计算机在分析化学中的应用

计算机在分析化学中的应用

计算机是一种多功能的设备,可用于计算、拟合、模拟、制表、绘图、选择、判别、存贮、检索、统计、管理、自动控制、人工智能、专家系统等方面。计算机在化学中的应用可从不同角度分类：按化学体系，可从解决化学各分支学科的问题分类；按应用方法，则是从计算机的功能应用来分类。

(一)计算机在分析化学中的应用

简称计算分析，其内容有：

1.1数据处理利用一元统计，可对同一项目的若干次测量数据进行统计处理，计算置信区间、标准误差、变动系数等。利用二元统计，可以计算含量与滴定体积或浓度与吸光度之间的直线方程（线性回归法）。用程序型计算器也能迅速完成这些计算。

1.2 条件预测根据溶液平衡原理，考虑副反应系数校正，形成精确的数学模型，可对化学分析条件进行预测，例如显色反应最合适的pH的预测、离子交换色谱法中淋洗液浓度和用量的预测等。在较复杂的情况下，可以利用计算数学方法。设有10种金属离子与10种络合剂共存，它们之间的竞争反应可用迭代法预测，计算机对每种络合物用迭代法处理，获得收敛结果的报出答案,迭代999次仍不收敛者弃去，总共不多于10万个数据的计算。按常法以每个数据平均费时6分钟计,一个人要三年半才能算完，用计算机处理不到 1小时可得出答案，为化学分析中哪种离子参加反应、哪些离子被掩蔽等条件，获得可靠的预测效果。

1.3 提高选择性即准确测定指定的组分,消除干扰一般可概括为下列两种模型：①平衡模型，以各种平衡常数为依据,把共存的每种平衡都写成一个方程式,形成一组方程。在测得某些未知量之后，就可把被测物质的共存干扰物质的含量一起计算出来。这种模型适于处理化学分析问题，但受到平衡常数的精密度和高浓度溶液中活度校正的准确度的限制。②当量模型，以广义的当量关系，即测定信息与被测物含量的关系为依据。这些测定信息可以是滴定体积、沉淀重量、吸收、发射、电流、电压、波峰的高度或面积等。将它们组成方程组，可把多种组分的含量一起计算出来。这种模型适用于化学分析和各种仪器分析，准确度高于平衡模型，但也受到某些限制。

此外，国内还研究了在多波长光度法中用计算机选择波长对（或波长组），以及无机红外光谱等方法，来提高测定性质相近元素的选择性。

1.4 提高灵敏度改善信噪比、提高分辨率，常采用数学方法，使原来测量不出来的量能被测出。其方法有累加平均法、导数光谱法、傅里叶变换法、信号相关法和卷积法等。

1.5 实现仪器自动化和智能化

仪器自动化发展迅速，内容包括数据采集（将仪器测得的模拟量通过模数转换电路转换为数字，以便计算机处理）、数据处理（自动记录、换算、校正、平滑）、自动控制（用程序控制进样、加液、升温、调节等操作），以及屏幕指导（操作人员不用带纸笔和操作规程,一切工作都由屏幕提示,人机对话，操作过程和结果都由机器打印记录）等。

仪器智能化是一个新的课题，是仪器自动化并配备专家系统的产物，其低级阶段是配备小型数据库，能选择实验条件，存贮、调用谱图等；其高级阶段是用专家系统指导人们工作，检查仪器，对操作人员辅导、答疑等。

(二)计算机在有机化学中的应用

简称计算有机，其内容有：

2.1.谱图检索物质的不同结构引起谱图上的不同特征。因此，谱图的检索就成为有机分析的重要手段，常用的有红外、核磁、质谱等谱图。例如，由实验测出未知物的红外谱图，把它和标准谱图对照，参照质谱数据求得分子量,就可求得未知物的组成和结构。但是,标准谱图数量太大,如果有18万张标准谱图，每2秒种翻阅1张,一个人要半个月才

能翻完一遍，还谈不上思考和比较。若将谱图信息数字化，用计算机进行检索，就可以迅速指出实测谱图与哪一张标准谱图相同，或与哪几张标准谱图相似程度最大，这将为分析者提供解决问题的线索。

2.2差谱技术实测谱图的可靠性通常存在一些问题，如溶剂、基体的影响，共存物质的干扰等。一般试样本身就是未知物,欲将它提纯为纯化合物测谱是困难的,这就产生了差谱技术，即用差减的方法产生相应于纯化合物的谱图。

传统的差谱是用光学方法，如利用参比溶液。双光束补偿等方法，对于识别未知含量的干扰物质有困难。利用计算机执行差谱程序，可将干扰物质的标准谱图通过换算，与试样的谱图进行差减，达到扣除基体、数据平滑、多组分逐级差谱等效果，为有机物的成分、结构分析提供新的手段。

2.3 结构解析1985年已知有机化合物约有600万种,但已见报道的谱图库收集的谱图一般少于20万种。可以预料，谱图检索是不能完全解决问题的。结构解析方法利用已有的光谱、波谱数据，由人工归纳出结构单元与谱图性质关系的“知识规则”，存入计算机，作为逻辑判断的标准。试样数据输入时，计算机推理判断，指出试样的结构的若干种可能方案。这种方法模拟了化学专家的智能，属于“化学专家系统”的研究。

结构解析的理想目标是结构自动分析，将未知物在红外光谱仪、核磁共振谱仪等几台仪器上同时测谱，所得数据联机送入计算机进行实时处理。在屏幕上显示出平面或立体结构图形，不过这种工作仅在小范围内实现，要处理天然有机化合物等复杂问题为时尚早。

2.4 合成路线设计文献中已有大量有机合成路线，这是进行新物质合成的基础，但是人们难以全部掌握这样多的合成方法。利用数据库方法把已有合成路线存入计算机中，可从不同途径加以利用：①逆向追溯，提出欲合成某种目标物质时，机器从已有合成路线追溯，知道该物质可由A、B两物质在什么条件下合成；进一步追溯A可由C和D合成，B 可由E和F合成，如此一直找到一些廉价易得的物质作为合成原料；②顺向预测，已有大批原料，让计算机判断用这些原料能合成什么有用物质；③途径选择，机器找出一批合成路线后，让机器从中选出最符合要求（例如:成本最低，产率最高，方法最简,污染最少）的合成路线。

(三)计算机在化学中应用方法

3.1数值计算主要是利用计算数学方法，对化学各专业的数学模型进行数值计算求解。例如量子化学、结构化学中的一些演绎性的计算分析化学中的条件预测化工中的各种应用计算等。

3.2 化学模似模似是计算机应用的重要方面，主要有：①数值模拟，例如，欲从工作曲线测量数据归纳成数学公式，可用曲线拟合法。这是较简单的模拟。有时用一种数值计算方法就能完成任务。②过程模拟，欲总结某一复杂过程的测试数据，形成整套的规律和数学模型时，可能涉及许多种数值模拟工作。过程模拟能预测反应效果，在生产中起重要指导作用。③实验模拟，例如，为了弄清几种参数（反应物浓度、温度、压力）对产量的影响，可在建立数学模型后，逐个改变参数，让机器回答其产量。这样,若干小时或若干天才能完成的实验,在计算机上用若干分钟就能得出结果。

模拟实验的另一种形式，是在屏幕上显示反应设备和反应现象的实体图形，或反应条件（数据）与反应结果(数据)的坐标图形。将一种操作方法或条件输入，屏幕上即显示相应的实验效果，通常用于计算机辅助教学中。

3.3实时控制即仪器联机和自动化。

3.4 模式识别在化学中应用较广的是统计模式识别法。这是一种统计处理数据，按专业要求进行分类判别的方法，适于处理多因素的综合影响。例如，根据人的毛发、血、尿中微量元素含量诊断疾病，根据油田水的化学成分探测油矿，根据物性数据设计新的功

能材料等。

3.5 数据库数据库是一种综合服务性的软件工程。这里所谓数据是广义的。在化学数据库中,数据

存贮大量信息，并可根据不同需要进行检索。研究者为了查明有关领域的国际现状，并在此水平上提高一步，通常要费大量劳动去查阅文献，常常要求涉及某几个关键词的文献，或某人在某年间的文献等。建成了化学文献库，在使用时可以任意指定领域、要求。在一、二小时内拿到全部打印资料，完成常人半年查阅文献的工作量。

