量子化學(xué)應(yīng)用精選(九篇)

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第1篇：量子化學(xué)應(yīng)用范文

論文摘要：將量子化學(xué)原理及方法引入材料科學(xué)、能源以及生物大分子體系研究領(lǐng)域中無(wú)疑將從更高的理論起點(diǎn)來(lái)認(rèn)識(shí)微觀尺度上的各種參數(shù)、性能和規(guī)律，這將對(duì)材料科學(xué)、能源以及生物大分子體系的發(fā)展有著重要的意義。

量子化學(xué)是將量子力學(xué)的原理應(yīng)用到化學(xué)中而產(chǎn)生的一門(mén)學(xué)科，經(jīng)過(guò)化學(xué)家們的努力，量子化學(xué)理論和計(jì)算方法在近幾十年來(lái)取得了很大的發(fā)展，在定性和定量地闡明許多分子、原子和電子尺度級(jí)問(wèn)題上已經(jīng)受到足夠的重視。目前，量子化學(xué)已被廣泛應(yīng)用于化學(xué)的各個(gè)分支以及生物、醫(yī)藥、材料、環(huán)境、能源、軍事等領(lǐng)域，取得了豐富的理論成果，并對(duì)實(shí)際工作起到了很好的指導(dǎo)作用。本文僅對(duì)量子化學(xué)原理及方法在材料、能源和生物大分子體系研究領(lǐng)域做一簡(jiǎn)要介紹。

一、在材料科學(xué)中的應(yīng)用

（一）在建筑材料方面的應(yīng)用

水泥是重要的建筑材料之一。1993年，計(jì)算量子化學(xué)開(kāi)始廣泛地應(yīng)用于許多水泥熟料礦物和水化產(chǎn)物體系的研究中，解決了很多實(shí)際問(wèn)題。

鈣礬石相是許多水泥品種的主要水化產(chǎn)物相之一，它對(duì)水泥石的強(qiáng)度起著關(guān)鍵作用。程新等[1,2]在假設(shè)材料的力學(xué)強(qiáng)度決定于化學(xué)鍵強(qiáng)度的前提下，研究了幾種鈣礬石相力學(xué)強(qiáng)度的大小差異。計(jì)算發(fā)現(xiàn)，含Ca鈣礬石、含Ba鈣礬石和含Sr鈣礬石的Al-O鍵級(jí)基本一致，而含Sr鈣礬石、含Ba鈣礬石中的Sr，Ba原子鍵級(jí)與Sr-O，Ba-O共價(jià)鍵級(jí)都分別大于含Ca鈣礬石中的Ca原子鍵級(jí)和Ca-O共價(jià)鍵級(jí)，由此認(rèn)為，含Sr、Ba硫鋁酸鹽的膠凝強(qiáng)度高于硫鋁酸鈣的膠凝強(qiáng)度[3]。

將量子化學(xué)理論與方法引入水泥化學(xué)領(lǐng)域，是一門(mén)前景廣闊的研究課題，它將有助于人們直接將分子的微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能聯(lián)系起來(lái)，也為水泥材料的設(shè)計(jì)提供了一條新的途徑[3]。

（二）在金屬及合金材料方面的應(yīng)用

過(guò)渡金屬(Fe、Co、Ni)中氫雜質(zhì)的超精細(xì)場(chǎng)和電子結(jié)構(gòu)，通過(guò)量子化學(xué)計(jì)算表明，含有雜質(zhì)石原子的磁矩要降低，這與實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常一致。閔新民等[4]通過(guò)量子化學(xué)方法研究了鑭系三氟化物。結(jié)果表明，在LnF3中Ln原子軌道參與成鍵的次序是：d＞f＞p＞s，其結(jié)合能計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值定性趨勢(shì)一致。此方法還廣泛用于金屬氧化物固體的電子結(jié)構(gòu)及光譜的計(jì)算[5]。再比如說(shuō)，NbO2是一個(gè)在810℃具有相變的物質(zhì)(由金紅石型變成四方體心)，其高溫相的NbO2的電子結(jié)構(gòu)和光譜也是通過(guò)量子化學(xué)方法進(jìn)行的計(jì)算和討論，并通過(guò)計(jì)算指出它和低溫NbO2及其等電子化合物VO2在性質(zhì)方面存在的差異[6]。

量子化學(xué)方法因其精確度高，計(jì)算機(jī)時(shí)少而廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)中，并取得了許多有意義的結(jié)果。隨著量子化學(xué)方法的不斷完善，同時(shí)由于電子計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展和普及，量子化學(xué)在材料科學(xué)中的應(yīng)用范圍將不斷得到拓展，將為材料科學(xué)的發(fā)展提供一條非常有意義的途徑[5]。

二、在能源研究中的應(yīng)用

（一）在煤裂解的反應(yīng)機(jī)理和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)方面的應(yīng)用

煤是重要的能源之一。近年來(lái)隨著量子化學(xué)理論的發(fā)展和量子化學(xué)計(jì)算方法以及計(jì)算技術(shù)的進(jìn)步，量子化學(xué)方法對(duì)于深入探索煤的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)性之間的關(guān)系成為可能。

量子化學(xué)計(jì)算在研究煤的模型分子裂解反應(yīng)機(jī)理和預(yù)測(cè)反應(yīng)方向方面有許多成功的例子,如低級(jí)芳香烴作為碳/碳復(fù)合材料碳前驅(qū)體熱解機(jī)理方面的研究已經(jīng)取得了比較明確的研究結(jié)果。由化學(xué)知識(shí)對(duì)所研究的低級(jí)芳香烴設(shè)想可能的自由基裂解路徑，由Guassian98程序中的半經(jīng)驗(yàn)方法UAM1、在UHF/3-21G*水平的從頭計(jì)算方法和考慮了電子相關(guān)效應(yīng)的密度泛函UB3LYP/3-21G*方法對(duì)設(shè)計(jì)路徑的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了計(jì)算。由理論計(jì)算方法所得到的主反應(yīng)路徑、熱力學(xué)變量和表觀活化能等結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比有較好的一致性，對(duì)煤熱解的量子化學(xué)基礎(chǔ)的研究有重要意義[7]。

（二）在鋰離子電池研究中的應(yīng)用

鋰離子二次電池因?yàn)榫哂须娙萘看蟆⒐ぷ麟妷焊?、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全可靠、無(wú)記憶效應(yīng)、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，被人們稱(chēng)之為“最有前途的化學(xué)電源”，被廣泛應(yīng)用于便攜式電器等小型設(shè)備，并已開(kāi)始向電動(dòng)汽車(chē)、軍用潛水艇、飛機(jī)、航空等領(lǐng)域發(fā)展。

鋰離子電池又稱(chēng)搖椅型電池，電池的工作過(guò)程實(shí)際上是Li+離子在正負(fù)兩電極之間來(lái)回嵌入和脫嵌的過(guò)程。因此，深入鋰的嵌入-脫嵌機(jī)理對(duì)進(jìn)一步改善鋰離子電池的性能至關(guān)重要。Ago等[8]用半經(jīng)驗(yàn)分子軌道法以C32H14作為模型碳結(jié)構(gòu)研究了鋰原子在碳層間的插入反應(yīng)。認(rèn)為鋰最有可能摻雜在碳環(huán)中心的上方位置。Ago等[9]用abinitio分子軌道法對(duì)摻鋰的芳香族碳化合物的研究表明，隨著鋰含量的增加，鋰的離子性減少，預(yù)示在較高的摻鋰狀態(tài)下有可能存在一種Li-C和具有共價(jià)性的Li-Li的混合物。Satoru等[10]用分子軌道計(jì)算法，對(duì)低結(jié)晶度的炭素材料的摻鋰反應(yīng)進(jìn)行了研究，研究表明，鋰優(yōu)先插入到石墨層間反應(yīng)，然后摻雜在石墨層中不同部位里[11]。

隨著人們對(duì)材料晶體結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和計(jì)算機(jī)水平的更高發(fā)展，相信量子化學(xué)原理在鋰離子電池中的應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)更廣泛、更深入、更具指導(dǎo)性。

三、在生物大分子體系研究中的應(yīng)用

生物大分子體系的量子化學(xué)計(jì)算一直是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的研究領(lǐng)域，尤其是生物大分子體系的理論研究具有重要意義。由于量子化學(xué)可以在分子、電子水平上對(duì)體系進(jìn)行精細(xì)的理論研究，是其它理論研究方法所難以替代的。因此要深入理解有關(guān)酶的催化作用、基因的復(fù)制與突變、藥物與受體之間的識(shí)別與結(jié)合過(guò)程及作用方式等，都很有必要運(yùn)用量子化學(xué)的方法對(duì)這些生物大分子體系進(jìn)行研究。毫無(wú)疑問(wèn)，這種研究可以幫助人們有目的地調(diào)控酶的催化作用,甚至可以有目的地修飾酶的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)并合成人工酶；可以揭示遺傳與變異的奧秘,進(jìn)而調(diào)控基因的復(fù)制與突變，使之造福于人類(lèi)；可以根據(jù)藥物與受體的結(jié)合過(guò)程和作用特點(diǎn)設(shè)計(jì)高效低毒的新藥等等，可見(jiàn)運(yùn)用量子化學(xué)的手段來(lái)研究生命現(xiàn)象是十分有意義的。

綜上所述，我們可以看出在材料、能源以及生物大分子體系研究中，量子化學(xué)發(fā)揮了重要的作用。在近十幾年來(lái)，由于電子計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展和普及，量子化學(xué)計(jì)算變得更加迅速和方便?？梢灶A(yù)言，在不久的將來(lái)，量子化學(xué)將在更廣泛的領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

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[5]程新,陳亞明.山東建材學(xué)院學(xué)報(bào),1994,8(2):1

[6]閔新民.化學(xué)學(xué)報(bào),1992,50(5):449

[7]王寶俊,張玉貴,秦育紅等.煤炭轉(zhuǎn)化,2003,26(1):1

[8]AgoH,NagataK,YoshizawAK,etal.Bull.Chem.Soc.Jpn.,1997,70:1717

[9]AgoH,KatoM,YaharaAK.etal.JournaloftheElectrochemicalSociety,1999,146(4):1262

第2篇：量子化學(xué)應(yīng)用范文

（曲靖師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，云南 曲靖 655011）

【摘要】采用量子化B3LYP（6-311G**基組水平）對(duì)乙腈及其衍生物的反應(yīng)物，過(guò)渡態(tài)和產(chǎn)物的幾何構(gòu)型進(jìn)行了優(yōu)化，通過(guò)振動(dòng)分析對(duì)反應(yīng)物和產(chǎn)物進(jìn)行了確認(rèn)，證實(shí)了乙腈異構(gòu)化的機(jī)理。

關(guān)鍵詞 乙腈及其衍生物；異構(gòu)化；量子化學(xué)

過(guò)渡態(tài)理論指出．任何化學(xué)反應(yīng)不只是反應(yīng)物通過(guò)簡(jiǎn)單的碰撞就能變成產(chǎn)物，而是要經(jīng)過(guò)一個(gè)中間過(guò)渡態(tài)(活化絡(luò)合物)，然后才能變成產(chǎn)物。由于過(guò)渡態(tài)的壽命極短，實(shí)驗(yàn)方法難以捕捉，因此運(yùn)用量子化學(xué)方法進(jìn)行研究，無(wú)疑是一種適宜的方法。Hammond曾把過(guò)渡態(tài)與反應(yīng)物和產(chǎn)物關(guān)聯(lián)起來(lái)。

提出了對(duì)過(guò)渡態(tài)結(jié)構(gòu)作近似估計(jì)的Hammond原理，但在許多反應(yīng)中不能用它來(lái)作近似的估計(jì)。

我們用MNDO方法算得了乙腈異構(gòu)化的反應(yīng)途徑曲線和過(guò)渡態(tài)。為了克服MINDO方法所遇到的一些問(wèn)題，我們采甩了D~war等人提出的MNDO方法，它是在NDDO近似基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的 。采用能量梯渡法優(yōu)化了反應(yīng)物和產(chǎn)物的平衡幾何構(gòu)型用線性?xún)?nèi)坐標(biāo)法找到了最小能量途徑，再以它的能量投大值時(shí)的構(gòu)型作為過(guò)渡態(tài)的初始值用Powell方法優(yōu)化得到過(guò)渡態(tài)的精細(xì)構(gòu)型參數(shù)，并通過(guò)力常數(shù)計(jì)算和振動(dòng)分析予以確證。

