1、第第1 1頁頁/ /共共66頁頁化學(xué)計(jì)量學(xué)化學(xué)計(jì)量學(xué)第一章第一章 概論概論第第2 2頁頁/ /共共66頁頁化學(xué)計(jì)量學(xué)化學(xué)計(jì)量學(xué) ChemometricsChemometrics is a new chemical discipline is a new chemical discipline that uses the theory and methods from mathematics, that uses the theory and methods from mathematics, statistics, computer science and other related stat

2、istics, computer science and other related disciplines to optimize the procedure of chemical disciplines to optimize the procedure of chemical measurement, and to extract chemical information measurement, and to extract chemical information as much as possible from chemical data. as much as possible

3、 from chemical data. ChemometricsChemometrics could be defined as a discipline of could be defined as a discipline of fundamental theory and methodology of chemical fundamental theory and methodology of chemical measuring.measuring. 化學(xué)計(jì)量學(xué)化學(xué)計(jì)量學(xué)運(yùn)用數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、以及運(yùn)用數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、計(jì)算機(jī)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

4、從化其他相關(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)中最大限度地獲取有用的化學(xué)信息，可以說是學(xué)量測數(shù)據(jù)中最大限度地獲取有用的化學(xué)信息，可以說是一門化學(xué)量測的基礎(chǔ)理論與方法學(xué)。一門化學(xué)量測的基礎(chǔ)理論與方法學(xué)。第第3 3頁頁/ /共共66頁頁為什么為什么 科學(xué)的發(fā)展與技術(shù)的進(jìn)步使得化學(xué)量測工作儀科學(xué)的發(fā)展與技術(shù)的進(jìn)步使得化學(xué)量測工作儀器化、自動化和計(jì)算機(jī)化?，F(xiàn)代分析儀器能迅器化、自動化和計(jì)算機(jī)化?，F(xiàn)代分析儀器能迅速、準(zhǔn)確地為人們提供大量可靠的量測數(shù)據(jù)。速、準(zhǔn)確地為人們提供大量可靠的量測數(shù)據(jù)?；瘜W(xué)工作者面臨著如何選擇合適的實(shí)驗(yàn)方法和化學(xué)工作者面臨著如何選擇合適的實(shí)驗(yàn)方法和最優(yōu)量測過程，對

5、原始量測數(shù)據(jù)進(jìn)行再加工，最優(yōu)量測過程，對原始量測數(shù)據(jù)進(jìn)行再加工，從而最大限度地提取有用的化學(xué)及其相關(guān)信息。從而最大限度地提取有用的化學(xué)及其相關(guān)信息。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法在化隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法在化學(xué)中應(yīng)用的日益廣泛和深入，一門嶄新的化學(xué)學(xué)中應(yīng)用的日益廣泛和深入，一門嶄新的化學(xué)分支學(xué)科誕生了。分支學(xué)科誕生了。第第4 4頁頁/ /共共66頁頁相關(guān)儀器相關(guān)儀器 光譜與波譜分析儀器光譜與波譜分析儀器( (原子光譜、分子光譜、核磁、質(zhì)譜原子光譜、分子光譜、核磁、質(zhì)譜) ) 電化學(xué)分析儀器電化學(xué)分析儀器( (電導(dǎo)、電位、電解、極譜、伏安電導(dǎo)、電位、電解、極譜、伏安) ) 色

6、譜分析儀器色譜分析儀器( (氣相、液相、離子、毛細(xì)管電泳氣相、液相、離子、毛細(xì)管電泳) ) 流動注射分析儀器流動注射分析儀器 熱分析儀器熱分析儀器 儀器聯(lián)用儀器聯(lián)用第第5 5頁頁/ /共共66頁頁儀器聯(lián)用儀器聯(lián)用 高校液相色譜高校液相色譜- -二極管陣列（二極管陣列（HPLC-DADHPLC-DAD） 氣相色譜氣相色譜- -質(zhì)譜（質(zhì)譜（GC-MSGC-MS） 氣相色譜氣相色譜- -質(zhì)譜質(zhì)譜- -質(zhì)譜（質(zhì)譜（GC-MS-MSGC-MS-MS） 毛細(xì)管電泳毛細(xì)管電泳- -二極管陣列（二極管陣列（CE-DADCE-DAD） 液相色譜液相色譜- -質(zhì)譜（質(zhì)譜（LC-MSLC-MS） 液相色譜液相色譜-

7、 -核磁共振譜（核磁共振譜（LC-NMRLC-NMR）復(fù)雜分析體系分析、大量的化學(xué)信息分析，儀器的發(fā)展、分析方法的發(fā)展復(fù)雜分析體系分析、大量的化學(xué)信息分析，儀器的發(fā)展、分析方法的發(fā)展第第6 6頁頁/ /共共66頁頁分析化學(xué)的發(fā)展分析化學(xué)的發(fā)展 分析化學(xué)是發(fā)展和應(yīng)用各種方法、儀器和分析化學(xué)是發(fā)展和應(yīng)用各種方法、儀器和策略，以獲得有關(guān)物質(zhì)在空間和時(shí)間方面策略，以獲得有關(guān)物質(zhì)在空間和時(shí)間方面組成和性質(zhì)的一門科學(xué)，是表征和量測的組成和性質(zhì)的一門科學(xué)，是表征和量測的科學(xué)，也是研究分析方法的科學(xué)。它可向科學(xué)，也是研究分析方法的科學(xué)。它可向人們提供物質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息和物質(zhì)的化學(xué)組人們提供物質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息和物質(zhì)的化

8、學(xué)組成、含量等信息。成、含量等信息。第第7 7頁頁/ /共共66頁頁分析化學(xué)第三次變革分析化學(xué)第三次變革（1 1）計(jì)算機(jī)控制的分析數(shù)據(jù)采集與處理：）計(jì)算機(jī)控制的分析數(shù)據(jù)采集與處理：實(shí)現(xiàn)分析過程的連續(xù)、快速、實(shí)時(shí)、智能；實(shí)現(xiàn)分析過程的連續(xù)、快速、實(shí)時(shí)、智能；促進(jìn)化學(xué)計(jì)量學(xué)的建立。促進(jìn)化學(xué)計(jì)量學(xué)的建立。（2 2）化學(xué)計(jì)量學(xué)：利用數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法化學(xué)計(jì)量學(xué)：利用數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法設(shè)計(jì)選擇最佳分析條件，獲得最大程度的設(shè)計(jì)選擇最佳分析條件，獲得最大程度的化學(xué)信息。化學(xué)信息。化學(xué)信息學(xué)：化學(xué)信息處理、查詢、挖掘、優(yōu)化等?；瘜W(xué)信息學(xué)：化學(xué)信息處理、查詢、挖掘、優(yōu)化等。（3 3）以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的新儀器的出現(xiàn)

