大会报告分析化学教学学科基础定位及某些相关问题刍议

1、分析化学教学：学科基础定位及某些相关问题刍议俞汝勤湖南大学 化学化工学院 化学生物传感与计量学国家重点实验室G D Christian:分析化学教学改革及其发展G D Christian在去年西班牙一次关于大学分析化学教学研讨会上的主旨报告，综述分析化学教学的演进。分析化学的重要性 G D Christian列举下述事实说明分析化学的重要性：1 西方经济总量中5%直接依赖于分析化学2 在欧洲20%化学工作者从事分析工作3 50%化学工作者使用分析方法或分析结果4 欧盟每年涉及的分析结果达30-50亿次5 全球每年发表达100000分析化学文献6 60%立法要求科学数据，相当部份是分析数据7 分

2、析量测提供的信息与知识是民主管理的基础。分析化学在现代社会管理中发挥着不可替代的作用 大部分化学工作者离一不开分析检测，欧洲20%化学工作者从事分析工作，全球每年发表达十万份分析化学论文，社会经济、立法、管理以分析数据作依据M Valcarcel不久前在EUROANALYSIS XVIII上的大会报告Quo Vadis往何处去（拉脱维亚语）分析化学往何处去？M Valcarcel论述“化学三角”分析化学作为学科在由理论、合成与分析组成的“化学三角”中占据着毋庸置疑的重要位置。“化学三角”的实例：合成中国是第一个人工全合成牛胰岛素的国家。本月7日，在北京举行纪念人工全合成结晶牛胰岛素50周年这一

3、里程碑式成就的大会1965年，中国科学院上海生物化学研究所与北京大学和中国科学院上海有机化学研究所的科学家通力合作，历时7年在世界上第一次用人工方法合成出具有生物活性的蛋白质结晶牛胰岛素。人工牛胰岛素的合成，标志着人类在认识生命、探索生命奥秘的征途上迈出了重要的一步。但我们不禁要问，这么多顶级的有机化学家7年协作攻关，有没有一个出发点或基础？“化学三角”的实例：分析有的。牛胰岛素是一种蛋白质分子，它的化学结构于1955年由英国的科学家桑格(Frederick Sanger)测定与阐明：牛胰岛素分子是一条由21个氨基酸组成的A链和另一条由30个氨基酸组成的B链，通过两对二硫链牛胰岛素结构模型 连

4、结而成的一个双链分子，而且A链本身还有一对二硫键。以后，科学家们又陆续测定了不同生物来源的胰岛素，发现与桑格首次确定的牛胰岛素的化学结构大体相同。1958年40岁的桑格因确定胰岛素的分子结构而获得诺贝尔化学奖。没有这个分析基础，一大批人7 年大协作攻关从何着手？在化学史上，燃素说盛行百年之久。德国哲学家康德对化学提出了尖锐的批评，他对化学有没有真正的理论深表疑问。定量分析之父拉瓦锡（A. Lavoisier)采用天平作为研究物质变化的重要工具，用定量分析实验确立了物质的燃烧是氧化作用的正确概念，推翻了燃素说.德国化学家奥斯特瓦尔德（W. Ostwald）尖锐地指出，分析化学家如果不能改变将化学

5、分析仅仅当作经验技术与技能教授与运用的话，相对于其他化学分支分析化学注定会处于从属或次要的地位。尽管分析化学在当时化学发展中起到关键的作用，但整个化学进步很快，化学理论发展也很快，分析化学的理论相对滞后。奥斯特瓦尔德的论述促进了分析化学家以四大平衡等为基石构建以化学分析法为主体的经典分析化学的基本理论框架。在20世纪，分析化学逐步实现从以化学分析法为主体的经典分析化学向仪器化与信息化的现代分析化学过渡，其进程延伸至本世纪。在这一过渡进程中，作为经典分析化学的基本理论框架（诸如四大平衡等内容）经历重大调整。这引发对分析化学究竟有无系统严谨的基础理论的质疑，有人进而质疑分析化学是否应认作一门独立的

6、化学二级学科。从经典分析化学到现代分析化学分析化学的学科地位问题根源何在？ 问题已经不是分析化学是不是化学中一个和其他二级学科平等的学科，而是质疑分析化学是不是一门独立的化学二级学科了。前面提到G D Christian和M Valcarcel从分析化学的重要性论述其应有的学科地位。在化学界，分析化学的学科地位往往得不到应有的重视。我们有必要从学科自身的发展上找找原因。对分析化学有无系统严谨的基础理论的质疑, 是一个需要面对的问题。关于分析化学的基础理论在化学教学中，我们要强调现代分析化学有三个层次的基础理论。 第一层次的基础理论-化学学科各门二级学科共有的基础理论，如理论化学，化学热力学，化

