荧光光谱解析中矩阵病态对检测结果的影响

在工程数据处理中,经常要进行矩阵变换,矩阵病态性影响计算结果的稳定性,而矩阵的条件数与矩阵病态性密切相关.针对荧光光谱原始信号,通过分析解谱矩阵的条件数,给出通过解谱矩阵进行信号解谱时,解谱矩阵病态性对解谱数据结果的影响以及在提取解谱矩阵时如何减少矩阵病态性的方法.实验结果表明,数据突变会导致矩阵病态性增加,同时带来荧光光谱结果失真,在实际解谱矩阵提取及数据处理过程中,需重视并增强荧光染料谱图的平滑性.     

CNDO/2及其一级近似——CNDO/2-FA

CNDO/2一级近似法CNDO/2-FA)是一种值得推荐的方法.此法从Hückel理论所得的密度矩阵出发,构成第一个Fock矩阵,对角化并得到新的密度矩阵后,即转向最后结果的计算.由于略去了自洽迭代,可节省数倍的计算量.已从几何构型、力常数、解离能、电离势、质子亲合势、转动位垒、前线轨道能量等多方面进行考察,一级近似结果皆与自洽结果很相近,仅电荷分布稍不满意.MNDO的一级近似则不可用。     

一种对大体系局部进行高精度量子化学计算的新方法

提出一种可以对大体系的局部区域进行高精度量子化学计算的新方法.将体系划分为活性区和环境区,采用比较粗略的算法获得大体系的密度矩阵,通过基组的变换将密度矩阵分解为对应于活性区与环境区的子矩阵的直和,活性区和环境区分别拥有整数个电子,成为相对独立的化学键饱和的子体系.然后冻结环境区密度矩阵,同时考虑环境区在活性区所产生势场的作用,对活性区进行高精度的量子化学计算.对一些分子进行计算,得到的电荷分布、键长、键断裂能、电离势与电负性等与对大体系整体进行高精度计算得到的结果相当一致,而计算量减少很多,表明提出的方法可行,并有应用价值.     

过渡金属络合物荷移光谱的研究

在配位场近似下,用不可约张量方法对具有O_4对称性的FeCl_6~(3-)及与其结构相似的过渡金属络合物的Hamilton矩阵进行了矩阵分割,得到了一种计算荷移光谱的简单方法.在计算中采用方案,考虑了纯组态内部的Coulomb作用和旋轨作用,忽略了不同组态间的Coulomb作用.并采取冻结轨道近似.计算结果与实验光谱数据符合较好.     

计算晶体中过渡族离子能谱的不可约张量方法

分析了文献〔10〕的广义Wigner-Eckart定理有关公式及Ⅴ_c使αL混杂而得的混合态波函数的特点,推导出四条推论及有关结果,使混合态矩阵元的计算简化为未混态矩阵元的计算;或使一对八面体场项间的全部非零混合态矩阵元的计算基本上简化为一个混合态矩阵元的计算.     

磁性体系的定域自旋研究: 模型化合物HHeH

根据Davidson和 Clark的定域自旋(Local Spin)理论的计算方程, 将它们改写为简单易行的矩阵代数形式的方程, 并根据这些方程编写了一个计算磁性体系定域自旋的程序. 为了验证程序的正确性, 在相同的计算水平下, 计算了O₂和NO的定域自旋结果并把它们和Davidson和Clark的做了比较, 结果证明程序的可行性. 进而针对简单模型磁性化合物HHeH, 计算它的定域自旋结果和磁交换耦合常数J, 探讨它们与体系几何参数之间的关系.     

生物体系中电子转移机理的理论研究 I.一种计算电子转移的方法及在螺环化合物中的应用

应用"相应轨道变换"和"广义"密度矩阵的方法,向MOPAC程序包中加入了新的功能,使其能处理电子转移反应中的部分参数.然后用此程序包中AM1方法对具有螺环结构的分子进行处理,计算了化合物在不同外加电场强度下的势能面、反应热△E,重组能λ及电子转移矩阵元VAB,结果表明,λ,VAB受外加电场的影响较小,而△E则与之成正比.对标题化合物1的计算结果也同ab initio法的结果进行了比较,发现其变化趋势完全一致,这说明本方法在计算电子转移方面是可靠的.与ab initio方法相比,本程序不仅适用于计算较大体系(如生物大分子),而且还具有速度快,耗时少的优点.     

