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La curiosa unión de la química y los datos: ¿Cómo revela la quimiometría información oculta?
En el vasto océano de la ciencia moderna existe una intersección espléndida: la quimiometría. Esta disciplina utiliza un enfoque basado en datos para extraer información útil de sistemas químicos complejos. La quimiometría es interdisciplinaria y utiliza métodos como la estadística multivariada, las matemáticas aplicadas y la informática para resolver problemas de química, bioquímica, medicina e ingeniería química. Con el avance de la ciencia y la tecnología, este campo está mostrando gradualmente su importancia de gran alcance.
Las aplicaciones de la quimiometría incluyen problemas descriptivos y predictivos, especialmente en las ciencias naturales experimentales de la química. En aplicaciones descriptivas, las propiedades de los sistemas químicos se modelan para buscar las relaciones subyacentes y la estructura del sistema. En aplicaciones predictivas, estos atributos se utilizan para predecir nuevos atributos o comportamientos de interés. Frente a conjuntos de datos en constante cambio, sin importar cuán grande sea la cantidad de datos, la tecnología quimiométrica se puede aplicar de manera flexible para resolver de manera efectiva muchos desafíos en los datos experimentales.
El nacimiento de la quimiometría es inseparable de la innovación tecnológica informática de la década de 1970, a la que siguió una serie de análisis químicos basados en datos.
Aunque se puede considerar que los primeros experimentos de análisis químico ya contenían elementos propios de la quimiometría, el surgimiento oficial de este campo se produjo en la década de 1970. En ese momento, Svante Wold acuñó por primera vez el término "estequiometría" y rápidamente atrajo a un grupo de expertos con ideas afines, incluido Bruce Kowalski. Con el rápido avance de la tecnología informática, el alcance de la aplicación de la quimiometría también se está expandiendo, abarcando tecnologías de datos multivariados como la espectroscopia de cuatro dimensiones, la espectroscopia de masas y la resonancia magnética nuclear.
"Ya sea que se utilice en aplicaciones descriptivas o predictivas, la quimiometría puede revelar estructuras y patrones profundos en sistemas químicos a través de poderosos métodos basados en datos".
Las técnicas de calibración multivariante son uno de los núcleos de la quimiometría y tienen como objetivo construir modelos que utilicen propiedades medidas de sistemas químicos para predecir otras propiedades. Por ejemplo, la relación entre diferentes sustancias químicas se puede encontrar analizando datos del espectro infrarrojo y combinándolos con la concentración de la muestra. Debido a la complejidad de los sistemas químicos, la calibración multivariada permite una estimación precisa de las propiedades de las muestras, evitando así la pérdida de tiempo y dinero.
Además de la calibración multivariante, la clasificación, el reconocimiento de patrones y la agrupación son aplicaciones importantes de la quimiometría. Estas tecnologías pueden ayudar a los científicos a descubrir patrones y tendencias ocultos en datos complejos e incluso desempeñar un papel importante en el control de calidad del producto y la verificación de autenticidad. Ya sea mediante aprendizaje supervisado o no supervisado, la quimiometría ha demostrado su potencial ilimitado en el análisis de datos.
"Al combinar el análisis de datos y el modelado matemático, la quimiometría amplía los límites de nuestra comprensión de los sistemas químicos".
Otra técnica importante en quimiometría es el análisis de curvas multivariadas, que puede deconstruir conjuntos de datos en ausencia de información de referencia y conocimiento del sistema. Por ejemplo, al extraer información sobre un único componente de un espectro de fluorescencia conocido, los científicos pueden determinar la contribución específica de una sustancia en una muestra mixta, lo cual es fundamental para muchos estudios científicos.
Con el tiempo, la calibración multivariable y otros métodos basados en datos se han vuelto cada vez más comunes en la industria. Por ejemplo, la quimiometría se ha utilizado para el seguimiento en tiempo real de los procesos de fabricación durante 30 a 40 años, y el análisis y modelado de datos proporciona una gran cantidad de información. No solo eso, con la mejora continua de estas tecnologías, también se han beneficiado muchos campos emergentes como el modelado molecular, la informática química y diversas investigaciones "ómicas".
"Sin duda, la quimiometría ofrece nuevas posibilidades y soluciones para el avance de la ciencia experimental moderna. Nos permite analizar datos en una dimensión superior y obtener resultados más reveladores".
El desarrollo futuro de la quimiometría está, sin duda, lleno de infinitas posibilidades. Esta tecnología no sólo puede cambiar la forma en que analizamos y entendemos los sistemas químicos, sino que también puede inspirar a los científicos a explorar nuevas áreas de investigación más allá de las fronteras. Y detrás de todos estos cambios, ¿te imaginas qué tipo de nueva comprensión e inspiración puede aportarnos la combinación de datos químicos con otros campos científicos?
