X
تبلیغات
رایتل
 

کامپیوتر بر شیمی مانند ابزارهای دیگر، به صورت های گوناگون تأثیر می گذارد که در یک نگاه سطحی پاره ای از آنها آشکار و پاره ای دیگر پنهان است. برای مثال ،برقراری ارتباط همزمان با سرویس بازیابی اطلاعات اداره ی چکیده های شیمی، اصولا به برخی مهارتهای کامپیوتری نیاز دارد، در حالی که کار کردن با یک طیف سنج زبر قرمز تبدیل فوریه ای جدید اگر چه دستگاه تمام خودکار است به این نوع مهارتها نیاز ندارد . در حال حاضر فن آوری کامپیوتر به صورت یخش بسیار مهمی از شیمی در آمده و ضروری است که شیمیدانان برای انجام کارهای حرفه ای خود به اندازه ی کافی از مهارت های کامپیوتری برخوردار باشند.

کاربرد های کامپیوتر در شیمی به دو بخش اصلی تقسیم می شود :(الف) اتصال سخت افزاری و استفاده ی آزمایشگاهی که در آنها کامپیوتر به صورت جزئی از دستگاه در می آید و (ب) استفاده ی نرم افزاری ، که شامل محاسبات عددی و عملیات پردازش مختصر اطلاعات مربوط به چکیده ی مقالات است.

کامپیوتر های رقمی جدید، دستگاهای توانمند و بی مانندی هستند. این دستگاه ها به گونه ای اطلاعات را دستکاری و تبدیل می کنند که قبلا تنها مغز انسان قادر به انجام این گونه اعمال بود. عمل کرد بسیار سریع/پایین بودن میزان خطا/گوناگونی نمایش اطلاعات/توانایی برنامه های ذخیره شده/انتقال شرطی/ عملکرد رقمی/ از خصوصیات این کامپیوتر ها می باشد.

کاربرد علمی کامپیوتر ها : کامپیوتر های رقمی تقریبا در تمام شاخه های علوم جدید به کار می روند و بدون شک شیمی نیز از این امر مستثنا نیست. نفوذ تدریجی روش های کامپیوتر در علوم از 1950 آغاز شد و تا به حال نیز ادامه دارد. به تازگی کامپیوتر ها تقریبا در تمام آزماش ها و کاوش های شاخه های گوناگون علوم به صورت ابزاری مهم در امده اند و حضور گسترده و عادی آنها در بسیاری از شاخه های علوم، ممکن است موجب نادیده انگاشتن اهمیت آنها شود.

محاسبات عددی اولین کاربرد کامپیوتر ها بود و به تدریج اهمیت فوق العاده ای یافت.در شیمی موارد متعددی وجود دارند که در آنها انجام تعداد زیادی محاسبه بسیار دشوار است.

مسئله های با زمان محدود : بین محاسبات عددی و مسئله های با زمان محدود مرز مشخص و دقیقی نیست. پاره ای از آزمایشهای شیمیایی جدید باید همراه با محاسبات سریع باشد تا اصولا بتوان آنها را اجرا کرد. ماهیت بسیاری از مسائل به این مورد نیاز دارد.

مدل سازی،بهینه سازی و بشبیه سازی : هم اکنون مدل سازی و شبیه سازی آزمایشگاه ها،دستگاه ها و سیستمهای شیمیایی برای پی بردن به برهم کنش پارامترهای قابل تنظیم و به دست آوردن بهترین مقدار آن، به صورت یک امر عادی انجام می شود.کامپیوتر ها را می توان در شبیه سازی های مورد استفاده در طراحی آزمایش ها و دستگاه های شیمیایی به کار برد و سپس آنها را نسبت به پارامترهای قابل نتظیم بهینه کرد. این کار از نظر اقتصادی بسیار با صرفه تر از نمونه واقعی آزمایش ها و دستگاه ها برای بهینه سازی است.