3.6专家系统专家系统是数据库与人工智能结合的产物，它把“知识规则”作为程序，让机器模拟专家的分析、推理过程，达到用机器代替或部分代替专家的效果。具体例子有：①酸碱平衡专家系统，内容包括知识库和检索系统，提出问题时，机器自动查出数据，找到程序，进行计算、绘图、选择判断等处理，并用专业内行的语言回答问题，例如，任意溶液（包括任意种组分的混合溶液）的pH值计算，任意溶液用酸、碱进行滴定时操作规程的设计等。②定性分析专家系统，用帕斯卡语言编写了阳离子硫化氢系统和阴离子消去法系统，学生拿到未知试样，不用学习和查阅这种古老系统，只须按照机器提示的手续进行操作，所得现象再输入机器，如此逐步处理，就会得出“试样是什么化合物”的结论。

专家系统可以移植，利用一个专家系统的框架，改变其数据库、知识库内容，就可形成另一专业的专家系统。

专家系统有“学习”功能如果知识库不够全面,或形势发展、情况有变化,机器输出的答案不正确时,使用者可以随时按键纠正。机器“学习”了新的知识后，下次回答同样问题就不再出错。

专家系统是软件系统，可以复制交流。如果各单位根据自己的专长，设计相应的专家系统，则经过复制交流，每个单位都可掌握许多“专家”，形成强大的智力资源。

计算机化学

计算机化学(Computer chemistry)是应用计算机研究化学反应和物质变化的科学。以计算机为技术手段，建立化学化工信息资源化和智能化处理的理论和方法，认识物质、改造物质、创造新物质和认识反应、控制反应过程和创造新反应、新过程是计算机化学研究的主体。它的兴起与发展是与计算机技术的发展和计算机的普及紧密联系的。

计算机化学作为一门独立的学科有其独特的解决问题的方法。它们可分为面向信息的(Information oriented)和面向逻辑的(Logic oriented)两类。前者依赖于对已知信息的加工、贮存和检索来解决问题，实现知识创新，因此是经验性的。这一类方法开始得较早，也极为成功，突出的实例是各种化学信息系统（数据库）的建立和广泛使用。后者基于严格的数学结构和逻辑推理来实现知识创新，本质上是非经验性的。这一类方法的发展水平落后于前一类方法，但也不乏成功的例子。这类方法难于成功的原因是直至今日，化学中可以转化为能有效地应用计算机来解决的形式数学(Formal mathematics)的问题还不多，绝大多数化学知识的信息量大，又多是经验的和各种数据类型相混杂的。化学仍然是需要化学家的经验和直觉的科学，它的这一特性阻碍了用计算机解决化学问题的进一步深入。因此，未来计算机化学的发展将在很大程度上取决于能否将化学问题转化为形式数学问题。这应是计算机化学基础研究的中心。

计算机化学由于它的诞生迎合了时代发展的需要，在七十年代和八十年代得到了较大发展，至九十年代它已完全成为一门独立的学科，受到了国际化学界的广泛重视。它是与数学、计算机科学、物理学、药物学、材料科学等学科高度交叉、相互渗透的新的生长点，是许多实用技术的基础，并深受当今计算机与网络通讯技术飞速发展的影响，而处在迅速发展和不断演变之中。计算机化学的这个特点决定了它在化学中的地位，是要帮助化学家，

促进化学界的研究方法和工业界的生产方式不断革新。同时它与迅速崛起的高科技关系密切，是绿色化学和绿色化工的基础，是联系化学化工为国民经济可持续性发展服务的桥梁。因此，计算机化学对化学学科发展的促进作用不可低估，没有它的发展就没有现代化学。

今天，以计算机及其网络深入到社会的各个层面为标志的数字化新世纪已经到来，也将使传统化学发生深刻的变化。化学已由只实验不计算，演变为先实验再计算，也必将逐步演变为先计算再实验；计算机化学和计算化学的结合已开始孕育一个新的更带数字化色彩的学科方向-- Model Chemistry(模型化学，Pople语)；基于web技术的化学应用软件已经出现。这些都表明数字化化学将与数字化社会一起到来。面对化学的数字化进程，首先扑面而来的是集成多种关键软件的虚拟现实化学实验室概念。不失时机地在计算机辅助结构解析、分子设计和合成路线设计等研究成果的基础上，尽快建立数字化虚拟化学实验室就显得十分重要和更为现实。因为唯有通过计算机才有可能对浩如烟海的化学知识进行有效地处理，对结构变化引起的属性变化进行系统地搜索，并用智能程序来模仿化学家的思维活动进行高速的推理(分子正确结构的确定、具备某种性质的化合物分子结构的预测和合成路线的确定等)。建立数字化虚拟化学实验室就是要融合计算机技术、数学、化学及其相关学科的最新理论成就，通过对某些传统概念的重新评估、更新和非经验化，开发一系列综合性的数字化工具，来实现由未知化合物的光谱性质确定其分子结构；通过对分子结构进行系统化的规律性变化，研究并找出性质与结构之间的相互关系模型，用于结构修饰和分子设计，高效地预测具有某种关健性质的分子结构，使得合成更有明确的目的性；将理论化学方法、数据库技术与合成设计紧密结合，建立高效的反应知识检索系统，寻找预测反应性能的可靠方法，最终建成实用的计算机辅助合成设计系统。数字化新世纪的化学不仅要靠"湿"实验室来发展，同时也要依赖于"干"实验室。所谓"干"化学实验室就是指数字化虚拟化学实验室。"干"、"湿"相结合才能更高效地孕育出新的化学实体，才能促进化学由实验科学向严密科学转化，才能大大提高化学非凡的创造力！

要界定计算机化学的范围是很困难的，因为它是化学学科现代化过程中新的生长点，它与迅速崛起的高科技关系密切，深受当今计算机及其网络技术飞速发展的影响，正处在迅速发展和不断演变之中，研究的侧重点也因研究者及其所处的学术环境、原有基础和人员的知识背景而异。化学的主要作用之一是为满足人类生存与发展的各种需要而发现或创造具备各种可用性质的化合物。要解决的问题可分为三类：未知化合物结构的测定、具备某种特定性质的化合物分子结构的预测和化合物的制备方法。这三个问题对整个化学来说是永久性的。在计算机化学中，它们分别称为计算机辅助结构解析、计算机辅助分子设计和计算机辅助合成路线设计。然而，由于化学体系的高度复杂性，面对这三个问题往往仍难提出一个系统化的解决办法，还只能从已知知识（数据）中找出一些共同规律，或从类比推测中来近似地解决这些问题。因此，计算机辅助结构解析、分子设计和合成路线设计的研究就显得十分重要。因为只有通过计算机才有可能对浩如烟海的化学知识进行有效地处理，对结构变化引起的属性变化进行系统地搜索，并用智能程序模仿化学家的思维活动进行高速的推理（分子正确结构的确定、具备某种性质的化合物分子结构的预测和合成路线的确定等）。因此，可以说在今后的一段时期内，计算机辅助结构解析、分子设计和合成路线设计将是计算机化学的主题。尽管实际上计算机化学覆盖的面还要广得多，比较公认的研究领域至少有：(1) 化学数据挖掘(Data mining)；(2) 化学结构与化学反应的计算机处理技术；(3) 计算机辅助分子设计；(4) 计算机辅助合成路线设计；(5) 计算机辅助化学过程综合与开发；(6) 化学中的人工智能方法等。

化学结构与化学反应的计算机处理技术

长期以来化学家在应用计算机解决化学问题中遇到的第一个困难就是化学结构的计

算机处理的问题。可以说化学的一切领域无一不与化合物的结构密切相关，在过去的30

多年中，这一问题得到了广泛的重视和深入的研究，从而形成了计算机化学的一个重要的研究领域。经过多年努力，化学结构计算机处理中的理论和绝大部分技术问题已基本得到解决。然而，这些方法还是有局限性的，难以应用于诸如族性结构处理、结构-活性相关的自动化研究和反应机理研究等方面。即使对确定结构处理中的问题，现有的解决方案仍不为所有化学家所接受。因此，确定结构的计算机处理仍有一些难题，如无机化合物、金属有机化合物、互变异构的化学结构等，需要做更深入的研究。同时，应当看到这些问题又是计算机化学中诸多领域的基础，它们的完全解决将有利于计算机化学的发展。

