化學計量及其在化學分析中的應用分析

汪愛紅（安徽東風機電科技股份有限公司，安徽合肥230601）

化學計量及其在化學分析中的應用分析

汪愛紅（安徽東風機電科技股份有限公司，安徽合肥230601）

化學計量在化學分類決策和預報、信號解析、數據處理、設計實驗等方面都發揮著極其重要的作用，一些復雜問題無法使用傳統的化學研究方法得以解決，但可以通過使用化學計量的方式解決此類復雜問題。本文對化學計量進行簡要分析，并對其在化學分析中的應用進行研究。

化學分析；化學計量；應用

引言

化學計量學是一門由化學與計算機技術、統計學、數學相結合的一門新興的交叉學科，其內容涵蓋了化學量測的整個過程，包括數據分析、單變量信號處理、多變量信號處理、選擇實驗條件、優化實驗條件、實驗設計、采樣理論等等；研究內容主要包括人工智能、圖書檢索、實驗室組織、合理性分析、過程控制、過程優化等。

1 化學計量

化學是研究物質的變化規律、性質、結構及其組成的科學，在研究的過程當中勢必會存在著許多測量活動，從一方面而言，這些測量活動包含在計量學的研究范疇當中。研究化學測量準確度、測量方法及其量值的溯源性的學科就是化學計量，通過一系列的連續比較鏈使得有關的計量基準和所測的計量結果相聯系的特性就是化學測量的溯源性。對各種物理化學及其化學成分進行量值傳遞也是化學計量的內容質疑，量值傳遞的基本單位的“摩爾”，量值傳遞系統的形式如圖1所示。

2 在化學分析中化學計量的實際應用方法

2.1 量值的傳遞的應用

圖1 量值傳遞系統的形式

在化學分析中廣泛地應用化學計量，通過化學計量來產生定量分析，二者既有區別又有聯系?；瘜W計量是化學分析中的使用過程，其目的在于保障量值的準確性和統一性，提高化學分析的質量。要通過具有法制性和科學性的量值傳遞系統來保障化學計量的獨立性。一般情況下，主要是通過標準物質一般情況下主要是通過標準物質來實現化學計量中的量值傳遞。化學分析過程比較復雜，容易由于各種原因而打斷溯源鏈，因此很難真正實現溯源。一般的化學分析過程主要包括稱樣、處理樣品和測定，一般通過化學法來處理樣品，常見的化學法主要包括離子交換、溶解、萃取分離、蒸發等。必須對經處理后的樣品和原始樣品溶液二者的關系進行明確，才能建立溯源性。建立溯源性之后，就可以進行最后的測定，使用相對比較法、滴定法、庫侖法、重量法等方法來測定。在測定時應該考慮到在建立標準曲線時可能會存在誤差，或者是否存在校準曲線不當的情況，導致溯源鏈在最后的特定階段被打斷，此時就應該運用化學成分的標準物質。

標準物質的化學成分必須非常明確，已經通過可靠的方法進行了測定，而且其元素量值和化合物都具有良好的溯源性。在化學分析中，往往將標準物質作為基準物或者校準物，因此標準物質應該具備特性穩定均勻、特性良好、準確度范圍明確的特點。標準物質在化學分析中的主要作用在于對測量方法進行評定，對材料的特性值進行確定，對計量儀器進行校準等。

2.2 多元校正分析法的應用

其中，加入Ag+溶液的體積及CI-溶液的初始體積就是V和V0；Ag+和CI-的分析濃度即cB和c；Ag+和CI-滴定過程中的平衡濃度即[Ag+]和[CI-]。

某些常數通常包含在線性滴定法的計算模型之內，如Ksp等，測定結果是否準確無誤也受到該些常數誤差的極大影響。在特定的條件之下，也可適當簡化計算模式，例如Ag+滴定CI-，當滴定達到具體的化學計量點后，可令Ksp/[Ag+]=0，即得到一個簡化式，且適用于化學計量點后：

