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计算药物分析课件本讲稿第一页，共三十七页计 算 药 学教材：胡育筑教材：胡育筑 主编计算药物分析主编计算药物分析 中国医药科技出版社，中国医药科技出版社，20062006年年8 8月月 课时：课时：34/34 34/34教师：赵迪思教师：赵迪思 本讲稿第二页，共三十七页课程名称：计算药学课程名称：计算药学 Computation Pharmacy 简简介介：研研究究应应用用数数学学、统统计计学学和和计计算算机机科科学学的的方方法法，设设计计或或者者选选择择优优化化的的药药学学和和化化学学实实验验方方法法，并并通通过过解解析析实实验验数数据据获获取取有有关关信信息息，内内容容包包括括药药学学中中的的误误差差和和分分析析数数据据处处理理，实实验验设设计计和和优优化化，模模式式识识别别，分分析析质质量量控控制制方方法法及及有有关关应用等。应用等。学时：学时：68 学分：学分：3 本讲稿第三页，共三十七页化学计量学的兴起和发展化学计量学的兴起和发展教学任务与特点教学任务与特点主要内容与安排主要内容与安排教学要求和方法教学要求和方法4123第一章第一章 绪绪 论论本讲稿第四页，共三十七页分析化学今昔分析化学今昔O分析化学的三次变革分析化学的三次变革分析化学扩展边界分析化学扩展边界-形成交叉学科形成交叉学科本讲稿第五页，共三十七页分析化学延伸边界分析化学延伸边界形成许多交叉学科形成许多交叉学科M/SMath./StatisticsEElectronicsCComputerACAnalytical ChemistryEEnvironmental ScienceLSLife ScienceP/MPhysics/Material本讲稿第六页，共三十七页化学计量学的诞生化学计量学的诞生交叉学科交叉学科r奠基人：奠基人：瑞典瑞典-S.Wold美国美国-B.R.Kowalski 1974年年，由由美美国国的的BRKowalski和和瑞瑞典典的的SWold等等发发起起，在在美美国国华华盛盛顿顿大大学学成成立立了了国国际际化化学学计计量量学学会。学学会。背景：背景：数据处理与信息提取数据处理与信息提取计算机科学的发展计算机科学的发展本讲稿第七页，共三十七页化学测量数据维数的变化化学测量数据维数的变化-经典的二维图谱经典的二维图谱A;At;EpH-三维图谱三维图谱（DAD）HPLC-DAD本讲稿第八页，共三十七页什么是化学计量学？什么是化学计量学？接口接口交叉学科，边缘学科交叉学科，边缘学科定义定义应用数学、统计学与计算机科学应用数学、统计学与计算机科学的方法，来设计或选择最优的化学实验的方法，来设计或选择最优的化学实验方法，并从测量数据中最大限度地获取方法，并从测量数据中最大限度地获取化学及相关信息化学及相关信息。概念说明概念说明化学计量关系化学计量关系化学统计学化学统计学计算分析化学计算分析化学本讲稿第九页，共三十七页 由由于于化化学学计计量量学学并并不不局局限限于于统统计计分分析析，还还包包括括许许多多其其他他数数学学方方法法，是是一一门门通通过过学学科科交交叉叉发发展展起起来来的的新新兴兴化化学学学学科科。越越来来越越多多的的化化学学工工作作者者赞赞成成使使用用化化学学计计量量学学或或分分析析化化学学计计量量学学这这个个名名称称，也也有有的的建建议议使使用用计计算算分析化学或计算化学作为学科名称。分析化学或计算化学作为学科名称。近近年年来来，以以化化学学信信息息为为主主要要内内容容的的一一门门信信息息学学科科化化学学信信息息学学（chemo-informatics）正正在在形形成成和和兴兴起起。化化学学信信息息学学的的内内容容包包括括化化学学计计量量学学的的基基本本内内容容，还还包包括括化化学学化化工工文文献献学学、化化学学数数据据库库、化化学学图图形形学学、化化学学教教育育的的现现代代技技术术和和远远程程信信息息资资源源，本本质质上上是是国国际际互互联联网网网网络络资资源源、化化学学数数据据库库和和化化学学计计量量学学的的结结合合。在在药药学学学学科科的的专专业业课课程程中中，计计算算药药物物分分析析实实际际就就是是药药学学中中的的化化学学计计量量学学，侧侧重重于于化化学学计计量量学学在在药药学学中中的的应应用用理理论论和和方方法法的的研研究。究。