[发明专利]一种构建复杂有机大分子平均分子结构模型的方法

摘要

一种构建复杂有机大分子平均分子结构模型的方法，属于有机大分子结构模型构建方法。采用原位法构建复杂有机大分子平均分子结构模型的方法，包括：(一)、元素分析、(二)、红外谱图的分峰分析、(三)、热气质联用分析和(四)、量子化学计算；实现构建煤等复杂有机大分子平均分子结构模型。优点：本方法利用原位结构表征方法，获得复杂大分子结构参数和片段，综合理论计算方法，构建复杂大分子结构模型，利用理论计算的红外谱图信息与实验谱图信息进行比对，不断校正大分子结构模型，使得构建的大分子结构模型更加客观，能够反映真实大分子结构模型的结构信息，有利于更好地研究煤等复杂有机大分子材料的性质、利用和转化。

主权项

1.一种构建复杂有机大分子平均分子结构模型的方法，其特征是：采用原位法构建复杂有机大分子平均分子结构模型的方法，包括：（一）、元素分析、（二）、红外谱图的分峰分析、（三）、热气质联用分析和（四）、量子化学计算；实现构建煤复杂有机大分子平均分子结构模型；具体步骤如下：（一）、元素分析有机质是由碳、氢、氧、氮、硫元素组成，采用元素分析推测各个元素在大分子结构中所占的比例，由此确定所构建的平均分子结构模型的最简分子式；（二）、红外谱图的分峰分析复杂有机大分子混合物中官能团丰富、成分复杂，特征光谱吸收带部分或完全地相互重叠，从红外谱图上无法准确分析研究各种官能团相对含量的多少；采用分峰软件对叠加谱峰进行分峰处理和曲线模拟；将红外谱图分成四部分：芳香结构700‑900 cm^‑1，确定模型中不同苯取代的比例；含氧官能团和烃结构1000‑1800 cm^‑1，得出模型中的含氧官能团种类及比例；脂肪官能团结构2700‑3000 cm^‑1；羟基官能团结构3000‑3600 cm^‑1；通过分峰得到不同峰位置的归属，能得到一些结构参数：芳氢率、氢碳原子比、甲基亚甲基比以及芳碳率；（1）芳氢率，是复杂有机大分子结构中芳香族化合物中所含的氢原子占总氢原子数的比值；红外谱图中700‑900 cm^‑1区域内的吸收面积代表芳香氢含量H_ar，2800‑3000 cm^‑1区域内的吸收面积代表脂肪氢含量H_al；Har/H = Aar/(Aar+ Aal)（2）氢碳原子数比，是复杂有机大分子结构中氢原子与碳原子的数目之比；H/C = (H_m/1)/(C_m/12)（3）甲基亚甲基比，是根据甲基与亚甲基的碳原子数的比值得出的参数；CH₃/CH₂=A_CH3/A_CH2（4）芳碳率，表示所有芳碳原子占总碳的比例；far=1‑Cal/C=1‑[(1‑Har/H)*H/C]/(Hal/Cal)（三）、热气质联用分析选取TG‑GC/MS联用技术对样品进行热解分析，得到不同温度下的总离子流色谱图，通过解谱分析得到不同温度下得到的热解产物，了解混合物平均分子结构的片段，确定组成其结构的基本框架以及一些杂环化合物的存在；（四）、量子化学计算采用GaussView软件对构建的化学平均结构进行优化，对优化后的结构进行频率的计算，得到分子振动转动红外光谱，通过迭代计算，最初构建的分子结构模型能量减小，当结构模型反复几次计算，其能量变化在收敛范围内，则分子模型结构达到最优构型；采用密度泛函从头算法，首先对构建的结构模型进行初步的优化，然后采用HF基组对所构建的模型进行进一步的优化，得到优化后的模型结构，再用HF基组对其进行频率的计算，得到构建结构模型的计算红外谱图；在计算过程中，忽略非简谐效应，计算得到的频率会比实验频率略高，通过校正因子来校正计算所得到的结构模型的计算红外谱图；将得到的计算红外谱图与实验红外谱图相比较，若不匹配，对构建的结构模型进行调整，再重新优化与计算，最终得到与计算红外谱图与实验红外谱图基本相匹配的最优的平均分子结构模型。