尿素分子振动光谱的密度泛函理论研究

用密度泛函理论方法BLYP/6-31¹⁺+G(2df,2pd)对尿素分子的平衡几何构型进行了优化,并计算了该分子的谐力场.使用Wilson的GF矩阵方法,对尿素分子的振动基频进行了理论研究.根据振动频率的势能分布对此分子的振动基频进行了理论归属,计算的振动频率和能级指认均同实验结果吻合较好.     

原子对空间距离法及其应用

采用原子对空间距离法表征化合物的三维结构信息. 提出了计算端点的频数的方法, 与段的频数相比, 该方法能更好地描述原子对频数. 以不同段的距离, 分别采用上述两种频数计算得到化合物的相似度矩阵, 然后把相似度衍生为新的变量. 运用多元回归分析和人工神经网络分别构造了预测数学模型, 并对所得到的预测结果进行了比较. 这两种频数均较好地预测了HEPT类化合物的活性.     

基于范数指数定量构效关系预测β-环糊精络合常数

环糊精在药剂学领域中是一类重要的包结化合物, 其中络合物稳定常数(logK)是一个关键评价参数. 本研究基于扩展距离矩阵提出了一组范数指数, 利用多种计算方法构建了系列定量构效关系模型, 并对233种化合物与β-环糊精的logK进行了计算预测. 计算结果表明基于扩展距离矩阵范数建立的系列定量构效关系模型均能较好预测logK; 其中利用最小二乘-支撑向量机方法建立的模型预测效果最好, 其预测结果的相关性系数R和留一、留十交叉验证相关性系数(Q_LOO,Q_LTO)分别为0.9587、0.8775和0.8732. 与文献方法对比结果表明, 本工作的预测结果在准确性和稳定性上有着显著的改善, 且能分辨同分异构体. 本课题组前期研究成果和本项工作表明基于范数指数构建的定量构效关系不仅适用于计算化合物的基础物理化学性质, 还能应用到化学反应过程相关常数的准确预测.     

频域空间密度矩阵重正化群的研究进展

密度矩阵重正化群(DMRG)作为低维强关联体系中电子结构计算的强有力方法被广泛熟知,并被迅速地应用于量子化学,不仅在电子结构计算中发挥重要作用,同时也在近几年迅速地成为复杂体系量子动力学计算的重要方法.在DMRG框架中,衍生出了一系列计算动态响应性质的有效方法,并得到了广泛应用.本文简述了DMRG的基本理论,其矩阵乘积态(MPS)表示有效地扩展了该方法的应用范围.重点介绍了基于线性响应理论的动态DMRG,在频率空间求解系统在零温以及有限温度下响应性质的算法,并介绍其在电子关联问题和电子-声子关联问题中的应用,最后展望了该领域的未来发展方向.     

密度矩阵旋转法 - 绕过波函数直接求密度矩阵

本文首次提出了一种直接求闭壳层体系密度矩阵的方法 - 密度矩阵旋转法(PMatrix Botanon method). PMR法的特点是不必象自洽场法(SCF)那样解HFR方程,也不必象分子轨道酉变换法(UTMO)那样考虑分子轨道系数,而是绕过波函数直接求体系的密度矩阵,进而从密度矩阵求出体系的所有性质,PMR法能够保证求解过程收敛,克服了传统的HFR-SCF法不能保证收敛的根本缺点.此外,PMR法的计算比SCF法和UTMO法更简便.在CNDO/2近似下,比较了PMR,UTMO和SCF三种方法的计算结果,表明PMR法较优越。     

聚氧乙烯链构象性质的三级相互作用近似

基于旋转异构态近似模型 ,用半经验势函数计算了聚氧乙烯 (POE)链在三级相互作用下构象能 ,并用三级相互作用近似下的统计权重矩阵方法计算了POE链的特征比、偶极矩比等构象性质 .结果表明 ,当考虑了三级相互作用时 ,计算结果和实验值符合得比较好 ,与由二级相互作用近似得到的结果相比 ,在很大程度上得到了改善     

生物体系中电子转移机理的理论研究Ⅰ: 一种计算电子转移 的方法及在螺环化 合物中的应用

应用“相应轨道变换”和“广义”密度矩阵的方法,向MOPAC程序包中加入了新的功能,使其能处理电子转移反应中的部分参数.然后用此程序包中AMI方法对具有螺环结构的分子进行处理,计算了化合物在不同外加电场强度下的势能面、反应热ΔE,重组能λ及电子转移矩阵元V_(AB),结果表明,λ,V_(AB)受外加电场的影响较小,而ΔE则与之成正比.对标题化合物1的计算结果也同ab initio法的结果进行了比较,发现其变化趋势完全一致,这说明本方法在计算电子转移方面是可靠的.与ab initio方法相比,本程序不仅适用于计算较大体系(如生物大分子),而且还具有速度快,耗时少的优点.     