7、学动力学，周期律等。 第二层次基础理论 -分析化学本身区别 于其它化学二级学科的基础理论，如分析校正理论，分析误差理论，等。第三层次基础理论-分析化学所属各分支的基础理论，如色谱学理论， 原子分子光谱学理论，等。第二层次基础理论的关键作用 在分析化学教学中主要涉及后两个层次的基础理论。而第二层次基础理论应视为分析化学独有的区别于其他化学二级学科的基础理论。在分析化学实现仪器化与信息化的进程中，从事化学计量学研究的分析化学家发挥了颇为独特的作用。化学计量学本身就是顺应分析化学仪器化与信息化的需求而产生的新型交义学科分支。 Laitinen定义分析化学为化学表征与量测的科学。我们曾阐述化学计量学的

8、研究对象实际是化学量测的基础理论与方法学。化学计量学为构建分析化学理论作出了贡献 化学计量学运用严谨的数学与统计学原理，针对现代分析化学面临的实际问题为其建立或重新构建 分析信息理论 分析采样理论 分析检测理论 多元与高階校正及校正模型转移 过程及在线分析监测 分析量测讯号处理 分辨与识别理论(包含谱图智能辨识) 分析实验设计与优化 等诸多理论框架。为分析化学信息化作出了重要贡献的化学计量学，应在分析化学教学大纲中占有必要位置。 欧洲化学会联合会(FECS)分析化学委员会（WPAC )推荐的“欧洲分析化学教学大纲” 分四大块：（一）总论；（二）化学分析法；（三）物理分析法；（四）计算机分析化学

9、（化学计量学为其主体内容）。化学计量学进入分析化学教学 上世纪90年代，当时的国家教委曾委托湖南大学举办化学计量学青年教师讲习班。我们曾应新加坡国立大学及新加坡政府机构的邀请举办类似化学计量学讲习班。化学计量学进入分析化学研究生教学取得了较好成效。仪器化与信息化为分析化学带来的学科内涵更新与深刻变化 化学计量学参与更新的理论框架，在很大程度上丰富了现代分析化学第二层次基础理论的内涵。这有助于回应有关分析化学似乎缺乏区别于其它化学二级学科的系统严谨基础理论的质疑，也体现了仪器化与信息化为分析化学带来的学科内涵更新与深刻变化。 我们从二个化学计量学引入的数学方法实例考察其影响因子分析是化学计量学的

10、早期发展的一个亮点。基于潜变量的建模方法构成多元校正与化学模式识别的基础。（这涉及前面提到 的“分辨与识别理论”）第一个实例是运用因子分析潜变量的概念作化学模式识别 分析信息理论 分析采样理论 分析检测理论 多元与高階校正及校正模型转移 过程及在线分析监测 分析量测讯号处理 分辨与识别理论(包含谱图智能辨识) 分析实验设计与优化 26个不同加工程序（阳光曝晒加工与烟熏加工）的烟草试样的化学分析 数据： 26个烟草试样中16种化学成份含量分析数据 Jian-Hui Jiang, Ji-Hong Wang, Xia Chu and Ru-Qin Yu, ACA, 336 (1996) 209-22

11、2 经典的因子分析是以双线性数据阵的主成份分解或双线性分解(bilinear position) 为基础建立的原始数据阵X 分解为潜变量 残差阵E因子分析潜变量能提供信息 运用因子分析潜变量概念能魔法般将阳光曝晒加工与烟熏加工的烟草试样分开 Jian-Hui Jiang, Ji-Hong Wang, Xia Chu and Ru-Qin Yu, ACA, 336 (1996) 209-222 因子分析潜变量概念的运用可认作化学计量学运用的数学方法第一个标志性的进展 我们能观察某些原始变量的综合效应，而对数学处理获得的“潜变量”或“因子”是无法直接进行观察的。化学计量学面临主流化学难于接受潜变量

12、概念的困难。 提出Chemometrics一词的S Wold质疑主流化学为何难以接受潜在变量概念S Wold 在“Chemometrics: what do we mean with it, and what do we want from it?”一文中写道： “整个化学可认作为间接研究诸如分子、原子、电子和分子反应等潜概念。None of us has seen a molecule more clearly than we have seen a latent variable. ” 从Dalton1803提出原子理论，Avogadro 1811提出分子假说，化学界进行了长期的争论。 著

13、名化学家Dumas不相信原子的存在，主张取消“原子”这个名词。分子假说经历了50年才由于Cannizzaro的工作得到认同。 Since Dalton developed his atomic theory of matter around 1803, Avogadro proposed his molecular hypothesis in 1811, chemists argued so much concerning the concepts of atoms and molecules. For instance, famous chemist like Dumas did not b

