分析化學(xué)中化學(xué)計(jì)量學(xué)應(yīng)用探究

摘 要：隨著東西方科學(xué)技術(shù)的交流，中國的化學(xué)學(xué)科也學(xué)習(xí)西方進(jìn)行了更加詳細(xì)的分支，其中作為新興學(xué)科的化學(xué)計(jì)量學(xué)屬于起步較晚的科目，同時(shí)牽涉的科目也更廣泛，具體有數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、編程等等相關(guān)學(xué)科，因而學(xué)好化學(xué)計(jì)量學(xué)意味著同時(shí)學(xué)好多門學(xué)科，進(jìn)行交叉性學(xué)習(xí)知識(shí)?；瘜W(xué)計(jì)量學(xué)涉及化學(xué)測(cè)量的全部過程，樣本分析、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、調(diào)整與提升、因變量和自變量的處理優(yōu)化和數(shù)據(jù)研究都包含在化學(xué)計(jì)量學(xué)中?；瘜W(xué)計(jì)量學(xué)的主要任務(wù)是對(duì)化學(xué)測(cè)量得到的數(shù)據(jù)和樣本進(jìn)行分析和處理，按照化學(xué)計(jì)量的流程操作，在運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)篩選后選擇最合適的結(jié)果。化學(xué)計(jì)量學(xué)的興起解決了傳統(tǒng)化學(xué)中很多難以解決的問題，也衍生出了化學(xué)應(yīng)用探究的新方向。本文將從引入化學(xué)計(jì)量學(xué)的六個(gè)領(lǐng)域或方面進(jìn)行研究和探討。

關(guān)鍵詞：分析化學(xué);化學(xué)計(jì)量學(xué);應(yīng)用探究

引言：

隨著時(shí)代的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，與高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和信息化數(shù)字化結(jié)合的化學(xué)計(jì)量法引入了分析化學(xué)的研究分析領(lǐng)域。在此之前化學(xué)定量一直是研究者必須深入思考分析的重點(diǎn)。作為化學(xué)研究中最重要的化學(xué)定量，其主要分化的研究方向有三個(gè)方面：物質(zhì)的化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。在分析過程中，化學(xué)計(jì)量學(xué)的應(yīng)用為化學(xué)研究增添了新鮮血液，在傳統(tǒng)使用圖形和數(shù)值分析的手段基礎(chǔ)上引入了新的手段。

一、引入化學(xué)計(jì)量法后的化學(xué)測(cè)量更加現(xiàn)代化數(shù)字化

傳統(tǒng)化學(xué)測(cè)量在研究過程中難免出現(xiàn)誤差或者錯(cuò)誤，但是隨著時(shí)代發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)引入實(shí)驗(yàn)室，這也推動(dòng)了化學(xué)測(cè)量領(lǐng)域走向先進(jìn)化。然而化學(xué)設(shè)備雖然能夠使實(shí)驗(yàn)得到更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，但篩選數(shù)據(jù)仍然是一個(gè)難題，化學(xué)計(jì)量學(xué)的出現(xiàn)就解決了這個(gè)問題。為了成功實(shí)現(xiàn)化學(xué)測(cè)量的探索，可以借助化學(xué)計(jì)量法已經(jīng)成熟的分離解析技術(shù)，通過高維儀器對(duì)數(shù)據(jù)分組進(jìn)行調(diào)整以及校對(duì)。通過這一技術(shù)，無論最后得到了多么龐大的數(shù)據(jù)，都可以充分運(yùn)用化學(xué)計(jì)量學(xué)的手段，做好化學(xué)測(cè)量，進(jìn)行方便地篩選。