9、：）以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的新儀器的出現(xiàn)：傅里葉變換紅外；色傅里葉變換紅外；色- -質(zhì)聯(lián)用儀。質(zhì)聯(lián)用儀。大量科學(xué)家因發(fā)明新技術(shù)、新儀器而獲得諾貝爾化學(xué)獎！大量科學(xué)家因發(fā)明新技術(shù)、新儀器而獲得諾貝爾化學(xué)獎！第第8 8頁頁/ /共共66頁頁 化學(xué)計(jì)量學(xué)是數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)、化學(xué)及計(jì)算機(jī)科學(xué)化學(xué)計(jì)量學(xué)是數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)、化學(xué)及計(jì)算機(jī)科學(xué)三者相互交叉而形成的一門邊緣學(xué)科，是化學(xué)中三者相互交叉而形成的一門邊緣學(xué)科，是化學(xué)中很具有魅力和應(yīng)用前景十分廣泛的新興分支學(xué)科。很具有魅力和應(yīng)用前景十分廣泛的新興分支學(xué)科。 按照國際化學(xué)計(jì)量學(xué)學(xué)會（按照國際化學(xué)計(jì)量學(xué)學(xué)會（ICSICS）的定義：化學(xué)計(jì)）的定義：化學(xué)計(jì)量學(xué)是化學(xué)的一門分支

10、學(xué)科。它應(yīng)用數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，量學(xué)是化學(xué)的一門分支學(xué)科。它應(yīng)用數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，設(shè)計(jì)或選擇最優(yōu)量測程序和實(shí)驗(yàn)方法，并通過解析化學(xué)設(shè)計(jì)或選擇最優(yōu)量測程序和實(shí)驗(yàn)方法，并通過解析化學(xué)量測數(shù)據(jù)而獲取最大限度的信息。量測數(shù)據(jù)而獲取最大限度的信息。第第9 9頁頁/ /共共66頁頁分析化學(xué)與分析科學(xué)分析化學(xué)與分析科學(xué) 1 1、分析科學(xué)是分析化學(xué)發(fā)展新時(shí)期。分析化學(xué)、分析科學(xué)是分析化學(xué)發(fā)展新時(shí)期。分析化學(xué)= =分析科學(xué)。分析科學(xué)。 2 2、“分析科學(xué)分析科學(xué)”這個(gè)名稱，標(biāo)志著這個(gè)名稱，標(biāo)志著 分析化學(xué)的內(nèi)涵和分析化學(xué)的內(nèi)涵和外延有了跨越式發(fā)展，其特色包括外延有了跨越式發(fā)展，其特色包括“過程分析過程分析”、“智

11、能分析智能分析儀器儀器”、“活體分析活體分析活體分析活體分析”以及更多的聯(lián)用技術(shù)等；以及更多的聯(lián)用技術(shù)等； 分析化學(xué)工作者的角色已經(jīng)從分析化學(xué)工作者的角色已經(jīng)從數(shù)據(jù)的提供者數(shù)據(jù)的提供者躍居為躍居為問題的解決問題的解決者者； 分析化學(xué)將成為一門立足化學(xué)學(xué)科，與多學(xué)科廣泛交分析化學(xué)將成為一門立足化學(xué)學(xué)科，與多學(xué)科廣泛交叉、為多學(xué)科服務(wù)的一門學(xué)科，逐漸完善和發(fā)展自己的獨(dú)特理叉、為多學(xué)科服務(wù)的一門學(xué)科，逐漸完善和發(fā)展自己的獨(dú)特理論體系的科學(xué)分支。論體系的科學(xué)分支。 3 3、“分析科學(xué)分析科學(xué)”時(shí)代將帶來生產(chǎn)和教學(xué)模式的革新。時(shí)代將帶來生產(chǎn)和教學(xué)模式的革新。第第1010頁頁/ /共共66頁頁 高鴻先生高

12、鴻先生3030多年前就預(yù)言：多年前就預(yù)言：“數(shù)學(xué)在分析化學(xué)中的數(shù)學(xué)在分析化學(xué)中的應(yīng)用日益重要，如果說應(yīng)用日益重要，如果說6060年代是分析化學(xué)與電子學(xué)年代是分析化學(xué)與電子學(xué)結(jié)合的時(shí)代，結(jié)合的時(shí)代，7070年代是分析化學(xué)與電子計(jì)算機(jī)結(jié)合年代是分析化學(xué)與電子計(jì)算機(jī)結(jié)合的時(shí)代，的時(shí)代，8080年代就可以看成分析化學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)和應(yīng)年代就可以看成分析化學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)和應(yīng)用數(shù)學(xué)結(jié)合的時(shí)代。用數(shù)學(xué)結(jié)合的時(shí)代?！?美國分析化學(xué)雜志美國分析化學(xué)雜志Analytical ChemistryAnalytical Chemistry將化將化學(xué)計(jì)量學(xué)作為一個(gè)分支領(lǐng)域，每兩年進(jìn)行一次發(fā)展學(xué)計(jì)量學(xué)作為一個(gè)分支領(lǐng)域，每兩年進(jìn)行一次

13、發(fā)展總結(jié)綜述。總結(jié)綜述。第第1111頁頁/ /共共66頁頁 化學(xué)計(jì)量學(xué)的研究對象：化學(xué)計(jì)量學(xué)的研究對象是有關(guān)化學(xué)計(jì)量學(xué)的研究對象：化學(xué)計(jì)量學(xué)的研究對象是有關(guān)化學(xué)量測的化學(xué)量測的基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論和和方法學(xué)方法學(xué)。其內(nèi)容涉及到統(tǒng)計(jì)學(xué)與統(tǒng)。其內(nèi)容涉及到統(tǒng)計(jì)學(xué)與統(tǒng)計(jì)方法、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與優(yōu)化、分析信號處理、多元校正、化計(jì)方法、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與優(yōu)化、分析信號處理、多元校正、化學(xué)模式識別、定量構(gòu)效關(guān)系學(xué)模式識別、定量構(gòu)效關(guān)系(QSAR)(QSAR)、數(shù)據(jù)庫及專家系統(tǒng)。、數(shù)據(jù)庫及專家系統(tǒng)。在我國的發(fā)展已經(jīng)有在我國的發(fā)展已經(jīng)有2020多年的歷史，為化學(xué)各分支學(xué)科特多年的歷史，為化學(xué)各分支學(xué)科特別是分析化學(xué)、環(huán)境化學(xué)、藥物

14、化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、化學(xué)工別是分析化學(xué)、環(huán)境化學(xué)、藥物化學(xué)、有機(jī)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。程等提供了不少解決問題的新思路、新途徑和新方法?；瘜W(xué)計(jì)量學(xué)的研究對象化學(xué)計(jì)量學(xué)的研究對象第第1212頁頁/ /共共66頁頁化學(xué)計(jì)量學(xué)的任務(wù)化學(xué)計(jì)量學(xué)的任務(wù) 其任務(wù)是研究有關(guān)化學(xué)測量的理論與方法學(xué)，應(yīng)用數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)與信息理論、計(jì)算機(jī)科學(xué)的方法和手段，科學(xué)地設(shè)計(jì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，選擇最優(yōu)的測量方法，最有效地獲取體系有用的特征數(shù)據(jù)，并通過解析測量數(shù)據(jù)最大限度地從中提取有關(guān)物質(zhì)的定性定性、定量定量、形態(tài)、結(jié)構(gòu)等信息。 第第1313頁頁/ /共共66頁頁采樣采樣安排實(shí)驗(yàn)安排實(shí)驗(yàn)量測方法

