做人应努力
范文一：电流密度、电荷密度
电荷守恒定律、电荷和电场公式小结
1. 电荷密度
??lim
?q
???qi?(x?xi)
?V?0?Vi
??lim
2 电流密度
?q?q
??lim
?S?0?s?l?0?l
电荷的运动形成电流，通常用j来描述，其定义为
?
??
j??v
?
v代表电荷密度?的运动速度。
3.电流强度
单位时间内垂直穿过导线横截面的电量称为电流强度，用I表示，显然I与j的关系为
?
??
I???j?ds
S
4.电荷守恒定律
对于封闭系统，总电荷保持不变。实验表明电荷是守恒的。即一处电荷增加了，另一处的电荷必然减少，而且增加和减少的量值相等。
若在通有电流的导体内部，任意找出一个小体积V，包围这个体积的闭合曲面为S，并且假定电流的体积V的一面流入，从另一面流出。
??dj?ds???d? ?dtSV
?????j??0
?t
5.库仑定律(Coulomb’s Law)：
库仑定律是描写真空中两个静止的点电荷q’和q之间相互作用力的定律。其数学表达式为
?1qq??F?r
4??0r3
?F?
1
4??0V1V2r
??
?1?2?
3
rd?1d?2
6、叠加原理
若空间存在n个电荷q1, q2···qn，这时任意一个电荷qj，受到其它所有电荷对它的作用力为
?1nqjqi?Fj?rji ?3
4??0i?1rji
称为线性叠加原理。
实际上电荷分布是不连续的，因为电荷是量子化的，任何物体所带的电荷总是电子电荷的整数倍。但在考查物体的宏观性质时能观察到的总是大量微观粒子的平均效应，因此常
?用到电荷连续分布的概念来代替电荷的分立性。 F?
其中定义体电荷密度为
1
4??0V1V2r
??
?1?2?
3
rd?1d?2
??lim
?QdQ
?
???0??d?
7、电场（electric field）
作用在电荷q上的力仅与该电荷的电量q及其位置有关，即
???F?qE(x)
式中x是点电荷q所在的位置矢量，F(x)是点x的某一矢量函数，
?
??
?
??1E(x)?
4??0
或者
??qi(x?xi?)3 ?|x?xi?|i?1
n
?????1?(x?)(x?x?)
E(x)?3d???|x4??0V?x?|
?
1?(x?)??d???r3?4??0Vr
?????
式中x是场点位置，x?为源点位置，r?x?x?。要讨论点电荷q的运动就要知道它受到的
??
作用力。求作用力现在不归结为求函数E(x)，而它决定于空间除q外其余电荷的分布，这
个函数就称为电场强度。 8、高斯定理
??
高斯定理主要是讨论电场强度E(x)的面积分，在点电荷场中，设s表示包围着点电
?
荷q的一个闭合面，ds为s上的定向面元，以外法线方向为正。
??E
q??? q在S面内? 0E?dS? ?S? q在S面外?0
根据叠加原理，在点电荷系场中，则存在如下形式：
S
S
???????
E?dS?(E?E???E???E)?ds kn??12
设q1,q2,···qk在S内，qk+1,qk+2,···qn在S外，则有
??1
E?dS?
S
?0
?qi?
i?1
k
q
?0
这里q仅仅是封闭曲面S内的总电荷。
??
需要说明的是，当封闭曲面S内的总电荷q=0时，E?dS?0，这并不能解释成S
S
?
面上各点的场强为零，所以说，E是由封闭曲面S内、外所有电荷产生的场强的矢量和。
对于连续分布的电荷体系来说，则有
??1E?ds?
S
?0V
??d?
9、静电场的散度
???E?ds????Ed?
S
V
V
?1??Ed???
?0V
??d?
???1
??E(x)??(x)
?0
10、静电场的旋度
?1???
??E(x)??(x)?? 0?
?????E(x)?0?
总结讨论：
a. 静电场是有源无旋场，电力线不闭合，从正电荷出发到负电荷终止，有头有尾； b. 静电场的场强表示为标量函数的负梯度，即E(x)????。因此，它是保守场，电荷在
场中沿闭合曲线运动一周电场力做功为零； c. 因为E(x)????，??E?
??
??
?
1
?0r
?，故有?2???
1
?0
?，这是静电场中电势满足的
Poisson方程，而??
1
4??0V
?
?(x?)
?
d??是Poisson方程的特解。
讨论内容：
静电场的散度：
????
(1)空间任意一点E(x)的散度仅仅决定该点的电荷密度，而??E(x)描述场源的性质（判断
有没有源）
(2)Gauss’s theorem是由Coulomb’s law导出的，它是一个有限范围，而Gauss’s theorem是一个宏观无限小(???0)的，这种推广是合乎情理的。
范文二：电荷密度差分图
【求助】请问这个电子密度差图怎么得来的
如下这个图是complex与单体的电子密度差，我不知道怎么得到的，请高手指点
[ Last edited by loovfnd on 2009-8-27 at 09:06 ]
附件 1: 1.jpg (2009-08-26 18:59:05, 80.66 K)
2009-08-26 18:59:05 1
我的资料 我的帖子 发消息 加好友 编辑 引用回复该帖 举报给版主
yjcmwgk
荣誉版主 (知名作家)
阅尽铅华?小卒
QC强帖: 16
贵宾: 15.85
金币: 1244.54
散金: 11215
帖子: 5165
在线: 206.1小时
虫号: 448368
注册: 2007-11-01
状态: 在线
管辖: 科研工具和计算模拟区
? ? ? ?