本讲稿第十页，共三十七页 化学计量学的任务与特点化学计量学的任务与特点样品分析的过程图样品分析的过程图中成药中硒的测定中成药中硒的测定化学计量学的任务化学计量学的任务选择或设计优化的实验方法选择或设计优化的实验方法获取分析对象的化学及相关获取分析对象的化学及相关信息信息化学计量学的理论和方法贯穿于整个分析测试过程中！化学计量学的理论和方法贯穿于整个分析测试过程中！本讲稿第十一页，共三十七页首首先先必必须须建建立立方方法法，如如确确定定用用比比色色法法、原原子子吸吸收收分分光光光光度度法法等等。假假设设决决定定使使用用原原子子吸吸收收分分光光光光度度法法，我我们们必必须须选选择择实实验验条条件件，包包括括样样品品制制备备方方法法、仪仪器器条条件件等等，以以便便确确定定实实验验方方案案，即即设设计计分分析析方方法法。分分析方法建立后还要对方法进行优化和验证。析方法建立后还要对方法进行优化和验证。下下一一步步分分析析测测定定，包包括括测测试试样样品品的的制制备备和和测测定定。分分析析采采样样理理论论是是指指试试样样采采集集的的数数学学统统计计理理论论。分分析析测测定定必必须须制制备备样样品品并并使使用用分分析仪器。析仪器。化化学学计计量量学学更更多多地地应应用用于于分分析析的的第第三三步步数数据据处处理理。分分析析检检测测理理论论提提供供了了对对测测量量样样品品分分析析检检测测的的数数学学统统计计基基础础；校校正正则则是是从从化化学学测测量量数数据据中中取取得得有有关关物物质质系系统统成成分分定定量量信信息息的的基基本本手手段段，化化学学计计量学的理论和方法也就显得更为重要。量学的理论和方法也就显得更为重要。本讲稿第十二页，共三十七页方方法法科科学学研研究究的的本讲稿第十三页，共三十七页本课程的主要内容本课程的主要内容基本内容基本内容统计学与统计方法统计学与统计方法试验设计与优化试验设计与优化分析信号处理分析信号处理化学模式识别化学模式识别人工智能人工智能经典统计分析经典统计分析回归和相关回归和相关多元统计分析多元统计分析方差分析方差分析响应面理论响应面理论析因试验析因试验序贯优化方法序贯优化方法并行优化方法并行优化方法计算分光光度法计算分光光度法分析检测理论分析检测理论滤波、平滑与求导滤波、平滑与求导因子分析法因子分析法聚类分析聚类分析线性学习机法线性学习机法K-最近邻法最近邻法定量构效关系定量构效关系人工神经网络人工神经网络化学专家系统化学专家系统数据库和谱图检索数据库和谱图检索本讲稿第十四页，共三十七页计算药学是化学计量学在药学中应用的理论、方法和技术计算药学是化学计量学在药学中应用的理论、方法和技术J药学专业药物分析方向和中药学专业中药分析方向的一门专药学专业药物分析方向和中药学专业中药分析方向的一门专业课。业课。J上世纪上世纪80年代中期（年代中期（1983年）由我国著名药物分析学家年）由我国著名药物分析学家安登魁教授创建。安登魁教授创建。J选修课选修课-必修课。必修课。$特色：学科交叉性、新颖性和药学特色；特色：学科交叉性、新颖性和药学特色；强调方法学，重视综合素质和能力的培养强调方法学，重视综合素质和能力的培养 本讲稿第十五页，共三十七页周次（时间）周次（时间）理论课理论课上机课上机课内容及要求内容及要求学时学时内容及要求内容及要求学时学时一（一（8.309.3）绪论、绪论、Excel应用简介应用简介2二（二（9.6-9.10）Matlab 简介及有关应用简介及有关应用2Excel在定量分析中的应用在定量分析中的应用 4三（三（9.159.19）药学中常用的计算方法（药学中常用的计算方法（1）2四（四（9.209.24）药学中常用的计算方法（药学中常用的计算方法（2）2Matlab初步及药学中常用算法初步及药学中常用算法 4 五（五（9.2710.1）药学实验数据的统计分析药学实验数据的统计分析（1）2六（六（10.610.10）药学实验数据的统计分析药学实验数据的统计分析（2）2统计分析练习统计分析练习 4七（七（10.1310.17）化学实验设计与优化（化学实验设计与优化（1）2八（八（10.2010.24）化学实验设计与优化（化学实验设计与优化（2）2实验设计和优化方法实验设计和优化方法 4九（九（10.2710.31）模式识别分析及其应用（模式识别分析及其应用（1）2十（十（11.311.7）模式识别分析及其应用模式识别分析及其应用（2）2聚类分析和主成分分析聚类分析和主成分分析 4 