15、量測方法定性、定量定性、定量分析分析信息提取信息提取得出結(jié)果得出結(jié)果分析采樣分析采樣理論理論實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)理論理論信號處理信號處理理論理論校正與分辨校正與分辨理論理論 化學(xué)模式化學(xué)模式識別與識別與分子模擬分子模擬理論理論 人工智能與人工智能與專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)化學(xué)信息獲取過程：分析化學(xué)的實(shí)現(xiàn)化學(xué)信息獲取過程：分析化學(xué)的實(shí)現(xiàn)化學(xué)信息處理的理論化學(xué)信息處理的理論: :化學(xué)計(jì)量學(xué)的組成化學(xué)計(jì)量學(xué)的組成化學(xué)計(jì)量學(xué)是化學(xué)信息獲取與處理的基礎(chǔ)理論與方法學(xué)?；瘜W(xué)計(jì)量學(xué)是化學(xué)信息獲取與處理的基礎(chǔ)理論與方法學(xué)。第第1414頁頁/ /共共66頁頁Contents in chemometrics第第1515頁頁/

16、/共共66頁頁分析采樣理論和方法分析采樣理論和方法 (Analytical Sampling Theory and Methods)化學(xué)試驗(yàn)設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法化學(xué)試驗(yàn)設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法 (Chemical Experiment Design and Optimization Method)分析檢測理論與信號處理方法分析檢測理論與信號處理方法 (Analytical Detection Theory and Signal Treatment Method)多元校正與多元分辯多元校正與多元分辯 ( M u l t i v a r i a t e C a l i b r a t i o n a n d Mu

17、ltivariate Resolution)第第1616頁頁/ /共共66頁頁化學(xué)模式識別化學(xué)模式識別 (Chemical Pattern Recognition) 計(jì)算機(jī)數(shù)字模擬法計(jì)算機(jī)數(shù)字模擬法(Computer Numerical Simulation) 化學(xué)構(gòu)效關(guān)系和分子設(shè)計(jì)化學(xué)構(gòu)效關(guān)系和分子設(shè)計(jì)( QSAR/QSPR) 人工智能與化學(xué)專家系統(tǒng)人工智能與化學(xué)專家系統(tǒng) (Artificial Intelligent and Chemical Expert Systems)第第1717頁頁/ /共共66頁頁化學(xué)知識數(shù)據(jù)庫化學(xué)知識數(shù)據(jù)庫representation and computer-

18、based representation and computer-based searching of chemical databasessearching of chemical databases計(jì)算機(jī)輔助分子設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助分子設(shè)計(jì)computer-aided molecular design computer-aided molecular design 化學(xué)軟件中新方法、新算法化學(xué)軟件中新方法、新算法development of new computational methods development of new computational methods or efficie

19、nt algorithms for chemical or efficient algorithms for chemical softwaresoftware生物制藥化學(xué)中生物活性分析藥物開發(fā)生物制藥化學(xué)中生物活性分析藥物開發(fā)biopharmaceutical chemistry including biopharmaceutical chemistry including analyses of biological activity and other analyses of biological activity and other issues related to drug dis

20、covery. issues related to drug discovery. 第第1818頁頁/ /共共66頁頁 20 20世紀(jì)世紀(jì)5050年代以來，化學(xué)信年代以來，化學(xué)信息的獲取技術(shù)的不斷進(jìn)步，分析儀器息的獲取技術(shù)的不斷進(jìn)步，分析儀器的發(fā)展，的發(fā)展，使得化學(xué)信息的產(chǎn)生與累積使得化學(xué)信息的產(chǎn)生與累積達(dá)到了空前的程度達(dá)到了空前的程度，化學(xué)家們從直接，化學(xué)家們從直接的化學(xué)信息獲取過程已經(jīng)不能獲得量的化學(xué)信息獲取過程已經(jīng)不能獲得量測對象相關(guān)的化學(xué)信息，信息的處理測對象相關(guān)的化學(xué)信息，信息的處理與解析成為化學(xué)問題解決的與解析成為化學(xué)問題解決的瓶頸瓶頸！化學(xué)計(jì)量學(xué)是化學(xué)與分析化學(xué)家面臨化學(xué)計(jì)量學(xué)是

21、化學(xué)與分析化學(xué)家面臨“數(shù)據(jù)爆炸數(shù)據(jù)爆炸”解決問題的手段。解決問題的手段。 化學(xué)計(jì)量學(xué)與信息提取化學(xué)計(jì)量學(xué)與信息提取* * * *第第1919頁頁/ /共共66頁頁數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)DataData信息信息InformationInformation知識知識KnowledgeKnowledge解釋應(yīng)用解釋應(yīng)用UnderstandingUnderstanding化學(xué)信息處理化學(xué)信息處理信息提?。盒畔⑻崛。簲?shù)據(jù)處理過程數(shù)據(jù)處理過程第第2020頁頁/ /共共66頁頁2121世紀(jì)以來，基因組、蛋白組計(jì)劃，大量生物化學(xué)信息的世紀(jì)以來，基因組、蛋白組計(jì)劃，大量生物化學(xué)信息的累計(jì)，累計(jì)，生物信息的處理生物信息的處理成為

22、化學(xué)計(jì)量學(xué)研究的成為化學(xué)計(jì)量學(xué)研究的新生長點(diǎn)新生長點(diǎn)。2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代，年代，化學(xué)計(jì)量學(xué)建立與發(fā)展早期化學(xué)計(jì)量學(xué)建立與發(fā)展早期，化學(xué)家們在，化學(xué)家們在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)了越來越多的數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)方法。計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)了越來越多的數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)方法?；瘜W(xué)計(jì)量學(xué)的歷史發(fā)展：化學(xué)計(jì)量學(xué)的歷史發(fā)展：2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代之前年代之前, ,分析化學(xué)中的分析化學(xué)中的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法和定量構(gòu)數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法和定量構(gòu)效關(guān)系效關(guān)系研究。研究。2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代，許多大學(xué)開始講授化學(xué)計(jì)量學(xué)，化學(xué)計(jì)量年代，許多大學(xué)開始講授化學(xué)計(jì)量學(xué)，化學(xué)計(jì)量學(xué)成為學(xué)成為大學(xué)化學(xué)課程大學(xué)化學(xué)課程。2020世紀(jì)世紀(jì)9090年代，

