System.ArgumentOutOfRangeException: 索引和长度必须引用该字符串内的位置。 参数名: length 在 System.String.Substring(Int32 startIndex, Int32 length) 在 zhuanliShow.Bind() 一种计算溶液中离子扩散同位素效应的方法技术_技高网

一种计算溶液中离子扩散同位素效应的方法技术

技术编号:40846070 阅读:8 留言:0更新日期:2024-04-01 15:14
本发明专利技术公开了一种计算溶液中离子扩散同位素效应的方法,包括:建立水溶液模型并将离子同位素的质量进行放大;计算所述离子同位素的自扩散系数后,将所述离子同位素的自扩散系数和对应的离子质量取双对数进行线性拟合获得离子扩散同位素效应。本发明专利技术的方法可用于水溶液体系中溶质同位素效应大小的计算,具有方便、快速、准确等优点,可提供水溶液中溶质同位素扩散分馏的相关信息。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于离子同位素效应计算领域,尤其涉及一种计算溶液中离子扩散同位素效应的方法


技术介绍

1、同位素含量测量在近二十年来成为考察岩石和水相互作用等多种地球化学过程的常用工具,水相扩散引起的同位素分馏大小可以用于解释饱和地球化学系统中稳定同位素比值趋势以及考察同位素的分离可能性。目前已有多种实验设计被用于确定水相扩散中的同位素分馏大小,如聚丙烯酰胺和硅胶水凝胶法、graham型扩散实验、折射率剖面图法等,然而这些实验方法在实际测量同位素效应β时存在难以测量准确的问题,如tryroler等人测得ar的β值为0.508,而tempest和emerson测得的ar的β值为0.0371;水溶液中由于离子浓度以及测量方法的不同,实验上得到数值比较分散的离子同位素效应,在0.000至0.05之间。因此,可使用分子动力学(md)模拟方法对溶液下离子的同位素效应进行测量。

2、利用分子动力学模拟对离子存在的稳定同位素的同位素效应测量存在一个难题,例如li+的稳定同位素为6li+/7li+,由于这两个稳定同位素的质量只相差一个中子的质量,直接模拟6li+/7li+的扩散系数与质量的关系并不能准确测量li+的同位素效应。因此,需要一个能准确测量溶液中离子扩散同位素效应的方法。


技术实现思路

1、本专利技术的目的在于针对目前对离子同位素的扩散分馏和同位素效应实验测量不准确的问题,提供一种将同位素质量放大并对扩散系数和质量的取双对数进行线性拟合的方法,得到较为准确的同位素效应。

<p>2、为实现上述目的,本专利技术提供了如下方案:一种计算溶液中离子扩散同位素效应的方法,包括:

3、建立水溶液模型并将离子同位素的质量进行放大;

4、计算所述离子同位素的自扩散系数后,将所述离子同位素的自扩散系数和对应的离子质量取双对数进行线性拟合获得离子扩散同位素效应。

5、优选地,所述建立水溶液模型的过程包括构建体相水溶液体系和构建石墨烯通道水溶液体系;

6、所述构建体相水溶液体系的过程包括,在gromacs软件中构建一个模拟盒子,将水分子和离子均匀放置在盒子中完成体相水溶液体系的模拟体系构建;

7、所述构建石墨烯通道水溶液体系的过程包括,在gromacs软件中构建一个模拟盒子,将基于双层石墨烯片的石墨烯通道放置在模拟盒子中间,在石墨烯通道内插入水分子和离子,完成石墨烯通道水溶液体系的模拟体系构建。

8、优选地,所述体相水溶液体系的模拟盒子尺寸为3.0nm×3.0nm×3.0nm,包括895个水分子和1个离子;

9、所述石墨烯通道溶液体系中,每层石墨烯片包括1008个碳原子,盒子尺寸为5.158nm×5.105nm×5.000nm,层间距为0.8nm至1.0nm;

10、所述离子为li+、na+、k+、cl-中的一种。

11、优选地,所述将离子同位素的质量进行放大的过程包括,

12、分别基于体相水溶液体系和石墨烯通道水溶液体系,对应在top文件中将离子同位素的质量进行放大,然后进行npt系综预平衡模拟,再进行nvt系综的成品模拟。

13、优选地,所述对应在top文件中将离子同位素的质量进行放大的过程包括,将离子质量设置成0.5m至128m,其中m为离子的稳定同位素最小质量,系数为放大或缩小的倍数。

14、优选地,所述npt系综预平衡模拟模拟的模拟步长为1fs至2fs,模拟时间为10ns至20ns;

