化学计量学及其应用 PPT
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中南工业大学中药现代化研究中心粱逸曾 中国科技大学化学系邵学广 同济大学化学系李通化 长春应用化学研究所许禄 兰州大学化学系刘满仓等
化学计量学内容
化学计量学构成了化学量测的基础与方法学
化学计量学的特点
多学科的“接口”； 理论与方法高度抽象、而要解
决的问题是具体的、复杂的且 涉及到很多学科； 以计算机软件为载体实现其应 用。
这种与信息时代的观念相悖的习 惯应通过化学教育加以改变。
学习化学计量学的益处
（1）化学计量学带来思维方式的革命； （2）实验员 实验设计者、问题
分析和解决者； （3）有利于作好化学信息的服务； （4）为智能分析仪器的设计提供新的
思路。 （5）便于快速理解、掌握现代分析仪
器（如GC、HPLC、IR、NIR、电子 鼻、电子舌等等）的使用与功能开发。
化学计量学发展简史
瑞典Svanto Wold于1970年首次应用它解决科 研课题；
1974年Wold与Kowalski成立国际化学计量学 学会，学会刊物J. Chem. Inf. & Comput. Sci.；
1978年国际分析学会每两年发表关于 “Chemometrics”的特别综述；
了解判线性学习机法、KNN法判别样本归属的 有监督模式识别法；
题。
化学校正理论要求
通过实例了解常用的化学校正方法 及其在现代分析仪器中的运用；
掌握其中的基本概念（校正集、检 验集、交叉验证、PLS法、PCR法、 MLR法等）及各种方法的特点与适 用范围。
模式识别要求
掌握评价样本间相似程度的距离指标（绝对距 离、欧式距离、马氏距离）、相似系数（夹角 余弦、相关系数）的计算公式；
现代分析化学的特征
测试数据的多维化、海量化； 分析软件固化在分析仪器中，使得分
析仪器高度智能化，提高了对仪器使 用者的要求； 目前分析化学工作者面临的难题是如 何从大量的数据中提取有用的化学信 息以解决相关的实际问题。
化学计量学与分析化学
化学计量学先驱B.R.Kowalski宣称：分 析化学已由单纯地提供数据上升到从分 析数据中获取有用的信息和知识，成为 实际问题的解决者，发展成为工业过程 控制和生命过程控制的重要组成部分。
化学计量学与现代分析仪器
红外仪（IR）－专家智能系统的 应用
近红外（NIR，Near Infrared ）—校正理论，模式识 别理论的应用
高效液相色谱（HPLC）、气相 色谱—化学校正理论的应用
NIR分析软件窗口1—定量方法选择分析
NIR分析软件窗口2－组分、单位及分析限度确定
NIR分析软件窗口3－建立校正表
化学计量学及其应用
为什么学习化学计量学？
化学计量学解决什么问题？ 化学计量学怎样解决问题？ 化学计量学有什么特点？
分析化学的发展
★ 20世纪初，四大溶液平衡理论使分析化 学从一门技术发展成一门科学 。
★ 20世纪70年代以来，以计算机应用为主 要标志的信息时代的来临，使分析化学 经历了仪器化、计算机化、智能化、信 息化等各个阶段，发展成为一门建立在 化学、物理学、数学、计算机、精密仪 器制造科学等学科之上的综合性的边缘 学科。
学会用单纯形法优化实验条件并对最 优化理论及应用有初步了解和认识。
主成分分析要求
掌握主成分分析中的基本概念：数据 矩阵的预处理（中心化、自标度化）、 协方差矩阵、相关矩阵、主成分轴 （载荷轴、特征向量）、主成分方差 （特征值）、主成分（得分）等。
了解主成分的求解过程。 学习运用主成分分析方法解决相关问
化学计量学教学及其他
20世纪80年代，化学计量学从学术研究领 域发展到进入化学课堂
美Duke大学将采样（土壤中镁的离子交 换—萃取及AA测定）、发现建模及单纯形 优化（NMR及中子活化）、重叠峰去卷积 及通用秩消去法（HPLC-DAD）与化学模式 识别（烷烃及烯烃的GC-MS）等列入主修 化学的本科实验大纲。