小木虫(金币+0.5):给个红包，谢谢回帖交流
loovfnd(金币+3,VIP+0):你帮楼主在下面弄个教程吧～ 8-26 20:03
高斯说明书关于cubeman的解释
看一遍就会了
《计算与模拟研究》编辑部诚招英才
2009-08-26 19:24:07 2
我的资料 我的帖子 发消息 加好友 编辑 引用回复该帖 举报给版主
lb1586551
铜虫 (小有名气)
QC强帖: 0
金币: 4.89998
散金: 3
帖子: 167
在线: 16.8小时
虫号: 641019
注册: 2008-10-30
状态: 离线
我在使用cubeman时有有个警告 Waring:Mismatch in files 结果好像也不正确，请问是什么地方的问题,
2009-08-26 21:17:15 3
我的资料 我的帖子 发消息 加好友 编辑 引用回复该帖 举报给版主
forestwolf9291
金虫 (小有名气)
QC强帖: 0
金币: 633.7
帖子: 244
在线: 4.5小时
虫号: 695237
注册: 2009-02-02
状态: 离线
性别: GG
专业: 分子物理与化学
? ?
小木虫(金币+0.5):给个红包，谢谢回帖交流
yjcmwgk(金币+1,VIP+0):你搞错了，这不是电子密度图，而是电子密度差图 8-26 21:30
将gaussian中可执行程序formchk考到chk文件所在的目录，点击formchk后按提示输入xxx.chk,得到xxx.fch文件，chem3d打开。
Quote:
Originally posted by lb1586551 at 2009-8-26 18:59:
如下这个图是complex与单体的电子密度差，我不知道怎么得到的，请高手指点
2009-08-26 21:24:54 4
我的资料 我的帖子 发消息 加好友 编辑 引用回复该帖 举报给版主
lb1586551
铜虫 (小有名气)
QC强帖: 0
金币: 4.89998
散金: 3
帖子: 167
在线: 16.8小时
虫号: 641019
注册: 2008-10-30
状态: 离线
Quote:
Originally posted by forestwolf9291 at 2009-8-26 21:24:
将gaussian中可执行程序formchk考到chk文件所在的目录，点击formchk后按提示输入xxx.chk,得到xxx.fch文件，chem3d打开。
请问xxx.chk是指单体还是络合物的,用gaussianview打开也行吗,
2009-08-26 21:46:12 5
我的资料 我的帖子 发消息 加好友 编辑 引用回复该帖 举报给版主
yjcmwgk
荣誉版主 (知名作家)
阅尽铅华?小卒
QC强帖: 16
贵宾: 15.85
金币: 1244.54
散金: 11215
帖子: 5165
在线: 206.1小时
虫号: 448368
注册: 2007-11-01 状态: 在线
管辖: 科研工具和计算模拟区
?
小木虫(金币+0.5):给个红包，谢谢回帖交流 loovfnd(金币+0,VIP+0):有，写吧，写了，我评～ 8-27 09:04
Quote:
Originally posted by loovfnd at 2009-8-26 20:03:
你帮楼主在下面弄个教程吧～
有赏钱吗,有赏钱我就写个教程
《计算与模拟研究》编辑部诚招英才
2009-08-27 09:03:42 6
我的资料 我的帖子 发消息 加好友 编辑 引用回复该帖 举报给版主
loovfnd
木虫 (著名写手)
QC强帖: 0
贵宾: 1.111
金币: 4693.59
散金: 4
帖子: 1864
在线: 17.2小时
虫号: 219674
注册: 2006-03-14 状态: 离线
专业: 计算化学
管辖: 分子模拟
?
小木虫(金币+0.5):给个红包，谢谢回帖交流
Quote:
Originally posted by yjcmwgk at 2009-8-27 09:03:
有赏钱吗,有赏钱我就写个教程
电子密度图 and 电子密度差图 区别在哪,
站在巨人的肩膀上掉下来摔得更惨～
2009-08-27 09:05:11 7
我的资料 我的帖子 发消息 加好友 编辑 引用回复该帖 举报给版主
yjcmwgk
荣誉版主 (知名作家)
阅尽铅华?小卒
QC强帖: 16
贵宾: 15.85
金币: 1244.54
散金: 11215
帖子: 5165
在线: 206.1小时
虫号: 448368
注册: 2007-11-01
状态: 在线
管辖: 科研工具和计算模拟区
Gaussian中cubman的操作方法
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 小木虫(金币+0.5):给个红包，谢谢回帖交流 loovfnd(金币+10,VIP+0):辛苦了，期待你的另一个教程～ 8-27 16:31
loovfnd(金币+0,VIP+0):下面这三个图都表示密度差, 密度差主要用来解释什么呢～ 8-27
16:37
中午临时有事，就不写教程了，周日再写吧。Gaussian中cubman的操作方法，见下面的例
子:
以两种不同状态的乙烯分子为例，介绍如何获得它们的电子密度分布的差别。大家都是用
Gaussian的，我就不多解释了，直接上gjf文件吧。如果gjf文件看不懂，就别在这儿混了。
====gjf文件开始===
%chk=G:\sundries\C2H4\C2H4-L.chk
# hf/sto-3g
Low spin
0 1
C 0.00000000 0.00000000 0.67760000 H 0.92664718 0.00000000 1.21260000 H -0.92664718 0.00000000 1.21260000 C 0.00000000 0.00000000 -0.67760000 H 0.92664718 0.00000000 -1.21260000 H -0.92664718 0.00000000 -1.21260000
--Link1--
%chk=G:\sundries\C2H4\C2H4-H.chk
# hf/sto-3g
High spin
0 3
C 0.00000000 0.00000000 0.67760000 H 0.92664718 0.00000000 1.21260000 H -0.92664718 0.00000000 1.21260000 C 0.00000000 0.00000000 -0.67760000 H 0.92664718 0.00000000 -1.21260000 H -0.92664718 0.00000000 -1.21260000 ====gjf文件结束====
运行这个gjf文件，获得C2H4-H.chk和C2H4-L.chk两个文件之后，打开DOS(这个DOS
指的是Windows的命令行操作系统Disk Operation System)红色字体是我输入的，黑色字体
是DOS的提示
====DOS操作开始====
Microsoft Windows XP [Version 5.1.2600]
(C) Copyright 1985-2001 Microsoft Corp.
