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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 计算模拟区 » 分子模拟 » MS » Discover dyanimics 模拟醇的水溶液时的氢键能为什么总是零？
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pinkrose

金虫 (小有名气)

[求助] Discover dyanimics 模拟醇的水溶液时的氢键能为什么总是零？

Discover dyanimics 模拟醇的水溶液时，不论是compass还是pcff力场中，氢键能为什么总是零？是不是dynamics里根部就不考虑氢键啊？模拟乙二醇水溶液相变，是否应考虑氢键作用，选用哪类力场较好？谢谢！
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1楼2012-02-07 17:17:34
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ChemiAndy

木虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
感谢参与，应助指数 +1
zh1987hs(金币+5, 模拟EPI+1): 谢谢 2012-02-08 18:57:59
pinkrose(金币+10): 2012-02-09 09:57:25
pinkrose(金币+5): 2012-02-09 10:01:18
jiaoyixiong(金币+5): 鼓励交流 2012-02-09 14:00:45
好像Amber可以显式处理氢键项。

但是模拟乙二醇水溶液相变，关键点并不在于氢键，而在于极化。

为什么不在于氢键，我在力场帖子中已经说了，这就是个强静电作用。越强的作用，其实越容易使用力场来描述，误差越不太明显；反而伴随强静电作用的极化——可以看作静电分布对外部电场作用的响应，或一阶导——不容易处理。AMBER的氢键项并非处理极化，它还是一种0级作用能，只不过加了方向性。对于能量模拟，除了能把氢键从静电作用能中分解出来，没有太大的意义。想考虑方向性，那还不如用TIP5P的水模型呢，那里的孤对电子作用位点，更适合处理氢键的方向性。

因此，要玩乙醇和水的作用，建议要么上TIP5P水模型，或者使用可极化力场，比如TINKER里的AMOEBA或者polarized CHARMM。不过，MaterialsStudio好像不支持可极化力场。
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2楼2012-02-08 18:37:53
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pinkrose

金虫 (小有名气)
引用回帖:
楼: Originally posted by ChemiAndy at 2012-02-08 18:37:53:
好像Amber可以显式处理氢键项。

但是模拟乙二醇水溶液相变，关键点并不在于氢键，而在于极化。

为什么不在于氢键，我在力场帖子中已经说了，这就是个强静电作用。越强的作用，其实越容易使用力场来描述，误 ...

请问如果想通过比较不同温度平衡态下的密度变化来找相变点，用Compass能实现吗？
还有就是构造cell的时候，比如水分子：醇分子=2:100与4:200，计算的精度差别大吗？谢谢，本人新手，发了好多帖子，都无人应答，希望您能多给指导一下， 谢谢！还有就是NPT预平衡看密度大概要多久，是不是能量稳定就可以了，谢谢！
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3楼2012-02-09 10:01:10
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ChemiAndy

木虫 (正式写手)
pinkrose: 回帖置顶 2012-02-09 22:02:20
COMPASS力场能否精确预测等压体积膨胀系数，能否精确预测相变点，我想没人能回答你。力场参数的准确性受到诸多因素的制约：
1. 力场模型本身是粗糙的模型，把原子看成是带不变电荷的小球；
2. 同一原子类型可能代表不同化学环境下的同一原子，而共享一套参数；
3. 力场势函数本身是简单的数学模型；
4. 力场参数是拟合特定物质（训练基中的化合物）在特定温度下的密度和蒸发焓得到，参数迁移到其他化合物，或其他温度和压力条件下去做使用，未必一定能行；
总之，力场的准确性，可迁移性是力场使用的主要问题，因此，使用前必须加以验证。具体到你的例子，你最好验证水和乙醇的等压体积膨胀系数，然后才谈得上去做混合物；这并非COMPASS力场的问题，使用任何力场都面临这样的问题。幸运的是，COMPASS是所有有机小分子化合物力场中凝聚相性质最好的选择之一。

盒子的尺度效应，即多大的盒子才够用，102个分子，还是204个分子，取决于你的体系中，所感兴趣的性质的动力学效应的最大尺度。啥是动力学效应？举例，加入乙醇和多个水分子在水溶液中会形成团簇，那你的盒子大到至少要包括若干团簇，才能最终统计地反应体积，压力等性质；

另外，团簇是在不停的解离和重聚集，存在一个变化很大的特征周期，你的模拟时间也要跨越多个重聚集周期，才能统计地得到多个独立测量的结果。（一个周期中的采样算一个独立测量）这是对于最小模拟时间的要求。

那怎么才能知道团簇尺寸和动力学特征周期，这都是需要验证的，也是研究的重点和热点。力场能在多大程度上精确反应这些特征，都是争论的焦点。

对于单个的液体体系NPT模拟，不只是能量稳定就行了。能量往往迅速就平衡了，然而，体系的其他性质比如体积，压力性质，可能还在缓缓趋于平衡。不同性质的平衡弛豫时间随体系不同和初始构象不同，有很大不同。你不能只看一个性质。能量，体积，压力都要看看。

