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第14章 计算机为什么广泛应用于化学

计算机作为现代科学技术,已广泛应用于各个领域。近年来,由于计算机处理准确、快速,并且提供了新的途径和方法,所以计算机在化学中应用也越来越多了,特别是分析化学和有机化学的研究,计算机成了不可缺少的重要工具。

计算机在分析化学中的应用简称为计算分析,其内容主要有:数据处理。利用一元统计,对同一项目的若干次测量数据进行统计处理;利用二元统计,计算含量与滴定体积或浓度与吸光度之间的直线方程;用程序型计算机也能迅速完成这些计算。

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,对化学分析条件进行预测。例如显色反应适合的pH值,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,按常法要一个人计算三年半,用计算机只需1小时就得到答案,较准确地预测哪种离子参加反应、哪些离子被掩蔽等。

提高选择性。通过平衡模型和当量模型,准确测定指定的组分,消除干扰。

提高灵敏度。用累加平均、导数光谱、信号相关等方法,改善信噪比、提高分辨率,使原来测不出的能量被测出。

实现分析仪器连续化、自动化和智能化。这方面发展很迅速,从分析试样称量、进样、加液、调温、调节等操作连续自动进行,一切工作由屏幕提示,人机对话,过程和结果由机器自动打印记录。

计算机在有机化学中的应用简称计算有机,主要内容有:谱图检索。有机物的研究常常要查对标准红外、核磁、质谱等谱图,以得到未知物质的组成和结构。但是标准谱图数量太大,费时很多,例如有18万张标准谱图,每4秒翻一张,一个需要30天完成。若将谱图信息数字化,用计算机检索,可能迅速指出实际测得的谱图与哪一张标准谱图相同或与哪几张相近,而不必一一翻阅。

差谱技术。将实测谱图用差减的办法排去共存物或杂质的干扰,产生相应于纯有机化合物的谱图,这是很困难的。利用计算机执行差谱程序,为有机物的成分和结构分析提供了方便可靠的手段。

结构解析。到20世纪80年代中期,已知的有机化合物约600万种,而标准谱图不到20万种,谱图检索不能完全解决问题。结构解析方法是利用已有的谱图数据按一定规则存入计算机,经计算机推理判断,可以指出试样结构的若干种可能方案。这种方法模拟了化学家的智能,属于专家系统的研究。

合成路线设计。这是新物质合成的基础,计算机通过逆向追溯、顺向预测、途径选择等,找到成本最低、产率最高、方法简单、污染最少的最佳合成路线。

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