C:\Documents and Settings\Administrator>d:
D:\>cd programfiles\gaussian03w
D:\ProgramFiles\gaussian03w>formchk G:\sundries\C2H4\C2H4-H.chk G:\sundries\C2H4\C2H4-H.fchk
Read checkpoint file G:\sundries\C2H4\C2H4-H.chk
Write formatted file G:\sundries\C2H4\C2H4-H.fchk
Rotating derivatives, DoTrsp=T IDiff= 1 LEDeriv= 353 LFDPrp= 0 LDFDPr= 0.
D:\ProgramFiles\gaussian03w>formchk G:\sundries\C2H4\C2H4-L.chk G:\sundries\C2H4\C2H4-L.fchk
Read checkpoint file G:\sundries\C2H4\C2H4-L.chk
Write formatted file G:\sundries\C2H4\C2H4-L.fchk
Rotating derivatives, DoTrsp=T IDiff= 1 LEDeriv= 353 LFDPrp= 0 LDFDPr= 0.
D:\ProgramFiles\gaussian03w>cubegen 0 density G:\sundries\C2H4\C2H4-H.fchk G:\sundries\C2H4\C2H4-H-D.cube 0 h
D:\ProgramFiles\gaussian03w>cubegen 0 density G:\sundries\C2H4\C2H4-L.fchk G:\sundries\C2H4\C2H4-L-D.cube 0 h
D:\ProgramFiles\gaussian03w>cubman
Action [Add, Copy, Difference, Properties, SUbtract, SCale, SQuare]? subtract First input? G:\sundries\C2H4\C2H4-H-D.cube
Is it formatted [no,yes,old]? yes
Opened special file G:\sundries\C2H4\C2H4-H-D.cube.
Second input? G:\sundries\C2H4\C2H4-L-D.cube
Is it formatted [no,yes,old]? yes
Opened special file G:\sundries\C2H4\C2H4-L-D.cube.
Output file? G:\sundries\C2H4\C2H4-LH-Different.cube
Should it be formatted [no,yes,old]? yes
Opened special file G:\sundries\C2H4\C2H4-LH-Different.cube. Input file titles:
High spin density
Electron density from Total SCF Density
Input file titles:
High spin densit
Electron density from Total SCF Density
SumAP= 12.0019420655 SumAN= 0.0000000000 SumA= 12.0019420655 CAMax= 2.1672300000 XYZ= -0.0360500000 -0.0360500000 1.3091610000 CAMin= 0.0000000000 XYZ=-9999.0000000000-9999.0000000000-9999.0000000000
SumBP= 12.0019319790 SumBN= 0.0000000000 SumB= 12.0019319790
CBMax= 2.1577300000 CBMin= 0.0000000000
SumOP= 0.1979999629 SumON= -0.1979898763 SumO= 0.0000100865
COMax= 0.0428610000 COMin= -0.0297300000
DipAE= 0.0002322172 0.0002783966 -0.0003923874 DipAN= 0.0000000000 0.0000000000 0.0000000000 DipA= 0.0002322172 0.0002783966 -0.0003923874
DipBE= 0.0002261708 0.0002769231 -0.0003922251 DipBN= 0.0000000000 0.0000000000 0.0000000000 DipB= 0.0002261708 0.0002769231 -0.0003922251
DipOE= 0.0000060464 0.0000014735 -0.0000001623 DipON= 0.0000000000 0.0000000000 0.0000000000 DipO= 0.0000060464 0.0000014735 -0.0000001623
D:\ProgramFiles\gaussian03w>
====DOS操作结束====
用GaussView打开C2H4-LH-Different.cube，生成附件中的三个图，就OK了
[ Last edited by yjcmwgk on 2009-8-27 at 10:31 ]
附件 1: 未命名.JPG (2009-08-27 10:22:43, 33.12 K)
《计算与模拟研究》编辑部诚招英才
2009-08-27 10:17:02 8
我的资料 我的帖子 发消息 加好友 编辑 引用回复该帖 举报给版主
yjcmwgk
荣誉版主 (知名作家)
阅尽铅华?小卒
QC强帖: 16
贵宾: 15.85
金币: 1244.54
散金: 11215
帖子: 5165
在线: 206.1小时
虫号: 448368
注册: 2007-11-01
状态: 在线
管辖: 科研工具和计算模拟区
?
