关联法常常应用在地图构建实现算法中，以栅格地图的形式表示该地图。实验是在宽约两米的实验楼五楼的走廊进行。在笔记本电脑上启动ROS系统，接着运行hector_mapping软件包启动相应的节点。具体操作步骤如下： 1、硬件设备配置：用USB接口将RPLIDAR和计算机连接起来，使RPLIDAR输出的数据能被计算机接受。 2、开启节点管理器：在使用ROS之前先运行程序$roscore，管理节点信息，保证节点之间能相互正常的通信。 3、开始构建地图命令：$roslaunch rplidar_ros view_slam.launch，在该命令运行后，系统可以连续接收从RPLIDAR输出的数据，同时构建地图、更新地图。 本文引入命令集成的形式，不但可以达到简化启动步骤的目的，还可以轻松便捷的把需要在终端里输入的命令，写入同一个启动文件。它可以节省时间，降低出错率，同时编写shell脚本，使系统能够在启动时就可以完成快速构建地图。 在SLAM过程中，机器人的位置和姿态以及地图信息共同构成了系统在环境中的状态。一方面RPLIDAR扫描得到的是它自身的特征点信息，而全局环境坐标下的信息才是构建地图所需的，因此坐标转换是必不可少的。另一方面机器人需要在全球环境坐标系中预估它的位置和姿态，并通过坐标变换计算出全局环境中特征点的坐标，从而生成地图，而机器人在完成自身位置和姿态的计算的同时实现自身在环境中的定位。如图4~6所示，本文是由节点link1_broadcaster来进行特征点的坐标转换。首先特征点的转换消息要由节点link1_broadcaster来订阅，然后该节点通过主题/tf将转换消息输出出去，最后hector_height_mapping节点只需订阅/tf节点，就能够得到特征点的转换信息。 图11. ROS中的SLAM通信网络 从图11中我们可以看出输入有四部分，它们分别为坐标系转换信息tf，静态坐标信息tf_static，激光雷达数据scan和机器人在地图上的初始位置initialpose；其中坐标系tf和地图map作为输出，进行数据采集的是节点rplidar Node，也可用于环境感知，hector_height_mapping节点完成处理传感器扫描到的数据并进行建图的功能。它们在主题模式下互相交流。最初，机器人在环境中的姿态是不确定的，在这种情况下，RPLIDAR生成的环境地图没有特征信息，只能利用部分不完整的观测信息来估计机器人在环境中的当前位置和姿态，然后当机器人继续获取特征观测信息时，根据环境中确定的位置和姿态以及相对于机器人的位置信息，在地图中添加特征信息，当移动机器人第二次观察到同一个特征点的时候，就可以获得特征点在局部环境中的实时位置信息，把坐标变换成局部环境坐标的位姿，利用之前机器人坐标系中的观测值来估计当前机器人的位姿，这就实现了环境中的定位。以上过程就是SLAM过程，将观测到的特征信息转化为地图，从而实现了地图的构建。同时，机器不断更新位置和姿态，实现了同步定位。 4.3. 实验结果与分析 通过上述步骤，在走廊实验环境中，机器人往返一圈建立了以下地图。图12显示的地图是直接使用未经处理的数据构建的，从图中可以看出，环境特征地图可以大略构建出来，但也可以很明显看出实验过程中噪音对建图影响较大。 图12. 激光原始数据直接构图 图13是在ROS系统中使用改进的SLAM算法构造的地图。结果表明，改进后的总体效果明显优于原始数据的直接构图。 图13. 算法改进后的构图
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user: 5. 总结 工业机器人越来越成为衡量一个国家科技创新发展和制造业发展的主要标志，逐渐受到全世界各个国家的重视。发达国家把机器人提升到国家战略的地位，促进了机器人产业的发展。我国“十三五”计划也以机器人为重点发展对象，机器人慢慢得到了国家的有力支持。定位与导航是移动机器人自主行走的其中一个重要方向。目前常用的两种与定位相关的硬件是激光雷达和RGBD摄像头，激光雷达通过光束可以获取360˚的环境距离数据，RGBD摄像头可以获取图像的深度数据，从而得到距目标的距离，同时，图像可以在帧间匹配，计算出物体运动的距离。 SLAM技术是研究机器人自主运动的基础，而基于激光雷达的SLAM技术应用范围很广泛。本文在研究了SLAM技术的原理、框架和模型的基础上，以机器人操作系统ROS为软件开发平台，结合其他机器人研究人员的研究成果，利用机器人SLAM平台进行了实验研究，得到满意的结果。 1) 本文在查阅国内外大量文献和相关网站的基础上，总结了本课题的研究背景和意义，并介绍了国内外移动机器人和SLAM技术的研究现状，深入分析了移动机器人自主定位导航的SLAM技术。 2) 简要介绍了Hector_SLAM算法、激光雷达测距原理、EKF滤波算法和ROS平台，建立了移动机器人构图系统的框架，并设计了测试环境，测试了该移动机器人系统。 3) 最后，以机器人操作系统为软件开发平台，以低成本激光雷达为媒介，开发了机器人SLAM平台。实验结果表明，该算法可以在低精度机器人底盘、低成本激光雷达上，实现良好的建图效果。 虽然本文对SLAM技术及机器人平台做了一定的研究，但仍然存在许多的不足，在后期工作中，还要进一步对这些不足进行改善。
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user: 摘要 北特鲁瓦油田是岩性–构造双重控制的多断块边底水油气藏，具有低孔低渗、地层压力低、易压窜底水层等改造难题。通过对该油田多井开采层含水变化情况进行分析，得出油水预测界面，对比以往安全压裂改造规模与油水纵向距离间的关系，结合地应力解释和裂缝模拟等深入研究，最后针对H817井提出连续油管水力喷砂射孔环空酸压工艺改造方案，酸化和酸压同井实施，同时采用水力喷射、组合酸、多级交替注入等集成技术模式，顺利完成14段酸化作业，取得了多项成果，如区域内相同段数规模下施工周期最短，施工后自喷生产，日产液过百方，日产气过万方。该井解决方案解决了多项改造难题，为同类井提供了技术参考。
