Chemometrics/Cheminformatics Promoting Research Paradigm Transformation for Chemistry and Analytical Measurement Science

CHANG Yue-yue; WU Juan-ni; WANG Tong; WU Hai-long; YU Ru-qin

doi:10.19969/j.fxcsxb.22051302

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Chemometrics/Cheminformatics Promoting Research Paradigm Transformation for Chemistry and Analytical Measurement Science

Reviews | 更新时间：2023-01-04

- Chemometrics/Cheminformatics Promoting Research Paradigm Transformation for Chemistry and Analytical Measurement Science
- Journal of Instrumental Analysis Vol. 41, Issue 9, Pages: 1267-1278(2022)
- 作者机构：
  
  湖南大学化学生物传感与计量学国家重点实验室，湖南长沙 410082
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.19969/j.fxcsxb.22051302
  CLC：
扫描看全文
常月月,伍娟妮,王童等.化学计量学/信息学助推化学与分析测试科学研究范式转换[J].分析测试学报,2022,41(09):1267-1278.

CHANG Yue-yue,WU Juan-ni,WANG Tong,et al.Chemometrics/Cheminformatics Promoting Research Paradigm Transformation for Chemistry and Analytical Measurement Science[J].Journal of Instrumental Analysis,2022,41(09):1267-1278.
常月月,伍娟妮,王童等.化学计量学/信息学助推化学与分析测试科学研究范式转换[J].分析测试学报,2022,41(09):1267-1278. DOI： 10.19969/j.fxcsxb.22051302.

CHANG Yue-yue,WU Juan-ni,WANG Tong,et al.Chemometrics/Cheminformatics Promoting Research Paradigm Transformation for Chemistry and Analytical Measurement Science[J].Journal of Instrumental Analysis,2022,41(09):1267-1278. DOI： 10.19969/j.fxcsxb.22051302.

摘要

该文回顾了科学研究范式的形成并讨论了化学与分析测试科学的相关发展历程。实验科学向理论科学演进实际是现代科学的形成过程，对化学而言是一个困难的数学化进程，直到第三即计算科学范式形成，化学的现代科学地位才得以确定。分析化学或分析测试科学发展过程中遇到类似的问题，化学计量学/信息学在助推其完善分析化学“数学化”进程的同时，也能够挖掘更多有效信息。随着现代分析仪器的快速发展和数据海啸的到来，化学计量学/信息学作为成熟的化学学科分支和有力“武器”，正在协助并推动化学和分析测试科学步入第四即“数据密集型”的科学新范式。该文以作者实验室的研究工作为基础，论述了化学计量学/信息学助力推动化学与分析测试科学研究范式的转换过程中的相关进展，并对未来的研究动向进行了展望。

Abstract

The development of research paradigms has been discussed for chemical science in general，and analytical measurement science in particular．The emergence of theoretical science（second paradigm） is really the birth of modern science．For chemistry，it is a difficult mathematization process．Actually，chemistry has not been recognized as a true science until the computational science（third paradigm） emerged．Similar processes appeared for analytical chemistry and analytical measurement science．The emergences of chemometrics and cheminformatics have accelerated these processes．This paper focuses on the relevant progress in the process of chemometrics/cheminformatics promoting research paradigm transformation for chemistry and analytical measurement science from the perspective of the research works carried out in the authors’laboratory．It is found that chemometrics and cheminformatics could help chemistry and analytical measurement science to mine more valid information in the process of boosting mathematization and step into the third paradigm of computational science．With the rapid development of analytical measurement science and the arrival of the data tsunami，chemometrics and cheminformatics as matured chemical subbranches and tools are promoting chemistry and chemical measurement science stepping into a new data-intensive paradigm．The paper ends with an outlook on some future research trends.

关键词

化学计量学化学信息学分析测试科学科学研究范式

Keywords

chemometricscheminformaticsanalytical measurement scienceresearch paradigm

references

Kuhn T S．The Structure of Scientific Revolutions. 2nd ed. Chicago：University of Chicago Press，1970.

Gray J．The Fourth Paradigm： Data－Intensive Scientific Discovery. Washington：Microsoft Research，2009.

Kant I，Friedman M．Metaphysical Foundations of Natural Science. Cambridge：Cambridge University Press，2004.