小木虫(金币+0.5):给个红包，谢谢回帖交流
Quote:
Originally posted by loovfnd at 2009-8-27 09:05:
电子密度图 and 电子密度差图 区别在哪,
两个电子密度图的density相减，就成了电子密度差图
本文来自: 小木虫论坛 http://emuch.net/bbs/viewthread.php?tid=1503685
范文三：能带分解电荷密度
Band decomposed charge density：（VASP）
首先，所谓的Partial Charge是针对与Total Charge来说的，指的是某个能量范围、某个K点或者某个特定的态所对应的电荷密度。在文献中最常见的是价带顶部，导带底部，表面态或者局域态所对应的 Partial Charge。通过分析这些态所对应的Partial Charge，可以得到体系的一些性质，比如局域态具体的是局域在哪个原子上等。进行Partial Charge Analysis的第一步是进行自洽的计算，得到体系的电子结构。这一步的计算采用通常的INCAR和KPOINTS文件。在自洽计算结束后，保存WAVECAR文件。
第二步是画出能带结构，以决定你需要画哪条能带的那个K点的态所对应的Partial Charge。决定画哪条能带，或者那些感兴趣的K点之后，有如下几种方法计算不同的Partial Charge。如果计算价带顶端的Partial Charge，则需要首先通过能带结构图确定价带的能带标号。需要注意，进行Partial Charge分析必须要保留有自洽计算的WAVECAR才可以。
第一种Partial Charge分析的INCAR，这样的INCAR给出的是指定能带，指定K点所对应的Partial Charge。分析导带、价带等的Partial Charge特性，通常采用的都是这种模式。
ISTART = 1 （job : 0-new 1-cont 2-samecut
ICHARG = 1 charge: 1-file 2-atom 10-const）
LPARD=.TRUE.
IBAND= 20 21 22 23 （能带的序号，即第几条）
KPUSE= 1 2 3 4 （某段能带（两个高对称点间）之间的第几个K点，在KPOINTS中需要输入这两个高对称点的坐标）
LSEPB=.TRUE.
LSEPK=.TRUE.
第二种Partial Charge分析的INCAR，这样的INCAR给出的是在[-10.3 -5.1]能量之间的Partial Charge。这种模式适合于分析某个能量区间内的波函数的性质。
ISTART = 1 （job : 0-new 1-cont 2-samecut
ICHARG = 1 charge: 1-file 2-atom 10-const）
LPARD=.TRUE.
EINT = -10.3 -5.1
LSEPB=.FALSE.
LSEPK=.FALSE.
第三种Partial Charge分析的INCAR，这样的INCAR给出的是从[Ef-1.0 Ef]能量之间的Partial Charge。这种模式最利于分析费米面附近的波函数的性质。
ISTART = 1 （job : 0-new 1-cont 2-samecut
ICHARG = 1 charge: 1-file 2-atom 10-const）
LPARD=.TRUE.
NBMOD=-3
EINT = -1
LSEPB=.FALSE.
LSEPK=.FALSE.
计算能带的部分电荷密度时，除了所需的四个文件（INCAR、KPOINTS、POSCAR、POTCAR），还需将WAVECAR、CHGCAR拷入文件夹。在INCAR中加入上述第一种情况的那些参数，在KPOINTS中修改成该条能带中某两个高对称点的坐标。
范文四：电荷面密度
ICS 59(080(01 W 04
园酉
中华人民共和国国家标准
12703 (2—2009 GB,T
127031991部分代替GB,T
纺织品 静电性能的评定
第2部分:电荷面密度
Textile--Evaluation for electrostatic properties--
Part 2:Electric charge density
2009-06-19发布 2010-02-01实施
牛瞀粥紫瓣警糌瞥霎发中布
19
国国家标准化管理委员会促
12703(2—2009 GB,T
刖 昌 GB,T 12703{纺织品静电性能的评定》包括以下七个部分: ——第1部分:静电压半衰期;
——第2部分:电荷面密度;
——第3部分:电荷量;
——第4部分:电阻率;
——第5部分:摩擦带电电压;
——第6部分:纤维泄漏电阻;
——第7部分:动态静电压。
本部分为GB,T 12703的第2部分。
本部分代替GB,T12703--1991《纺织品静电测试方法》中的C法，本部分与GB,T12703 1991的
主要差异如下:
1(由原来的电荷面密度(c法)调整为系列标准中的电荷面密度法，标准名称也作了相应修改。本
部分仅是6B,T (C) 中的电荷面密度法相关的内容;12703--1991
2(增加了试样的预处理洗涤程序(见第7章);
34(22)6(33) (将试样数量由块经向块，纬向块增加为块经向块，纬向块;4(增加了5(2(2中的注“需要时或经有关各方协商一致后，摩擦材料可采用其他材料”; 5(试验结果的表示修改为“取6块试样测试结果中的最大值表示”(见9(3); 6(增加了第10章“电荷面密度技术要求”。 本部分由中国纺织工业协会提出。 本部分
(SAC,TC 209,SC 1)归口。 本部由全国纺织品标准化技术委员会基础标准分会 本部分主要起草人:任鹤宁、王宝分起草单位:国家纺织制品质量监督检验中心。
军。
本部分所代替标准的历次版本发布情况为:
12703——1991。 ————GB,T
12703(2—2009 GB,T
纺织品静电性能的评定
第2部分:电荷面密度
1范围
GB,T 12703的本部分规定了纺织织物电荷面密度的测试方法及静电性能的评
本部分适用于各类纺织织物。 价。
