化学计量 的发展
化学计量学
分子电性距离矢量（MEDV）
一个分子中各原子按不同连接方式(化学键)构成， 该分子的理化性质或生物活性则应是该分子中 各连接原子之间相互作用的函数。原子之间的 相互作用与原子电性及相隔距离密切相关。一 般而言，电性越大、距离越小，相互作用越大。 此外，不同类型原子之间的相互作用方式也不 同。借鉴库仑定理的形式，将分子中的非氢原 子按其所连的非氢原子数分为4 类，各类原子 的相互作用按以下方式组合：Mkl (k=1,2, 3, 4; k≤l≤4)，表示第k 类原子与第l 类原子的作 用项。
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
题。
化学校正理论要求
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；
利用计算机技术处理信息；
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：
分子结构参数化方法
QSAR是指定量的构效关系，是使用书写模型 来描述分子结构和分子的某种生物活性之间的 关系。其基本假设是化合物的分子结构包含了 决定其物理，化学及生物等方面的性质信息， 而这些理化性质则进一步决定了该化合物的生 物活性。进而，化合物的分子结构性质数据与 其生物活性也应该存在某种程度上的相关！
化学计量学在分析化学中的应用及发展前景
近 法 用 于 电位 阶 伏 安 波 和微 分 电毛 细 管 曲 线的分类 ， 可对 有 机 化 合 物 构 效 关 系进 行 表征 。 Ｉ Ａ法在 谱识 别 与环 境 等 方 面 也有 着 定的应用。 １ ４ 应用于 多元校 正分析 法 ． 随 着 多 元 分 析 的 逐 步 崛 起 与 不 断 开 发， 研究 对 象 及 目标 变 得 越 来 越 复 杂 ， 就 这 要 求 化 学分 析 工 作 者 能够 快 速 给 出 准 确 的 定 量 、 性 与 结构 分 析 的 结果 。 过 因 子设 定 通 计 、 交 设 计 、 因 设 计 、 匀 设 计 等 化 学 正 析 均 实验 设 计 与 优 化 方法 能 够 研 究 包含 多种 因 素 的 协 同 作 用 与 影 响 ， 分 析 选 择 性 得 到 使 了有 效 地 改 善 ， 时 还 使 应 用 范 围 大 大 拓 同
皿圆
…。
学 术 论 坛
化 学计 量 学 在分 析 化 学 中的应 用 及 发 展 前景
房 靖 （ 有色金 属华北 地质矿 产测试 中心 天 津 ３ ０ １ ０１ ） ８ 摘 要 ： 学计量 学是 目前新 兴的一 门化 学分支 学科 ， 重要作 用在 于能够解 决用传统 的化 学研 究方法很 难解 决的一些复 杂问题 。 化 其 化学 计量学所 发挥的 巨大作 用在数据处 理 ， 实验设 计 ， 信号 解析等 方 面都 有 着很好 地体现 。 文通过 对化 学计量 学在分 析化 学中的应 用及 本 发展 前 景 进 行 粗 浅 地 分 析 ， 加 以 简单 地 介 绍 ， 而 发 表 一 些 浅 见 ， 供 有 关 专 家 学 者 批 评 指 正 。 井 进 以 关 键 词 ： 学 计量 学 分 析 发展 化 中图分 类号 ： Ｑ３ ０ ４ Ｔ ３ ． ＋９ ２ 文献 标 识 码 ： Ａ 文章 编号 ： ６ ２ ７ １ ２ １ ） ７ ｃ－０ ２ １ １ ７ －３ ９ （ Ｏ ０ （） ２ －０ ０ ４
化学计量学的发展现状
维普资讯
光 谱 实 验 室
第 １ ９卷
