我对计算机化学的体会和感想.doc
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1、免责声明:图文来源于网络搜集,版权归原作者所以若侵犯了您的合法权益,请作者与本上传人联系,我们将及时更正删除。第 1 页 共 37 页我对计算机化学的体会和感想我对计算机化学的体会和感想摘要。计算机化学课程是高校化学类学生在学了计算机基础课程后开设的,在学生已掌握基本的计算机知识和技能后,本课程主要培养学生利用计算机加工处理信息的技能,即培养学生利用计算机解决化学专业问题的能力。这门课对化学专业的学生来说,学习的难度较大。主要是这门课综合程度较高,涉及到的知识面较广,包括数值计算(计算方法)和编程(visualbasic 程序设计)、部分优秀化学软(chemoffice等)介绍和多媒体课件(p
2、owerpointauthorware等)制作三大内容。本课程集知识性和技能性于一体,实践操作性强,加之仅有 36 学时,要在短时间内学习和掌握本课程知识和技能,存在较大的难度。在这种情形下,我们采取“能力本位”的教学模式进行课堂教学,在教学中不仅给学生传授理论知识,更重要的是注重学生实践能力的培养。用“任务驱动”教学方法,在完成一个或多个任务中努力培养和提高学生的信息技术能力,用信息技术来促进专业学习,取得了较好的教学效果。1.引言随着计算机在化学化工中应用水平的提高,出现了一系列带有边缘性的,并具有独立特征的研究领域。如:计算方法,模型化方法,模拟技术,物质共性规律,结构和性质的关系研究,
3、数据库技术,化学信息和化学结构的描述、处理、解析、分子图形技术,化工冶金系免责声明:图文来源于网络搜集,版权归原作者所以若侵犯了您的合法权益,请作者与本上传人联系,我们将及时更正删除。第 2 页 共 37 页统流程模拟及计算机辅助设计(cad)技术,化学化工中的人工智能和专家系统等。这些新兴领域就大体上形成了化工中的一个新的学科分支计算机化学。2.学科特征计算机化学是一门从生产实践中自然发展起来的新兴学科,它目前仍处在迅速发展的过程中,匆忙地、人为地划定其学科边界或给出简单的定义显然是不明智的。但另一方面,它作为一个学科确实已经初步成形。本文只就我们的认识,扼要讨论一下其学科基本特征。目的是为
4、我国发展这一新兴学科的政策提供一些依据。2.1 计算机化学是一门交叉性很强的边缘学科计算机化学的基础有三个方面。(l)基础化学;(z)工程化学;(3)计算机科学。如果说基础化学各学科和工程化学各学科是其“经”,计算机科学中的若干新技术则是“纬”。通过交叉联系和渗透,某一学科领域内的新技术新成果可以通过计算机化学迅速传递到化的各学科领域中去,而化学领域中的许多新理论、新成果可以通过计算机化学及时地在各其它学科或工程领域得到应用和发展。2.2 大量化学信息的计算机处理形成了计算机化学的鲜明特征按照我国目前对基础研究范畴的提法,基础研究包括三个方面:(l)基础理论研究;(z)应用基础研究;(3)基础
5、科学数据的收集、整理、评价和有关规律的研究。和其它学科相比,按年度统计化学信息可占自然科学信息总量的 40 呢左右。显然,基础化学数据(绝大部分是实验结果和多年积累的宝贵资料)的研究是至关重要的。化学免责声明:图文来源于网络搜集,版权归原作者所以若侵犯了您的合法权益,请作者与本上传人联系,我们将及时更正删除。第 3 页 共 37 页家用通用的简洁语言化学分子式、结构式、化学反应所表达的化学知识,化工过程中的各种数据和图形,这些都是化学信息的核心部分,把这些信息系统地在计算机内表达和存贮,方便地实现各种指定目的的提取和加工是计算机化学各领域中的共性问题。尤其是在原子、分子水平上不同层次的化学结构
6、信息处理方法,当然地成为计算机化学的研究重点。2.3 产生高技术软件产品是计算机化学的又一个突出特征一般基础研究,多仅以文章形式发表成果,但计算机化学除了文章以外,还有系统的软件产品。以化工流程的模拟技术为例,一系列做为化工流程设计必备工具的软件产品如 aspen-plusproces 等已做为商品出售。软件产业在全世界已经逐步形成。与化学、化工有关的计算机应用软件和开发工具是典型的高技术产品,在把科学技术成果转化为直接生产力的过程中起着关键的作用。由于计算机化学的研究工作和高技术软件产品的开发密不可分,使得这一新兴学科分支既具有基础研究的特色,又具有巨大的社会和经济效益前景。以上列举了计算机