族性结构的计算机处理问题是一个比确定结构更富挑战性的课题，但又是当今计算机化学必须解决的问题之一。与确定结构不同，族性结构由于在结构式中采用了可变部分而使得一个族性结构对应于一类物质。这类物质可以是有限个确定的化合物，而当采用了"烷基"或"含氮杂环"这类通式术语时，也可以代表无限个化学物质。族性结构的这一性质决定了相应的计算机处理系统的复杂性。族性结构的计算机处理，目前还只有一个方向性的解决办法。但从大的方面来看，要解决能忠实于原来意义的族性结构的表述方法和族性结构的检索两个问题。如何根据族性结构的特征，解决它的计算机表述方法是当前族性结构处理的核心问题。它解决得好，族性结构的检索问题也将较易解决。族性结构的检索问题与它的表述有密切联系，并可归结为如下三类问题：①某一确定结构（化合物）是否被包含在一个族性结构中？②一个族性子结构是否部分或全部为另一族性结构所包含？③两个不同的族性结构是否有共同的确定结构？族性结构处理中的主要问题目前已基本得到解决。最早的族性结构检索系统，法国QUESTEL公司开发的Markush-DARC，已运行了15年。但是，现有系统都仍然存在一些不足，这些不足源于族性结构表述的固有困难。可以预见，它们的彻底解决将依赖于组合概念表述的革新，而不是基于现有概念的"打补丁"。这种概念的更新将有可能丰富和推动图论、集合论等数学理论的发展，而且也将为性能更好的实用系统的建立奠定基础。

由于可以将化学反应看成是一些化学结构向另一些化学结构的转换，因此，化学反应的处理问题说到底是对化学结构的处理。但是，化学反应的计算机成立也有它自己特定的问题，如反应中心的自动识别、反应知识的发现、组织和利用、同类反应的自动产生等问题。这些问题是当前计算机处理化学反应领域内的主要研究方向，它们的解决一方面将推动化学反应数据库向更高层次的发展，另一方面将通过与数据挖掘技术的结合，发现反应知识，使计算机辅助有机合成路线设计更有扎实的基础，从而能得到更合理的解决。

计算机辅助分子设计和模拟

工程方面的计算机辅助设计已是大家所熟悉的了，化学由于它的特殊性使得计算机辅助化学设计相对来说发展相对较晚，但化学家已在分子设计和有机合成设计两个主要领域取得较大进展并日益发展。

分子设计和模拟的目标是预测具有指定性质（或性能）的可能分子的结构。它们主要应用于医药（药物设计）和农用化学品（除草剂设计、农药设计、杀虫剂设计等）领域，在实验室内分子设计主要应用蛋白质、酶、核酸等大分子的设计。以前发现一个有应用价值的新化合物主要是凭化学家的经验和灵感，最常用和最有效的方法就是采用费钱费时的筛选法，现在已开始采用对分子结构进行系统的有规律的变化，寻找性质与结构变化之间的相关关系，从而建立结构-性质关系模型以用于分子设计。围绕计算机辅助分子设计，要开展一系列的基础研究工作，主要有结构-性质关系研究、三维动态分子模型化方法、分子形状和活性关系、构象分析、生物大分子的结构-功能关系，以及分子设计方法在药物、材料设计中的应用研究等。

计算机辅助合成路线设计

以逻辑的方法而不是单凭经验和直觉来寻找合成设计路线是化学家长期以来的一个

理想。尽管已有大量数据可供参考，化学反应体系的高度复杂性决定了难于用纯理论方法来解决合成路线设计问题，还只能从已知知识中找出共同规律，或从类比推测中来近似地解决这些问题。基于前者的方法，发展了检索型的合成设计，反应数据库就是这种方法的典型。基于后者的方法是推理型的计算机辅助合成设计。在这一领域当前的主要研究方向有：反应数据挖掘和反应知识发现、反应知识模型的表述和反应知识库的建立、化合物反应性能的预测、化学知识的类比推理等。

计算机辅助化学过程综合与开发

随着计算机存储和运算能力的提高，使得计算机正在迅速进入新兴产业和传统产业的各个方面。对于典型的过程工业的化学和石油化学工业，计算机同样成为它们的核心部分，对过程进行全面制约并对其变革产生着深刻的影响。从目前来看，过程综合有两个层次的含义。由已知的原料条件和产品的性能规格要求，如何找到最佳的工艺制造途径是过程综合一个层次的含义。对不同过程的集成，以期达到对能量、物料、设备等资源的最大限度利用的同时，达到消灭污染于过程的目的，是过程综合另一个层次的含义。这无疑是过程工业在下一世纪最具挑战性的课题之一。

"过程概念设计"的提出是计算机辅助化学过程综合与开发领域技术进步的一个重要

标志。然而，这种进步目前主要表现在知识的积累方面，而在计算机软件方面，除在能量系统综合外，似乎尚未取得突破性的进展。计算机化学至少可以从三个主要方面促进过程综合与新流程的开发：①集中对化学过程的研究成果，形成数据库和软件包；②计算机辅助过程评估、系统设计、关键设备设计、动态控制和管理；③充分利用理论研究成果，减少放大步骤。

人工智能的化学应用

人工智能技术已有40多年的历史，它在化学中的应用也不是新鲜事了，因为DENDRAL系统就开始了人工智能的化学应用，而且正是它的成功而开创了现在已得到蓬勃发展与广泛应用的称之为专家系统的人工智能中的一个重要分支。但是，由于人工智能技术是一个多学科的综合研究领域，它的内容与应用常常难于理解，因此尽管人工智能已经走出了它的婴儿期而日趋成熟，但至今仍有许多人并不十分了解人工智能的作用。作为事实科学的化学，尽管其理论近几十年来得到了长足的进展，但是化学家解决问题主要还是依靠经验和直觉。人工智能正好能提供将理论与经验结合起来的手段。因此，不少化学家与人工智能专家都认为化学是人工智能最理想的试验场与用武之地。当前化学中人工智能的主要研究有应用自然语言处理技术的化学文献文摘的自动生成、化学数据中的智能检索方法、化学实验室的自动化与机器人、神经网络方法的化学应用、化学中的NP-完备性问题及其解决办法、化工过程系统综合、故障诊断、过程控制中的人工智能方法等，其中最活跃而且也是最成功的是研究开发由谱图数据，包括红外、质谱、核磁共振，特别是从二维和高维核磁共振数据借助于计算机快速推定未知化合物结构的解析系统。但是，尽管目前已有不少这类系统，但真正能解决实际问题的系统还不多，研制实用的结构解析系统是这一领域的重要

分析化学在现实生活中的应用1

分析化学在现实生活中的应用我们的生活离不开物质。如何让物质能更加美好我们的生活呢?掌握一点化学知识其实是非常实用的方法。无论是生产、生活,还是环境保护、能源与资源的利用、医药卫生与人体健康等与化学有着广泛的关系。因此,生活中有许多化 学知识需要我们去认识。 “民以食为天”,我们先来看看吃里的化学吧。 油条是我国传统的早餐食品之一,它的历史非常悠久。当大家吃着香脆可口的油条时,是否会想到油条制作过程中的化学知识呢? 先来看看油条的制作过程:首先是发面,用鲜酵母或老面(酵面)与面粉一起加水揉和,使面团发酵到一定程度后,再加入适量纯碱、食盐和明矾进行揉和,然后切成厚1厘米,长10厘米左右的条状物,把每两条上下叠好,用窄木条在中间压一下,旋转后拉长放入热油锅里去炸,便成了一根香、脆的油条。 在发酵过程中,由于酵母菌在面团里繁殖分泌酵素(主要是分糖化酶和酒化酶),使一小部分淀粉变成葡萄糖,又由葡萄糖变成乙醇,并产生二氧化碳气体。同时,还会产生一些有机酸类,这些有机酸与乙醇作用生成有香味的酯类。反应产生的二氧化碳气体使面团产生许多小孔并且膨胀起来。有机酸的存在,就会使面团有酸味,加入纯碱,就是要把多余的有机酸中和掉,并能产生二氧化碳气体,使面团进一步膨胀起来;同时,纯碱溶于水发生水解,后经热油锅一炸,由于有二氧化碳生成,使炸出的油条更加疏松。 从上面的反应中,也许大家会担心,在制作油条时不是使用了氢氧化钠吗?含有如此强碱的油条,吃起来怎么会可口呢?然而其巧奥妙之处也在于此。当面团里出现游离的氢氧化钠时,原料中的明矾就立即跟它发生了反应,使游离的氢氧化钠经成了氢氧化铝。氢氧化铝的凝胶液或干燥凝胶,在医疗上用作抗酸药,能中和胃酸、保护溃疡面,用于治疗胃酸过多症、胃溃疡和十二指肠溃疡等。常见的治

