導(dǎo)語：化學(xué)計量學(xué)發(fā)展論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要評述了化學(xué)計量學(xué)在我國近年來的發(fā)展，包括多元校正與分辨、穩(wěn)健方法、化學(xué)模式識別、化學(xué)定量構(gòu)效關(guān)系、分子模擬與優(yōu)化、化學(xué)專家系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫等主要分支，其中特別對近年來得到飛速發(fā)展的新技術(shù)如高維數(shù)據(jù)解析方法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波變換給出了較詳細的介紹。

關(guān)鍵詞化學(xué)計量學(xué)發(fā)展中國

化學(xué)計量學(xué)(Chemometrics)在我國發(fā)展已有20多年的歷史，是一門化學(xué)與統(tǒng)計學(xué)、數(shù)學(xué)、計算機科學(xué)交叉所產(chǎn)生的新興的化學(xué)學(xué)科分支。它運用數(shù)學(xué)、統(tǒng)計學(xué)、計算機科學(xué)以及其他相關(guān)學(xué)科的理論與方法，優(yōu)化化學(xué)量測過程，并從化學(xué)量測數(shù)據(jù)中最大限度地提取有用的化學(xué)信息［1］。它與基于量子化學(xué)的計算化學(xué)(ComputationalChemistry)的不同之點只在于化學(xué)計量學(xué)是以化學(xué)量測量為其基點，實質(zhì)上是化學(xué)量測的基礎(chǔ)理論與方法學(xué)［2］。

由于“十年動亂”的影響，使我國在化學(xué)計量學(xué)的發(fā)展方面略遲于歐美，但在化學(xué)界前輩的積極倡導(dǎo)和國家自然科學(xué)基金委的支持下，80年代以來，我國的化學(xué)計量學(xué)研究得到了飛速發(fā)展，到現(xiàn)在已發(fā)展成為一門在國際上有一定影響的獨立的化學(xué)學(xué)科分支，已出版了多本化學(xué)計量學(xué)方面的專著和相應(yīng)的教材［3］，并在中國科學(xué)院的多個研究所和國內(nèi)多個知名大專院校建立了隊伍穩(wěn)定的化學(xué)計量學(xué)研究小組，取得了一批具有國際先進水平的成果。8年前，我們曾在第二屆斯堪的那維亞國際化學(xué)計量學(xué)大會上對我國的化學(xué)計量學(xué)發(fā)展主要成果進行過一次綜論［4］，在此，僅就近10年來化學(xué)計量學(xué)在我國的發(fā)展情況作出簡要介紹。

化學(xué)計量學(xué)為化學(xué)量測提供理論和方法，為各類波譜及化學(xué)量測數(shù)據(jù)的解析，為化學(xué)化工過程的機理研究和優(yōu)化提供新途徑，它涵蓋了化學(xué)量測的全過程，包括采樣理論與方法、試驗設(shè)計與化學(xué)化工過程優(yōu)化控制、化學(xué)信號處理、分析信號的校正與分辨、化學(xué)模式識別、化學(xué)過程和化學(xué)量測過程的計算機模擬、化學(xué)定量構(gòu)效關(guān)系、化學(xué)數(shù)據(jù)庫、人工智能與化學(xué)專家系統(tǒng)等，是一門內(nèi)涵相當(dāng)豐富的化學(xué)學(xué)科分支?；瘜W(xué)計量學(xué)的發(fā)展為化學(xué)各分支學(xué)科、其中特別是分析化學(xué)、環(huán)境化學(xué)、藥物化學(xué)、有機化學(xué)、化學(xué)工程等，提供了不少解決問題的新思路、新途徑和新方法。