本部分不适用于铺地织物。 2规范性引用文件 下列文件中的条款通过GB,T 的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用12703
件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达文 协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于成 部分。 本 8629 GB,T ISO 6330:2000)2001纺织品试验用家庭洗涤和干燥程序(eqv 3术语和定义 下列术语和定义适用于GB,T 的本部分。12703
3(1
electric 电荷面密度charge density
样品每单位面积上所带的电量，以,-C,m2为单位。 4原理 将经过摩擦装置摩擦后的试样投入法拉第筒，以测量试样的电荷面密度。 5装置与用具 5(1 测试用法拉第筒系统
150 cm,70 cm,95 见图。外筒直径cm,100 cm,60 cm，高85 cm，高75 cm，内筒直径40
容器的泄漏电阻1X10“n以上，电容值应与静电电压表量程相匹配，绝缘支架的绝缘电阻应在，电 cm1×10”0 以上。系统电容可用精密万用电桥或其他电容测量仪测量。
1——外筒; 4——静电电压表
2——内筒; 5——绝缘支架。
3——电容器
图1法拉第筒
12703(2—GB,T 2009
5(2摩擦装置(见图2)
mmX 350 5(2(1摩擦布及摩擦棒:摩擦布(标准布)是450 mm400 的锦纶平纹布。取长为mm的
聚氯乙烯管，以摩擦布的长边方向为卷绕方向，在其上缠绕5圈，制成摩擦棒。要求摩擦布的两 硬质 塞入管内，以固定在摩擦棒上。端拉紧mmX450 5(2(2垫板:把一块尺寸为400 mm、材料与摩擦布相同的织物，用胶带从四面裹在金
300 mmX上，垫板面积为320 mm3 ，厚度 ，用聚乙烯包皮线接地[图2b)]。mm属板注:需要时或经有关各方协商一致后，摩擦材料可采用其他材料。
5(2(3绝缘棒:直径20 mm，长500 的有机玻璃或丙烯mm 棒。单位为毫米
l——绝缘棒; l——标准布
2一,垫板[见图2b)] 2——垫板。3——垫座[见图2c)]
4——试样[见图Zd)0
5 地线。 b)
c) d)
图2摩擦装置示意图
6调湿和试验用大气条件 调湿和试验用大气的环境条件为:温度(20士2)?，相对湿度(35?5),，环境
0(1 m,s 风速应在 以下。
12703(2—2009 GB,T
7试样准备 7(1预处理
7(1(1如果需要，按照GB,T 8629--2001中7A程序洗涤，由有关各方商定可选择洗涤5、10、30、50、 100次等，多次洗涤时，可将时间累加进行连续洗涤。或者按有关方认可的方法和次数进行冼涤。
注:累加时间时，将7A程序洗涤、冲洗1、冲洗2、冲洗3中时间分别进行累加。
7(1(2将样品或洗涤后的样品，在50?下预烘一定时间。
7(1(3将预烘后的样品在第6章规定条件下达到调湿平衡，不得沾污样品。
7(2试样
7(2(1试样应在距布边1,10幅宽内，距布端1 m以上的部位裁取，不应有影响测试的疵点。
400 mmX 7226(33)250 mm2d)((随机裁取块试样经向块，纬向块，尺寸为，按图将长向一端
mm)。 为套状，未被缝部分长度为270 mm(有效摩擦长度260 缝制7(2(3将绝缘棒插入缝好的套内，放置于垫板上，勿使之产生皱折。
2奇
一
(2—2009 12703GB,T
9结果计算与表达 9(1读取静电电压值或电量值，根据式(1)计算电荷面密度。
o
5一霄一T
C(V 式中: 口——电荷面密度，pc
,m2; Q 电荷量测定值，
pC ;
c——法拉第系统总电容量，F;
y——电压值，V; A——试样
摩擦面积，m2。
9(2计算每个试样3次测试的平均值，作为该试样的测量值。
9(3取6块试样测试结果中的最大值，作为该样品的试验结果。
10电荷面密度技术要求 如果需要，可根据样品的用途提出
对电荷面密度的要求。
对于非耐久型抗静电纺织品，洗前电荷面密度应不超过7(0 pc,m2;对于耐久型抗静电纺织品，洗
前、洗后电荷面密度均应不超过7(0 pC,m2。
如有关各方另有协议，可按协议要求执行。
注:耐久型是指经多次洗涤仍保持特定性能的产品。
11试验报告 试验报告应包括
下列内容:a)标准编号; b)样品描述; c)
d) 试验温湿度条件及试验日期;
仪器型号及主要试验参数;
e)试样是否经洗涤，如洗涤注明洗涤次数;
f)试验结果;
g)所使用的摩擦布的种类;
h) 如果需要，对样品电荷面密度给出评价; i)任何偏离本部分的细节和试验中的异常现象。
范文五：电荷密度分布
第五节 电荷密度分布
5.1 正电中心与负电中心
药物与受体作用的力包括电性作用。药物分子中如果电荷密度分布不平均,分子中有 着正电中心与负电中心,分子是极性分子,易与受体上相应的相反电荷吸引。
甲烷不是极性分子, 没有麻醉作用。 氯代甲烷稍有麻醉作用, 二氯甲烷麻醉作用更强, 氯仿曾在临床用为麻醉剂,其碳原子是分子中正电中心。
δ-
许多药物在生理酸碱度可电离。 带有氨基 (如多巴胺 ) 或胍基 (如西咪替丁 ) 可与质子结合 而成阴离子,可与受体或酶蛋白中的谷氨酸,天冬氨酸的羧基产生静电结合。
消炎镇痛药萘普生 (naproxan)在生理环境可电离为带负电的羰基,可与受体蛋白中的 赖氨酸或精氨酸等质子化的阳离子产生静电作用。磺酸、亚磺酸、膦酸、磺酰胺等也可电 离为阴离子。 血管紧张素Ⅱ受体拮抗剂氯沙坦分子中带有四氮唑基, 也可电离去质子后成为 阴离子。
δ+
Cl
Cl
H
H Me CH 22CH 2NH 3
+H
+
N
H N
Me CH 22CH 2NH 3+
2
在安定药氯氮卓 (chlordiazepoxide)分子中,氧与氮生成配价键,氮的电子向氧移动, 使分子极化。
一个基团如带有数个电负性原子,整个基团可视作为有拉电子能力的电负性基团,如 CCl 3、 CF 3、 NO 2、 CN 、 COR 、 COOR 、 SO 2R 、 OR 、 SR.
