計算藥物分析(藥學(xué)與生物信息學(xué))第一章

1、教材：胡育筑教材：胡育筑 主編主編計算藥物分析計算藥物分析 中國醫(yī)藥科技出版社，中國醫(yī)藥科技出版社，2006年年8月月 參考書目：程翼宇參考書目：程翼宇 翟海斌翟海斌醫(yī)藥分析信息學(xué)及信息處理技術(shù)醫(yī)藥分析信息學(xué)及信息處理技術(shù)化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 2006年年9月月蔡祿蔡祿 生物信息學(xué)教程生物信息學(xué)教程化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社2008年年5月月課時：課時： 34/34教師：趙迪思教師：趙迪思 課程名稱：藥學(xué)與生物信息學(xué)課程名稱：藥學(xué)與生物信息學(xué) 簡介：研究應(yīng)用數(shù)學(xué)、統(tǒng)計學(xué)和計算機科學(xué)的方法，簡介：研究應(yīng)用數(shù)學(xué)、統(tǒng)計學(xué)和計算機科學(xué)的方法，設(shè)計或者選擇優(yōu)化的藥學(xué)和化學(xué)實驗方法，并通過解設(shè)計

2、或者選擇優(yōu)化的藥學(xué)和化學(xué)實驗方法，并通過解析實驗數(shù)據(jù)獲取有關(guān)信息，內(nèi)容包括藥學(xué)中的誤差和析實驗數(shù)據(jù)獲取有關(guān)信息，內(nèi)容包括藥學(xué)中的誤差和分析數(shù)據(jù)處理，實驗設(shè)計和優(yōu)化，模式識別，分析質(zhì)分析數(shù)據(jù)處理，實驗設(shè)計和優(yōu)化，模式識別，分析質(zhì)量控制方法及有關(guān)應(yīng)用等。量控制方法及有關(guān)應(yīng)用等。學(xué)時：學(xué)時：34化學(xué)計量學(xué)的興起和發(fā)展化學(xué)計量學(xué)的興起和發(fā)展教學(xué)任務(wù)與特點教學(xué)任務(wù)與特點主要內(nèi)容與安排主要內(nèi)容與安排教學(xué)要求和方法教學(xué)要求和方法4123第一章第一章 緒緒 論論O 分析化學(xué)的三次變革分析化學(xué)的三次變革分析化學(xué)擴展邊界分析化學(xué)擴展邊界-形成交叉學(xué)科形成交叉學(xué)科分析化學(xué)延伸邊界分析化學(xué)延伸邊界形成許多交叉學(xué)科形成

3、許多交叉學(xué)科 M/SMath./Statistics EElectronics CComputer ACAnalytical Chemistry EEnvironmental Science LSLife Science P/MPhysics/Material化學(xué)計量學(xué)的誕生化學(xué)計量學(xué)的誕生交叉學(xué)科交叉學(xué)科r 奠基人：奠基人： 瑞典瑞典-S.Wold 美國美國-B.R.Kowalski 1974年，由美國的年，由美國的BRKowalski和和瑞典的瑞典的SWold等發(fā)等發(fā)起，在美國華盛頓大起，在美國華盛頓大學(xué)成立了國際化學(xué)計學(xué)成立了國際化學(xué)計量學(xué)學(xué)會。量學(xué)學(xué)會。 r 背景：背景： 數(shù)據(jù)處理與信

