计算机在化学研究方面的应用

《计算机在化学研究方面的应用》检索报告
078107204王岩
课题分析：
近年来，我国的化学研究有了较大提升和进步，这与我国日渐强大的化学研究的技术和理论的进步，以及化学领域的各个研究者的努力是分不开的。

在化学研究中，实验是一项必不可少的研究方法，但是某些化学实验数据的处理、分析比较复杂，这给化学研究带来了较大的阻碍，不过计算机在化学研究方面的应用很好的解决了这个问题，具有针对性的计算机应用软件可以方便快捷的解决化学实验数据处理、分析问题，是化学领域研究进步的一种具有良好效果的催化剂；同时，学生上课时所用授课课件也是以计算机应用为基础的。

作为一名化学专业的学生，我清楚的认识到计算机对化学研究所做出的贡献，为了更清楚的了解计算机在化学方面的应用，我选择了这个课题。

课题研究分为以下几个阶段：
1.准备工作
1.1研究前期准备工作
通过翻阅课本，了解到化学实验中包括分析化学实验、物理化学实验、有机化学实验、无机化学实验，其中的物理化学实验与计算机软件应用联系较密切，已经做过的化学实验中应用计算机软件的有：BZ振荡反应实验以及溶解热的测定实验；在日常的学习生活中了解到，老师授课是所用的幻灯片等授课课件都是以计算机为基础，某些分子或原子的微观动态即人类肉眼所观看不了的化学反应过程，可以用计算机模拟其效果。

1.2目前面临问题
（1）某些化学应用软件开发比较困难，而且开发成本较高，不利于研究的进行。

（2）某些化学领域研究者对计算机了解不透彻，给研究工作带来一定阻碍。

2.背景材料
2.1背景材料
中国从事计算机化学研究多数集中在：长春应化所（谱图解析、化学计量学）；大连化物所（染料数据库）；吉林大学（计算化学）；北京大学，化学化工学院（药物设计、蛋白质模拟）；清华大学；北京，化冶所（化学信息、计算化学、分子模拟）；兰州大学（计算化学）；南开大学（计算化学、化学信息学）；南京大学（计算化学）；重庆大学（化学组学）；中科大（已转至南开）；上海有机所（有机合成数据库）；上海药物所（分子设计）；湖南大学，化学计量学）；厦门大学（计算化学）由于目前既有在Windows下的，也有在Unix/Linux下的，编程水平视具体研究单位的要求而定，基本操作须熟练。

总之，大体说来有三种情况。

一种是以开发新算法、新程序为主，国内比较少；另一种是使用大型的软件系统，例如，现在材料科学很热，Material Studio成了Bible了。

上海蒋华良的药物所、北京大学的化学院，都是国内的这类软件培训基地。

也有兼顾如南开的南开之星（世界500强计算机），北京创腾、宏剑两家公司代理的产品。

2.2仍需解决的问题
（1）计算化学方面：要求会编程，以Fortran和C为主，要会看程序代码，要在熟悉理论的基础上，熟练掌握“用程序”的技巧，需要知道怎么把高斯的输出转到另外程序的输入。

（2）化学信息学方面：要求统计学、信息学基础好，并有数据库管理系统经验，对于图论要有较好体验；程序方面，既有现成的，也可需要自己编写；编程语言正在从C/C++向Perl/Python等转化。

（3）化学计量学方面：要求很强的数学，包括平滑、拟合、积分、微分、插值、傅立叶变换、小波变换、最小二乘法、遗传算法、支撑向量机等数值分析，软件以MatLab、C/C++等为主。

（4）分子模拟方面：与计算化学联系紧密，但是侧重计算基础之上的图形输出，因此要求会编程进行图形处理。

3.解决问题：
3.1检索过程中所解决的问题
（1）检索到计算机在化学研究方面的应用具有多方面，但都有一定的方向性。

其中包括化学结构的计算机描述,在绿色化学研究中计算机的应用,计算机数值方法模拟化学反应动力学过程,Matlab在物理化学实验数据处理中的应用,MATLAB用于振荡反应模拟,计算机在化学教学中的应用,Excel在化学实验数据处理中的应用,Excel 在误差计算及实验数据处理中的应用,基于PC-DAQ的化学虚拟仪器中的数据采集与处理,基于Visual Prolog的催化裂化故障诊断系统的设计与实现等方面。