23、化學(xué)計(jì)量學(xué)成為許多年代，化學(xué)計(jì)量學(xué)成為許多化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的日常方化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的日常方法法，化學(xué)計(jì)量學(xué)方法也成為各種分析儀器的組成部分，是，化學(xué)計(jì)量學(xué)方法也成為各種分析儀器的組成部分，是智能化、自動化分析儀器的主要模塊。智能化、自動化分析儀器的主要模塊。第第2121頁頁/ /共共66頁頁什么是化學(xué)計(jì)量學(xué)？什么是化學(xué)計(jì)量學(xué)？ 化學(xué)計(jì)量學(xué)運(yùn)用數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、計(jì)算機(jī)化學(xué)計(jì)量學(xué)運(yùn)用數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、以及其它相關(guān)學(xué)科的理論與方法，優(yōu)科學(xué)、以及其它相關(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)中最大限度地獲取有用的化學(xué)信息，可以說是一門限度地獲取有用的化學(xué)信息

24、，可以說是一門化學(xué)量測的基礎(chǔ)理論與方法學(xué)化學(xué)量測的基礎(chǔ)理論與方法學(xué) “ “化學(xué)計(jì)量學(xué)化學(xué)計(jì)量學(xué)”（chemometricschemometrics）生物計(jì)量學(xué)生物計(jì)量學(xué)(biometrics)(biometrics)經(jīng)濟(jì)計(jì)量學(xué)經(jīng)濟(jì)計(jì)量學(xué)(econometrics)(econometrics)2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代年代 瑞典瑞典WoldWold第第2222頁頁/ /共共66頁頁1. 發(fā)展化學(xué)數(shù)據(jù)解析的新理論和方法發(fā)展化學(xué)數(shù)據(jù)解析的新理論和方法計(jì)算機(jī)科學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)及信息科學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)及信息科學(xué)的發(fā)展為化學(xué)計(jì)量學(xué)注入了新鮮血液的發(fā)展為化學(xué)計(jì)量學(xué)注入了新鮮血液經(jīng)典的多元

25、校正和多元分辨及化學(xué)模式識別在經(jīng)典的多元校正和多元分辨及化學(xué)模式識別在的理論和算法研究上也得到了長足發(fā)展。的理論和算法研究上也得到了長足發(fā)展。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)模擬退火和遺傳算法模擬退火和遺傳算法小波分析及圖象分析小波分析及圖象分析統(tǒng)計(jì)學(xué)中的穩(wěn)健方法統(tǒng)計(jì)學(xué)中的穩(wěn)健方法化學(xué)計(jì)量學(xué)新方法化學(xué)計(jì)量學(xué)新方法偏最小二乘法、偏最小二乘法、 SIMICASIMICA、漸近因子分析方法、漸近因子分析方法、秩消失因子分析法秩消失因子分析法化學(xué)計(jì)量學(xué)的發(fā)展表現(xiàn)在兩方面：化學(xué)計(jì)量學(xué)的發(fā)展表現(xiàn)在兩方面：第第2323頁頁/ /共共66頁頁2. 化學(xué)計(jì)量學(xué)在近紅外光譜分析中的應(yīng)用化學(xué)計(jì)量學(xué)在近紅外光譜分

26、析中的應(yīng)用 光譜預(yù)處理 波長分析 光譜校正 去除背景 去除噪聲 建模定性定量分析第第2424頁頁/ /共共66頁頁光譜預(yù)處理方法光譜預(yù)處理方法 光譜平滑、求導(dǎo) 多元信號校正(Multiple Signal Correction, MSC) 正交信號校正(Orthogonal Signal Correction, OSC)第第2525頁頁/ /共共66頁頁建模分析方法建模分析方法 偏最小二乘(Partial Least Squares, PLS) 主成分回歸(Principal Component Regression, PCR) 多元線性回歸(Multiple Linear Regressio

27、n, MLR) 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Artificial Neural Network, ANN)第第2626頁頁/ /共共66頁頁3. 多元分辨方法解決復(fù)雜組分色譜重疊峰問題多元分辨方法解決復(fù)雜組分色譜重疊峰問題 漸進(jìn)因子分析法漸進(jìn)因子分析法(Evolving Factor Analysis, EFA) 窗口因子分析法窗口因子分析法(Window Factor Analysis, WFA) 直觀推導(dǎo)式演進(jìn)特征投影法直觀推導(dǎo)式演進(jìn)特征投影法(Heuristic Evolving Latent Projections, HELP) 正交投影分辨法正交投影分辨法(Orthogonal Projectio

28、n Resolution, OPR) 子窗口因子分析法子窗口因子分析法(Subwindow Factor Analysis, SFA)第第2727頁頁/ /共共66頁頁4. 定量構(gòu)效關(guān)系及其在藥物設(shè)計(jì)中的應(yīng)用定量構(gòu)效關(guān)系及其在藥物設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 定量結(jié)構(gòu)活性關(guān)系(Quantiative Structure Activity Relationship, QSAR) 定量結(jié)構(gòu)性質(zhì)關(guān)系(Quantiative Structure Property Relationship, QSPR)第第2828頁頁/ /共共66頁頁藥物開發(fā)藥物開發(fā) 藥物分子設(shè)計(jì)藥物分子設(shè)計(jì) 開發(fā)的過程漫長開發(fā)的過程漫長(10-20

29、(10-20年年) )、昂貴、昂貴(3-5(3-5億億$)$)和艱難和艱難 篩選法成功率約為篩選法成功率約為1:150001:15000SelectivityPhysicalpropertiesAbsorptionDistributionMetabolismExcretionToxicityPotency排泄代謝毒性分布 潛能 選擇 物化性能 吸收 第第2929頁頁/ /共共66頁頁ChemometricsChemometrics opens the door for obtaining useful chemical opens the door for obtaining useful c

30、hemical information from the measurement data given by modern information from the measurement data given by modern analytical instrumentationanalytical instrumentation化學(xué)計(jì)量學(xué)為解決各類復(fù)雜化學(xué)問題提供了有用的手段化學(xué)計(jì)量學(xué)為解決各類復(fù)雜化學(xué)問題提供了有用的手段是藥物設(shè)計(jì)、材料設(shè)計(jì)、化是藥物設(shè)計(jì)、材料設(shè)計(jì)、化合物環(huán)境毒性評估等有用的工具。合物環(huán)境毒性評估等有用的工具。還可用于產(chǎn)品品質(zhì)還可用于產(chǎn)品品質(zhì)評估、商品檢驗(yàn)、毒品偵揖、疾

31、評估、商品檢驗(yàn)、毒品偵揖、疾病診斷、人工嗅覺模擬等諸多方病診斷、人工嗅覺模擬等諸多方面。面。探查污染源探查污染源化學(xué)計(jì)量學(xué)解析方法在各個(gè)化學(xué)分支學(xué)科的新應(yīng)用化學(xué)計(jì)量學(xué)解析方法在各個(gè)化學(xué)分支學(xué)科的新應(yīng)用第第3030頁頁/ /共共66頁頁復(fù)雜體系復(fù)雜體系 直接對復(fù)雜體系就行分析直接對復(fù)雜體系就行分析 獲得大量的相關(guān)數(shù)據(jù)獲得大量的相關(guān)數(shù)據(jù) 需對數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)雜處理才能獲得信息需對數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)雜處理才能獲得信息 對復(fù)雜體系過程的直接控制對復(fù)雜體系過程的直接控制第第3131頁頁/ /共共66頁頁復(fù)雜信號舉例復(fù)雜信號舉例(1)(1)煙葉部分成分的煙葉部分成分的GC-MSGC-MS譜圖譜圖第第3232頁頁/ /共

