📄 8 ． 7 化学形态分布模拟计算.htm
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<TD class=most align=left width="70%"> <IMG height=9
src="8 ． 7 化学形态分布模拟计算.files/circ.gif" width=9 border=0> 8 ． 7
化学形态分布模拟计算</TD>
<TD align=right width="30%"><A
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style="FONT-SIZE: 10.5pt"><BR></FONT></B>
<P align=center><B><FONT lang=EN-US>8</FONT></B><B><FONT
style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">．</FONT><FONT
lang=EN-US>7 </FONT></B><B><FONT
style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">化学形态分布模拟计算</FONT><FONT
lang=EN-US></FONT></B></P>
<P align=center><B><FONT lang=EN-US><FONT style="mso-spacerun: yes">
</FONT></FONT></B></P>
<P style="TEXT-INDENT: 2em; TEXT-ALIGN: justify"><FONT
style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">人们知道，痕量有害元素的毒性常常不是取决于其总量，而是与其存在的化学形态具有密切的关系，铬（Ⅵ）是水体中的重要污染元素，有包括致癌作用在内的多种毒性，而铬（Ⅲ）则是维持生物体内葡萄糖平衡以及脂肪蛋白质代谢所必需的元素之一。尽人皆知，砷和汞是有毒元素，其对生物与人体毒性的大小与其存在的形态密切相关，其毒性大小的顺序为：</FONT><FONT
lang=EN-US>AsH</FONT><SUB><FONT size=2>3</FONT></SUB><FONT
style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">＞亚砷酸＞</FONT><FONT
lang=EN-US>Ax</FONT><SUB><FONT size=2>2</FONT></SUB><FONT
lang=EN-US>O</FONT><SUB><FONT size=2>3</FONT></SUB><FONT
style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">＞砷酸盐＞砷酸＞砷；砷甜菜碱与砷胆碱的毒性小于甲基砷和乙基砷；甲基汞的毒性大于苯基汞和乙基汞。元素不同化学形态不仅直接影响它的毒性与生态效应，而且也影响它们在生物体内、生态环境中的迁移转化的过程。为了科学地说明元素的生态效应，准确地判断药物的效果，正确地评价环境质量，只检测元素的总量是远远不够的，还必须分析元素的化学形态。元素化学形态分析能为人们提供更多的有用信息，在生命科学、药物学、环境生物学、环境地学、环境工程学、环境质量评价等的研究中具有重要的意义。然而，要直接测定复杂体系中痕量元素存在的化学形态往往会遇到很大的困难。困难就在于，体系中元素的各种化学形态处于动态平衡中，进行任何处理，比如加热或冷却、调节</FONT><FONT
lang=EN-US>pH</FONT><FONT
style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">值、加入某些试剂等，都会影响和破坏体系中原有的平衡关系，这时所测得的元素形态分布已非原有的形态分布了。于是人们就想，能否采用模拟计算方法来获取化学形态分布的信息呢？要想用模拟计算方法来获得化学形态的信息，一是要想方设法得到表征各种化学形态平衡的特征常数（平衡常数、累积稳定常数、络合常数等），二是要选择一种合适的算法（如反向传播算法、模拟退火算法、遗传算法等）计算在体系能量最低的平衡态时各种化学形态的浓度。</FONT></P>
<P style="TEXT-INDENT: 2em"><FONT
style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">在体系中，金属离子</FONT><FONT
lang=EN-US>M</FONT><SUP><FONT size=2>n+</FONT></SUP><FONT
style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">与配体</FONT><FONT
lang=EN-US>L</FONT><FONT
style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">之间存在平衡，阳极溶出峰电位和累积稳定常数β之间的关系是</FONT></P>
<P align=center><FONT lang=EN-US><SUB><IMG height=48
src="8 ． 7 化学形态分布模拟计算.files/20000040ZW_0063_1.gif" width=368></SUB> </FONT></P>
<P style="TEXT-INDENT: 2em"><FONT
style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">式中Δ</FONT><FONT
lang=EN-US>E</FONT><SUB><FONT size=2>p</FONT></SUB><FONT
style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">是阳极溶出峰的电位差。人工神经网络的线性网络模型是</FONT></P>
<P align=center><FONT lang=EN-US>y=w</FONT><SUB><FONT size=2>1</FONT></SUB><FONT
lang=EN-US>x</FONT><SUB><FONT size=2>1</FONT></SUB><FONT
lang=EN-US>+w</FONT><SUB><FONT size=2>2</FONT></SUB><FONT
lang=EN-US>x</FONT><SUB><FONT size=2>2</FONT></SUB><FONT
lang=EN-US>+</FONT><FONT
style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">…</FONT><FONT
lang=EN-US>+w</FONT><SUB><FONT size=2>n</FONT></SUB><FONT
lang=EN-US>x</FONT><SUB><FONT size=2>n</FONT></SUB></P>
