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1、化学计量学在分析化学实验的应用摘要化学计量学是从分析化学中分别出来的新兴学科，近年的由于计算机应用广泛得到迅猛的进展，受到学者的广泛欢迎，特殊是在分析化学的讨论之中。在分析化学试验课程当中融入化学计量学方法，不仅能够稳固学生学问和加深试验理论的理解，有助于数据处理的便捷性，而且有助于教师评价评价了学生的分析化学和容量分析的操作水平。关键词化学计量学；分析化学试验；试验教学；分析化学；计算化学1引言化学计量学与分析化学亲密联系，分析化学在数据获取和处理方面也具有独特的地位，在各个环节给化学计量学提供了有效的讨论领域。作为分析化学的一个重要分支，化学计量学在分析科学中发挥着越来越重要的作用。化学计
2、量学是由化学与数学、统计学、计算机科学等学科交叉融合而产生的学科。在分析化学试验教学中不仅要讲授一些化学计量学理论学问，而且更重要的是要对学生进行适当的化学计量学试验教学以起到事半功倍的效果它一方面可以使学生利用化学计量学这一有力工具来评判通过分析试验手段获得的数据的可靠程度；另一方面还可以从理论上指导分析手段的采纳与数据的采集，并让学生学会一种分析化学的理论讨论方法，可以广泛用于环境化学、药物化学、农业化学、计算机化学等方面的讨论，并取得较为理想的教学成果。在分析化学试验的教学中适当进行一些化学计量学讨论方法的教学，会带来分析数据的精确性和快捷性，以及对分析数据精确性的推断提供了极大的关心对
3、于分析化学教学的理论学问与试验讨论的创新进行有机的结合有较大裨益，也能使分析化学试验教学工作者对自己的分析结论进行自我评估。假如我们在分析化学试验教学过程中能教授一些简洁的化学计量学讨论方法，不仅可以提高学生分析化学试验的自我评判能力和试验操作技能，而且能使学生把握一种简便的、能广泛应用于实际的理论讨论方法，为其将来进行科研提供关心。同时也能激发学生主动学习的兴趣，提高自我更新学问的能力，促使学生的素养得到增添。本文拟从化学计量学在滴定分析试验以及仪器分析试验中应用两方面，依据多年的试验教学阅历，结合理论与实践，提供一个利用化学计量学提高分析化学试验教学效果的新思路。2化学计量学在滴定分析试验
4、教学中的应用滴定分析试验是分析化学试验中一门传统的基础课，引入化学计量学软件用于数据处理，简化数学计算，能够开拓学生思维和培育学生的创新能力，同时可以改良和补充教学。对于学生试验数据评价方面，引入化学计量学工具，也能更好地评估学生的操作和技能，增加教师处理成果的客观性和便捷性，对于传统评分标准也是一种补充。2.1化学计量学在学生滴定试验中的应用以“NaOH标准溶液的配置与标定、食醋总酸度的测定试验为例，试验过程中学生每组滴定试验平行进行三次，课后使用化学计量学软件或者统计学软件计算测定数据的平均值，相对偏差以及相对平均偏差。另外，对于个别离散性较大的数据，用化学计量学方法来推断数据是舍去还是保
5、存，包括Q检验法和Grubbs检验法等。2.2化学计量学在教师评价学生滴定试验中的应用以“NaOH标准溶液的配置与标定，食醋总酸度的测定试验为例，指导老师利用化学计量学软件计算学生各组数据的平均值和方差，利用t检验和F检验方法推断学生每组数据之间是否存在显著性差异。另外，计算一个班学生的总体方差，利用X2检验方法，推断出哪个学生的方差偏离总体方差程度比较大，并对其试验操作进行评价。3化学计量学在仪器分析试验教学中的应用仪器分析试验属于现代分析化学试验，传统教学方法与当代实践讨论距离较远，引入化学计量学软件用于学生数据处理，在简化大量计算的同时，起到改良和补充教学的作用，能够拓展学生对试验理解的