乙腈又名甲基腈，無(wú)色透明液體，極易揮發(fā)，有優(yōu)良的溶劑性能，能溶解多種有機(jī)、無(wú)機(jī)和氣體物質(zhì)，與水和醇能無(wú)限互溶。乙腈能發(fā)生典型的腈類(lèi)反應(yīng)，并被用于制備許多典型的含氮化合物，是一個(gè)重要的有機(jī)中間體[1]。當(dāng)乙腈作為中間體參與化學(xué)反應(yīng)時(shí)，研究乙腈及乙腈衍生物的異構(gòu)化對(duì)化學(xué)反應(yīng)的途徑及產(chǎn)物的制備具有重要意義[2]。

1計(jì)算方法

本文在使用Gaussian 03量子化學(xué)程序包[3]，采用B3LYP/6-311G**量子化學(xué)方法，對(duì)乙腈互變異構(gòu)機(jī)理的反應(yīng)物、過(guò)渡態(tài)和產(chǎn)物的幾何構(gòu)型進(jìn)行了優(yōu)化，并在優(yōu)化的幾何構(gòu)型基礎(chǔ)進(jìn)行了振動(dòng)頻率分析，得到分子的幾何構(gòu)型、能量、電荷分布等，全部計(jì)算在PIV-1G微機(jī)上完成。

1.1異構(gòu)化反應(yīng)機(jī)理

當(dāng)R為H原子時(shí)，即把乙腈作為反應(yīng)體系的模型反應(yīng)物，當(dāng)R先后被1號(hào)取代基甲基(Me)，2號(hào)叔丁基(t-Bu)，3號(hào)苯基(Ph)取代時(shí)為乙腈三種不同取代基的異構(gòu)化反應(yīng)物。計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)互變異構(gòu)進(jìn)行時(shí)，反應(yīng)物的原子H4從原子C3上遷移到原子C2上，并且N1和C3成鍵。C3-H4鍵的鍵長(zhǎng)逐漸拉長(zhǎng)，而C2-H4的鍵長(zhǎng)和C3-N1鍵均逐漸被縮短，最終C2與H4成鍵，C3與N1成鍵，最終形成一個(gè)比較穩(wěn)定的碳氮碳三元環(huán)，通過(guò)各駐點(diǎn)的振動(dòng)分析計(jì)算表明，過(guò)渡態(tài)都具有唯一的虛頻。在模型反應(yīng)的基礎(chǔ)上，換取代基進(jìn)行計(jì)算其過(guò)渡態(tài)的形式與模型反應(yīng)相似。

1.2反應(yīng)物、過(guò)渡態(tài)及產(chǎn)物的能量

乙腈的過(guò)渡態(tài)ts的相對(duì)能為417.8kJ/mol，當(dāng)H原子被Me和t-Bu取代時(shí)，支鏈烷烴取代基隨著供電子基團(tuán)的增加，它們的過(guò)渡態(tài)的相對(duì)能略有減小，分別為402.6kJ/mol和389.21kJ/mol；而當(dāng)用Ph取代H原子時(shí)，其過(guò)渡態(tài)的相對(duì)能下降的比較明顯，過(guò)渡態(tài)的相對(duì)能為330.8kJ/mol。由此說(shuō)明了支鏈烷烴取代基隨著碳原子的增加，增大了空間阻礙效應(yīng)，使其過(guò)渡態(tài)的相對(duì)能略有降低，但是為什么被苯環(huán)取代的乙腈的過(guò)渡態(tài)的相對(duì)能要更偏低一點(diǎn)，這是由于苯環(huán)的六個(gè)碳原子處于同一個(gè)平面上，有一定的共軛效應(yīng)，但苯基取代的相對(duì)能量與支鏈烷烴取代的相對(duì)能相差不大。反應(yīng)物r進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，C3-H4鍵斷裂，H4原子遷移，經(jīng)過(guò)一個(gè)相對(duì)能量較高的過(guò)渡態(tài)ts，再經(jīng)過(guò)H4原子的遷移形成最后的異構(gòu)產(chǎn)物p。

1.3分子的前線軌道

根據(jù)分子軌道理論，前線軌道及其附近的分子軌道對(duì)反應(yīng)活性影響最大，因此研究前線軌道可以確定反應(yīng)部位以及為探討作用機(jī)制等提供重要信息，HOMO具有優(yōu)先提供電子的重要作用，LUMO具有接受電子的重要作用。分子的最高占據(jù)軌道 (HOMO) 能級(jí)和最低空軌道(LUMO)能級(jí)之差ΔE反映出分子的穩(wěn)定性和反應(yīng)的活性。

2結(jié)論

本文采用B3LYP方法對(duì)乙腈模型進(jìn)行了異構(gòu)化的計(jì)算研究，從直線性轉(zhuǎn)變?yōu)槿h(huán)，獲得了乙腈及其取代基異構(gòu)化反應(yīng)機(jī)理的一些重要信息，說(shuō)明乙腈及其取代基異構(gòu)化的一些特征。在模型反應(yīng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了不同烷烴取代基形成乙腈衍生物的計(jì)算，從各種參數(shù)分析，不同的取代基有相同的反應(yīng)機(jī)理，有一個(gè)過(guò)渡態(tài)(ts)，過(guò)渡態(tài)的相對(duì)能量變化不是很大，產(chǎn)物的相對(duì)能變化也不大。

參考文獻(xiàn)

［1］張會(huì)琴,梁國(guó)明．HNC-HCN反應(yīng)機(jī)理的密度泛函理論研究[J]．自然科學(xué)學(xué)報(bào),2005，22(3):100~104．

［2］林雪飛,孫成科．氮雜炔正離子與環(huán)烯反應(yīng)的機(jī)理及取代基效應(yīng)[J]．化學(xué)研究與應(yīng)用,2007,19(8):872~876.

第3篇：量子化學(xué)應(yīng)用范文

    化學(xué)鍵是理解有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的理論基礎(chǔ),有機(jī)化學(xué)中最常見(jiàn)的是σ鍵和π鍵,借助于GAMESS-US的計(jì)算結(jié)果可清楚地從三維空間立體顯示σ鍵和π鍵的形成過(guò)程。圖1是乙烷中的兩個(gè)碳原子在最小基基組下相距不同距離時(shí)所對(duì)應(yīng)的分子軌道的圖像,從圖中可明顯看出當(dāng)碳原子相距為3倍平衡鍵長(zhǎng)(3Re)時(shí),兩個(gè)碳原子上的sp3雜化軌道不能有效重疊成鍵;當(dāng)碳原子間距離靠近為2Re時(shí),兩個(gè)碳原子的sp3雜化軌道能夠部分重疊形成弱的σ鍵;當(dāng)碳原子間距離靠近到Re時(shí),兩個(gè)sp3雜化軌道可最大重疊形成穩(wěn)定的沿鍵軸呈圓柱形對(duì)稱(chēng)的σ鍵。圖2則顯示了乙烯中兩個(gè)碳原子上的2pz軌道從相距3Re逐漸靠近到Re按“肩并肩”方式形成成鍵π和反鍵π*軌道的過(guò)程。從圖2可明顯看出,π軌道在乙烯平面上的電子云密度為零,而通過(guò)兩個(gè)位相相反的2pz軌道組合形成的反鍵π*軌道,原子間電子云密度明顯降低。

    2構(gòu)象的演示

    構(gòu)象是有機(jī)化學(xué)中的一個(gè)基本概念,一般是在講述烷烴的時(shí)候引入。這里以正丁烷中C2-C3單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)為例來(lái)說(shuō)明如何通過(guò)量子化學(xué)計(jì)算直觀解釋構(gòu)象以及構(gòu)象間的相互轉(zhuǎn)換這些概念。圖3是正丁烷在6-31G(d)基組下繞中心C2-C3旋轉(zhuǎn)不同角度并限制性?xún)?yōu)化得到的不同構(gòu)象的能量曲線。圖中同時(shí)給出了各典型構(gòu)象的相對(duì)能量及其立體分子結(jié)構(gòu)。從圖中所標(biāo)示的分子結(jié)構(gòu)的球棍模型可以明顯看出,在二面角為180°(反交叉式)時(shí),丁烷的兩個(gè)甲基相聚最遠(yuǎn),整個(gè)分子能量最低;而在二面角為60°(順交叉式)時(shí)兩個(gè)甲基的相互排斥使能量升高大約4.2kJ/mol,兩者都處于勢(shì)能曲線上的極小值點(diǎn),都是較穩(wěn)定的構(gòu)象。從反交叉式轉(zhuǎn)換到順交叉式需要越過(guò)15.3kJ/mol的勢(shì)壘。而另外的全重疊式和部分重疊式構(gòu)象由于甲基相距太近,排斥能較大使得它們處于能量曲線上的極大值點(diǎn),因此是不穩(wěn)定構(gòu)象。我們還可以利用頻率計(jì)算得到的各構(gòu)象相對(duì)自由能根據(jù)玻爾茲曼公式近似計(jì)算室溫下各構(gòu)象所占的比例。

    3反應(yīng)機(jī)理的演示

    有機(jī)反應(yīng)機(jī)理是有機(jī)化學(xué)的重要組成部分,也可以說(shuō)是理解和掌握基本有機(jī)反應(yīng)的基礎(chǔ)。但是有機(jī)反應(yīng)機(jī)理普遍較為抽象,對(duì)于剛接觸到有機(jī)反應(yīng)的學(xué)生而言顯得難以掌握。若能夠以動(dòng)畫(huà)的形式來(lái)直觀化整個(gè)反應(yīng)過(guò)程,顯然有助于學(xué)生對(duì)反應(yīng)機(jī)理的理解。這里我們以有機(jī)化學(xué)里常見(jiàn)的雙分子親核取代(SN2)反應(yīng)和(氫遷移反應(yīng)來(lái)說(shuō)明如何通過(guò)計(jì)算化學(xué)來(lái)動(dòng)畫(huà)圖示整個(gè)反應(yīng)歷程。3.1SN2反應(yīng)圖4顯示的是6-31+G(d)基組下由內(nèi)稟內(nèi)坐標(biāo)(IRC)方法計(jì)算得到的SN2反應(yīng)F-+CH3ClCH3F+Cl-整個(gè)反應(yīng)歷程[6]。從IRC計(jì)算得到的反應(yīng)路徑可以很直觀地闡明整個(gè)反應(yīng)過(guò)程:F-從C-Cl鍵背面進(jìn)攻C原子,隨著反應(yīng)的進(jìn)行,F-和中心C原子的距離逐漸接近;與此同時(shí),原來(lái)的C-Cl鍵的鍵長(zhǎng)逐漸拉長(zhǎng);在反應(yīng)的過(guò)渡態(tài),C原子近似采用sp2雜化,和三個(gè)氫原子形成一個(gè)近似平面的結(jié)構(gòu),F-和Cl-分別位于這個(gè)平面的兩側(cè),F和C以及C和Cl均是靠弱的σ鍵聯(lián)系在一起,隨后F-進(jìn)一步靠近和C形成F-C鍵,Cl-離去最后形成自由的Cl-。整個(gè)反應(yīng)過(guò)程可以制作成一個(gè)動(dòng)畫(huà)進(jìn)行直觀演示,活化能的數(shù)據(jù)也可直接從反應(yīng)混合物和過(guò)渡態(tài)的相對(duì)能量差得到。3.2σ遷移反應(yīng)σ遷移反應(yīng)屬于周環(huán)反應(yīng)的一種,和有機(jī)化學(xué)中大多數(shù)離子型或者自由基反應(yīng)機(jī)理不同,σ遷移反應(yīng)一般是通過(guò)環(huán)狀過(guò)渡態(tài)協(xié)同完成。這里我們以1,3-戊二烯的[1,5]σ氫遷移反應(yīng)為例,說(shuō)明通過(guò)量子化學(xué)計(jì)算結(jié)果所展示的整個(gè)協(xié)同反應(yīng)歷程(圖5)。從IRC計(jì)算得到的結(jié)果可以直觀重現(xiàn)整個(gè)反應(yīng)過(guò)程:甲基上的氫逐漸向端基的烯基碳原子靠近,形成一個(gè)六元環(huán)過(guò)渡態(tài)結(jié)構(gòu),隨后舊的碳?xì)滏I逐漸斷裂、新碳?xì)滏I生成,最后形成產(chǎn)物。