二、以學(xué)科交叉和多層次傳播為代表的化學(xué)計(jì)量學(xué)在化學(xué)定量構(gòu)效關(guān)系中的運(yùn)用

所有研究化學(xué)的化學(xué)家以及實(shí)驗(yàn)者都在開始之前必須確定研究方法，防止研究方向出現(xiàn)偏移。隨著化學(xué)領(lǐng)域的不斷發(fā)展和開拓，只借助傳統(tǒng)畫圖和數(shù)值研究的手段已經(jīng)不能得到更加詳細(xì)和精確的物質(zhì)化學(xué)成分和組成結(jié)構(gòu)。應(yīng)當(dāng)將得到的數(shù)據(jù)和推測(cè)與物理、生物、科學(xué)的相關(guān)知識(shí)聯(lián)系起來，充分利用多學(xué)科之間相互聯(lián)系融合的原理，借助學(xué)科交叉和多學(xué)科融合的思想進(jìn)行全方面的研究。在分析化學(xué)中，全局最優(yōu)算法已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，例如利用多層次傳播模型中的誤差反向傳播來測(cè)驗(yàn)苯酚衍生物的活性就是交叉運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)的化學(xué)計(jì)量學(xué)的體現(xiàn)。

三、推廣模式辨別方法的化學(xué)計(jì)量法部分在分析化學(xué)中的應(yīng)用

模式識(shí)別法指的是根據(jù)化學(xué)量測(cè)數(shù)據(jù)矩陣，將樣本按照樣本的不同性質(zhì)進(jìn)行分類和特征選取的方法。從作為訓(xùn)練點(diǎn)的原始數(shù)據(jù)出發(fā)，進(jìn)行特征抽取選擇，或者直接從未知樣板本出發(fā)，在訓(xùn)練和分類后，尋找恰當(dāng)?shù)呐袛嘁罁?jù)后，進(jìn)行預(yù)報(bào)。由于在多維模式空間中的相對(duì)位置中，數(shù)據(jù)的分布并不相同，根據(jù)量測(cè)參量抓取其中不同的數(shù)據(jù)組，都是模式識(shí)別的方法。而模式識(shí)別法的研究在決策和過程優(yōu)化中提供了具有高實(shí)用價(jià)值的信息，為我國化學(xué)化工、石油開發(fā)、材料化學(xué)、油田研究等等領(lǐng)域難題提供了研究新思維[1]。其中K-最鄰近法以及線性學(xué)習(xí)機(jī)的運(yùn)用具有重大的影響。SIMCA法也是化學(xué)計(jì)量學(xué)中不可缺失的一大部分。SIMCA的步驟為首先輸入原始數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)預(yù)處理后，進(jìn)行無監(jiān)督的主成分分類，再進(jìn)入循環(huán)階段，對(duì)變量進(jìn)行加權(quán)處理后，選擇主成分建模主成分?jǐn)?shù)目，討論是否存在異常點(diǎn)，如果有，那么從主成分建模開始再循環(huán)，如果沒有異常點(diǎn)，那么再分析是否還有其他類，如果有，那么重復(fù)上述步驟，如果沒有就可以進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，最后再討論是否重新建模，如果需要再重復(fù)上述的步驟，如果不需要就可以根據(jù)之前的固有模板去判斷未知樣本。SIMCA法的實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域涉及范圍廣，已經(jīng)包括經(jīng)濟(jì)、教育、科研等等方面[]。

四、以人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為代表的生物化學(xué)領(lǐng)域中化學(xué)計(jì)量學(xué)的充分表現(xiàn)

