通過化學計量學方法優(yōu)化現(xiàn)代儀器分析的研究

陳萬明

(貴州工業(yè)職業(yè)技術學院,貴州 貴陽 550000)

在現(xiàn)代科學逐漸發(fā)展的過程中，科學研究領域越來越廣泛，現(xiàn)代儀器分析在分析化學中的重要性越來越突出。在進行化學實驗研究時，工作人員需要通過現(xiàn)代儀器設備進行化學信息收集，通過化學計量學方法進行數(shù)據(jù)分析。因此，在分析化學探索過程中，現(xiàn)代儀器分析與化學計量學之間的關系越來越密切。想要提高化學分析精確性和穩(wěn)定性，就需要對現(xiàn)代儀器分析和化學計量學方法進行探索，利用化學計量學方法進行現(xiàn)代儀器分析優(yōu)化。

1 化學計量學

自上世紀七十年代開始，化學計量學便成為分析化學中的一部分。在分析化學研究過程中出現(xiàn)了很多現(xiàn)代儀器分析，研究者可以利用現(xiàn)代儀器分析獲得數(shù)據(jù)資料，從而加快化學分析的發(fā)展，而化學計量學便是在現(xiàn)代儀器分析基礎上產(chǎn)生的。在分析化學不斷研究期間，需要進行大量數(shù)據(jù)處理，研究人員需要在眾多數(shù)據(jù)中獲得想要的信息資源。計算機技術的引進使分析化學的研究道路更加廣闊，加快了研究者在數(shù)據(jù)信息獲取方面的速度，從而產(chǎn)生化學計量學。從化學計量學應用情況來看，化學合成物性能檢測或者藥品含量測定等都需要借助分析化學，分析過程相對復雜。且在化學分析期間，工作人員需要根據(jù)檢測結果進行定量分析和定性分析。在進行數(shù)據(jù)解析時，研究者多利用多元分析法進行測定數(shù)據(jù)解析。在進行多元分析法應用前，需要對化學分析實驗進行優(yōu)化，擴大分析范圍。在多元校正分析法應用方面，可以通過回歸分析或者曲線擬合等化學計量學分析方法進行輔助，具有一定的應用價值。在進行人工神經(jīng)網(wǎng)絡研究時，可以通過圖譜分析方法進行蛋白質結構分析，利用遺傳算法擴大應用范圍[1]。早在廣譜化學研究中，研究者便在進行定量分析方法探索，以加快數(shù)據(jù)分析速度和分析效果。將化學計量學應用于廣譜化學中，能夠對最優(yōu)化技術、平滑技術或者變換技術等進行靈活應用，從而促進光譜化學分析。

2 現(xiàn)代儀器分析

在分析化學中，現(xiàn)代儀器分析屬于重要組成部分，對現(xiàn)代科學技術發(fā)展具有重要意義?，F(xiàn)代儀器分析涉及到的科學技術相對較多，包括機械技術、化學科學和計算機技術等。在科學技術研究發(fā)展方面，需要對現(xiàn)代儀器分析進行探索，加強物質世界認知。從現(xiàn)代儀器分析內(nèi)容來看，當前存在的分析方法便已經(jīng)超過四十種，且各種方法都具備化學原理與物理原理。在現(xiàn)代儀器分析方法應用方面，有質譜分析、電化學分析和色譜分析等。以質譜分析來看，質譜法需要對帶電粒子電荷與帶電粒子質量進行比值分析，并對帶電粒子結構進行定量分析和定性分析。在有機化合物結構探索方面，質譜分析法具有較高的應用價值。在真空狀態(tài)下，強電場和電子流攻擊會對帶電粒子造成影響，導致帶電粒子轉變成離子，造成化學鍵斷裂，形成正電荷離子，且這些電荷的質量各不相同。研究人員可以通過帶電粒子質荷比進行資料收集和數(shù)據(jù)記錄，形成質譜圖。工作人員可以從質譜圖中獲得數(shù)據(jù)信息，能夠對化合物結構進行數(shù)據(jù)分析。