（2）检索得知，计算机在化学实验，化学课程研究，化学教育方面的应用状况较为广泛，且效果良好。

3.2检索中存在并急需解决的问题
教育界对计算机辅助化学教学存在认识误区，教师使用计算机辅助化学教学能力不足。

4.检索过程与引擎
4.1检索过程数据库和搜索引擎
（1）中国知网——中国期刊全文数据库
中国知网——中国图书全文数据库
（2）Google搜索引擎
百度搜索引擎
4.2检索途径
4.2.1关键词检索
计算机在化学领域的应用计算机软件
4.2.2搜索引擎检索
Google搜索引擎：
搜索词汇：（1）计算机在化学领域的应用
（2）计算机化学存在问题
百度搜索引擎：
搜索词汇：（1）计算机和化学
（2）计算机化学研究
4.2.3数据库检索
4.2.3.1中国知网数据库检索
关键词检索：（1）化学软件
（2）计算机化学
关键词检索——相似词检索：（1）计算机与应用化学
（2）计算机辅助化学
文献分类检索：（1）中国期刊全文数据库——化学化工冶金环境矿业
（2）中国图书全文数据库——化学工业与轻工业主题检索：（1）计算机在化学领域的应用
（2）计算机在化学领域的应用
4.2.3.2维普数据库检索
关键词检索：计算机化学
文献分类检索：化学——实验化学、物理化学、分析化学
主题检索：计算机化学应用
5.检索结果：
（1）【主题】浅论计算机与化学的关系
【作者】周明红
【作者单位】山西大学商务学院山西太原;
【刊名】山西煤炭管理干部学院学报,
【关键词】计算机;化学;关系;
【摘要】化学科学与电子计算机技术是互相支撑、共同发展的。

化学为计算机及其元器件和存储设备提供了先进的原材料,计算机辅助化学进行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线路设计等的研究,并利用计算机多媒体技术展示化学的微观世界。

（2）【主题】计算机技术在化学实验室的应用
【英文主题】APPLICATION OF COMPUTER TO CHEMICAL LABORATORY
【作者】李勤朱景和
【作者单位】中国有色矿业集团;
【刊名】《铜业工程》
【关键词】计算机应用;化学分析;自动化管理;
Computer application Chemical analysis Automatic management;
【摘要】介绍了计算机技术在化学实验室的应用,包括计算机在化学分析过程中的应用、计算机网络在化学分析管理中的应用以及计算机在实验室仪器设备与材料的自动化管理方面的应用。

【英文摘要】The paper introduces application of computer to chemical laboratory,including the application of computer in the course of chemical analysis,application of computer to management of chemical analysis and application of computer to automatic management of laboratory instruments, equipments and material used for chemical analysis.
（3）【主题】计算化学软件在大学有机化学教学中的应用
【英文主题】Applications of computational chemistry software in teaching of college organic chemistry
【作者】赵丽娇钟儒刚甄岩;
【作者单位】北京工业大学生命科学与生物工程学院;
【刊名】《计算机与应用化学》
【关键词】计算化学软件;有机化学教学;课件制作;教学演示;
【英文关键词】computational chemistry software;organic chemistry teaching;fabrication of courseware;teaching demonstration;
【摘要】计算化学软件是当今化学研究领域中的重要工具,它们不仅能够模拟
立体的分子模型和动态的反应过程,并可以预测分子的物理化学参数和光谱特征。

在大学有机化学教学中,计算化学软件由于其直观性和交互性的特点,也广泛应用于计算机辅助教学。

本文结合具体的教学实例,探讨计算化学软件如何在有机化学课程教学中应用,以增强课堂教学的生动性,提高教学质量。

【英文摘要】Computational chemistry software is important tools in the fields of modern chemical researches,which not only simulate three-dimensional molecular models and dynamic reaction processes,but also predict physical chemical parameters and spectrum properties of molecules. In the teaching of college organic chemistry,the computational chemistry software are also widely used for computer assisted instruction because of their direct viewing and interactive characters.
（4）【主题】计算机在化学领域中的应用
【作者】殷昕
【作者单位】江西科技师范学院
【刊名】《中国科技信息》
【关键词】计算机;网络;软件;化学;教学;
【摘要】本文描述了计算机在化学领域中的应用。