第4篇：量子化學(xué)應(yīng)用范文

關(guān)鍵詞：Gaussian程序；教學(xué)實(shí)踐；應(yīng)用教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）27-0162-02

Gaussian程序起源于上世紀(jì)七八十年代，當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)硬件條件很差，只能計(jì)算比較簡(jiǎn)單的分子，且計(jì)算級(jí)別較低，所以幾乎不能應(yīng)用于解決化學(xué)問(wèn)題。隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算方法的不斷優(yōu)化改良，到上世紀(jì)八九十年代，人們已經(jīng)逐漸可以借助量子化學(xué)計(jì)算程序去對(duì)實(shí)驗(yàn)中的化學(xué)體系進(jìn)行模擬和研究。值得一提的是，1998年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予科恩和波普爾，以表彰他們?cè)诶碚摶瘜W(xué)領(lǐng)域做出的重大貢獻(xiàn)。他們的工作使實(shí)驗(yàn)和理論能夠共同協(xié)力探討分子體系的性質(zhì)，引起整個(gè)化學(xué)領(lǐng)域經(jīng)歷一場(chǎng)革命的變化，使化學(xué)不再是一門(mén)純粹的實(shí)驗(yàn)科學(xué)。其中，波普爾正是Gaussian程序的原創(chuàng)者之一，此次得獎(jiǎng)也是為Gaussian程序在世界范圍內(nèi)被接受和認(rèn)可奠定了基礎(chǔ)。Gaussian的版本從上世紀(jì)開(kāi)始有Gaussian 70、Gaussian 80、Gaussian 90、Gaussian 98等一系列程序。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著Gaussian 98、Gaussian 03、Gaussian 09[1]等版本的持續(xù)更新和改進(jìn)，Gaussian程序的功能也越來(lái)越強(qiáng)大，應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣。目前，Gaussian的主要功能包括：過(guò)渡態(tài)能量和結(jié)構(gòu)、反應(yīng)路徑、熱力學(xué)性質(zhì)、分子軌道、鍵和反應(yīng)能量、原子電荷和電勢(shì)、核磁性質(zhì)、紅外和拉曼光譜、振動(dòng)頻率、極化率和超極化率等，計(jì)算不僅可以對(duì)具體體系的基態(tài)進(jìn)行計(jì)算，還可以對(duì)其激發(fā)態(tài)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)進(jìn)行研究。另外，它還可以用來(lái)預(yù)測(cè)周期體系的能量、結(jié)構(gòu)和分子軌道。因此，Gaussian可以作為功能強(qiáng)大的工具，用于研究許多化學(xué)領(lǐng)域的課題，例如取代基的影響，化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，勢(shì)能曲面和激發(fā)能等。該程序近年來(lái)的高速發(fā)展和廣泛應(yīng)用使其成為化學(xué)學(xué)科的科研教學(xué)人員必須掌握的工具之一。目前國(guó)內(nèi)很多知名高校和科研院所都已經(jīng)開(kāi)展了Gaussian程序應(yīng)用這門(mén)課程，并且作為相關(guān)專(zhuān)業(yè)本科生和研究生的必修課程。鑒于此，我院于2014年也開(kāi)展了Gaussian程序應(yīng)用作為研究生選修課程，這對(duì)于提高我院研究生專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)和科研水平具有重要的意義。

一、Gaussian程序應(yīng)用的參考教材選取

有很多關(guān)于Gaussian程序應(yīng)用方面的書(shū)籍，包括中文的和英文的。針對(duì)這門(mén)課來(lái)說(shuō)，我選擇的參考教材主要是Foresman和Frisch編著的《Exploring chemistry with electronic structure methods》[2]以及可在Gaussian官網(wǎng)下載的與其配套的例子。該書(shū)分為三個(gè)部分，分別是基本概念和技術(shù)（包括第一章計(jì)算模型、第二章單點(diǎn)能計(jì)算、第三章幾何優(yōu)化、第四章 頻率分析）、計(jì)算化學(xué)方法（包括第五章基族的影響、第六章理論方法的選擇、第七章高精度計(jì)算）和應(yīng)用部分（包括第八章研究反應(yīng)和反應(yīng)性、第九章激發(fā)態(tài)、第十章溶液中的反應(yīng)）。我選擇此書(shū)的出發(fā)點(diǎn)是：它的內(nèi)容從基礎(chǔ)到應(yīng)用、從淺至深地介紹了Gaussian程序的主要功能和應(yīng)用。書(shū)中的例子涉及分子能量和結(jié)構(gòu)研究、過(guò)渡態(tài)的能量和結(jié)構(gòu)研究、化學(xué)鍵以及反應(yīng)的能量、振動(dòng)頻率、分子軌道、偶極矩和多極矩、原子電荷和電勢(shì)、紅外和拉曼光譜、核磁、極化率和超極化率、熱力學(xué)性質(zhì)、IRC反應(yīng)途徑等計(jì)算，另外還舉例模擬了在氣相和溶液中的體系、模擬基態(tài)和激發(fā)態(tài)分子的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)。這些具體例子能夠幫助從事化學(xué)及其相關(guān)領(lǐng)域的科研工作人員、教師和研究生等從不同的視角把握分子模型設(shè)計(jì)和計(jì)算模擬的策略、原則和方法，從而能夠讓研究人員全面了解Gaussian程序計(jì)算的模擬方法和應(yīng)用實(shí)例。

二、Gaussian教學(xué)內(nèi)容的選取

Gaussian程序主要是以分子力學(xué)和量子力學(xué)等為理論依據(jù)，借助計(jì)算機(jī)模擬進(jìn)行化學(xué)問(wèn)題研究的一門(mén)交叉學(xué)科。該課程教學(xué)涉及內(nèi)容多、范圍廣，這就要求學(xué)生具有良好的數(shù)學(xué)、計(jì)算化學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)、物理化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)等眾多專(zhuān)業(yè)知識(shí)的積累。學(xué)習(xí)這門(mén)課有助于拓寬學(xué)生的知識(shí)面，培養(yǎng)學(xué)生綜合多種學(xué)科知識(shí)，解決實(shí)際復(fù)雜的化學(xué)問(wèn)題的能力。然而這門(mén)課理論概念抽象，學(xué)生理解起來(lái)非常困難，教學(xué)難度也較大。選修這門(mén)課的學(xué)生主要來(lái)自物理化學(xué)專(zhuān)業(yè)和有機(jī)化學(xué)專(zhuān)業(yè)。對(duì)于物理化學(xué)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，他們的結(jié)構(gòu)化學(xué)、計(jì)算化學(xué)和物理化學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)較好，這門(mén)課的學(xué)習(xí)不是非常困難。然而對(duì)于有機(jī)化學(xué)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，這門(mén)課學(xué)起來(lái)就比較困難了，因?yàn)樗麄兊挠?jì)算化學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)知識(shí)比較薄弱。如何將抽象的化學(xué)知識(shí)簡(jiǎn)單化，形象化，幫助學(xué)生理解復(fù)雜的有機(jī)反應(yīng)機(jī)理，提高學(xué)習(xí)積極性，這對(duì)老師的教學(xué)方法和方式有很高的要求。

針對(duì)不同化學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的特點(diǎn)和他們將來(lái)要從事的職業(yè)，我更加注重實(shí)踐教學(xué)而不是抽象概念的講解和公式的推導(dǎo)。對(duì)于量子化學(xué)計(jì)算中涉及的一些算法學(xué)生只需了解，如果有學(xué)生對(duì)于基礎(chǔ)知識(shí)非常感興趣，我建議他們?nèi)ヂ?tīng)量子力學(xué)和結(jié)構(gòu)化學(xué)課程。在課堂上，我重點(diǎn)講解Gaussian程序的常用計(jì)算方法、思路和一些典型案例，以及如何運(yùn)用這些方法解決科研中碰到的實(shí)際問(wèn)題。比如講解什么是半經(jīng)驗(yàn)計(jì)算、什么是Hartree-Fock近似、什么是密度泛函理論、什么是分子力學(xué)算法等，講解他們的區(qū)別以及在不同情況下如何選擇不同的算法。此外，我還重點(diǎn)講解基于量化計(jì)算的分子結(jié)構(gòu)（包括穩(wěn)定態(tài)和過(guò)渡態(tài)）的優(yōu)化，分子光譜的計(jì)算和反應(yīng)機(jī)理研究。這些內(nèi)容對(duì)于化學(xué)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)都是非常有意義的，可以幫助他們后續(xù)的科研工作。為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的自主性，讓學(xué)生積極參與到課堂的專(zhuān)題實(shí)驗(yàn)交流活動(dòng)，提高課堂教學(xué)的效果，我會(huì)教學(xué)生使用一些軟件圖形界面如Gaussview等，直接生動(dòng)地展示和分析一些分子的三維結(jié)構(gòu)，將抽象的化學(xué)分子通過(guò)色彩鮮艷的三維立體形象界面予以展示，并教會(huì)他們?nèi)绾问褂肎aussview建立分子模型和分析計(jì)算結(jié)果。在用Gaussview軟件建立模型的過(guò)程中，我首先對(duì)主工具欄里邊的元素工具和環(huán)工具等建模工具做了講解，然后再對(duì)編輯工具即鍵長(zhǎng)、鍵角和二面角工具做了使用演示，另外還講了加H工具和原子消除工具的使用。事實(shí)上，上述的這幾個(gè)工具如果能掌握好，學(xué)生們基本上就能根據(jù)所學(xué)化學(xué)知識(shí)來(lái)建立相應(yīng)的分子的三維結(jié)構(gòu)模型。隨后，在課堂上我再演示如何用鼠標(biāo)操作來(lái)旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)、縮放和疊加結(jié)構(gòu)，如何用鼠標(biāo)操作來(lái)改變分子的顯示形式和顏色，如何查看結(jié)果如能量數(shù)據(jù)，以及如何顯示分子的原子電荷和分子軌道性質(zhì)等。等學(xué)生基本掌握了Gaussview的模型建立和結(jié)果分析工具，我會(huì)給他們講解如何將分子模型通過(guò)設(shè)置不同的關(guān)鍵詞來(lái)提交相應(yīng)任務(wù)給Gaussian程序去執(zhí)行，如結(jié)構(gòu)優(yōu)化的關(guān)鍵詞是OPT，頻率計(jì)算的關(guān)鍵詞是FREQ等。由于Gaussian的功能強(qiáng)大，授課時(shí)間有限，我們只介紹一些基本操作和簡(jiǎn)單例子給學(xué)生。例如讓學(xué)生對(duì)鄰位、間位和對(duì)位的二取代苯進(jìn)行在不同計(jì)算級(jí)別（如HF/6-31G（d，p）水平下）進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化模擬，然后對(duì)其能量比較分析哪個(gè)異構(gòu)體在氣相和液相下最穩(wěn)定。對(duì)于反應(yīng)機(jī)理，我會(huì)讓學(xué)生通過(guò)尋找一些簡(jiǎn)單的常見(jiàn)化學(xué)反應(yīng)如Diels-Alder反應(yīng)、SN2親核取代反應(yīng)的過(guò)渡態(tài)的構(gòu)型來(lái)加深對(duì)反應(yīng)通道的理解，通過(guò)IRC計(jì)算直觀的看出化學(xué)反應(yīng)中分子結(jié)構(gòu)的變化。此外，我還會(huì)講一些實(shí)例介紹光譜的預(yù)測(cè)，比如首先我們會(huì)在基態(tài)下用DFT方法優(yōu)化發(fā)光分子的結(jié)構(gòu)，然后對(duì)其進(jìn)行TDDFT計(jì)算來(lái)預(yù)測(cè)其紫外吸收光譜和熒光光譜等發(fā)光性質(zhì)，從而為功能分子的設(shè)計(jì)提供便利。最后，根據(jù)本院實(shí)際科研需要，我們會(huì)適當(dāng)進(jìn)行一些應(yīng)用教學(xué)來(lái)滿(mǎn)足不同專(zhuān)業(yè)學(xué)生的需求。