化學(xué)計量學(xué)發(fā)展成為化學(xué)與分析化學(xué)學(xué)科的一個獨特分支。兩個重要的條件與因素推動了這方面的發(fā)展。首先，化學(xué)與分析化學(xué)中大量涌現(xiàn)的現(xiàn)代化學(xué)量測儀器，使化學(xué)與分析化學(xué)家比以往任何時侯都更容易獲得大量化學(xué)量測數(shù)據(jù)。這種情況，在過去是難以想象的。到20世紀(jì)80年代，在分析測試或化學(xué)量測中，人們第一次發(fā)現(xiàn)，取得數(shù)據(jù)甚至大量數(shù)據(jù)已不是最困難的一步。最難解決的瓶頸問題是這些數(shù)據(jù)的解析及如何從中提取所需的有用化學(xué)信息?；瘜W(xué)家與分析化學(xué)家首次遇到類似行為科學(xué)家或經(jīng)濟學(xué)家所遇到的大量數(shù)據(jù)如何處理的問題?；瘜W(xué)家與分析化學(xué)家比較幸運。因為大量現(xiàn)代分析測試儀器出現(xiàn)帶來“數(shù)據(jù)爆炸時代”，也正是計算機普及的時代。這就構(gòu)成了化學(xué)計量學(xué)發(fā)展的第二個條件。為了對極為復(fù)雜的化學(xué)量測數(shù)據(jù)（其中負(fù)載著在分子水平上表征物質(zhì)世界的信息）進行解析，化學(xué)家、分析化學(xué)家利用可在計算機上實現(xiàn)的許多強有力的數(shù)學(xué)方法，包括一些相關(guān)學(xué)科發(fā)展的數(shù)據(jù)與信號處理新方法，從多維化學(xué)量測數(shù)據(jù)中提取有用的相關(guān)化學(xué)信息。如果說經(jīng)典分析化學(xué)是得首先依賴費時而麻煩的化學(xué)或物理的方法來對很多復(fù)雜化學(xué)體系進行純組分分離，即采用單變量校正方法進行定性定量分析的話，那么，現(xiàn)代分析化學(xué)家面對的則是各種將分析分離技術(shù)集于一體的高維儀器所產(chǎn)生的巨量分析信號，藉化學(xué)計量學(xué)發(fā)展的新型分析信號的多元校正與分辨方法［5］來進行復(fù)雜多組分體系的定性定量解析，高維數(shù)據(jù)解析的化學(xué)計量學(xué)方法現(xiàn)已進入可用來解決分析化學(xué)中實際難題的程度，將這些方法用于復(fù)雜環(huán)境樣本、中草藥中單位藥及復(fù)方分析等［6］，取得了很多令人振奮的結(jié)果。繼續(xù)進行高維數(shù)據(jù)、特別是針對可產(chǎn)生三維數(shù)據(jù)的新型儀器的化學(xué)計量學(xué)算法的研究現(xiàn)仍是一個研究的熱點，我國的化學(xué)計量學(xué)研究在此方面取得了居于國際先進水平的成果［7］。多元校正與分辨一直就是分析化學(xué)計量學(xué)研究的主要內(nèi)容，在此方面，中國科技大學(xué)、清華大學(xué)、石油化工科學(xué)研究院、沈陽藥科大學(xué)、中國藥科大學(xué)、同濟大學(xué)、天津大學(xué)、廈門大學(xué)、蘭州大學(xué)、江西大學(xué)、西北大學(xué)、華中理工大學(xué)、湖南大學(xué)等單位做了大量的研究工作［8］。將化學(xué)計量學(xué)方法固化于新設(shè)計的分析儀器之中，以構(gòu)建新型智能分析儀器，是一個值得繼續(xù)研究的方向。另一方面，由于近年來計算機科學(xué)及信息科學(xué)的長足發(fā)展，它們的發(fā)展也為化學(xué)計量學(xué)注入了新鮮血液，我國在分析信號處理新方法，其中特別是小波分析(waveletanalysis)的引入，為分析信號的壓縮、去噪、分辨及背景消除等帶來新思路和新方法，從對近年來在此方面的綜述來看，可以說，我國在小波分析用于分析信號處理研究的方面是處于國際先進水平的，中國科技大學(xué)、中山大學(xué)、香港理工大學(xué)等單位的化學(xué)計量學(xué)研究小組在此方面作出了大量有水平的研究［9］。另外，有關(guān)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(artificialneuralnetworks，ANN)［10］新技術(shù)、基于自然計算的全局最優(yōu)算法如模擬退火(simulatedannealing,SA)和遺傳算法(geneticalgorithm,GA)［11］，信息科學(xué)中的圖象分析(imageanalysis,IA)方法，統(tǒng)計學(xué)中研究熱烈的穩(wěn)健方法(robustmethods,RM)［12］等新型化學(xué)計量學(xué)方法的引入也取得很多可喜的成果。采樣理論這一重要的化學(xué)計量學(xué)研究分支，過去未引起必要的重視，近期有關(guān)研究小組如南開大學(xué)等單位倡導(dǎo)開展了這方面研究［13］。