化學(xué)計(jì)量學(xué)在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的運(yùn)用起到了開創(chuàng)先例的作用。那么人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是什么？人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是模擬動(dòng)物或者人類的思維方式進(jìn)行的神經(jīng)元和神經(jīng)脈沖行為，采取分層處理篩選選擇數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)模型。通過借助網(wǎng)絡(luò)手段和錯(cuò)綜復(fù)雜的信息網(wǎng)絡(luò)，不斷根據(jù)科研需要改變程序設(shè)定過程中預(yù)留的可調(diào)節(jié)關(guān)鍵點(diǎn)的數(shù)據(jù)，進(jìn)而使信息得到充分地利用，并在演算過程中自主具有學(xué)習(xí)和適應(yīng)的能力[3]。利用網(wǎng)絡(luò)，可以完善很多數(shù)據(jù)處理和分析工作，幫助解決很多非線性的數(shù)據(jù)，例如很多數(shù)據(jù)在篩選之后傳統(tǒng)手段并不具有將數(shù)據(jù)模擬人腦的思考方式來分析解決的能力。在遺傳算法中，在對(duì)之前實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)分析后會(huì)得到一定的規(guī)律，就可以有選擇地設(shè)置波長波形，對(duì)人腦的思維進(jìn)行盡可能地模擬，引入化學(xué)計(jì)量法還能實(shí)現(xiàn)多臺(tái)操作儀器的互聯(lián)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域包括分析基因譜圖、完善補(bǔ)充圖庫、分析預(yù)測(cè)藥物和新型化合物化學(xué)物質(zhì)以及化工產(chǎn)品的效果，預(yù)測(cè)研究變質(zhì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。

五、以化學(xué)計(jì)量學(xué)為主要代表的先進(jìn)體系在波普化學(xué)領(lǐng)域的廣泛運(yùn)用

波普化學(xué)離不開波譜分析。波譜分析的應(yīng)用范圍廣泛，例如光譜和質(zhì)譜的分析方法就是波譜分析的體現(xiàn)。化學(xué)計(jì)量學(xué)的出現(xiàn)為研究波普化學(xué)提供了新思路和新方向，增加了科技手段。借助化學(xué)計(jì)量學(xué)，可以充分實(shí)現(xiàn)濾波，平滑，交換，卷積等等以往較難實(shí)現(xiàn)的任務(wù)要求，這樣不但能夠分析本學(xué)科化學(xué)的研究，還能綜合運(yùn)用其他科目的知識(shí)，實(shí)現(xiàn)學(xué)科交叉的最終目的，為解決不同物種如何共存、相同物種如何保持?jǐn)?shù)量等等一系列難題提供了更加科學(xué)和體系化的手段。

六、化學(xué)多元校正分析法中化學(xué)計(jì)量學(xué)的應(yīng)用

多元分析法隨著時(shí)代的發(fā)展已經(jīng)成為了化學(xué)研究的一種潮流，主要表現(xiàn)方面有，研究對(duì)象和研究目標(biāo)的多元化[4]。但是對(duì)于化學(xué)研究者來說，卻增加了更大的難題?；瘜W(xué)研究者必須在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行精確而清晰的定位和定量，這樣才能不錯(cuò)過最佳實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)總結(jié)時(shí)間。因此在這樣的大環(huán)境中，多元校正法應(yīng)運(yùn)而生，化學(xué)計(jì)量法也得到了更大范圍的推廣。因此從總體來看，多元校正法扮演的是數(shù)學(xué)領(lǐng)域的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)法。多元統(tǒng)計(jì)法有著明顯的優(yōu)勢(shì)，對(duì)研究的敏感性、檢測(cè)度、精密程度都提出了更高水平的要求。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，化學(xué)計(jì)量法的運(yùn)用完善了實(shí)驗(yàn)，也為多元校正法帶來更大的發(fā)展空間。

七、結(jié)束語

化學(xué)計(jì)量法的出現(xiàn)為分析化學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展帶來了新機(jī)遇新思路，但是也帶來了新挑戰(zhàn)，因此在大力推廣化學(xué)計(jì)量法運(yùn)用的同時(shí)，要不斷完善實(shí)驗(yàn)過程，開發(fā)新技術(shù)，申請(qǐng)國家專項(xiàng)資金，積極引入國內(nèi)外先進(jìn)科技設(shè)備，與國際接軌，推動(dòng)分析化學(xué)邁上新臺(tái)階。

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作者簡(jiǎn)介：

曹遠(yuǎn)理1986/06/20，性別：男，民族：漢，籍貫：江西九江，

職務(wù)/職稱：熱工理化計(jì)量主管，學(xué)歷：大專，研究方向：化學(xué)計(jì)量

（廣州廣電計(jì)量檢測(cè)（杭州）有限公司? ?浙江? 杭州? 311200）