Введение к работе
Актуальность темы.
Один из основных вопросов, который неооходимо решать при интерпретации любого физического эксперимента - это вопрос соответствия выбираемой модели экспериментальным данным. Теоретическое исследование колебательных спектров многоатомных молекул с целью получения детальной информации о действующих внутримолекулярных силах приводит к необходимости решения обратных спектроскопических задач. Для большинства встречающихся на практике задач вполне удовлетворительным является гармоническое приближение. В рамках гармонического приближения модели межатомных потенциалов, построенные на классических представлениях о строении химического вещества, позволяют получить наборы параметров, которые затем, можно использовать для предсказания колеОательных спектров химически сходных молекул с известной и неизвестной структурой. В связи с этим расчеты силовых постоянных и наполнение оанков данных молекул нашли применение в различных конкретных приложениях химии, биологии, медицины. Этому способствовало развитие на базо мощных вычислительных машин комплексов программ в данной области. Тем не менее практика использования существующих алгоритмов решения обратных задач колебательной спектроскопии обнаруживает недостаточную эффективность при расчетах даже несложных молекул, что связано с необходимостью учета заданности исходного отнесения экспериментальных частот по формам нормальных колебаний в естественных кгч;динатах. Критерием правильности выбранного исходного отнесения частот может служить расчет электрооптических параметров по соответствующим экспериментальным интенсивностягл.
Таким образом, исследование специфических особенностей математической постановки обратной колебательной задачи является актуальной проблемой для разработки эффективных алгоритмов и программ для метода колебательной спектроскопии, широко применяемого при изучении свойств и строения химических соединений.
Цель работы и задачи исследования.
Целью настоящей работы является разработка эффективных алгоритмов и программ для решения обратных задач колебательной
спектроскопии в рамках гармонического приближения. Задачами исследования являлись:
-
анализ колебательного уравнения в зависимой системе естественных координат;
-
анализ специфических особенностей расчета матриц силовых постоянных многоатомных систем по экспериментальным данным;
-
разработка эффективного алгоритма и программы расчета силовых констант при использовании различной априорной информации;
-
анализ математической постановки обратной электрооптической задачи.
-
разработка алгоритма и программы расчета электрооптических параметров многоатомных молекул.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Получено общее решение колебательного уравнения относительно матриц силовых.постоянных в случае линейно зависимой системы координат с использованием проекционных матриц, ассоциированых с собственными подпространствами оператора колебательного уравнения.
-
Проанализированы вопросы неединственности решения обратной колебательной задачи в линейно зависимой системе внутренних координат и в простейшем случае возникающих на практике задач, получено аналитическое решение, используемое в дальнейшем для разработки эффективного алгоритма расчета молекулярных силовых параметров по экспериментальным данным с привлечением различной дополнительной информации и учетом заданности первоначального отнесения.
Практическая значимость.
Разработан комплекс программ по решению обратных задач колебательной спектроскопии. Имеются акты о внедрении программ в научно-исследовательских учреждениях. В Институте катализа разработанный комплекс используется лабораторией спектральных методов для интерпретации колебательных спектров катализаторов.
Апробация работы.
Предложенные методы решения обратных задач опубликованы в виде препринта Института катализа, изложены в главе коллективной монографии и тезисах пяти конференций, результаты
конкретных расчетов опубликованы в двух статьях академических журналов. Отдельные разделы работы докладывались на научных конференциях по теории оптических спектров сложных систем (г.Москва, 1986,1987,1988); Всесоюзной конференции "Физические и математические методы в координационной химии"(г.Новосибирск, 1987) XI и XII Всесоюзных совещаниях по применению колебательных спектров к исследованию неорганических и координационных соединений (г.Красноярск,1987, г.Минск,1989) и XX Всесоюзном съезде по спектроскопии (г.Киев,1988), VI Международной конференции "Колебания на поверхности" (Нью-Йорк, 1990).
Структура и объем диссертации.