本课程的目的
掌握实验方案的设计、实验数据处理方 法，确定使目标最优的实验条件；
了解数据、信息的解析和抽提方法； 了解化学校正理论与常用方法； 了解模式识别理论与常用方法； 具备应用数学理论和计算机技术解决与
化学相关问题的能力。
本课程的主要内容
绪论、线性代数、数据统计、回归等数学 基础介绍和回顾（4学时）
各类试验方案的设计与优化方法（4学时） 实验数据的预处理方法及主成分概念介绍
（2学时） 化学校正理论与主成分分析应用（2学时） 模式识别及其应用简介（4学时） 总复习、答疑与笔试（1学时）
实验设计要求
学会用正交表、均匀设计表及均匀设 计使用表安排实验方案；
会用直观分析的方法处理正交实验数 据，了解均匀设计实验数据的回归处 理方法和过程。
1987年美国与欧洲同时出现两个国际化学计量 学刊物：“J. Chemom”与“ChemLab”；
国内从80年代初起，以俞汝勤院士为首的分析 化学工作者开始这方面研究；
化学计量学的方法与理论应用到现代分析仪器。
国内化学计量学研究
湖南大学俞汝勤院士、湖南大学化学生物 传感与计量学国家重点实验室主任吴海龙
利用Байду номын сангаас算机技术处理信息； 利用相关的背景知识抽提有用
的、重要的信息或特征。
化学计量学定义
化学计量学(chemometrics)是一
门新的化学分支学科，它应用数 学、统计学、计算机及其他相关 学科的理论和方法去优化化学测 量过程，并从化学量测数据中最 大限度地获取有用的化学信息。
Brown（1995）指出： 化学家习惯于将99％的精力与 资源用在数据的收集上，只余下 1%用于将数据转化为信息。
化学计量学中的很多问题是分析化学的 基础性问题，它构成分析化学第二层次 的基础理论的重要组成部分 。
化学计量学解决什么问题？
方法选择
预处理 实验
数据处理
结果解释
传统化学
化学计量学
化学计量学研究化学量测过程中的共性问题 (如实验设计、优化；数据分析、信息提取等）
化学计量学怎样解决问题？
利用近代数学理论、统计学方 法建立信息挖掘和数据处理方 法；
化学计量学内容
化学计量学构成了化学量测的基础与方法学
化学计量学的特点
多学科的“接口”； 理论与方法高度抽象、而要解
决的问题是具体的、复杂的且 涉及到很多学科； 以计算机软件为载体实现其应 用。
这种与信息时代的观念相悖的习 惯应通过化学教育加以改变。
学习化学计量学的益处
（1）化学计量学带来思维方式的革命； （2）实验员 实验设计者、问题
分析和解决者； （3）有利于作好化学信息的服务； （4）为智能分析仪器的设计提供新的
思路。 （5）便于快速理解、掌握现代分析仪
器（如GC、HPLC、IR、NIR、电子 鼻、电子舌等等）的使用与功能开发。
化学计量学发展简史
瑞典Svanto Wold于1970年首次应用它解决科 研课题；
1974年Wold与Kowalski成立国际化学计量学 学会，学会刊物J. Chem. Inf. & Comput. Sci.；
1978年国际分析学会每两年发表关于 “Chemometrics”的特别综述；
了解判线性学习机法、KNN法判别样本归属的 有监督模式识别法；
题。
化学校正理论要求
通过实例了解常用的化学校正方法 及其在现代分析仪器中的运用；
掌握其中的基本概念（校正集、检 验集、交叉验证、PLS法、PCR法、 MLR法等）及各种方法的特点与适 用范围。
模式识别要求
掌握评价样本间相似程度的距离指标（绝对距 离、欧式距离、马氏距离）、相似系数（夹角 余弦、相关系数）的计算公式；
现代分析化学的特征
测试数据的多维化、海量化； 分析软件固化在分析仪器中，使得分
析仪器高度智能化，提高了对仪器使 用者的要求； 目前分析化学工作者面临的难题是如 何从大量的数据中提取有用的化学信 息以解决相关的实际问题。
化学计量学与分析化学