32、共66頁頁復(fù)雜信號舉例復(fù)雜信號舉例(2)(2)煙草樣品的近紅外光譜煙草樣品的近紅外光譜4000500060007000800090000.00.40.5wavenumber / cm-1煙葉的組成 4,000種化合物。煙氣的組成 6,000種化合物。第第3333頁頁/ /共共66頁頁復(fù)雜信號舉例復(fù)雜信號舉例(3)(3)卷煙煙氣的二維色譜圖卷煙煙氣的二維色譜圖( (大連化物所，許國旺大連化物所，許國旺) )第第3434頁頁/ /共共66頁頁實(shí)際體系分析實(shí)際體系分析食品食品環(huán)境環(huán)境中藥中藥煙草煙草石油石油組學(xué)數(shù)據(jù)組學(xué)數(shù)據(jù)實(shí)際樣品實(shí)際樣品u 傳統(tǒng)分析方法：傳統(tǒng)分析方法： 分離分離

33、+ + 分析分析u 化學(xué)計(jì)量學(xué)方法：化學(xué)計(jì)量學(xué)方法：解析解析(“(“數(shù)學(xué)分離數(shù)學(xué)分離”) ) 建模建模 + + 預(yù)測預(yù)測第第3535頁頁/ /共共66頁頁化學(xué)計(jì)量學(xué)-化學(xué)量測的基礎(chǔ)理論與方法學(xué) 1. 1. 發(fā)展化學(xué)數(shù)據(jù)解析的新理論和方法發(fā)展化學(xué)數(shù)據(jù)解析的新理論和方法2. 2. 化學(xué)計(jì)量學(xué)解析方法在各個(gè)化學(xué)分化學(xué)計(jì)量學(xué)解析方法在各個(gè)化學(xué)分支學(xué)科的新應(yīng)用研究支學(xué)科的新應(yīng)用研究第第3636頁頁/ /共共66頁頁現(xiàn)代分析化學(xué)與化學(xué)計(jì)量學(xué)現(xiàn)代分析化學(xué)與化學(xué)計(jì)量學(xué)現(xiàn)代分析化學(xué)面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)現(xiàn)代分析化學(xué)面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn) 分析化學(xué)學(xué)科正經(jīng)歷著巨大變革，由于近年來物理和電子分析化學(xué)學(xué)科正經(jīng)歷著巨大變革，由于近

34、年來物理和電子學(xué)的發(fā)展，各種新型儀器相繼問世，昔日以化學(xué)分析為主的經(jīng)學(xué)的發(fā)展，各種新型儀器相繼問世，昔日以化學(xué)分析為主的經(jīng)典分析化學(xué)已發(fā)展成為一門包括眾多儀器分析（色譜分析，電典分析化學(xué)已發(fā)展成為一門包括眾多儀器分析（色譜分析，電化學(xué)分析，光譜分析，波譜分析，質(zhì)譜分析，熱分析，放射分化學(xué)分析，光譜分析，波譜分析，質(zhì)譜分析，熱分析，放射分析，表面分析等）為主的現(xiàn)代分析化學(xué)。隨著分析手段的不斷析，表面分析等）為主的現(xiàn)代分析化學(xué)。隨著分析手段的不斷發(fā)展，廣大分析化學(xué)家們亦感到以發(fā)展，廣大分析化學(xué)家們亦感到以“溶液平衡溶液平衡”為基礎(chǔ)的經(jīng)典為基礎(chǔ)的經(jīng)典分析化學(xué)已很難滿足現(xiàn)代分析化學(xué)學(xué)科發(fā)展的需求，致使

35、分析化學(xué)已很難滿足現(xiàn)代分析化學(xué)學(xué)科發(fā)展的需求，致使LeihaiskyLeihaisky的的“不管你喜歡不喜歡，化學(xué)正在走出分析化學(xué)不管你喜歡不喜歡，化學(xué)正在走出分析化學(xué)”，“化學(xué)仍留在分析化學(xué)化學(xué)仍留在分析化學(xué)”和所謂和所謂“分析物理分析物理”，“分析科學(xué)分析科學(xué)”的熱烈議論。的熱烈議論。19851985年年1111月和月和19891989年年1010月在維也納還分別召開了月在維也納還分別召開了第一次和第二次第一次和第二次“國際分析化學(xué)的哲學(xué)和歷史會議國際分析化學(xué)的哲學(xué)和歷史會議”，探討了，探討了分析化學(xué)哲學(xué)的某些基本問題，這些現(xiàn)象雄辯地告訴人們，分分析化學(xué)哲學(xué)的某些基本問題，這些現(xiàn)象雄辯地告

36、訴人們，分析化學(xué)學(xué)科正處在急劇分化的告訴發(fā)展時(shí)期。析化學(xué)學(xué)科正處在急劇分化的告訴發(fā)展時(shí)期。第第3737頁頁/ /共共66頁頁 無論這種分析手段的分化發(fā)展如何迅猛，有一點(diǎn)十分明確，即作為分析無論這種分析手段的分化發(fā)展如何迅猛，有一點(diǎn)十分明確，即作為分析化學(xué)所研究的對象（化學(xué)樣本）及研究目的（結(jié)構(gòu)定性，組分定量）始終化學(xué)所研究的對象（化學(xué)樣本）及研究目的（結(jié)構(gòu)定性，組分定量）始終未變，其原始定義未變，其原始定義“分析化學(xué)是人們獲得物質(zhì)化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)信息的科學(xué)分析化學(xué)是人們獲得物質(zhì)化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)信息的科學(xué)”仍然十分明白和準(zhǔn)確，無論是從事波譜分析，色譜分析或其他儀器分析的仍然十分明白和準(zhǔn)確，無論是從事

37、波譜分析，色譜分析或其他儀器分析的研究工作，都得與化學(xué)樣本打交道，通過對化學(xué)試樣進(jìn)行測量和數(shù)據(jù)解析研究工作，都得與化學(xué)樣本打交道，通過對化學(xué)試樣進(jìn)行測量和數(shù)據(jù)解析來獲取其化學(xué)組成（包括不同形態(tài)）和結(jié)構(gòu)定性定量信息，從這一角度看，來獲取其化學(xué)組成（包括不同形態(tài)）和結(jié)構(gòu)定性定量信息，從這一角度看，分析化學(xué)作為化學(xué)分枝學(xué)科仍為一完整整體，誠然，由于采用不同分析手分析化學(xué)作為化學(xué)分枝學(xué)科仍為一完整整體，誠然，由于采用不同分析手段（如電分析，光譜分析，色譜分析等），作為使用不同儀器的分析工作段（如電分析，光譜分析，色譜分析等），作為使用不同儀器的分析工作者所需知識不盡相同，研究內(nèi)容亦有差異，可是，在整個(gè)

