روش های محاسباتی کمومتریکس (Chemometrics) روش هایی مبتنی بر تجزیه و تحلیل آماری و ریاضی داده های شیمیایی هستند. این روش های به عنوان روش هایی کارآمد برای خلاصه کردن اطلاعات مفید از یک سری داده مشخص و پیش بینی سری دیگر داده، شناخته شده اند. داده های (Data) به دست آمده از روش های اندازه گیری کمی یا کیفی، بر اساس تکنیک های آماری و ریاضی به کار رفته در روش های کمومتریکس به اطلاعات(information) ارزشمندی تبدیل می شوند که بر اساس این اطلاعات، آگاهی و دانش (knowledge) بر فرایند شیمیایی افزایش یافته و سبب فهم و درک (understanding) درست و تصمیم گیری (decision making) صحیح می گردد. بنابراین هدف این روش های، بهبود بخشیدن فرآیندهای اندازه گیری و استخراج اطلاعات شیمیایی مفیدتر از داده های اندازه گیری شده فیزیکی و شیمیایی می باشد. استفاده از روشهای کمومتریکس به درک مکانیسم فرآیندهای مختلف شیمیایی، کشف و توسعه مواد جدید، حفظ محیط زیست و زمینه های دیگر شیمی کمک بسیار می کند.
تعریف کمومتریکس
طبق تعریف ماسارت (Massart)، یکی از پیشگامان این رشته، کمومتریکس مدیریت و نظم بخشیدن به داده های شیمیایی، با استفاده از روش های ریاضی و آمار، برای طراحی و انتخاب روش های تجربی بهینه، فراهم آوردن حداکثر اطلاعات شیمیایی با آنالیز داده های شیمیایی و به دست آوردن دانش درباره سیستم های شیمیایی ست. بنابراین طبق این تعریف جامع، کمومتریکس شاخه ای از علم شیمی است که از ریاضیات، آمار و منطق برای:
- طراحی یا انتخاب فرایندهای تجربی بهینه (بهینه سازی، کالیبراسیون، طراحی روند آزمایش)
- فراهم آوردن بیشترین اطلاعات شیمیایی وابسته از طریق تحلیل داده های شیمیایی
- بدست آوردن اطلاعات بیشتر درباره سیستمهای شیمیایی
استفاده می کند.
از نظر تاریخی کمومتریکس در سال 1974 توسط ولد (Wold) پایه گذاری شد، اما در چند دهه اخیر با ورود کامپیوتر و دسترسی همگانی به آنها، کمومتریکس به عنوان یک شاخه علمی جوان به سرعت توسعه پیدا کرده است. وجود دستگاه های مدرن که در هر بار آنالیز حجم بسیار بالایی داده تولید می کنند، حضور کامپیوترها و لپ تاپ های شخصی سریع و پرقدرت جهت محاسبات و دسترسی به انواع نرم افزارهای محاسباتی، استفاده از روش های کمومتریکس را برای بیشتر آنالیزها الزام آور و همگانی کرده است.
اهمیت روش های کمومتریکس
استفاده از روش های کمومتریکس در تحلیل تجزیه و تفسیر نتایج و در فرایند آنالیز یک ماده از چنان اهمیتی برخوردار است که سال هاست یک گرایش در مقطع کارشناسی ارشد و دکتری شیمی تجزیه و یا به عنوان یک رشته مستقل در بسیاری از مراکز تحقیقاتی و دانشگاه های بین المللی تدریس می شود. بسیاری از مجلات معتبر در حوزه تخصصی آنالیز مواد شیمیایی مانند Analyst ، Analytical Chemistry، AOAC و مجلات معتبر بین المللی در حوزه های تخصصی نیز مقالات و تحقیقات مرتبط با کمومتریکس را پوشش می دهند. ژورنال های chemometrics and intelligent laboratory systems و Journal of Chemometrics به طور کاملا اختصاصی فقط در زمینه انواع روش های کمومتریکس و کاربرد آنها فعالیت می کند.