此外，液体模拟还有个重要问题，即可能处在一个局部能量最小点，在某一个时刻，体系可能突然越过能垒，滑向另外一个局部能量最小点，造成能量曲线的跃迁。谁也不知道你的盒子到底在哪。什么时候会跃迁，还是由于能垒太高而永远不会跃迁。一个真实的体系，往往是体系在所有局部能量最小点附近的平均，这是统计热力学中Boltzmann理论的结论。那我们就要尽可能多地找到所有能量最小点，进行模拟，然后去平均。我们可以运行一个很长的模拟，它在不同的局部能量最小点之间跃迁，最后我们去平均；但是，这样的模拟需要太长的时间，因为如果某个能垒很高，它就永远困在那里。要知道模拟的时间尺度是ps-ns级的，真是体系的测量过程是ms以上的。肿么办呢？第二个方法是，我们独立运行多个短时间的模拟，分别在多个局部能量最小点附近采样，最后取每个模拟的平均值的平均值。液体模拟一般采用第二个方法。

那怎么才能保证能量在不同局部能量最小点附近采样呢？一般是通过构造盒子初始构型实现，即你从哪点开始，决定了你在那个点的附近徘徊。咋构造呢？退火。就是温度慢慢升到很高，然后迅速冷却下来，得到一个初始构型；然后再升上去，冷下来，得到另外一个初始构象；。。。那需要几个模拟呢？至少三个。即需要三次退火得到三个不同构象，并模拟三次。当然，对于水-乙醇这样的H键强相关体系，3个远远不够，但是至少审稿人不会为难你了。
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pinkrose pinkrose
4楼2012-02-09 18:52:59
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pinkrose

金虫 (小有名气)
送鲜花一朵
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楼: Originally posted by ChemiAndy at 2012-02-09 18:52:59:
COMPASS力场能否精确预测等压体积膨胀系数，能否精确预测相变点，我想没人能回答你。力场参数的准确性受到诸多因素的制约：
1. 力场模型本身是粗糙的模型，把原子看成是带不变电荷的小球；
2. 同一原子类型可能 ...

非常感谢您！我再试试，遇到问题也许还要请教您，谢谢！
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5楼2012-02-09 22:11:20
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pinkrose

金虫 (小有名气)
送鲜花一朵
引用回帖:
楼: Originally posted by ChemiAndy at 2012-02-09 18:52:59:
COMPASS力场能否精确预测等压体积膨胀系数，能否精确预测相变点，我想没人能回答你。力场参数的准确性受到诸多因素的制约：
1. 力场模型本身是粗糙的模型，把原子看成是带不变电荷的小球；
2. 同一原子类型可能 ...

谢谢！
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6楼2012-02-09 22:11:45
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huangshuang1

木虫 (著名写手)
引用回帖:
4楼: Originally posted by ChemiAndy at 2012-02-09 18:52:59
COMPASS力场能否精确预测等压体积膨胀系数，能否精确预测相变点，我想没人能回答你。力场参数的准确性受到诸多因素的制约：
1. 力场模型本身是粗糙的模型，把原子看成是带不变电荷的小球；
2. 同一原子类型可能代 ...

您说的好详细啊。我想问一下，怎样得到水分子与聚合物在一定温度下，氢键随模拟时间变化的曲线呢，我用的MS软件
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7楼2012-09-25 09:51:09
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ChemiAndy

木虫 (正式写手)
COMPASS力场并不包含H键项，（至少就我所知），因此不可能直接得到氢键能。比如，它包含了vdW作用，所以你的最后计算中会有vDW能的输出。我觉的MS留出H-Bond能的项目，是为了在你使用AMBER力场时给出H键能用的。

但是你真的很想很想用compass力场计算溶剂和高分子的平均氢键能，怎么办呢？你需要单独计算指定原子的静电作用，把这个静电能看作氢键能。在你的例子，就是与你的高分子的氢键供体或给体与水分子之间的静电作用能。怎么指定呢？你必须写个script，给出成氢键的标准（键长和角度），这样当符合范围时，计算所有指定原子间的静电作用能，用静电作用取代H键作用（H键作用的本质就是静电作用，但是有方向性和饱和性）。

我不知道上面这个计算指定原子间的静电作用能的功能是否已经在MS中能够自动进行了，如果有当然好，如果没有，自己去弄，恐怕很难，因为氢键位置上的水分子来来去去，需要一帧帧去判断是否成氢键，需要下功夫写个script。当然，如果这是你课题的核心内容，那所化的时间精力是值得的。
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8楼2012-09-26 06:31:27
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