化学计量学重点总结.doc

一、英译汉（30分）二、证明题（16分）三、回答问题（54分）1.正交试验设计P63正交试验设计是利用正交表来安排与分析多因素试验的一种设计方法。它是由试验因素的全部水平组合中，挑选部分有代表性的水平组合进行试验的，通过对这部分试验结果的分析了解全面试验的情况，找出最优的水平组合。例如，一个三因素三水平试验，各因素的水平之间全部可能组合有27种。全面进行试验可以分析各因素的效应，也可以选出最优水平组合。但全面试验包含的水平组合数数多，工作量大。在有些情况下无法完成。若试验的主要目的是寻求最优水平组合，则可利用正交表来设计安排试验。正交试验设计的基本特点是：用部分试验来代替全面试验，通过对部分试验结果的分析，了解全面试验的情况。如对于上述3因素3水平试验，可利用正交表L9（34）安排，试验方案仅包含9个水平组合，就能反映试验方案包含27个水平组合的全面试验的情况，找出最佳的生产条件。2.化学模式识别化学模式识别(Chemical Pattern Recognition)：是从化学量测量数据出发，进一步揭示物质的隐含性质，为化学家提供了十分有用的决策性信息。根据实验得来的一批训练点，参照化学(或物理)模型或经验规律提出一批特征量；然后进行进一步特征抽取，以求得合适的特征量，张成模式空间或特征空间，必要时，对数据进行预处理。预处理后，即可通过模式识别算法进行训练和分类，然后根据训练(或称学习)分类所得的判据，对未知样本进行判别(或称计算机预报)。化学模式识别方法：（1）有监督的模式识别方法(判别分析) 距离判别分析法：Fisher判别分析法、Beayes判别分析法、逐步判别分析法、线性学习机、K邻域判别法、势函数判别法、人工神经网络判别法等（2）无监督的模式识别方法(聚类分析)：基于特征投影的降维显示方法(既可用于有监督的又可用于无监督的模式识别)。主成分分析的投影显示法、SIMCA方法、基于偏最小二乘分解的特征投影法等。（3）化学模式识别新方法人工种经网络和一些基于全局最优算法的分类方法3.置信度、置信区间及关系，如何选择等P17、P194.化学计量学基本概念，主要研究内容化学计量学的诞生是化学与分析化学信息化的产物。定义一：化学计量学运用数学、统计学、计算机科学、以及其他相关学科的理论与方法，优化化学量测过程，并从化学量测数据中最大限度地获取有用的化学信息，可以说是一门化学量测的基础理论与方法学。定义二：化学计量学是一门运用数学、统计学、计算机科学以及其他相关学科的理论与方法，优化化学量测过程，并从化学量测数据中最大限度地获取有用的化学信息的科学。化学计量学是研究多变量化学体系的有力手段,为化学家提供了化学数据挖掘的工具。从分析化学角度：化学计量学的研究对象是化学量测的基础理论与方法学；是分析仪器智能化的理论与技术基础。重要意义：对发展分析化学基础理论、增强分析化学解决复杂实际问题的能力与促进分析仪器的智能化。研究内容：（1）采样理论：是指如何进行试样采集的数学统计理论。主要介绍常用的采样理论和方法，如固体物质的采样方法、动态过程的采样方法和质量检验的采样方法等。（2）化学试验设计与优化方法：目前统计学中最重要的三大试验设计体系：因子试验设计、部分因子设计、半因子设计法、四分之一因子设计法；正交试验设计、均匀试验设计单纯形试验设计优化方法：应用数学中发展的优化算法，化学计量学中常用优化方法分局部优化算法和全局优化算法；全局优化算法：随机寻优法即模拟退火算法和遗传算法，伪蒙持卡罗法，即基于数论方法的序贯优化法。 （3）分析检测理论与信号处理方法：降低噪音、分辨重叠信号、消除干扰；分析信号的平滑方法、求导方法和变换方法；化学计量学研究重视的多变量处理的新方法之上，即基于傅里叶和小波变换的信号预处理方法。（4）多元校正与多元分辨：包括单组分校正、多组分校正。多元校正与多元分辨主要研究的是复杂多组分体系的定性定量问题。