38、分析過程中，卻者所需知識不盡相同，研究內(nèi)容亦有差異，可是，在整個(gè)分析過程中，卻始終存在著共同的基礎(chǔ)與目標(biāo)，這種情況正如美國始終存在著共同的基礎(chǔ)與目標(biāo)，這種情況正如美國分析化學(xué)分析化學(xué)的主編的主編MurrayMurray在題為在題為“化學(xué)量測科學(xué)化學(xué)量測科學(xué)”一文中指出的那樣：一文中指出的那樣：“用拓展的眼光來用拓展的眼光來看待今天的分析化學(xué)是有益和有幫助的，它的發(fā)展已使之成為看待今天的分析化學(xué)是有益和有幫助的，它的發(fā)展已使之成為一門創(chuàng)造和應(yīng)用新概念，新原理和儀器的策略來測量化學(xué)體系一門創(chuàng)造和應(yīng)用新概念，新原理和儀器的策略來測量化學(xué)體系及其組分的學(xué)科，簡言之，分析化學(xué)已成為一門化學(xué)量測科及其組分

39、的學(xué)科，簡言之，分析化學(xué)已成為一門化學(xué)量測科學(xué)學(xué)”。第第3838頁頁/ /共共66頁頁 如果遵循如果遵循“分析化學(xué)是一門化學(xué)量測科學(xué)分析化學(xué)是一門化學(xué)量測科學(xué)”的思路，的思路，就可發(fā)現(xiàn)，分析化學(xué)學(xué)科的變革不是就可發(fā)現(xiàn)，分析化學(xué)學(xué)科的變革不是“化學(xué)正在走出分析化學(xué)正在走出分析化學(xué)化學(xué)”，而是，而是“新儀器和基于物理新成果的量測方法正在新儀器和基于物理新成果的量測方法正在走進(jìn)分析化學(xué)走進(jìn)分析化學(xué)”，使分析化學(xué)家手中擁有更多的進(jìn)行量測，使分析化學(xué)家手中擁有更多的進(jìn)行量測的工具和手段，怎樣有效地從這些新化學(xué)量測工具和手段的工具和手段，怎樣有效地從這些新化學(xué)量測工具和手段中獲取化學(xué)家所需的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)

40、的信息，當(dāng)是目前分中獲取化學(xué)家所需的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)的信息，當(dāng)是目前分析化學(xué)家急需解決的一個(gè)新問題。析化學(xué)家急需解決的一個(gè)新問題。第第3939頁頁/ /共共66頁頁 在所有的量測手段中，紅外光譜及成象（包括近在所有的量測手段中，紅外光譜及成象（包括近紅外）（紅外）（infrared spectroscopy and imaging),infrared spectroscopy and imaging),超超聲波成象聲波成象(ultrasonic imaging)(ultrasonic imaging)，拉曼光譜及拉曼成，拉曼光譜及拉曼成象象(Raman Spectroscopy and Rama

41、n Imaging)(Raman Spectroscopy and Raman Imaging)和磁共和磁共振成象振成象(Magnetic Resonance Imaging,MRI)(Magnetic Resonance Imaging,MRI)等有可能等有可能使傳統(tǒng)量測技術(shù)向能提供更多使傳統(tǒng)量測技術(shù)向能提供更多“相關(guān)相關(guān)”信息量測方法信息量測方法的轉(zhuǎn)變，的轉(zhuǎn)變，“相關(guān)相關(guān)”信息能支持產(chǎn)品開發(fā)和過程控制，信息能支持產(chǎn)品開發(fā)和過程控制，因此，成為過程量測科學(xué)中活躍的研究領(lǐng)域之一。因此，成為過程量測科學(xué)中活躍的研究領(lǐng)域之一。 量測科學(xué)量測科學(xué)(process measurement scienc

42、e)(process measurement science)色譜、光譜和波譜學(xué)及成象技術(shù)等是過程量測科學(xué)的學(xué)色譜、光譜和波譜學(xué)及成象技術(shù)等是過程量測科學(xué)的學(xué)科基礎(chǔ)科基礎(chǔ) 第第4040頁頁/ /共共66頁頁 傳感器陣列（傳感器陣列（sensor arraysensor array） 隨著芯片技術(shù)的發(fā)展，可以使傳感器微型化并與隨著芯片技術(shù)的發(fā)展，可以使傳感器微型化并與微處理器集成在一個(gè)芯片上，從而導(dǎo)致智能化微處理微處理器集成在一個(gè)芯片上，從而導(dǎo)致智能化微處理器的問世。目前，用芯片技術(shù)還可以將微傳感器、微器的問世。目前，用芯片技術(shù)還可以將微傳感器、微處理器和微執(zhí)行器集成于一個(gè)芯片構(gòu)成微系統(tǒng)，也可處

43、理器和微執(zhí)行器集成于一個(gè)芯片構(gòu)成微系統(tǒng)，也可以將多個(gè)傳感器集成于同一探頭，組成傳感器陣列以將多個(gè)傳感器集成于同一探頭，組成傳感器陣列（sensor arraysensor array）, ,進(jìn)行多組分的量測，化學(xué)計(jì)量學(xué)進(jìn)行多組分的量測，化學(xué)計(jì)量學(xué)方法可用于從復(fù)雜混合信號中提取單個(gè)組分的信息，方法可用于從復(fù)雜混合信號中提取單個(gè)組分的信息，并可用來進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步提高傳感器的選擇性和靈并可用來進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步提高傳感器的選擇性和靈敏度。敏度。 第第4141頁頁/ /共共66頁頁 儀器分析與多組分復(fù)雜體系儀器分析與多組分復(fù)雜體系 現(xiàn)代分析化學(xué)作為一門化學(xué)量測科學(xué)，當(dāng)有其自己的基現(xiàn)代分析化學(xué)作為一門化

44、學(xué)量測科學(xué)，當(dāng)有其自己的基本特征，正如國家自然科學(xué)基金委員會組織的學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略本特征，正如國家自然科學(xué)基金委員會組織的學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略調(diào)研報(bào)告中指出那樣，現(xiàn)代分析化學(xué)學(xué)科在當(dāng)今變革中具有調(diào)研報(bào)告中指出那樣，現(xiàn)代分析化學(xué)學(xué)科在當(dāng)今變革中具有如下兩個(gè)基本特點(diǎn)：（如下兩個(gè)基本特點(diǎn)：（1）“從采用的手段看，分析化學(xué)是從采用的手段看，分析化學(xué)是采用光、電、磁、熱、聲等物理現(xiàn)象基礎(chǔ)上進(jìn)一步采用數(shù)學(xué)，采用光、電、磁、熱、聲等物理現(xiàn)象基礎(chǔ)上進(jìn)一步采用數(shù)學(xué)，計(jì)算機(jī)科學(xué)及生物學(xué)等新成就對物質(zhì)做全面的縱深分析的科計(jì)算機(jī)科學(xué)及生物學(xué)等新成就對物質(zhì)做全面的縱深分析的科學(xué)學(xué)”；（；（2）“從解決的任務(wù)看，現(xiàn)代分析化學(xué)已發(fā)展成