7、化学的三个重要特征。认识到它的存在和发展前景,对制定学科发展的技术政策是重要的。3 计算机化学的发展和前沿3.1 一些重要领域的国内外概况质谱色谱、红外谱、核磁谱、光电子能谱等在医学药物、生物化学、地球化学和材料科学等方面的研究、分析中有广泛应用。这些谱图的数量极大,如何提高所得数据的使用水平;如何快速地、正确地解释这些数据,这是计算机应用的一个广阔领域。谱图库检索已成免责声明:图文来源于网络搜集,版权归原作者所以若侵犯了您的合法权益,请作者与本上传人联系,我们将及时更正删除。第 4 页 共 37 页为一种常用的谱图解析方法,它根据存储在谱图库中的已知化合物的信息(标准谱图、分子式、分子量等)
8、,用一定的程序进行检索,来判别未知化合物的结构。存于谱图库中的所有参考谱图都必须按照一定的格式输人。检索时未知物谱图按程序要求与库中的参考谱图进行比较,同时计算出它们的相似性指数,最后按最佳匹配顺序列出检索结果。我院上海有机化学所的红外光谱信息综合许志宏等:计算机化学的发展和前沿处理系统(cisoc 一 ir),长春应化所的碳一 13 核磁共振波谱数据库系统(giag),化学所的质谱数据库(icmsis),北京大学和我所与美国 nist 合作的光电子能谱数据库(escadb)等在程序处理方面与系统功能上都有独到之处,为我国科研、工业和国防部门提供了良好的查询和解释工作,有着十分显著的实际效果。
9、化学物质中哪些是有毒的。毒性如何。这些都是人们密切关注的问题。据统计目前有毒化学物品年产量已达 400 万吨。人们迫切要求制定污染物的排放标准、卫生标准、防治技术和管理措施。毒性数据库的建立可以提供有毒化合物的监测数据、分析数据、毒性化合物的环标准和法规等同时通过化学结构的数据计算和处理,可为解释化合物的致毒机理提供科学数据,可以部分地替代昂贵的动物实验。rtiecs 是美国职业安全与卫生研究所(nlosh)据美国 197。年制定的职业安全与卫生法的有关规定,从数千种科学文献中收集、整理、评价。3.2 分子设计的研究人们期望制造出具有某种指定性质的新分子、新农药和新材料。利用计算机对复杂结构的
10、物质进行计算机辅助分子设计是 80 年代以免责声明:图文来源于网络搜集,版权归原作者所以若侵犯了您的合法权益,请作者与本上传人联系,我们将及时更正删除。第 5 页 共 37 页来引人注目的课题。由于科学家们的卓有成效的工作使得计算机的功能迅速增强,许多工作证实了计算机在辅助分子设计方面起着颇为重量的作用。人们所期望的 cad/cam(即计算机辅助设计和制造)应用于医药生产和化合物制造的条件也日渐成熟。在药物作用研究的理论中,应用量子化学的电子结构理论来研究药物分子外围的电子云分布等,可以帮助分析药物的构效关系。随着分子轨道理论进一步有效的近似和电子计算机的应用,量子药理学在短短十余年来发展迅速
11、,对于新药设计起到了重要的指导作用。北京大学、吉林大学、北京医科大学和中科院的上海药物所、化冶所、大连化学物理所、上海有机化学所等单位对分子静电势、生物活性分子的构象、药物的定量构中国科学院院刊 l,2 年效关系和大分子的量子化学计算等研究方面已有很好的工作。用于分子力学计算的 mmz 和 mmpz 程序包,用于从头算分子轨道的 gausiango 程序包,目前都很通用,是分子设计计算中的重要组成部分。gausian 程序包从 1970 年到现在已有五个版本。70年的版本只能限制处理 70 个轨道 35 种原子,无 d 轨道。76 年的版本就可以处理 d 轨道,它在不断地改进和完善,并增加新的
12、内容和功能。1987 年北京大学和中国科学院化冶所联合引进了英国剑桥结晶数据库系统的磁带,已在 vax 一 11/780 机器上运行,为我国分子设计的研究提供了一种重要的资源。1988 年起又引进了德国无机晶体结构数据库,这是进行材料设计的重要资源。与此同时,计算机分子图形技术的研究也高速兴起。世界著名的德国的 merck 药厂,在 80年代初期建立了“merekmoleeularmodelingsystem。该系统利用计算免责声明:图文来源于网络搜集,版权归原作者所以若侵犯了您的合法权益,请作者与本上传人联系,我们将及时更正删除。第 6 页 共 37 页机绘图技术可以帮助化学工作者绘制三维分
