化学计量学在分析化学中的应用
唐明钢
[摘 要]化学计量学是目前新兴的一门化学分支学科，其重要作用在于能够解决用传统的化学研究方法很难解决的一些复杂问题。化学计量学所发挥的巨大作用在数据处理、实验设计、信号解析等方面都有着很好地体现。本文通过对化学计量学的引入及其在化学定量构效关系、模式识别、人工神经网络、波谱化学、多元校正分析等方面的应用进行了分析，并对化学计量学在分析化学中的应用前景进行了一些分析与展望。并加以简单地介绍，以供有关专家学者批评指正。
[关键词]化学计量学；分析化学；应用
中图分类号：O6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）48-0185-01
前言
化学计量学在化学学科中是一门新兴的化学分支学科，化学计量学虽为化学领域。但是其主要由统计学、计算机技术、数学以及化学等学科相互结合而成。科学技术以及学科的相互交叉是其诞生的必然结果。化学计量学包括了化学量测的所有过程，在化学学科不断发展的过程中，化学计量学科的主要作用体现在对化学测量数据的分析、设计以及处理方面。
1.化学计量学的应用实例
1.1 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。它是化学学科的根本性问题，即怎样从物质的化学结构与化学成分来定量预测该物质的化学特性。在化学定量构效关系的研究中，可以采用图论与数值方法的结果来表征各种化合物分子，并把计算结果和实际量测化合物的化学、生物学、物理特性等结合起来，将含糊的定性描述由明确的定量关系取代，把经验规则逐渐转变为半理论规律。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。
1.2 化学计量学在模式识别法的应用
模式识别法主要根据化学量测数据的矩阵，将所应用的样本按照某种性质进行分类和特征的选取。量测参量的多维模式空间以及其相对应的空间位置可以将样本分成不同的组”模式识别法通常包括SIMCA法、K-最邻近法及线性判别法。在信息决策和过程优化阶段，模式识别法的研究可以带来最未使用的价值信息。我国的石油化工、材料化学等领域应用模式识别法为其带来了新的解题思路。在对有机化合物构效关系进行表征的过程中，利用线性学习机以及K-最邻近法从伏安波中区分重叠伏安响应信号，电位阶伏安波和微分电毛细管曲线利用K-最邻近法就可以进行分类，从而获得有机化合物构效关系的明晰表征”食品鉴别%环境监测以及赋形药品中近红外新光谱的识别可以应用SIMCA方法。
1.3 应用于波谱化学
如何利用现存波谱数据库，对复杂分析体系（如红外光谱、质谱、色谱、核磁共振谱的保留时间库和吸收、发射光谱等）作出快速定量、定性分析，这是分析化学家一直努力的目标。化学专家系统技术与智能数据库，尤其是化学计量学在此提供了新的解析途径。推广使用了各种滤波、（减）差谱、平滑、变换、卷积技术以及最优化技术，这使得分析面貌焕然一新，提供可不经分离直接地测定相互干扰的共存物种，甚至完全未知的混合物。南开大学与中国科学院等单位都先后建立了多种波谱的专家系统与数据库。Kankare等对聚（3-甲基噻吩）在0.1mol/L高氯酸四丁基铵的乙腈溶剂中所形成的电极薄膜的光谱电化学性质进行了渐进因子分析，十分容易地确定了循环伏安分析中由于电极反应所产生的中间产物在何电位处产生。
2.化学计量学的应用前景
2.1 测定无机离子
将多元分析方法引入分析化学，如因子分析、聚类分析、主成分分析等，这些数学方法能够使分析对象测量数据结构简化，使复杂体系的测量数据维数降低，把所涉及的各种变量与分析对象进行分组与分类，并对变量间的相互关系进行分析。化学计量学中的多组分分析、线性回归分析、信号转换与曲线拟合等在该领域也逐渐地被广泛应用。现国内已有报道：采用正交回归极谱法来同时分析锡和锢，以及采用回归正交极谱法来同时测定钴、锌、镍三组分。Tunics等在解析微分脉冲极谱多组分重叠波时，就采用了多元线性回归的方法，所给出的结果非常不错。Henri2on等把偏最小，二乘法应用在微分脉冲溶出伏安法分析铅与铊，所得结果也十分可靠。
2.2 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。
2.3 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，很好的改进了该方法，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，增加的合成的效率及质量。
结语
化学计量学在分析化学中的应用受到极大关注，由于化学与其他多个学科有着众多的联系，因此也应用在联系紧密的学科之中，在食品安全、医学上都有着较多的应用。更多的是随着现在科学的不断发展与进步，化学计量学的应用会越来越广泛，并加以试验方法的改进，化学计量学也逐渐融入在各个领域之中！本文也主要通过化学计量学在化学方面的应用，对现在化学计量学的发展做了简单的说明，相信在未来的发展之中，更多的研究方法在化学计量学的领域中展开。
参考文献
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