药物分子中某一原子如与几个拉电子基团相连,其电荷密度势将有较大降低,可视其 为药物的正电中心。正电中心与受体的负电部位将有较强吸引力,表现为较强药理作用。 例如 :
Bu
Cl
-H
+
+3-
在吡咯环系中, 6π电子体系由每个碳原子供献 1个 P 电子及氮的一对孤对电子组成, 于 是氮的电荷密度比碳更低,使氮不能与质子结合为盐,并且 N -H 的键级较低,因而氢易于 电离,使吡咯成为阴离子,与苯酚的 OH 电离相似。
6-OH-DPAT 是多巴胺受体激动剂,将酚羟基改造为吡咯环,仍有多巴胺 受体激动作 用。拉贝洛尔有降低血压作用,将苯环上的羟基改换为吡咯环,口服给药的降压作用甚至 比拉贝洛尔更强。
N(C3H 7) 2
HO
N (C3H 7) 6
H 6OH DPAT
H
Cl
Cl
+NHNH 2
H 2NH 2
OCH 2CH 2N(C2H 5) 2
H 6H 5OCH 2CH 2N(CH3) 2C 6H 5δ+CH 3CH 2CH 2C 2H 5CO CH 3
N
H
N
H
O
+δ+
r δr
氯 仿( 全 身麻 醉 ?
苯 海拉明 (抗过 敏 )
戊 巴 比 妥 (催眠 )
) NH 2
? 鲁 卡 因 (局 部 麻 醉 ) 普
异烟肼 (抗结 核 )
氨苯 砜 (抗麻 风 )
N
OH O
+
H
+
H
+
+
拉贝洛尔
5.2 共轭效应
共轭效应有时可影响药物的药理效应。
儿萘酚胺的代谢途径之一为第 3位羟基甲基化,由儿萘酚胺氧位甲基转移酶 (COMT)所 催化。如在苯环上引进氟取代,氟的共轭效应是 +M, 使其邻位与对位碳原子的电荷密度增 高,间位碳原子的电荷密度降低。在 5-氟去甲肾上腺素,环上第 1与第 3位碳原子在氟原子 的间位,电荷密度较低,第 3位 C 原子便向羟基的 O 拉引电子,促使 C-O 键结合得更紧密, 于是 O-H 键趋于松驰,因此氢就易于离解,缺电子的甲基便乘虚进攻酚阴离子而将其甲基 化。因此, 5-氟多巴代谢甲基化速率为多巴的 10倍, 5-氟去甲肾上腺素代谢甲基化速率为 去甲肾上腺素的 14倍, 5-氟多巴胺为多巴胺的 20倍。
5-氟去甲肾上腺素 6-氟去甲肾上腺素
如果氟取代在第 6位, 3位羟基在氟的对位,氟的共轭效应使第 3位碳原子的电荷密度 增高,它就不向氧拉电子,氧就转而与氢结合得更紧密,氧就不易解离去, COMT 的甲基 化作用乃趋于缓慢。 6-氟甲多巴及其脱羧产生的 6-氟α-甲基多巴胺代谢甲基化很缓慢, 以自发性高血压大鼠试验,有持久的降压作用。
5.3 氢键
氢键是生物活性分子与受体的常见结合方法, 甚至核酸与蛋白质所以维持一定的构象, 也有赖于氢键作用。药物与受体氢键作用的强弱,势将影响两者的亲和性,因而也影响其 药理作用。血管紧张素转化酶的催化作用促使血管紧张素 I 水解脱去羧端的 2个氨基酸,转 变为有收缩血管与升高血压作用的血管紧张素Ⅱ。 底物血管紧张素 I 的一个酰胺的 CO 基与酶 的锌离子作用, 另一个酰胺的 CO 基是氢键的接受体, 与酶上的活性氢形成氢键, 而带有负
C 6H 5CH 2CH 2CHNHCH 2CH
CH 3
OH
CONH 2
CO NH 2
C 6H 5CH 2CH 22CH
OH
CH 3
H
2NH 2
2NH 2
电荷的羧基与酶 上的正电荷部位产生静电作用。 多肽药物替普罗肽 (teprotide)以及常用的 降压药卡托普利分子中也有相似基团可与酶上相应部位作用,从而,药物与酶有亲和力。
底物 (血管紧张素 I 片段 )
抑制剂 (替普罗肽片段 )
抑制剂 (卡托普利 )
如改变卡托普利结构,倘不影响与酶的氢键作用,例如将酰胺官能团变换为酯或酮,氧原 子仍保持较高负电荷,仍可与酶上的活性氢形成稳定的氢键,因而对血管紧张素转化酶仍 有较强抑制作用。可是,如将这酰胺基改换为烷烃或烯烃,不再是有电荷密度较高的原子 作为氢键接收体,与转化酶的亲和力便大为减弱。从下列一系列化合物的 50%抑制酶所需 浓度 (I50) ,可见构效关系有赖于氢键接收体的电荷密度。
某些脑区积蓄过多铁质可引起神经退化,诱发震颤麻痹症 (帕金森症 ) 等疾病。去铁吡 酮 (desferriprone, CP20)可与铁离子生成稳定的螯合物, 从而排去过多的铁。 去铁吡酮分子 中相邻的羟基与羰基形成氢键。因而也可与金属离子生成螯合物。
Z C NH NH CH =O
2
1n +
C CH =O
212
=O