14、elieve in atoms and wanted to remove the word atom from the chemical vocabulary. For many reasons, Avogadros hypothesis was ignored for about 50 years. Avogadros molecular hypothesis was not accepted until Cannizzaro convincingly presented a system of atomic weights around 1858-1860 based on Avogadr

15、os hypothesis. It was really not strange why the mainstream chemistry community had the difficulty to accept the latent variable concept. John DaltonAmedeo Avogadro Jean-Baptiste Dumas Stanislao Cannizzaro第二个实例是引入高阶算法发现“二阶优势” 化学计量学沿着这一方向运用数学方法的另一个标志性的进展是发现“二阶优势”，这涉及前面提到的“多元与高階校正理论” 分析信息理论 分析采样理论 分析检

16、测理论 多元与高階校正及校正模型转移 过程及在线分析监测 分析量测讯号处理 分辨与识别理论(包含谱图智能辨识) 分析实验设计与优化Resolution of kinetic system of simultaneous degradations of chlorophyll a and b by trilinear posion Resolution of kinetic system of simultaneous degradations of chlorophyll a and b by trilinear posion Resolution of kinetic system of s

17、imultaneous degradations of chlorophyll a and b by trilinear posion Excitation and emission spectral profiles of chlorophyll a, b and pheophytin a, b.Excitation (left) and emission (right) spectral profiles of chlorophyll (dash line), pheophytin a (dash double-doted line), chlorophyll b (full line)

18、and pheophytin b (dash doted line ). The plot of kinetic concentration profiles of chlorophyll a, b and pheophytin a, b vs. reaction time. chlorophyll a ( ) , b ( solid ) and pheophytin a ( ), b ( ).二阶优势及复杂体系中相关组分测定 化学计量学沿着这一方向运用数学方法的一个标志性的进展是发现“二阶优势” 。经典双线性分解因子分析具有旋转不确定性，用三维空间的三线性分解代替二维空间的双线性分解, 有可

19、能直接提供具有化学意义的唯一解的优势,称为”二阶优势”. “二阶优势”的一个突出用途是为在复杂的未知体系中,即在未知干扰物共存的条件下,直接进行感兴趣的组分的测定.这为不经化学或物理分离进行分析测定打开了一条路径,这条路径是真正意义下的“绿色分析方法”,它在诸多应用领域,如临床分析检测,食品安全监控等有重要的价值血清中抗生素的直接分析用HPLC-DAD 直接分析体液中多种药物成份三线性分解用于鸟枪法蛋白质组研究xijk 是 三阶张量X 对应于第i个m/z,第j个保留时间,第i个试样的元素; N 是由蛋白质混合物降解得到的肽段混合物中实际包含的组份数; ain 代表第n个组份对应于第i个m/z坐

20、标的归一化质谱强度; bjn代表第n个组份对应于第j个保留时间的归一化色谱峰值; ckn包含第k个试样中的第n个组份的定量信息,通常其值与该组份浓度呈正比.保留时间区间5.435.87min的结果 A: the mass spectra of the baseline (green), peptide AEFAEVSK (blue) and LDELR (red) obtained by the trilinear position. B: the normalized chromatographic profiles for the same components completely re

21、solved by the trilinear position. C: the abundances of corresponding components during the particular online sampling. 化学计量学实际上是运用数学为现代分析化学建立或重新构建相关基础理论。作为一门化学分支学科，是否有必要构建这种数学基础理论？为何要运用数学构建化学学科的基础理论？康德对化学作为科学的看法 回答这个问题，我们要引述前面提到的康德对化学的批评。康德是德国古典哲学创始人，被认为是继苏格拉底、柏拉图和亚里士多德后，西方最具影响力的思想家之一。从他面对的化学当时的发展水平

22、，认为化学的原理难以用数学表述（ chemistry is not mathematizable ），化学不能认作“proper science”。化学早期在摆脱燃素假说等困扰走向科学发展坦途后，并未能如物理学以其严谨的数学表述被自然哲学认同为真正或纯粹的科学，即康德所称 “eigentliche Wissenschaft”或“proper science” 康德论数学理论的重要性 在形而上学原理导论中康德宣称，任何真正的科学必需能用数学表述。康德的原话译文是“在自然科学各特定部门中只有那些能用数学表述者才是真正的科学”。 英文译文是“ In any special doctrine of n

23、ature there can be only as much proper science as there is mathematics therein”从这个意义上，康德对牛顿发展的物理学给予了极高的评价。苹果落地对牛顿的启示 苹果落地对牛顿的启示。牛顿认定是由于地心的引力，万物都有它的引力。他写出自然哲学的数学原理 ,提出了经典力学的三大定律, 天文观测导出万有引力定律。他对自然现象的解释，是以大量的数学分析为基础的，数学原理全书贯穿了牛顿和莱布尼兹分别独立发明的数学方法微积分，（牛顿称其为“流数”）.他在书的第一编中讲述了有关微积分等全书的数学基础。用数学证明的命题由天文现象推演出行