Karayannis M I，Efstathiou C E．Talanta，2012，102：7－15.

Yu R Q．Introduction to Chemometrics. Changsha：Hunan Education Press（俞汝勤．化学计量学导论．长沙：湖南教育出版社），1991.

Liang Y Z，Yu R Q．Chemometrics. Beijing：High Education Press（梁逸曾，俞汝勤．化学计量学．北京：高等教育出版社），2003.

Armenta S，Garrigues S，Guardia M．Trends Anal. Chem.，2012，27（6）：497－511.

Pan Z X，Xia S Q，Si S Z，Zhang M S，Shi L M，Liu X N．J. Chemom.，1990，4（4）：323－330.

Shi L，Li Z，Xu Z，Pan Z，Wang L．J. Chemom.，1991，5（3）：193－199.

Chen Z，Zhu E，Chen N．J. Chemom.，1993，7（4）：243－253.

Xu Q S，Xu Y D，Li L，Fang K T．J. Chemom.，2018，32（11）：e3020.

Chen Z P，Xiong S，Zuo Q，Shi C X．J. Chemom.，2018，32（11）：e2913.

Zhang Q，Xiao K，Chen M，Xu L．J. Chemom.，2018，32（11）：e2928.

Lu W C，Lv W，Zhang Q，Lu K L，Ji X B．J. Chemom.，2018，32（11）：e3022.

Zhang J，Cui X Y，Cai W S，Shao X G．J. Chemom.，2018，32（11）：e2971.

Zhang T，Tang H，Li H．J. Chemom.，2018，32（11）：e2983.

Wold S，Sjöström M．Chemom. Intell. Lab. Syst.，1998，44（98）：3－14.

Brown S D，Tauler R，Walczak B．Comprehensive Chemometrics：Chemical and Biochemical Data Analysis. 2nd ed. Amsterdam：Elsevier，2020.

Granato D，Putnik P，Kovačević D B，Santos J S，Calado V，Rocha R S，Cruz A G D，Jarvis B，Rodionova O Y，Pomerantsev A．Compr. Rev. Food Sci. Food Saf.，2018，17（3）：663－677.

Hassan M M，Xu Y，Zareef M，Li H，Chen Q．Trends Anal. Chem.，2022：116707.

Bystrzanowska M，Tobiszewski M．Symmetry，2020，12（12）：2055.

Martynko E，Kirsanov D．Biosensors，2020，10（8）：100.

Muhammad U，Uzairu A，Ebuka Arthur D．J. Anal. Pharm. Res.，2018，7（2）：240－242.

Brereton R G．Chemometrics：Data Driven Extraction for Science. 2nd ed. Hoboken：John Wiley & Sons，2018.

Jiang J H，Wang J H，Chu X，Yu R Q．Anal. Chim. Acta，1996，336（1/3）：209－222.

Fu H Y，Huan S Y，Xu L，Tang L J，Jiang J H，Wu H L，Shen G L，Yu R Q．J. Near Infrared Spectrosc.，2007，15（5）：291－297.

Fu H Y，Huan S Y，Xu L，Jiang J H，Wu H L，Shen G L，Yu R Q．Anal. Sci.，2009，25（9）：1143－1148.

Luo W Q，Huan S Y，Fu H Y，Wen G L，Cheng H W，Zhou J L，Wu H L，Shen G L，Yu R Q．Food Chem.，2011，128（2）：555－561.

Shen Q，Jiang J H，Shen G l，Yu R Q．Chemom. Intell. Lab. Syst.，2006，82（1/2）：44－49.

Zhou Y P，Jiang J H，Lin W Q，Xu L，Wu H L，Shen G L，Yu R Q．Talanta，2007，71（2）：848－853.

Booksh K S，Kowalski B R．Anal. Chem.，1994，66（15）：782A－791A.

Wu H L，Li Y，Yu R Q．J. Chemom.，2014，28（5）：476－489.

Wu H L，Yu R Q．Chemistry（吴海龙，俞汝勤．化学通报），2011，74（9）：771－782.

Wu H L，Li Y，Kang C，Yu R Q．Chin. J. Anal. Chem. （吴海龙，李勇，康超，俞汝勤．分析化学），2015，43（11）：1629－1637.