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user: 1. 前言 对于水平井碳酸盐岩储层的酸压改造，国内外已经形成和发展了多项酸压工艺技术。按分段机械工具分主要有套管封隔器 + 滑套 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]、裸眼封隔器 + 滑套 [ 4 ]、桥塞分段 [ 5 ]、不动管柱水力喷射 [ 6 ]、连续油管拖动水力喷射 [ 7 ] [ 8 ]、暂堵分段 [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] 等多种技术。 影响水平井分段酸压改造效果的主要因素是酸液有效作用距离和酸蚀裂缝导流能力 [ 12 ]，与储层性质、酸液性质和酸压施工参数均有关系，其中酸压施工参数主要有酸液类型、施工排量、酸液规模等。目前，水平井酸压通常分段跨度都比较大，滤失也较大，造成有效作用距离较短，于是便通过加大酸液规模来弥补，但这对于底水油藏却是不可取的，因为很容易压窜水层，过快水淹。针对北特鲁瓦油田底水油藏水平井酸压，需要探索新的解决方案。
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user: 2. 目标井基本数据 北特鲁瓦油田位于扎纳诺尔油田南部30 Km处，行政上隶属于阿克纠宾州穆戈让拉斯基区和白甘宁区之间。构造上位于滨里海盆地东部边缘区 [ 13 ]。于2003年通过二维地震发现北特鲁瓦构造，后于2006年7月通过试油在石炭系碳酸盐沉积旋回中获得了油气流。 H817井为北特鲁瓦油田的一口新完钻开发水平井。该井油藏类型为岩性–构造双重控制的多断块边底水油气藏。采取反九点法井网开发，井距700 m。目的层位为KT-I，岩性为石灰岩。KT-I储层中部深度为2385 m，原始地层压力为23.46 MPa，压力系数为0.98，属正常压力系统，目前预测地层压力为15.1 MPa。KT-I油层组地温梯度1.74℃/100m，为中等地温系统，测井显示地层温度为55℃。储渗空间为孔隙型，天然裂缝不发育。水平段孔隙度为5.9%~11.4%，含油气饱和度为70.8%~85.9%，渗透率为0.4~9 md，泥质含量为2.7%~6.1%。主力油层厚度为10.4 m (垂厚8.3 m)。水平段测井解释698 m，油层钻遇率64.5%。水平段方位为314.8˚。 H817井首先实施导眼井，主眼采用三开井身结构。油层套管为177.8 mm和139.7 mm组合套管，固井完井。如图1。 图1. H817井井身结构图
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user: 3. 油藏分析评价 3.1. 油水界面分析 H817井区周边有8口邻井，其中有助于判断油水界面的井有4口井。见图2。 1) 与H817井目的层A2同层位并且动用的只有600井产水，且含水上升为2013年3月，此时邻井尚未注水，经判断出水为地层水。 2) 新完钻井598井的A2油层底界海拔−2151.6 m，生产不出水。 3) 油层位置最低部位在CT-39井，底界海拔−2155.5 m，生产几乎不出水。 4) H817导眼井解释油水同层顶界海拔−2166.0 m。 综上判断：H817井出水层位为下部A3层，油水界面位置在−2155.5 m~2158.0 m之间，若按−2155.5 m考虑，H817井A点距离油水界面49.1 m，B点距离油水界面29.7 m。 3.2. 地应力解释分析 根据10口成像测井解释成果，KT-I层最大水平主应力方向为北西–南东方向。而H817井参考方位最为可靠的范围是275˚~295˚，故取中值为285˚。H817井水平段方位为314.8˚，因此夹角29.8˚，夹角较小，不利于形成横切缝。 根据导眼井地应力解释结果显示：上部泥岩隔层应力为36.6~44 MPa；目的储层应力为33.5~36.6 MPa；下部灰岩隔层应力为36.6~37 MPa。如图3。缝高更易于向下扩展，沟通底水，因此需要适度控制改造规模。 图2. KT-I顶面构造图 图3. H817导眼井地应力解释图 3.3. 改造难点分析 1) 目前地层压力较低，地层能量亏空。 2) 水平段较短，单控储量小。 3) 水平段离油水界面较近，最短距离29.7 m，压窜水层风险较大。 4) 碳酸岩储层易产生多裂缝，液体滤失大，通常缝宽较窄，易砂堵，加砂施工风险大。 5) 井筒轴线与最大主应力方位夹角较小，不利于形成为横切缝，影响产能最大化。
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user: 4. 酸压技术研究 北特鲁瓦油田前期应用的酸压工艺有裸眼封隔器 + 滑套分段、连续油管拖动分段两种。但裸眼封隔器 + 滑套分段酸压工艺改造段数有限，储层动用差，施工排量较小，酸液滤失较大，酸压效果差 [ 14 ]；连续油管拖动动分段酸压工艺通过细密切割，取得了较好的改造效果。但由于本井是底水油藏，且有其它的改造难点，故除了采用连续油管拖动动分段酸压工艺外，还应进一步优化。提出酸化、酸压同井实施，分别进行施工参数优化；优选5种液体体系，优势互补，实现深度酸压改造。 4.1. 酸压工艺优选 本井为套管完井，水平段较长，有底水，水窜风险高。由于笼统酸压，滤失较大，有效作用距离较短，改造效果难以保证；桥塞分段酸压相应施工排量较高，酸蚀缝高容易失控，沟通底水，造成水淹；不动管柱水力喷射酸压，井下工具接触酸时间长，工程风险较高。 综合考虑工程风险、施工周期及改造需求，优选连续油管带底封拖动分段酸压工艺技术，水力喷砂射孔后，通过油套环空进行主压裂，实现水力喷射射孔与压裂联作。该酸压工艺无需另行射孔，一趟管柱可以连续施工10~16段，能减少起下钻作业次数，缩短了作业周期，能精准地在指定位置形成裂缝，易实施水平段细密切割，实现广义上的体积改造，提高酸压效果。 通过邻井分析总结出油底离底水距离大于30 m时实施酸压是安全的。由于817井油水距离是B点向A点方向逐渐增大，B点油底离油水距离最近为26 m，斜深小于3158 m后，油底与油水界面的距离大于30 m。因此考虑在3158 m附近为酸化和酸压分界点。斜深大于3158 m为酸化段，斜深小于3158 m为酸压段。同时从施工周期和施工成本综合考虑，均采用水力喷砂射孔。 4.2. 