分析化学中化学计量学应用探究

摘 要：随着东西方科学技术的交流，中国的化学学科也学习西方进行了更加详细的分支，其中作为新兴学科的化学计量学属于起步较晚的科目，同时牵涉的科目也更广泛，具体有数学、统计学、应用数学和计算机应用技术、计算机基础、编程等等相关学科，因而学好化学计量学意味着同时学好多门学科，进行交叉性学习知识。化学计量学涉及化学测量的全部过程，样本分析、实验设计、调整与提升、因变量和自变量的处理优化和数据研究都包含在化学计量学中。化学计量学的主要任务是对化学测量得到的数据和样本进行分析和处理，按照化学计量的流程操作，在运用计算机技术筛选后选择最合适的结果。化学计量学的兴起解决了传统化学中很多难以解决的问题，也衍生出了化学应用探究的新方向。本文将从引入化学计量学的六个领域或方面进行研究和探讨。

关键词：分析化学;化学计量学;应用探究

引言：

随着时代的发展和科学技术的进步，与高新技术产业和信息化數字化结合的化学计量法引入了分析化学的研究分析领域。在此之前化学定量一直是研究者必须深入思考分析的重点。作为化学研究中最重要的化学定量，其主要分化的研究方向有三个方面：物质的化学成分、结构和性质。在分析过程中，化学计量学的应用为化学研究增添了新鲜血液，在传统使用图形和数值分析的手段基础上引入了新的手段。

一、引入化学计量法后的化学测量更加现代化数字化

传统化学测量在研究过程中难免出现误差或者错误，但是随着时代发展，计算机技术引入实验室，这也推动了化学测量领域走向先进化。然而化学设备虽然能够使实验得到更加准确的数据，但筛选数据仍然是一个难题，化学计量学的出现就解决了这个问题。为了成功实现化学测量的探索，可以借助化学计量法已经成熟的分离解析技术，通过高维仪器对数据分组进行调整以及校对。通过这一技术，无论最后得到了多么庞大的数据，都可以充分运用化学计量学的手段，做好化学测量，进行方便地筛选。

二、以学科交叉和多层次传播为代表的化学计量学在化学定量构效关系中的运用

所有研究化学的化学家以及实验者都在开始之前必须确定研究方法，防止研究方向出现偏移。随着化学领域的不断发展和开拓，只借助传统画图和数值研究的手段已经不能得到更加详细和精确的物质化学成分和组成结构。应当将得到的数据和推测与物理、生物、科学的相关知识联系起来，充分利用多学科之间相互联系融合的原理，借助学科交叉和多学科融合的思想进行全方面的研究。在分析化学中，全局最优算法已经得到了广泛应用，例如利用多层次传播模型中的误差反向传播来测验苯酚衍生物的活性就是交叉运用多学科知识的化学计量学的体现。

三、推广模式辨别方法的化学计量法部分在分析化学中的应用

模式识别法指的是根据化学量测数据矩阵，将样本按照样本的不同性质进行分类和特征选取的方法。从作为训练点的原始数据出发，进行特征抽取选择，或者直接从未知样板本出发，在训练和分类后，寻找恰当的判断依据后，进行预报。由于在多维模式空间中的相对位置中，数据的分布并不相同，根据量测参量抓取其中不同的数据组，都是模式识别的方法。而模式识别法的研究在决策和过程优化中提供了具有高实用价值的信息，为我国化学化工、石油开发、材料化学、油田研究等等领域难题提供了研究新思维[1]。其中K-最邻近法以及线性学习机的运用具有重大的影响。SIMCA法也是化学计量学中不可缺失的一大部分。SIMCA的步骤为首先输入原始数据，在数据预处理后，进行无监督的主成分分类，再进入循环阶段，对变量进行加权处理后，选择主成分建模主成分数目，讨论是否存在异常点，如果有，那么从主成分建模开始再循环，如果没有异常点，那么再分析是否还有其他类，如果有，那么重复上述步骤，如果没有就可以进行分析评价，最后再讨论是否重新建模，如果需要再重复上述的步骤，如果不需要就可以根据之前的固有模板去判断未知样本。SIMCA法的实际应用领域涉及范围广，已经包括经济、教育、科研等等方面[]。

四、以人工神经网络为代表的生物化学领域中化学计量学的充分表现

化学计量学在人工神经网络中的运用起到了开创先例的作用。那么人工神经网络是什么？人工神经网络是模拟动物或者人类的思维方式进行的神经元和神经脉冲行为，采取分层处理筛选选择数据的计算机数学模型。通过借助网络手段和错综复杂的信息网络，不断根据科研需要改变程序设定过程中预留的可调节关键点的数据，进而使信息得到充分地利用，并在演算过程中自主具有学习和适应的能力[3]。利用网络，可以完善很多数据处理和分析工作，帮助解决很多非线性的数据，例如很多数据在筛选之后传统手段并不具有将数据模拟人脑的思考方式来分析解决的能力。在遗传算法中，在对之前实验中的数据分析后会得到一定的规律，就可以有选择地设置波长波形，对人脑的思维进行尽可能地模拟，引入化学计量法还能实现多台操作仪器的互联实现数据共享。人工神经网络的应用领域包括分析基因谱图、完善补充图库、分析预测药物和新型化合物化学物质以及化工产品的效果，预测研究变质蛋白质的结构。

五、以化学计量学为主要代表的先进体系在波普化学领域的广泛运用

波普化学离不开波谱分析。波谱分析的应用范围广泛，例如光谱和质谱的分析方法就是波谱分析的体现。化学计量学的出现为研究波普化学提供了新思路和新方向，增加了科技手段。借助化学计量学，可以充分实现滤波，平滑，交换，卷积等等以往较难实现的任务要求，这样不但能够分析本学科化学的研究，还能综合运用其他科目的知识，实现学科交叉的最终目的，为解决不同物种如何共存、相同物种如何保持数量等等一系列难题提供了更加科学和体系化的手段。

六、化学多元校正分析法中化学计量学的应用

多元分析法随着时代的发展已经成为了化学研究的一种潮流，主要表现方面有，研究对象和研究目标的多元化[4]。但是对于化学研究者来说，却增加了更大的难题。化学研究者必须在短时间内进行精确而清晰的定位和定量，这样才能不错过最佳实验和数据总结时间。因此在这样的大环境中，多元校正法应运而生，化学计量法也得到了更大范围的推广。因此从总体来看，多元校正法扮演的是数学领域的统计数据法。多元统计法有着明显的优势，对研究的敏感性、检测度、精密程度都提出了更高水平的要求。在化学实验中，化学计量法的运用完善了实验，也为多元校正法带来更大的发展空间。

七、结束语

化学计量法的出现为分析化学领域的发展带来了新机遇新思路，但是也带来了新挑战，因此在大力推广化学计量法运用的同时，要不断完善实验过程，开发新技术，申请国家专项资金，积极引入国内外先进科技设备，与国际接轨，推动分析化学迈上新台阶。

参考文献：

[1]黄丹.浅谈化学计量学在分析化学中的应用及发展前景[J].今日科 苑.2019（08）.

[2]周统武，蔡娟.化学计量学的学科现状与发展方向[J].中国科技信息， 2019（03）.

[3]周南.关于“分析化学中的计量学与质量保证”的国际研讨会[J].理化 检验（化学分册），2020（03）.

[4]房靖.化学计量学在分析化学中的应用及发展前景[J].科技资讯，2018 （21）.

作者简介：

曹远理1986/06/20，性别：男，民族：汉，籍贯：江西九江，

职务/职称：热工理化计量主管，学历：大专，研究方向：化学计量

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