24、星、彗星、月球和海洋的运动, 研究地球的形状，解释海洋的潮汐大小的变化，探究月球运动的偏差，确定彗星的轨道。只有数学能提供物理对象的先验模式 Berg指出， 康德认为，只有数学能提供物理对象的特定定量特性，这是由于数学能提供物理对象的先验模式，而哲学或形而上学提供的仅是自然对象相关先验原则的论述，并不能提供物理对象的先验模式。 Hein van den Berg, Kants conception of proper science, Synthese (2011) 183:726 自然哲学之数学原理中全部的论述都以命题形式给出，每一个命题都给出证明或求解，所有的求证求解都是完全数学化的，必要

25、时附加推论，而每一个推论又都有证明或求解。 牛顿对数学情有独钟。相传著名的数学桥原本是由牛顿经过精确的计算而建设出来的，桥没用任何螺丝钉及螺栓却能牢固地架在康河之上，但是多年过后，有一些好奇的学生为了研究桥的构造而拆了它的组件，惟之后发现无法在不用钉锤的情况下将其重建，故现在看到的数学桥上还是布满了螺丝。Cambridge用康德为“真正科学”设定的标准审视现代学科内涵仍具有教益 康德引用的化学研究实例出自施塔尔的燃素学说，由此可以看出化学当时所处的水平。后来，实验证明燃素说是错误的。康德的哲学推理是严谨的，他对化学的评价也符合化学当时的实际水平。用他为真正的科学设定的标准，回头来审视我们今天的

26、学科现状，仍具有教益。建立物理和化学的数学理论问题今天已经解决？ Dirac 1929写道，对大部份物理和整个化学的数学理论所需的相关规律今天都已建立，困难只是将这些相关规律的数学理论解决实际问题得出的公式会太复杂难以求解。Dirac (1929) said: The underlying laws necessary for the mathematical theory of a large part of physics and the whole of chemistry are thus completely known, and the difficulty is only tha

27、t exact applications of these laws lead to equations which are too complicated to be soluble.Dirac, P.A.M. 1929. Quantum Mechanics of Many-Electron Systems. Proceedings of the Royal Society of London A123: 714733. Cited from J. van Brakel, K.U. Leuven, in:” PHILOSOPHY OF CHEMISTRY” 从1929 到今天计算机科学已解决

28、余下的问题？化学作为真正的科学仍处在发展阶段 理论化学家Frenking指出， 从1927以来，化学实现了革命性的变化，揭示了几乎所有化学现象诸如化学键等的机制。但化学作为真正的科学仍处在发展阶段，因为许多化学现象的量子化学研究仍处在萌芽阶段。 Frenking (1998, 106107), a theoretical chemist, says: Chemistry would e revolutionised in 1927, now that the very basis of all chemical phenomena, i.e. the chemical bonding, was

29、 understood for the first time. Chemistry as true science is still in a developing stage because quantum chemical research of the many chemical phenomena is still in an infant stage. Frenking, G. 1998. In:, The Autonomy of Chemistry: 3rd Erlenmeyer-Colloquy for the Philosophy of Chemistry,103108.化学已

30、经成为康德意义上的科学 Mainzer 指出，化学已经成为康德意义上的科学，因为它应用愈来愈多的数学：化学已进入愈来愈复杂的数学方法与计算机网络系统。这样，化学的确是一门康德意义上的科学，只是它的前沿发生了变化。 Mainzer, K. 1998. Computational and Mathematical Models in Chemistry: Epistemic Foundations and New Perspectives of Research,3rd Erlenmeyer-Colloquy for the Philosophy of Chemistry. Wurzburg: K

31、onigshausen & Neumann,3350.化学作为成熟的科学的学科自信 以分析化学家为主体的化学计量学、以物理化学家为主体的计算化学等方向的兴起表明，包括分析化学在内的现代化学运用数学建模解决学科实际问题与构建学科数学理论取得了丰硕的成果,这正是18世纪康德对化学学科地位提出质疑的核心问题。20世纪化学家提出化学是“中心科学”的概念，突显化学作为成熟的科学为人类做出更大贡献的学科自信。化学作为成熟的科学的学科自信科学的数学化曾昭抡先生曾指出，“任何科学发展或科学化的程度愈高，其数学化的程度亦愈高”。曾先生举物理化学为例，指出它要求的数学基础就是较高深的。曾昭抡，读书通讯，1942高