三、開(kāi)展Gaussian程序應(yīng)用課程的前景展望

自然科學(xué)發(fā)展的歷史和規(guī)律表明，多學(xué)科的優(yōu)勢(shì)交叉促進(jìn)了最基本的微觀過(guò)程和最復(fù)雜的宏觀過(guò)程的統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。在這個(gè)信息大爆炸的時(shí)代，Gaussian這一量子化學(xué)計(jì)算程序應(yīng)運(yùn)而生并被廣泛認(rèn)可和應(yīng)用。它既要求使用者有一定的量子力學(xué)等數(shù)理基礎(chǔ)來(lái)理解計(jì)算流程，而且要求他們對(duì)于化學(xué)問(wèn)題有深刻認(rèn)識(shí)和獨(dú)特見(jiàn)解，屬于一門(mén)高度交叉的新興方法和工具，涉及應(yīng)用化學(xué)、理論化學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)等眾多領(lǐng)域。目前，Gaussian程序已經(jīng)成為理論化學(xué)計(jì)算中的常規(guī)方法之一，開(kāi)展此門(mén)課程可以使科學(xué)研究人將其用于未來(lái)的反應(yīng)機(jī)理研究、反應(yīng)的立體和化學(xué)選擇性的解釋、化合物結(jié)構(gòu)及其光譜等性質(zhì)預(yù)測(cè)，并可指導(dǎo)設(shè)計(jì)小分子催化劑甚至新型催化反應(yīng)，減少實(shí)驗(yàn)上的盲目性和偶然性，從而達(dá)到節(jié)省人力、物力和財(cái)力的最終目的。

理論計(jì)算化學(xué)在近幾十年來(lái)取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，已從根本上改變了人們對(duì)于化學(xué)只是一門(mén)實(shí)驗(yàn)科學(xué)的認(rèn)知，它已經(jīng)成為化學(xué)學(xué)科的一個(gè)重要組成部分。我國(guó)的理論計(jì)算研究發(fā)展迅速，化學(xué)學(xué)科正處于從單純實(shí)驗(yàn)到以實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算相輔相成轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時(shí)期，從專(zhuān)業(yè)發(fā)展的角度而言，開(kāi)展理論計(jì)算化學(xué)相關(guān)課程如Gaussian程序應(yīng)用具有非常廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)：

第5篇：量子化學(xué)應(yīng)用范文

礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)利用中,礦物分離與富集的依據(jù)是有用礦物與脈石礦物之間的物理化學(xué)性質(zhì)差異。這種物理化學(xué)性質(zhì)指的是礦物比重、磁性、電性、表面化學(xué)性質(zhì)等,與這些性質(zhì)對(duì)應(yīng)的礦物分離與富集方法分別是重力選礦、磁電選礦、浮選等。利用重力選礦和磁電選礦分離與富集礦物的方法受到礦物比重、磁性和電性難以改變的限制,應(yīng)用范圍相對(duì)較窄,而礦物表面性質(zhì)可以通過(guò)人為改變,對(duì)應(yīng)的浮選在礦物加工工程得到廣泛的應(yīng)用?？梢哉f(shuō),所有的礦物都可以通過(guò)浮選方法進(jìn)行分離與富集。正是由于浮選成為礦物分離與富集應(yīng)用最為廣泛的方法,而浮選的理論基礎(chǔ)又是化學(xué),所以化學(xué)是礦物加工工程學(xué)科的重要基礎(chǔ)成為公認(rèn)的事實(shí),浮選作為礦物加工的主要方法,本身就是化學(xué)在礦物加工工程學(xué)科中的一種應(yīng)用,因此,化學(xué)教育在礦物加工工程學(xué)科的基礎(chǔ)理論教育中占有非常重要的地位。礦物和巖石是自然界中天然形成的,具有固定組成的固體化合物,由于成分不同、成礦條件不同,不同的礦物表面性質(zhì)是不同的,即使相同組成的礦物,由于成礦地點(diǎn)和成礦條件不同也會(huì)具有不同的表面性質(zhì)。對(duì)于浮選分離礦物而言,不同的礦物表面性質(zhì)又有相似之處,礦物與巖石之間、礦物與礦物之間、巖石與巖石之間的表面性質(zhì)異同,成為浮選分離與富集這些礦物的根本依據(jù)。浮選工程中,礦物與巖石的表面性質(zhì)可以根據(jù)需要人為調(diào)節(jié)和改變,從而擴(kuò)大需要分離的礦物之間的表面性質(zhì)差異,實(shí)現(xiàn)礦物之間的有效分離?；瘜W(xué)是學(xué)生需要學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)課程,從初中開(kāi)始,就涉及到化學(xué)的學(xué)習(xí),直到博士研究生,化學(xué)仍然是礦物加工工程學(xué)科學(xué)生需要繼續(xù)學(xué)習(xí)的課程。甚至作為高層次的礦物加工工程學(xué)科的教授專(zhuān)家,仍在不間斷的學(xué)習(xí)化學(xué)?；瘜W(xué)與浮選是不可分的,可以說(shuō),無(wú)論多么深厚的化學(xué)知識(shí),都不能說(shuō)對(duì)于浮選已經(jīng)足夠了?；瘜W(xué)有多深?yuàn)W,浮選就有多深?yuàn)W。礦物加工工程學(xué)科人才培養(yǎng)過(guò)程中,化學(xué)教育是根本之一,不同層次的人才對(duì)應(yīng)不同程度的化學(xué)教育。只有重視化學(xué)教育,才能做好礦物加工學(xué)科的人才培養(yǎng)。

1浮選是化學(xué)在礦物加工工程中的應(yīng)用

無(wú)機(jī)化學(xué)研究元素、單質(zhì)和無(wú)機(jī)化合物的來(lái)源、制備、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、變化和應(yīng)用的一門(mén)化學(xué),是化學(xué)中最古老的化學(xué)分支學(xué)科。浮選的對(duì)象為礦物巖石,本身就是無(wú)機(jī)物,礦物的表面性質(zhì)決定于礦物本身的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),礦物表面性質(zhì)的研究離不開(kāi)礦物內(nèi)部組成、結(jié)構(gòu)及性質(zhì)的研究。礦物與巖石的研究將涉及無(wú)機(jī)化學(xué)的所有領(lǐng)域與內(nèi)容,無(wú)機(jī)化學(xué)成為礦物加工工程學(xué)科學(xué)生的必修課程。有機(jī)化學(xué)又稱(chēng)為碳化合物的化學(xué),是研究有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、制備的學(xué)科,是化學(xué)中極重要的一個(gè)分支。含碳化合物被稱(chēng)為有機(jī)化合物是因?yàn)橐酝幕瘜W(xué)家們認(rèn)為含碳物質(zhì)一定要由生物(有機(jī)體)才能制造;然而在1828年的時(shí)候,德國(guó)化學(xué)家弗里德里希•維勒,在實(shí)驗(yàn)室中成功合成尿素(一種生物分子),自此以后有機(jī)化學(xué)便脫離傳統(tǒng)所定義的范圍,擴(kuò)大為含碳物質(zhì)的化學(xué)。礦物浮選是通過(guò)改變礦物表面的疏水性來(lái)實(shí)現(xiàn)的,而增加礦物表面疏水性的方法是采用含烴基的異極性分子在礦物表面吸附,含烴基的異極性分子就是典型的有機(jī)物質(zhì)分子,研究捕收劑、起泡劑等浮選藥劑,將涉及廣泛的有機(jī)化學(xué)。有機(jī)化學(xué)也是礦物加工工程學(xué)科學(xué)生的必修課程。物理化學(xué)的內(nèi)容大致可以概括為三個(gè)方面:化學(xué)體系的宏觀平衡性質(zhì),以熱力學(xué)的三個(gè)基本定律為理論基礎(chǔ),研究宏觀化學(xué)體系在氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)、溶解態(tài)以及高分散狀態(tài)的平衡物理化學(xué)性質(zhì)及其規(guī)律性。屬于這方面的物理化學(xué)分支學(xué)科有化學(xué)熱力學(xué)。溶液、膠體和表面化學(xué)?；瘜W(xué)體系的微觀結(jié)構(gòu)和性質(zhì)以量子理論為理論基礎(chǔ),研究原子和分子的結(jié)構(gòu),物體的體相中原子和分子的空間結(jié)構(gòu)、表面相的結(jié)構(gòu),以及結(jié)構(gòu)與物性的規(guī)律性。屬于這方面的物理化學(xué)分支學(xué)科有結(jié)構(gòu)化學(xué)和量子化學(xué)?；瘜W(xué)體系的動(dòng)態(tài)性質(zhì)研究由于化學(xué)或物理因素的擾動(dòng)而引起體系中發(fā)生的化學(xué)變化過(guò)程的速率和變化機(jī)理。屬于這方面的物理化學(xué)分支學(xué)科有化學(xué)動(dòng)力學(xué)、催化、光化學(xué)和電化學(xué)。物理化學(xué)是一門(mén)內(nèi)容豐富,外延廣闊的化學(xué),浮選涉及的礦物巖石、礦漿溶液、有機(jī)分子以及泡沫浮選氣體介質(zhì)與礦物之間的相互作用等等,都涉及到物理化學(xué)。物理化學(xué)在礦物加工工程本科課程設(shè)置,占有最多的學(xué)時(shí)數(shù),分兩學(xué)期學(xué)習(xí),是礦物加工工程學(xué)科至關(guān)重要的一門(mén)化學(xué)課程。物理化學(xué)學(xué)習(xí)好壞直接關(guān)系到浮選學(xué)習(xí)。物理化學(xué)也是礦物加工工程學(xué)科研究生入學(xué)考試的必考課程。分析化學(xué)的內(nèi)容主要是:物質(zhì)中元素、基團(tuán)的定性分析;每種成分的數(shù)量或物質(zhì)純度的定量分析;物質(zhì)中原子彼此聯(lián)結(jié)而成分子和在空間排列的結(jié)構(gòu)和立體分析。研究對(duì)象從單質(zhì)到復(fù)雜的混合物和大分子化合物,從無(wú)機(jī)物到有機(jī)物,從低分子量到高分子量。樣品可以是氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)。稱(chēng)樣重量可由100克以上以至毫克以下。1931年E.威森伯格提出的殘?jiān)鼫y(cè)定,只取10微克樣品,便屬于超微量分析。所用儀器從試管直到附自動(dòng)化設(shè)備并用電子計(jì)算機(jī)程序控制、記錄和儲(chǔ)存等的高級(jí)儀器。分析化學(xué)以化學(xué)基本理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)為基礎(chǔ),并吸收物理、生物、統(tǒng)計(jì)、電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化等方面的知識(shí)以充實(shí)本身的內(nèi)容,從而解決科學(xué)、技術(shù)所提出的各種分析問(wèn)題。礦物加工工程學(xué)科涉及的礦物巖石、溶液、有機(jī)和無(wú)機(jī)藥劑、礦物加工原料及產(chǎn)品都需要通過(guò)分析檢測(cè)得以定性或定量的描述,理論研究過(guò)程中的儀器分析檢測(cè),對(duì)礦物加工過(guò)程中的行為機(jī)理也才能進(jìn)行研究和了解,所以礦物加工也與分析化學(xué)密切相關(guān)。礦物加工工程學(xué)科課程設(shè)置中,在本科階段或者在研究生階段需要對(duì)分析化學(xué)進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)。結(jié)構(gòu)化學(xué)、高分子化學(xué)、絡(luò)合物化學(xué)、電化學(xué)、量子化學(xué)等是比以上四大化學(xué)更加細(xì)化的化學(xué)分支方向,在進(jìn)行礦物浮選研究中,針對(duì)具體的研究?jī)?nèi)容和目的,不同程度地將涉及到這些更加深入和細(xì)化的內(nèi)容。為了使化學(xué)與礦物加工工程學(xué)科結(jié)合的更加緊密,在研究生階段還開(kāi)設(shè)了浮選表面化學(xué)、浮選藥劑化學(xué)、浮選電化學(xué)、浮選溶液化學(xué)等。盡管在礦物加工工程學(xué)科不同階段開(kāi)設(shè)了大量的化學(xué)課程，涉及的化學(xué)內(nèi)容幾乎涵蓋了化學(xué)領(lǐng)域的所有內(nèi)容，但對(duì)浮選的深入研究和理解仍然不夠。礦物浮選發(fā)展至今，還有大量的浮選理論問(wèn)題沒(méi)有解決，浮選工藝的水平還有待提升，進(jìn)一步強(qiáng)化化學(xué)教育和礦物浮選化學(xué)研究對(duì)礦物浮選的發(fā)展具有重要的基礎(chǔ)作用。