酸液体系优选 通过室内实验室的多次优选和现场多井实施的经验，经不断地改进和优化，将工作流体确定为清洁自转向酸 + 降阻酸 + 胍胶 + 闭合酸 + 活性水五种液体体系的组合。这五种液体体系各有优点 [ 15 ]，可以产生优势互补，从而取得最优的改造效果。 1) 利用降阻酸低黏度、低摩阻的特点，作为前置酸来建立排量，并形成早期导流通道，帮助后续流体顺利注入；作为交替液与转向酸多级交替注入，实现深度改造 [ 16 ]； 2) 利用清洁自转向酸变黏特性，作为主体酸，高黏时在溶蚀裂缝中暂堵转向，提高裂缝复杂程度，增大改造体积，同时实现深度均匀酸压； 3) 胍胶液具有滤失小、造缝效率高等特点，可以有效的降低酸液滤失，提高液体效率； 4) 利用闭合酸，在裂缝闭合过程中继续溶蚀缝口，防止裂缝完成闭合，从而保持裂缝高导流能力； 5) 活性水作为顶替液使用。 4.3. 压裂设计参数优化 4.3.1. 喷砂射孔参数优化 喷点选择物性好、含油气显示好，含油气段较长的位置，避开套管接箍和固井质量不好的位置。本井采用2ʺ连续油管，油管内径41.91 mm，长度5120 m。各段通过水力喷砂射孔，喷嘴数量为4个，相位角为90˚，直径为4.75 mm，射孔直径 > 20 mm，磨料采用20/40目石英砂，单段用量为0.6~1.0 m 3 。优化的喷射排量为0.8 m 3 /min，对应的射流速度为212 m/s，能够满足射孔要求 [ 5 ] [ 8 ]。 4.3.2. 主体酸压参数优化 1) 分段段数优化 因以3158 m附近为酸化和酸压分界点。斜深大于3158 m为酸化段，斜深小于3158 m为酸压段，通过产能模拟显示，共分14段为最优。前3段为酸化段，后11段为酸压段。如图4。 图4. 产能模拟优化图 2) 酸化参数优化 前3段在水平井趾端附近，物性好，但井眼相对靠近下部，油水距离较近，为了防止沟通水层，采取小排量酸化处理，段间距约30 m，通过软件模拟优化的每段酸量规模均为40 m 3 。如图5。 图5. 酸化软件模拟图 3) 酸压参数优化 后11段油水距离较远，采取大排量酸压改造，段间距范围为49~67 m，具体间距依水平段物性、含油气性固井质量等定。通过软件模拟优化的每段酸量规模为80~120 m 3 。如图6。 图6. 酸压模拟裂缝剖面图 软件模拟结果显示，施工排量小于6 m 3 /min，酸液用量在80~120 m 3 范围内，裂缝高度未出现较多无效扩展；而当施工排量6 m 3 /min时，酸液用量超过130 m 3 ，裂缝高度出现较多无效扩展。因此，本井酸液规模优化为80~120 m 3 ，排量优化为5~6 m 3 /min。如图7~10。 图7. 酸量80 m 3 ，排量4 m 3 /min，裂缝高度未出现较多无效扩展 图8. 酸量80 m 3 ，排量5 m 3 /min，裂缝高度未出现较多无效扩展 图9. 酸量80m 3 ，排量6 m 3 /min，裂缝高度未出现较多无效扩展
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user: 5. 施工及投产情况 历时3天完成全部14段施工，共注入酸量803 m 3 ，其中降阻酸312 m 3 ，清洁自转向酸270 m 3 ，闭合酸38 m 3 ，稠化酸183 m 3 ，另外胍胶液136 m 3 ，活性水580 m 3 。 施工后自喷生产，最高日产液115 m 3 ，最高日产气1.12 × 10 4 m 3 。 图10. 酸量130 m 3 ，排量6 m 3 /min，裂缝高度未出现较多无效扩展
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user: 6. 结论 底水油气藏，仍然是世界上油气开发的难点之一，特别是底水油藏中的碳酸盐岩水平井改造，存在易沟通水层、酸蚀裂缝短、改造效果差、有效生产周期短等问题。 通过对北特鲁瓦油田井H817井的具体分析，提出了多项增产措施。优选了连续油管水力喷砂射孔环空酸压工艺，并从分段数、液体体系、喷砂射孔参数、酸压施工参数等方面进行了设计优化，利用组合液体体系的优势互补，提高了溶蚀裂缝的复杂程度，实现了深度均匀酸化，利用酸化、酸压同井实施，有效降低了压窜水层的风险，为同类井提供了技术参考。
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user: 摘要 比较不同前处理方法的处理效果，选择适合松花粉中总砷测定的前处理方法。分别采用湿法消解、干法灰化对松花粉样品进行前处理，利用氢化物原子荧光法测定总砷含量。两种前处理方式的检测结果均满足方法学要求，湿法消解和干法灰化的回收率分别为91.3%~102.8%，80.2%~88.9%，精密度分别为2.06%~2.86%和8.82%~8.92%；检出限分别为0.0068、0.0046 mg/kg。湿法消解法操作简便、准确性好，适合松花粉批量产品检测。
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user: 1. 引言 松花粉在医学中又名松花，松属植物的单性花，是我国传统食药兼用的花粉品种，并于2014年列入国家中药材标准 [ 1 ]。研究发现松花粉营养成分和生物活性成分丰富，含多种蛋白质、氨基酸、酶、维生素、矿物质、核酸、黄酮类化合物、糖类化合物、胆碱、植物甾醇等200余种物质 [ 2 ] [ 3 ]，且搭配合理，营养均衡、全面，易于人体吸收。 松花粉中不仅含有大量的矿物质元素，可以有效补充人体的钙、铁、锌等，并且还对重金属离子具有一定的吸附性能 [ 4 ] [ 5 ]。松花粉中富含黄酮类、多酚类、维生素类物质，具有清除自由基、抗氧化和抑制肿瘤的功效 [ 6 ]。松花粉中膳食纤维含量很高，尤其是木质素，肠道内微生物无法消化大分子纤维类物质，有利于通便润肠 [ 6 ]。松花粉可通过调节机体的血糖和血脂的代谢。提高其糖耐量，缓解糖尿病症状 [ 7 ]。松花粉中的多糖和甾醇等物质可以调节血脂代谢 [ 8 ]。松花粉含有松树植株所具有的一切营养成分和生命活性物质，其成分稳定、易被机体吸收利用，具有延缓衰老的作用 [ 9 ]。 砷是一种对人体有害的类金属污染物。砷通过呼吸道、消化道和皮肤接触进入人体，如摄入量超过排泄量，砷就会在人体多数器官中蓄积，从而引起砷中毒。砷还有致癌作用，能引起皮肤癌。其化合物如氧化物和砷酸盐毒性较大，能够通过呼吸、饮水、食物等途径进入机体产生不同程度的毒性作用 [ 10 ] [ 11 ]。 总砷是松花粉一项重要的重金属污染物指标。对于松花粉总砷的限量要求，GB 2762-2017《食品安全国家标准食品中污染物的限量》 [ 12 ] 中明确规定了总砷含量最高为0.5 mg/kg，且标准中要求的检测标准为GB 5009.11-2014《食品安全国家标准食品中总砷及无机砷的测定》 [ 13 ]，前处理方法有湿法消解和干法灰化。 目前虽然有不同前处理方法在食品中的相关研究报道，但其研究基质主要是大米、海产品、油炸食品等，对松花粉中总砷的测定研究报道还没有。 本研究拟采用湿法消解和干法灰化两种方法分别对松花粉进行前处理，使用氢化物原子荧光法测定待测样品中总砷含量，分析比较两种不同前处理样品所测结果的精密度、准确度和检出限，从而得出适合松花粉中总砷检测的前处理方法。