4、息提取數(shù)據(jù)處理與信息提取 計算機科學(xué)的發(fā)展計算機科學(xué)的發(fā)展-經(jīng)典的二維圖譜經(jīng)典的二維圖譜 A ; At; EpH-三維圖譜三維圖譜（DAD） HPLC-DAD接口接口交叉學(xué)科，邊緣學(xué)科交叉學(xué)科，邊緣學(xué)科定義定義應(yīng)用數(shù)學(xué)、統(tǒng)計學(xué)與計算機科應(yīng)用數(shù)學(xué)、統(tǒng)計學(xué)與計算機科學(xué)的方法，來設(shè)計或選擇最優(yōu)的化學(xué)學(xué)的方法，來設(shè)計或選擇最優(yōu)的化學(xué)實驗方法，并從測量數(shù)據(jù)中最大限度實驗方法，并從測量數(shù)據(jù)中最大限度地獲取化學(xué)及相關(guān)信息地獲取化學(xué)及相關(guān)信息。概念說明概念說明 化學(xué)計量關(guān)系化學(xué)計量關(guān)系 化學(xué)統(tǒng)計學(xué)化學(xué)統(tǒng)計學(xué) 計算分析化學(xué)計算分析化學(xué) 由于化學(xué)計量學(xué)并不局限于統(tǒng)計分析，還包括許多其他由于化學(xué)計量學(xué)并不局限于統(tǒng)計

5、分析，還包括許多其他數(shù)學(xué)方法，是一門通過學(xué)科交叉發(fā)展起來的新興化學(xué)學(xué)科。數(shù)學(xué)方法，是一門通過學(xué)科交叉發(fā)展起來的新興化學(xué)學(xué)科。越來越多的化學(xué)工作者贊成使用化學(xué)計量學(xué)或分析化學(xué)計量越來越多的化學(xué)工作者贊成使用化學(xué)計量學(xué)或分析化學(xué)計量學(xué)這個名稱，也有的建議使用計算分析化學(xué)或計算化學(xué)作為學(xué)這個名稱，也有的建議使用計算分析化學(xué)或計算化學(xué)作為學(xué)科名稱。學(xué)科名稱。 近年來，以化學(xué)信息為主要內(nèi)容的一門信息學(xué)科近年來，以化學(xué)信息為主要內(nèi)容的一門信息學(xué)科化化學(xué)信息學(xué)（學(xué)信息學(xué)（chemo-informatics）正在形成和興起?；瘜W(xué)信息）正在形成和興起?；瘜W(xué)信息學(xué)的內(nèi)容包括化學(xué)計量學(xué)的基本內(nèi)容，還包括化學(xué)化工文獻

6、學(xué)的內(nèi)容包括化學(xué)計量學(xué)的基本內(nèi)容，還包括化學(xué)化工文獻學(xué)、化學(xué)數(shù)據(jù)庫、化學(xué)圖形學(xué)、化學(xué)教育的現(xiàn)代技術(shù)和遠(yuǎn)程學(xué)、化學(xué)數(shù)據(jù)庫、化學(xué)圖形學(xué)、化學(xué)教育的現(xiàn)代技術(shù)和遠(yuǎn)程信息資源，本質(zhì)上是國際互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)資源、化學(xué)數(shù)據(jù)庫和化信息資源，本質(zhì)上是國際互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)資源、化學(xué)數(shù)據(jù)庫和化學(xué)計量學(xué)的結(jié)合。在藥學(xué)學(xué)科的專業(yè)課程中，計算藥物分析學(xué)計量學(xué)的結(jié)合。在藥學(xué)學(xué)科的專業(yè)課程中，計算藥物分析實際就是藥學(xué)中的化學(xué)計量學(xué)，側(cè)重于化學(xué)計量學(xué)在藥學(xué)中實際就是藥學(xué)中的化學(xué)計量學(xué)，側(cè)重于化學(xué)計量學(xué)在藥學(xué)中的應(yīng)用理論和方法的研究。的應(yīng)用理論和方法的研究。 化學(xué)計量學(xué)的任務(wù)與特點化學(xué)計量學(xué)的任務(wù)與特點樣品分析的過程圖樣品分析的過程圖中成藥