Wu H L，Sun X D，Fang H，Yu R Q．Chemometrics and Data Analysis in Chromatography. London：IntechOpen，2018：79－106.

Wu H L，Xiao R，Hu Y，Yu R Q．Chin. J. Pharm. Anal. （吴海龙，肖蓉，胡勇，俞汝勤．药物分析杂志），2019，39（4）：565－579.

Wu H L，Long W J，Wang T，Dong M Y，Yu R Q．Microchem. J.，2020，159：105575.

Wu H L，Wang T，Yu R Q．Trends Anal. Chem.，2020，130：115954.

Wu H L，Shibukawa M，Oguma K．J. Chemom.，1998，12（1）：1－26.

Jiang J H，Wu H L，Li Y，Yu R Q．J. Chemom.，2000，14（1）：15－36.

Chen Z P，Li Y，Yu R Q．J. Chemom.，2001，15（3）：149－167.

Malinowski E R．Factor Analysis in Chemistry. 3nd ed. New York：Wiley Interscience，2002.

Jiang J H，Wu H L，Chen Z P，Yu R Q．Anal. Chem.，1999，71（19）：4254－4262.

Xie H P，Chu X，Jiang J H，Cui H，Shen G L，Yu R Q．Spectrochim. Acta A，2003，59（4）：743－749.

Chen Z P，Wu H L，Li Y，Yu R Q．Anal. Chim. Acta，2000，423（2）：187－196.

Chen Z P，Wu H L，Jiang J H，Li Y，Yu R Q．Chemom. Intell. Lab. Syst.，2000，52（1）：75－86.

Cao Y Z，Chen Z P，Mo C Y，Wu H L，Yu R Q．Analyst，2000，125（12）：2303－2310.

Xia A L，Wu H L，Zhu S H，Han Q J，Zhang Y，Yu R Q．Anal. Sci.，2008，24（9）：1171－1176.

Nie J F，Wu H L，Zhang S R，Yu Y J，Yu R Q．Anal. Methods，2010，2（12）：1918－1926.

Xia A L，Wu H L，Fang D M，Ding Y J，Hu L Q，Yu R Q．J. Chemom.，2005，19（2）：65－76.

Xia A L，Wu H L，Fang D M，Ding Y J，Hu L Q，Yu R Q．Anal. Sci.，2006，22（9）：1189－1195.

Hu L Q，Wu H L，Ding Y J，Fang D M，Xia A L，Yu R Q．Chemom. Intell. Lab. Syst.，2006，82（1/2）：145－153.

Tan L，Zhang Y，Yang Q，Chen N，Du W，Tang L J，Jiang J H，Yu R Q．Talanta，2019，195：433－440.

Li Y，Wu H L，Nie C C，Gu H W，Qing X D，Zuo Q，Yu R Q．Anal. Methods，2014，6（16）：6322－6331.

Jiang J H，Wu H L，Li Y，Yu R Q．J. Chemom.，1999，13（6）：557－578.

Yu Y J，Wu H L，Kang C，Wang Y，Zhao J，Li Y N，Liu Y J，Yu R Q．J. Chemom.，2012，26（5）：197－208.

Kang C，Wu H L，Song J J，Xu H，Liu Y J，Yu Y J，Zhang X H，Yu R Q．Anal. Chim. Acta，2015，878：63－77.

Wang T，Wu H L，Yu Y J，Long W J，Cheng L，Chen A Q，Yu R Q．J. Chromatogr. A，2019，1605：360360.

Qing X D，Wu H L，Yan X F，Li Y，Ouyang L Q，Nie C C，Yu R Q．Chemom. Intell. Lab. Syst.，2014，132：8－17.

Xia A L，Wu H L，Li S F，Zhu S H，Hu L Q，Yu R Q．J. Chemom.，2007，21（3/4）：133－144.

Kang C，Wu H L，Yu Y J，Liu Y J，Zhang S R，Zhang X H，Yu R Q．Anal. Chim. Acta，2013，758：45－57.

Liu Y J，Wu H L，Kang C，Gu H W，Nie J F，Li S S，Su Z Y，Yu R Q．Anal. Sci.，2012，28（11）：1097－1104.

Fu H Y，Wu H L，Yu Y J，Zhang S R，Nie J F，Li S F，Yu R Q．J. Chemom.，2011，25（8）：408－429.