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user: 2. 材料与方法 2.1. 材料与仪器 松花粉本地采购；砷：1000 mg/L，编号GSB04-1714-2004，国家有色金属及电子材料分析测试中心；实验用水Milli-Q去离子水，美国Millipore公司；所有前处理所用有机试剂均为国产分析纯。 SA710原子荧光光谱仪，北京普析通用仪器有限责任公司；0.1 mg分析天平，瑞士梅特勒公司；Research® plus 20~200 μL和10~1000 μL移液枪，德国Eppendorf公司；BGG-X8可调式电热炉，长沙实验电炉厂；马弗炉，美国CEM公司。 2.2. 实验方法 2.2.1. 试剂及标准系列溶液配制 还原剂：称取硼氢化钾10.0 g，氢氧化钠2.5 g，用超纯水溶解，定容至500 mL。 载流：5%盐酸溶液。 硫脲 + 抗坏血酸溶液：称取10.0 g硫脲，10.0 g抗坏血酸，用超纯水溶解，定容至100 mL。 标准溶液配制：通过逐级稀释砷标准储备溶液，配制成1 mg/L的砷标准中间液。取50 mL容量瓶，加入一定量1 mg/L的砷标准中间液，最后加入2.5 mL盐酸及4 mL硫脲+抗坏血酸溶液，纯水定容，混匀，配制成浓度为0、1.0、2.0、4.0、8.0、16.0、20.0 μg/L的标准系列工作溶液。 2.2.2. 样品前处理 1) 湿法消解 三个松花粉分别编号为1、2、3号，称取0.5 g样品(精确至0.0001 g)于100 mL高脚烧杯中，加入硝酸 + 高氯酸(4 + 1) 5 mL及1 mL硫酸，加盖玻璃表面皿放置过夜。次日，置电热板上消化完全，冷却至室温，加20 mL水赶酸至近0.5 mL，冷却后转入25 mL比色管中，加入硫脲+抗坏血酸溶液2 mL，用5%盐酸定容至刻度，摇匀，同时做试剂空白。 2) 干灰化法 称取0.5 g样品(精确至0.0001 g)于50 mL坩埚中，加入150 g/L的硝酸镁溶液2 mL及1 g氧化镁静置过夜，于电热板上加热炭化，炭化完全后置500℃马伏炉中灰化5 h，冷却至室温，加少许5%盐酸润湿灰分，加4 mL盐酸中和氧化镁，直至样品全部溶解，转入25 mL比色管中，加入硫脲+抗坏血酸溶液2 mL，用5%盐酸定容至刻度，摇匀，同时做试剂空白。 2.2.3. 仪器工作条件 砷空心阴极灯主电流30 mA，辅电流15 mA；负高压265 V；原子化器温度200℃；载气流量300 mL/min；屏蔽气流量600 mL/min；样品进样量1.0 mL；测量方法：标准曲线法；读数方式：峰面积；延迟时间1 s；读数时间15 s。
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user: 3. 结果与分析 3.1. 湿法消解温度的选择 湿法消解采用硝酸、高氯酸、硫酸3种混合强酸进行消解，能提高消解温度和消解效率，本实验在180℃、200℃、250℃、300℃、350℃的温度下对松花粉进行消化，发现300℃能将有机砷彻底分解成无机砷，由该消解方法得到的松花粉，加标回收率在91.8%~97.3%。 3.2. 湿法消解预还原剂的确定 无机砷的形态以砷(V)和砷(III)存在，而砷(V)不易形成挥发的砷化氢，直接用硼氢化钾还原不完全，造成测定结果偏低，需要加入足量的预还原剂才能确保As (V)完全转化为As (III)。且将高价态砷还原为三价砷需要一定的反应时间，预还原剂用量或预还原时间不足，也会导致测定结果偏低。本实验采用硫脲-抗坏血酸作为预还原剂，既提高了体系的还原能力，也延长了预还原剂的保存时间。实验表明，室温下加入100 g/L硫脲–抗坏血酸，放置30 min以上荧光强度趋于稳定。 3.3. 干灰化法覆盖层氧化镁用量的选择 氧化镁可以减少坩埚对样品的吸留，在碳化过程会快速燃烧造成砷吸收剂轻质氧化镁覆盖层的破坏，导致样品飞溅、砷化物挥发。本实验分别加入0.5、1.0、2.0、3.0 g的氧化镁，结果表明：当氧化镁浓度在1.0 g时，样品平行性较好，故本实验选择加入氧化镁的质量为1.0 g。 3.4. 载液与其浓度的确定 气态物发生需要一定的酸性环境，酸的浓度增大，荧光强度会明显增高，但酸浓度太大时荧光强度呈现下降趋势；酸浓度过低也会使砷的气态物无法形成。由于湿法消解的时候加入大量的硝酸，造成硝酸本底较高，故采用硝酸作为载液。本实验分别选取1%、5%、10%的硝酸作为载液。结果表明：硝酸浓度从1%升至5%，砷的荧光强度明显增高，当硝酸浓度继续升高至 10%时，砷的荧光强度有所减弱。因此本实验选择5% HNO 3 作为载液，在此条件下，既能得到较高的灵敏度，还减少了酸的用量，并获得满意的测定结果。 3.5. 硼氢化钾浓度的确定 在氢化物发生过程中，硼氢化钾作为还原剂对方法的灵敏度、准确度和稳定性有很大影响。硼氢化钾浓度过高，会产生大量的氢气，具有稀释作用，使荧光强度降低，方法灵敏度降低；浓度过低，还原能力差，气态物难以形成，灵敏度降低。本实验分别选取了5、10、20、30、40 g/L的硼氢化钾进行实验，结果表明：当硼氢化钾浓度在20 g/L时，荧光强度趋于稳定，故本实验选择硼氢化钾溶液浓度为20 g/L。 3.6. 