7、中硒的測定中成藥中硒的測定化學(xué)計量學(xué)的任務(wù)化學(xué)計量學(xué)的任務(wù)選擇或設(shè)計優(yōu)化的實驗方法選擇或設(shè)計優(yōu)化的實驗方法獲取分析對象的化學(xué)及相關(guān)獲取分析對象的化學(xué)及相關(guān)信息信息化學(xué)計量學(xué)的理論和方法貫穿于整個分析測試過程中！化學(xué)計量學(xué)的理論和方法貫穿于整個分析測試過程中！首先必須首先必須建立方法建立方法，如確定用比色法、原子吸收分光光度法，如確定用比色法、原子吸收分光光度法等。假設(shè)決定使用原子吸收分光光度法，我們必須選擇實驗等。假設(shè)決定使用原子吸收分光光度法，我們必須選擇實驗條件，包括樣品制備方法、儀器條件等，以便確定實驗方案，條件，包括樣品制備方法、儀器條件等，以便確定實驗方案，即設(shè)計分析方法。分析方法建

8、立后還要對方法進行優(yōu)化和驗即設(shè)計分析方法。分析方法建立后還要對方法進行優(yōu)化和驗證。證。下一步下一步分析測定分析測定，包括測試樣品的制備和測定。分析采樣理，包括測試樣品的制備和測定。分析采樣理論是指試樣采集的數(shù)學(xué)統(tǒng)計理論。分析測定必須制備樣品并論是指試樣采集的數(shù)學(xué)統(tǒng)計理論。分析測定必須制備樣品并使用分析儀器。使用分析儀器?；瘜W(xué)計量學(xué)更多地應(yīng)用于分析的第三步化學(xué)計量學(xué)更多地應(yīng)用于分析的第三步數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理。分析。分析檢測理論提供了對測量樣品分析檢測的數(shù)學(xué)統(tǒng)計基礎(chǔ)；校正檢測理論提供了對測量樣品分析檢測的數(shù)學(xué)統(tǒng)計基礎(chǔ)；校正則是從化學(xué)測量數(shù)據(jù)中取得有關(guān)物質(zhì)系統(tǒng)成分定量信息的基則是從化學(xué)測量數(shù)據(jù)中取得有

9、關(guān)物質(zhì)系統(tǒng)成分定量信息的基本手段，化學(xué)計量學(xué)的理論和方法也就顯得更為重要。本手段，化學(xué)計量學(xué)的理論和方法也就顯得更為重要。方法方法科學(xué)研究的科學(xué)研究的曼哈頓原子彈計劃（1942-46）阿波羅登月計劃(1961-69)人類基因組計劃(1990-2003)20世紀(jì)三大科學(xué)計劃 生物信息學(xué)（bioinformatics）有許多不同的定義?；谏镄畔W(xué)與分子生物學(xué)的密切關(guān)系，狹義的生物信息學(xué)專指應(yīng)用信息技術(shù)儲存和分析基因組測序所產(chǎn)生的分子序列及其相關(guān)數(shù)據(jù)，也被稱為分子生物信息學(xué)。 廣義的生物信息學(xué)是指以核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子為主要研究對象，以信息、數(shù)理、計算機科學(xué)為主要研究手段，以計算機網(wǎng)絡(luò)為主要

10、研究環(huán)境，以計算機軟件為主要研究工具，對序列數(shù)據(jù)進行儲存、管理、注釋、加工，對各種數(shù)據(jù)庫進行查詢、搜索、比較、分析，建構(gòu)各種類型的專用數(shù)據(jù)庫信息系統(tǒng)，研究開發(fā)面向生物學(xué)家的新一代計算機軟件；并利用數(shù)理統(tǒng)計、 模式識別、動態(tài)規(guī)劃、密碼解讀、語義解析、信令傳遞、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法以及隱馬氏模型等各種方法，對序列、結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進行定性和定量分析，從中獲取基因編碼、基因調(diào)控、序列-結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系等理性知識，闡明細(xì)胞、器官和個體的發(fā)生、發(fā)育、病變、衰亡的基本規(guī)律和時空聯(lián)系，探索生命起源、生物進化、生命本質(zhì)等重大理論問題，最終建立“生物學(xué)周期表”。本課程的主要內(nèi)容本課程的主要內(nèi)容基本內(nèi)容基本內(nèi)容統(tǒng)計學(xué)與統(tǒng)計方