按照類似方法，還能夠導出一些其他的計算模型，例如氧化、配位、酸堿還原線性滴定法等。

隨著相關人員對多元分析的開發及其迅速的發展，分析研究的對象也越來越具有復雜性的特點，這就要求分析工作者必須準確及時地給出結構分析、定性分析和定量分析的結果?，F代的分析儀器正是依靠多元校正分析法則，從而提供大量的可以進行解析數學統計方法的測量數據?，F階段，相關人員已經研究出了多元分析的多種指標，例如準確性、精密度、檢測限、信噪比、靈敏度等等指標，并優化了這些指標，從而使得分析儀器的方法和功能具有實用性和有效性的特點[2]。優化析因設計、均勻設計、因子設計、正交設計等化學實驗設計可以對包含多種因素的協同作用及其影響進研究，既可以拓寬其應用范圍，又可以使分析選擇性得到有效改善。而且隨著環境科學、藥物學、生命科學和生物學的快速發展，對分析化學家的要求也越來越高，分析化學家需要快速的對復雜混合物體系的定量和定性進行分析，尤其是復雜的有機混合物體系。在電化學分析中，電位滴定是一個較為重要的內容，該領域對化學計量學應用較多。求解的方法主要有兩種，分別是非線性回歸和多元線性回歸，求解的內容主要包括離解常數、被測組分濃度等未知參數。相關科學家在滴定分析中應用了多元校正法，計算機則不需要對各組分算進行平衡和離解常數，并且不需要嚴格校正電極系統，從而使得分析范圍大大拓寬，準確度也得到了相應的提高[3]。

例如采用Ag+滴定CI-的沉淀滴定，通過使用溶液的平衡關系，能夠的得到具體的計算模型：

2.3 人工神經網絡分析法的應用

生物學家在現代生物學研究人腦組織的背景下提出了人工神經系統，其主要方式是將許多簡單的處理單元進行廣泛的連接，從而組成一個極其復雜的網絡器，目的是為了模擬人腦的神經網絡行為及其結構。人工神經網絡可以對數據模式進行有效的分類和解析，適用于一些非線性測量數據，例如結果關系不確定或者是處理原因不確定的情況下。而許多的化學問題也具有一些不確定性的特點，因此，人工神經網絡在許多化學領域都得到了成功的應用。現階段，相關研究也報道了不少關于人工神經網絡在蛋白質結構預測、藥物分析藥效預測、譜圖分析等多方面的應用成功案例。在化學分析中對于遺傳算法的應用也非常廣泛，例如分析生物大分子的構象、選擇核磁共振脈沖波形、優化校正數據、選擇發射光譜試驗條件、選擇多組分分析波長等。比如，將人工神經網絡應用在氟化物結構與Eu（Ⅲ）離子躍遷發射光譜關系的分析中，可以實現98%左右的識別率，具有非常高的預測率；在對某些物質的紫外線光譜數據進行分析的時候可以實現很好地解析效果；在對有機物異構體進行尋找的時候，通過遺傳算法可以得到非常接近實際結果的效果。人工神經網絡分析法如圖2所示。

圖2 人工神經網絡分析法

2.4 模式識別法中的應用

根據化學量測數據矩陣，按照某種性質將樣本集中的樣本進行分類并選取特征的方法被被稱為模式識別法。其可以根據一定的方式將量測的參量進行區分，模式識別法主要有SIMCA法、K-最鄰近法、線性判別分析法等等。模式識別法主要是為優化決策和過程提供一些具有使用價值的信息，模式識別法對于我國的材料化工、石油化工等領域有著極其重要的意義，為此類領域的研究難題的解決提供了新的思路[4]。此外，使用K-鄰近法來對微分電毛細管曲線以及電位階伏安波進行分類處理，其可以表征有機化合物之間的各種構效關系。

3 結語

計量學中的化學計量是一個比較年輕的分支，其突破了傳統的純物理量的范疇。對于化學計量的廣泛應用是當今社會設計儀器軟件主體化的一個全新的突破口，為儀器智能化的發展提供了新的方法和理論。除此之外，化學計量與環境化學、工業化學、醫藥化學、農業化學等學科將會連接得更為緊密，化學計量的應用將會越來越廣泛。

[1]張 霽，金 航，張金渝，王元忠.生態化學計量學在藥用植物資源研究中的應用[J].中國中藥雜志，2013（01）.

[2]宋彥濤，周道瑋，李 強，王 平，黃迎新.松嫩草地80種草本植物葉片氮磷化學計量特征[J].植物生態學報，2012（03）.

[3]楊惠敏，王冬梅.草-環境系統植物碳氮磷生態化學計量學及其對環境因子的響應研究進展[J].草業學報，2011（02）.

[4]冼偉光，周 麗，唐洪輝，陳偉光，蘇木榮，盤李軍，張衛強.不同林齡針闊混交林土壤生態化學計量特征[J].廣東林業科技，2015（01）.

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2095-2066（2016）32-0267-02

2016-11-3