俞汝勤：化学计量学应对“数据海啸”

　　仪器信息网讯 2012年10月27-29日，由中国化学会、中国光谱学会、中国地质学会主办，青岛科技大学、临沂大学承办的“第十一届全国分析化学年会”在青岛国际会展中心召开。在27日的大会特邀报告会上，湖南大学俞汝勤院士做了题为“化学计量学——分析化学应对‘数据海啸’挑战的强力手段”的报告。

湖南大学俞汝勤院士

　　“分析化学”——“考质求数之学”

　　“分析化学”较早的中文名称即是“考质求数之学”。

　　徐寿(1818-1884)在译述《化学考质》(定性分析)与《化学求数》(定量分析)时写到，“考质求数之学，乃格物之大端，而为化学之极致也”。

　　“化学求数”在化学发展历史上起着至关重要的作用。

　　对于任何化学物质，以最简单的化学元素为例，历史上化学家首先关心、要“求”的“数”当推其原子量。周期表的构建是化学数据累集到一定程度对其进行分析挖掘的成果。

　　我国分析化学奠基人梁树权先生用化学法测定的铁原子量(55.850)为国家原子量委员会长年沿用，是中国分析化学家的一项重要贡献。

　　化学计量学——解决“数据海啸”问题的重要手段

　　20世纪中后期分析化学的进步，尤其是现代仪器分析的发展及其大量取代化学分析，分析化学面临“数据爆炸”，这是信息时代来临的标志，它对分析化学产生了深刻的影响。随着计算机的普及使用，化学与分析化学信息化的产物——化学计量学兴起并快速发展，是化学与分析化学家面临“数据爆炸”解决问题的重要手段。

　　原子量的测定和元素周期律的发现就是一个突出的例子。化学家早期“求”的“数”基本上是标量，或称零阶张量。这就存在一个问题：我们实际上被局限在低维空间内考察客观世界。在一维空间，当我们试图区分不同样本时，例如牛奶与羊奶，仅测量一种变量(组分，例如蛋白质)往往无法达到目的，即一维空间存在一定的局限性。而从一维空间转向二维空间、二维空间再转向三维空间时，在三维空间，每个点代表了三个变量(组分，例如蛋白质与另外两种化学组分)，当我们试图区分牛奶与羊奶时，情况又有所改善，因为这时我们利用的是测量三种组分来达到目的。

　　分析化学家对从低维空间向高维空间过渡会产生什么变化，经历了一个认识过程。一维空间转向二维乃至三维空间将提高我们辨别对象的能力。从三维空间再转向更高维空间情况如何?我们的肉眼适应的是二维(最多三维)空间，我们希望测量多组分来辨别对象，又希望在低维(最好是二维)空间进行观察。

　　为解决此问题，在化学数据处理中引入了“因子分析”的方法，“因子分析”是化学计量学早期发展的一个亮点，代表了化学计量学经典思路。“因子分析”以双线性数据阵的主成份分解(双线性分解)为基础的基于潜变量的建模方法，奠定了多元校正与化学模式识别的基础。而伴随高阶数据处理出现的三线性分解等新型算法及其二阶优势的发现，进而为解决更复杂的现代分析课题提供了新的手段。

　　分析化学为生命科学服务并与之融合

　　Euroanalysis多次提出与生命相关的motto，如“The impact of analytical chemistry on the Quality of life”等。为生命科学服务并与之融合是分析化学发展的一个重要趋势。

　　生命科学的特征之一是其研究对象包括人类自身是极其复杂的体系，这种对象的研究带来十分庞大的数据量，用“数据爆炸”似乎还不能加以表达，化学计量学家用了“数据海啸”这样的名词来形容。

　　蛋白质组研究中，常采用“鸟枪法”，即先将蛋白质化合物降解为肽段的混合物，利用质谱进行分析，绘出肽段在蛋白质上的位置谱图，以确定混合物中的蛋白质成分。

　　化学计量学的思路是将从混合物获得的混合信号以数学方法分离，只要找出与混合物中各单一组份对应的信号，就等同于所寻求的质谱分析前彻底的物理化学分离，而数学分离比彻底的物理化学分离容易实现，成本低，是真正意义的“绿色”分离方法。这可能显著简化“鸟枪法”蛋白质组研究。

　　分析化学要借力学科交叉、杂交、融合

　　发展分析化学，特别是加强分析化学基础研究，要借力学科交叉、杂交、融合。运用数学表述是构建学科基础理论的基本手段，这方面要多向物理学、物理化学等学科学习。

　　另外，我们还要思考的一个问题就是“跟风成为时尚，模仿成为职业”。我们在做科研的时候创新的程度有多大?我们在基础研究中友没有跟风这类问题?

　　“未及前贤更勿疑，递相祖述复先谁?别裁伪体亲风雅，转益多师是汝师”(杜甫)。

　　“递相祖述”是指模仿因袭成风，恰恰”是“未及前贤”的原因。“别裁伪体”，强调创造；“转益多师”讲的是继承。“转益多师是汝师”，即无所不师而无定师。要兼取众长，要有所继承、借鉴。要善于从不同的角度向别的学科包括人文社会学科，西方与东方一切先进的东西学习，在吸取的同时进行自己的创造。