212I 50 =2.8
CH CH 2CH C COOH
HS 0.70
COOH
C 6H 5C CH 2CH O
I 50 =O 11
CH CH 2C CH CH COOH I 50 =HS 1100CH 2CH CH 2CH 2CH COOH I 50 =HS 720
CH =CH CH CH COOH
I 50 =HS
氢键接收体可与金属离子产生配位化合物。 例如 8-羟喹啉可与铁离子生成五员环螯合 物。这样, 8-羟喹啉可夺去细菌酶系统中的铁离子,从而有抑菌作用。
5.4 电荷转移复合
苯基、杂环基、羰基等共轭体系中,电子是离域的 (delocalized), 因而易于流动,可造 成分子中一侧带有部分负电荷,一侧带有部分正电荷。带有部分正电荷的一侧可能与受体 带有部分负电荷的一侧产生亲和力, 即形成π键, 抗精神病药物如舒必利 (sulpiride), 氟哌 啶醇 (haloperidole)、匹莫齐特 (pimozide)、吗茚酮 (molindone)等带有至少 2个共轭基团, 如氟哌啶醇带有羰基与苯基,舒必利带有酰胺基与苯基,吗茚酮带有吡咯基与羰基,匹莫 齐特带有 2个苯基。 这些药物可能与受体上相同部位结合, 生成电荷转移复合物, 因而这些 药物多属多巴胺 D 2受体拮抗剂,表现为相似的药理作用。
舒必利 氟哌啶醇
N
+Fe +
3
+
H +
2N
CH 22H 52NH 2
3
HO
(CH2) F
π
1
π
1
π
2
|D2
N
O
OH
CH 3
+
Fe
3
N CH 3
CH 3
N
CH 3
CH 3
O O CH 3CH 3
O
O
3
吗茚酮 匹莫齐特
5.5 电荷密度的计算
用分子轨道方法可计算分子内各原子的电荷密度。分子内电荷密度分布可提示其与受 体的作用点。
早年合成了许多嘌呤的类似化合物作为抗癌药物。过了若干年后总结这类化合物构效 关系时计算分子内的电荷密度, 发现分子的第 8位氮的电荷密度对化合物的生物作用有很大 影响,因为这位置是与核糖结合的部位。天然嘌呤碱的 N 9的电荷密度在 1.57~1.59,有抗 癌作用化合物的 N 9在 1.57~1.60, 与天然嘌呤碱相近。反之,与天然嘌呤碱差异较大的化 合物没有抗癌作用。
腺嘌呤 鸟嘌呤 6-羟嘌呤
在磺胺药物中, SO 2的 O 从 S 拉电子, N 也是电负性原子,这样 O 的净电荷 (π电子 ) 是负 的,而 N 是正的。如果磺酰胺的氨基引入芳基取代,例如苯基,氮上的孤对电子也与苯的π电子生成大π键,电子流向苯环, N 更缺电子。如以吡啶基取代,则由于吡啶氮的拉电子作 用,使磺酰胺氮更加缺电子。如以嘧啶基取代,环上有两个电负性氮, N 的电荷密度更低。
CH 2
N 32H 5
ππ1
2H H (CH2) 3
F
F
ππ
1
2
N N
N NH 2
12
3
7
8
9
H
H
N
N N H 2N
H O 594
1. 593
O N
N N H
1. 581
抑菌作用随着 N 的部分正电荷而增加。
5.6 电子等排体
外层电子数目相同的原子或基团称为电子等排体 (isostere)。 周期表中同族元素如 O 、 S 、 Se 以及 F 、 Cl 、 Br 等是电子等排体,有些原子或基团如 F 、 OH 、 NH 2、 CH 3等。组成各原子 的外层电子总和相等,也属电子等排体。此外 , 电性与立体性质相仿的基团如 COO -和 SO 2NH -; SO 2和 Cl ;环内的 CH =CH 和 S 等,也可看作生物电子等排体 (Bioisosteric groups) 。电子等排体既有相同的电性,便也有相近的理化性质与药理性质。
头孢噻吩 (cefalothin)和头孢克洛 (cefaclor)都是半合成头孢菌素类药物。将其分子内六 元环内的硫原子改换为次甲基, 成为卡孢噻吩 (carbocefalothin)与洛伐卡贝 (loracarbef), 仍 保持抗菌活性。 硫的外层电子有 6个, 次甲基中碳的外层电子为 4, 两个氢各为 1, 总和为 6, 因而为电子等排体。两类化合物均有抗菌活性。并且,环内的硫易于代谢转化而失活,次 甲基比硫更稳定。
H 2C 6H 5
N
O
Cl
COO
CON NH 3
+
+
NH 3
CON COO
Cl
N
S
O
H 2
CH 2OCOCH 3
COOH C
S
CH 2CONH
O
O
N
S
COOH CH 2OCOCH 3