线性方程 按照2.2.3设定仪器条件，仪器达到稳定后对0、1.0、2.0、4.0、8.0、16.0、20.0 μg/L的砷标准溶液进行测定，以质量浓度作为横坐标、荧光强度作为纵坐标，绘制标准曲线，结果表明，砷在0~20 μg/L质量浓度范围内线性关系良好，线性回归方程为：If = 119.0676 * C − 9.8838，相关系数为r = 0.99986。式中If为荧光强度，C为质量浓度：μg/L。 3.7. 方法检出限 分别对采用湿法消解、干灰化法处理的试剂空白溶液进行11次连续测定，根据3倍标准偏差与对应的砷工作曲线斜率分别求出湿法消解、干法灰化的仪器检出限为0.0068、0.0046 mg/kg，满足国家标准GB 5009.11-2014总砷检出限(0.010 mg/kg)的要求。 3.8. 精密度 分别对3个松花粉样品采用湿法消解、干灰化法的6个平行进行测定，结果见表1。由表1可见，两种消解方法相比干法消解结果的分散性较大，相对标准偏差比较大(8.85%~9.04%)，湿法消解的重复性比较好，相对标准偏差范围为2.06%~2.86%，精密度高。 3.9. 回收率 3份松花粉样品中取6个平行分别加入与样品测定值接近的砷标准溶液，与样品一同湿法消解、干灰化法，上机测定。结果见表2。由表2可见，两种消解方法相比干法消解回收率低，范围为82.3%~86.0%，湿法消解的回收率较高，回收率为91.8%~97.3%，结果显示湿法消解相比较于干法消解更适应于松花粉中总砷含量测定的前处理。 Table 1 Method precision experimen 样品 消解方式 测定结果(mg/kg) 平均值(mg/kg) RSD(%) 1 2 3 4 5 6 松花粉-1 湿法消解 0.133 0.125 0.136 0.130 0.129 0.131 0.131 2.86 松花粉-2 0.178 0.188 0.179 0.184 0.183 0.185 0.183 2.06 松花粉-3 0.201 0.198 0.194 0.190 0.197 0.189 0.195 2.42 松花粉-1 干灰化法 0.117 0.129 0.110 0.130 0.127 0.105 0.120 8.85 松花粉-2 0.150 0.156 0.160 0.189 0.180 0.163 0.166 9.04 松花粉-3 0.162 0.166 0.199 0.175 0.160 0.188 0.175 8.92 表1. 方法精密度实验 Table 2 Standard recovery experimen 样品号 消解方式 本底值(mg/kg) 加标量(mg/kg) 测定值(mg/kg) 回收率(%) 平均回收率(%) 松花粉-1 湿法消解 0.131 0.15 0.289 105.3 97.3 0.269 92.0 0.273 94.7 松花粉-2 0.183 0.20 0.365 91.0 91.8 0.364 90.5 0.371 94.0 松花粉-3 0.195 0.20 0.395 100.0 94.0 0.378 91.5 0.376 90.5 松花粉-1 干灰化法 0.120 0.15 0.253 88.7 86.0 0.245 83.3 0.249 86.0 松花粉-2 0.166 0.20 0.333 83.5 82.3 0.340 87.0 0.319 76.5 松花粉-3 0.175 0.20 0.341 83.0 83.8 0.323 74.0 0.364 94.5 表2. 加标回收率实验 3.10. 松花粉总砷含量测定 市面上随机采集20份样品，采用(1)湿法消解进行前处理，氢化物原子荧光法测定总砷含量。结果20分松花粉样品总砷最高值为0.195 mg/kg，最低值0.092mg/kg，均未超过GB 2762-2017《食品安全国家标准食品中污染物的限量》中总砷限量值(0.5 mg/kg)，说明松花粉中砷的含量满足要求。
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user: 4. 结论 湿法消解要注意的是湿法消解的混合酸体中硝酸的沸点为86℃，高氯酸的沸点200℃左右，硫酸沸点为338℃左右，消解要等高氯酸的白烟散尽，硫酸的白烟开始冒出，才能够冷却，加水赶酸，加水赶酸，否则消解液的酸度过高，影响测定结果 [ 14 ]。 经典的湿法消解，快速安全。优点在于，可凭经验控制温度和反应速度，样品处理速度快，方法设备普及。缺点是产生大量的有毒气体，试剂消耗量较大，空白值偏高。 干法灰化，试剂用量少，批处理样品量大，空白值低。缺点是干法消解结果低于湿法消解，原因可能是松花粉产品质轻，易燃，在碳化过程会快速燃烧造成砷吸收剂轻质氧化镁覆盖层的破坏，导致样品飞溅、砷化物挥发，另外坩埚对被测组分也有一定的吸收作用，容易导致测定结果和回收率偏低。同时由于灰化助剂本底较高，平行试验不理想，不适宜消解松花粉植物性水产品。 干法消化在结果误差大，相对标准偏差(RSD)值大，精密度差，回收率低。湿法消解法进行前处理的样品平行样结果误差小，精密度好，回收率高，准确度好；而且湿法消解在处理大批量样品时操作省时省力，更适合松花粉总砷检测前处理。 食品中砷含量的检测结果准确与否，不仅仅与样品的前处理密切相关，还取决于实验过程每一个环节，涉及实验室检测环境条件，同步的空白实验，化学试剂纯度是否符合实验要求，标准溶液是否做了期间核查及对比实验，仪器设备、玻璃量器是否经过检定及校正，仪器条件是否为最佳的测试条件，样品分析及数据处理等等。只有我们切实做好每一个环节的质量控制，才能保证食品中总砷测定结果的准确性。
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user: 摘要 目的：为提高海藻酸盐凝胶抗冻性能。方法：本实验采用罗望子胶、黄原胶、海藻糖、大豆蛋白、变性淀粉制作海藻酸钠凝胶。结果表明采用大豆蛋白、变性淀粉制作的海藻酸钠凝胶，在−18℃下冷冻4小时后解冻，解冻后凝胶质地仍较好，保水较好。本研究为冷冻海藻酸钠凝胶性能提升的可能性提供了数据支撑，为冷冻海藻酸钠产品的生产提供了理论参考。