过 采 用物 理 化学 、 物理 学 及相关 技术 的分析 仪 器的 使用 ， 分析 工 作 者能 够 以更 简便 、 灵敏 的 方 法 测 定 物 质中各 种 组分 的浓度 。
另一种化学计量学刊物虽然为月刊 ， 但规模及读者数量在减小， 而且这刊物是由 Ａ Ｃ主办的 。 Ｓ 化学
计量学学会成立于 １７ 年 ， ９ ６ 至今仍未成为著名学会 。在 中国， 目前尚无化学计量学专ｆＴ 物 ， ７ Ｉ 也无 ］ 化 学计量学专业 组织。所有这些事实均表明化学计量学虽然是一个健康 的分支学科 ， 但发展缓
慢 。
化学计量学产生的根源是影响其发展的重要原因 。 化学计量学发展初期直接面向文献数据的 探索， 以寻求能够解决化学问题的方法。方法的发展在化学计量学中所起的作用不大 ， 而且化学计 量学工作者一般出自化学领域 ， 接受的是化学教育， 而不是数学和统计学教育 。早期的化学计量学 与定性分析关系密切， 如模式识别 ． 在局外人看来， 化学计量学是模式识别的别称。 化学计量学似乎 就是建立方法 ． 而不是面向真正的分析 工作者需要解决的化学问题 化学分析仪器的发展使人们瞬
平衡理论 。 分析化学工作者正在由细致经典分析的操作者转变为化学分析仪器的使用和制造者 通
＠联 系人 ， 电话 （２ ）６ ７６ １Ｅ ｍ ｌｙ ｓｉ ｏｍ ｉ ∞ｍ ０ ３６ ５ ０ １ ￣－ ａ ，ｇ ＠ｈｔ ａ ｌ ￣ Ｌ
作者简 舟： 史永 雕（９Ｉ ， ， １６一）男 陕西省扶风县人 ， 士 ，措 授，Ｌ 舟折撼试理论与技柬的教学及研究 博 矗 上事
３ 化 学计 量 学 现状
化学计量学在化学测量中的重要性与应用
化学计量学在化学测量中的重要性与应用化学计量学是化学中非常重要的一个分支，它研究化学反应的量关系和质量关系，以及对化学物质进行准确测量的方法和原理。
化学计量学的应用范围广泛，不仅在化学实验室中发挥着重要的作用，也在工业生产、环境保护、食品安全等领域中有着广泛的应用。
本文将重点探讨化学计量学在化学测量中的重要性与应用。
1. 重要性化学计量学在化学测量中的重要性不可低估。
首先，它可以帮助我们准确地计算化学反应的物质的量和质量。
这对于了解反应的化学方程式以及各个反应物和生成物的摩尔比例非常重要。
例如，在进行化学实验时，我们需要知道反应物的摩尔比例才能控制反应的进行，从而得到所需的产物。
其次，化学计量学还可以帮助我们计算溶液中的各组分的浓度。
这对于溶液的制备、稀释、配比以及反应的进行都起着关键作用。
通过准确测量反应物和产物的质量或体积，再根据摩尔比例关系，可以计算出溶液中各组分的浓度。
这样就能够保证反应的准确性和可重复性。
另外，化学计量学对于理解化学反应的机理和研究化学反应的动力学有着重要的意义。
通过准确测量反应物和产物的量和质量，并根据化学方程式，可以推导出反应的速率以及反应速率与物质的浓度之间的关系。
这对于研究反应的速率常数、反应机理以及控制反应速率的因素有着重要的意义。
2. 应用化学计量学的应用非常广泛，几乎涵盖了化学的各个领域。
以下是一些常见的应用领域：2.1 化学实验室在化学实验室中，化学计量学是最基本、最重要的实验技术之一。
它被广泛应用于溶液配制、反应的控制、溶液稀释和浓度的测定等实验操作中。
通过准确计算和测量反应物的量和质量，可以保证实验结果的准确性和可靠性。
2.2 工业生产化学计量学在工业生产中也扮演重要角色。
例如，在药品制造过程中，需要严格控制反应物的摩尔比例，以确保产物的纯度和质量。
另外，在化工生产中，化学计量学可以用来计算反应的产率和原料的损失，从而优化工艺流程，提高生产效率。
