化學計量學[化學分支學科]

化學計量學又稱化學統計學，數學、統計學、計算機科學與化學結合而形成的化學分支學科。研究對象是有關化學量測的基礎理論和方法學。

學科介紹

國際化學計量學學會給化學計量學作出了如下的定義：化學計量學是一門通過統計學或數學方法將對化學體系的測量值與體系的狀態之間建立聯繫的學科。

由於化學反應而引起反應物系組成變化的計算方法，是對反應過程進行物料衡算和熱量衡算的依據之一。

它套用數學、統計學和其他方法和手段（包括計算機）選擇最優試驗設計和測量方法，並通過對測量數據的處理和解析，最大限度地獲取有關物質系統的成分、結構及其他相關信息。

提出

化學計量學是瑞典Umea 大學S.沃爾德(S.Wold)在1971年首先提出來的。1974年美國B.R.科瓦斯基和沃爾德共同倡議成立了化學計量學學會。化學計量學在80年代有了較大的發展，各種新的化學計量學算法的基礎及套用研究取得了長足的進展，成為化學與分析化學發展的重要前沿領域。它的興起有力地推動了化學和分析化學的發展，為分析化學工作者最佳化試驗設計和測量方法、科學處理和解析數據並從中提取有用信息，開拓了新的思路，提供了新的手段。80年代，化學計量學課程開始進入化學教學大綱，化學計量學期刊問世。90年代後，化學計量學得到廣泛推廣與套用。

研究對象

化學計量學的研究對象是有關化學量測的基礎理論和方法學。它所研究的內容包括：統計學和統計方法；分析信息理論；採樣；試驗最佳化與設計；分析校正理論；分析信號檢測和分析信號處理；化學模式識別；圖像分析；構效關係研究；人工智慧和專家系統；人工神經元網路與自適應化學模式識別；庫檢索等。

相關任務

其任務是研究有關化學測量的理論與方法學，套用數學、統計學與信息理論、計算機科學的方法和手段，科學地設計化學實驗，選擇最優的測量方法，最有效地獲取體系有用的特徵數據，並通過解析測量數據最大限度地從中提取有關物質的定性、定量、形態、結構等信息。它是一門正在發展的新興學科，其主要研究內容包括統計學與統計方法、校正理論、模型估計和參數估計、實驗設計和最佳化方法、分析信號處理、化學模式識別、定量構效關係、人工智慧和專家系統、軟體和庫檢索等。

計量學三要素

1. 評估和解析化學數據或分析數據。

2. 最佳化和涉及化學或分析過程及實驗。

3. 從實驗數據中提取最大限度的化學和分析信息。

化學計量學正是以研究過程中的方法選擇、數據處理、信息提取及結果解釋為主要研究內容。

化學計量學就是化學量測的基礎理論與方法學。

化學計量學所涉及的問題，很多是分析化學的基礎性問題，可以說它是分析化學的第二層次的基礎理論的重要組成部分。

套用

在化學定量構效關係方面的套用

化學定量構效關係是在進行化學實驗過程中研究化學學科的主要問題，主要通過定量的方面對材料的化學組成、結構等進行仔細的分析，作為化學實驗過程中的一個重要步驟，因為對物質進行化學方面的組成、結構分析是理論化學中最重要的一個問題。在定量構效關係中利用圖論及數值表示各種化合物的定量組成，並將物理、化學及生物中的知識套用與化學實驗之中，這是目前化學研究過程中的重要研究方法，很好的表述出了研究問題的特徵量及定量關係的組成。並且在目前的實驗套用中，還將化學定量構效方法套用於分子力學的全局最佳化算法之中，並且得到了很好的效果，加快了化學定量構效關係的套用，幫助找到了更多的指導化合物，受到實驗人員的廣泛歡迎。