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user: 1. 引言 冷冻食品容易保藏，能防止食品腐败变质，具有营养、卫生、方便的特点。它的市场需求量大，在发达国家占有重要地位，在发展中国家的发展也十分迅速 [ 1 ]。海藻酸盐素食凝胶食品已经越来越多的走进寻常百姓家，如海藻脆丝、海藻凉粉等，但包括素鲍鱼、素海参等冷冻凝胶产品无法使用海藻酸盐，目前多数如素海参素鱿鱼等高端冷冻素食食品仍然采用魔芋作为主要原料 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]，然而魔芋成本太高，因此，寻求新的高端素食原料势在必行。海藻酸盐凝胶作为替代魔芋的新兴胶体，具有物美价廉的优势，然而介于海藻酸盐凝胶抗冻性差，因此提高海藻酸盐凝胶抗冻性便是当务之急。近年来对海藻酸盐凝胶的常温制作储藏等研究的相对较多 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]，但对海藻酸盐凝胶的冷冻性研究很少。 本研究通过添加不同物质来研究海藻酸钠凝胶的冷冻性能，为海藻酸钠用于冷冻素食食品提供参考。
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user: 2. 材料与方法 2.1. 材料与仪器 海藻酸钠，变性淀粉，大豆蛋白，黄原胶，罗望子胶，海藻糖，食用油，单双硬脂酸甘油酯等。 TMS-Pro质构分析仪，低温冷冻冰箱，电子天平，搅拌器，斩拌机，温度计等。 2.2. 实验方法 2.2.1. 实验设计 Table 1 Design of experimental schem (300 ml) 对照 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 海藻酸钠 1.5% 1.5% 1.5% 1.5% 1.5% 1.5% 1.5% 1.5% 2.0% 罗望子胶 0 0.3% 0 0.3% 0 0 0 0 0 黄原胶 0 0 0.2% 0 0 0 0 0 0 海藻糖 0 2% 0 0 2% 0 0 0 0 大豆蛋白 0 0 0 3% 3% 3% 3% 3% 3% 变性淀粉 6% 6% 6% 3% 3% 3% 5% 10% 10% 表1. 实验方案设计 2.2.2. 凝胶制作工艺流程 1) 胶液的配置 分别按表1配制海藻酸钠溶液，再将罗望子胶、黄原胶等胶体加入海藻酸钠胶液中，制成混合胶液待用，对照组为1.5%海藻酸钠不添加额外胶体。搅拌器搅拌均匀。 2) 海藻糖预溶解 按表1所示称取一定质量的海藻糖，使用少量水溶解均匀。 3) 淀粉糊化 按称取一定质量淀粉，加热至80℃糊化后，添加至胶液中，使淀粉浓度达到3%。对照组淀粉浓度达到6%，不再添加别的物质。 4) 大豆蛋白预溶解 按表1称取一定质量的大豆蛋白用少量水溶解后加入胶液中，使用搅拌器搅拌均匀。 5) 辅料混合溶解成型 将上述辅料均加入海藻酸钠胶液中混合搅拌均匀，然后称取复配增稠剂。 MY-C103 (根据海藻酸钠浓度高低适量添加)，提前加少量水溶解，使用搅拌器或者斩拌机沿同一方向快速搅拌海藻酸钠溶液，把溶好的复配增稠剂加入到胶液中，快速搅拌30~40 s至均匀，然后倒入长方形模具，静置4~6 h左右，成型后取出，称取凝胶重量。 6) 冷冻解冻试验 将凝胶放于−18℃低温冷冻冰箱中冷冻4 h，取出冷水解冻。观察质构、出水率、风味感官评价。 2.2.3. 解冻凝胶TPA测定 取3块同样大小并排放在平板上，置于P/25探头下进行测定，每个样品至少重复3次。参数设定：力量感应元500 N，测试速率60 mm/min，回升速度60 mm/min，提升距离30 mm，压缩程度70%，最小力0.2 N。记录解冻凝胶的硬度、弹性、粘附性、咀嚼性。 2.2.4. 解冻凝胶出水率测定 冷冻前称取凝胶重量计做G1，冷冻解冻后称取凝胶重量计做G2，出水率 = (G1 − G2)/G1 ´ 100% 2.2.5. 解冻凝胶感官评价 采用九分嗜好评分法 [ 8 ] 进行评定。对解冻凝胶的外观、软硬、韧性、光滑性、切面平整性以及整体接受程度进行喜好评分，1到9分别代表极度不喜欢、非常不喜欢、适度不喜欢、轻微不喜欢、既不喜欢也不讨厌、轻微喜欢、适度喜欢、非常喜欢、极度喜欢。整个评定过程由11个培训过的感官评价员进行评定 [ 1 ]。 2.3. 数据分析处理 数据统计采用SPSS 16.0分析软件进行分析，运用方差分析法(analysis ofvariance， ANOVA)进行显著性分析，显著水平值为P < 0.05。
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user: 3. 结果与分析 3.1. 不同添加物对解冻凝胶质构的影响 3.1.1. 不同添加物对解冻凝胶硬度的影响 由图1可知，对照组的硬度最低，其次A1至A8的硬度变化是逐渐呈递增趋势，可见，添加大豆蛋白对解冻后凝胶的硬度提升明显；后面A5至A8的变化趋势逐渐趋于平缓，可知添加物不变，只是改变含量，硬度也略有提高但不明显。这与张中义等研究相似，可能是大豆分离蛋白的水化作用阻碍了水分的迁移和重结晶，改善了肉馅的凝胶结构和质构特性 [ 9 ]。 图1. 不同添加物对解冻凝胶硬度的影响 3.1.2. 不同添加物对解冻凝胶弹性的影响 由图2可知，对照组弹性最低，其次A1至A8的弹性变化是逐渐呈递增趋势，可见，添加大豆蛋白对解冻后凝胶的弹性提升明显；后面A6至A8的变化趋势逐渐趋于平缓，可知添加物不变，只是改变含量，弹性也略有提高但不明显。可能因为，在范德华力、疏水相互作用和氢键作用下，大豆蛋白吸附到体液中的冰核表面，仰制冰核生长并降低冰点 [ 10 ]。 图2. 不同添加物对解冻凝胶弹性的影响 3.1.3. 不同添加物对解冻凝胶粘附性的影响 由图3可知，对照组粘附性最低，其次A1至A8的粘附性变化是逐渐呈递增趋势，可见，添加大豆蛋白、变性淀粉对解冻后凝胶的粘附性提升明显，可能因为，变性淀粉改性后性能更稳定；后面A6至A8的变化趋势逐渐趋于平缓，可知添加物不变，只是改变含量，粘附性也略有提高但不明显。 3.1.4. 不同添加物对解冻凝胶咀嚼性的影响 由图4可知，对照组咀嚼性最低，其次A1至A8的咀嚼性变化是逐渐呈递增趋势，可见，添加大豆蛋白对解冻后凝胶的咀嚼性提升明显；后面A5至A8的变化趋势逐渐趋于平缓，可知添加物不变，只是改变含量，咀嚼性也略有提高但不明显。 