化学计量学先驱B.R.Kowalski宣称：分 析化学已由单纯地提供数据上升到从分 析数据中获取有用的信息和知识，成为 实际问题的解决者，发展成为工业过程 控制和生命过程控制的重要组成部分。
化学计量学与现代分析仪器
红外仪（IR）－专家智能系统的 应用
近红外（NIR，Near Infrared ）—校正理论，模式识 别理论的应用
高效液相色谱（HPLC）、气相 色谱—化学校正理论的应用
NIR分析软件窗口1—定量方法选择分析
NIR分析软件窗口2－组分、单位及分析限度确定
NIR分析软件窗口3－建立校正表
化学计量学及其应用
为什么学习化学计量学？
化学计量学解决什么问题？ 化学计量学怎样解决问题？ 化学计量学有什么特点？
分析化学的发展
★ 20世纪初，四大溶液平衡理论使分析化 学从一门技术发展成一门科学 。
★ 20世纪70年代以来，以计算机应用为主 要标志的信息时代的来临，使分析化学 经历了仪器化、计算机化、智能化、信 息化等各个阶段，发展成为一门建立在 化学、物理学、数学、计算机、精密仪 器制造科学等学科之上的综合性的边缘 学科。
学会用单纯形法优化实验条件并对最 优化理论及应用有初步了解和认识。
主成分分析要求
掌握主成分分析中的基本概念：数据 矩阵的预处理（中心化、自标度化）、 协方差矩阵、相关矩阵、主成分轴 （载荷轴、特征向量）、主成分方差 （特征值）、主成分（得分）等。
了解主成分的求解过程。 学习运用主成分分析方法解决相关问
化学计量学教学及其他
20世纪80年代，化学计量学从学术研究领 域发展到进入化学课堂
美Duke大学将采样（土壤中镁的离子交 换—萃取及AA测定）、发现建模及单纯形 优化（NMR及中子活化）、重叠峰去卷积 及通用秩消去法（HPLC-DAD）与化学模式 识别（烷烃及烯烃的GC-MS）等列入主修 化学的本科实验大纲。
本课程的目的
掌握实验方案的设计、实验数据处理方 法，确定使目标最优的实验条件；
了解数据、信息的解析和抽提方法； 了解化学校正理论与常用方法； 了解模式识别理论与常用方法； 具备应用数学理论和计算机技术解决与
化学相关问题的能力。
本课程的主要内容
绪论、线性代数、数据统计、回归等数学 基础介绍和回顾（4学时）
各类试验方案的设计与优化方法（4学时） 实验数据的预处理方法及主成分概念介绍
（2学时） 化学校正理论与主成分分析应用（2学时） 模式识别及其应用简介（4学时） 总复习、答疑与笔试（1学时）
实验设计要求
学会用正交表、均匀设计表及均匀设 计使用表安排实验方案；
会用直观分析的方法处理正交实验数 据，了解均匀设计实验数据的回归处 理方法和过程。
1987年美国与欧洲同时出现两个国际化学计量 学刊物：“J. Chemom”与“ChemLab”；
国内从80年代初起，以俞汝勤院士为首的分析 化学工作者开始这方面研究；
化学计量学的方法与理论应用到现代分析仪器。
国内化学计量学研究
湖南大学俞汝勤院士、湖南大学化学生物 传感与计量学国家重点实验室主任吴海龙
利用Байду номын сангаас算机技术处理信息； 利用相关的背景知识抽提有用
的、重要的信息或特征。
化学计量学定义
化学计量学(chemometrics)是一
门新的化学分支学科，它应用数 学、统计学、计算机及其他相关 学科的理论和方法去优化化学测 量过程，并从化学量测数据中最 大限度地获取有用的化学信息。
Brown（1995）指出： 化学家习惯于将99％的精力与 资源用在数据的收集上，只余下 1%用于将数据转化为信息。
化学计量学中的很多问题是分析化学的 基础性问题，它构成分析化学第二层次 的基础理论的重要组成部分 。
化学计量学解决什么问题？
方法选择
预处理 实验
数据处理
结果解释
传统化学
化学计量学
化学计量学研究化学量测过程中的共性问题 (如实验设计、优化；数据分析、信息提取等）
化学计量学怎样解决问题？
利用近代数学理论、统计学方 法建立信息挖掘和数据处理方 法；