Nie J F，Li B，Zhang Y，Fan J L，Yi Z S，Cai Z R．Chemom. Intell. Lab. Syst.，2016，156：36－53.

Qing X，Wu H，Zhang X，Li Y，Gu H，Wen J，Shen X，Yu R．Sci. Sin. Chim.，2016，46（4）：401－410.

Wang T，Wu H L，Xie L X，Long W J，Cheng L，Yu R Q．Chemom. Intell. Lab. Syst.，2019，185：92－104.

Qing X D，Wu H L，Zhang X H，Li Y，Gu H W，Yu R Q．Anal. Chim. Acta，2015，861：12－24.

Zhang S R，Wu H L，Yu R Q．J. Chemom.，2015，29（3）：179－192.

Yu Y J，Wu H L，Nie J F，Zhang S R，Li S F，Li Y N，Zhu S H，Yu R Q．Chemom. Intell. Lab. Syst.，2011，106（1）：93－107.

Li Y，Gu H W，Wu H L，Yu X Y．Anal. Methods，2018，10（39）：4801－4812.

Wang T，Liu Q，Long W J，Chen A Q，Wu H L，Yu R Q．Spectrochim. Acta A，2021，246：118988.

Wu H L，Nie J F，Yu Y J，Yu R Q．Anal. Chim. Acta，2009，650（1）：131－142.

Zhang X H，Qing X D，Wu H L．Microchem. J.，2019，145：1078－1085.

Tang L J，Jiang J H，Wu H L，Shen G L，Yu R Q．Talanta，2009，79（2）：260－267.

Tang L J，Du W，Fu H Y，Jiang J H，Wu H L，Shen G L，Yu R Q．J. Chem. Inf. Model.，2009，49（8）：2002－2009.

Zhang Y，Tang L J，Zou H Y，Yang Q，Yu X L，Jiang J H，Wu H L，Yu R Q．Chemom. Intell. Lab. Syst.，2015，146：102－107.

Zhou Y P，Jiang J H，Lin W Q，Zou H Y，Wu H L，Shen G L，Yu R Q．Eur. J. Pharm. Sci.，2006，28（4）：344－353.

Tang L J，Zhou Y P，Jiang J H，Zou H Y，Wu H L，Shen G L，Yu R Q．J. Chem. Inf. Model.，2007，47（4）：1438－1445.

Wen J H，Zhong K J，Tang L J，Jiang J H，Wu H L，Shen G L，Yu R Q．Talanta，2011，84（1）：13－18.

Lü Q Z，Shen G L，Yu R Q．Comput. Biol. Chem.，2003，27（3）：363－371.

Lü Q，Wu H，Yu R，Shen G．SAR QSAR Environ. Res.，2004，15（4）：279－292.

Lü Q Z，Jiang J H，Yu R Q，Shen G L．J. Chem. Inf. Comput. Sci.，2003，43（4）：1132－1137.

Lin W Q，Jiang J H，Zhou Y P，Wu H L，Shen G L，Yu R Q．J. Comput. Chem.，2007，28（2）：519－527.

Li Y，Jiang J H，Chen Z P，Xu C J，Yu R Q．Anal. Chim. Acta，1999，388（1/2）：161－170.

Shen Q，Jiang J H，Jiao C X，Lin W Q，Shen G L，Yu R Q．J. Comput. Chem.，2004，25（14）：1726－1735.

Zhou Y P，Jiang J H，Lin W Q，Zou H Y，Wu H L，Shen G L，Yu R Q．J. Chem. Inf. Model.，2006，46（6）：2494－2501.

Du W，Gu T，Tang L J，Jiang J H，Wu H L，Shen G L，Yu R Q．Talanta，2011，85（3）：1689－1694.

Zhou Y P，Tang L J，Jiao J，Song D D，Jiang J H，Yu R Q．J. Chem. Inf. Model.，2009，49（5）：1144－1153.

Zhou Y P，Cai C B，Huan S，Jiang J H，Wu H L，Shen G L，Yu R Q．Anal. Chim. Acta，2007，593（1）：68－74.

Sun L X，Xu F，Liang Y Z，Xie Y L，Yu R Q．Chemom. Intell. Lab. Syst.，1994，25（1）：51－60.