6、深度以及激发对实际应用讨论的兴趣。化学计量学工具用于评价学生试验数据，对于学生的基本操作是否娴熟提供了客观的判别根据，在试验教学中也有着实际的应用价值。3.1化学计量学在学生仪器分析试验教学中的应用本文通过对本科生开设的分析化学试验课程为例，用以下几个例子说明化学计量学融入仪器分析试验课的具体状况。基于这几个基础的试验课程，能够使得学生对化学计量学最核心的内容有个了解和体会。3.1.1化学计量学方法在气相色谱试验教学中的应用以“气相色谱条件改变对色谱峰分别的影响试验为例，引入化学试验设计内容，通过选择气相色谱分析的各种参量，如色谱柱、柱温、载气流速、进样口温度和检测器温度等，使用匀称分布设计成
7、三因素三水平的进行有机物分别气相色谱试验，利用试验数据计算各个色谱条件下各个组分的柱效和分别度，得到最优试验条件。3.1.2化学计量学数据处理在分光光度法试验教学中的应用以“水中微量铁的测定邻非罗林分光光度法试验为例，学生在试验中使用一元线性回来方法对标准曲线进行回来分析，并对相关系数进行计算，从而得到未知浓度的铁离子含量。学生用数据处理软件绘制可将光吸收曲线，输入数据点后采纳窗口移动均值滤波法或者多项式Savitzky-Golary滤波法，对响应信号连续光谱进行平滑。另外，采纳最小二乘法对浓度和吸光度进行线性回来，得到线性回来方程，并计算相关系数以及使用F检验对其进行显著性检验。3.1.3化
8、学计量学在直接电位法试验教学中的应用以“直接电位法测定牙膏中游离氟的含量试验为例，在试验当中分别使用了标准曲线法以及标准加入法进行氟含量的测定。学生处理数据时候使用最小二乘法计算得到标准曲线的回来方程，计算得到氟离子的浓度并计算平均值；另外，使用标准加入法计算公式得到氟离子的浓度并计算平均值。随后，使用t检验或者F检验对两种不同分析方法得到的数据进行显著性检验。3.1.4多元校正方法在分光光度法试验教学中的应用以“分光光度法测定三种色素混合溶液为例，试验中所测定混合色素的组成为胭脂红、日落黄、柠檬黄，学生依据不同浓度配比配置标准样样本，在一系列的波长下，测定标样集及试验室提供的未知样本集中每个
9、溶液的吸光度值，用K矩阵法求解各组分的纯光谱并预报未知样中各组分的含量。3.2化学计量学在教师评价学生仪器分析试验中的应用线性回来方法中的一元线性回来以及多元线性回来方法，是化学计量学最精华的部分，理论也比较成熟，适合对学生的试验操作和数据处理进行量化的评价，本文从这两部分进行了商量。3.2.1一元线性回来对于一元线性回来方程的检验方法，可以使用相关系数检验法，依据线性相关系数r接近1的程度可推断线性回来方程是否具有统计学意义。同时，也可以引入平方相关系数，r2表示由x引入y的误差在总误差的比例，如r2接近1，则说明y的误差绝大部分由回来引起的。更进一步需要一元回来的方差分析法对试验结果回来分
10、析，推断线性回来的结果好坏，估算各点的测定误差和置信界限，确定标准曲线的校正范围，从而能够有效提高检测精度。3.2.2多元线性回来关于多元线性回来方法，和一元线性方程一样，都满足方差安排，即：总离差平方和=回来平方和+残差平方和。总离差平方和反映了全部观测值总变异的总平方和是各观测值与总平均数的离均平方和之间的差异。通过剩余矩阵计算其剩余标准差值RSD4，理论上来说，RSD值越接近噪声水平试验操作水平越高。利用交叉验证法可以推断学生容量分析基本操作娴熟程度，该法常用来验证模型或条件优化5。其主要推断根据是预报残差平方和或相对标准误差(用RSE表示)的大小。依据标准溶液中的已知浓度数据算出RSE
11、的值，可推断学生溶液配制是否精确，从而可看出学生容量分析基本操作娴熟程度。利用交叉验证法，还能检查出溶液配制错误或其他失误。4化学计量学软件使用学习随着分析化学，化学计量学以及数学软件的进展，涌现了很多新的数据处理方法，有必要适应新的需求。从一些比较传统的数据处理软件包括Origin，Excel等，进展到了使用MATLAB和Python等机器学习软件，化学计量学软件得到飞速进展。为了适应进展的需求，教师和学生都有必要去学习一些软件的使用。4.1OriginExcelExcel是通用的办公软件，以数据处理见长，是集表格、图形显示和数据库操作于一体的应用软件。采纳Excel软件对试验数据进行列表整