2各層次人才培養(yǎng)中的化學(xué)教育

以技術(shù)工人為培養(yǎng)目標(biāo)的中專(zhuān)和職業(yè)教育,由于生源大多是初中和高中畢業(yè)生,化學(xué)知識(shí)非常有限,僅對(duì)一些化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)有所了解,特別是初中文化水平的學(xué)生,只能了解一些初步的化學(xué)現(xiàn)象,因此,在進(jìn)行礦物加工專(zhuān)業(yè)知識(shí)教學(xué)的過(guò)程中,必須補(bǔ)充一些學(xué)習(xí)浮選技術(shù)必要的化學(xué)知識(shí)。這種化學(xué)知識(shí)的補(bǔ)充,可以貫穿在專(zhuān)業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程中,也可以單獨(dú)開(kāi)設(shè)簡(jiǎn)單的化學(xué)課程。只有在學(xué)生初步了解和掌握了浮選技術(shù)必備的基本化學(xué)知識(shí)以后,浮選技術(shù)專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)才能有效開(kāi)展,學(xué)生也才能真正理解礦物浮選的技術(shù)知識(shí)。對(duì)于以生產(chǎn)技術(shù)管理和技術(shù)應(yīng)為目標(biāo)的專(zhuān)科和本科教育,系統(tǒng)的課程設(shè)置已經(jīng)考慮了化學(xué)對(duì)礦物加工工程的重要性,無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)都是必修課程,學(xué)時(shí)數(shù)占到專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程學(xué)時(shí)數(shù)很大的比例,經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的化學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí),學(xué)生在學(xué)習(xí)浮選專(zhuān)業(yè)課程時(shí),已經(jīng)能夠較深入理解礦物浮選中的化學(xué)問(wèn)題,也能較好掌握浮選理論和浮選工藝專(zhuān)業(yè)知識(shí)。在生產(chǎn)技術(shù)管理和技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中,也基本能根據(jù)礦石性質(zhì)的變化,應(yīng)用所學(xué)到的化學(xué)知識(shí)和浮選理論,分析解決生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的一般性的技術(shù)問(wèn)題。以科學(xué)研究為目標(biāo)的研究生教育,為了使學(xué)生能夠從生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)和解決生產(chǎn)技術(shù)問(wèn)題,具備獨(dú)立從事礦物加工工程領(lǐng)域科學(xué)研究的能力,在大學(xué)期間學(xué)習(xí)無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)的基礎(chǔ)上,還需要進(jìn)一步學(xué)習(xí)分析化學(xué)。通過(guò)分析化學(xué)的學(xué)習(xí),可以讓研究生掌握常規(guī)的分析檢測(cè)技術(shù),了解和掌握科學(xué)研究過(guò)程中所要使用的現(xiàn)代檢測(cè)手段,發(fā)現(xiàn)、分析和研究試驗(yàn)過(guò)程中獲得的數(shù)據(jù)、結(jié)果,從而解決科學(xué)技術(shù)問(wèn)題。對(duì)于博士研究生,是要讓他們更深層次理解礦物浮選的機(jī)理,培養(yǎng)其創(chuàng)新精神和意識(shí),為此,從電子、原子、分子層面上理解礦物浮選理論是必要的,所以,在已經(jīng)較好掌握了無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、分析化學(xué)的基礎(chǔ)上,量子化學(xué)的學(xué)習(xí)和了解對(duì)于博士研究生來(lái)說(shuō)是需要的。從以上的分析可知,浮選跟化學(xué)是不可分的,浮選實(shí)際上就是應(yīng)用化學(xué)的一部分。無(wú)論是技術(shù)操作工人,還是從而浮選理論研究的博士研究生,不同程度都必須將化學(xué)作為基礎(chǔ),沒(méi)有相應(yīng)的化學(xué)基礎(chǔ),從事浮選技術(shù)應(yīng)用、技術(shù)開(kāi)發(fā)及浮選理論研究都是難以想象的?；瘜W(xué)是浮選的基礎(chǔ),浮選是礦物加工工程最重要的方法,因而礦物加工工程學(xué)科的化學(xué)教育是極端重要的。

3重視礦物加工工程學(xué)科的化學(xué)教育

礦產(chǎn)資源是不可再生的,隨著礦產(chǎn)資源的不斷開(kāi)發(fā)利用,資源枯竭已經(jīng)成為制約社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要問(wèn)題之一,資源高效利用成為礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)與利用必須堅(jiān)持的原則。如何實(shí)現(xiàn)資源的高效利用,顯然礦物加工先進(jìn)技術(shù)的開(kāi)發(fā)與利用是實(shí)現(xiàn)資源高效的重要支撐。礦物加工工程中,浮選是最為主要的方法,而化學(xué)優(yōu)勢(shì)浮選的基礎(chǔ),通過(guò)浮選回收和利用礦產(chǎn)資源,實(shí)際上就是利用化學(xué)或者表面化學(xué)方法回收和利用礦產(chǎn)資源。重視礦物加工工程學(xué)科的化學(xué)教育問(wèn)題,才可能從根本上提高人才質(zhì)量,才能從源頭上解決礦產(chǎn)資源高效利用的根本問(wèn)題。礦產(chǎn)資源開(kāi)采出來(lái)以后,多種資源共伴生,性質(zhì)復(fù)雜,給資源中各種礦物的分離與富集帶來(lái)了很多困難,為了實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用,只要有價(jià)值的礦物,都要進(jìn)行回收,此時(shí),這種礦物的物理化學(xué)性質(zhì)研究,通過(guò)化學(xué)的方式改變各種礦物的性質(zhì),擴(kuò)大彼此間性質(zhì)的差異就成為礦物加工工程學(xué)科的重要課題,而所使用的方法基本上都是化學(xué)的方法,所以,礦物加工工程學(xué)科中的化學(xué),決定著礦產(chǎn)資源的綜合利用,也只有重視礦物加工工程學(xué)科的化學(xué)教育問(wèn)題,才可能從根本上提高人才質(zhì)量,才能從源頭上解決礦產(chǎn)資源綜合利用的根本問(wèn)題。礦產(chǎn)資源天然形成的,其中的組分有的是對(duì)人類(lèi)社會(huì)有益的,但同樣存在對(duì)人類(lèi)社會(huì)有害的組分,在礦產(chǎn)資源回收利用過(guò)程中,高效、綜合回收有益組分的同時(shí),處理好有害成分也是礦物加工工程學(xué)科的任務(wù)。只有解決了有害組分的處理,使得礦物加工過(guò)程中和礦物加工以后剩下來(lái)無(wú)用組分無(wú)害于人類(lèi)和社會(huì),礦產(chǎn)資源才能實(shí)現(xiàn)清潔利用。礦產(chǎn)資源中有害組分的處理,首先也必須掌握這些組分的性質(zhì),然后通過(guò)化學(xué)的、物理的方法對(duì)其進(jìn)行分離、無(wú)害化處理等,而這些過(guò)程也與化學(xué)密切相關(guān),所以,礦產(chǎn)資源的清潔利用也離不開(kāi)化學(xué)。礦物加工工程學(xué)科的化學(xué)教育也是礦產(chǎn)資源清潔利用所要求的。礦物加工過(guò)程大都需要將礦石磨細(xì),使礦石中的有用礦物與脈石礦物解離,而有用礦物與脈石礦物的分離大多是在水中進(jìn)行的,礦物加工工程廢水排放成為影響環(huán)境的重要問(wèn)題。當(dāng)今的礦物加工工程領(lǐng)域,要求選礦廢水零排放,確保廢水對(duì)環(huán)境不造成影響。廢水零排放意味著廢水必須回用,而廢水回用將帶來(lái)對(duì)選礦技術(shù)指標(biāo)產(chǎn)生影響的問(wèn)題,為了盡可能不是回水影響選礦技術(shù)指標(biāo),必須對(duì)回水進(jìn)行性質(zhì)研究,有的還要進(jìn)行適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)處理,無(wú)論是回水性質(zhì)的研究和回水的化學(xué)處理,都需要涉及化學(xué)知識(shí),所以,礦物加工過(guò)程中廢水對(duì)環(huán)境的影響、廢水回用的處理等都直接與化學(xué)相關(guān)。礦物加工的環(huán)境問(wèn)題也要求礦物加工工程學(xué)科重視化學(xué)教育。礦物加工過(guò)程中,做好了資源高效、綜合、清潔利用,做好了廢水的循環(huán)利用和實(shí)現(xiàn)了廢水的零排放,就能實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)利用的可持續(xù)發(fā)展,而礦產(chǎn)資源高效、綜合、清潔利用與廢水處理均與化學(xué)密切相關(guān),由此看出化學(xué)在礦物加工工程領(lǐng)域的重要性,重視化學(xué)教育是礦物加工工程學(xué)科的必然要求。

第6篇：量子化學(xué)應(yīng)用范文

關(guān)鍵詞： 肽鍵 光譜 生物分子

對(duì)于分子結(jié)構(gòu)，振動(dòng)光譜可以提供精確的信息，尤其是對(duì)于手性分子，其可以通過(guò)各種光學(xué)技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，如振動(dòng)圓二色譜、拉曼光學(xué)活性譜等，這些都對(duì)分子的絕對(duì)構(gòu)型很敏感。截至目前，應(yīng)用領(lǐng)域最多的是生物分子，比如氨基酸、蛋白質(zhì)，核酸和糖類(lèi)等[1]。為了探究更多生物分子的構(gòu)型和構(gòu)象，前人做了大量的理論預(yù)測(cè)和實(shí)驗(yàn)光譜研究。例如，Bour等人[2]采用量子化學(xué)模擬研究了不同長(zhǎng)度生物分子的振動(dòng)光譜，進(jìn)而研究了各種分子振動(dòng)張量對(duì)分子性質(zhì)的影響。我們先前也通過(guò)實(shí)驗(yàn)表征和密度泛函計(jì)算研究了環(huán)氨基酸分子的立體構(gòu)型，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論比較發(fā)現(xiàn)，B3LYP方法提供了精確的光譜預(yù)測(cè)[3]，這有助于提高生物分子光譜性質(zhì)的精確預(yù)測(cè)，并幫助實(shí)驗(yàn)光譜指派合理的分子構(gòu)型。本文利用密度泛函DFT方法對(duì)含兩個(gè)肽鍵甘氨酸三聚體的紅外光譜和拉曼光譜做系統(tǒng)研究，這些工作為以后實(shí)驗(yàn)光譜比較分析提供理論參考，并進(jìn)一步為可能的生命活動(dòng)提供重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1.理論計(jì)算

我們采用密度泛函DFT-B3LYP方法[4]，對(duì)含有兩個(gè)肽鍵甘氨酸的光譜性質(zhì)做了系統(tǒng)研究，計(jì)算中采用了6-31++G**全電子基組形式。為了考慮結(jié)構(gòu)中的弱相互作用，所有計(jì)算都采納了D3色散校正[5]。整個(gè)計(jì)算任務(wù)都采用GAUSSIAN 09程序包[6]，在I7單機(jī)上完成。

2.結(jié)果和討論

2.1結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

我們通過(guò)量子化學(xué)模擬，對(duì)甘氨酸單體、二聚體和三聚體的電子親和能和電離勢(shì)做了理論計(jì)算。定義如下：電子親和能計(jì)算公式EA=E0-E-1；電離勢(shì)計(jì)算公式EA=E+1-E0。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)甘氨酸三聚體的電子親和能比單體和二聚體的分別小約0.42和0.19 eV，而其電離勢(shì)也比它們的分別小約0.22和0.17 eV，這些表明甘氨酸隨著聚合度的增加，其電子親和能和電離勢(shì)都降低，并進(jìn)一步說(shuō)明其穩(wěn)定結(jié)構(gòu)更易于接受/失掉一個(gè)電子而成為陰/陽(yáng)離子。