2.3 环境保护在环境保护领域，化学计量学用于测量和监测水体、大气和土壤中的污染物的浓度。
化学计量学第六章
基于已知药物的毒性和耐受性数据，利用化学计量学模型对新的候 选药物进行预测，降低药物的潜在风险。
06 化学计量学的未来发展与 挑战
新技术与新方法的开发与应用
人工智能与机器学习
利用人工智能和机器学习技术，开发更高效、准确的化学计量学 模型和方法，提高预测能力和应用范围。
高通量实验技术
加强国际间的学术交流与合作，引进 国外先进技术和经验，推动化学计量
学的国际合作与共同进步。
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解决复杂化学问题
化学计量学可以解决一些复杂的 化学问题，例如混合物分析、化 学反应动力学和热力学等，为化 学研究和工业生产提供有力支持。
促进跨学科交流和
应用
化学计量学的跨学科性质有助于 促进数学、统计学和计算机科学 等学科与化学的交流和应用，推 动相关领域的发展。
化学计量学的发展历程
早期发展
化学计量学早期的发展主要集中在化学分析和仪器分析方面，强调 测量方法的优化和误差控制。
数据质量控制与管理
建立完善的数据质量控制和管理体系，确保 数据的准确性和可靠性。
跨学科合作与人才培养
跨学科合作
加强化学计量学与其他学科领域的合 作，如生物学、物理学、医学等，拓
展化学计量学的应用领域。
人才培养
加强化学计量学领域的人才培养，提 高研究人员的理论和实践水平，促进
化学计量学的持续发展。
学术交流与合作
化学计量学第六章
目 录
• 化学计量学概述 • 化学计量学的基本原理 • 化学计量学在数据处理中的应用 • 化学计量学在化学分析中的应用 • 化学计量学在药物研发中的应用 • 化学计量学的未来发展与挑战
第二化学计量点
第二化学计量点
化学计量点，也称为第二化学计量点或者比重计量点，是一个特殊的概念，被广泛应用于化学和物理实验中。
下面让我们来看看它的意义、历史以及它如何发展成为今天这个重要的实验工具。
首先，我们来看看第二化学计量点的意义。
严格来说，它是一种比较物质或物体在某种温度下的大小、重量及其物理参数的结果。
它的参数包括物体的圆形、大小、重量、密度、熔点、粘度、弹性、比表面积等。
第二化学计量点的概念出现在18世纪，当是密度测量诞生之前，人们就开始探讨这个问题了。
第二化学计量点的发展，为后来的物理实验和化学实验奠定了坚实的基础。
其次，我们来看看第二化学计量点的历史。
第二化学计量点最早是由马克斯普朗克发明的，普朗克在1802年提出了它的基本概念。
普朗克认为，“梯度，尤其是体积梯度”是一种计量标准，可以用来衡量物体的物理参数。
他的这一概念给实验室的后续物理实验和化学实验带来了前所未有的可能性。
最后，我们来看看第二化学计量点是如何发展成为今天这个重要的实验工具。
第二化学计量点概念在20世纪初得到了广泛的发展，当时出现了许多改良和应用，使第二化学计量点更加准确、精确、有力。
比如，德国化学家汉斯埃斯特佛曼1918年提出了他的“室温温度梯度表”，使第二化学计量点的应用更加广泛，成为物理实验和化学实验的重要工具。
综上所述，第二化学计量点是一种概念，意义重大，历史悠久，
发展快速，今天已成为物理实验和化学实验中重要的实验工具，为科学实验做出了巨大贡献。
化学计量学的原理与应用
化学计量学的原理与应用化学是自然科学中最基础的一门科学，它的重要性不言而喻。
化学计量学作为化学的一个重要分支，是研究化学反应中物质的计量关系及其在化学反应中的应用的学科。
在实际生产和科研中，化学计量学应用广泛，它在无机化学、有机化学、生物化学等领域中发挥着重要的作用。