11、法統(tǒng)計學(xué)與統(tǒng)計方法試驗設(shè)計與優(yōu)化試驗設(shè)計與優(yōu)化分析信號處理分析信號處理化學(xué)模式識別化學(xué)模式識別人工智能人工智能經(jīng)典統(tǒng)計分析經(jīng)典統(tǒng)計分析回歸和相關(guān)回歸和相關(guān)多元統(tǒng)計分析多元統(tǒng)計分析方差分析方差分析響應(yīng)面理論響應(yīng)面理論析因試驗析因試驗序貫優(yōu)化方法序貫優(yōu)化方法并行優(yōu)化方法并行優(yōu)化方法計算分光光度法計算分光光度法分析檢測理論分析檢測理論濾波、平滑與求導(dǎo)濾波、平滑與求導(dǎo)因子分析法因子分析法聚類分析聚類分析線性學(xué)習(xí)機法線性學(xué)習(xí)機法K-最近鄰法最近鄰法定量構(gòu)效關(guān)系定量構(gòu)效關(guān)系人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)化學(xué)專家系統(tǒng)化學(xué)專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫和譜圖檢索數(shù)據(jù)庫和譜圖檢索化學(xué)計量學(xué)在藥學(xué)中應(yīng)用的理論、方法和技術(shù)化學(xué)計量學(xué)在藥

12、學(xué)中應(yīng)用的理論、方法和技術(shù)J藥學(xué)專業(yè)藥物分析方向和中藥學(xué)專業(yè)中藥分析方向藥學(xué)專業(yè)藥物分析方向和中藥學(xué)專業(yè)中藥分析方向的一門專業(yè)課。的一門專業(yè)課。J上世紀(jì)上世紀(jì)80年代中期（年代中期（1983年）由我國著名藥物分析年）由我國著名藥物分析學(xué)家安登魁教授創(chuàng)建。學(xué)家安登魁教授創(chuàng)建。J選修課選修課 - 必修課。必修課。 $特色：學(xué)科交叉性、新穎性和藥學(xué)特色；特色：學(xué)科交叉性、新穎性和藥學(xué)特色； 強調(diào)方法學(xué)，重視綜合素質(zhì)和能力的培養(yǎng)強調(diào)方法學(xué)，重視綜合素質(zhì)和能力的培養(yǎng) O 掌握計算藥學(xué)的基本原理和方掌握計算藥學(xué)的基本原理和方法及其應(yīng)用法及其應(yīng)用O 拓寬自己的知識面和視野，向拓寬自己的知識面和視野，向通才通

13、才發(fā)展發(fā)展TrendExchangeReviewExperiment & Experience完成要求的基本習(xí)題完成要求的基本習(xí)題熟練使用常用工具軟件（熟練使用常用工具軟件（EXCEL、WORD、POWER POINT) 初步掌握常用計算編程軟件初步掌握常用計算編程軟件(可選用可選用Matlab、VB、SAS) 考核辦法考核辦法: 平時平時(作業(yè)作業(yè) ) + 考試考試聯(lián)系方式：聯(lián)系方式： 手機號手機號郵箱郵箱 Excel電子表格在定量分析中的應(yīng)用電子表格在定量分析中的應(yīng)用 最為實用，最普遍最為實用，最普遍 應(yīng)用：應(yīng)用： 繪圖、統(tǒng)計、數(shù)據(jù)庫繪圖、統(tǒng)計、數(shù)據(jù)庫國際