2.2模擬的振動(dòng)光譜

基于優(yōu)化好的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，在B3LYP/6-31++G**理論級(jí)別上，我們研究了三聚體的紅外振動(dòng)和拉曼光譜，振動(dòng)光譜圖見(jiàn)下圖。通過(guò)紅外振動(dòng)頻率分析，我們發(fā)現(xiàn)位于1759 cm-1的最強(qiáng)紅外振動(dòng)峰歸屬于結(jié)構(gòu)下面兩個(gè)C=O官能團(tuán)的伸縮振動(dòng)，附近的1824 cm-1次強(qiáng)峰來(lái)自于上面一個(gè)C=O官能團(tuán)的伸縮振動(dòng)；中等峰1541 cm-1歸咎于主鏈上N-H骨架內(nèi)搖擺振動(dòng)，而1184 cm-1歸屬于羧基中的C-O的伸縮振動(dòng)。

拉曼振動(dòng)光譜如圖1b所示，僅僅在高波段有三個(gè)峰，如位于3046和3081 cm-1的振動(dòng)峰歸屬于主鏈上CH2中對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)，而3132 cm-1的弱峰來(lái)自于CH2中非對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)；在小于3000 cm-1的波段，沒(méi)有明顯強(qiáng)峰存在。通過(guò)這些理論模擬，我們對(duì)甘氨酸三聚體的紅外和拉曼振動(dòng)峰做了歸屬，其結(jié)果有助于實(shí)驗(yàn)研究的進(jìn)一步比較分析。

圖 模擬甘氨酸三聚體的振動(dòng)光譜： （a）紅外， （b）拉曼

3.結(jié)語(yǔ)

本文采用密度泛函B3LYP方法對(duì)含兩個(gè)肽鍵甘氨酸三聚體的紅外和拉曼光譜做了理論預(yù)測(cè)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：甘氨酸隨著聚合度的增加，其電子親和能和電離勢(shì)都降低，表明其化學(xué)穩(wěn)定性都減弱。我們對(duì)三聚體的紅外和拉曼光譜進(jìn)行了理論模擬，并對(duì)所有紅外振動(dòng)峰做了歸屬，發(fā)現(xiàn)紅外最強(qiáng)峰來(lái)自于C=O的伸縮振動(dòng)。這些研究結(jié)果對(duì)以后甘氨酸的各種實(shí)驗(yàn)表征和分析提供有價(jià)值的理論參考。

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第7篇：量子化學(xué)應(yīng)用范文

關(guān)鍵詞：原子軌道；誤概念；概念轉(zhuǎn)變

文章編號(hào)：1008-0546（2016）04-0010-03 中圖分類(lèi)號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.04.004

從道爾頓的原子學(xué)說(shuō)到盧瑟福的核型原子模型，人們一步一步地認(rèn)識(shí)原子的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)。當(dāng)原有理論不能解釋氫原子線狀光譜等實(shí)驗(yàn)事實(shí)時(shí)，出現(xiàn)了量子力學(xué)。

玻爾引入了部分量子理念，但只能解釋氫原子及一些單電子離子的光譜，原因在于其沒(méi)有完全拋棄經(jīng)典力學(xué)的內(nèi)容。1926年薛定諤意識(shí)到，微觀粒子的波粒二象性和不確定性之間的關(guān)系，提出了薛定諤方程。通過(guò)求解薛定諤方程得出原子的能量和波函數(shù)，波函數(shù)又被稱(chēng)為“原子軌道”，能量稱(chēng)為原子軌道能。這正是原子軌道的基礎(chǔ)，表示核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，與經(jīng)典的軌道意義不同，是一種軌道函數(shù)。[1]由于高中階段學(xué)生并未接觸波函數(shù)和薛定諤方程，本文將“原子軌道”理解為電子在核外空間概率密度較大的區(qū)域?？捎捎诓栃行悄Ｐ头浅Ｐ蜗蠛?jiǎn)單，學(xué)生常常深刻記憶，阻礙學(xué)生理解原子軌道的本質(zhì)――概率。本文就此研究學(xué)生產(chǎn)生有關(guān)“原子軌道”誤概念的原因，針對(duì)誤概念進(jìn)行概念轉(zhuǎn)變。

一、誤概念產(chǎn)生原因分析

1. 受舊量子學(xué)說(shuō)“玻爾理論”干擾

不同水平學(xué)生都更喜歡具體、簡(jiǎn)單的抽象模型。例如：原子和分子的全填充模型；玻爾原子模型；八隅體規(guī)則等。即使學(xué)生在一個(gè)很高的教育水平也可能使用簡(jiǎn)單的抽象模型，例如原子模型的量子化學(xué)或分子軌道。[2]文獻(xiàn)整理發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)玻爾模型尤為記憶深刻。

物理學(xué)家玻爾（Niels Bohr，1885-1962），建立氫原子核外電子運(yùn)動(dòng)模型，解釋了氫原子光譜，后人稱(chēng)為“玻爾理論”，主要內(nèi)容：（1）行星模型；（2）定態(tài)假設(shè)；（3）量子化條件；（4）躍遷規(guī)則。[3]后來(lái)的新量子論完全拋棄了玻爾行星模型的“外殼”，而玻爾理論的合理“內(nèi)核”保留下來(lái)的。學(xué)生們卻恰恰相反，牢固地記住了“外殼”，忽略了“內(nèi)核”。

（1） “軌道”（orbital）的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)

學(xué)生混用“軌道”（orbital）和“玻爾軌道”（orbit）?！败壍馈保╫rbital）是用來(lái)描述在一定能層和能級(jí)上又有一定取向的電子云，即電子在核外空間概率密度較大的區(qū)域。

Georgios Papaphotis和Georgios Tsaparlis（2008）[4]通過(guò)測(cè)驗(yàn)題檢測(cè)學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)量子化學(xué)的理解程度。其中有一道題為“根據(jù)你的猜想，畫(huà)出氫原子實(shí)際的樣子?！背^(guò)三分之二的學(xué)生堅(jiān)持“行星模型”（即使已經(jīng)學(xué)習(xí)量子力學(xué)概率模型）。圖1為學(xué)生的圖畫(huà)表征。

學(xué)生對(duì)“玻爾行星模型”記憶深刻，有三個(gè)原因：第一，玻爾采用“類(lèi)比”的方法，將核外電子運(yùn)行方式比喻成行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)行，非常形象，不用死記硬背；第二，量子化學(xué)用電子云表征“軌道”（orbital），學(xué)生頭腦中并沒(méi)有類(lèi)似的“圖式”可以“同化”，造成認(rèn)知記憶障礙；第三，兩個(gè)理論都用“軌道”表述，使學(xué)生產(chǎn)生理解偏差。是否可以將現(xiàn)今的“軌道”（orbital）改稱(chēng)“云層”，以區(qū)別于“玻爾軌道”（orbit），一方面體現(xiàn)電子云的表征方式突出本質(zhì)，另一方面體現(xiàn)了原子軌道（s，p，d.....）能級(jí)層次。

（2） “基態(tài)”和“激發(fā)態(tài)”的錯(cuò)誤理解

學(xué)生受玻爾理論中的行星軌道影響，認(rèn)為“基態(tài)”和“激發(fā)態(tài)”仍在固定的軌道上，忽略了核外電子在核外運(yùn)行的本質(zhì)為“概率”問(wèn)題。

Georgios Papaphotis和Georgios Tsaparlis（2008）測(cè)試題“在基態(tài)氫原子的1s軌道的空間外有可能發(fā)現(xiàn)電子嗎？說(shuō)明原因?！薄＿@道題目大約20%的人回答正確。大部分認(rèn)為，在“1s區(qū)域”外發(fā)現(xiàn)電子，只有可能是被激發(fā)了。這些錯(cuò)誤答案都是基于對(duì)軌道的“確定性”認(rèn)識(shí)，認(rèn)為電子是在一個(gè)固定空間中運(yùn)動(dòng)。

2. 對(duì)原子軌道本質(zhì)“概率”問(wèn)題不清楚

學(xué)生無(wú)法對(duì)原子軌道本質(zhì)“概率”問(wèn)題理解清楚的原因在于，無(wú)法理解“為什么微觀粒子不能像宏觀物體一樣用確定的‘軌跡’來(lái)描述物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律？”。其中“海森堡不確定原理”起關(guān)鍵作用。只要明白“不確定原理”為什么“不確定”，就能明白為什么要用“概率”描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

（1）海森堡不確定理論

海森堡（W，Heisenberg，1901-1976）論證到，對(duì)于一個(gè)物體的動(dòng)量（mv）的測(cè)量的偏差（mv）和相對(duì)該物體的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)，也就是該物體的位置（x）的測(cè)量偏差（x）的乘積處于普朗克常數(shù)的數(shù)量級(jí)，即：

Δx?ΔP≥h（4∏）

這個(gè)關(guān)系式被稱(chēng)為海森堡不確定關(guān)系式。用此公式考察氫原子的基態(tài)電子，發(fā)現(xiàn)電子在相當(dāng)于玻爾半徑的約5倍（260/53）的內(nèi)外空間里都可以找到（包括在原子核上），這樣，玻爾半徑以及線性軌道變成了無(wú)稽之談。因此采用“概率”描述微粒粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

學(xué)生不理解“海森堡理論的本質(zhì)是由電子本身特性引起而非測(cè)量工具問(wèn)題”和“為什么是物體動(dòng)量和物置之間的偏差”。其實(shí)不確定性關(guān)系適用于所有物質(zhì)的普遍原理，不確定性是物質(zhì)的內(nèi)在本質(zhì)。對(duì)于宏觀物體，看似物體的位置和速度是可以準(zhǔn)確確定的，但這只是因?yàn)楹暧^物體的不確定性相對(duì)微小，不易察覺(jué)而已。事實(shí)上，不確定關(guān)系揭示的是一條重要的物理規(guī)律：粒子在客觀上不能同時(shí)具有確定的坐標(biāo)位置及相應(yīng)的動(dòng)量。[5]“不確定關(guān)系式”其實(shí)是根據(jù)量子力學(xué)基本方程推導(dǎo)出來(lái)，而非憑空想象。

而為什么是位置和動(dòng)量之間的關(guān)系呢？描述一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，需要知道物體的位置和速度，但是速度又與質(zhì)量有密切相關(guān)性即動(dòng)量，不確定關(guān)系就是反應(yīng)微觀粒子運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律，所以體現(xiàn)在位置和動(dòng)量?jī)蓚€(gè)物理量上。

（2）電子云

電子云是電子在原子核外空間概率密度分布的形象描述，圖像中每一個(gè)小黑點(diǎn)表示電子出現(xiàn)在核外空間中的一次概率（不表示一個(gè)電子），概率密度越大，小黑點(diǎn)越密。

Georgios Papaphotis and Georgios Tsaparlis（2008）測(cè)試題“觀察圖中1s和一個(gè)2p軌道電子云圖[圖2（a）和（b）]。在（a）中遠(yuǎn)離原子核處有稀疏的點(diǎn)，而（b）中這樣點(diǎn)則沒(méi)有。你認(rèn)為是其中一張錯(cuò)了還是兩張圖都錯(cuò)了？”

許多學(xué)生認(rèn)為兩張圖的不同是由于軌道本質(zhì)的不同（一個(gè)s-，另一個(gè)是p-）：

“s軌道的形狀是圓形的，然而在p軌道有兩個(gè)‘耳垂’”，“兩個(gè)圖片都是正確的，因?yàn)椋╝）指的是s軌道（圓形）而（b）是p軌道（兩個(gè)‘耳垂’）――事實(shí)上在p軌道中，靠近原子核處電子密度更大，而遠(yuǎn)離原子核時(shí)密度就減小了”……