计算机在化学中的应用

计算机在化学中的应用 专业：应用化学 班级： 学号： 姓名： 指导老师：瞿阳 湖北·武汉 二〇一五年五月

1.第一次作业.文献检索 纳米二氧化锡分级结构的合成 【摘要】纳米材料与技术的出现和发展对于21世纪的材料科学、生命科学、军事技术、电子技术、微型器件制造技术以及人们的日常生活具有极其重要和深远的影响。而纳米材料的制备是整个纳米科技的基础,越来越多的制备方法和路线被研究开发出来,以期能使纳米材料能够符合各种实际应用的要求,并发挥其最大效能。纳米二氧化锡是一种n型宽禁带半导体材料，具有优异的气敏特性和光电性能，作为一种新型功能材料应用于气敏和湿敏元件、电极材料、光学玻璃、催化剂、功能陶瓷等方面。只要掌握了对二氧化锡纳米材料的可控合成,就能有目的地调控其各项性质参数,并最终实现其应用价值。下文研究了几种二氧化锡纳米材料的制备方法并扩展了这些制备方法的运用范围。【关键词】纳米材料二氧化锡制备液相直接沉淀法 【正文】目前制备纳米二氧化锡的方法主要有液相法和气相法两大类。常用的方法有溶胶一凝胶法、低温等离子体化学法、微乳液法、金属醇盐烃化法、硝酸氧化法、液相沉淀法、超临界流体干燥法、电弧气化合成法等等。现就制备纳米二氧化锡粉体的方法作一些综述。 1．沉淀法 沉淀法通常是在溶液状态下将不同化学成分的物质混合，在混合溶液中加入适当的沉淀剂制备纳米颗粒的前驱体沉淀物。再将此沉淀物进行干燥或锻烧，从而制得相应的纳米颗粒．例如：利用金属盐或氢氧化物的溶解度，调节溶液酸度、温度、溶剂，使其沉淀，然后对沉淀物进行洗涤、干燥、加热处理制成纳米颗粒。一般颗粒在1微米左右时就可以发生沉淀，从而产生沉淀物，生成颗粒的粒径通常取决于沉淀物的溶解度。沉淀物的溶解度越小，相应颗粒径也越小。而颗粒的粒径随溶液的过饱和度减小呈增大趋势。沉淀法制备纳米颗粒主要分为直接沉淀法、均相沉淀法、化合物沉淀法、水解沉淀法等[1-3]。2.溶胶凝胶法 溶胶一凝胶法广泛应用于金属氧化物纳米粒子的制备，前驱物用金属醇 盐或非醇盐均可。方法实质是前驱物在一定条件下水解成溶胶，再制成凝胶，经干燥和热处理后制得所需纳米粒子。例如中南工业大学的段学臣等应用醇盐水鳃制备了8nm的二氧化锡粉体，华南理工大学的吴柏源采用冷冻干燥法制备

气相色谱在分析化学中的应用

《仪器分析》课程论文 学院：南昌师范学院 专业：化学教育 年级：2015级 姓名：曾欠妹 论文题目：气相色谱在分析化学中的应用指导老师：万全玉 日期：2016年12月04日 学号：2015382121

气相色谱在化学分析中的应用 摘要 气相色谱法其实就是一种分离技术，色谱法是指用气体作为流动相的色谱法，常应用于分析化学中检测物质的成分，它所具有的三大优点是高分力效能、高检测性能、分析快速。色谱法的原理是让混合物各组分在两相间流动，让它们相互作用，其中有一相是不流动的，称为固定相，而另外一相是带着混合物中各组分一起流过此固定相的，我们它称为流动相，当混合物中各组分在流过固定相时就会与其相互作用，由于不同物质组分与其的作用也会不同，经过一定时间的相互作用之后，不同的组分在流动相中停留的时间也是不同的，所以各组分出来的时间就会不同，这样就可以把它们分离开来了。在分析化学中会经常使用气相色谱的定性、定量分析方法来测定物质的组成及含量。 关键词：气相色谱法、气相色谱仪、应用

目录 一、引言 (1) 二、气相色谱的发展 (1) 三、气相色谱仪 (1) 3.1气相色谱仪的构造 (1) 3.2气相色谱仪的原理 (2) 四、气相色谱分析的应用 (2) 4.1乙醇溶液的气相色谱分析 (2) 五、结语 (3)

一、前言 气相色谱经过多年的发展历程，现在已经是一项比较成熟的重大科学技术了。气相色谱法可以分为两种，一种是气—液色谱法，另一种是气—固色谱法。其中气—液色谱法的固定相是液体，一般是涂在固体担体上或毛细管壁上的，而气—固色谱法的固定相是固体吸附剂。近年来，气相色谱仪也在不断的被完善，精密度也越来越高，越来越智能化，在分析化学中的应用也非常广泛了,可以用气相色谱法来分析乙醇溶液。 二、气相色谱法的发展 历史上最早的气相色谱仪是1947年由色谱学家jaroslav janlik发明的。 1950年，Marin和James使用硅藻土助虑剂做载体，硅油为固定相，用气体流动相对脂肪酸进行精细分离，这就是气—液色谱的起源。 1952年，Marin和James他们有连续发表过三篇论文，都叙述了用气相色谱分离低碳数脂肪酸、挥发性胺和吡啶类同系物的方法，这标志着气—相色谱从此正式进入了历史舞台。同年，他们也发明了第一台气相色谱检测器。 1954年，Ray发明了热导池检测器。 1955年，第一台商品化气相色谱仪诞生。 1957年，Golay创立了毛细管色谱柱理论，并且还制备了第一根毛细管色谱柱。 1958年，Mcwillian和Harley同时发明氢火焰离子化检测器,而Lovelock发明氩电离检测器。 1960年，Lovelock发明电子俘获检测器。 20世纪60年代末，Vogt发明混合型进样系统。 1966年，Brody发明火焰光度检测器。 1974年，Kolb和Bischof提出电加热的氮磷检测器。 1977年，Grob发明冷柱头进样方法。1979年，Dandenean和Zerenner发明弹性石英毛细管。20世纪90年代，出现电子流量控制器，通过计算机实现压力和流量自动控制的电子程序压力流量控制系统。 三、气相色谱仪 3.1气相色谱仪的构造 气相色谱仪一般有五大部分组成的：①载气系统，是由气源、气体净化和气体流速控制部件组成。载气一般为氮气，氢气和氦气。②进样系统，有进样器、汽化室两部分。③色谱

化学计量学在分析化学的应用

化学计量学在分析化学中的应用 倪永年编著 科学出版社 索书号：54.6/24 馆藏号：022604 内容介绍: 本书根据作者多年来在化学计量学领域中的教学实践与科学研究的经验，对化学计量学的一些基本理论及原理进行了深入浅出的阐述，并对化学计量学在分析化学中的实际应用作了较详细的叙述和介绍。 本书共分12章，内容包括统计基础、化学实验设计与优化方法、分析信号处理、多元校正分析、因子分析及相关技术、化学模式识别、人工神经网络及遗传算法等常用的化学计量学方法的原理，以及化学计量学在电分析化学、动力学分析、电位滴定分析及分光光度分析中的应用。 本书的目的是使读者阅读之后能更好地掌握化学计量学的基础知识，并有更多的机会应用化学计量学方法来解决科研和教学中的实际问题。 本书目录: 第一章化学计量学的历史、现状及教学 1.1 化学计量学的主要内容及方法 1.2 化学计量学的教学 参考文献 第二章统计基础 2.1 分析质量判据和统计检验 2.2 显著性检验 2.3 一元校正和相关性分析 2.4 检测限 附表A2 统计中常用临界值分布表 参考文献 第三章化学试验设计与优化方法 3.1 正交试验设计 3.2 均匀试验设计 3.3 析因设计 3.4 单纯形优化法 3.5 响应曲面设计 附表A3 常用正交设计表和均匀设计表 参考文献 第四章分析信号处理 4.1 分析信号的卡尔曼滤波 4.2 分析信号的平滑和求导 4.3 分析信号的Hadamard变换 4.4 傅里叶变换 4.5 小波变换 参考文献 第五章多元校正分析 5.1 多元线性回归