14、權(quán)威分析化學(xué)教材理論學(xué)習(xí)的基本內(nèi)容，自國際權(quán)威分析化學(xué)教材理論學(xué)習(xí)的基本內(nèi)容，自20世紀(jì)世紀(jì)90年代初期，年代初期，Excel就被歐美分析化學(xué)教材推薦，應(yīng)用于計就被歐美分析化學(xué)教材推薦，應(yīng)用于計算、統(tǒng)計和繪圖，成為分析化學(xué)工作者必不可少的計算機算、統(tǒng)計和繪圖，成為分析化學(xué)工作者必不可少的計算機工具。工具。藥學(xué)實驗室：藥學(xué)實驗室： 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、穩(wěn)定性研究中的數(shù)據(jù)運算、繪圖、統(tǒng)計、貯存質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、穩(wěn)定性研究中的數(shù)據(jù)運算、繪圖、統(tǒng)計、貯存- 研究資料研究資料1.1 數(shù)據(jù)的輸入和計算數(shù)據(jù)的輸入和計算輸入輸入計算計算函數(shù)的應(yīng)用函數(shù)的應(yīng)用 格式格式%100)(45.353 .143%100)(%ClAgClC

15、lAgClAgCl樣品量樣品量swsMMw average stdev (插入插入-函數(shù)函數(shù)-統(tǒng)計統(tǒng)計)1.2 數(shù)據(jù)的管理數(shù)據(jù)的管理1. 編輯編輯國際國際IUPAC原子量表原子量表 http:/，搜索，搜索“iupac atomic weights” 編輯編輯/復(fù)制（或快捷鍵復(fù)制（或快捷鍵Ctrl+c）把鼠標(biāo)指針放在工作表中合適的位置，點把鼠標(biāo)指針放在工作表中合適的位置，點擊編輯擊編輯/粘貼（粘貼（Ctrl+v）或者編輯或者編輯/選擇性粘貼。選擇性粘貼。 2. 替換替換(編輯菜單編輯菜單)1. find 函數(shù)函數(shù) （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

16、函數(shù)（查找任意指定數(shù)值在文本中的位置函數(shù)（查找任意指定數(shù)值在文本中的位置 ）3. vlookup函數(shù)函數(shù) （多功能的查找和定位）（多功能的查找和定位）4. 相對分子質(zhì)量的計算相對分子質(zhì)量的計算3、數(shù)據(jù)的描述性統(tǒng)計和圖表 FExcel 數(shù)據(jù)分析工具包提供了數(shù)據(jù)分析工具包提供了“描述統(tǒng)計描述統(tǒng)計”的功能，用于的功能，用于生成數(shù)據(jù)源區(qū)域中數(shù)據(jù)的單變量統(tǒng)計分析報表，提供有生成數(shù)據(jù)源區(qū)域中數(shù)據(jù)的單變量統(tǒng)計分析報表，提供有關(guān)數(shù)據(jù)趨中性和易變性的信息。在關(guān)數(shù)據(jù)趨中性和易變性的信息。在Excel描述統(tǒng)計結(jié)果中描述統(tǒng)計結(jié)果中除平均值和標(biāo)準(zhǔn)差、方差、標(biāo)準(zhǔn)誤差等基本統(tǒng)計參數(shù)外，除平均值和標(biāo)準(zhǔn)差、方差、標(biāo)準(zhǔn)誤差等基本

17、統(tǒng)計參數(shù)外，還有中位數(shù)、眾數(shù)、極值等參數(shù)。還有中位數(shù)、眾數(shù)、極值等參數(shù)。FExcel提供了多種圖表類型，使用戶建立基于貯存數(shù)據(jù)的提供了多種圖表類型，使用戶建立基于貯存數(shù)據(jù)的各種類型的圖表。對于分析化學(xué)的實驗數(shù)據(jù)使用的圖表各種類型的圖表。對于分析化學(xué)的實驗數(shù)據(jù)使用的圖表類型以類型以XY平滑線散點圖居多，可以此建立顯示自變量平滑線散點圖居多，可以此建立顯示自變量(如如標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度)和因變量和因變量(如分光光度法測定測得的吸光如分光光度法測定測得的吸光度度)的標(biāo)準(zhǔn)曲線，也可以用于繪制滴定曲線、溶出度曲線的標(biāo)準(zhǔn)曲線，也可以用于繪制滴定曲線、溶出度曲線等。等。F建立圖表的方法主要有兩種：