Jiang J H，Wang J H，Chu X，Yu R Q．Anal. Chim. Acta，1997，354（1/3）：263－274.

Xie H P，Jiang J H，Cui H，Shen G L，Yu R Q．Comput. Chem.，2002，26（6）：591－600.

Shen Q，Jiang J H，Jiao C X，Shen G L，Yu R Q．Eur. J. Pharm. Sci.，2004，22（2/3）：145－152.

Lü J X，Shen Q，Jiang J H，Shen G L，Yu R Q．J. Pharm. Biomed. Anal.，2004，35（4）：679－687.

Lin L，Lin W Q，Jiang J H，Shen G L，Yu R Q．Eur. J. Pharm. Sci.，2005，25（2/3）：245－254.

Hu L Q，Wu H L，Lin W Q，Jiang J H，Yu R Q．QSAR Comb. Sci.，2007，26（1）：92－101.

Lin W Q，Jiang J H，Shen Q，Shen G L，Yu R Q．J. Chem. Inf. Model.，2005，45（2）：486－493.

Shen Q，Jiang J H，Tao J C，Shen G L，Yu R Q．J. Chem. Inf. Model.，2005，45（4）：1024－1029.

Shen Q，Jiang J H，Shen G L，Yu R Q．Anal. Bioanal. Chem.，2003，375（2）：248－254.

Zhang L，Liang Y Z，Yu R Q，Fang K T．J. Chemom.，1997，11（3）：267－281.

Li Y，Wu H L，Yu Y J，Zhang S R，Chen Y，Tu D Z，Nie C C，Xu H，Yu R Q．Anal. Methods，2012，4（12）：3987－3996.

Yu Y J，Wu H L，Fu H Y，Zhao J，Li Y N，Li S F，Kang C，Yu R Q．J. Chromatogr. A，2013，1302：72－80.

Yu Y J，Wu H L，Niu J F，Zhao J，Li Y N，Kang C，Yu R Q．Analyst，2013，138（2）：627－634.

Wang T，Wu H L，Long W J，Hu Y，Cheng L，Chen A Q，Yu R Q．Food Chem.，2019，293：348－357.

Fang H，Wu H L，Wang T，Long W J，Chen A Q，Ding Y J，Yu R Q．Food Chem.，2021，342：128235.

Chang Y Y，Wu H L，Wang T，Chen Y，Yang J，Fu H Y，Yang X L，Li X F，Zhang G，Yu R Q．Spectrochim. Acta A，2022，269：120737.

Long W J，Wu H L，Wang T，Dong M Y，Chen L Z，Yu R Q．Spectrochim. Acta A，2021，258：119798.

Tong G Y，Wu H L，Wang T，Chang Y Y，Chen Y，Yang J，Fu H Y，Yang X L，Li X F，Yu R Q．J. Chromatogr. A，2022，1674：463121.

Juan A D，Tauler R，Dyson R，Marcolli C，Rault M，Maeder M．Trends Anal. Chem.，2004，23（1）：70－79.

Lin W Q，Jiang J H，Yang H F，Ozaki Y，Shen G L，Yu R Q．Anal. Chem.，2006，78（17）：6003－6011.

Huan S Y，Lin W Q，Sato H，Yang H F，Jiang J H，Ozaki Y，Wu H L，Shen G L，Yu R Q．J. Raman Spectrosc.， 2007，38（3）：260－270.

Cao Z，Lin H G，Yu R Q．Chem. Sens. （曹忠，林辉概，俞汝勤．化学传感器），1995，15（1）：72－73.

Yang J T，Lü Q Z，Zeng G M，Yu R Q．Chem. Sens. （杨江涛，吕庆章，曾鸽鸣，俞汝勤．化学传感器），2003，23（4）：44－48.

Yu X L，Yu R Q，Tang L J，Guo Q P，Zhang Y，Zhou Y，Yang Q，He X X，Yang X H，Wang K M．Chemom. Intell. Lab. Syst.，2014，136：10－14.

Yu X L，Yu R Q，Yang X H．Biomed. Eng. Biomed Tech.，2017，62（3）：333－338.

Vaswani A，Shazeer N M，Parmar N，Uszkoreit J，Jones L，Gomez A N，Kaiser L，Polosukhin I．arXiv preprint arXiv，2017，1706.03762.