13、子结构的图形、确定其最优构象,比较具有相似生物活性分子的几何形状的异同,从而为设计具有更好疗效的新药品提供模型并开拓新产品。又如可以支持麻醉镇痛药芬太尼类化合物的结构分析研究,从三维分子图形直观地了解和研究芬太尼类麻醉镇痛药各活性中心的结构特点,并进行多个具有不同活性药物分子结构的拟合,为活性与结构关系的分析研究提供有力的论据和基础。英国的 chemicaldesignltd,和西德的 beilstein 研究所在计算机分子结构三维显示与分子设计的研究方面已有较成功的软件产品。据美国科学新闻报导:英国科学家使用计算机绘制了艾滋病毒产生的蛋白酶的三维结构:这种结构在研制新的抗艾滋病毒药物方面可能
14、是重要的。中国科学院电子所在 ibm-pc/at 机上设计并完成了高性能的分子模型微机系统,给化学、生物学、医疗等学科的科技工作者提供了简便而强有力的工具。东南大学、南开大学也都有类似产品研制成功。3.3 化学模式识别研究模式识别(paternreoognition)是基于“物以类聚”的简单道理。目前已发展了一系列的数学方法来对信息进行处理,从而将物群进行分类,确定某物所属类别,了解各因素之间的关系,判别哪些因素对物群分类起着有效的影响。其最大的特点是可处理多因素问题。判别分类工作在科学研究和生产实践中是相当广泛的,计算机模式识别技术的发展能使人们在影响因素很多的情况下根据模式识别的法则对众多
15、的信息进行处理、选择并应用决定性特征对物群进行分类。免责声明:图文来源于网络搜集,版权归原作者所以若侵犯了您的合法权益,请作者与本上传人联系,我们将及时更正删除。第 7 页 共 37 页国外模式识别用于化学主要是在分析化学和构效关系研究方面。我国在化学的另外一些领域中,也运用了模式识别这一有效工具。如:计算机辅助无机合成,对未知化合物实现了计算机预报,在预报基础上合成并发现了 lapd、euni、eufe、prpd 等一批新化合物;用模式识别分析活检气相裂解物色谱、微量元素谱,从而辅助癌症早期诊断;用模式识别进行化合物分类,在有机化合物 c 一 13 核磁共振谱中应用;研究中国古瓷中的微量元素
16、等。中国科学院上海冶金所将计算机用于有色金属探矿、石油勘探,工业调优和宏观化学动力学研究等方面获得了许多研究成果,中国科学院长春应化所、中国科技大学等单位也开展了有关的研究工作。3.4 分析仪器智能化各种分析仪器与计算机联接,进行实验数据的采集、处理、数模转换和模数转换,是分许志宏等:计算机化学的发展和前沿析仪器的重要发展方向。各种分析仪器不尽相同,需完成的智能化程序显然不同,但其中不少数据处理的方法,如富里叶变换、解线性方程组和非线性方程组、拓扑法、相关与回归分析、偏最小二乘法、卡尔曼滤波方差分析检验以及最近发展起来的神经元网络方法,都具有一定的通用性。近年来在国内外分析化学杂志上有关该方面
17、的研究报告也很多。我国大连化物所在发展带有智能的色谱仪方面,已取得很多成绩。与此同时,一些谱图分析仪器与智能化的大型数据库联网也是一个重要的方面,这种将大型分析仪器联人计算机智能化系统,今后将会有更进一步的发展。免责声明:图文来源于网络搜集,版权归原作者所以若侵犯了您的合法权益,请作者与本上传人联系,我们将及时更正删除。第 8 页 共 37 页4.数据库技术数据库是计算机科学领域中 70 年代出现的新技术。化学中的许多数据库正是在 70 年代历经了由起步、发展,直至成熟的过程。其中,最具代表性的是用于化合物结构解析的谱图数据库。目前,几乎所有的大型分析测试仪器均带有数据库及其检索系统。各种谱学
18、手段的广泛应用对当代有机化学的发展起到了很大促进作用,因为这些物理方法和手段使人们能较精确地了解化合物的结构。但是,谱图的解释是一较为繁琐,极为费时的工作。然而,随着计算机技术的发展极大地推进了这一领域的革新。计算机辅助谱图解析方法可粗略地分为两大类:直接谱图库手段,即谱图检索;间接谱图库手段,包括波谱模拟、模式识别和人工智能。目前,应用最广泛的是谱图库检索。此处顺便提及:数据库,英文一般用 database 或 databank 表示,而数据库检索却常用 librarysearching 一词。所谓谱图库,目前用于结构解析的主要是指质谱、核磁谱和红外光谱。4.1 质谱谱图库随着计算机的发展,
19、首先引入这一新技术的是质谱谱图的处理。因为,第一,质谱以分立峰的形式出现,其质量峰和强度本身已数字化形式表示,便于计算机处理;第二,如 gc-ms 联用系统,一小时可以产生几十个,甚至上百个质谱图,平均每谱为 75 个峰,由此,每小时所产生的峰数达 60007000 个。这些背景给质谱的计算机处理提供了条件和动力。对于质谱谱图库,可以追溯到 40 年代美国石油研究院(api)的工作,当时他们已经进行了谱图的收集和出版。近 30免责声明:图文来源于网络搜集,版权归原作者所以若侵犯了您的合法权益,请作者与本上传人联系,我们将及时更正删除。第 9 页 共 37 页年来,世界上许多实验室开展了谱图的收