32、鸿先生曾预言，分析化学在经历几次变革之后，将迎来与数学相结合的时代。保证（分析）化学教育质量与对数学基础的要求从教学角度，要保证化学教育包括分析化学教学的高质量，严谨的基础理论教学不容忽视。而这方面的教学涉及学生有无必要的数学基础。英国化学同行注意到这个问题。英国高等教育科学院（The Higher Education Academy）推出Science, Technology, Engineering and Mathematics (STEM) project，其调研指出，从化学教学涉及的热力学、动力学、量子力学及计算化学等内容看，化学学位的数学要求是高的，应归在A级水平，而实际执行的入学

33、标准偏低，造成学生的“数学困难”。D E Shallcross and P C Yates，“Skills in Mathematics and Statistics i n Chemistry and tackling transition”，The Higher Education Academy STEM project series。保证（分析）化学教育质量与对数学基础的要求英国高等教育科学院（The Higher Education Academy）STEM project调研指出，相应物理专业在有关要求的文件中强调“学生应了解物理学是一门定量科学，需运用数学强有力的建模与解决问题能

34、力”。他们认为对化学学生也应提出类似要求。英国化学同行未提及分析化学教学。看来，与加强化学计量学基础相关的类似课题应提上议程。（本校过去招生与教改中遇到的情况简介）D E Shallcross and P C Yates，“Skills in Mathematics and Statistics i n Chemistry and tackling transition”，The Higher Education Academy STEM project series。重视分析化学教学中化学计量学内容的理由I：构建核心数学基础理论首先，化学计量学在为现代分析化学构建核心数学基础理论方面发挥了独

35、特的重要作用，对它给予必要的重视关乎分析化学教学的理论水平与分析化学学科的学术地位。英国化学同行列举的关于化学学位要求A级水平的数学基础的理由中，未点到分析化学，根据我们的经验对分析化学学科而言情况并无不同。提高对一门学科学习的数学门坎不等于把很多人拒之门外，物理学从没有要求所有学习物理的人都达到爱因斯垣那样的水准，理论物理大师霍金写出了最通俗的“时间简史”重视分析化学教学中化学计量学内容的理由II：实现真正较彻底的绿色化目标其次，在现代社会可持续发展大趋势中，化学面临严峻的绿色化挑战。我们即将讨论的分析化学的社会责任本身就要求朝绿色化方向发展。分析化学的职责是要获取有关化学物质的成份与结构信

36、息，这与其它如合成化学分支的任务有区别，其绿色化途径有所不同也更宽广。作为化学信息科学的分析化学，借助化学计量学这样的强有力手段，有条件实现真正较彻底的绿色化目标。 化学计量学是分析化学绿色化的重要策略与手段，而目前分析化学教学中的化学计量学水平对发挥这一策略或手段的作用尚存在差距。目前学术界以论文期刊影响因子论英雄的趋势，不利于吸引优秀人材从事化学计量学的教学与研究。分析化学绿色化策略与手段 化学计量学、自动化与微型化被列为分析化学绿色化的三大策略与手段 Handbook of green analytical chemistry / edited by Miguel de la Guard

37、ia, Salvador Garrigues.分析化学绿色化面临的挑战 传统方法使用有毒试剂多步的分析步骤较大的能量与试剂消耗未加处理的废液排放 绿色方法考虑试剂毒性 不用毒性试剂尽量少的分析步骤 远程传感尽量少的能量与试剂消耗 零消耗 废液处理后排放 零排放 化学计量学推动近红外光谱方法迅速推广应用 近红外光于1800年被天文学家William Herschel 所发现，实际是人们最早发现的非可见光区域，比中远红外、紫外线要早. 与中红外相比，近红外光谱信号弱，不同倍频和合频之间重叠严重，特征复杂且光谱基线难以界定，在分析上应用有困难.20世纪前半叶，光谱学界持近红外光谱无分析上意义的观点者

38、很多。到上世纪后半叶，随着近红外光谱仪的改进,近红外漫反射光谱在测定农副产品品质等方面得到一些应用。 到20世纪80年代后期它才真正受到重视.这在很大程度上与化学计量学方法的发展和应用有关，推动了近红外光谱分析技术的迅速推广.近红外光谱分析可进行无损分析，以化学计量学数据处理代替物理化学分离，是一项纯绿色的分析方法。近红外光谱测定汽油辛烷值 陆婉珍院士为我国石化分析和石油化学事业做出突出贡献,用近红外光谱法测定汽油辛烷值是成果之一。 袁洪福,龙义成,徐广通,陆婉珍;近红外光谱仪的研制;分析化学;1999年05期 陆婉珍院士（1924 - 2015）从三线性校正到四线性校正 在进行细胞样品中二种