18、使用建立圖表的方法主要有兩種：使用“圖表圖表”工工具欄和使用圖表向?qū)А＞邫诤褪褂脠D表向?qū)?。F編輯圖表可使圖表的內(nèi)容科學(xué)，形式符合要求。編輯圖表可使圖表的內(nèi)容科學(xué)，形式符合要求。Excel 提供了各種格式，可方便地編輯數(shù)據(jù)系提供了各種格式，可方便地編輯數(shù)據(jù)系列的格式，可根據(jù)需要編輯坐標(biāo)軸、標(biāo)題、圖列的格式，可根據(jù)需要編輯坐標(biāo)軸、標(biāo)題、圖注、圖例、位置、尺寸等。注、圖例、位置、尺寸等。4、化學(xué)平衡及滴定曲線的計算、化學(xué)平衡及滴定曲線的計算 自上世紀(jì)自上世紀(jì)80年代以后，國際權(quán)威分析化學(xué)教年代以后，國際權(quán)威分析化學(xué)教材已把材已把Excel電子表格在分析計算中的使用方法電子表格在分析計算中的使用方法作

19、為必須學(xué)習(xí)的內(nèi)容，其主要應(yīng)用包括不同酸堿作為必須學(xué)習(xí)的內(nèi)容，其主要應(yīng)用包括不同酸堿系統(tǒng)系統(tǒng)pH的計算，酸堿、絡(luò)合、沉淀、氧化還原的計算，酸堿、絡(luò)合、沉淀、氧化還原的四種主要滴定曲線的計算和繪圖，高斯正態(tài)分的四種主要滴定曲線的計算和繪圖，高斯正態(tài)分布曲線和電位滴定曲線的計算等。布曲線和電位滴定曲線的計算等。 應(yīng)用應(yīng)用Excel 電子表格繪制滴定曲線的方法可推廣至所有電子表格繪制滴定曲線的方法可推廣至所有的化學(xué)滴定分析方法。的化學(xué)滴定分析方法。 對于滴定終點的確定，按照化學(xué)計量點附近出現(xiàn)的對于滴定終點的確定，按照化學(xué)計量點附近出現(xiàn)的pH突躍除了應(yīng)用指示劑的顏色突變外，以電位滴定曲線突躍除了應(yīng)用指示

20、劑的顏色突變外，以電位滴定曲線計算二階微商為零的點也是常用的方法。計算二階微商為零的點也是常用的方法。 此外瑞典化學(xué)家此外瑞典化學(xué)家Gran提出的線性滴定法為代表的計算提出的線性滴定法為代表的計算滴定分析方法，通過建立滴定方程，也可應(yīng)用滴定分析方法，通過建立滴定方程，也可應(yīng)用Excel 電電子表格，根據(jù)計算或作圖確定滴定終點。子表格，根據(jù)計算或作圖確定滴定終點。1.3 函數(shù)及其應(yīng)用函數(shù)及其應(yīng)用 Excel提供的大量不同類型的函數(shù)，可分為日期和時間函提供的大量不同類型的函數(shù)，可分為日期和時間函數(shù)，邏輯函數(shù)數(shù)，邏輯函數(shù)(運算符運算符)，查找和引用函數(shù)，查找和引用函數(shù), 數(shù)學(xué)和三角函數(shù)，數(shù)學(xué)和三角函數(shù)，統(tǒng)計函數(shù)以及文本和數(shù)據(jù)函數(shù)等。統(tǒng)計函數(shù)以及文本和數(shù)據(jù)函數(shù)