12、理、运算及作图分析，不仅能够节省数据处理时间，使处理结果更为直观清楚，还可以大大降低由于手动处理数据带来的误差。2Origin软件在化学化工领域的应用很广泛。经典的分析化学是定量的分析化学，数据处理应当是其中特别重要的部分；而仪器分析更与计算机软件联系紧密。因此，Origin软件在分析化学的学习中必不行少。34.2MATLABMATLAB是美国MathWorks公司出品的功能强大的商业数学软件，用于数据分析、无线通信、深度学习、图像处理与计算机视觉、信号处理、量化金融与风险管理、机器人，掌握系统等领域。MATLAB具有数值运算全面、表示方法简洁、丰富的工具箱和内部函数、方便的绘图功能、扩充能力
13、强等特点，就受到各个领域专家的关注，并且广泛地应用到各个学科中。比方在分析化学试验教学中，数学软件在一元线性回来、多元线性回来、线性拟合、学生试验数据评价等方面有广泛应用。MATLAB有着高效的数值计算及符号计算功能；具备完善的图形处理功能，实现计算结果和编程的可视化；友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言更易于学习和把握；丰富的应用工具箱，为使用者提供了大量方便使用的处理工具。64.3Python相较于一些用户使用比较友好的软件MATLAB、R语言等，Python作为一种编程语言，能自行确定更多的算法详情、可以实现更多功能，同时Python开源、免费，有更大的优势。1Python的一个机
14、器学习数据库scikit-learn包含很多对于分析化学和化学计量学有用的工具，例如主成分分析、偏最小二乘。其他的数据库还有pyMCR，主要用于多元校正。另外，关于Python有大量的教科书，对于分析化学和化学计量学专业学生和教师来说，也是比较简单把握的。84.4其他其他的一些数据处理软件SPSS、SIMCA、R语言等，在例如主成分分析，偏最小二乘法等算法当中，各自都具备了一些便利的优势，在上述软件不能简单地实现的前提下面，选择一些其他的软件会到达方便快捷的效果。5结语由于科技的进步和计算机时代进展的需要，分析化学和化学计量学也不断向前进展，同时为了解决现实社会和生产当中的具体问题，在分析化学
15、试验教学当中加入化学计量学内容，是有必要性和迫切性的。虽然对于化学类的教师和学生来说，要接受新事物的过程是有困难的，但是通过教学课程和自身的努力学习，把握了新的数据处理工具和方法，是会带来很多便利性和满满的成就感，同时对于学生将来进展的方向有个更深刻的引导。参考文献1王浩，刘红瑜，韦淼今Python在分析化学试验设计中的应用JUnivChem，2022，35，(9)：198-2042秦向东，杨姝，赵红梅，等分析化学综合试验中的软件试验教学设计以Excel为例J化学教育，2022，36(12)：58-623龚林波，王聪玲，谢音，等Origin软件在分析化学教学中的应用J大学化学，2008，23(
16、3)：36-394张清华，朱仲良，丛培盛多元校正分光光度法测定混合色素试验的数据分析J计算机与应用化学，2022，27(09)：1230-12345朱仲良，梅雨，张军延，等因子分析在分析化学试验教学中的应用J大学化学，2000，12(15)：17-196周颖华，何妮，吕瑞芳Matlab软件帮助分析化学终点误差教学J成都师范学院学报，2022，35(5)：103-1067杨立，朱仲良，李薇利用现代分析仪器结合化学计量学软件开设化学动力学试验J计算机与应用化学，2005，22(4)：306-3088ShigeakiMoritaChemometricsandRelatedFieldsinPythonJAnalSci，2022，36(1)：107-112 肖逸帆 许琳 陈媛 单位：华南理工大学化学与化工学院本文来源：网络收集与整理，如有侵权，请联系作者删除，谢谢！第11页 共11页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页