معرفی و مقدمه ای بر روش های کمومتریکس

   روش هایی مبتنی برتجزیه و تحلیل آماری و ریاضی داده های شیمیایی  به روش های محاسباتی کمومتریکس (Chemometrics) معروف هستند. روش های کمومتریکس 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 کموکتریکس به اطلاعات (information) ارزشمندی تبدیل می شوند. 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 روش­ های کمومتریکس، بهبود بخشیدن فرآیندهای اندازه گیری و استخراج اطلاعات شیمیایی مفیدتر از داده های اندازه گیری شده فیزیکی و شیمیایی می باشد. استفاده از روش­ های کمومتریکس به درک مکانیسم فرآیندهای مختلف شیمیایی، کشف و توسعه مواد جدید، حفظ محیط زیست و زمینه های دیگر شیمی کمک بسیار می کند.

     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 داده­های شیمیایی
  • بدست آوردن اطلاعات بیشتر درباره سیستم­های شیمیایی

استفاده می کند.

   از نظر تاریخی کمومتریکس در سال ۱۹۷۴ 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.

  کمومتریکس به عنوان روشی معمول در بیشتر روش های آنالیزی مورد استفاده قرارگرفته است. امروزه یک تجزیه گر یا آنالیست (Analyst) به صورت فزاینده ای به استفاده از روش ­های آماری و ریاضی درکارهای روزمره اش نیاز پیدا می کند. به طوری که بدون کمومتریکس تحلیل مجموعه داده­های 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 همزمان، 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 کروماتو گرافی، تعیین الگو و آنالیز تصویر (image analysis) در روش های میکروسکوپی به کار می روند.

روش های کمومتریس در تمام طول فرایند آنالیز می توانند به کار برده شوند (شکل ۱) از مراحل نمونه برداری (sampling) تا تجزیه و تحلیل نتایج.

کمومتریکس

شکل ۱ استفاده از روش های کمومتریکس در فرایندهای آنالیزی

   روش های کمومتریکس علاوه براستفاده 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 بیماری­ ها 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 همچنان به درک مناسبی از تعاریف و الگوریتم های روش های کمومتریکس نیاز است.