一、化学计量学的基本概念1.化学计量化学计量是指在化学反应中化学物质的相对数量关系。
化学计量通常指的是物质质量或摩尔数之间的关系，比如化学反应方程式中的化学计量比就代表着相应物质之间的比例关系。
2.化学计量分析化学计量分析是基于化学计量原理发展起来的一种重要的分析方法。
其核心思想是通过化学反应中物质质量比例的关系来计算出样品中某种物质的含量。
目前应用最多的是酸碱滴定法和重量法。
3.化学计量定律化学计量定律是指在化学反应中存在着各种计量关系的法则。
化学计量定律包括质量守恒定律、电量守恒定律、比容定律等等。
二、常见化学计量学的应用1.化学反应的平衡计算在化学反应中，各种物质的数量关系不仅仅是一个静态的计量关系，还受到动态因素的影响。
化学反应的平衡计算就是通过计算反应物和生成物在反应平衡时的摩尔比例，来预测反应的产物和反应热等物理化学性质。
2.材料制备和产物分析化学计量学应用于材料制备和产物分析中非常普遍。
例如制备某种金属化合物时，需要根据化学计量学原理确定反应物的摩尔比例，以保证得到纯度较高的产物。
在分析产物时，可以通过分析其质量或净重得到其摩尔数，从而推算出反应物中某种物质的质量或摩尔数。
3.动力学分析化学计量学在动力学分析中也起到了重要作用。
化学反应速率与反应产物的摩尔比例有着密切的关系，通过分析反应速率和产物摩尔数的变化规律，可以研究反应机理、动力学参数和热力学参数等重要参数。
三、化学计量学的前沿研究1.新型量子化学计量学模型量子化学计量学模型建立在量子化学的基础上，利用量子化学理论描述物质微观结构和反应机理的计算模型。
新型量子化学计量学模型采用机器学习和深度学习等技术，有效提高了预测、解析化学反应机理等方面的精度和计算效率。
化学计量学
化学计量学姓名：***学号： ********* 专业：********评阅人：***1、化学计量学化学计量学是将数学和计算机科学应用于化学的一门新的交叉学科，是化学领域的一个重要分支。
它运用数学、统计学、计算机科学以及其他相关学科的理论与方法，优化化学测量过程，并从化学测量数据中最大限度地提取有用的化学信息。
化学计量学的研究对象：化学计量学的研究对象是有关化学量测的基础理论和方法学。
其内容涉及到统计学与统计方法、实验设计与优化、分析信号处理、多元校正、化学模式识别、定量构效关系(QSAR)、数据库及专家系统。
在我国的发展已经有20多年的历史，为化学各分支学科特别是分析化学、环境化学、药物化学、有机化学、化学工程等提供了不少解决问题的新思路、新途径和新方法。
化学计量学的任务：其任务是研究有关化学测量的理论与方法学，应用数学、统计学与信息理论、计算机科学的方法和手段，科学地设计化学实验，选择最优的测量方法，最有效地获取体系有用的特征数据，并通过解析测量数据最大限度地从中提取有关物质的定性、定量、形态、结构等信息。
2、化学计量学的方法常用的化学计量学方法有多元线性回归、主成分分析、偏最小二乘法、人工神经网络、遗传算法以及支持向量机算法等。
2.1、多元线性回归在传统二维构效关系研究中，多元线性回归(Multiple Linear Regression，MLR)是最为常见的统计方法。
一个分子可以用很多分子参数来表达，但在建立线性回归模型的时候，为了避免过拟合(over-fitting)，只能从这些物理化学参数中选择一部分参数来建立回归模型。
一般来讲，化合物的数目和所选取参数的数目比应大于n2(n表示选取的参数个数)，也有人提出应大于3~5(样本数目较大时显然不合适)，怎样选择合适的参数一直是定量构象关系研究中的一个难题。