20、集工作,涌现出许多质谱检索系统,如 mit/kb 系统、msss 系统、pbm 系统、masslib 系统等,不过,当今在国际上影 1 响最大的是 nih/epa/nbs 和 wileymsdata 两个系统。在国内,中国科学院大连化学物理研究所也开展了这方面的工作,他们的系统为 ases/ms。4.2 碳-13nmr 谱图库c-13nmr 波谱是有机化合物结构解析中三大谱图手段之一。该手段问世于 70 年代初,但发展很快。随着这种技术的发展,国际上先后涌现出许多 c-13 谱图库信息系统。其中比较主要的有:德国 basf公司的 c-13 谱图库信息系统,美国 nih/epa 系统,法国的 d
21、arc 系统等。在国内,中国科学院长春应用化学研究所于 80 年代初已经开展了此方面课题的研究,所建立的 ciac-c-13 谱图库系统于 1985 年投入正式运转,目前拥有谱图 20,000 张。其中的谱图不仅涉及一般的化合物,同时包括中草药及天然化合物类。该系统的主要特色是具有较强的相似检索功能,即未知谱图不在库中,其检索可以给出与之相似的化合物,在实际应用中收到良好的效果。4.3 红外谱图库从50年 代 初 到70年 代 中 期,美 国astm(theamericansocietyoftestingandmaterials)编辑了 150,000 张机读红外光谱,这是世界上最早的,同时也
22、是最大的红外谱图数据库。另外,美国 sadtler 光谱实验室(现属 bio-tad 公司)在 80 年代中期已收录 94,000 张 ir 谱图。目前,国际上主要检索系统为 spir、免责声明:图文来源于网络搜集,版权归原作者所以若侵犯了您的合法权益,请作者与本上传人联系,我们将及时更正删除。第 10 页 共 37 页irgo、iris、cosmoss 等。在国内,中国科学院上海有机化学研究所于 80 年代初开始组建 ir 谱图库 cisoc-ir 系统,目前该系统拥有谱图库约 100,000 张。另外,应该提及的是中国科学院化学冶金研究所的研究工作。该所从 80 年代开始先后组建了化工冶金
23、中的许多数据库系统。5.结语计算机化学是将计算机科学、数学应用于化学的一门新兴的交叉学科,是化学领域的一个重要分支。计算机化学的英文叫法有 多 种,如 computers&chemistry、computersinchemistry 及computersonchemistry。有时文献中亦会出现 computerchemistry,但应用较少。计算化学(computationalchemistry)通常指分子力学及量子化学计算等,与计算机化学有较大区别。计算机与化学的联姻始于 60 年代。其首先应用领域是分析化学。因为分析化学的最本征特征是借助于诸种手段收集数据及其数据处理。到了 70 年代,
24、计算机化学得以突飞猛进的发展,几乎在化学的每一分支领域都结满了丰硕的成果。参考文献1李建平,计算机化学课程教学方法改革的探索,湖北大学化学与材料科学学院,武汉,430062.2许禄,胡昌玉,计算机化学大学化学,中国科学院长春应用化学研究所,长春,130022。3许志宏,周家驹,杨章远等,计算机化学的发展和前沿中国科学院院刊,化工冶金研究所。4汤英,彭善喜等,计算机化学的发展及其应用,计算机化学免责声明:图文来源于网络搜集,版权归原作者所以若侵犯了您的合法权益,请作者与本上传人联系,我们将及时更正删除。第 11 页 共 37 页的发展及其应用国外建材科技。5张憋森,计算机化学进展和前景预测化学进
25、展,中国科技大学化学物理系。6洪汇孝,计算机化学应用软件介绍大学化学,南京大学化学系。第二篇:我对信访工作的感想和体会大全我对信访工作的感想和体会信访干部坐的是“清水衙门”的位,当的是“无权无钱”的官,干的是“机关第一难”的活,这几句话是对信访工作艰辛的高度总结和概括。信访工作给我的感觉始终是难度大、责任大、压力大,几年下来,一天不敢懈怠,一时不能放松。但人的精力是有限的。用个不恰当的比喻,信访工作上的干部,就偈是一头牛,这头牛既要能耕地又要能不断的产奶。信访干部总有一个梦,就是凭自己反党和人民的一颗忠诚之心和一腔热血,多化解快化解信访矛盾,即减轻党和政府的压力,也减轻自己的思想负担。群众少堵
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