39、共存的辅酶FAD与 FMN的同时测定时，由于FAD与FMN 的荧光光谱严重重叠及其他物质的干扰，甚至EX-EM三线性校正的结果都达不到要求。FAD与FMN 的荧光光谱强度依赖于pH，因此引入pH这一变量，构建EX-EM-pH-试样四线性校正模型。协同自加权交替四线性分解校正模型 (RSWAQLD)Kang, C. Wu H-L, Yu Y-J, Liu Y-J, Zhang S-R Zhang X-H,Yu R-Q. Anal. Chim. Acta 758, 45-57 (2013). Three-way calibrationFour-way calibrationEX-EM-Sample

40、EX-pH-SampleEM-pH-SampleEX-EM-pH-Samplea Congruence indexFAD0.97260.96110.97770.9938FMN0.98690.97570.95640.9947Averagerelative errorFAD101.5142.4%103.532.3%97.639.6%99.98.4%FMN104.670.3%104.067.3%114.3243.2%101.010.6%a EX-EM-pH-试样四线性校正模型能提供优于EX-EM-试样三线性校正模型的分辨力与精密度 Kang, C., Wu H-L et al. in prepara

41、tion 增加数据维度一般而言，科学家用三维表示空间，加上时间则用四维表示。在某些情况下在较高维空间建模数学上可能更易驾驭，使计算与解析更为方便。由二维转向三维，再由三维转向四维或更高维度，有无上限？理论物理学的前沿弦理论（string theory）中，早期包含了达到26维的时空，在融合了“超对称”后，弦理论家们把时空维数减少到10个，超弦理论（superstring theory)的自恰性要求时空是10维的，但多的维可能带来的是无数的弦理论。到了20世纪90年代初，物理学家们发现了“对偶性”。对偶性告诉我们，不同的弦理论是同一个物理宇宙的不同表述，物理学家证明不同弦理论源于十一维时空，被称

42、为M理论。M理论中包含的是一个十一维的时空，即一维时间和十维空间。化学计量学家发现，化学中充满各种适于用高维数学模型描述的课题。简约律Law of parsimony Law of parsimony即简约律,又称奥卡姆剃刀法则,指出问题应该用基本和最简单的术语阐述.在（多个）科学理论中,应选择最简单的那个. 这就是我们老子(约 571-471 BC)教导的 “治人事天莫若啬” William of Occam老子化学计量学的目标及其实现 S Wold曾定义化学计量学的目标是从化学量测数据中最大限度地提取化学相关信息。为达到此目标，必须确保设计的化学量测数据中包含了所需的信息。这就是化学计量学

43、采用产生较高维空间建模的原因。这种较高维空间模型产生的数据信息量大，且能实现信息是来源于多种信息源（多种维度与变量），使单一试样能用多种信息表征。这就是化学计量学通过数学与计算机手段为分析化学绿色化与解决复杂问题提供机会的基础。 这里较突出地展现了数学方法在现代分析化学实践与理论研究中的作用。例如，在对各种高阶算法进行选择时，或者甚至在设计研究不同算法时，有什么客观标准或尺度？运用数学方法开展基础研究是最绿色的手段。运用数学方法开展基础研究会对分析化学研究人员提出较高的数学水平要求，但对一般应用相关方法的人员只需了解基本原理而借助研究人员提供的化学计量学软件即可完成分析工作。某些三线性分解迭代

44、算法的微分策略研究 对PARAFAC-ALS, ATLD,SWATLD 及APTLD等三线性分解迭代算法的微分特性进行深入讨论。算法的目标凸函数的形态与算法对预估组份数的敏感度相关。从迭代步骤中的微扰阻碍了PARAFAC-ALS达到其目标函数值 This work reports the release of Multivariate Calibration 2 (MVC2), a MATLAB graphical interface toolbox for implementing several second-order multivariate calibration methodolo

45、gies. The toolbox accepts a variety of input data formats, arranged in either matrices or vectors (i.e., unfolded matrices), and contained in ASCII files. It allows one to manually select working sensor regions and plot landscapes for selected samples. The development of each model and its subsequen

46、t application to unknown samples is straightforward. A newMATLAB graphical interface toolbox for implementing third-ordermultivariate calibrationmethodologies is discussed. Multivariate calibration 3 (MVC3) is a sequel of the already described first-order (MVC1) and second order (MVC2) toolboxes. MV

47、C3 accepts a variety of ASCII data for input, depending on whether the third-order data are vectorized or matricized. If required, data for sample sets are arranged into four-way arrays for processing with several quadrilinear and non-quadrilinear algorithms. Quadrilinear position techniques and lat