而且对于线性回归来讲，当体系噪声较强或干扰严重时，有可能导致所得的模型失真。
2.2、主成分回归主成分回归(Principle Component Regression)方法首先采用主成分分析(Principle Component Analysis，PCA)方法选取重要的因子，然后采用常规的回归方法建立数学模型，从而实现对原来数据的降维处理。
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化学计量在中国的进展
1生态化学计量学概念
生态化学计量学(ecological stoichiometry)结合了生物学、化学和物理学等基本原理，包括了生态学和化学计量学的基本原理，考虑了热力学第一定律、生物进化的自然选择原理和分子生物学中心法则的理论，是研究生物系统能量平衡和多重化学元素(主要是碳、氮、磷)平衡的科学，以及元素平衡对生态交互作用影响的一种理论，这一研究领域使得生物学科不同层次(分子、细胞、有机体、种群、生态系统和全球尺度)的研究理论能够有机地统一起来。
2生态化学计量学小史
1862年李比希提出的最小因子定律(Liebig’Slaw of the minimum)，这个理论认为低于某种生物需要的最少量的任何特定因子，是决定该种生物生存和分布的根本因素。
这个定律阐述的精华就是生物体中元素的组成平衡对于生物体生长是非常重要的。
李比希认为化学在动物和植物生理学研究中具有不可替代的地位，许多生命有机体对于贫瘠环境的适应的研究以此为基础产开，大量证据表明，限制性元素的含量不同会影响有机体元素的组成。
1925年，Lotka首先将物理一化学系统热力学定律与生物世界相联系起来，著成了《物理生物学的基础)(Elements of Physical Biology)一书，提出了一个重要的模型：捕食者～猎物相互作用模型，这个模型定量阐述了生物之间的相互作用关系。
许多生态学基础理论由于他的思想的影响得到了广泛的完善和发展。
1958年，哈佛大学的Redfiel首次提出了Redfield比率：海洋浮游生物的C、N、P有特定的组成，摩尔比为106：16：1，后人认为这个比率不是不变的，而是受海洋环境和生物相互作用的调节。
这个假设的提出极大发展了海洋生物地球化学研究。
1986年Reiners集合前人的研究结果，提出了化学计量学理论在生态学中的应用，并且结合化学计量学理论提出了生态学研究的理论模型。
自Reiners提出生态化学计量学，拉开了化学计量学在生态学中应用的序幕，科学家们在2O多年的时间内取得了瞩目的成绩。
研究结果显示，不仅群落结构与动态、物种共生、营养级动态、生物的养分限制受生态化学计量学的影响，生态系统养分循环与供求平衡和全球生物地球化学循环等关系也受生态化学计量学的制约。
因此，生态化学计量学成了探索从个体到生态系统的统一化的一个重要理论成为连接分子、细胞、种群、群落和生态系统等不同尺度生物学研究的新工具，为研究营养级动态、生物多样性和生物地球化学循环提供了崭新的视点E 。
生态化学计量学近年来在国内发展较快。
最近的研究不仅包括了不同生态系统类型之间不同演替阶段植物之间生态化学计量特征的差异，还包括了植物叶片生态化学计量学特征的季节变化，以及植物叶片和细根不同器官之间计量特征的关联_3]。
3 生态化学计量学在我国的研究进展
3．1不同生态系统类型之间
自从生态化学计量学被作为生态系统研究的一个重要补充理论，已经在需多个方面得到了应用，比如种群动态、森林演替和碳循环。
尽管我国在这方面的研究起步较国外玩，但是也在东部南北样带、草地生态系统及全国水平的陆地生态系统做了大尺度的研究。