Sutton R S，Barto A G．IEEE Trans. Neural Netw.，1998，9（5）：1054－1054.

Le C Y．Quand La Machine Apprend：La Révolution Des Neurones Artificiels Et De L'apprentissage Profond. Paris：Odile Jacob，2019.

Tomczak J M．Deep Generative Modeling. Cham：Springer，2022.

Murphy K P．Machine Learning：A Probabilistic Perspective. Massachusetts：MIT Press，2012.

Goodfellow I，Bengio Y，Courville A．Deep Learning. Massachusetts：MIT Press，2016.

Brown S D，Sarabia L A，Trygg J．Comprehensive Chemometrics：Chemical and Biochemical Data Analysis. Amsterdam：Elsevier，2009.

Wu L F，Cui P，Pei J，Zhao L．Graph Neural Networks：Foundations，Frontiers，and Applications. Singapore：Springer，2022.

Gilmer J，Schoenholz S S，Riley P F，Vinyals O，Dahl G E．Neural Message Passing for Quantum Chemistry. Proceedings of the 34th International Conference on Machine Learning，2017.

Lemm D，von Rudorff G F，von Lilienfeld O A．Nat. Commun.，2021，12（1）：1－10.

Lim J，Ryu S，Kim J W，Kim W Y．J. Cheminf.，2018，10（1）：1－9.

Mirza M，Osindero S．arXiv preprint arXiv，2014，1411.1784.

Gómez－Bombarelli R，Wei J N，Duvenaud D，Hernández－Lobato J M，Sánchez－Lengeling B，Sheberla D，Aguilera－Iparraguirre J，Hirzel T D，Adams R P，Aspuru－Guzik A．ACS Cent. Sci.，2018，4（2）：268－276.

Guimaraes G L，Sánchez－Lengeling B，Farias P L C，Aspuru－Guzik A．arXiv preprint arXiv，2017，1705.10843.

Prykhodko O，Johansson S，Kotsias P－C，Arús‐Pous J，Bjerrum E，Engkvist O，Chen H．J. Cheminf.，2019，11（1）：1－13.

You J X，Liu B W，Ying R，Pande V，Leskovec J．Adv. Neural. Inf. Process. Syst.，2018：6410－6421.

Segler M H S，Kogej T，Tyrchan C，Waller M P．ACS Cent. Sci.，2018，4（1）：120－131.

Popova M，Shvets M，Oliva J B，Isayev O．arXiv preprint arXiv，2019，1905.13372.

Keith J，Vassilev－Galindo V，Cheng B，Chmiela S，Gastegger M，Müller K R，Tkatchenko A．Chem. Rev.，2021，121（16）：9816－9872.

Jensen J H．Chem. Sci.，2019，10（12）：3567－3572.

Yoshikawa N，Terayama K，Sumita M，Homma T，Oono K，Tsuda K．Chem. Lett.，2018，47（11）：1431－1434.

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Component Analysis of E. ulmoides Oliv. Leaves in Various Drying Treatments by UHPLC-Q-Exactive Orbitrap HRMS Technology Combined with Chemometrics

Study on the Optimization Limit of Near-infrared Spectroscopy Calibration Model by Variable Selection Methods

Research Progress of High-throughput and Rapid Detection of Multi-pesticide Residues in Plant-derived Food Samples Based on GC-MS

Related Author

No data

Related Institution

College of Pharmacy，Ningxia Medical University

Institute of Quality and Safety for Agro-products，Henan Academy of Agricultural Science

Technical Center，China Tobacco Chongqing Industrial Co.，Ltd.

School of Chemistry and Material Science，University of Science and Technology of China

Hunan Provincial Key Laboratory of Food Science and Biotechnology，College of Food Science and Technology Hunan Agricultural University

Address：100 Xianlie Middle Road, Guangzhou Postal code：510070
Tel：020-87684776,37656606 Fax：020-87684776 Email：fxcsxb@china.com
Technical support is provided by Beijing Founder electronics co., LTD 粤ICP备12017312号-3 京公网安备11010802024621
It is recommended to read the content of this site in Chrome&IE9+. Please switch to extreme mode in browser 360.
Cookies We use cookies to help provide and enhance our service and tailor content. By continuing, you agree to the use of cookies.

⁰