مدیریت و کنترل آزمایش ها : بیشتر دستگاه های جدید شیمیایی، شامل یک کامپیوتر هستند. این مورد ممکن است نوعی برتری برای ابزار محسوب شود اما این امکان نیز هست که کامپیوتر به گونه ای درون ابزار قرار گیرد که به کلی از دید کاربر پنهان بماند. آنچه روشن است، شیمی دستگاهی جدید به کلی وابسته به سیسنمهای کامپیوتری است. ثبت داده ها ابتدایی ترین کاری بود که کامپیوتر در دستگاهای شیمیایی انجام می داد. امروزه، میکروکامپیوتر یا مینی کامپیوتر های قرار گرفته در درون دستگاه ها می توانند کار های لازم مانند بررسی خطار، درجه بندی مجدد عادی،تنظیم طیف شاهد یا جریان های تاریک و سایر کارهای لازم از این قبیل را انجام دهند. در واقع اصطلاح شیمی به کمک کامپیوتر که برای آزمایشگاه به کار می رود از همین جا ریشه می گیرد.

خطا و آمار : شیمی تا حد زیادی یک علم تجربی است و از رو بیشتر بخش های آن با اندازه گیری سر و کار دارد. همه داده های مشاهده شده در معرض دو نوع خطا هستند: (1) خطای سیستماتیک که اغلب به آن خطای معیین می گویند و (2) خطای تصادفی. با اینکه در هر آزمایش هر دو نوع خطا را باید در نظر داشت اما منبع ایجاد و چگونگی بررسی آنها متفاوت است.

خطا های معیین خطاهایی هستند که در اندازه گیری های تحت شرایط کاملا یکسان به میزان مساوی وارد می شوند. این گونه خطا ها بر اثر دستگاه های معیوب،خطای درجه بندی،سوق تجربی جبران نشده،نشت سیستم های خلا،خطای دید هنگام خواندن خروجی دستگاه،تمایلات ناظر و به طور کلی مواردی مانند این، ایجاد می شود. میزان خطای معیین هر آزمایش نشان دهنده ی صحت ان است. صحت یک آزمایش یعنی میزان نزدیک بودن اندازه گیری ها به مقدار حقیقی، یا همان درستی نتایج، هر چه خطای معیین در آزمایش کمتر باشد، آزمایش صحیح تر است.در اصل، با یه کار بردن شاهد ها،درجه بندی های مناسب و روشهای تجربی دقیق می توان خطای معیین را تصحیح کرد. معمولا از روش های آماری برای خطاهای معیین استفاده نمی شود.

خطاهای تصادفی ،جزء ذاتی فرایند اندازه گیری است.خطاهای نصادفی ،افت و خیزهای کوچک و غیر قابل کنترلی در اندازه گیری های تجربی اند که بر اثر هزاران افت و خیز کوچک و غیر قابل کنترل در شرایط تجربی ایجاد می شود. به بیان دیگر در هر آزمایشی متغییر های مستقلی هست که به صورت صوری کنترل شده فرض می شوند اما با آرمایش های دقیق آشکار می شود که تا حدودی افت و خیز دارند. این متغییر های تصادفی همان عدم قطعیت های تصادفی همراه هر اندازه گیری است. بنابراین با استفاده از آمار می توان آنها را تحلیل کرد. دقت در اندازه گیری زمانی به دست می آید که هر چه آن اندازه گیری تکرار شود نتایج یکسانی به دست آید.

بهینه سازی سادک/روش سادک : شیمیدان ها در بسیاری از کارهای خود،خروجی یا پاسخ یک سیستم را مشاهده می کنند تا ببینند آیا آن دستگاه یا مدل ریاضی یا واکنش، تابعی از متغییر های تجربی هست یا خیر. برای مثال، کار عادی تنظیم یک دستگاه، به معنای آن است که اجزای آن دستگاه به گونه ای تنظیم شود که بهترین پاسخ را ارائه کند.بهترین پاسخ ممکن است بهترین حساسیت یا بهترین گزینش پذیری یا ترکیبی از این دو باشد.

