[科普中国]-化学计量学

简介

国际化学计量学学会给化学计量学作出了如下的定义：化学计量学是一门通过统计学或数学方法将对化学体系的测量值与体系的状态之间建立联系的学科。

由于化学反应而引起反应物系组成变化的计算方法，是对反应过程进行物料衡算和热量衡算的依据之一。

它应用数学、统计学和其他方法和手段（包括计算机）选择最优试验设计和测量方法，并通过对测量数据的处理和解析，最大限度地获取有关物质系统的成分、结构及其他相关信息。1

提出化学计量学是瑞典Umea 大学S.沃尔德(S.Wold)在1971年首先提出来的。1974年美国B.R.科瓦斯基和沃尔德共同倡议成立了化学计量学学会。化学计量学在80年代有了较大的发展，各种新的化学计量学算法的基础及应用研究取得了长足的进展，成为化学与分析化学发展的重要前沿领域。它的兴起有力地推动了化学和分析化学的发展，为分析化学工作者优化试验设计和测量方法、科学处理和解析数据并从中提取有用信息，开拓了新的思路，提供了新的手段。80年代，化学计量学课程开始进入化学教学大纲，化学计量学期刊问世。90年代后，化学计量学得到广泛推广与应用。1

研究对象化学计量学的研究对象是有关化学量测的基础理论和方法学。它所研究的内容包括：统计学和统计方法；分析信息理论；采样；试验优化与设计；分析校正理论；分析信号检测和分析信号处理；化学模式识别；图像分析；构效关系研究；人工智能和专家系统；人工神经元网络与自适应化学模式识别；库检索等。1

相关任务其任务是研究有关化学测量的理论与方法学，应用数学、统计学与信息理论、计算机科学的方法和手段，科学地设计化学实验，选择最优的测量方法，最有效地获取体系有用的特征数据，并通过解析测量数据最大限度地从中提取有关物质的定性、定量、形态、结构等信息。它是一门正在发展的新兴学科，其主要研究内容包括统计学与统计方法、校正理论、模型估计和参数估计、实验设计和优化方法、分析信号处理、化学模式识别、定量构效关系、人工智能和专家系统、软件和库检索等。1

化学计量学三要素1. 评估和解析化学数据或分析数据。

2. 优化和涉及化学或分析过程及实验。

3. 从实验数据中提取最大限度的化学和分析信息。

化学计量学正是以研究过程中的方法选择、数据处理、信息提取及结果解释为主要研究内容。

化学计量学就是化学量测的基础理论与方法学。

化学计量学所涉及的问题，很多是分析化学的基础性问题，可以说它是分析化学的第二层次的基础理论的重要组成部分。1

应用在化学定量构效关系方面的应用化学定量构效关系是在进行化学实验过程中研究化学学科的主要问题，主要通过定量的方面对材料的化学组成、结构等进行仔细的分析，作为化学实验过程中的一个重要步骤，因为对物质进行化学方面的组成、结构分析是理论化学中最重要的一个问题。在定量构效关系中利用图论及数值表示各种化合物的定量组成，并将物理、化学及生物中的知识应用与化学实验之中，这是目前化学研究过程中的重要研究方法，很好的表述出了研究问题的特征量及定量关系的组成。并且在目前的实验应用中，还将化学定量构效方法应用于分子力学的全局优化算法之中，并且得到了很好的效果，加快了化学定量构效关系的应用，帮助找到了更多的指导化合物，受到实验人员的广泛欢迎。2

化学计量学模式识别方法在分析化学的应用在化学计量学中，进行识别模式的过程中，主要利用化学测量数据矩阵，将采集好的样本分为几个部分，分别进行选取。在测量的过程中，由于处在多维模式空间里，因此相对位置并不是一成不变的，这样就得利用线性做好来判断分析法和最邻近法。在进行决策的过程中，模式识别的方法往往能够为决策提供意想不到的材料内容。现如今模式识别的方法已经在石油化工和材料化学领域中崭露头角。K － 最邻近法是从伏安波汇总对重叠的伏安响应信号进行分类，将K － 最邻近法用于电位阶伏安波及毛细管曲线分类的过程中，从而成功表征有机化合物的构效关系。而在食品鉴定过程中，SMCA 则独占鳌头。因此可以说，模式识别的方法在分析化学中已经起到了越来越重要的作用。2

化学计量学应用于人工神经网络中随着现在生物学研究的发展，人们在研究神经网络的同时，也提出了人工神经网络的概念，由于神经网络系统是十分复杂的网络，所带来的问题是巨大的，因此它面临着很多难题，最基本的是解决有大量简单神经元进行模拟大脑网络的行为，由于大脑的的神经网络具有一定的组织及结构，并时刻处理着大量的信息。所以在进行对神经网络系统进行模拟时，就需要对相关的大量数据进行分类及处理，这里就提高了人工神经网络的多方面应用，特别的应用于化学问题中的多变化的数据处理问题之中，多包含些结构关系不确定的非线性数据。当前的人工神经网络的应用，在药物分子的药效预测蛋白质结构的方面已经有了相应的报道，体现了化学计量学的应用中的人工神经网络受到了极大的欢迎，并应用到了多个领域之中。2

化学计量学波普化学的应用在研究化学的过程中，如何利用好波普数据库一直是专家学者研究的重点。研究重点包括了如何做好对波普数据库的质谱，核磁共振谱，色谱的定量分析工作。化学计量学就为研究波普数化学数据库的工作提出了新的思路。在化学计量学的帮助下，可以做到滤波、平滑、交换、卷积的工作，这样一来便能够带分析化学的发展，轻松解决共存性的物种和未知的生物测定难题。2

前景抗氧化剂方面的利用抗氧化剂是为了阻止或延长食品氧化的物质，可以保证食品在长期储存中的可以食用性，但在抗氧化剂都含有一定的危害性，长期的食用会对人体造成严重的危害，所以对抗氧化剂物质种类及含量的分析就显得尤为重要。目前对抗氧化剂的分析方法多采用色谱法和光度法，但这两种分析方法中，针对于抗氧化剂中复杂的物质分析是远远达不到要求的，所以就需要加强对方法的改进。当分析方法引入多元校正分析法之后，对使用汤料抗氧化剂中的含量进行了重新的分析，汤料被磨成粉之后提取出抗氧化剂，然后进行对物质含量的测量分析，明显提高了分析的效果与质量，化学计量学在抗氧化剂方面的应用得到了广泛应用。2

应用于合成色素色素是我们生产生活中十分重要的物质，我们多数将它作为非营养物质的食品添加剂，一般我们将色素分为两类，一种是天然色素，一种是合成色素。天然色素在我们的应用及使用中是较为安全的，主要应用于食品级化妆产品之中，但是天然的色素存在着容易分解、不易保存和不能拼色的缺点，所以人们着手研究人工合成的色素，它们避免了天然色素在使用过程中的不足，相比有种种的优势。但人工合成的色素对人体危害性较大，过量的使用会对人体造成严重的危害，所以人们在合成过程中应用了多重方式进行合成，主要有色谱法、分光光度发和电分析化学的方法进行色素的合成，但电分析化学的方法仍有些不足，随着方法的改进，加入了化学计量学中的多元校正的方法，很好地改进了该方法，并可以进行准确的预测，克服色素之间的竞争吸附而引起的误差，提高了灵敏度，增加了合成的效率及质量。2