無(wú)論什么軌道，遠(yuǎn)離核的部分都有可能出現(xiàn)電子，只是出現(xiàn)的概率小、稀疏，并不取決于屬于哪一個(gè)軌道。而且學(xué)生很容易受“電子云輪廓圖”所誤導(dǎo)，認(rèn)為電子就是出現(xiàn)在這個(gè)范圍之內(nèi)，而忽略了輪廓圖只表示了95%的電子出現(xiàn)的區(qū)域。

二、概念轉(zhuǎn)變策略

1. 借助實(shí)驗(yàn)儀器

由于“原子軌道”的抽象性和不可視性，研究者研發(fā)了一些實(shí)驗(yàn)儀器將軌道可視化。

Charles Leonard Hurwitz[6]采用原子探測(cè)器（atomic explorer）學(xué)習(xí)原子的電子結(jié)構(gòu)的本質(zhì)。Shane P. Tully[7]等人用Jmol軟件將類(lèi)氫軌道網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)彩可視化 （web-based pointillist visualization of hydrogrnic orbitals）。類(lèi)氫軌道的電子密度點(diǎn)彩圖是根據(jù)蒙特卡洛方法（Monte Carlo method）進(jìn)行交互作用。蒙特卡洛方法又稱(chēng)“統(tǒng)計(jì)模擬法”，以概率和統(tǒng)計(jì)理論為基礎(chǔ)的一種計(jì)算機(jī)方法。將網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序和Jmol觀察器相結(jié)合，可獲得清晰準(zhǔn)確的三維軌道形狀和大小，最多可呈現(xiàn)到軌道主量子數(shù)5（如圖3）。

2. 手工活動(dòng)

Zephen Specht和Duke Raley[8]設(shè)計(jì)了一項(xiàng)活動(dòng)幫助高中生理解不同電子軌道類(lèi)型（特別是s，p，d和f軌道）。學(xué)習(xí)軌道和相關(guān)的電子密度，發(fā)現(xiàn)電子圍繞原子核的概率問(wèn)題。

用一個(gè)小彈球扔在白紙上（放在一系列復(fù)寫(xiě)紙上面），用來(lái)表示電子密度（如圖4）。根據(jù)s，p或d軌道的不同類(lèi)型，將白紙折成不同的形狀，用這個(gè)方法可以使得白紙上的一些地方不與復(fù)寫(xiě)紙相結(jié)合，來(lái)表示節(jié)點(diǎn)?！霸雍恕本褪前准埖闹行奈恢谩Ｊ紫葘W(xué)生要學(xué)會(huì)如何將白紙折成不同的軌道類(lèi)型，在白紙兩面都印有虛線方便學(xué)生折疊。紙1：s軌道不用折疊；紙2：p軌道沿著三條虛線折疊，使得白紙中間形成一個(gè)“山脊”；紙3：d軌道沿著兩個(gè)垂直的三條虛線折疊，適當(dāng)?shù)恼燮鸢准?，兩個(gè)交叉的“山脊”，減去中間的部分，形成一個(gè)“X”的圖案。用紙夾將紙2和3中間的“山脊”夾住。然后模擬電子云，向紙的中心位置原子核扔彈球。由于白紙下有復(fù)寫(xiě)紙，當(dāng)球落在白紙上時(shí)留下印記。彈球扔25次就能在紙1上形成很好的點(diǎn)分布（s軌道），紙2用50次（p軌道）和紙3用75次（d軌道）。

整個(gè)過(guò)程，學(xué)生體會(huì)到“為什么軌道有特別的形狀”，而且能夠?qū)④壍辣硎镜淖帜福╯，p，d和f）與它們的光譜發(fā)射譜線特征：鋒利（sharp）、主要的（principal）、散開(kāi)的（diffuse）、基礎(chǔ)的（fundamental），建立聯(lián)系。學(xué)生最后還要完成一個(gè)工作單，將二維圖像轉(zhuǎn)換為三維圖像，加強(qiáng)了對(duì)電子軌道構(gòu)型的理解。

3. 小組合作學(xué)習(xí)

Georgios Tsaparlis和Georgios Papaphptis（2009）[9]采用小組形式在教師的觀察指導(dǎo)下完成特定學(xué)習(xí)任務(wù)。小組有3-4個(gè)成員，其中至少有一個(gè)學(xué)生持有正確觀點(diǎn)。例如，當(dāng)學(xué)生討論“氫原子的原子軌道表征方式”的時(shí)候，有一組學(xué)生原本的觀點(diǎn)如圖5（學(xué)生A畫(huà)的是d圖，學(xué)生B畫(huà)的是b圖，然而學(xué)生C畫(huà)的更接近a圖（并說(shuō)明外面的一圈是“s軌道”））。

他們的對(duì)話(huà)如下（教師為T(mén)）：

T：B，虛線指的是什么？

B：是1s，...這個(gè)空間里有許多軌道，1s，2s，2p，所有的這些組成了層。

T：這個(gè)就是你畫(huà)的軌道嗎？

B：是的，軌道和層。

T：C，你是如何理解的呢？

C：我試著解釋軌道不是一個(gè)能精確描述的空間，...但是在中心位置確實(shí)是原子核，但是最大的圈表示一部分在這里面，這個(gè)更大的圈里s軌道被包括，就是發(fā)現(xiàn)電子的可能范圍。

T：A，你是怎么認(rèn)為的呢？

A：我已經(jīng)把氫原子的原子中心放上一個(gè)質(zhì)子，這些點(diǎn)隨著遠(yuǎn)離原子核變得更加稀少，實(shí)際上我已經(jīng)畫(huà)出了可能性，就是可能發(fā)現(xiàn)電子的位置。

T：我們已經(jīng)看到了所有的圖畫(huà)，哪些能體現(xiàn)問(wèn)題中所提到的真實(shí)性？

B：A能夠體現(xiàn)，因?yàn)橛性雍舜嬖冢材荏w現(xiàn)在1s中發(fā)現(xiàn)電子的可能性，甚至從原子核到無(wú)窮遠(yuǎn)的地方也不會(huì)是0。

T：C你是如何認(rèn)為的？

C：同意。

T：那我們對(duì)照看自己所畫(huà)的圖？

C：降低了可能性，在一定距離后就變成0了。

從對(duì)話(huà)中發(fā)現(xiàn)，教師能夠針對(duì)學(xué)生理解的“關(guān)鍵處”進(jìn)行指導(dǎo)。觀察多組討論發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)生可以接受電子云是電子在瞬間出現(xiàn)的不同可能點(diǎn)的位置，但不能接受用這樣的一張圖表征氫原子內(nèi)部“看到”的樣子。所以學(xué)生不能夠用靜態(tài)圖表示，結(jié)果又回到了行星模型。此時(shí)教師用一個(gè)類(lèi)比的方法幫助學(xué)生理解，用一個(gè)自行車(chē)快速旋轉(zhuǎn)，輻條所呈現(xiàn)的樣子幫助學(xué)生理解電子云圖可以表示氫原子的動(dòng)態(tài)時(shí)的樣子。這樣的討論可以激發(fā)學(xué)生最真實(shí)的想法，從本質(zhì)上進(jìn)行概念轉(zhuǎn)變。

三、小結(jié)

總結(jié)以上三種概念轉(zhuǎn)變策略，小組合作學(xué)習(xí)能夠從本質(zhì)上解決對(duì)“玻爾理論”的根深蒂固理解，在對(duì)話(huà)中引發(fā)認(rèn)知沖突并建立正確概念，但這種方法所需時(shí)間較多。實(shí)驗(yàn)儀器能夠?qū)⑽⒂^結(jié)構(gòu)表現(xiàn)得淋漓盡致，給予視覺(jué)沖擊的同時(shí)理解原子的微觀結(jié)構(gòu)。但考慮各學(xué)校的條件不同，這種方法的局限性也暴露無(wú)遺。手工活動(dòng)能夠讓學(xué)生親身體驗(yàn)軌道的形成過(guò)程，且所需材料方便易得，體會(huì)不同軌道的形狀的同時(shí)，理解“不確定性理論”。每種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，只要教師恰當(dāng)使用，概念轉(zhuǎn)變就不是問(wèn)題。

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第8篇：量子化學(xué)應(yīng)用范文

儀器:NICOLETiS10型紅外光譜儀、BHX-9101-1SA型鼓風(fēng)干燥箱、DW-3-60型電動(dòng)攪拌器、PL203/01型電子天平、KEMS-2S型磁力加熱攪拌器;浪潮英信NF5220計(jì)算服務(wù)器，GAUSSIAN09、GaussView(3．09)軟件。試劑:PET聚酯碎片(3～5mm×5～8mm，由回收農(nóng)夫山泉飲料瓶制得);乙二醇、碳酸氫鈉、對(duì)苯二甲酸、氧化鋅、濃鹽酸、濃硫酸、85%水合肼等試劑均為分析純;蒸餾水。

2TPA的測(cè)定與表征

我們通過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)，比較了用不同方法和不同條件降解PET得到TPA(或其衍生物)的收率。收率計(jì)算公式如下。采用美國(guó)Nicolet公司生產(chǎn)的NICOLETiS10型傅里葉變換紅外光譜儀對(duì)產(chǎn)物(對(duì)苯二甲酸)進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征。對(duì)苯二甲酸為白色固體，研磨成粉末后，采用KBr壓片法進(jìn)行檢測(cè)。同時(shí)，還利用了量子化學(xué)計(jì)算方法，以GAUSSIAN09計(jì)算程序［10］采用密度泛函理論對(duì)對(duì)苯二甲酸的紅外光譜進(jìn)行了理論模擬計(jì)算。

3PET降解方法

3．1乙二醇醇?jí)A聯(lián)合解聚法在裝有冷凝管、攪拌器、溫度計(jì)的三頸圓底燒瓶中投入5g聚酯廢料、25mL乙二醇、0．5g氧化鋅、5gNaHCO3進(jìn)行反應(yīng)，油浴加熱逐步升溫至190℃，反應(yīng)30min后，降溫至160℃停止攪拌，減壓回收乙二醇;蒸餾畢，向三頸瓶中加入50mL沸水，攪拌使殘留物溶解，趁熱過(guò)濾;將濾液轉(zhuǎn)移到400mL燒杯中，水稀釋至200mL，加熱煮沸，趁熱用1:1鹽酸酸化至pH5～6;冷至室溫后，冰水冷卻，抽濾，濾餅用蒸餾水洗滌至濾出液pH=6，在60℃下干燥濾餅，得白色粉末，稱(chēng)重，并計(jì)算對(duì)苯二甲酸收率。

3．2肼解法在裝有冷凝管、磁力攪拌子的圓底燒瓶中投入1g聚酯廢料、10mL85%水合肼，攪拌，油浴加熱至100℃，反應(yīng)6h后，減壓回收水合肼;殘余物加入10mL水，靜置，濾得PET的降解產(chǎn)物對(duì)苯二甲酰肼，在60℃下干燥，稱(chēng)重，并計(jì)算對(duì)苯二甲酰肼的收率。此法參考氨解法，使用親核性更強(qiáng)的水合肼溶液替代胺類(lèi)，能提高降解效率。

3．3酸性降解在裝有冷凝管、磁力攪拌子的圓底燒瓶中投入1g聚酯廢料、5mL濃硫酸，攪拌，85℃下反應(yīng)5min;反應(yīng)畢，冷卻至室溫，殘留物倒入冰水中，用30%的NaOH水溶液調(diào)pH至12，濾去不溶物，濾液用濃鹽酸調(diào)pH至6，有白色不溶物析出，放置過(guò)夜，過(guò)濾得產(chǎn)物對(duì)苯二甲酸，在60℃下干燥，稱(chēng)重，并計(jì)算對(duì)苯二甲酸收率。

4結(jié)果與討論

4．1不同化學(xué)降解方法的比較通過(guò)酸性水解法、肼解法和醇?jí)A聯(lián)合法，考察了降解PET聚酯瓶的情況，結(jié)果列入表1。比較幾種方法在經(jīng)濟(jì)效益和工業(yè)化等方面的優(yōu)劣，無(wú)論是肼解法，還是酸性水解法都存在很大的局限性，如腐蝕設(shè)備、污染環(huán)境等。醇?jí)A聯(lián)合解聚法能在溫和的條件下，快速實(shí)現(xiàn)PET聚酯瓶的分解，故我們選擇醇?jí)A聯(lián)合解聚法為重點(diǎn)研究方向，探索其最佳反應(yīng)條件。