در توسعه مدل های جدید تجزیه شیمیایی و بهبود یا گسترش روش های موجود، رسم بر این است که تاثیر متغییر های تجربی بر نتایج بررسی شود. متغییر هایی مانندPH،دما،غلظت واکنشگر و چیز هایی از این قبیل را باید تغییر داد تا آن دسته از متغییر هایی که بر نتایج به دست آمده تاثیر دارد، پیدا شود. آنگاه برای بهبود نتایج، مقدار این متغییر های مهم بهینه می شود. بهبود یافتن ممکن است به معنای افزایش گزینش پذیری،افزایش حساسیت،کاهش تداخل ها،تسریع عملیات،دقت بیشتر یا سایر چیزهای مورد نظر باشد.

تقریبا همیشه هنگام استفاده از دستگاهوری شیمیایی در اندازه گیری های تجربی،برای دریافت بهترین پاسخ باید دستگاه را تنظیم کرد. این کار نوعی بهینه سازی کلاسیک است. چون اجزای دستگاه به طور عادی با یکدیگر ارتباط متقابل دارند.

یک تعریف خوب و کاربردی از بهینه سازی به قرار زیر است :((فرایند جمعی یافتن بهترین مجموعه از شرایط لازم برای رسیدن به بهترین نتیجه در یک وضعیت معین))(بوریج و شکتر 1970).

چندین نوع روش بهینه سازی وجود دارد: تغییر تک عاملی،جست و جوهای شیکه ای،روش های تصادفی و روش سادک.

برنامه SIMPLX : روش بهینه سازی سادک را برای مسئله برازش مجموعه ای از داده ها با یک تابع معین اجرا می کند.برنامه به گونه ای طراحی شده که با سرپرستی مستقیم کاربر و در یک کامپیوتر اشتراک زمانی اجرا شود. برنامه درخواست اطلاعات اولبه و مجموعه ی داده ها از کاربر آغاز می شود. آنگاه برای یافتن بهترین مقدار پارامتر ها به پیش می رود.....

اداره کردن اطلاعات شیمیایی مربوط به ساختارهای شیمیایی: نمودار ساختار دو بعدی، زبان مشترک تمام شیمیدان ها درباره ساختار مولکولی ترکیبات است.طراحی مولکول ها روی تخته ی سیاه یک کار هنری در شیمی است. این طرح ها ارتباط دیداری ما را با مفاهیمی برقرار می کند که توصیف ربانی آنها کاری بسیار پر زحمت و دشوار است. این زبان چنان با شیمی در هم آمیخته است که هر گاه برای شیمیدانی یک شش ضلعی رسم کنید و بدون هیچ توضیحی از او بپرسید این چیست؟ احتمالا پاسخ می دهد: ((سیکلوهگزان)). اهمیت این زبان زمانی روشنتر می شود که تصور کنید یک کتاب درسی در شیمی آلی به کلی فاقد نمودارهای ساختاری باشد. این نمودارهای ساختاری دو بعدی،نوعی تجزیه هستند و رابطه ی بسیار کمی با ماهیت بنیادی گونه هایی که نشان می دهند دارند.این نمودارها بیانی به شیوه ی تند نویسی هستند و نه یک توضیح. با این حال نمودارهای ساختاری دو بعدی استاندارد ترکیبات شیمیایی برای بسیاری از کارهای شیمی جدید کافی نیست.

نمادگذاری خطی ویزوسر: هدف wHN این است که برای هر ساختار شیمیایی، یک کد منحصر به فرد به صورت رشته ای از حروف و اعداد دنبال هم ایجاد کند که می توان آن را روی یک سطر نوشت. در اینجا معمولا پیوند ها به جای آنکه صریحا قید شوند به طور ضمنی با رشته ای از نماد ها نشان داده می شوند.

در WHN، 40 نماد به کار می رود، 26 حرف بزرگ، 100 رقم و چهار نماد دیگر: b,&,/,-

این نماد ها بسته به جایی که به کار می روند معانی گوناگونی دارند.در وهله ی اول به معنی اتمهای مفرد یا گروه های عاملی هستند. در جای دیگر بیان گر اعمال سنتزی اند. معنای یک نماد مخصوص همواره از جایی که در آن به کار رفته قابل تشخیص است.بسته به صورت های گوناگونی که ناجور اتمها در ترکیبات شیمیایی ظاهر می شوند در WHN برای هر گروه عاملی نمادی مخصوص در نظر می گیرند.

