计算化学公社

标题: 是否有物质能够在结冰过程中被困在冰相中 [打印本页]

作者
Author: Mr.zhen 时间: 2024-8-31 21:29
标题: 是否有物质能够在结冰过程中被困在冰相中
查阅文献时看见，抗坏血酸在结冰时能够明显（＞50%）被困于冰晶中，而不是被排除在冰晶之外，但我用gromacs模拟的结果与其相反。事实上，我没有遇到过有机物在模拟结冰过程中被卡在冰晶中的情况，不知是否有人做过相似的模拟，希望能够提供一点指导，感激不尽。

作者
Author: Seyilaxa 时间: 2024-9-1 14:32
溶质与水形成晶体的前体是要先形成一个稳定的结晶核
在分子动力学模拟的空间/时间尺度上，一个混乱的体系当中几乎不可能出现一个有序的晶核（举个例子，即使用tip4p/Ice水模型模拟水结冰，也要人为提供冰晶的结构作为起始点，而不可能模拟一个混乱的水盒子的结冰）；而在实际实验中，由于宏观尺度远大于晶核的尺度，即使成核的概率极低也总会发生，这就是宏观实验与微观模拟的区别所致
对于抗坏血酸这种比较复杂的分子，抗坏血酸-水的晶核与纯冰的晶核结构一定是不一样的，所以单纯把冰和抗坏血酸放在一起也是很难形成稳定的晶核，只有人为在体系中放入稳定的抗坏血酸-冰的晶体结构作为起始结构作为模拟起点才更有可行性
我见过比较多的溶液凝固模拟是甲烷水合物的模拟（当然可能是我学艺不精，见识短浅

），即使像甲烷这种结构简单的、和水分子几乎没什么相互作用的小分子，也通常需要插入甲烷水合物的晶体结构作为起始帧

作者
Author: chenzhe 时间: 2024-9-1 16:23

Seyilaxa 发表于 2024-9-1 14:32
溶质与水形成晶体的前体是要先形成一个稳定的结晶核
在分子动力学模拟的空间/时间尺度上，一个混乱的体系 ...

没有晶核也能成，只是需要很长时间，基本零下十度左右，得几微秒。冰和甲烷水合物成核的分子动力学研究很多的。反而加晶核的其实没什么好特别研究的，因为成核过程机理不清楚，成核路径解析是重要的研究内容，但人为添加晶核实际跳过了最值得研究的成核过程。加晶核的一般是用于研究结冰或者形成水合物的抑制或促进剂的研究，而不重视成核过程

作者
Author: Mr.zhen 时间: 2024-9-2 00:28
本帖最后由 Mr.zhen 于 2024-9-2 00:47 编辑

Seyilaxa 发表于 2024-9-1 14:32
溶质与水形成晶体的前体是要先形成一个稳定的结晶核
在分子动力学模拟的空间/时间尺度上，一个混乱的体系 ...

谢谢您的回复。如果我想说明物质A能在结冰过程中被困于冰中，而物质B在结冰过程中会被排除在冰晶之外。是不是就需要在对A体系的模拟中在初始建模时插入A-冰的晶体结构；而在B体系的模拟中不插入B-冰的晶体结构。这样做的话是不是显得自欺欺人，有一种想让结果是什么样就能模拟出什么样的感觉。
还有您所提及的“甲烷水合物的晶体结构”是如何得到并插入到起始帧的呢，希望能得到一些计算方面的细节指导。

作者
Author: chenzhe 时间: 2024-9-2 08:00

Mr.zhen 发表于 2024-9-2 00:28
谢谢您的回复。如果我想说明物质A能在结冰过程中被困于冰中，而物质B在结冰过程中会被排除在冰晶之外。是 ...

水结晶（无论冰还是水合物）过程中具有排他性，事实上冷冻提纯法就是利用这一特性。力场合理、计算参数合理，算出来什么样就是什么样。如果就确定是具有在冰里面的性质，我建议还是不要加晶核，水溶液硬算（准备好十几微秒的打算吧，甚至几十~几百微秒，成核具有极强随机性，每次结果都不一样，所以要重复n次；如果有好的增强采样算法，可以采用），看物质A周围水的有序度，可以用chill+分析物质A周围是否具有冰。如果加晶核，此时最难的过程被跳了过去，排他性的效果已经严重超过了物质A加入后可能造成周围水的有序度提高，可能更难看到

作者
Author: Mr.zhen 时间: 2024-9-2 17:44

chenzhe 发表于 2024-9-2 08:00
水结晶（无论冰还是水合物）过程中具有排他性，事实上冷冻提纯法就是利用这一特性。力场合理、计算参数合 ...

谢谢您的回复。我在建模时是放置一块冰晶在中间，然后把水分子与抗坏血酸分子放在两侧，模拟了100纳秒后发现冰晶明显增长，抗坏血酸被聚集于盒子边缘处。这种建模方式是正确的吗，如果多试几次有没有可能出现抗坏血酸卡在冰晶中的现象。还是说应该不加冰晶，就单纯的水分子与抗坏血酸分子混合作为初始帧进行模拟。

作者
Author: 牧生 时间: 2024-9-2 18:25
周期性显示罢了，不影响

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