化學(xué)模式識別的研究提供的是對決策和過程優(yōu)化很有實用價值的信息，為我國石油化工、材料化學(xué)等帶來了解決研究難題的新思路，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的新方法，為化學(xué)模式識別提供了研究的新機遇。無論在化學(xué)模式識別的方法和應(yīng)用方面，我國都取得了不少優(yōu)秀成果，中國科學(xué)院上海冶金研究所的化學(xué)計量學(xué)研究小組先后用化學(xué)模式識別的方法成功地解決了50多個石油化工過程優(yōu)化、材料設(shè)計等方面中的實際難題。化學(xué)模式識別方法用于分析化學(xué)、物理化學(xué)、無機化學(xué)、藥物化學(xué)、食品化學(xué)、農(nóng)業(yè)化學(xué)、醫(yī)藥化學(xué)和環(huán)境化學(xué)等學(xué)科的研究在我國也取得了不少成果，浙江大學(xué)、中國科技大學(xué)、沈陽藥科大學(xué)、中國藥科大學(xué)、同濟大學(xué)、中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所、湖南大學(xué)等單位在此方面做了大量工作［14］。

化學(xué)定量構(gòu)效關(guān)系（QSAR）的研究，是一個涉及到化學(xué)學(xué)科的一個帶根本性的問題，即如何從物質(zhì)的化學(xué)成分與結(jié)構(gòu)來定量預(yù)測其化學(xué)特性，也可以說是理論化學(xué)研究中的一個最重要目標(biāo)。目前，由于藥學(xué)發(fā)展的需要，將基于量子化學(xué)計算的分子模擬與QSAR研究結(jié)合起來，為尋求有生物和藥理活性的先導(dǎo)化合物提供了一個新途徑，我國在這方面也已取得引人注目的成就［15］。將全局最優(yōu)算法如模擬退火和遺傳算法的引入分子力學(xué)的尋優(yōu)，以指導(dǎo)最佳先導(dǎo)化合物的尋找，是化學(xué)計量學(xué)家的貢獻，現(xiàn)已在QSAR的研究中得到了廣泛的應(yīng)用。QSAR通過直接研究可量測化學(xué)量及某些量化參數(shù)與化合物的某些已知化學(xué)特性之間的已知數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)計回歸（多元校正）和模式識別的方法來建立一種模式，從而達到預(yù)測化合物特性的目的,建立起某些化學(xué)結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系來指導(dǎo)進一步的實驗研究。目前，用ANN來進行QSAR研究頗引人注目，在模式分類與定量構(gòu)效關(guān)系研究中展現(xiàn)了很好的應(yīng)用前景。在QSAR的研究中，南開大學(xué)、北京大學(xué)、中國科學(xué)院上海藥物研究所、中國科學(xué)院化工冶金研究所、中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所的化學(xué)計量學(xué)研究小組將分子模擬與QSAR研究相結(jié)合，并直接用于指導(dǎo)實際的藥物合成，取得了很好的研究成果［16］。在QSAR研究中，化合物結(jié)構(gòu)的拓樸表征是另一個重要的課題，如何采用圖論和數(shù)值方法來表征各種化合物分子，并將所得數(shù)值結(jié)果與實際量測的化合物的物理、化學(xué)和生物學(xué)特性連接起來，也是目前化學(xué)計量學(xué)研究的一個重要問題。我國的化學(xué)計量學(xué)研究工作者在此方面也做了不少有意義的工作［17］。