在科學技術不斷研發(fā)應用的過程中，現(xiàn)代儀器分析要求逐漸提高，從而研發(fā)出更多的新設備與新材料，加快了分析儀器的發(fā)展速度。在現(xiàn)代儀器分析快速革新過程中，原有的儀器分析方法正在逐漸更新。從現(xiàn)代儀器分析發(fā)展特點來看，當前現(xiàn)代分析儀器的功能正在多元化發(fā)展，其智能化與自動化程度越來越高。為提高化學分析效果，開始將現(xiàn)代儀器分析向專業(yè)化方面發(fā)展。在現(xiàn)代儀器分析功能應用方面，研究者可以通過電磁或者光的物理特性方法物理量，提高樣品檢測靈敏度與穩(wěn)定性[2]?，F(xiàn)代儀器分析是當前社會中的一種高科技產(chǎn)品，是對各類新型技術的綜合應用。隨著分析化學的不斷發(fā)展，現(xiàn)代儀器分析中融入的科學技術將會越來越多，在化學實驗分析中能夠發(fā)揮的作用越來越大。

3 優(yōu)化現(xiàn)代儀器分析對策

3.1 優(yōu)化現(xiàn)代儀器分析中的化學分離

隨著分析化學研究范圍的不斷擴大，現(xiàn)代儀器分析方法和分析設備逐漸無法滿足實驗需求。比如在進行物質分離處理時，需要對復雜物質進行單組劃分，將眾多的物質成分劃分成一個個組分。然而復雜物質成分過多，無法通過現(xiàn)代儀器對物質進行全面分離。因此，在復雜物質分離研究方面，現(xiàn)代儀器分析中包含了一些重疊信息，從而影響到數(shù)據(jù)分析結果。對于上述問題，必須對現(xiàn)代儀器分析中的化學分離進行優(yōu)化處理，以提高數(shù)據(jù)提取精確性。在現(xiàn)代儀器分析優(yōu)化方面，可以用化學計量學中的數(shù)學分離替代化學分離，對現(xiàn)代儀器分析進行創(chuàng)新發(fā)展。數(shù)學分離是化學計量學功能中的一種基本類型，主要是通過數(shù)學方法對復合響應信號進行處理。在復雜體系研究方面，研究者可以利用計算機數(shù)學分離進行物質分組，這需要操作人員對物質關聯(lián)與物質相互作用等有清晰的了解，從而實現(xiàn)對試驗物質定量分析與定性分析，且分析效果與化學分離相差無幾。從分析化學層面來看，研究者首先需要建立分析方法，通過現(xiàn)代儀器固定分析方法，然后對分析方法進行簡化，形成化學分析方案。在進行數(shù)學分離應用時，需要結合三維以上豎陣進行分析，通過通道測試方式進行現(xiàn)代儀器分析創(chuàng)新。比如在進行復雜問題生命科學或者環(huán)境科學研究時，需要利用高維分析儀器和多維豎陣分析方法進行解決方案探索。從現(xiàn)代科學發(fā)展情況來看，現(xiàn)代分離分析技術已經(jīng)逐步綜合應用，并對化學計量學方法進行深入探索，并取得了一定的研究成果[3]。比如在現(xiàn)代儀器分析化學分離優(yōu)化方面，三維豎陣分析應用和理論成果逐漸豐富，化學計量學方法應用范圍逐漸擴大，在數(shù)學分離代替化學分離和物理分離方面具有一定的研究價值。比如在進行負載難題分析時，實驗者可通過優(yōu)化后的現(xiàn)代儀器裝置與化學計量學分析方法進行定量分析，結合化學動力學過程解決復雜難題。

3.2 現(xiàn)代儀器分析誤差優(yōu)化

在紫外可見吸收光譜(UV-vis)分析方面，現(xiàn)代分光光度計722型測量結果中出現(xiàn)的誤差相對較大，且在試驗期間會產(chǎn)生較大的噪音污染。因此，在分析化學研究方面，需要對現(xiàn)代儀器分析誤差進行優(yōu)化處理。比如在進行紫外可見吸收光譜分析方面，實驗者需要進行評價方法建立，結合相對標準差和剩余標準偏差進行數(shù)據(jù)分析。這需要操作人員進行交叉實驗法與因子分析法應用，選擇合理處理軟件。在進行樣品集標準選擇后，需要對位置樣本吸收光譜與樣本集吸收光譜進行測量，獲得相應矩陣，然后結合K矩陣法進行純光譜求解，并對樣本中各組含量進行預測。這種數(shù)據(jù)處理方法是化學計量學方法中的一種基本方法，主要是利用二次多元式線性回歸進行數(shù)據(jù)解析。在進行樣品數(shù)據(jù)處理時，研究者需要對交叉驗證法和因子分析法等進行應用，其在大量信息數(shù)據(jù)處理方面具有一定的優(yōu)勢。在實際吱哇可見吸收光譜分析方面，現(xiàn)代儀器分析方法相對復雜，且只可以測量單波長吸光度。一旦波長出現(xiàn)變化時，操作人員需要進行透光率調(diào)整，進行數(shù)據(jù)測量和數(shù)據(jù)收集。這種數(shù)據(jù)分析方法以人工為主，不僅容易拉大實驗誤差，還會增加操作人員工作負荷。且現(xiàn)代儀器分析應用期間會產(chǎn)生噪音，在吸光度測量時的標準差為0.002。安捷倫8453是一種新型分光廣度計，這種儀器操作簡便，可以對190nm至1100nm波長范圍內(nèi)的吸光度進行自動測量，標準差為0.0002。相對于原有可見光吸收光譜實驗儀器而言，當前的現(xiàn)代儀器分析結果更加精確。

