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Die Revolution seit den 1970er Jahren: Warum ist die Chemometrie ein Game Changer in der Chemie?
In der Geschichte der wissenschaftlichen Forschung gelten die 1970er Jahre als Wendepunkt, insbesondere auf dem Gebiet der Chemie, wo der Aufstieg der Chemometrie eine Revolution darstellte. Als datengesteuerte Technologie nutzt die Chemometrie Methoden der multivariaten Statistik, der angewandten Mathematik und der Informatik, um verschiedene Probleme in den Bereichen Chemie, Biochemie, Medizin und Chemieingenieurwesen zu lösen.
Der Kern der Chemometrie besteht darin, nützliche Informationen aus komplexen Daten zu extrahieren, was in der heutigen datengesteuerten Wissenschaftswelt besonders wichtig ist.
Die erste Anwendung der Chemometrie lässt sich grob bis in die 1970er Jahre zurückverfolgen, als die Popularität von Computern es Wissenschaftlern ermöglichte, mehr Daten für Analysen und Forschung zu nutzen. Zwei Pioniere, Svante Wold und Bruce Kowalski, förderten in diesem Zusammenhang die Entwicklung der Chemometrie und schlugen 1971 erstmals den Begriff „Stöchiometrie“ vor. Später wurde die Internationale Gesellschaft für Chemometrie gegründet, die als Vorreiter auf diesem Gebiet fungierte Weiterentwicklung.
In deskriptiven Anwendungen hilft die Chemometrie Wissenschaftlern, Modelle chemischer Systeme zu erstellen und Einblicke in ihre inneren Strukturen zu gewinnen. In prädiktiven Anwendungen kann es verwendet werden, um neue Eigenschaften oder Verhaltensweisen vorherzusagen. Diese Anwendungen erfordern häufig die Verarbeitung großer Datensätze, die von klein bis groß und komplex sein können und Hunderte oder Tausende von Variablen und Beobachtungen enthalten.
In gewisser Weise ist die Art und Weise, wie die Chemometrie große Datenmengen in wertvolles Wissen umwandelt, der Grund, warum sie zu einem integralen Bestandteil der chemischen Forschung geworden ist.
Mit der Entwicklung von Bereichen wie der analytischen Chemie und der Metabolomik haben sich auch die Technologien und Methoden der Chemometrie weiter weiterentwickelt, was wiederum die Innovation analytischer Instrumente und Methoden gefördert hat. Der anwendungsorientierte Charakter dieser Disziplin hat zur weit verbreiteten Verwendung vieler standardisierter chemometrischer Methoden in der Industrie geführt. Die Forschung zur Chemometrie nimmt sowohl in der Wissenschaft als auch in der Industrie stetig zu.
Multivariable Kalibrierung ist eine Technik, die häufig in der Chemometrie verwendet wird, um andere Eigenschaften basierend auf gemessenen Eigenschaften eines chemischen Systems vorherzusagen. Dieser Prozess erfordert die Verwendung eines Kalibrierungs- oder Trainingsdatensatzes, der Referenzwerte enthält, beispielsweise in der spektroskopischen Analyse, indem ein multivariates Modell entwickelt wird, um die Beziehung zwischen der Konzentration einer chemischen Spezies und dem entsprechenden Spektrum herzustellen. Diese Methode spart nicht nur Zeit und Kosten, sondern ermöglicht auch eine genaue quantitative Analyse unter überlappenden Störungen durch andere Elemente, was ihre Vorteile unter Beweis stellt.
„In der heutigen immer komplexer werdenden wissenschaftlichen Forschungsumgebung ist die effektive Verarbeitung und Analyse von Daten zum Kern der kontinuierlichen Erforschung der Chemometrie geworden.“
Eine weitere wichtige Anwendung ist die Klassifizierung und Mustererkennung, die insbesondere bei der Qualitätskontrolle und Authentizitätsprüfung von Bedeutung ist. Durch den Einsatz multivariater Klassifizierungstechniken des überwachten Lernens ist die Chemometrie in der Lage, Modelle zur Klassifizierung zukünftiger Proben zu erstellen. Darüber hinaus können unbeaufsichtigte Klassifizierungstechniken in der Chemometrie zugrunde liegende Muster in komplexen Datensätzen entdecken und so Wissenschaftlern helfen, Einblicke in die Struktur und Eigenschaften der Daten zu gewinnen.
Neben den oben genannten Technologien sind auch experimentelles Design und Signalverarbeitung unverzichtbare Bestandteile der Chemometrie. Neben der Signalvorverarbeitung stehen auch Modellauswahl, Verifizierung und Leistungscharakterisierung im Fokus der Forschung, die sich direkt auf die Interpretation und Praktikabilität der endgültigen Datenverarbeitungsergebnisse auswirken.
Die Entwicklung der Chemometrie ist nicht nur ein Durchbruch auf technischer Ebene, sondern bietet auch eine neue Perspektive, um die Beziehung zwischen Chemie und Daten zu betrachten und zu verstehen.
Seit den 1970er Jahren ist die Chemometrie mit dem rasanten Fortschritt der Datentechnologie nach und nach zu einem Kernbestandteil der chemischen Forschung geworden. Diese Revolution hat uns nicht nur eine Steigerung der Datenverarbeitungsfähigkeiten beschert, sondern auch eine Neugestaltung unserer Fähigkeit, esoterische chemische Systeme zu modellieren und vorherzusagen. Welchen Einfluss wird die Chemometrie auch in Zukunft auf die Entwicklung wissenschaftlicher Forschung und experimenteller Methoden haben?