کمومتریکس در آنالیز مواد شیمیایی
کمومتریکس به عنوان روشی معمول در بیشتر روش های آنالیزی مورد استفاده قرارگرفته است. بسیاری از نرم افزارهای دستگاه های مدرن و امروزی مانند ICP-MS و LC-MS و HPLC مجهز به انواع روش های کمومتریکس برای تفسیر طیف و تحلیل همپوشانی پیک های یک طیف و .. آنالیز هستند. این روش ها در آنالیز انواع مواد شامل مواد غذایی و تشخیص تقلب در مواد غذایی، نمونه های خاک نمونه های زیست محیطی آنالیز انواع کود و .. کاربرد بسیاری دارند.
امروزه یک تجزیه گر یا آنالیست (Analyst) به صورت فزاینده ای به استفاده از روش های آماری و ریاضی در کارهای روزمره اش نیاز پیدا می کند. به طوری که بدون کمومتریکس تحلیل مجموعه داده های بزرگ با مشاهدات و متغیرهای بسیار، مشکل می نماید.
روش های کمومتریکس در اکثر روش های آنالیزها شامل UV-Vis, IR, NMR, .. برای اندازه گیری هم زمان، رفع مزاحمت های طیفی و هم پوشانی پیک ها، کالیبراسیون چند متغیره و تفکیک طیف تا جداسازی و اندازه گیری مخلوط های پیچیده، حذف زمینه و افزایش حساسیت در روش های کروماتوگرافی، تعیین الگو و آنالیز تصویر (image analysis) در روش های میکروسکوپی به کار می روند.
روش های کمومتریکس در تمام طول فرایند آنالیز می توانند به کار روند از روش های نمونه برداری (sampling) تا تجزیه و تحلیل نتایج.
روش های کمومتریکس علاوه بر استفاده در روش های آنالیزی مختلف مانند کنترل فرآیندها، تجزیه و تحلیل و شناخت الگوها، پردازش علائم و بهینه کردن شرایط، در زمینه های دیگری از قبیل طراحی دارو، بهینه سازی سنتز، دیده بانی محیط زیستی، تعیین خصوصیت مواد، تکنولوژی تخمیر، تشخیص بیماریها در علوم پزشکی و غیره، کاربرد گسترده ای پیدا کرده اند.
متاسفانه علی رغم تمامی مزایای استفاده از روش های کمومتریکس، به دلیل تعداد بسیار زیاد روش ها، تعاریف، رویکردها و الگوهای مختلف و هم چنین سختی فهم اصولی این روش ها، کاربرد آنها همگانی نشده است. اغلب این روش ها برای مطالعات تحقیقاتی، و نه برای آنالیزهای روزمره، به کار می روند. هرچند با افزایش نرم افزارها، استفاده از این روش ها بسیار راحت تر شده است، اما برای تحلیل نتایج هم چنان به درک مناسبی از تعاریف و الگوریتم های روش های کمومتریکس نیاز است.
طبق تعریف کمومتریکس، این روش به چند دسته کلی تقسیم می شود: طراحی آزمایش (experimental design)، تجزیه و تحلیل داده ها (Data analysis)، دسته بندی (classification)، کالیبراسیون (calibration) و رگرسیون (Regression).
جهت مشاوره و انجام پروژه های کمومتریکس با ما تماس بگیرید.
مقالات زیر ممکن است در فهم بیشتر موضوع کمک کنند.
محاسبه عدم قطعیت در آنالیزهای شیمیایی: مفاهیم اولیه، اصطلاحات و تعاریف، مراحل محاسبه
محاسبه عدم قطعیت نتایج وزنی ترازوی آناليتيكی: انواع خطاها، روش کالیبراسیون و تعيين عدم قطعيت
عدم قطعیت وسایل حجم سنجی
عدم قطعیت در اندازه گیری عناصر با جذب اتمی