液态RbCl的态密度

给出了在分子动力学模拟基础上Fumi-Tosi势离子液体的正则模式分析方法,用Fumi-Tosi势(包括长程势)代替Lennard-Jones势,并且用等效Coulomb势处理长程Coulomb作用.讨论了Hessian矩阵元的计算方法和Hessian矩阵特征值的计算方法.计算实践表明，取用余误差函数形式的等效库仑势,可以合理地得到Hessian矩阵和态密度.液态RbCl中构型平均态密度的数值结果表明，液态RbCl的态密度表现出与Lennard-Jones液体的态密度相仿的特点.     

N2分子在强激光场中的场致电离

研究了在强激光脉冲中各种不同取向的N2分子发生场致电离的电离几率和表观电离效率.用量子化学方法计算了N2+分子离子在各种不同取向上的势能曲线,然后用传递矩阵方法得到了N2分子在不同方向上的电离几率,经过角度平均之后得到了各种取向的所有N2分子的总电离几率,并对计算结果进行了激光时间和空间修正.用800nm和70fs的激光脉冲对N2分子进行了在强激光场中的电离实验,得到了N2分子电离后产生的电子的角度分布图和电离几率随激光功率密度变化的关系曲线.实验结果和理论计算结果符合得很好.     

分子间电子耦合的简便计算方法—孤立轨道法

在两态模型近似下,运用不同的计算方法评估了面心放置苯二聚体分子间电子转移耦合矩阵元.其中,基于孤立轨道依据二聚体自洽计算得到的单电子Hamiltonian(Fock矩阵)直接求解的电子转移积分的计算方法能方便地考虑孤立轨道的非正交性所带来的影响得到准确的有效电子转移积分的数值解.在该孤立轨道方法下,基函数和分子间距对电子耦合积分的影响也被系统研究.结果表明,相对基于过渡态理论寻找"两态能量差最小"计算的精确电子耦合值,基函数D95V计算结果表现出最好距离相关性.     

多种类杂环化合物的药理和毒理活性系数构效关系（英文）

杂环类化合物在卫生保健和药物分子设计领域发挥关键作用,在西药中占有重要地位.本工作针对扩展距离矩阵提出了一组范数指数,基于扩展距离矩阵的范数指数构建了一个新的构效关系模型,并对杂环类化合物二苯并呋喃的芳烃受体亲和性(pEC50)以及芳香和杂环芳香胺的诱导有机体变异力(lnR)进行了计算预测.结果表明,基于扩展距离矩阵范数指数建立的构效关系模型可以很好地预测pEC50和lnR.其中,pEC50预测结果的平均绝对误差(AAD)为0.403,相关性系数r2=0.876,lnR预测结果的AAD为0.702,r2=0.779.与其他预测方法的对比结果表明,本工作不仅能够利用一个完全相同的数学表达模型同时对pEC50和lnR进行预测,而且预测结果在准确性和稳定性上都有显著改善.     

分子振动力常数计算中的Λ矩阵和F矩阵的性质

在由G矩阵因解和频率确定力常数的计算中,找到了适用于任意维A矩阵相对于L矩阵按对称坐标排列顺序的关系;用逆酉变换得到了由复合力常数F_s计算F_R的一般方法;确立了F_R按对称块的加和性。以尿素等分子为例,用一般价力场计算了全部力常数F_R,频率计算值(低频部分)更符合实验结果。     

含时密度矩阵重正化群的理论与应用

密度矩阵重正化群(DMRG)作为计算低维强关联体系强有力的方法为人熟知,在量子化学电子结构计算中得到广泛应用.最近几年,含时密度矩阵重正化群(TD-DMRG)的理论取得较快发展, TD-DMRG逐渐成为复杂体系量子动力学理论模拟的重要新兴方法之一.本文综述了基于矩阵乘积态(MPS)和矩阵乘积算符(MPO)的DMRG基本理论,并重点介绍了若干最常见的TD-DMRG时间演化算法,包括基于演化再压缩(P&C)的算法、基于含时变分原理(TDVP)的算法和时间步瞄准(TST)算法;还对利用TD-DMRG模拟有限温体系的纯化(Purification)算法和最小纠缠典型量子热态(METTS)算法进行了介绍.最后,对近年TD-DMRG在复杂体系量子动力学中的应用进行了总结.