<P style="TEXT-INDENT: 2em"><FONT lang=EN-US><SUB><IMG height=45
src="8 ． 7 化学形态分布模拟计算.files/20000040ZW_0063_2.gif" width=476></SUB> </FONT></P>
<P style="TEXT-INDENT: 2em"><FONT
style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">线性网络可以获得表征各种化学形态平衡的特征常数。当反馈网络体系达到稳定态时，体系能量函数值最低：</FONT></P>
<P align=center><FONT lang=EN-US><SUB><IMG height=57
src="8 ． 7 化学形态分布模拟计算.files/20000040ZW_0063_3.gif" width=171></SUB> </FONT></P>
<P style="TEXT-INDENT: 2em"><FONT
style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">式中</FONT><FONT
lang=EN-US>V</FONT><SUB><FONT size=2>i</FONT></SUB><FONT
style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">（</FONT><FONT
lang=EN-US>i=1</FONT><FONT
style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">，</FONT><FONT
lang=EN-US>2</FONT><FONT
style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">，…，</FONT><FONT
lang=EN-US>n</FONT><FONT
style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">）代表金属离子的各种化学形态浓度，</FONT><FONT
lang=EN-US>V</FONT><SUB><FONT size=2>0</FONT></SUB><FONT
style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">为金属离子游离态浓度，</FONT><FONT
lang=EN-US>[M</FONT><SUP><FONT size=2>n+</FONT></SUP><FONT
lang=EN-US>]r</FONT><FONT
style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">是金属离子的总浓度，</FONT><FONT
lang=EN-US>A</FONT><FONT
style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">为惩罚项，其作用是加快计算的收敛速度。由于化学平衡体系也是一种具有能量交换的物质体系，因此，可以将反馈网络体系的能量函数应用于化学平衡体系，当体系中各物种的浓度达到平衡时，体系的能量函数</FONT><FONT
lang=EN-US>E=0</FONT><FONT
style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">。通过对能量函数式求导，可以计算稳定体系中金属离子各种化学形态的平衡浓度。由此可见，利用人工神经网络模拟方法可以获得体系中有关元素化学形态的重要信息。有人曾用阳极溶出伏安法获取实验数据，用人工神经网</FONT></P>
<P style="TEXT-INDENT: 2em"><FONT lang=EN-US><SUB><IMG height=27
src="8 ． 7 化学形态分布模拟计算.files/20000040ZW_0063_4.gif" width=500></SUB> </FONT></P>
<P style="TEXT-INDENT: 2em"><FONT
style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">所形成的各种化学形态分布。图</FONT><FONT
lang=EN-US>8</FONT><FONT
style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">．</FONT><FONT
lang=EN-US>8</FONT><FONT
style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">和</FONT><FONT
lang=EN-US>8</FONT><FONT
style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">．</FONT><FONT
lang=EN-US>9</FONT><FONT
style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">分别是模拟计算的形态分布曲线。</FONT></P>
<P style="TEXT-INDENT: 2em"><FONT
style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">以上讲的只是人工神经网络在化学中的应用的几个例子，其实它的应用是很广泛的，可以用于色谱保留值的预测、模式识别、重叠谱峰的解析、核磁共振</FONT><SUP><FONT
size=2>13</FONT></SUP><FONT lang=EN-US>C</FONT><FONT
style="FONT-FAMILY: 宋体; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'">谱分类、类似物构效关系研究等等。人工神经网络在化学中的应用范围非常宽广，前景光明。</FONT></FONT></P>
<P align=center><FONT lang=EN-US><IMG height=193
src="8 ． 7 化学形态分布模拟计算.files/20000040ZW_0063_5.gif" width=272></FONT></P>
<P align=center><FONT lang=EN-US><IMG height=231
src="8 ． 7 化学形态分布模拟计算.files/20000040ZW_0063_6.gif" width=233></FONT></FONT></P>
<P style="TEXT-INDENT: 2em"><FONT lang=EN-US></FONT> </P><B><FONT
style="FONT-SIZE: 10.5pt"><BR></FONT></B>
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