5.2 多元非线性回归 5.3 岭回归 5.4 多元线性回归法用于多组分分析 5.5 通用标准加入法 5.6 主成分分析 5.7 主成分回归 5.8 偏最小二乘法 5.9 三维主成分分析 参考文献 第六章因子分析及其相关技术 6.1 概述 6.2 因子旋转 6.3 方差最大旋转 6.4 目标转换因子分析法用于因子旋转 6.5 基于曲线分辨的方法 6.6 迭代目标转换因子分析法 6.7 渐进因子分析 6.8 固定窗口渐进因子分析 6.9 启发渐进特征投影法 6.10 广义秩消失因子分析法 6.11 残差双线性分解法 参考文献 第七章化学模式识别 7.1 聚类分析 7.2 相似系数和距离 7.3 测量数据预处理和特征选取 7.4 聚类分析算法 7.5 基于主成分分析的投影判别法 7.6 有管理模式识别 参考文献 第八章人工神经网络及遗传算法 8.1 神经元 8.2 线性学习机和感知器网络 8.3 多层向前网络 8.4 MLF网络的训练和测试 8.5 其他网络函数 8.6 人工神经网络在化学领域中的应用 8.7 遗传算法 8.8 遗传算法在分析化学中应用 参考文献 第九章电分析化学 9.1 化学计量学在无机离子测定中的应用9.2 化学计量学在有机电分析化学中的应用参考文献

计算机在化学化工中的应用

化学化工中计算机的发展及应用 摘要：化学由于自身具有的特殊性，使它与计算机技术的结合尤为紧密。近几十年在我国发展迅速，尤其是各种化学专用软件不断应用。这些软件的功能包括化学反应式书写、图形绘制、数据处理、计算与测试等。化学软件是化学工作者的得力助手，掌握相关软件的应用，将会极大地提高工作效率。 关键词：化学Chemsketch Origin Office Visio The computer in chemical development and application Wangmaocan (Anhui University of Science and Technology Huainan 232001) Abstract:The particularity of chemical because of itself, making it with the combination of computer technology particularly close. In recent decades, especially in the rapid development of various chemical special software constantly applications. These software features include chemical reactive writing, graphics, data processing, calculation and test, etc. Chemical software is chemical worker's right-hand man, to master relevant software application, will greatly improve the work efficiency. Key words:chemical Chemsketch Origin Office Visio

计算机在化工中的应用论文

目录 一二 三 摘要 计算机在化工中的应用 1 计算机在化工中的主要应用 2 计算机在化工中应用存在的问题3 计算机在化学当中的应用前景多款化 工中常用的软件 1前言 2 ChemCAD 2.1 ChemCAD简介 2.2 2.3 2.4 应用范围 使用方法 功能扩展 3 Chemoffice 系列软件 3.1 Chemoffice 简介 3.2 Chemoffice 软件详细功能 3.3 ChemOffice WebServer 4 Origin 图形可视化和数据分析软件4.1 Origin简介 4.2 Origin软件功能 5 HYSYS 软件 5.1 HYSYS 软件简介 5.2 HYSYS 软件功能 四结语 五参考文献 计算机在化工中的应用 一摘要 随着经济全球化和信息技术的迅速发展，信息资源被看作是获得未来物流竞争优势的关键因素之一，物流信息网的广泛兴起，一方面降低物质消耗，另一方面提高了劳动生产率。在当前这场世界新的技术革命中，令人瞩目的是电脑技术的迅速发展和广泛应用，计算机技术的发展也是一日千里，硬件性能成倍提高，软件技术的发展也更加成熟，界面更加友好，使用更加方便。如今计算机的应用已经渗透到各行各业各个部门，有识之士早已呼吁：不会使用计算机将成为新一代文盲。随着时代的发展计算机在化工中的应用越来越重要，本文主要介绍了多款化工中常用的软件。 关键词：计算机与化工化工应用软件化工过程控制化工实验 二计算机在化工中的应用 计算机在化工中的主要应用： 一、计算机在化工中的主要应用:计算机在化工教学中的应用计算机在化工教学中的广泛应用增大教学容量、提高课堂效率在传统的教学模式中，教师板书占用时间太多，定义、公式及其推理、图形、例题等必须板书。板书时间长了，新授内容必然受到限制，教师与学生之间沟通交流的时间以及学生动脑思考的时间也会缩短。这样，学习效果就难提高。使

(完整版)分析化学在生产、生活和科研中的应用例子

分析化学在生产、生活和科研中的应用例子1、测定三聚氰胺在乳制品中的含量 方法：高效液相色谱法测定原料乳与乳制品中三聚氰胺含量。 原理：用三氯乙酸溶液 - 乙腈提取试样，经阳离子交换固相萃取柱净化后，用高效液相色 谱测定，外标法定量。 试剂与材料：甲醇、乙腈、 25％～28％的氨水、三氯乙酸、柠檬酸、辛烷磺酸钠、甲醇水 溶液（含 50mL甲醇和 50mL水）、三氯乙酸溶液（ 1％）、氨化甲醇溶液（ 5％）、离子对试剂缓冲液（由柠檬酸和辛烷磺酸钠配制）、三聚氰胺标准（CAS108-78-01，纯度＞99.0%）、三聚氰胺标准储备液（ 1mg/mL）。所有试剂均为分析纯，水为 GB/T 6682 规定的 一级水。阳离子交换固相萃取柱、定性滤纸、海砂、微孔滤膜、氮气（纯度≥ 99.999％） 仪器和设备：高效液相色谱（ HPLC）仪、分析天平、离心机、超声波水浴器、固相萃取 装置、氮气吹干仪、涡旋混合器、 50mL具塞塑料离心管、研钵。、 样品处理 提取：液态奶、奶粉、酸奶、冰淇淋和奶糖等。称取 2g（精确至 0.01g）试样于 50mL具塞 塑料离心管中，加入 15mL三氯乙酸溶液和 5mL乙腈，超声提取 10min，再振荡提取 10min 后，以不低于 4000r/min 离心 10min。上清液经三氯乙酸溶液润湿的滤纸过滤后，用三氯乙酸溶液定容至 25mL，移取 5mL滤液，加入 5mL水混匀后做待净化液。②奶酪、奶油和巧克力等。 称取 2g（精确至 0.01g）试样于研钵中，加入适量海砂（试样质量的 4 倍～ 6 倍）研磨成干 粉状，转移至 50mL具塞塑料离心管中，用 15mL三氯乙酸溶液分数次清洗研钵，清洗液转 入离心管中，再往离心管中加入 5mL乙腈，超声提取10min，再振荡提取 10min 后，以不低 于 4000r/min 离心 10min。上清液经三氯乙酸溶液润湿的滤纸过滤后，用三氯乙酸溶液定容 至 25mL，移取 5mL滤液，加入 5mL水混匀后做待净化液。若样品中脂肪含量较高，可以 用三氯乙酸溶液饱和的正己烷液 - 液分配除脂后再用 SPE柱净化。 净化：将待净化液转移至固相萃取柱中。依次用 3mL水和 3mL甲醇洗涤，抽至近干 后，用6mL氨化甲醇溶液洗脱。整个固相萃取过程流速不超过 1mL/min。洗脱液于 50℃下 用氮气吹干，残留物（相当于 0.4g 样品）用1mL流动相定容，涡旋混合1min，过微孔滤膜后，供HPLC测定。 高效液相色谱测定：用流动相将三聚氰胺标准储备液逐级稀释得到的浓度为 0.8 、2、20、40、80μg/mL的标准工作液，浓度由低到高进样检测，以峰面积 -浓度作图，得到标准曲线回归 方程。定量测定待测样液中三聚氰胺的响应值应在标准曲线线性范围内，超过线性范围则应 稀释后再进样分析。空白实验除不称取样品外，均按上述测定条件和步骤进行。本方法的 定量限为 2mg/kg。在添加浓度 2mg/kg～10mg/kg 浓度范围内，回收率在 80%～110%之间， 相对标准偏差小于 10%。在重复性条件下获得的两次独立测定结果的绝对差值不得超过算术 平均值的 10%。 2、测定硫化氢在空气中的含量 方法：吸光光度法 原理：硫化氢被碱性锌氨络盐溶液吸收后，在酸性溶液中释放出硫离子，在三氯化铁存 在下，与对氨基二甲基苯胺生成亚甲基蓝。其颜色深浅与硫离子含量成正比例进行比色定

《计算机在化学中的应用》试卷及答案

2012级应用化学、化学专业 《计算机在化学中的应用》试题 答题内容要求截图 所做答案均为亲手制作，但是不保证答案正确性 一、数据处理：（每小题15分，共30分） 1、已知水在不同温度下的电导率数据如下： T/℃0 10 20 25 30 40 50 κ×106/(S?m-1) 1.2 2.3 4.2 5.5 7.1 11.3 17.1 利用Excel软件中的功能，求出5，15，28，35，45℃时的电导率κ值 答题要点：①做散点图②添加趋势线方程③选择合适的拟合形式 ④输出拟合方程⑤进行插值计算 2、在20℃，钢线中碳含量对电阻效应研究中，观测得数据如下： 碳含量x% 0.10 0.30 0.40 0.55 0.70 0.80 0.95