化學計量學模式識別方法在分析化學的套用

在化學計量學中，進行識別模式的過程中，主要利用化學測量數據矩陣，將採集好的樣本分為幾個部分，分別進行選取。在測量的過程中，由於處在多維模式空間裡，因此相對位置並不是一成不變的，這樣就得利用線性做好來判斷分析法和最鄰近法。在進行決策的過程中，模式識別的方法往往能夠為決策提供意想不到的材料內容。現如今模式識別的方法已經在石油化工和材料化學領域中嶄露頭角。K － 最鄰近法是從伏安波匯總對重疊的伏安回響信號進行分類，將K － 最鄰近法用於電位階伏安波及毛細管曲線分類的過程中，從而成功表征有機化合物的構效關係。而在食品鑑定過程中，SMCA 則獨占鰲頭。因此可以說，模式識別的方法在分析化學中已經起到了越來越重要的作用。

化學計量學套用於人工神經網路中

隨著現在生物學研究的發展，人們在研究神經網路的同時，也提出了人工神經網路的概念，由於神經網路系統是十分複雜的網路，所帶來的問題是巨大的，因此它面臨著很多難題，最基本的是解決有大量簡單神經元進行模擬大腦網路的行為，由於大腦的的神經網路具有一定的組織及結構，並時刻處理著大量的信息。所以在進行對神經網路系統進行模擬時，就需要對相關的大量數據進行分類及處理，這裡就提高了人工神經網路的多方面套用，特別的套用於化學問題中的多變化的數據處理問題之中，多包含些結構關係不確定的非線性數據。當前的人工神經網路的套用，在藥物分子的藥效預測蛋白質結構的方面已經有了相應的報導，體現了化學計量學的套用中的人工神經網路受到了極大的歡迎，並套用到了多個領域之中。

化學計量學波普化學的套用

在研究化學的過程中，如何利用好波普資料庫一直是專家學者研究的重點。研究重點包括了如何做好對波普資料庫的質譜，核磁共振譜，色譜的定量分析工作。化學計量學就為研究波普數化學資料庫的工作提出了新的思路。在化學計量學的幫助下，可以做到濾波、平滑、交換、卷積的工作，這樣一來便能夠帶分析化學的發展，輕鬆解決共存性的物種和未知的生物測定難題。

前景

抗氧化劑方面的利用

抗氧化劑是為了阻止或延長食品氧化的物質，可以保證食品在長期儲存中的可以食用性，但在抗氧化劑都含有一定的危害性，長期的食用會對人體造成嚴重的危害，所以對抗氧化劑物質種類及含量的分析就顯得尤為重要。目前對抗氧化劑的分析方法多採用色譜法和光度法，但這兩種分析方法中，針對於抗氧化劑中複雜的物質分析是遠遠達不到要求的，所以就需要加強對方法的改進。當分析方法引入多元校正分析法之後，對使用湯料抗氧化劑中的含量進行了重新的分析，湯料被磨成粉之後提取出抗氧化劑，然後進行對物質含量的測量分析，明顯提高了分析的效果與質量，化學計量學在抗氧化劑方面的套用得到了廣泛套用。

套用於合成色素

色素是我們生產生活中十分重要的物質，我們多數將它作為非營養物質的食品添加劑，一般我們將色素分為兩類，一種是天然色素，一種是合成色素。天然色素在我們的套用及使用中是較為安全的，主要套用於食品級化妝產品之中，但是天然的色素存在著容易分解、不易保存和不能拼色的缺點，所以人們著手研究人工合成的色素，它們避免了天然色素在使用過程中的不足，相比有種種的優勢。但人工合成的色素對人體危害性較大，過量的使用會對人體造成嚴重的危害，所以人們在合成過程中套用了多重方式進行合成，主要有色譜法、分光光度發和電分析化學的方法進行色素的合成，但電分析化學的方法仍有些不足，隨著方法的改進，加入了化學計量學中的多元校正的方法，很好地改進了該方法，並可以進行準確的預測，克服色素之間的競爭吸附而引起的誤差，提高了靈敏度，增加了合成的效率及質量。