计算机在分析化学中的应用.ppt

计算机在分析化学中的应用 绪言 一、计算机在分析化学中的作用与意义 二、计算机处理分析化学问题的一般方法 一、计算机在分析化学中的作用与意义 ?如何用计算机解决我们在科学研究以及生产实际中出现的各种各样的问题，是计算机使用者十分关心的课题。 在分析化学中所遇到的问题： 大量的测量数据需要处理，同时存在的多个化学平衡需要求解一系列方程进行研究 原则上这种研究不存在任何问题，因为各平衡态完全由各有关平衡的质量作用定律和物料平衡的有关知识所确定。 但实际上，当几个平衡同时存在时，往往无法从数学上求得一系列方程。 化学家们通常解决化学平衡的方法 根据各已知条件（平衡常数、浓度）的数值的大小，确定哪些是主要反应，从而忽略某些质点。因此，方程被大量简化，并且求解不需要特别的计算，只需要核实一下，使所得的结果符合在过程中所进行的假设。 这样做要非常精心和具有一定的经验，保证一开始就进行有效的简化。而事实上，研究工作者总是希望处理一个完整的问题，而不是取得近似。 另一方面，上述简化处理方法也有进行不通的时候，特别是当没有任何质点可被忽略的时候，即当各平衡常数值接近或质占的总浓度在同一个数量级的时候。 而利用计算机，不管多么复杂的化学现象都可在很短的时间里解出描述它们的一系列方程式。 计算机在现代分析科学中的作用 从第一代计算机开始，就开始了计算机在分析化学方面的应用研究工作，但是比较普遍和深入的研究工作是从六十年代开始的。 在七十年代后期，许多分析仪器都配备了专用计算机和微处理器，极大地提高了分析仪器提供信息的功能，使分析仪器进入过去传统分析技术无法涉足的领域。 比如，现代分析仪器可在相对短的时间内提供大量分析数据，甚至连续提供具有时间、空间分辨率很高的多维分析数据； 利用计算机以最优方式从这些原始分析数据中，提取解决生产、科研课题中所需要的有用信息，由此产生了化学计量学。 化学计量学 化学计量学的迅速兴起，使分析化学由单纯的提供数据上升到从分析数据中获取有用的知识和信息，成为生产和科研中实际问题的解决者。 二、计算机处理分析化学问题的一般方法 利用计算机解决问题，实际上是根据所要解决的问题编制相应的程序，让计算机执行。 没有程序的配合，计算机是发挥不了作用的。一般来计，计算机处理分析问题，可以从以下几个方面来考虑： 计算机处理分析问题的步骤 1．确定计算机方案 2、绘制框图 3、编制程序 4、调试和运行程序 1．确定计算机方案（1） 任何问题在用计算机处理之前，必须把要处理的问题进行数学模拟。 数学模拟：就是建立数学模型，用数学表达式来描述所要处理的问题，例如由计算机按数据结果描绘出一条合理的曲线，就必须模拟描述该曲线的函数式。 在分析化学中，虽然理论计算并不十分复杂，分析方法也有较严密的定量关系式，但在用计算机处理时，仍然要有数学模拟的过程。例如酸碱溶液pH的计算和理论滴定曲线的通式等，就是属于数学模拟的结果。 1．确定计算机方案（2） 数学模型建立后，我们会发现，有很多方程不能在计算机上求解。 例如数学、物理上的经常用到的线性方程组的求解，偏微分方程的求解等。 计算机只能进行加减乘除及逻辑运算，方程组的求解过程必须化成计算机能解决的加减乘除运算。 对于同一问题的求解，常常有许多计算方法，我们一般根据问题本身的需要，选择精度高，计算速度快，占用内存少的方法进行，这就要选择计算方法。 人们经过长期实践，已经找出了在计算机上解决各类问题的行之有效的方法，以后各章将陆续介绍分析化学中的有关计算问题。 2、绘制框图 在设计一个复杂的程序之前，为了清楚明了地显示整个问题的全貌，我们有必要画出框图。 对于复杂的问题，往往分成若干部分，并找出各部分的关系。 用分框图和总框图来描述各部分细节及各部分之间的总联系，使整个过程直观明了。 框图可作为编写程序的指南，检查和发现程序中的错误。 3、编制程序 框图给出后，我们可以用程序设计语言 Visual Basic语言 C语言 FORTRAN语言 把计算过程表达出来，这就是编制程序。 程序编制应力求正确简洁。 4、调试和运行程序 要想正确无误地编出一个程序，对于初学者来说是不容易的，即使是一个熟练的程序员，在编写较复杂的程序时，也仍然可能出错。 编制好的程序必须在计算机上进行调试，通过在计算机上运行，找出程序的语法错误及逻辑错误，修改错误，直到程序正确无误为止。 为了验证和检查程序是否有错，通常用已知结果的例题来验证。 对所编程序是否达到解题的要求，一定要通过程序的运行不定期验证，特别要注意对一些特例处理的验证。 第一章 Visual Visual Basic语言简介 VISUAL BASIC是90年代可视化的面向对象的开发Windows应用程序的工具。 它被誉为“惊世骇俗”和“