电阻y （10-5Ω） 15 18 19 21 22.6 23.8 26 利用Excel 软件中的功能，拟合为2321x a x a a y ++=的多项式。 答题要点：①做散点图 ②数据分析-多项式-二次 ③获得拟合参数或输出拟合方程 二、office 软件的应用技巧（每小题5分，共20分） 1、描述如何使用自动更正功能快速输入分子式 Fe 2(SO 4)3 答题要点：①使用自动更正的操作过程 ②选择带格式文本 Fe 2(SO 4)3 2 函数LINEST 的使用方法？ 自己百度 答题要点：描述函数的使用方法及适用范围 3、描述反应加热符号的制作，与输入法的链接及输出过程 答题要点：正确描述制作及链接过程

加热 4、描述获取下面图片中的文本信息的方法 答题要点：①转换图片格式为tiff ②使用OCR识别软件识别③粘贴文本 作者注所用软件office组件中Document Imaging （WPS中没有）因为没有软件必备组件本题没有做完 三、化学软件的应用技巧（共10分） 1、利用Chemsketch软件调用环己烷的椅式构象及立方烷的结构式。（2分） 答题要点：①正确描述调用过程②输出调用结果 模板------ 模板窗口 2、利用Chemsketch软件绘制下列化学结构式，并用软件中的命名功能命名。（8分） 结构式 O N H O O NH 2 COOH

计算机在化学化工中的应用

计算机在化学化工中的应用 院（系）别：化学与化工学院姓名：*** 班级：******* 学号：******* 摘要：随着计算机技术的进步和化工过程数学模型的成熟，使计算机仿真技术在化学化工教学中的应用越来越广，而且对教学思想、教学方法、教学手段的改革起到了极大的推动作用。该文主要就计算机仿真技术在化工教学中的应用进行了探讨。 关键字：计算机仿真化工教学手段 Abstract: along with the computer technology progress and chemical process mathematical model of mature, make the computer simulation technology in the teaching of chemistry, and used more and more widely to teaching ideology, teaching methods, teaching means of reform played a great role in promoting this. This paper mainly chemical teaching of computer simulation technology are discussed in the application. 随着计算机技术的进步和化工过程数学模型的成熟，传统的教学思想、教学方法、教学手段都面临着前所未有的挑战。计算机辅助教学手段的推广有力的推动了教学内容和教学体制的改革。企业需求和用人标准的改变也对化学化工专业培养方向、课程体系、教学内容和教学手段提出了更高层次的要求。尤其在竞争日趋激烈的就业市场上，是否受过专业操作培训成为了用人单位重点考察的一项内容，这就促使我们要充分认识计算机仿真技术在化工类课程教学中的作用。

分析化学 配位滴定方式及其应用

4.7 配位滴定方式及其应用 在配位滴定中，采用不同的滴定方式，不仅可以扩大配位滴定的应用范围，而且可以提高配位滴定的选择性。 4. 7. 1直接滴定法 这种方法是用EDTA 标准溶液直接滴定待测金属离子。采用直接滴定法必须满足下列条件： ①被测粒子浓度M c 及其与EDTA 形成的配合物的条件稳定常数MY K '的乘积应满足准确滴定的要求，即lgc MY K '≥6。 ②被测离子与EDTA 的配位反应速率快。 ③应有变色敏锐的指示剂，且不发生封闭现象。 ④被测离子在滴定条件下，不会发生水解和沉淀反应。 直接滴定法操作简单，一般情况下引入的误差较少，因此只要条件允许，应尽可能采用直接滴定法。表4-6列出了EDTA 直接滴定一些金属离子的条件。 表4-6 EDTA 直接滴定的一些金属离子 金属离子 pH 指示剂 其他条件 +3i B 1 XO 3HNO +3Fe 2 磺基水杨酸 50~60℃ +2Cu 2.5~10 PAN 加乙醇或加热 8 紫脲酸铵 +2n Z 、+2d C 、+ 2Pb 和稀土元素 5.5 XO 9~10 EBT +2Pb 以酒石酸为辅助配 位剂 +2Ni 9~10 紫脲酸铵 氨性缓冲溶液，50~60℃ +2Mg 10 EBT +2Ca 12~13 钙指示剂 例如水硬度的测定就是直接滴定法的应用。水的总硬度是指水中钙、镁离子的含量，由镁离子形成的硬度称为镁硬，由钙离子形成的硬度称为钙硬测定方法如下：现在pH ≈10的氨缓冲溶液中以EBT 为指示剂，用EDTA 测定，测得的是+2Ca 、+ 2Mg 的总量，另取同样 试液加入NaOH 调节pH ＞12，此时此时+ 2Mg 以2）（OH Mg 沉淀形式被掩蔽， 用钙指示剂，

计算机在化学中的应用

课程总结 ——计算机在化学中的应用 随着计算机技术的迅猛发展和日益普及,计算机的应用已渗透到各个领域,并且在学校教育中发挥着越来越大的作用.计算机技术的迅猛发展对各学科的发展给予了深刻的影响。随着各学科之间的交叉渗透和相互影响，计算机技术在其它学科领域中的应用也已经构成各具特点的独立学科。化学学科中复杂计算对强大计算能力的依赖性，海量化学信息对存储和管理能力的高要求，化学反应的复杂性和微观性对虚拟现实的需求，化工过程对自动化的需求等等都要求化学工作者掌握现代计算机技术，特别是计算机在化学中的特殊应用技术。在这种形势下，驾驭计算机的能力已经成为衡量包括化学工作者在内的科技人员能力的重要尺度之一。 这学期，我们主要学习了计算机文献检索、化学编辑排版、实验数据的图形化处理、绘制化学化工图形以及Office系列软件在化学化工及论文编辑中的应用。我从中学到了不少的实用性内容，在此衷心地感谢老师的耐心指导，下面我将对本课程所学的内容作一个简短的总结。 一、计算机文献检索 利用计算机检索化学文献主要有Internet搜索引擎的使用和化学化工文献数据库的检索，其中搜索引擎有谷歌、百度、搜狐、网易和新浪等，而文献数据库主要有中国期刊全文数据库、工程索引和科学引文索引等。 化学是一门专业性很强的学科，经过一个漫长的发展时期，已经积累了大量的化学信息。但是这些信息较为零散且难以查询，无法得到较好的应用，因此对这些零散的化学信息进行一定的整合与处理是十分必要的。最合理的办法就是建立一个化学数据库。 当前的化学信息和数据种类和数量繁多，通过书籍查找需要的文献将消耗大量的时间且难度较大。但随着计算机与信息技术和化学的发展与相互渗透，使得我们检索化学信息更加快捷方便，只要给出关键词、作者、期刊号、出版时间就可以进行检索，还可以利用逻辑关系进行二次检索或多次检索，使得范围大大缩小，效率倍增。最常用的几种检索工具有：化学化工网站、搜索引擎和专业数据库。随着网络化学数据库的使用，化学工作者查找信息将会变得更加方便，效率也会大大提高。 二、化学编辑排版 采用ACD/ChemSketch软件可以实现各种分子结构和化学反应式的绘制、分子三维模型的建立及实验装置图的绘制等,是一个功能十分强大的化学专业应用软件。 ACD/ChemSketch是一个免费软件，安装很简便。主要功能和特点:绘制平面和立体化学结构式、反应式和化学图形;其绘图功能十分强大，具有丰富的化学图形绘制工具，各种化学符号应有尽有;内置包括各种原子、有机物官能团等基本结构的模具工具栏，使得绘制复杂庞大的有机物结构式变得非常便捷，并且可以把绘制好的平面化学结构图直接转换为立体图形:能够预测分子结构的基本参数如分子量、摩尔体积、极性、密度、介电常数等;可对所绘制的分子结构自动命名，可提供有机物的同分异构体等等。 ChemSketch最新版本为12.0版，有两种相对独立的操作模式，即结构模式和绘图模式两种界面,结构模式用于绘制各种化学结构、反应式；而绘图模式则用于增加文本和绘制其他图形。两种模式可以相互切换，除具备化学绘图功能外,还能对分子结构式进行2D 优化和3D 优化,按系统命名法命名,以及计算分子各种性质等.