（5）化学模式识别(Chemical Pattern Recognition)：是从化学量测量数据出发，进一步揭示物质的隐含性质，为化学家提供了十分有用的决策性信息。 （6）定量构效关系：研究化学结构与化学物质的生物活性之间的关系，研究如何从物质的化学成分与结构来定量预测其化学特性；（7）计算机数字模拟法（Computer Numerical Simulation）基于统计机理的Monte Carlo数字模拟法，基于微分方程数字解法的计算机模拟法，主要以可通用的微分方程数字解法。研究化学反应、化学量测过程中的误差规律和进行其他化学过程的机理研究一个很有效的辅助手段，亦属化学计量学研究的重要内容。（8）人工智能与化学专家系统方法：化学量测及其数据解析中，如何将各类分析仪器量测所得的数据转化为有用化学信息；传统上是依靠化学家、分析化学家运用其智能、专门知识、经验技巧及通过各类计算来完成的，能否设计计算机的专家系统，模拟化学家和分析化学家的脑力劳动。5.正态分布及标准正态分布特点，概率密度函数在分析化学中，当测量值无限多时，测量值一般符合正态分布.正态分布的概率密度函数式是总体标准偏差：反映了测量值的分散程度；总体平均值：反映了测量值的集中趋势。 正态分布记作：N(,s). x=时 y值最大= ，表明集中趋势。（1）曲线以x=这一直线为对称轴,说明正负误差出现概率相等。（2）小误差出现的概率大,大误差出现的概率小,出现极大误差的概率极小。（3）y随（精密度）变化。以测量值 x为横坐标,曲线为 测量值的正态分布.以随机误差x-为横坐标,曲线为随机误差的正态分布令：则：这样的分布称为标准正态分布，它与的大小无关。 N(0,1)（1）无论m和s值为多少，曲线和横坐标之间的总面积为1。（2）即各种偏差的测定值出现的概率总和为1。（3）测定值落在区间(a, b)的概率为曲线与a, b间所夹面积。6.复杂多组分体系的定性定量问题多元校正与多元分辨主要研究的是复杂多组分体系的定性定量问题。构成现代分析化学基础理论研究的重要组成部分在实际分析工作中所碰到的混合物体系，一般说来，不外乎以下三种情况： 白色分析体系：定性组成已知某些混合体系；分析目的只在于对各种物种(或物种的不同形态)进行定量分析。 如：已知药物片剂分析和某些已知有机反应的过程分析样本。该体系的定性组成已完全清楚，除少数非线性和所谓“病态体系”外，多元校正均可给出令人满意的解析结果。白色分析体系的多元校正算法:直接校正、间接校正、通用标准加入法、人工神经网络(artificial neural networks，ANN)等黑色分析体系对于分析试样毫无验前信息，有关其物种数，哪几种化学物种及其浓度皆不清楚；分析化学的任务是首先确定其物种数；进而解析出各纯物种的谱图(可以是光谱、波谱等)，即先将其首先转化成为白色分析体系，然后进行定量分析。分析化学中最难解析的一类体系，其像个黑匣子。黑色分析体系的化学计量学方法:矩阵分辨法、张量分辨法化学计量学家已研究出了不少尤其是对于色谱联用仪器所产生的矩阵数据，已发展了一系列解析新方法，可望解决黑色分析体系的快速定性定量分析问题。 “灰色”分析体系已知某些待测物种存在于待分析的样本，但是否存在别的未知干扰却不清楚；分析目的是在未知干扰的存在下，直接对感兴趣的待测物种进行定量分析。定性组成只部分已知，介乎子“白色”与“黑色”分析体系之间对于这类分析体系，只要可获得矩阵类型的数据，一般可望获得有物理意义的唯一解。灰色分析体系的校正算法: 矢量校正方法和矩阵校正方法经典分析化学：依赖费时而麻烦的化学或物理方法来对很多复杂化学体系进行纯组分分离，即采用单变量校正方法进行定性定量分析；现代分析化学面对的则是各种将分析分离技术集于一体的高维仪器所产生的巨量分析信号，化学计量学发展的新型分析信号的多元校正与分辨方法来进行复杂多组分体系的定性定量解析，高维数据解析的化学计量学方法现已进入可用来解决分