15、所述nvt系综的成品模拟时间为65ns。

16、优选地,所述计算所述离子同位素的自扩散系数的过程包括,

17、根据nvt系综成品模拟中离子的模拟轨迹进行自扩散系数分析,采用均方位移msd方法获得离子同位素的扩散率。

18、优选地,所述根据nvt系综成品模拟中离子的模拟轨迹进行自扩散系数分析的分析时间为10ns至60ns。

19、优选地,将所述离子同位素的自扩散系数和对应的离子质量取双对数进行线性拟合获得离子扩散同位素效应的过程包括,

20、将由均方位移msd方法得到的离子同位素扩散率和对应的离子质量取双对数进行线性拟合,得到的斜率即为同位素效应。

21、优选地,所述将由均方位移msd方法得到的离子同位素扩散率和对应的离子质量取双对数进行线性拟合的公式表达式为:

22、log(d)=-βlog(m)

23、其中,d为离子同位素的自扩散系数,m为离子同位素的自扩散系数对应的离子质量。

24、与现有技术相比,本专利技术具有如下优点和技术效果:

25、本专利技术基于同位素的扩散率与质量存在弱幂律的关系,提出放大同位素的质量考察扩散率与质量的关系,能够解决实验上同位素效应测量不准确的问题;本专利技术提供的方法,使用分子动力学模拟,将同位素的质量进行放大,同时模拟体相水溶液体系中离子同位素的扩散以及石墨烯通道中水溶液离子的扩散,使用msd方法计算其扩散率,考察同位素的扩散率与质量之间的关系,最后得到同位素效应β;本专利技术的体系溶质浓度为离子的无限稀溶液,结果与实验中测量得到的接近,在以下算例中,亦证实其具有可用性。

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【技术保护点】

1.一种计算溶液中离子扩散同位素效应的方法,其特征在于,包括:

2.根据权利要求1所述的计算溶液中离子扩散同位素效应的方法,其特征在于,所述建立水溶液模型的过程包括构建体相水溶液体系和构建石墨烯通道水溶液体系;

3.根据权利要求2所述的计算溶液中离子扩散同位素效应的方法,其特征在于,所述体相水溶液体系的模拟盒子尺寸为3.0nm×3.0nm×3.0nm,包括895个水分子和1个离子;

4.根据权利要求1所述的计算溶液中离子扩散同位素效应的方法,其特征在于,所述将离子同位素的质量进行放大的过程包括,

5.根据权利要求4所述的计算溶液中离子扩散同位素效应的方法,其特征在于,所述对应在top文件中将离子同位素的质量进行放大的过程包括,将离子质量设置成0.5m至128m,其中m为离子的稳定同位素最小质量,系数为放大或缩小的倍数。

6.根据权利要求4所述的计算溶液中离子扩散同位素效应的方法,其特征在于,所述NPT系综预平衡模拟模拟的模拟步长为1fs至2fs,模拟时间为10ns至20ns;

7.根据权利要求1所述的计算溶液中离子扩散同位素效应的方法,其特征在于,所述计算所述离子同位素的自扩散系数的过程包括,

8.根据权利要求7所述的计算溶液中离子扩散同位素效应的方法,其特征在于,所述根据NVT系综成品模拟中离子的模拟轨迹进行自扩散系数分析的分析时间为10ns至60ns。

9.根据权利要求1所述的计算溶液中离子扩散同位素效应的方法,其特征在于,将所述离子同位素的自扩散系数和对应的离子质量取双对数进行线性拟合获得离子扩散同位素效应的过程包括,

10.根据权利要求9所述的计算溶液中离子扩散同位素效应的方法,其特征在于,所述将由均方位移MSD方法得到的离子同位素扩散率和对应的离子质量取双对数进行线性拟合的公式表达式为:

...

【技术特征摘要】

1.一种计算溶液中离子扩散同位素效应的方法,其特征在于,包括:

2.根据权利要求1所述的计算溶液中离子扩散同位素效应的方法,其特征在于,所述建立水溶液模型的过程包括构建体相水溶液体系和构建石墨烯通道水溶液体系;

3.根据权利要求2所述的计算溶液中离子扩散同位素效应的方法,其特征在于,所述体相水溶液体系的模拟盒子尺寸为3.0nm×3.0nm×3.0nm,包括895个水分子和1个离子;

4.根据权利要求1所述的计算溶液中离子扩散同位素效应的方法,其特征在于,所述将离子同位素的质量进行放大的过程包括,

5.根据权利要求4所述的计算溶液中离子扩散同位素效应的方法,其特征在于,所述对应在top文件中将离子同位素的质量进行放大的过程包括,将离子质量设置成0.5m至128m,其中m为离子的稳定同位素最小质量,系数为放大或缩小的倍数。

6.根据权利要求4所述的计...

【专利技术属性】
技术研发人员:李理波龚晓婷卢纵
申请(专利权)人:华南理工大学
类型:发明
国别省市:

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