45、為從解決的任務(wù)看，現(xiàn)代分析化學(xué)已發(fā)展成為獲取形形色色物質(zhì)盡可能多和盡可能全面的結(jié)構(gòu)與成分信息，獲取形形色色物質(zhì)盡可能多和盡可能全面的結(jié)構(gòu)與成分信息，進(jìn)一步認(rèn)識和改造自然的科學(xué)進(jìn)一步認(rèn)識和改造自然的科學(xué)”。簡言之，分析手段的儀器。簡言之，分析手段的儀器化和化學(xué)體系的復(fù)雜化已成為現(xiàn)代分析化學(xué)學(xué)科的兩大重要化和化學(xué)體系的復(fù)雜化已成為現(xiàn)代分析化學(xué)學(xué)科的兩大重要特征。這正是本文以研討的核心，亦是分析化學(xué)計(jì)量學(xué)近年特征。這正是本文以研討的核心，亦是分析化學(xué)計(jì)量學(xué)近年來得以迅速發(fā)展的真正原因。來得以迅速發(fā)展的真正原因。第第4242頁頁/ /共共66頁頁 首先考察一下現(xiàn)代分析化學(xué)的儀器分析之基本特征。首先考察

46、一下現(xiàn)代分析化學(xué)的儀器分析之基本特征。近幾十年來，大量新型儀器（如色譜，光譜，波譜，極譜等）近幾十年來，大量新型儀器（如色譜，光譜，波譜，極譜等）相繼問世，盡管其具體內(nèi)容存在多種差別相繼問世，盡管其具體內(nèi)容存在多種差別 ，可都是為我們提，可都是為我們提供個(gè)供個(gè)譜（多變量數(shù)據(jù)）譜（多變量數(shù)據(jù)），且這個(gè)譜包含有關(guān)分析化學(xué)樣本的，且這個(gè)譜包含有關(guān)分析化學(xué)樣本的定性（含結(jié)構(gòu)）與定量信息。用數(shù)學(xué)語言說，分析儀器提供定性（含結(jié)構(gòu)）與定量信息。用數(shù)學(xué)語言說，分析儀器提供的是矢量類型的數(shù)據(jù)。的是矢量類型的數(shù)據(jù)。隨著分析儀器的不斷進(jìn)化和聯(lián)用技術(shù)隨著分析儀器的不斷進(jìn)化和聯(lián)用技術(shù)的采用，有些儀器還可產(chǎn)生矩陣（或張量

47、）類型的數(shù)據(jù)信息的采用，有些儀器還可產(chǎn)生矩陣（或張量）類型的數(shù)據(jù)信息（如（如GC-MSGC-MS、GC-IRGC-IR、HPLC-DADHPLC-DAD、熒光激發(fā)發(fā)射光譜、多維核、熒光激發(fā)發(fā)射光譜、多維核磁共振譜等）。經(jīng)典分析化學(xué)的校正方法只以單點(diǎn)數(shù)據(jù)（標(biāo)磁共振譜等）。經(jīng)典分析化學(xué)的校正方法只以單點(diǎn)數(shù)據(jù)（標(biāo)量）為基點(diǎn)，如光譜以最大吸收點(diǎn)，色譜以面積等來解析儀量）為基點(diǎn)，如光譜以最大吸收點(diǎn)，色譜以面積等來解析儀器數(shù)據(jù)，勢必丟失有用信息，對于產(chǎn)生矩陣類型數(shù)據(jù)的儀器，器數(shù)據(jù)，勢必丟失有用信息，對于產(chǎn)生矩陣類型數(shù)據(jù)的儀器，經(jīng)典分析化學(xué)更是無能為力。這向分析化學(xué)工作者提出了一經(jīng)典分析化學(xué)更是無能為力。這

48、向分析化學(xué)工作者提出了一個(gè)新問題，從這些矢量或矩陣形式的數(shù)據(jù)中，是否能抽取出個(gè)新問題，從這些矢量或矩陣形式的數(shù)據(jù)中，是否能抽取出比單點(diǎn)數(shù)據(jù)更多，而對分析化學(xué)來說又是十分重要的信息呢？比單點(diǎn)數(shù)據(jù)更多，而對分析化學(xué)來說又是十分重要的信息呢？ 第第4343頁頁/ /共共66頁頁 另一方面，我們來考察一下在分析化學(xué)家的研究目標(biāo)另一方面，我們來考察一下在分析化學(xué)家的研究目標(biāo)形形色色的樣本之重要特征。由于生物學(xué)、生命科學(xué)、藥形形色色的樣本之重要特征。由于生物學(xué)、生命科學(xué)、藥物學(xué)、環(huán)境科學(xué)、材料科學(xué)等學(xué)科的迅猛發(fā)展，對分析化學(xué)物學(xué)、環(huán)境科學(xué)、材料科學(xué)等學(xué)科的迅猛發(fā)展，對分析化學(xué)亦提出了較高要求，即對復(fù)雜混合

49、物體系，特別是復(fù)雜有機(jī)亦提出了較高要求，即對復(fù)雜混合物體系，特別是復(fù)雜有機(jī)混合物體系給出快速定性定量分析，正是這一要求，使得色混合物體系給出快速定性定量分析，正是這一要求，使得色譜分析得到飛速發(fā)展。可以這樣認(rèn)為，純品的分析對現(xiàn)代分譜分析得到飛速發(fā)展。可以這樣認(rèn)為，純品的分析對現(xiàn)代分析化學(xué)已不構(gòu)成特殊困難，困難在于混合物體系的直接快速析化學(xué)已不構(gòu)成特殊困難，困難在于混合物體系的直接快速分析，這樣形形色色的多組分體系是否也存在某種特征，針分析，這樣形形色色的多組分體系是否也存在某種特征，針對這些特征，分析化學(xué)家是否有相應(yīng)策略與之對應(yīng)？對這些特征，分析化學(xué)家是否有相應(yīng)策略與之對應(yīng)？第第4444頁頁/

50、 /共共66頁頁化學(xué)計(jì)量學(xué)化學(xué)計(jì)量學(xué) 當(dāng)代化學(xué)與分析化學(xué)的重要發(fā)展前沿當(dāng)代化學(xué)與分析化學(xué)的重要發(fā)展前沿1 1 國家自然科學(xué)基金委員會國家自然科學(xué)基金委員會, , 自然科學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略調(diào)研報(bào)告自然科學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略調(diào)研報(bào)告分析化學(xué)分析化學(xué), , 北京：科學(xué)出版社，北京：科學(xué)出版社，1993.1993.2 2 汪爾康主編汪爾康主編, 21, 21世紀(jì)的分析化學(xué)世紀(jì)的分析化學(xué), , 北京：科學(xué)出版社，北京：科學(xué)出版社，1999, 1-22.1999, 1-22.化學(xué)計(jì)量學(xué)發(fā)展的推動力：化學(xué)計(jì)量學(xué)發(fā)展的推動力：（1 1）能容易地獲得大量化學(xué)量測數(shù)據(jù)的）能容易地獲得大量化學(xué)量測數(shù)據(jù)的現(xiàn)代分析儀器的涌現(xiàn)；現(xiàn)代分析儀