十一（十一（11.1011.14）分析质量的控制和保证（分析质量的控制和保证（1）2十二（十二（11.1711.21）分析质量的控制和保证（分析质量的控制和保证（2）2计算分光光度法练习计算分光光度法练习 4十三（十三（11.2411.28）计算分光光度法计算分光光度法2十四（十四（12.112.5）计算色谱分析法计算色谱分析法2色谱分析计算方法色谱分析计算方法 4 十五（十五（12.812.12）中药指纹图谱及其质量控制中药指纹图谱及其质量控制2十六（十六（12.1512.19）计算药学新技术简介计算药学新技术简介 2实验考查实验考查 6十七（十七（12.2212.26）计算药学进展计算药学进展2本讲稿第十六页，共三十七页学习这门课的目的与要求学习这门课的目的与要求O掌握计算药学的基本原理和方法掌握计算药学的基本原理和方法及其应用及其应用O拓宽自己的知识面和视野，向拓宽自己的知识面和视野，向通通才才发展发展TrendExchangeReviewReviewExperiment&Experience本讲稿第十七页，共三十七页+要求：要求：知识知识+能力能力 实用性实用性+实践性实践性完成要求的基本习题完成要求的基本习题熟练使用常用工具软件（熟练使用常用工具软件（EXCEL、WORD、POWER POINT)初步掌握常用计算编程软件初步掌握常用计算编程软件(可选用可选用Matlab、VB、SAS)本讲稿第十八页，共三十七页 考核办法考核办法:平时平时(作业作业)+小论文小论文 +考试考试实验实验：地点地点 教学楼教学楼D405 时间时间 双周双周星期二下午星期二下午5-8节节 药分药分1、2班和班和5、6班班 单周单周星期三上午星期三上午1-4节节 药分药分3班和班和4班班联系方式：联系方式：手机号手机号 13611598936 邮箱邮箱 本讲稿第十九页，共三十七页Excel电子表格在定量分析中的应用电子表格在定量分析中的应用 最为实用，最普遍最为实用，最普遍 应用：应用：绘图、统计、数据库绘图、统计、数据库国国际际权权威威分分析析化化学学教教材材理理论论学学习习的的基基本本内内容容，自自20世世纪纪90年年代代初初期期，Excel就就被被欧欧美美分分析析化化学学教教材材推推荐荐，应应用用于于计计算算、统统计计和和绘绘图图，成为分析化学工作者必不可少的计算机工具。成为分析化学工作者必不可少的计算机工具。药学实验室：药学实验室：质量标准、稳定性研究中的数据运算、绘图、统计、贮存质量标准、稳定性研究中的数据运算、绘图、统计、贮存-研究资料研究资料本讲稿第二十页，共三十七页本讲稿第二十一页，共三十七页本讲稿第二十二页，共三十七页1.1 数据的输入和计算数据的输入和计算输入输入计算计算函数的应用函数的应用 格式格式 average stdev (插入插入-函数函数-统计统计)本讲稿第二十三页，共三十七页本讲稿第二十四页，共三十七页1.2 数据的管理数据的管理1.编辑编辑国际国际IUPAC原子量表原子量表 http:/，搜搜索索“iupac atomic weights”编辑编辑/复制（或快捷键复制（或快捷键Ctrl+c）把把鼠鼠标标指指针针放放在在工工作作表表中中合合适适的的位位置置，点点击编辑击编辑/粘贴（粘贴（Ctrl+v）或者编辑或者编辑/选择性粘贴。选择性粘贴。本讲稿第二十五页，共三十七页2.替换替换(编辑菜单编辑菜单)1.find 函数函数（查找任意指定字符在文本中的位置（查找任意指定字符在文本中的位置）2.mid函数（查找任意指定数值在文本中的位置函数（查找任意指定数值在文本中的位置）3.vlookup函数函数（多功能的查找和定位）（多功能的查找和定位）4.相对分子质量的计算相对分子质量的计算本讲稿第二十六页，共三十七页3、数据的描述性统计和图表 FExcel 数数据据分分析析工工具具包包提提供供了了“描描述述统统计计”的的功功能能，用用于于生生成成数数据据源源区区域域中中数数据据的的单单变变量量统统计计分分析析报报表表，提提供供有有关关数数据据趋趋中中性性和和易易变变性性的的信信息息。在在Excel描描述述统统计计结结果果中中除除平平均均值值和和标标准准差差、方方差差、标标准准误误差差等等基基本本统统计计参参数数外外，还还有有中中位位数数、众众数数、极值等参数。极值等参数。FExcel提提供供了了多多种种图图表表类类型型，使使用用户户建建立立基基于于贮贮存存数数据据的的各各种种类类型型的的图图表表。