48、ent structured models based on partial least-squares regression and residual trilinearization are included in the software. Appropriate working sensor regions in the three data dimensions can be selected. Model development and its subsequent application to unknown samples are straightforward from th

49、e interface.分析化学教学中一项重要的任务是对学生进行有关分析工作者社会责任的教育我在前面强调了构建数学基础理论这样的问题。对于分析化学这样一个化学中极其注重解决实际问题的分支学科来说，我的这种论述难免不产生误导。分析化学在协助解决关乎生命、健康、环境等关键问题或为相关决策提供信息依据时，肩负重大的社会与道义职责。涉及健康、食品、工业与环境的分析结果及其发佈，对社会公众将有重大影响。如何防止误解、误判、虚惊涉及参与分析工作人员的道德与诚信。在分析化学教学包括实验教学中,应大力强化有关社会责任与科学道德的教育。M Valcarcel 与 G D Christian发表了专门的论文从IS

50、O9000质量保证体系到ISO14000环境管理系列标准到ISO26000社会责任指南标准 国际标准化组织(ISO，International Organization for Standardization) 1987年为了加强品质管理 发佈ISO9000质量保证体系。 1996年发佈ISO14000环境管理系列标准，是贸易的“绿色通行证”。 2010年发布社会责任指南标准(ISO26000)。德国大众柴油车尾气丑闻 今年9月18日，美国EPA宣布德国大众在美触犯了清洁空气法。原来大众在美国市场上的48.2万辆EA189系列柴油车里安装了一套作弊程序，该程序可在排放检测时起作用，一旦感应到在

51、进行排放测试，它就开始开挂(检测校准模式)，排放控制系统（在发动机系统中使用尿酸溶液的氮氧化物排气选择性催化还原后处理)全力开工，保证通过检测。从而骗过检测达到法定标准。而平常跑在路上不检测的时候，排出氮氧化物最高超标40倍，危害公众健康。后来大众承认，在全球1100万辆柴油车上都安装了尾气作弊装置，每年超标排放90多万吨污染物！检测作假大众股市值超300亿欧元蒸发 2014年5月，ICCT(国际清洁交通委员会)的报告出来之后，大众表示这是测试方法不对，仪器不准导致的差异。 CARB (加州空气资源局) 多次与大众商讨，在第十次会面协商时，大众终于在大量数据和无法解释的问题面前承认了作弊。随后

52、任职大众集团CEO八年之久、带领大众成为全球销量第二的车企的马丁文德恩请辞。大众汽车股票连续暴跌, 自丑闻以来大众股价惨跌，总计市值超300亿欧元在此事件中蒸发。最近10月底数据，7至9月大众净亏损16.7亿欧元，今年第三季度亏损21.1亿欧元.中国奶制品污染事件 我们再考察一个我们身边涉及食品安全的的案例：中国奶制品污染事件。事件起因是食用三鹿集团生产的婴幼儿奶粉的婴儿被发现患有肾结石，随后在其奶粉中发现化工原料三聚氰胺。这是一个与分析方法相关的案例 中国检测食品中蛋白质含量采用凯氏定氮法，即通过检测氮的含量推算中蛋白质含量。因三聚氰胺 含氮量高达66.6%，人为地和水一起添加到牛奶中，骗过

53、凯氏定氮法获得虚假的蛋白质含量。奶粉事件导致30万婴儿生病 2008年的三鹿奶粉事件导致中国30万婴儿生病，至少6名婴儿死亡，令无数家庭心碎。这是一件钻分析方法空子的欺诈案件！多个国家和地区禁止中国奶制品及相关产品入口 事件爆发后，多个国家和地区开始全面或部分禁止中国奶制品及相关产品（糖果、咖啡和巧克力等）的销售或入口，包括加拿大、英国、意大利、法国、俄罗斯、日本、马来西亚、越南、印度、印尼、不丹、缅甸、马尔代夫、科特迪瓦、尼泊尔、巴布亚新几内亚、苏里南、多哥、加纳、菲律宾、孟加拉国、文莱、新加坡、坦桑尼亚、加蓬和布隆迪等以及台湾。欧盟宣布全面禁止含牛奶成分的中国制婴儿产品进口。继香港居民抱怨

54、大陆母亲买光了婴儿奶粉不得不实行限购之后，最近中国母亲又买光澳大利亚婴儿奶粉，澳政府急寻对策。中国的奶制品企业面临空前灾难。分析化学社会责任方面的反面教材 2009年1月22日，河北省石家庄市中级人民法院一审宣判，三鹿前董事长田文华被判处无期徒刑（后改判有期18年),高管王玉良、杭志奇、吴聚生分别被判有期徒刑15年、8年及5年。三鹿集团判处罚款4937万元。奶农张玉军、高俊杰及耿金平三人被判处死刑，薛建忠无期徒刑，张彦军等有期徒刑5-15年。注意这是一起钻分析方法空子的欺诈案件，他们作案所使用的化学与分析化学知识由何而来？“奶害” 与“药害” 世界卫生组织2008年9月26日指出，不要把中国描