3.3 現(xiàn)代儀器分析數(shù)據(jù)解析優(yōu)化

從現(xiàn)代儀器分析應用情況來看，當前儀器功能日益完善，操作方式越來越方便。然而由于現(xiàn)代儀器自身的處理功能還有待提升，因此在實驗數(shù)據(jù)解析方面難度較大。對于這種情況，可以利用化學計量學中的數(shù)據(jù)處理功能進行現(xiàn)代儀器分析數(shù)據(jù)解析優(yōu)化。目標實驗-數(shù)值遺傳算法是化學計量學中的一種強大數(shù)據(jù)處理方法，其在廣譜數(shù)據(jù)解析方面具有一定的研究價值。比如在進行紫外光譜實驗時，可以通過化學計量學中的目標實驗-數(shù)值遺傳算法進行反應級數(shù)與動力學參數(shù)優(yōu)化，從而將光譜矩陣、動力學譜等求解出來。在數(shù)據(jù)矩陣重構方面，技術人員可以結合動力學矩陣與廣譜解析出原始數(shù)據(jù)矩陣參與矩陣，確定速率常數(shù)和反應級數(shù)。在測量誤差對比方面，需要獲取目標函數(shù)，通過矩陣數(shù)據(jù)獲取純光譜。在具體應用方面，需要選擇合理數(shù)據(jù)處理軟件，通過目標實驗-數(shù)值遺傳算法進行動力學光譜矩陣求解，獲取連串反應速率常數(shù)與動力學曲線速率常數(shù)[4]。操作人員需要使用數(shù)據(jù)處理軟件進行運算結果、數(shù)據(jù)信息及圖形信息等存儲。經(jīng)化學計量學方法優(yōu)化后的現(xiàn)代儀器分析結合了數(shù)學知識、化學動力學與計算機技術，具有一定的應用價值。在進行實驗數(shù)據(jù)處理時，操作人員可以通過化學計量學方法編寫程序，其應用方式靈活多變，應用效果良好。

4 結語

現(xiàn)代儀器分析是分析化學中的一部分，主要是利用現(xiàn)代儀器設備與現(xiàn)代儀器分析方法進行數(shù)據(jù)處理。由于當前科學技術發(fā)展速度很快，現(xiàn)代儀器分析更新?lián)Q代很快，原有的一些現(xiàn)代儀器分析已經(jīng)不適應當前科學研究發(fā)展。因此，必須對現(xiàn)代儀器分析進行深入了解，優(yōu)化其分析功能和分析方法?；瘜W計量學是在現(xiàn)代儀器發(fā)展基礎上產(chǎn)生的一類學科，對現(xiàn)代儀器分析優(yōu)化具有一定的積極作用，值得相關研究者探索和實踐研究。

[1] 趙 旭,李旭博,高麗娟.GC-MS結合化學計量學方法用于纈草揮發(fā)性成分的定性研究[J].中醫(yī)藥學報，2015(3):17-19.

[2] 孫宗保,辛 新,鄒小波,等.傅里葉變換紅外光譜結合化學計量學方法對白酒基酒的快速定性和定量分析[J].光譜學與光譜分析，2017,37(9):2756-2762.

[3] 溫榮杰.現(xiàn)代分析化學與化學計量學研究[J].當代化工研究,2016(03) :45-46.

[4] 蔣軍輝,徐小娜,楊慧仙,等.GC-MS聯(lián)用技術結合化學計量學方法分析厚樸葉揮發(fā)油成分[J].分析測試學報,2012,31(5):523-529.