3.2. 不同添加物对解冻凝胶出水率的影响 由图5可知，对照组出水率最高，其次A1至A8的出水率变化是逐渐呈下降趋势，可见，添加大豆蛋白可明显降低解冻后凝胶的出水率；后面A6至A8的变化趋势逐渐趋于平缓，可知添加物不变，只是改变含量，出水率也略有降低但不明显。可能因为变性淀粉，使淀粉极性增强，亲水能力增大，使其具有较强的抗凝沉性，较高的膨胀度、透明度，使出水率降低，保水性增大 [ 11 ]。 图3. 不同添加物对解冻凝胶粘附性的影响 图4. 不同添加物对解冻凝胶咀嚼性的影响 图5. 不同添加物对解冻凝胶出水率的影响 3.3. 不同添加物对解冻凝胶感官评分的影响 由表2可知，从外观、软硬、韧性、光滑性、切面平整性和总体接受程度看，添加大豆蛋白后冷冻凝胶，解冻后感官评分逐渐提高，A6至A8整体评分相对较高，三组无显著性差异(P > 0.05)；A1至A3和对照组，冷冻后，表面褶皱不光滑，切面出现大孔径间隙。总体来说，添加大豆蛋白后，冷冻凝胶解冻后品质较好，感官评分较高。 Table 2 Effect of different additives on the sensory score of thawed gel 组别 外观 软硬 韧性 光滑性 切面平整性 总体评分 对照 1.02 a 1.37 a 1.24 a 1.01 a 1.03 a 1.12 a A1 1.32 a 1.48 a 1.42 a 1.47 a 1.26 a 1.41 a A2 1.56 a 2.31 ab 1.76 a 2.51 b 1.35 a 2.01 ab A3 3.46 b 2.58 b 2.37 ab 4.32 c 4.86 b 4.11 b A4 6.32 c 4.85 c 4.67 c 6.84 d 7.13 c 6.14 c A5 7.92 cd 6.52 d 5.74 c 8.14 e 8.32 cd 8.17 d A6 8.11 d 7.25 d 7.68 d 8.74 ef 8.68 d 8.23 de A7 8.63 de 8.12 e 7.89 de 9.13 f 9.24 e 8.95 e A8 8.85 e 8.76 e 8.47 e 9.38 f 9.27 e 9.41 e 表2. 不同添加物对解冻凝胶感官评分的影响 注：相同字母表示差异不显著，不同字母表示差异显著。
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user: 4. 结论 随着添加大豆蛋白，提高海藻酸钠和变性淀粉的含量，冷冻凝胶解冻后的凝胶质构与冻前的差异越来越小，出水率明显降低，总体感官评分相对较高，说明大豆蛋白、变性淀粉对冷冻解冻后的凝胶的品质能够明显改善，因此，对海藻酸钠制作的凝胶的抗冻性具有明显的改善效果。
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user: 摘要 SCN2A (Sodium voltage-gated channel alpha subunit 2)基因编码的神经元电压门控钠通道Nav1.2是中枢神经系统表达的四个钠通道类似物之一，在大脑中分布广泛，参与一系列神经元动作电位的启动和传导。SCN2A基因突变所致的癫痫表型谱广，其基因突变类型和临床表型之间有很强的相关性，既可表现为良性预后的癫痫，也可表现为癫痫性脑病。SCN2A基因突变可为遗传性突变或新生突变，且突变类型多样，其中以错义突变最常见。该文就近年来SCN2A基因突变相关的癫痫研究进展进行阐述，总结其临床特征及遗传学特点，为治疗提供新思路。
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user: 1. 引言 癫痫作为神经系统最常见的疾病之一，世界卫生组织的调查数据显示，世界范围内的癫痫患病率为0.4%~0.7%，且癫痫在儿童中的发病率高于成人 [ 1 ]，其反复发作可导致运动及感觉障碍、认知障碍、精神异常或者自主神经系统紊乱，而离子通道基因在癫痫的发病中起到了非常重要的作用。编码钠离子通道的SCN2A基因位于染色体2q24.3，该基因突变所引起的癫痫表型谱广，包括轻度的癫痫综合征、癫痫性脑病和严重的发育障碍。SCN2A基因可以常染色体显性遗传，其突变类型包括新生突变和遗传性突变，基因突变的位点不同，患儿的临床症状及预后也因此不同。近些年在癫痫的发作机制方面取得的研究进展对于癫痫治疗有很大的帮助，研究癫痫的发作机制以及基因突变类型和临床表型之间的相关性，对于癫痫治疗有极大帮助。
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user: 2. SCN2A基因的结构和功能 2.1. SCN2A基因的结构 SCN2A基因位于人类2号染色体(2q24.3)上，包含26个外显子，编码2005个氨基酸，编码产物NaV1.2蛋白是中枢神经系统表达的四个钠通道类似物之一，与另外三个钠通道类似物Nav1.1 (SCN1A)、Nav1.3 (SCN3A)、Nav1.6 (SCN8A)一起参与一系列神经元动作电位的启动和传导 [ 2 ]。 2.2. Nav1.2的结构 Nav1.2是由四个高度相似的结构域(I， II， III， IV)组成的假四聚体蛋白，每个结构域包含６个跨膜片段S1~S6，其中S1~S4形成电压敏感结构域，S4构成电压传感器，对膜的胞内侧和胞外侧的电荷差异很敏感，S5~S6形成孔环和DEKA选择性过滤器 [ 3 ]。Nav1.2在人类的中枢神经系统中分布很广泛，主要分布在兴奋性神经元轴突起始段、未髓鞘化轴突部位，且在皮质、海马、纹状体、中脑中呈高表达，与动作电位的产生有着密切关系。在皮质结构中，Nav1.2和Nav1.6主要在兴奋性谷氨酸神经元中共表达，而在小脑皮层中，主要在兴奋性颗粒细胞的无髓轴突中表达 [ 4 ]。 2.3. SCN2A基因的功能 SCN2A基因编码的电压门控钠离子通道Nav1.2，多表达于发育中的脑及朗飞节和轴突起始段，主要参与动作电位初始的钠离子快速流入以及动作电位的传播，在兴奋性神经元动作电位的形成及传播中及神经元塑形过程中起重要作用。因此，SCN2A基因突变主要影响胎儿期的神经发育，但也有可能引起迟发性神经系统疾病。 