陳萬明

(貴州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,貴州 貴陽 550000)

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

1 化學(xué)計量學(xué)

自上世紀(jì)七十年代開始，化學(xué)計量學(xué)便成為分析化學(xué)中的一部分。在分析化學(xué)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(xué)分析的發(fā)展，而化學(xué)計量學(xué)便是在現(xiàn)代儀器分析基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。在分析化學(xué)不斷研究期間，需要進(jìn)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(jī)技術(shù)的引進(jìn)使分析化學(xué)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(xué)計量學(xué)。從化學(xué)計量學(xué)應(yīng)用情況來看，化學(xué)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(xué)，分析過程相對復(fù)雜。且在化學(xué)分析期間，工作人員需要根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行定量分析和定性分析。在進(jìn)行數(shù)據(jù)解析時，研究者多利用多元分析法進(jìn)行測定數(shù)據(jù)解析。在進(jìn)行多元分析法應(yīng)用前，需要對化學(xué)分析實(shí)驗進(jìn)行優(yōu)化，擴(kuò)大分析范圍。在多元校正分析法應(yīng)用方面，可以通過回歸分析或者曲線擬合等化學(xué)計量學(xué)分析方法進(jìn)行輔助，具有一定的應(yīng)用價值。在進(jìn)行人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究時，可以通過圖譜分析方法進(jìn)行蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析，利用遺傳算法擴(kuò)大應(yīng)用范圍[1]。早在廣譜化學(xué)研究中，研究者便在進(jìn)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(xué)計量學(xué)應(yīng)用于廣譜化學(xué)中，能夠?qū)ψ顑?yōu)化技術(shù)、平滑技術(shù)或者變換技術(shù)等進(jìn)行靈活應(yīng)用，從而促進(jìn)光譜化學(xué)分析。

2 現(xiàn)代儀器分析

在分析化學(xué)中，現(xiàn)代儀器分析屬于重要組成部分，對現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展具有重要意義?，F(xiàn)代儀器分析涉及到的科學(xué)技術(shù)相對較多，包括機(jī)械技術(shù)、化學(xué)科學(xué)和計算機(jī)技術(shù)等。在科學(xué)技術(shù)研究發(fā)展方面，需要對現(xiàn)代儀器分析進(jìn)行探索，加強(qiáng)物質(zhì)世界認(rèn)知。從現(xiàn)代儀器分析內(nèi)容來看，當(dāng)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(xué)原理與物理原理。在現(xiàn)代儀器分析方法應(yīng)用方面，有質(zhì)譜分析、電化學(xué)分析和色譜分析等。以質(zhì)譜分析來看，質(zhì)譜法需要對帶電粒子電荷與帶電粒子質(zhì)量進(jìn)行比值分析，并對帶電粒子結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量分析和定性分析。在有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)探索方面，質(zhì)譜分析法具有較高的應(yīng)用價值。在真空狀態(tài)下，強(qiáng)電場和電子流攻擊會對帶電粒子造成影響，導(dǎo)致帶電粒子轉(zhuǎn)變成離子，造成化學(xué)鍵斷裂，形成正電荷離子，且這些電荷的質(zhì)量各不相同。研究人員可以通過帶電粒子質(zhì)荷比進(jìn)行資料收集和數(shù)據(jù)記錄，形成質(zhì)譜圖。工作人員可以從質(zhì)譜圖中獲得數(shù)據(jù)信息，能夠?qū)衔锝Y(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

在科學(xué)技術(shù)不斷研發(fā)應(yīng)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(shè)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(diǎn)來看，當(dāng)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(xué)分析效果，開始將現(xiàn)代儀器分析向?qū)I(yè)化方面發(fā)展。在現(xiàn)代儀器分析功能應(yīng)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]。現(xiàn)代儀器分析是當(dāng)前社會中的一種高科技產(chǎn)品，是對各類新型技術(shù)的綜合應(yīng)用。隨著分析化學(xué)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代儀器分析中融入的科學(xué)技術(shù)將會越來越多，在化學(xué)實(shí)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(xué)分離