主要介绍了利用计算机来实现分子结构的编辑、工艺流程绘图、波谱分析、合成设计、化学实验的模拟和化学教学等。

（5）【主题】化学工具软件及其在教育中的应用
【英文主题】Chemistry Tool Software in Education
【作者】郑小军王屹
【作者单位】广西师范学院信息技术系;广西师范学院成教院南宁;
【刊名】《化学通报》
【关键词】化学工具软件;化学教育;课件制作;信息技术与课程整合;
【英文关键词】Chemistry tool software;Chemistry education; Courseware making;Integration of information technology and courses 【摘要】讨论了化学工具软件的概念内涵、特性、分类、发展趋势、与通用工具软件、课件、积件的区别,及其在辅助化学教育、课件制作和素材创作中的应用【英文摘要】This article discusses the concept connotation, characteristics,classifications,developing trends of chemistry tool software,its applications in chemistry education and courseware making,and its differences from general tool software,courseware and Integrable Ware.
（6）【主题】化学结构的计算机描述
【作者】文媛;
【作者单位】广播电视大学广东清远;
【刊名】《化学教学》
【关键词】化学结构;计算机描述;系统命名法;碎片码;线性码;拓扑码;连接表;非经典方法;
【摘要】计算机在化学领域的应用加快了化学的发展,提供了化学研究的更为先进的方法和手段。

本文简要介绍了化学结构的计算机描述的方法,包括系统命名法、碎片码、线性码、拓扑码、连接表以及非经典方法等,简要介绍了它们各自的特点、局限性以及各自不同的应用范围。

（7）【主题】浅谈在绿色化学研究中计算机的应用
【作者】张纪红,杨红健
【作者单位】天津市药科中专;河北工业大学化工学院
【刊名】《河北化工》
【关键词】绿色化学;计算机辅助设计;专家系统;数学模型
【摘要】化学可以粗略地看成是从一种物质向另一种物质转化的科学,传统的化学虽然可以得到人类需要的物质,但在很多情况下却没有能有效地利用资源,在生产的同时往往伴随着废物的大量排放,对环境造成严重的污染。

而绿色化学是更高层次的化学,它的主要特点是“原子经济性”,即在获得新物质的转化过程中作到充分利用每个原料原子,实现“零排放”,因此可充分利用资源,又不产生污染。

在此基础上发展起来的环境友好技术或洁净技术,应用到生产中,其产生的经济效益和社会效益是无法估量的,因此它也代表着未来化学发展的趋势。

（8）【主题】计算机模拟在化学中的应用
【作者】张以群;石英;
【作者单位】华东师范大学化学系;华东师范大学化学系上海;
【刊名】《化学教学》
【关键词】计算机模拟;蒙特卡洛方法;化学教学;
【摘要】采用分子动力学模拟和蒙特卡洛方法等计算机模拟技术可以很好的解决科学技术中传统的推理演绎和实验方法不能满足理论研究的需要,这些技术应用于化学工业和教学领域也有光明的前景。

（9）【主题】计算机数值方法模拟化学反应动力学过程
【作者】徐洪;
【作者单位】昌吉学院
【刊名】《昌吉学院学报》
【关键词】Runge—Kutta法;动力学方程;计算程序;【英文关键词】
【摘要】本文利用四阶Runge-Kutta方法解化学反应的微分动力学方程,计算方法普适性广,计算机求解精度高,使用方便。

可用于不同类型化学反应动力学方程的计算。

（10）【主题】Matlab在物理化学实验数据处理中的应用
【英文主题】Application of MatLab in Data Treatment of Physical Chemistry Experiment
【作者】钱蕙;王锡森;
【作者单位】苏州科技学院化学系;苏州科技学院化学系苏州;
【刊名】《铁道师院学报(自然科学版)》
【关键词】Matlab语言;数据处理;图形可视化;
【英文关键词】data processing;visual graphics;MatLab;
【摘要】将Matlab语言编写程序,用于物理化学实验“最大气泡法测定溶液的表面张力”的数据处理与作图,计算结果与所作的曲线图均符合实验要求。