2004年，McGroddy等总结了世界范围内森林生态系统的叶片和凋落物的生态化学计量学特征，发现了不同生物群(温带阔叶林、温带针叶林和热带森林)具有不同的生态化学计量学特征，但有关同一区域不同森林类型间的生态化学计量学研究还未曾报道，于是吴统贵]以珠江三角洲3种典型森林类型(常绿阔叶林、针阔混交林和针叶林)为研究对象，分析了各类型优势乔木叶片C、N、P化学计量特征。
闫恩荣]以浙江天童常绿阔叶林、常绿针叶林和落叶阔叶林为对象，通过对叶片和凋落物c：N：P比率与N、P重吸收的研究，揭示3种植被类型N、P养分限制和N、P重吸收的内在联系。
3．2不同演替阶段之间
2004年，Wardle等研究发现，如果没有灾难性的干扰，当森林生态系统演替到后期时，生产力经常会呈现下降的趋势，而且新鲜的凋落物和腐殖质中氮磷比增加，这说明随着演替进行，森林生态系统受到磷的限制。
我国南亚热带森林分布在低纬度地区，是氮限制的区域，而这个地区由于工业化，城市化的迅速发展，存在高氮沉降的现象，所以植被和土壤中氮、磷状况及其比值特点就需要进一步深入研究。
刘兴诏_6]选择南亚热带森林演替过程3个阶段(初期、中期和后期)的典型森林生态系统为研究对象，在测定植物与土壤中全氮，全磷含量的基础上，揭示了该地区的森林演替过程中植物与土壤的氮磷化学计量特征。
3．3不同季节变化之间
已有研究表明植物叶片的养分含量随季节而变化。
在新叶中N和P随着生长季节的变化而变化，通过研究叶片养分含量季节变化，可以估算叶片养分的转移，植物叶片在凋落前将养分转移到生长组织中，降低了因为叶片凋落而引起的养分损失，提高了植物对养分的利用效率，这是植物保存养分的一个重要途径，可以减少植物对土壤养分的过分依赖。
由于N和P 是植物生长的重要限制元素，所以N、P在树木体内的转移受到普遍的重视。
虽然对叶片养分含量季节变化以多有研究，但进行分析时多是以浓度为基础。
当叶片成熟时，干重会增加，因为纤维素和木质素增加了。
以干重的百分比来表示养分，那么碳在成熟叶中的积累以及在老叶中的减少将使养分含量的计算产生偏差。
因为叶片充分展开后的大小形状变化不大，所以单位叶面积的养分含量变化可以客观地反映养分转移，基于此，薛立对日本中部1O种树木叶片中氮和磷的季节变化及其转移做了研究，更加精确的揭示了植物叶片的养分含量的季节变化规律。
3．4植物叶片和不同器官之间
理解物种性状演化的一个关键是查明植物叶片和不同器官之间计量特征的联系，阐明不同器官结构和功能属性的关系，这对于确定控制功能性状的内在机制以及性状间的比例关系是非常有益的，许多全球生态系统机理模型将因此得到重大改进，周鹏等对调查研究了植物叶片和细根不同器官之间计量特征的关联，以此来探索温带草地草本植物各功能性状在不同器官内是否具有一致的关系；这些性状在不同器官间是否存在一致的相关关系。
4结语
尽管叶片生态化学计量学研究涉及到了植物生态学的多个尺度，但是各个尺度上的生态化学计量学研究并未同步展开。
已有的研究显示我国的生态化学计量学特征与全球尺度的生态化学计量学特征有所不同，但是，目前针对生态系统的生态化学计量学的研究，主要是针对植物个体水平和物种水平的研究调查，对于群落水平的研究报道尤为罕见，植物在群落水平和个体水平生态化学计量学特征是否相似，目前还是个未知数，这一问题关系到能否将不同植物个体的特征和生理生态功能与群落以及生态系统的结构、动态相连接，统一各个尺度的相关问题，综合理解群落乃至生态系统水平的化学计量学特征以及相关功能。
杨阔_8 等就探讨了群落水平的化学计量学特征及随环境的变化，这必将是以后研究的一个重要方向。