化学计量学在分析化学中的应用

化学计量学在分析化学中的应用 摘要：化学计量学是化学量测的基础理论与方法学，运用数学、统计学、计算机科学以及其他相关学科的理论与方法，优化化学量测量过程，并从化学量测数据中最大限度地获取有用化学信息的科学。化学计量学很多研究内容都涉及分析化学基础性问题，如样品的采样理论、分析方法的灵敏度、检出限等。在本文主要从最优化方法、多元校正分析法、模式识别法、化学定量构效关系等方面对化学计量学在分析化学中的应用进行了综述。阐明了化学计量学在分析化学中的作用及广阔的应用前景。 关键词：化学计量学分析化学应用 1.引言 19世纪70年代，瑞典科学家S.Wold首次提出“化学计量学”，随后化学计量学在我国发展有二十余年，已然成为分析化学的一个重要分支。它主要运用数学、统计学、计算机科学以及其他相关学科的理论与方法,优化化学量测过程,并从化学量测数据中最大限度地提取有用的化学信息。 20世纪80年代,在分析测试或化学量测中,人们第一次发现,取得数据甚至大量数据已不是最困难的一步。最难解决的瓶颈问题是这些数据的解析及如何从中提取所需的有用化学信息[1]。计算机的出现推动了化学计量学的发展，化学家、分析化学家利用可在计算机上实现许多强有力的数学方法，包括一些相关学科发展的数据与信号处理新方法，从多维化学量测数据中提取有用的相关化学信息。 其方法贯穿了分析量测中“采样-测量-数据处理”的各个部分,包括采样理论、实验设计、选择和优化实验条件、单变量和多变量信号处理以及数据分析[2]。 2.化学计量学在分析化学中的应用 2.1最优化方法

在化学实验中，经常使用最优化方法，分为局部最优和全局最优。而在化学研究的实践中，很多目标函数非常复杂，采用简单的局部最优方法很难奏效[3]。常用的全局优化算法有模拟退火法、遗传算法、人工神经网络等。这里主要介绍人工神经网络。 现代生物学研究在不断研究人脑组织后,提出了人工神经网络这一概念。人工神经网络( Artificial Neural Network,简称ANN)是用模拟生物神经元的某些基本功能元件(即人工神经元) [5],按各种不同的联结方式组成的一个网络。人工神经网络是十分复杂的网络,它是由大量简单的处理单元连接而成的,并且可以模拟大脑的行为。人工神经网络（ANN）能够对数据模式进行有效地分类与解析,它比较适合处理结果与原因关系不确定的非线性测量数据,许多化学问题都是由于这种不确定性产生的,所以它成功地应用于很多化学领域[6]。人工神经网络由神经元模型构成,这种由许多神经元组成的信息处理网络具有并行分布和结构。每个神经元具有单一输出,并且能够与其他神经元连接；存在许多(多重)输出连接方法,每种连接方法对应一个权系数。 目前人工神经网络在谱图分析、药物分子药效预测和蛋白质结构预测方面的应用已有报道[7]。此外，ANN还促进了仪器联机与实验室自动化,并卓有成效地控制或指导生产,提高和保证了生产质量。 2.2多元校正分析法的应用 多元校正与分辨一直就是分析化学计量学研究的主要内容。随着多元分析不断开发和逐步崛起,研究目标及对象越来越复杂,要求分析工作者给出快速准确的定性、定量及结构分析的结果。 多元校正法则是对现代分析仪器所提供大量的量测数据进行解析的数学统计方法[8]。多元分析校正一直都是化学计量学的主体部分，主要研究如何从量测数据中提取化学体系的定性与定量分析信息，这一领域业已形成了化学计量学极

计算机在化学中的应用学习心得

计算机在化学中的应用学习心得 这学期通过学习计算机在化学中的应用，在初步接触高分子化学的同时与当前日新月异的计算机领域相结合，从而对高分子化学，数据分析以及公式编辑等其他方面有了更深的认识，同时也掌握了一种新的学学习方法，使得在今后的学习、工作、生活中更方便。 通过对ChemSketch的学习，对很多课本上见到的复杂的结构式有了更进一步的认识，这在一定程度上也提高了学习兴趣，与此同时ChemSketch的强大分析能力如对异构体的全面准确分析使得自学一定程度上变得简单，对我们的学习很有帮助，同时在以后的毕业论文设计以及在更远的将来对论文的编辑工作中对ChemSketch的熟练应用是必不可少的，如绘制结构式，定性绘制一些相应的曲线。而且ChemSketch使得原本抽象的事物变得清晰直观，有助于对知识的理解，这是最重要的。 通过对公式编辑器的学习，现在可以编辑很多美观的公式，突破了之前只能依靠有限的数学符号只能写出不直观的公式，在今后论文的编写中非常重要。 通过对Origin的学习对数据分析有了更近一步的认识，对复杂的实验数据的处理再不是一件耗时又低效的事，用Origin对数据进行线性拟合求斜率和截距等参数都有能把误差降到最低，从而对实验的分析相对更容易一些。 在学习计算机在化学中的应用这门课的同时，不仅从这门课程本身学到了有用的知识，也明白了科技的飞速发展对我们的学习生活提

供了很多的便捷之处，因此要善于利用这些更好的服务于我们的学习生活，不断取得更好的成绩。 最后真心感谢一学期以来老师的谆谆教诲，在教给我们高分子化学知识的同时不辞辛苦的传授给我们其他课程对化学的促进和应用。

计算机在化学中的应用概况

序言 计算机在化学中的应用概况 一．计算机技术对化学科学的影响 近年来化学学科的重要成就之一是计算机在化学中的应用。计算机与化学的结合促进了化学的发展。 化学发展的历史中，每次重大的进展都与新技术、新概念、新思想的引入密切相关。天平的引入把化学反应与量的概念联系在一起产生了分析化学；用物理方法研究化学产生了一系列新的边缘学科，至今还不断影响化学的发展。计算机与化学结合是化学学科发展的必然趋势，已在如下方面产生了影响： 1、产生新的边缘学科：如计算机化学、化学计量学、计算分析化学、量子化学近似计 算方法、有机化合物结构的拓朴表示方法等。 2、促进理论化学的发展：理论化学的发展离不开计算机，大量的量子化学计算必须使 用计算机。此外，复杂体系化学反应动力学，多组分的化学平衡等问题也只有依赖 计算机才可能实现。 3、促进实验数据处理方式与方法的发展：计算机在此方面的运用使化学工作者摆脱凭 经验作图或表格的数据处理的落后的方式，得以采用以数理统计方法为基础的严格 的数据处理，以便从中抽取更多重要信息，引导出新的结论。 4、提高仪器测试精度和实验室的自动化程度：用计算机自动控制测试仪器，采集数据 并处理数据是实验室使用计算机的重要方面，不但减轻了工作人员的劳动，避免了 主观读数误差，还提高了测试的精度、灵敏度和数据采样频率，并加快了测试速度。 5、加速情报交流：计算机文献检索大大提高了文献检索的效率。Internet的发展使全世 界的信息交流进入新的历史阶段；专家系统和智能数据库与测试仪器的联机，可使 测试样品与库存数据进行比较并作出结论。 6、化工过程控制：通过生产参数的自动采集，由计算机进行处理，按最优化的方式控 制生产设备，可以有效减少化工生产过程有毒、有害和危险性物质对操作人员的危 害及提高产品产量与质量。 在其它方面，诸如计算机辅助教学、计算机辅助设计，计算机模拟等，对于科学研究、化学教育、实验室成果的工业化等方面都有广泛应用。 二、计算机技术在化学中应用的发展趋势 计算机科学是当前发展最为迅速的领域，也是最难以预测的领域。如同在20年前人们无法预测计算机网络技术对通讯领域发展的影响一样，今天同样难以预测的也包括计算机应用技术的发展，当然包括计算机技术在化学领域中的应用。未来将有哪些新的计算机技术出现？这些技术又将在哪些领域中获得发展？计算机应用技术将在哪些化学领域中取得突破？确实非常难以进行回答。然而对于计算机技术的发展趋势，特别是把握计算机技术在化学领域的发展趋势，了解其发展动态是必要的。因为它对我们把握现代化学发展方向，调整高等化学教育内容有相当大的影响。鉴于此，我们从当前已有的计算机技术发展动态和当前化学领域对计算机技术最迫切需求的领域两个角度，对计算机技术在化学科学中的发展趋势做以下推测： 1.在更复杂分子结构的精确计算方面将会加速发展