55、绘成“万恶之源”，这些问题会出自发达国家，同样也会出自新兴工业国家。他们正在促使中国对相关机制进行改善。但是宣称所有食品安全问题都源于中国，则是完全错误的。 造成至少6名婴儿死亡是极为严重的事件。我们讲到二个最近的事件，现在不妨又回顾一下历史。在西方历史上有没有死这么多人的事件？奶粉事件被称为“毒奶”事件或“奶害”事件。其实西方过去也经历过严重的各种“毒害”事件，典型的是“药害”事件。“药害”促使立法 早前美国也没有药物或食品方面的严格立法。 1902年10名儿童死于白喉毒素治疗，促使生物制品法、纯食品和药品法诞生。 30年代二硝基酚减肥177人死亡，二甘醇磺胺酏107人死亡，促使食品、药品和

56、化妆品法诞生。“药害”促使立法 50年代德国生产沙度利安（反应仃）治疗妊娠反应，海豹肢畸形儿大量降生。这促进了欧洲相关法规的诞生。最后催生GLP立法。优良实验室规范 Good Laboratory Practice - GLP 70年代，新西兰进行优良实验室规范 （Good Laboratory Practice ，GLP）立法，丹麦也作类似立法。 美国发现IBT（Industrial BioTest Labs)大量的科研不端行为，其承担的毒性研究项目大部份不合格。这催生了GLP在美国实施。1976年FDA制定了药品GLP规范草案，1978年正式实施。 1983年美国环保局（EPA）颁布实施农

57、药GLP规范。优良实验室规范 Good Laboratory Practice - GLP 人类付出过重大代价形成的优良实验室等规范（等）应在分析化学实验教学中受到必要的重视， G D Christian 建议分析化学课程应包含优良实验室规范的内容，以此强调分析信息在公众事务决策中的重要性及与相关社会责任加强分析化学教学中社会责任教育 从分析化学教学中社会责任教育的角度看，我们的学生可能要在今后的工作中或直接从事与GLP相关的实验工作，或将与从事这种工作的部门打交道，因此，从事分析化学教学的人员自己必须对GLP有清晰的了解，并注意在适宜的场合对学生进行这方面的介绍。由于GLP的基本精神就是全面

58、质量管理，这其实就是分析工作本身的基本精神。例如GLP要求实验有严格规范的原始记录，没有原始记录，就不承认有关试验发生过。“Not documented, not happened!”.要求实验有严格规范的原始记录 实验应有严格规范的原始记录是GLP的基本要求。FDA在批准一家制药厂向美国出口药品前要对其检测机构进行检查。今年10月FDA检查辉瑞大连药厂发现其重新检测不合格产品直到其通过检测。这只有检查相关原始记录才能发现。这给我们提出了一个严肃的问题：我们培养的学生在遇到上司要求你重新检测不合格产品直到其通过检测时会采取什么态度？屈从于上司的无理要求就意味着残害病人生命，有没有勇气决不屈从于

59、上司的压力？分析化学实验教学的成败，要从学生在社会责任心与科学道德方面的表现来评价。传承老一辈学人的严谨学风 分析化学论文的撰写：老一辈学人严谨治学学风的传承 梁树权先生对学生的要求 梁树权与铁原子量原子量测定主要有化学法与物理法。30年代，质谱仪的准确度尚不及化学法。梁树权精心反复测定求得： Fe=55850（O=160000） 梁树权的博士论文1939年在德文化学期刊上发表。发表后的次年，国际原子量委员会根据这个数值，制订了铁原子量为5585。1961年，为了物理与化学的原子量标度统一，经国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）第十一次大会讨论通过改用C12=12为标度，因此，铁原子量换算为

60、55847，而非修订。应该说梁树权测定的数值沿用多年，实验结果是经得起考验的。这是梁树权最早的学术成就，是年他仅25岁，成为30年代获得重大成果的化学家之一。 传承老一辈学人的严谨学风 我们在分析化学实验课程中试验过原始记录制度，要求学生在上交原始记录后才进行数据处理。我校原分析化学教研室主任林延平教授，以从严处理篡改、捏造分析数据者著称。这是培养学生良好科学素质与社会责任心的重要方面。 科学道德与社会责任 G D Christian 将与道德相关的反对学术不端行为包括自我剽窃、一稿多投、剽窃、造假、抄袭、等归入学术出版中的社会责任 1998年德国人舍恩(Jan Hendrik Schn ,