隨著分析化學(xué)研究范圍的不斷擴(kuò)大，現(xiàn)代儀器分析方法和分析設(shè)備逐漸無法滿足實(shí)驗需求。比如在進(jìn)行物質(zhì)分離處理時，需要對復(fù)雜物質(zhì)進(jìn)行單組劃分，將眾多的物質(zhì)成分劃分成一個個組分。然而復(fù)雜物質(zhì)成分過多，無法通過現(xiàn)代儀器對物質(zhì)進(jìn)行全面分離。因此，在復(fù)雜物質(zhì)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(jié)果。對于上述問題，必須對現(xiàn)代儀器分析中的化學(xué)分離進(jìn)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(xué)計量學(xué)中的數(shù)學(xué)分離替代化學(xué)分離，對現(xiàn)代儀器分析進(jìn)行創(chuàng)新發(fā)展。數(shù)學(xué)分離是化學(xué)計量學(xué)功能中的一種基本類型，主要是通過數(shù)學(xué)方法對復(fù)合響應(yīng)信號進(jìn)行處理。在復(fù)雜體系研究方面，研究者可以利用計算機(jī)數(shù)學(xué)分離進(jìn)行物質(zhì)分組，這需要操作人員對物質(zhì)關(guān)聯(lián)與物質(zhì)相互作用等有清晰的了解，從而實(shí)現(xiàn)對試驗物質(zhì)定量分析與定性分析，且分析效果與化學(xué)分離相差無幾。從分析化學(xué)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(jìn)行簡化，形成化學(xué)分析方案。在進(jìn)行數(shù)學(xué)分離應(yīng)用時，需要結(jié)合三維以上豎陣進(jìn)行分析，通過通道測試方式進(jìn)行現(xiàn)代儀器分析創(chuàng)新。比如在進(jìn)行復(fù)雜問題生命科學(xué)或者環(huán)境科學(xué)研究時，需要利用高維分析儀器和多維豎陣分析方法進(jìn)行解決方案探索。從現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展情況來看，現(xiàn)代分離分析技術(shù)已經(jīng)逐步綜合應(yīng)用，并對化學(xué)計量學(xué)方法進(jìn)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(xué)分離優(yōu)化方面，三維豎陣分析應(yīng)用和理論成果逐漸豐富，化學(xué)計量學(xué)方法應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大，在數(shù)學(xué)分離代替化學(xué)分離和物理分離方面具有一定的研究價值。比如在進(jìn)行負(fù)載難題分析時，實(shí)驗者可通過優(yōu)化后的現(xiàn)代儀器裝置與化學(xué)計量學(xué)分析方法進(jìn)行定量分析，結(jié)合化學(xué)動力學(xué)過程解決復(fù)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(jié)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(xué)研究方面，需要對現(xiàn)代儀器分析誤差進(jìn)行優(yōu)化處理。比如在進(jìn)行紫外可見吸收光譜分析方面，實(shí)驗者需要進(jìn)行評價方法建立，結(jié)合相對標(biāo)準(zhǔn)差和剩余標(biāo)準(zhǔn)偏差進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。這需要操作人員進(jìn)行交叉實(shí)驗法與因子分析法應(yīng)用，選擇合理處理軟件。在進(jìn)行樣品集標(biāo)準(zhǔn)選擇后，需要對位置樣本吸收光譜與樣本集吸收光譜進(jìn)行測量，獲得相應(yīng)矩陣，然后結(jié)合K矩陣法進(jìn)行純光譜求解，并對樣本中各組含量進(jìn)行預(yù)測。這種數(shù)據(jù)處理方法是化學(xué)計量學(xué)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(jìn)行數(shù)據(jù)解析。在進(jìn)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(jìn)行應(yīng)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(shí)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(fù)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(jìn)行透光率調(diào)整，進(jìn)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(shí)驗誤差，還會增加操作人員工作負(fù)荷。且現(xiàn)代儀器分析應(yīng)用期間會產(chǎn)生噪音，在吸光度測量時的標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行自動測量，標(biāo)準(zhǔn)差為0.0002。相對于原有可見光吸收光譜實(shí)驗儀器而言，當(dāng)前的現(xiàn)代儀器分析結(jié)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(yīng)用情況來看，當(dāng)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(shí)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(xué)計量學(xué)中的數(shù)據(jù)處理功能進(jìn)行現(xiàn)代儀器分析數(shù)據(jù)解析優(yōu)化。目標(biāo)實(shí)驗-數(shù)值遺傳算法是化學(xué)計量學(xué)中的一種強(qiáng)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(jìn)行紫外光譜實(shí)驗時，可以通過化學(xué)計量學(xué)中的目標(biāo)實(shí)驗-數(shù)值遺傳算法進(jìn)行反應(yīng)級數(shù)與動力學(xué)參數(shù)優(yōu)化，從而將光譜矩陣、動力學(xué)譜等求解出來。在數(shù)據(jù)矩陣重構(gòu)方面，技術(shù)人員可以結(jié)合動力學(xué)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(yīng)級數(shù)。在測量誤差對比方面，需要獲取目標(biāo)函數(shù)，通過矩陣數(shù)據(jù)獲取純光譜。在具體應(yīng)用方面，需要選擇合理數(shù)據(jù)處理軟件，通過目標(biāo)實(shí)驗-數(shù)值遺傳算法進(jìn)行動力學(xué)光譜矩陣求解，獲取連串反應(yīng)速率常數(shù)與動力學(xué)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(jìn)行運(yùn)算結(jié)果、數(shù)據(jù)信息及圖形信息等存儲。經(jīng)化學(xué)計量學(xué)方法優(yōu)化后的現(xiàn)代儀器分析結(jié)合了數(shù)學(xué)知識、化學(xué)動力學(xué)與計算機(jī)技術(shù)，具有一定的應(yīng)用價值。在進(jìn)行實(shí)驗數(shù)據(jù)處理時，操作人員可以通過化學(xué)計量學(xué)方法編寫程序，其應(yīng)用方式靈活多變，應(yīng)用效果良好。

4 結(jié)語

現(xiàn)代儀器分析是分析化學(xué)中的一部分，主要是利用現(xiàn)代儀器設(shè)備與現(xiàn)代儀器分析方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。由于當(dāng)前科學(xué)技術(shù)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(yīng)當(dāng)前科學(xué)研究發(fā)展。因此，必須對現(xiàn)代儀器分析進(jìn)行深入了解，優(yōu)化其分析功能和分析方法?；瘜W(xué)計量學(xué)是在現(xiàn)代儀器發(fā)展基礎(chǔ)上產(chǎn)生的一類學(xué)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(guān)研究者探索和實(shí)踐研究。

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

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