对对于于分分析析化化学学的的实实验验数数据据使使用用的的图图表表类类型型以以XY平平滑滑线线散散点点图图居居多多，可可以以此此建建立立显显示示自自变变量量(如如标标准准溶溶液液的的浓浓度度)和和因因变变量量(如如分分光光光光度度法法测测定定测测得得的的吸吸光光度度)的的标标准准曲曲线线，也也可可以以用用于于绘绘制制滴滴定曲线、溶出度曲线等。定曲线、溶出度曲线等。本讲稿第二十七页，共三十七页F建建立立图图表表的的方方法法主主要要有有两两种种：使使用用“图图表表”工具栏和使用图表向导。工具栏和使用图表向导。F编编辑辑图图表表可可使使图图表表的的内内容容科科学学，形形式式符符合合要要求求。Excel 提提供供了了各各种种格格式式，可可方方便便地地编编辑辑数数据据系系列列的的格格式式，可可根根据据需需要要编编辑辑坐坐标标轴轴、标标题题、图图注注、图图例例、位位置置、尺寸等。尺寸等。本讲稿第二十八页，共三十七页4、化学平衡及滴定曲线的计算、化学平衡及滴定曲线的计算 自自上上世世纪纪80年年代代以以后后，国国际际权权威威分分析析化化学学教教材材已已把把Excel电电子子表表格格在在分分析析计计算算中中的的使使用用方方法法作作为为必必须须学学习习的的内内容容，其其主主要要应应用用包包括括不不同同酸酸碱碱系系统统pH的的计计算算，酸酸碱碱、络络合合、沉沉淀淀、氧氧化化还还原原的的四四种种主主要要滴滴定定曲曲线线的的计计算算和和绘绘图图，高高斯斯正正态态分分布曲线和电位滴定曲线的计算等。布曲线和电位滴定曲线的计算等。本讲稿第二十九页，共三十七页本讲稿第三十页，共三十七页应应用用Excel 电电子子表表格格绘绘制制滴滴定定曲曲线线的的方方法法可可推推广广至至所所有有的的化化学学滴滴定分析方法。定分析方法。对对于于滴滴定定终终点点的的确确定定，按按照照化化学学计计量量点点附附近近出出现现的的pH突突跃跃除除了了应应用用指指示示剂剂的的颜颜色色突突变变外外，以以电电位位滴滴定定曲曲线线计计算算二二阶阶微微商为零的点也是常用的方法。商为零的点也是常用的方法。此此外外瑞瑞典典化化学学家家Gran提提出出的的线线性性滴滴定定法法为为代代表表的的计计算算滴滴定定分分析析方方法法，通通过过建建立立滴滴定定方方程程，也也可可应应用用Excel 电电子子表表格格，根根据据计计算或作图确定滴定终点。算或作图确定滴定终点。本讲稿第三十一页，共三十七页1.3 函数及其应用函数及其应用Excel提提供供的的大大量量不不同同类类型型的的函函数数，可可分分为为日日期期和和时时间间函函数数，逻逻辑辑函函数数(运运算算符符)，查查找找和和引引用用函函数数,数数学学和和三三角角函函数数，统统计计函函数数以以及及文文本本和和数数据据函数等。函数等。附附表表1-1列列出出了了在在化化学学和和药药学学应应用用中中可可能能使使用用的的函函数数。使使用用这这些些函函数数时时需需在在Excel窗窗口口打打开开插插入入-函函数数，找找到到所所需需函函数数后后，点点击击“有有关关该该函函数数的的帮帮助助”，根根据显示的该函数的语法、说明和示例操作。据显示的该函数的语法、说明和示例操作。本讲稿第三十二页，共三十七页在在化化学学计计量量学学中中，除除了了经经典典的的统统计计分分析析，如如相相关关分分析析、回回归归分分析析、统统计计检检验验、方方差差分分析析可可以以应应用用这这些些函函数数外外，多多变变量量统统计计分分析析和和模模式式识识别别的的矩矩阵阵运运算算也也经经常常应应用用Excel的内部函数。的内部函数。应应用用较较多多的的有有矩矩阵阵转转置置（transpose），乘法乘法(mmult)，求逆（，求逆（minverse）等。）等。本讲稿第三十三页，共三十七页1.4 Excel 加载工具加载工具附表附表1-2 数据分析工具的主要功能数据分析工具的主要功能 强大的统计分析功能强大的统计分析功能工具工具-加载宏加载宏-分析工具库分析工具库 (数据分析数据分析)本讲稿第三十四页，共三十七页第第1 1次实验：次实验：Excel电子表格在定量分析中的应用电子表格在定量分析中的应用一、电位滴定分析的有关计算一、电位滴定分析的有关计算二、一元线性回归及有关计算二、一元线性回归及有关计算本讲稿第三十五页，共三十七页数据输入数据输入公式公式 绘图绘图数据分析数据分析 （加载宏（加载宏-分析数据工具）分析数据工具）（一元线性回归分析）（一元线性回归分析）本讲稿第三十六页，共三十七页精业济群精业济群Thank You!本讲稿第三十七页，共三十七页