S
CH 2CONH
C 6H 5O NH 2-0.642
-0.642
+0.189
NH 2
-0.637+0.190+0.206
H
O
N -0.637
+0.081NH 2
H
O
N -0.636
+0.230
-0.636
NH 2
H
O N -0.636
-0.636
+0.219
NH
同样,抗心律失常药普鲁卡因胺 (procainamide)与其电子等排类似物, NH 2与 C 2H 5O , C=O与 C=NH都是电子等排体,两化合物的抗心律失常治疗指数相近。
普鲁卡因胺 电子等排类似物
毛果芸香碱 (pilocarpine)是胆碱神经 M 受体激动剂, 局部给药可将青光眼患者的眼压降 低,但因其为甲酸内酯结构,很易代谢水解,作用持续时间仅有 3小时, 每天必须给药好几 次,将环上的 CH 改为电子等排体 N ,成为氨甲酸内酯结构,比甲酸内酯更为稳定,从而作 用延长,而降低眼压作用仍能保持。
毛果芸香碱 电子等排体
腺嘌呤或次黄嘌呤的 NH 2或 OH 换成电子等排的 SH , 成为 6-巯基嘌呤 , 成为拮抗物质, 从而有抗癌作用。丙嗪类药物如氯丙嗪有安定作用,环内的 S 改换成电子等排体 CH=CH, 成为普罗替林 (protriptyline),便呈现抗抑郁作用。
腺嘌呤 次黄嘌呤 6-巯基嘌呤
C 2H 5O
CNHCH 2CH 2N(C2H 5) 2
2CH 2N(C2H 5) 2
NH 2
O
CH 2
O
N
32H 52H 53N
O
N CH N
N N
2H
H
N
N
H
丙嗪 普罗替林
5.7 软硬酸碱
酸碱除了用强、弱衡量外,还可用软、硬来表示。硬酸的原子半径较小,原子核的有 效电荷较高,不易极化,外层电子不易激发,电子与原子核的结合较紧密,但也有空轨道 可资利用。它们与碱结合时,碱的电子可跃迁在其空轨道上。 H +、 Na +、 K +、 Ca 2+、 Mg 2+等符合硬酸。软酸的原子半径较大,原子核的正电荷值较低,外层电子较易激发,价电子 易于变形。 RS +、 Br 2等可列作软酸。硬碱不易极化,软碱易于极化。给电子的原子的电负 性较低,易于氧化而移去电子。这样,胺,醇,醚, CH 3COO -等列为硬碱,硫醇,硫醚等 都是软碱。原子的氧化态愈高,酸性就愈硬。 RSO 2+是硬酸, RS +为软酸,而 RSO +的酸性 居中。原子量愈高,电负性也愈低,碱性因也愈软,例如 R 3P 比 R 3N 的碱性软, I -比 Br - 软, Br -比 Cl -、 F - 软。在同周期中,族序愈低愈软。软碱至硬碱的程序为 CH 3-、 NH -2、 OH -、 F -。在这意义下, CO 、 CH 2=CH2、 C 6H 6等都是软碱。
硬酸和硬碱可生成稳定的复合物,常以离子键结合;软酸与软碱也可生成稳定的复合 物,常为共价键结合;而软酸与硬碱或硬酸与软碱间的结合却不稳固。这现象可解释一些 药物的作用。
胆碱酯酶的活性部位包括有丝氨酸的羟基,后者是典型的硬碱。乙酸的硬度较低,与 羟基的结合不牢,因而乙酰胆碱经胆碱酯酶作用而水解后,乙酸迅即脱离酶的活性表面。 反之,磷酸比乙酸更硬,与羟基结合更为稳定,磷酸基脱离羟基的速率比乙酸慢 105~106倍,有机磷酸酯因而是强效胆碱酯酶抑制剂。
铂离子是软酸, DNA 的碱基是软碱,两者易于稳定地结合,因之顺铂是有效的抗癌药
物,铑、金、钛化合物也有抗癌作用。与铂的外层电子数相近的其他一些金属离子都是硬 酸,与碱基结合力不强,就不能代替铂成为抗癌药物。
虽然 NH 2、 OH 、 SH 都是电子等排体, N 与 O 的孤对电子可与活泼氢生成氢键,而 S 的 电子云的体积较大,不能生成稳定的氢键,因而 SH 比 OH 或 NH 2有较高亲脂性。机体许多 酶蛋白带有 SH 基,在生命活动中起有重要作用。 SH 是软碱。酶等许多重要物质带有微量 金属, 如血红蛋白有铁, 单胺氧化酶有铜, 硝酸还原酶有钼, 羰肽酶有锌, 维生素 B 12有钴,
233
2) 3N(CH3) 2
N
41 这些金属离子都是硬酸,不会干扰 SH 的功能。反之,软酸如 Ag +、 As 3+、 Hg 2+等都可与 SH 基生成稳定复合物,就有很高毒性。
四环素类抗生素与 Al 、 Ca 等离子可生成稳定复合物,因而妨碍抗生素的抑菌作用。
四环素
对硫磷 parathion 3) 2
CONH 2
OH
S P OC 2H 5OC 2H 5