4．2醇?jí)A解聚法的工藝優(yōu)化基于以上3種降解方法的對(duì)比，結(jié)合醇?jí)A聯(lián)合解聚法的研究進(jìn)展，采用正交實(shí)驗(yàn)來(lái)探索最佳工藝條件，重點(diǎn)考察了3種影響反應(yīng)的因素，A:碳酸氫鈉用量:m(NaHCO3)/m(PET);B:反應(yīng)時(shí)間(min);C:反應(yīng)溫度(℃)。由文獻(xiàn)已知影響因素的大約范圍，設(shè)計(jì)出因素水平表(表2)。參照上述乙二醇醇?jí)A聯(lián)合解聚法的方法進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3。根據(jù)上述方法分析，RC＞RB＞RA，即各因素對(duì)TPA收率的影響程度順序?yàn)?反應(yīng)溫度＞反應(yīng)時(shí)間＞物料比;較佳因素水平為A3B2C2，即PET降解的較佳工藝為:m(NaHCO3)/m(PET)=1．1，反應(yīng)時(shí)間30min，反應(yīng)溫度190℃。從表3可以看出，反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度是影響乙二醇醇?jí)A聯(lián)合解聚法的關(guān)鍵因素，溫度過(guò)高或反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)副產(chǎn)物增多，收率下降。上述最佳反應(yīng)條件與文獻(xiàn)報(bào)道的乙二醇解聚法的最優(yōu)反應(yīng)條件(190～196℃，0．1MPa，催化劑(氧化鋅或醋酸鋅)用量為PET質(zhì)量的0．5%，m(EG)/m(PET)=2，反應(yīng)3h)［6-7］接近，但反應(yīng)時(shí)間比乙二醇解聚法短得多，且反應(yīng)產(chǎn)物也不同。

4．3產(chǎn)物IR表征與結(jié)果分析我們對(duì)由PET瓶回收的TPA進(jìn)行了IR表征(圖1C)，并將該圖譜與購(gòu)買(mǎi)的分析純TPA樣品的IR圖(圖1D)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩者的圖譜基本吻合，驗(yàn)證了所回收的白色固體確實(shí)為T(mén)PA。為了進(jìn)一步指認(rèn)IR特征振動(dòng)峰，我們進(jìn)行了相應(yīng)的密度泛函理論的計(jì)算。所選計(jì)算水平為M062X/6-31G(d，p)，優(yōu)化的TPA單體與二聚體的幾何結(jié)構(gòu)如圖1A，圖1B所示。3059cm－1附近為苯環(huán)上C—H伸縮振動(dòng)峰;3000～2500cm－1可能為T(mén)PA分子間形成氫鍵后O—H的伸縮振動(dòng)峰;1571cm－1和1508cm－1處為取代苯基的一組相關(guān)振動(dòng)峰;1661cm－1處為羧基(CO)的伸縮振動(dòng)峰;883cm－1處為苯環(huán)的對(duì)位取代吸收峰。此外，通過(guò)對(duì)比對(duì)苯二甲酸的單體(圖1A)和二聚體(圖1B)的計(jì)算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)當(dāng)考慮TPA分子之間形成分子間氫鍵時(shí)，二聚體計(jì)算模擬的紅外光譜圖與實(shí)驗(yàn)的紅外光譜圖能較好吻合，說(shuō)明在固態(tài)時(shí)對(duì)苯二甲酸分子之間存在較強(qiáng)的分子間氫鍵。

5結(jié)論與展望

第9篇：量子化學(xué)應(yīng)用范文

【關(guān)鍵詞】實(shí)驗(yàn)室；質(zhì)量管理；網(wǎng)絡(luò)化；自動(dòng)化

血液檢測(cè)在輸血服務(wù)中起關(guān)鍵性作用，血液檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化以及室驗(yàn)室檢測(cè)的高效性、嚴(yán)密性，逐漸被人們所重視，是保證血液質(zhì)量、達(dá)到安全輸血的前提。我站將實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)化質(zhì)量管理與微機(jī)網(wǎng)絡(luò)化、儀器自動(dòng)化相結(jié)合，建立了一個(gè)現(xiàn)代化全自動(dòng)的實(shí)驗(yàn)室。其中的質(zhì)量管理體系作用是使整個(gè)檢測(cè)更加標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。同時(shí)也將有效地監(jiān)督日常工作，并形成了日常工作的可追溯性，而微機(jī)的網(wǎng)絡(luò)化、儀器的自動(dòng)化、標(biāo)本的條碼化使檢測(cè)能力和檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性有大幅度提高，三者相輔相承，從各方面提高了血液的安全性。

1 實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)化質(zhì)量管理體系的建立

2001年本血站通過(guò)了ISO9000質(zhì)量體系認(rèn)證，隨后的幾年工作也逐步地在改進(jìn)，將整個(gè)采供血體系完全按照標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量體系來(lái)進(jìn)行。同時(shí)又建立了實(shí)驗(yàn)室的質(zhì)量體系，明確了實(shí)驗(yàn)室的質(zhì)量方針和質(zhì)量目標(biāo)，對(duì)血液檢測(cè)工作做出具體指導(dǎo)和相應(yīng)規(guī)范。

主要包括以下內(nèi)容：崗位職責(zé)、工作制度、操作規(guī)范、記錄文件4個(gè)方面。其中崗位職責(zé)和工作制度詳細(xì)說(shuō)明了實(shí)驗(yàn)室要進(jìn)行的工作和日常分工，根據(jù)衛(wèi)生部及安全輸血標(biāo)準(zhǔn)的綜合要求，一份血液標(biāo)本一檢、二檢分別由不同檢驗(yàn)人員操作，試劑為兩種不同廠家并為國(guó)家衛(wèi)生部檢定合格試劑，而操作規(guī)則為日常工作的指導(dǎo)書(shū)，要求操作人員在日常工作中保證實(shí)驗(yàn)操作的一致性、規(guī)范性、避免人為的誤操作，而出現(xiàn)質(zhì)量差錯(cuò)，記錄文件則十分重要，它記錄日常工作的每一個(gè)細(xì)節(jié)，從血液標(biāo)本的接收到檢驗(yàn)報(bào)告的發(fā)出，每一個(gè)環(huán)節(jié)都有操作者簽字，保證了檢測(cè)結(jié)果的可追溯性，無(wú)形中控制著每一個(gè)環(huán)節(jié)，保證了檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

2 實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)的微機(jī)網(wǎng)絡(luò)化、儀器自動(dòng)化的管理

2000年，我站先后引進(jìn)了用于血液檢測(cè)的AT Plus全自動(dòng)加樣機(jī)，KUBOTA8400離心機(jī)(日本產(chǎn))，KJ-201BD振蕩器(姜堰市)，2005年又購(gòu)進(jìn)Star全自動(dòng)加樣系統(tǒng)(瑞士產(chǎn))，F(xiàn)AME24/20全自動(dòng)酶免分析儀(瑞士產(chǎn))，通過(guò)以上儀器對(duì)血液ALT、HBsAg、抗-HCV、抗-HIV、梅毒、血型正反定型進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)血液標(biāo)本從接收到檢測(cè)報(bào)告的發(fā)出全部微機(jī)化管理，標(biāo)本的條碼化保證標(biāo)本由始至終的唯一性，避免了檢驗(yàn)過(guò)程中人為的標(biāo)本張冠李戴錯(cuò)誤的發(fā)生。實(shí)驗(yàn)室微機(jī)化管理，從操作人員的權(quán)限、樣本的接收、樣本檢測(cè)、結(jié)果的輸入到合格樣本的發(fā)出、不合格樣本的處理(不合格樣本是否需要復(fù)試，復(fù)試幾次方可發(fā)出，操作者及所采用試劑)在網(wǎng)絡(luò)上作了嚴(yán)格的監(jiān)控，待檢室只有接到實(shí)驗(yàn)室樣本的合格信息，方可打出合格血簽，并發(fā)放使用。

為達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)的高效準(zhǔn)確，這個(gè)局域網(wǎng)需要的硬件條件為每臺(tái)儀器配有一臺(tái)電腦，操作系統(tǒng)分別為Star加樣機(jī)、FAME24/20全自動(dòng)酶免分析儀、多功能酶標(biāo)儀(zenYth340rt，瑞士)，另外還有一臺(tái)主控電腦用來(lái)完成所有結(jié)果的匯總，每臺(tái)電腦都安裝相應(yīng)的軟件，以達(dá)到各自工作的目的，每臺(tái)電腦設(shè)有特定的用戶(hù)名和密碼，正確登錄方可進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，這就從一定程度上保證了網(wǎng)絡(luò)的安全性和日常工作的可靠性。

3 標(biāo)準(zhǔn)化質(zhì)量管理體系、微機(jī)網(wǎng)絡(luò)化、儀器自動(dòng)化高效的結(jié)合

在網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置質(zhì)量管理體系所要求的各種屬性，在實(shí)驗(yàn)儀器終端為每一位操作者設(shè)置用戶(hù)名和密碼，以確保訪問(wèn)的可追溯性。同時(shí)在該操作軟件中設(shè)置該操作所形成的文件標(biāo)識(shí)，該操作軟件會(huì)自動(dòng)保存操作者的每個(gè)操作過(guò)程，以便查看操作實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程。每臺(tái)操作終端的軟件將有根據(jù)質(zhì)量管理文件中操作規(guī)程所設(shè)置的程序以確保操作的一致性。在試驗(yàn)結(jié)束之后，操作軟件會(huì)將最終結(jié)果傳輸至主控電腦，同時(shí)也將打印出來(lái)。該報(bào)告將包括：時(shí)間、操作者、試劑批號(hào)、標(biāo)本號(hào)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以方便資源共享。

通過(guò)如圖1的管理和設(shè)置，就可以以微機(jī)網(wǎng)絡(luò)化、儀器自動(dòng)化管理為手段，以質(zhì)量管理為目的，實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量體系與微機(jī)網(wǎng)絡(luò)化、儀器自動(dòng)化管理的結(jié)合，更進(jìn)一步提高了血液質(zhì)量，增強(qiáng)了工作人員的責(zé)任心。尤其在血液集中化檢測(cè)的今天，勢(shì)必要求實(shí)驗(yàn)室具有高效而準(zhǔn)確的檢測(cè)水平。因此，實(shí)驗(yàn)室的管理尤為重要，如果這種高效的管理形成規(guī)模，將會(huì)為輸血事業(yè)帶來(lái)更大的進(jìn)步和提高。

A：標(biāo)本接收準(zhǔn)確無(wú)誤后，填寫(xiě)接收記錄，登錄實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)錄入主控電腦。

B：將帶條碼的標(biāo)本離心處理后，放入Star全自動(dòng)加樣機(jī)進(jìn)行加樣，并獲得加樣信息(即標(biāo)本條碼信息)。這些信息將自動(dòng)傳輸給多功能酶標(biāo)儀(zenYth340rt)。

C：將加樣處理后的微板放入ML/FAME全自動(dòng)酶標(biāo)儀中并根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)好的程序進(jìn)行HBsAg、抗-HCV、抗-HIV、梅毒的檢測(cè)。

D：檢測(cè)結(jié)果由ML/FAME全自動(dòng)酶標(biāo)儀自動(dòng)傳輸給多功能酶標(biāo)儀(zenYth340rt)。

E：待檢標(biāo)本在Star全自動(dòng)加樣機(jī)加樣處理后放入多功能酶標(biāo)儀，進(jìn)行ALT檢測(cè)(速率法)。

F：待檢標(biāo)本在Star加樣機(jī)中加樣處理后放入平板離心機(jī)中500r/min離心3min，再在孵育振蕩器上振蕩5min后放入多功能酶標(biāo)儀(zenYth340rt)進(jìn)行掃描檢測(cè)，判定血型。

G：將所有檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行匯總打印，并將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送到主控電腦。

H：主控電腦匯總所有待檢標(biāo)本的檢測(cè)結(jié)果，并根據(jù)程序中的判定規(guī)則判斷結(jié)果，匯總檢驗(yàn)信息打出檢驗(yàn)報(bào)告。