计算机化工应用上机材料2

实验二 线性方程组的求解 1 实验目的 1. 深入熟悉掌握MATLAB 的线性方程组求解函数：\ 2. 学习化工领域典型线性方程组的求解； 3. 练习MATLAB 语言编程。 2 知识要点 2.1 \的使用 无论是洽定、超定和欠定线性方程组，MATLAB 的\运算符都可以给出解。使用\运算符求解线性方程组时，方程组必须标示成矩阵的形式： 111211 1 2122222 1 2n n m m mn n n a a a x b a a a x b a a a x b =""## #### " 简写为：Ax=b ，则可以采用左除命令进行求解。例如求解以下线性方程组： 1231231 23232 23433443 x x x x x x x x x ++=?? ++=??++=? 在命令窗口输入： >> A=[1 2 3;2 3 4;3 4 4]; >> b=[2;3;3]; >> x=A\b 则可获得正确结果x=[1, ‐1, 1]。注意如果b 矩阵为一个列向量，如果输入： >> b=[2 3 3]; 则将返回如下矩阵维数不匹配的错误信息：

??? Error using ==> mldivide Matrix dimensions must agree. 2.2 线性方程组的迭代求解方法 MATLAB 的\运算符虽然功能很强大，但在求解超大型线性方程组时，仍然存在计算量和存储空间大的缺陷，此时可采用迭代方法进行求解。对于线性方程组Ax=b ，如果系数矩阵A 分裂成A=D ‐L ‐U ，其中D ＝diag(a 11,a 22,…，a nn )为对角阵，‐L 为严格下三角阵（不包括主对角线元素），‐U 为严格上三角阵。则可以推导出以下迭代求解格式： 雅可比迭代：b D x U L D x k k 1)(1)1()(??+++= 高斯‐赛德尔迭代：b L D Ux L D x k k 1)(1)1()()(??+?+?= SOR 迭代：b L D x U D L D x k k 1)(1)1()(])1[()(??+?++??=ωωωωω 3 实验内容 3.1 稳态过程模拟中的线性方程组求解 物料衡算是化工过程设计的基础，在一些简单情况下，物料衡算方程是一个线性方程组。例如：一个化工厂有3个蒸汽来源和14个蒸汽使用单元，对其进行物料衡算可得如下方程组： 12343.93x x x ++= 141.170x x ?= 595.798x = 356781399.1x x x x x x +???+= 678910118.4x x x x x x +++??=? 41324.2x x ?=

计算机在化工领域的七大应用

计算机在化工领域的七大应用 计算机基本上在各行各业都有着重要的作用，应用计算机是实现现代化的必经之路，是获得高速度、高质量和高效益的重要手段。那么大家知道计算机在化工领域的八大应用吗？ 1计算机在分析化学中的应用 古老的化学分析方法尽管有自身的特点，但主要应用于常量分析，在分析速度、灵敏度等方面常不能达到要求。近几年来，计算机与有关仪器联用，进行物质的定性、定量测定，取得了很大的进展。绝大多数仪器是将被测组分的浓度变化或物理性质变化转变成某种电性能(如电阻、电导、电位、电容、电流等)，实现了自动化和连接电子计算机，能够进行微量组分、痕量组分的侧定。因此具有检测限低、快速、灵敏、操作简单等一系列优点。 利用一元统计，可对同一项目的若干次测量数据进行统计处理，计算置信区间、标准误差、变动系数等。利用二元统计，可以计算含量与滴定体积或浓度与吸光度之间的直线方程(线性回归法)。用程序型计算器也能迅速完成这些计算。在较复杂的情况下，可以利用计算数学方法。设有10种金属离子与10种络合剂共存，它们之间的竞争反应可用迭代法预测，计算机对每种络合物用迭代法处理，获得收敛结果的报出答案，迭代999次仍不收敛者弃去，总共不多于10万个数据的计算。按常法以每个数据平均费时6分钟计，一个人要三年半才能算完，用计算机处理不到1小时可得出答案，为化学分析中哪种离子参加反应、哪些离子被掩蔽等条件，获得可靠的预测效果。 2计算机网络在化工企业中的应用 化工企业在发展过程中具备一定的特殊性，对信息传输的时效性以及准确性有着较高的要求。通过办公自动化系统的建设，一方面可以为领导层提供更多资料，提高生产决策的含金量，另一方面也可以提高员工之间的交流，避免因为信息数据延误而造成的经济损失，提高了生产工作的科学性，确保工作效率。通过数据平台来对生产设备运行情况进行实时检测，确定其相关参数、指标以及生产工艺流程的执行情况。在运行过程中，运行员与DCS相互交换信息人机接口设备，完成对生产过程的监视与控制，并读出每一个过程变量的数值与状态，以此来判断每个回路是否能够正常工作。财务管理工作是企业发展中重要组成部分，原有的核算型管理方式逐渐不能满足企业发展的需求，必须要向决策型与管理型过渡，对企业的发展具有重要意义。通过对计算机网络技术的应用，在网络任意节点中输入企业财务信息都可以完成共享，进而能够实现降低信息输入、核对以及输出等方面的成本，并且也可以降低信息传输过程中因为延迟而产生的成本。化工企业想要实现财务管理的信息化，应确保财务处理程度的简洁化，可以不断提高工作处理的速度。 3计算机在化工流程模拟中的应用 化工流程模拟(亦称过程模拟)技术是以工艺过程的机理模型为基础,采用数学方法来描述化工过程,通过应用计算机辅助计算手段,进行过程物料衡算、热量衡算、设备尺寸估算和能量分析,作出环境和经济评价。它是化学工程、化工热力学、系统工程、计算方法以及计算机应用技术的结合产物,是近几十年发展起来的一门新技术。 应用化工流程模拟技术可以节省过去由试验(小试与中试)探索最佳工艺工况条件所消耗的大量资金、时间和人力,该技术能够使我们从整个系统的角度来认识、分析、预测生产中深层次的问题,进行装置调优、流程剖析和过程综合,达到优化生产、节约资源、环境友好、提高经济效益的目的。这一技术已成为化学工程设计、原有工程改造优化的强有力工具,得到世界各国重视,特别是在当今能源紧张、自然资源短缺和市场竞争激烈的背景下,人们对化工流程模拟技术的进展、应用和发展趋势的关注更是与日俱增。 4计算机在化工掌控方面的应用 70年代，一些著名的仪表公司推出了Dcs集散控制系统，使计算机集中控制和直接数

分析化学部分名词解释

1.分析化学：分析化学是发展和应用各种理论、方法、仪器和策略以获取有关物质在相对 时空内的组成和性质的信息的一门科学，又被成为分析科学。 2.定性分析的任务是鉴定物质由哪些元素、原子团或化合物所组成；定量分析的任务是测 定物质中有关成分的含量；结构分析的任务是研究物质的分子结构、晶体结构或综合形态。 3.滴定分析法 要求： a. 反应必须具有确定的化学计量关系，即反应按一定的反应方程式进行。这是定 量计算的基础。 b. 反应必须定量的进行。 c. 必须具有较快的反应速率。对于反应速率慢的反应，有时可加热或加入催化剂 来加速反应的进行。 d. 必须有适当简便的方法确定滴定终点。 4种滴定方法： （1）直接滴定法 满足上述要求的反应，都可以用直接滴定法，即用标准溶液直接滴定待测物质。 （2）返滴定法 当反应很慢，或者反应不能立即完成的时候，可先准确的加入过量的标准溶液，使其与试液中的待测物质或固体试样进行反应，反应完成后再用另一种标准溶液滴定（3）置换滴定法 当反应不按一定反应式进行或伴有副反应时，不能采用直接滴定法。可先用适当试剂与待测组分反应，使其定量地置换为另一种物质，再用标准溶液滴定这种物质，这种成为…… （4）间接滴定法 不能滴定剂直接反应的物质，有时可以通过另外的化学反应，以滴定法间接进行测定【P11】 4.基准物质：能用于直接配置标准溶液或标定溶液准确浓度的物质成为基准物质。 常用的基准物质有纯金属和纯化合物。 应符合下列要求： a.试剂的组成与化学式完全相符（比如结晶水的含量） b.试剂的纯度足够高（质量分数99.9%以上） c.性质稳定，不易于空气中的氧气及二氧化碳反应，亦不吸收空气中的水分。 d.试剂参加滴定反应时，应按反应式定量进行，没有副反应。 5.滴定度：滴定度是指每毫升滴定剂相当于被测物质的质量（g或mg） 6.熔融法是指将试样与酸性或碱性固体熔剂混合，在高温下让其进行复分解反应，使欲测 组分转变为可溶于水或酸的化合物。不溶于水、酸或碱的无机试样一般可采用这种方法分解。根据熔剂的性质可分为酸溶法和碱熔法两种。 7.真值：某一物理量本身具有的客观存在的真实数值。 8.系统误差： 系统误差是由某种固定的原因造成的，具有重复性、单向性。理论上，系统误差的大小、正负是可以测定的，所以系统误差又称可测误差。 分类： （1）方法误差 （2）仪器和试剂误差