与手工作图相比,可避免人为因素的误差,且具有简洁、快捷与直观等特点。

【英文摘要】In this paper a program is designed with MatLab for the data treatment in one of the physical experiments"Determination of surface tension of solution with the method of maximum bubble",which shows an excellent accordance with the experimental results.In comparison with the
traditional methods,the present program can sufficiently avoid the errors resulting from the handing treatment.In addition,the program also gives the results concisely,rapidly and audio-visually.
（11）【主题】MATLAB用于振荡反应模拟
【作者】黄允中;张元勤;
【作者单位】乐山师范学院环境与生命科学系;乐山师范学院环境与生命科学系
【刊名】《四川大学学报(自然科学版)》
【关键词】振荡反应;数值模拟;刚性常微分方程;MATLAB;
【英文关键词】oscillation reactions;numerical simulation;stiff ordinary differential equation;MATLAB;
【摘要】了解刚性常微分方程组已成为研究复杂化学反应的重要手段.作者讨论了使用MATLAB对振荡反应进行数值模拟的方法,应用该方法对硫化学反应非线性动力学行为进行了模拟。

【英文摘要】It is an important method to use stiff ordinary differential equations to study complex chemical reactions.This paper discusses the numerical simulation method for oscillation reactions by using MATLAB,and studies nonlinear kinetic phenomena of sulfuric reactions.
（12）【主题】计算机在化学教学中的应用
【作者】林沛湖;
【作者单位】河北省秦皇岛市抚宁第二中学;
【刊名】《新课程(中学版)》
【关键词】计算机化学教学
【摘要】随着信息技术的迅速发展,现代教学媒体,特别是以计算机为中心的现代化教学媒体,已经逐步为广大中小学所采用。

它把生动的动画图像、清晰的文字注解和优美的声音有机集成并显示在屏幕上,较好地攻克了许多教学难关。

（13）【主题】计算机拟合在化学数据处理中的应用
【英文主题】The Application of Computer Fitting in Chenistry Data Treatment
【作者】张春红;熊艰;
【作者单位】上饶师范学院;上饶师范学院江西上饶;江西上饶;
【刊名】
【关键词】最小二乘法;数据处理;拟合;
【英文关键词】Least square method;data treatment;fitting;
【摘要】通过实例分析了最小二乘法原理在化学数据处理中的应用。

通过计算机程序设计进行拟合作图,避免了手工作图产生的误差,所得的结果科学、可靠。

采用适当的函数形式进行拟合能够提高拟合的精度。

【英文摘要】The Application of least square method in chemistry data treatment is analysed through two puter produced drawing makes the result scientific and reliable,and can avoid the inaccuracy produced by a manual operation.The adoption of ap-propriate function is effectual for enrasing accuracy.
（14）【主题】Excel在化学实验数据处理中的应用
【英文主题】Excel s application in the dealing of chemical experimental data
【作者】李璧玉;顾尚华;刘荣皎;招云芳;
【作者单位】云南师范大学化学化工学院;云南师范大学化学化工学院云南昆明;云南昆明;
【刊名】《云南师范大学学报(自然科学版),》
【关键词】Excel软件;稳定常数;数据处理;绘图;
【英文关键词】the software of Microsoft Excel;steady constant;data handling;chart drawning;
【摘要】文章使用Excel软件作处理工具,应用图表绘制、线性回归分析的方法对甘氨酸合镍配合物逐级稳定常数测定的实验数据进行处理。

【英文摘要】In the article,the experimental values of the step stability constant of nickel glycinate are dealt by Microsoft excel soft used as a tool,and diagram plotting,linear regression analysis as well as.
（15）【主题】Excel在误差计算及实验数据处理中的应用
【作者】高海林;
【作者单位】河南工业职业技术学院河南南阳;
【刊名】《实验室科学》
【关键词】Excel软件;数据处理;最小二乘法;
【摘要】提出用Excel进行实验数据处理的优点,介绍如何使用Excel剔除粗差、计算标准偏差、绘制实验图线、求拟合直线方程的参数和计算相关系数。