SCN2A基因的表达开始于妊娠早期，表达高峰在出生前后，在神经元兴奋性中起主导作用，对神经元动作电位的启动和传播至关重要 [ 5 ]。高峰表达过后Nav1.2的功能在很大程度上被SCN8A编码的Nav1.6取代，一旦动作电位由Nav1.6启动，Nav1.2将有助于动作电位反向传播到躯体树突，这些反向传播的动作电位可以影响许多功能，如：活性依赖的基因转录、突触整合和突触可塑性 [ 6 ]。 SCN2A基因对维持正常中枢神经系统的功能非常重要，编码Nav1.2的SCN2A基因发生突变，主要引起神经元细胞膜上钠离子通道的结构及功能异常，造成神经元异常放电。通常情况下，钠离子通道处于备用状态、激活状态和失活状态三种功能状态之一，往往需经过激活、失活、失活恢复三个步骤才能进入后续激活状态，钠离子通道所在的功能状态，决定着其是否具有发生动作电位的活性，编码钠离子通道的基因发生错义突变则可影响上述三个步骤 [ 2 ]。由SCN2A基因的错义突变引起的氨基酸序列的微小变化可导致钠离子通道的功能改变，包括钠离子通道功能增强、钠离子通道功能减弱或两者兼具。错义突变导致的蛋白质改变几乎全部位于离子通道功能的重要区域，位于发育高度保守区域的氨基酸与通道功能相关，因此在发生错义突变后会导致功能改变 [ 7 ]。
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user: 3. SCN2A基因的遗传学特征 SCN2A基因以常染色体显性方式遗传，近年来已报道多种SCN2A基因突变类型，包括错义突变、框内碱基缺失或插入突变、无义突变、移码突变、剪切位点突变，其中以错义突变最为常见 [ 8 ]。另外，SCN2A基因突变可分为遗传性突变或新生突变，文献报道：遗传性突变多见于预后良好的良性家族性新生儿癫痫、良性家族性新生儿–婴儿癫痫、良性家族性婴儿癫痫和全面性癫痫伴热性惊厥附加症等 [ 9 ] [ 10 ]，而新生突变多见于预后不良的癫痫性脑病，如：大田原综合征 [ 11 ]、婴儿癫痫伴游走性局灶性发作 [ 12 ]、婴儿痉挛症 [ 13 ]、Lennox-Gastaut综合征和不能分类的早发性癫痫性脑病 [ 14 ] 等。
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user: 4. SCN2A基因突变所致癫痫类型 SCN2A基因与神经系统发育密切相关，SCN2A基因突变可导致癫痫、智力障碍、精神分裂症、孤独症谱系障碍性疾病以及其他神经系统疾病。SCN2A基因突变具有表型异质性，不同突变位点所造成的癫痫表型各异，该基因是多种癫痫综合征的致病基因，与其相关的癫痫表型谱很广 [ 15 ]，神经发育障碍性疾病的遗传学研究发现SCN2A基因主要与以下三种疾病相关： 4.1. 良性家族性新生儿–婴儿癫痫(Benign Familial Neonate-Infant Epilepsy， BFNIE) BFNIE是一种常染色体显性遗传性癫痫，是首次报道的SCN2A基因突变相关癫痫表型，其变异有可能是新生突变，也有可能是遗传性突变。癫痫发作年龄从生后第一天至23个月不等，大约一半的患儿在新生儿期发病，主要发作类型为无热性局灶性发作，继发全面性发作，发作间期脑电图多呈局灶性或多灶性棘波，但部分病例的脑电图正常 [ 13 ]，一般在2岁左右好转，少部分患者在儿童期出现其他类型癫痫，但总体预后良好，没有明显神经系统后遗症。报道显示，无论是否予以抗癫痫治疗，绝大多数患儿均在1岁以内缓解，可见其病程存在一定自限性。 4.2. 癫痫性脑病 这类疾病根据发病年龄可分为两个年龄组，小于和大于3月龄，这一分组对于预测药物治疗反应有所帮助，对于长期预后及预测其他系统共患病意义不大 [ 12 ]。 4.2.1. 发病年龄小于3月龄 癫痫在出生后3月内出现，多于新生儿期发病，癫痫通常表现为局灶性、强直性、强直性阵挛性发作和痉挛，部分可归类为癫痫综合征，最常见的是大田原综合征(Otawara Syndrome， OS)和婴儿癫痫伴游走性局灶性发作(Epilepsy of infancy with migrating focal seizures， EIMFS)。这类突变通常为钠通道功能增强型突变(Gain-of-function， GOF)，钠通道阻滞剂治疗有效，尤其是苯妥因，60%患儿的癫痫可得到控制，其中2/3在1岁内缓解，1/3在儿童期缓解 [ 16 ]。 4.2.2. 发病年龄大于3月龄 癫痫通常在出生后3月出现，多于4岁之前发作，这类疾病包括婴儿痉挛症、Lennox-Gastaut综合征、肌阵挛性强直性癫痫、Dravet样综合征和不能分类的早发性癫痫性脑病等。这类突变包括钠通道功能缺失型突变(Loss-of-function， LOF)或兼有GOF和LOF的错义突变。钠通道阻滞剂对这类癫痫无效，甚至可能导致癫痫发作加重，非钠通道阻滞剂可能有效。这些癫痫综合征往往发作频繁、药物难以控制，报道仅有35%可达到缓解 [ 17 ]。 这两组癫痫性脑病患儿均报道有智力障碍，在晚发型癫痫性脑病中，在癫痫发作前认知水平可从正常到严重迟缓。在这些表型中都可存在许多合并症 [ 18 ]，如孤独症谱系障碍、肌张力减退、运动障碍、小脑畸形、脑和/或小脑萎缩、胼胝体发育不良及髓鞘化不良等。 4.3. 孤独症谱系障碍/智力障碍 这类疾病通常在出生后6月内发育正常，其后出现中度的运动发育迟缓和严重的语言发育迟缓。这类患者一般喜欢与亲近的人进行身体接触，拒绝与他人或新奇的物体接触，倾向于重复动作，很少主动发起社交活动及眼神接触，对他人的社交暗示反应迟钝。约有1/3病例出现癫痫发作，通常在18个月至4岁之间，这类突变通常为钠通道功能缺失型突变，对非钠通道阻滞剂治疗有反应 [ 19 ]，癫痫发作通常与发育延迟有关，特别是发作严重时会出现发育倒退。 SCN2A基因突变相关患者，大部分予以钠离子通道阻滞剂，如奥卡西平、卡马西平、苯妥英钠、拉莫三嗪等，可有效控制癫痫发作，但有部分患儿无效甚至加重。其原因可能是与发病早晚、对钠通道阻滞剂反应与SCN2A的不同突变功能特性相关。早期发病的相关突变可导致钠通道活性增加，予以钠通道阻滞剂治疗后效果良好，而晚发型相关突变则多致钠通道功能减低甚至丧失，故予以钠通道阻滞剂不仅无效甚至可能导致癫痫发作加重 [ 14 ]。