51、器的涌現(xiàn)；（2 2）對這些化學(xué)量測數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)處理）對這些化學(xué)量測數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)處理并從中最大限度地提取有用化學(xué)信息的需并從中最大限度地提取有用化學(xué)信息的需要要。第第4545頁頁/ /共共66頁頁現(xiàn)代分析儀器現(xiàn)代分析儀器 EX-EM: EX-EM: 二維激發(fā)發(fā)射熒光儀二維激發(fā)發(fā)射熒光儀 HPLC-DAD: HPLC-DAD: 帶光二極管陣列檢測器的高效液相色譜儀帶光二極管陣列檢測器的高效液相色譜儀 CE-DAD: CE-DAD: 帶光二極管陣列檢測器的毛細(xì)管電泳儀帶光二極管陣列檢測器的毛細(xì)管電泳儀 GC-MS: GC-MS: 氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀 LC-MS: LC-MS: 液相

52、色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀等液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀等l高維響應(yīng)數(shù)據(jù)：高維響應(yīng)數(shù)據(jù)： 矩陣（矩陣（MatrixMatrix）類型）類型 立體陣立體陣 (Three-way data array)(Three-way data array)類型類型第第4646頁頁/ /共共66頁頁Hyphenated Instrument (Hyphenated Instrument (聯(lián)用儀器聯(lián)用儀器) )Most modern and advanced analytical instrument.e.g. HPLC-DAD, GC-MS, CE-DAD, etc.Combination of two or more inst

53、rumentse.g. HPLC DAD (diode-array detector)GC MS (Mass-spectrometer)Separation InstrumentSignalInstrument第第4747頁頁/ /共共66頁頁Get more data/informationHPLC -DAD10020030040050060070080000.511.522.533.544.5x 106R etentiontim e(s)IntensityA B 3D chromatogramHPLC chromatogram of nuclueside of Cordyceps Sine

54、nsis (冬蟲草冬蟲草) at one wavelengthHyphenated Instrument (Hyphenated Instrument (聯(lián)用儀器聯(lián)用儀器) )第第4848頁頁/ /共共66頁頁Hyphenated Instrument (Hyphenated Instrument (聯(lián)用儀器聯(lián)用儀器) )GC instrumentGC chromatogram of peptic powder (平胃散平胃散)Mass spectrum taken at retention time 10.2 minutes第第4949頁頁/ /共共66頁頁Hyphenated Instru

55、ment (Hyphenated Instrument (聯(lián)用儀器聯(lián)用儀器) )Advantages : More data is obtained at a retention time. More spectral information acquired to give three dimensional (3D) data. Much more information available to analyze complicated system like TCM.第第5050頁頁/ /共共66頁頁Hyphenated Instrument (Hyphenated Instrument

56、 (聯(lián)用儀器聯(lián)用儀器) )Disadvantages :Huge amount of 3D data is obtained.Need data processing methods for information extraction, pattern recognition, etc.Computer power was poor before. Usual practice : Use a few data obtained from HPLC-DAD/GC-MS to find marker components or active ingredients. Now, everythi

57、ng becomes possible with high tech.! 第第5151頁頁/ /共共66頁頁化學(xué)計(jì)量學(xué)算法和程序化學(xué)計(jì)量學(xué)算法和程序 化學(xué)計(jì)量學(xué)的精髓主要體現(xiàn)在處理數(shù)化學(xué)計(jì)量學(xué)的精髓主要體現(xiàn)在處理數(shù)據(jù)的諸多算法。根據(jù)算法寫出具體的計(jì)算據(jù)的諸多算法。根據(jù)算法寫出具體的計(jì)算機(jī)程序。理論上說任何高級計(jì)算機(jī)語言都機(jī)程序。理論上說任何高級計(jì)算機(jī)語言都可以編寫計(jì)量學(xué)程序。如可以編寫計(jì)量學(xué)程序。如C語言、語言、Fortran語言、語言、Matlab等。等。第第5252頁頁/ /共共66頁頁主要的化學(xué)計(jì)量學(xué)的方法主要的化學(xué)計(jì)量學(xué)的方法 多元線性回歸多元線性回歸 主成分回歸主成分回歸 偏最小二乘

58、法偏最小二乘法 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 遺傳算法遺傳算法 支持向量機(jī)算法支持向量機(jī)算法 第第5353頁頁/ /共共66頁頁多元線性回歸多元線性回歸 在傳統(tǒng)二維構(gòu)效關(guān)系研究中，多元線性回歸在傳統(tǒng)二維構(gòu)效關(guān)系研究中，多元線性回歸(Multiple Linear Regression(Multiple Linear Regression，MLR)MLR)是最為常見的統(tǒng)計(jì)是最為常見的統(tǒng)計(jì)方法。一個(gè)分子可以用很多分子參數(shù)來表達(dá)，但在建立線方法。一個(gè)分子可以用很多分子參數(shù)來表達(dá)，但在建立線性回歸模型的時(shí)候，為了避免過擬合性回歸模型的時(shí)候，為了避免過擬合(over-fitting)(over-fittin

59、g)，只，只能從這些物理化學(xué)參數(shù)中選擇一部分參數(shù)來建立回歸模型。能從這些物理化學(xué)參數(shù)中選擇一部分參數(shù)來建立回歸模型。一般來講，化合物的數(shù)目和所選取參數(shù)的數(shù)目比應(yīng)大于一般來講，化合物的數(shù)目和所選取參數(shù)的數(shù)目比應(yīng)大于n n2 2(n(n表示選取的參數(shù)個(gè)數(shù)表示選取的參數(shù)個(gè)數(shù)) )，也有人提出應(yīng)大于，也有人提出應(yīng)大于35(35(樣本樣本數(shù)目較大時(shí)顯然不合適數(shù)目較大時(shí)顯然不合適) )，怎樣選擇合適的參數(shù)一直是定，怎樣選擇合適的參數(shù)一直是定量構(gòu)象關(guān)系研究中的一個(gè)難題。而且對于線性回歸來講，量構(gòu)象關(guān)系研究中的一個(gè)難題。而且對于線性回歸來講，當(dāng)體系噪聲較強(qiáng)或干擾嚴(yán)重時(shí)，有可能導(dǎo)致所得的模型失當(dāng)體系噪聲較強(qiáng)或干

60、擾嚴(yán)重時(shí)，有可能導(dǎo)致所得的模型失真。真。第第5454頁頁/ /共共66頁頁主成分回歸主成分回歸 主成分回歸主成分回歸(Principle Component (Principle Component Regression)Regression)方法首先采用主成分分析方法首先采用主成分分析(Principle Component Analysis(Principle Component Analysis，PCA)PCA)方法選方法選取重要的因子，然后采用常規(guī)的回歸方法建立數(shù)取重要的因子，然后采用常規(guī)的回歸方法建立數(shù)學(xué)模型，從而實(shí)現(xiàn)對原來數(shù)據(jù)的降維處理。所謂學(xué)模型，從而實(shí)現(xiàn)對原來數(shù)據(jù)的降維處理。所