導(dǎo)語：化學(xué)計(jì)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(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要評(píng)述了化學(xué)計(jì)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(shí)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(xì)的介紹。

關(guān)鍵詞化學(xué)計(jì)量學(xué)發(fā)展中國

化學(xué)計(jì)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(jì)學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)交叉所產(chǎn)生的新興的化學(xué)學(xué)科分支。它運(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(jì)算化學(xué)(ComputationalChemistry)的不同之點(diǎn)只在于化學(xué)計(jì)量學(xué)是以化學(xué)量測量為其基點(diǎn)，實(shí)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(dòng)亂”的影響，使我國在化學(xué)計(jì)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(jì)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(dú)立的化學(xué)學(xué)科分支，已出版了多本化學(xué)計(jì)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(gè)研究所和國內(nèi)多個(gè)知名大專院校建立了隊(duì)伍穩(wěn)定的化學(xué)計(jì)量學(xué)研究小組，取得了一批具有國際先進(jìn)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(jì)量學(xué)大會(huì)上對我國的化學(xué)計(jì)量學(xué)發(fā)展主要成果進(jìn)行過一次綜論［4］，在此，僅就近10年來化學(xué)計(jì)量學(xué)在我國的發(fā)展情況作出簡要介紹。

化學(xué)計(jì)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(jī)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(yàn)設(shè)計(jì)與化學(xué)化工過程優(yōu)化控制、化學(xué)信號(hào)處理、分析信號(hào)的校正與分辨、化學(xué)模式識(shí)別、化學(xué)過程和化學(xué)量測過程的計(jì)算機(jī)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。化學(xué)計(jì)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(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。

化學(xué)計(jì)量學(xué)發(fā)展成為化學(xué)與分析化學(xué)學(xué)科的一個(gè)獨(dú)特分支。兩個(gè)重要的條件與因素推動(dòng)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(shí)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(jì)學(xué)家所遇到的大量數(shù)據(jù)如何處理的問題。化學(xué)家與分析化學(xué)家比較幸運(yùn)。因?yàn)榇罅楷F(xiàn)代分析測試儀器出現(xiàn)帶來“數(shù)據(jù)爆炸時(shí)代”，也正是計(jì)算機(jī)普及的時(shí)代。這就構(gòu)成了化學(xué)計(jì)量學(xué)發(fā)展的第二個(gè)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(jìn)行解析，化學(xué)家、分析化學(xué)家利用可在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)的許多強(qiáng)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(hào)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(fèi)時(shí)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(jìn)行純組分分離，即采用單變量校正方法進(jìn)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(hào)，藉化學(xué)計(jì)量學(xué)發(fā)展的新型分析信號(hào)的多元校正與分辨方法［5］來進(jìn)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(jì)量學(xué)方法現(xiàn)已進(jìn)入可用來解決分析化學(xué)中實(shí)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(jìn)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(jì)量學(xué)算法的研究現(xiàn)仍是一個(gè)研究的熱點(diǎn)，我國的化學(xué)計(jì)量學(xué)研究在此方面取得了居于國際先進(jìn)水平的成果［7］。多元校正與分辨一直就是分析化學(xué)計(jì)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(jì)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(jì)量學(xué)方法固化于新設(shè)計(jì)的分析儀器之中，以構(gòu)建新型智能分析儀器，是一個(gè)值得繼續(xù)研究的方向。另一方面，由于近年來計(jì)算機(jī)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(jì)量學(xué)注入了新鮮血液，我國在分析信號(hào)處理新方法，其中特別是小波分析(waveletanalysis)的引入，為分析信號(hào)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(hào)處理研究的方面是處于國際先進(jìn)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(jì)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(jì)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(jì)學(xué)中研究熱烈的穩(wěn)健方法(robustmethods,RM)［12］等新型化學(xué)計(jì)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(jì)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(shí)別的研究提供的是對決策和過程優(yōu)化很有實(shí)用價(jià)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(shí)別提供了研究的新機(jī)遇。無論在化學(xué)模式識(shí)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(jì)量學(xué)研究小組先后用化學(xué)模式識(shí)別的方法成功地解決了50多個(gè)石油化工過程優(yōu)化、材料設(shè)計(jì)等方面中的實(shí)際難題。化學(xué)模式識(shí)別方法用于分析化學(xué)、物理化學(xué)、無機(jī)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(jì)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(gè)涉及到化學(xué)學(xué)科的一個(gè)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(gè)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(jì)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(gè)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(jì)量學(xué)家的貢獻(xiàn)，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(jì)回歸（多元校正）和模式識(shí)別的方法來建立一種模式，從而達(dá)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(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究。目前，用ANN來進(jìn)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(jì)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(shí)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(gè)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(shí)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(jì)量學(xué)研究的一個(gè)重要問題。我國的化學(xué)計(jì)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(jī)化學(xué)家都十分關(guān)注的一個(gè)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(shí)間庫以及吸收與發(fā)射光譜等為復(fù)雜分析體系進(jìn)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(jī)化合物定結(jié)構(gòu)，則是有機(jī)化學(xué)家們手中必不可少的解析手段。計(jì)算機(jī)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(jìn)行上述解析的新途徑。我國的化學(xué)計(jì)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(jī)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(jì)算機(jī)進(jìn)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(jìn)行結(jié)構(gòu)自動(dòng)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(jìn)行各類波譜數(shù)據(jù)庫的知識(shí)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(jì)量學(xué)會(huì)議，與會(huì)代表120多人，其中來自歐美及亞洲各地14個(gè)國家的境外代表60多人，會(huì)議的議題幾乎覆蓋了前述化學(xué)計(jì)量學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域，還特別為化學(xué)計(jì)量學(xué)在工業(yè)中的應(yīng)用開辟了一個(gè)專門議題。該會(huì)議已在國際化學(xué)計(jì)量學(xué)刊物“ChemometricsandIntelligentLaboratorySystems”出版了會(huì)議論文專輯［20］，收集了44篇會(huì)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(jì)量學(xué)界展示了我國的化學(xué)計(jì)量學(xué)研究的實(shí)力，說明我國的化學(xué)計(jì)量學(xué)研究已與國際接軌。

化學(xué)計(jì)量學(xué)誕生至今，已有近30年歷史，其發(fā)展前景亦是一個(gè)令人關(guān)注的問題。從分析化學(xué)與化學(xué)計(jì)量學(xué)的關(guān)系可以看出，化學(xué)計(jì)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(jì)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(jì)算機(jī)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(jìn)步。在采用計(jì)算機(jī)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(jì)算技術(shù)（近年來化學(xué)計(jì)量學(xué)方法學(xué)發(fā)展的主體）與傳統(tǒng)的基于經(jīng)驗(yàn)的邏輯推理方法的有機(jī)結(jié)合，可望解決化合物結(jié)構(gòu)自動(dòng)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(shí)定性定量解析成為可能。在分析化學(xué)領(lǐng)域中，化學(xué)計(jì)量學(xué)的發(fā)展前景十分誘人。另外，化學(xué)計(jì)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(jì)量學(xué)也將繼續(xù)得到更蓬勃的發(fā)展。

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