波譜化學(xué)是分析化學(xué)與有機化學(xué)家都十分關(guān)注的一個領(lǐng)域，怎樣利用現(xiàn)存波譜數(shù)據(jù)庫，如質(zhì)譜、紅外光譜、核磁共振譜、色譜的保留時間庫以及吸收與發(fā)射光譜等為復(fù)雜分析體系進行快速定性定量分析，一直是分析化學(xué)家們努力的目標(biāo)；而如何利用上述各種波譜為新合成的有機化合物定結(jié)構(gòu)，則是有機化學(xué)家們手中必不可少的解析手段。計算機技術(shù)，其中特別是智能數(shù)據(jù)庫與化學(xué)專家系統(tǒng)技術(shù)為此提供了進行上述解析的新途徑。我國的化學(xué)計量學(xué)工作者在此方面也做了大量富有成果的工作。中國科學(xué)院上海有機化學(xué)研究所、中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所、中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所、中國科學(xué)院化工冶金研究所，南開大學(xué)、南京大學(xué)、東北師范大學(xué)、廈門大學(xué)、湖南大學(xué)等單位都先后建立了多種波譜的數(shù)據(jù)庫和專家系統(tǒng)［18］，如13CNMR譜圖數(shù)據(jù)庫和結(jié)構(gòu)解析專家系統(tǒng)（ESESOC）、高效液相色譜專家系統(tǒng)、紅外、質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫與專家系統(tǒng)、ICP發(fā)射光譜專家系統(tǒng)等，他們用計算機進行各類波譜（包括核磁共振譜、質(zhì)譜、紅外光譜等）模擬，并用聯(lián)合波譜庫和專家系統(tǒng)進行結(jié)構(gòu)自動解析與推導(dǎo)，選擇各類儀器（色譜與光譜）的最佳量測和分離條件、進行各類波譜數(shù)據(jù)庫的知識開發(fā)，并在各類數(shù)據(jù)庫的網(wǎng)絡(luò)化上也做了大量工作［19］。

1997年，在國家自然科學(xué)基金委的全力支持下，由湖南大學(xué)與挪威Bergen大學(xué)合作，在張家界舉行了我國的第一次國際化學(xué)計量學(xué)會議，與會代表120多人，其中來自歐美及亞洲各地14個國家的境外代表60多人，會議的議題幾乎覆蓋了前述化學(xué)計量學(xué)研究的各個領(lǐng)域，還特別為化學(xué)計量學(xué)在工業(yè)中的應(yīng)用開辟了一個專門議題。該會議已在國際化學(xué)計量學(xué)刊物“ChemometricsandIntelligentLaboratorySystems”出版了會議論文專輯［20］，收集了44篇會議，其中我國作者占了28篇，第一次較系統(tǒng)地向國際化學(xué)計量學(xué)界展示了我國的化學(xué)計量學(xué)研究的實力，說明我國的化學(xué)計量學(xué)研究已與國際接軌。

化學(xué)計量學(xué)誕生至今，已有近30年歷史，其發(fā)展前景亦是一個令人關(guān)注的問題。從分析化學(xué)與化學(xué)計量學(xué)的關(guān)系可以看出，化學(xué)計量學(xué)的發(fā)展將對分析化學(xué)產(chǎn)生深刻影響，已構(gòu)成分析化學(xué)第二層次基礎(chǔ)理論和方法學(xué)的重要組成部分，特別值得提出的是，化學(xué)計量學(xué)的發(fā)展還將為分析儀器的智能化提供新理論和新方法，為新型高維聯(lián)用儀器的構(gòu)建提供新思路和新方法，是21世紀(jì)分析儀器軟件主體化發(fā)展的新突破口。此外，隨著微型計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，對于化學(xué)波譜庫的建立與檢索方法以及化學(xué)人工智能和專家系統(tǒng)的研究也將取得長足進步。在采用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將多種波譜儀器連接的基礎(chǔ)上，將數(shù)值化計算技術(shù)（近年來化學(xué)計量學(xué)方法學(xué)發(fā)展的主體）與傳統(tǒng)的基于經(jīng)驗的邏輯推理方法的有機結(jié)合，可望解決化合物結(jié)構(gòu)自動解析的難題，并使得長期困擾分析化學(xué)家的混合物波譜同時定性定量解析成為可能。在分析化學(xué)領(lǐng)域中，化學(xué)計量學(xué)的發(fā)展前景十分誘人。另外，化學(xué)計量學(xué)與其他化學(xué)學(xué)科分支，如環(huán)境化學(xué)、食品化學(xué)、農(nóng)業(yè)化學(xué)、醫(yī)藥化學(xué)、化學(xué)工程等學(xué)科，將產(chǎn)生更密切的聯(lián)系，得到更廣泛的應(yīng)用。隨著各化學(xué)分支學(xué)科的發(fā)展，可以預(yù)期，化學(xué)計量學(xué)也將繼續(xù)得到更蓬勃的發(fā)展。

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