（16）【主题】基于PC-DAQ的化学虚拟仪器中的数据采集与处理
【英文主题】Data Acquisition and Process of Chemical Virtual Instrument Based on PC-DAQ
【作者】谭超;李将渊;蔡铎昌;
【作者单位】宜宾学院化学化工系;西华师范大学化学系;西华师范大学化学系四川宜宾;四川南充;
【刊名】计算机测量与控制
【关键词】虚拟仪器;数据采集;VB;定时器;
【英文关键词】virtual instrument;data acquisition;VB;timer;
【摘要】结合研制化学虚拟仪器系统的实践,探讨了用VB开发数据采集软件的一般原理和方法,给出基于PCI2002数据采集卡进行数据采集、数据转换、数据分离与处理部分的程序实例。

对一些关键问题作了详细分析与注释。

【英文摘要】Connecting to the practice of developing chemical virtual instrument,the general principles and methods by which data acquisition software is developed based on VB are discussed.At the same time,the program of data acquisition,data transformation,data separation and data process based on PCI2002data acquisition board is provided.Moreover,a few key issues are analyzed and explained in detail.
（17）【主题】基于Visual Prolog的催化裂化故障诊断系统的设计与实现【作者】马昕郑璇张贝克任丽静
【作者单位】马昕,郑璇,张贝克,(北京化工大学信息科学与技术学院)
任丽静,(河北化工医药职业技术学院,河北,石家庄,050026)
【刊名】《计算机与应用化学》
【英文刊名】COMPUTERS AND APPLIED CHEMISTRY
【关键词】故障诊断催化裂化专家系统Visual Prolog
【摘要】炼化工业安全生产已经成为企业和社会共同关注的热点.作者等针对其中的催化裂化装置,根据流程特点、结合流程单元操作与管理模式,设计故障诊断系统,使用基于产生式规则推理的专家系统故障诊断法和Visual Prolog语言在可视化编程环境下实现.通过在催化裂化流程仿真软件上应用,表明此诊断系统对催化裂化生产中出现的多数异常工况,能够有效地推理分析,及时查出故障原因,提供相应的处理措施
6.小结
当今时代，化学产品已经成为人们生活中不可或缺的一部分，化工产品的研究仍需进一步的加强，从检索内容来看，计算机对此所做的贡献给化学研究带来了足够的动力，对于计算机在化学研究应用所面临的问题，可以通过学习双方面专业知识等途径来解决。

相信在未来的日子里，我国的研究者可以将计算机和化学更好的、有机的结合到一起，为我国的计算机化学产业的发展做出贡献。

通过老师上课所讲的例文，以及记录的笔记，首先，我为检索报告列出提纲，与同学讨论认为没有大碍后，开始着手查阅资料，上网检索相关课题内容，在写报告的同时对信息检索有了新的认识。

本报告的检索主要是以网络信息检索为主要方法完成，论文查阅基本是在学术期刊网上搜索完成。

通过这份报告，我了解了更多关于计算机化学产业的知识，通过向老师请教计算机在化学研究方面的应用后我知道，这份检索报告中很多检索内容只是根据自己的片面知识来检索，所以这份检索报告的内容仍不全面，仍存在些许不足，在今后的学习中，我会多多关注计算机与化学的相关内容的新闻和报告，并不断的补充到自己的知识库中。

这份文献检索报告让我熟悉了信息检索的过程及其广泛的应用，并老师上课所教的内容应用于实践，符合了该课程对学生的实践性很强的要求，即要求学生在掌握信息检索课基本理论的基础上，注重实习环节，通过检索实习，使学能熟悉专业相关的电子资源、工具书的特点、结构，并掌握其检索方法和技巧。

通过《文献信息检索与利用》这门选修课，我认为学到了不少东西，不过我知道，我还有更多的没有学到的东西，认识到这门课程的应用对于大学生学习及其资料查找的重要性后，我决定在以后的课余时间更加努力学习该课程知识，为自己以后的毕业设计说明书、毕业论文的写作与科学研究打下坚实的信息检索基础。