基于分离粒子随机扩散理论的色谱模拟

郭 彦 傅应强 孙寅璐 陈天南 赵健伟,*

(1南京信息工程大学环境科学与工程学院,江苏省大气环境监测与污染控制高技术研究重点实验室,南京210044; 2南京大学化学化工学院,生命分析化学国家重点实验室,南京210093)

1 引言

分子扩散,尤其是在微纳米尺度受限空间内的分子扩散是化学学科中的核心问题之一,微化学反应器、分子筛催化、晶体生长、分离富集等基本化学过程都与之密切相关.1-6分子扩散行为对于这些化学过程中产物的组成和分布具有决定作用.了解该过程对提升器件性能、优化操作以及新型反应器件的设计等都尤为关键.对分子扩散行为的研究,除了利用一些先进的实验方法外,随着计算技术的进步,模拟仿真也成为有力的研究手段.计算机模拟在研究分子扩散过程中有显著的优势,它可以从微观模拟每个粒子的扩散行为,动态追踪并显示扩散过程,分析各种环境因素对扩散行为的影响,了解不同操作条件下的扩散机制,进而解释实验中所观察到的现象,为实验化学提供微观理论基础.

分子动力学在描述微观扩散行为方面具有独特的优势,7,8但其计算工作量巨大,现有的计算技术水平还不能为模拟较大的扩散体系提供软硬件支撑.而随机行走的优势在于提取了制约扩散行为的关键信息,对该行为进行了合理近似,从而有效简化了计算工作量,使从微观角度模拟分离扩散成为可能.随机行走模型已在……