برنامه CTTEST : به منظور نمایش سادگی ساختارهای شیمیایی توسط جداول اتصال و فراهم کردن وسیله ای برای وارد کردن جدول اتصال به کامپیوتر برنامه ی CTTEST همراه با چند زیروال ارائه می شود. برنامه ی CTTEST برنامه گرداننده ی کوچکی است که تنها با فراخواندن چند زیروال که در واقع کار اصلی را آنها انجام می دهند عمل می کند. زیروال CTIS ، زیروال CTPR

مکانیک مولکولی: هرگاه توپولوزی ساختارهای شیمیایی تعیین شد، اطلاعات مرتبه ی بعد درباره خواص هندسی یا خواص صورتبندی ساختار است. به طور معمول شیمیدانان برای تجسم ساختارهای شیمیایی از مدلهای مکانیکی کمک می گیرند.تجسم مولکولها به صورت اشیای سه بعدی تاچار به مبحث انرزی های کرنشی می انجامد، یعنی رابطه ی بین صورتبندی و انرزی هایی که قرار گرفتن در یک وضعیت خاص هندسی لازم دارد. از چهل سال پیش به این طرف شیمیدانان به گونه ای گسترده به مدلهای مکانیکی تکیه کرده اند اما این مدل ها محدودیت هایی دارد که استدلالها را خدشه دار می سازد. روش مکانیک مولکولی را وستایمر(1956) ابداع و وایبرگ(1965) اصلاح کرد.این روش به نام های فن مینیمم کردن انرزی کرنشی، روش مکانیک مولکولی و روش میدان نیرو شناخته می شود.

نمایش گرافیکی مولکولها: یکی از توانایی های مهم کامپیوتر ها، نمایش اطلاعات پیچیده به صورت تصویری است.در زمینه ی مکانیک مولکولی این توانایی به معنای نمایش گرافیکی مولکولها روی پایانه های نمایش تصویری است. نمایش مولکولها، شیمیدانان را قادر می سازد تا در بررسی های چشمی، مدلها را ببیند و درباره ی کیفیت آنها قضاوت کنند. یا به دنبال دیدگاه هایی بر پایه ی ساختار بگردند.

نمایش گرافیکی مولکولها: یکی از توانایی های مهم کامپیوتر، نمایش اطلاعات پیچیده به شکل تصویر است. به طور کلی در زمینه ی شیمی و به خصوص در مکانیک مولکولی و مطالعه ی صورتبندیها این توانایی با نمایش ساختارهای مولکولی هم ارز است. نمایش مولکول و تحلیل چشمی آن، شیمیدانان را قادر می سازد مدل را ببینند درباره ی کیفیت آن قضاوت کنند و یا بر اساس ساختار مولکولی دیدگاههایی به دست آورند.

نمایش زیست مولکولها و درشت مولکولها: در نمایشهای کامپیوتری برای استفاده از رنگ، باید اطلاعاتی اضافی ملحوظ شود.پیدایش پایانه های نمایش رنگی و استفاده از آنها در پزوهش های زیست مولکولی و طراحی داروها منجر به افزایش تعداد مقاله های پزوهشی در این زمینه ها شد و در همه ی آنها نمایش های فضا پر کن به چاپ رسید(نولتون و چری 1977، ماکس 1979، لسک و هاردمن 1982،فلد من 1983، لانگریج و همکاران 1981، بش و همکاران 1983). ماکس روالی را اجرا کرده است که رویه ی مولکولها را برای ارئه ی تجسمی از رویه ی کل یک ساختار شبیه سازی می کند. لانگریج و همکارانش سیستمی ابداع کرده اند که رویه های مولکولی را با نقطه های رنگی نشان می دهد و از آن در مطالعه ی بر هم کنش های زیست مولکولها استفاده کردند.