Projekti / Programi
Modeliranje kemijskih lastnosti in procesov
01. januar 1999
- 31. december 2003
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.04.00 |
Naravoslovje |
Kemija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P300 |
Naravoslovno-matematične vede |
Analitična kemija |
| P305 |
Naravoslovno-matematične vede |
Kemija okolja |
| P150 |
Naravoslovno-matematične vede |
Geometrija, algebraična topologija |
Modeliranje, kemijske lastnosti, kemijske strukture, procesi, algoritmi, topološki indeksi, teorija grafov, statistične metode
Raziskovalci (3)
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0104 |
Kemijski inštitut |
Ljubljana |
5051592000 |
20.996 |
Povzetek
V okviru programa MODELIRANJE KEMIJSKIH LASTNOSTI IN PROCESOV nameravamo razvijanti in uporabljati linearne in nelinearne modele za napovedovanje lastnosti snovi, če je poznana struktura ali kakršen koli fizikalno-kemijski opis snovi. Del raziskav bo usmerjen v iskanje novih spoznanj o povezavah med lastnostmi preiskovanih vzorcev in obstoječimi podatki, ki so za te vzorce dostopni, npr. korelacije spektralnih podatkov s strukturnimi lastnostmi, ali povezave struktura - aktivnost, pri čemer je aktivnost lahko katerakoli kemijska, farmacevtska, fizikalna ali biološka lastnost. Na področju modeliranja je potrebno poudariti, da nameravamo iskati in prilagajati funkcije oziroma modela za opis:- analiznih signalov različnih analiznih metod kot npr. tekočinske, ionske kromatografije, FIA, itd.- signalov spektroskopskih metod (npr. IR, Raman, masna)- katerekoli tehnike, katere signal je podoben spektru, tudi npr. strukturne kode, ki ima obliko spektra.Specifična smer, ki je tudi že bila prisotna v dosedanjem obsegu raziskav Laboratorija za kemometrijo in je tudi del predlaganega programa "Modeliranje kemijskih lastnosti in procesov", so QSAR raziskave, pri katerih je zelo pomembna predstavitev kemijske strukture. Strukturna reprezentacija, ki jo uporabljamo v modelih za napovedovanje lastnosti, mora zadostiti določenim pogojem: enoličnost, uniformnost, translacijska in rotacijska neodvisnost ter reverzibilnost. To so zelo velike zahteve in nobena poznana strukturna reprezentacija ne zadosti vsem pogojem. Zato bomo še naprej izpopolnjevali spektru-podobno strukturno kodo, ki je bila razvita v našem laboratoriju in izpolnjuje že velik del omenjenih zahtev. Del teh raziskav je podan v članku: A New General and Uniform Structure Representation, drugi, obsežni del, pa sega na področje teorije grafov in 3-D reprezentacije kemijskih struktur. S tega področja je bilo objavljenih preko 10 člankov v uglednih mednarodnih revijah, pa tudi obsežno poglavje v knjigi "On Characterization of Three-Dimensional Molecular Structure, From Chemical Topology to Three-Dimensional Geometry", pg. 159-236, Editor A. T. Balaban, Plenum Press, New York, 1997. Poleg omenjenih smeri nameravamo raziskave razširiti oziroma dopolniti na naslednjih področjih:- Iskanje zakonitosti, ki vplivajo na obliko analiznih signalov pri različnih tehnikah (npr. pri FIA tehniki): disperzija, hitrost reakcije, različno dolge poti vzorca in reagenta, itd.) ter določanje optimalnih analiznih pogojev. Raziskave bomo širili in rezultate posplošiti tudi za vse analizne tehnike, pri katerih je oblika signala pomembna. Pri modernih tehnikah je oblika signala glavni vir informacij o fiziko-kemijskih procesih, na katerih je merska metoda osnovana.- Praktična izvedba analiznih meritev ( npr. FIA v kombinaciji z različnimi detektorji), proučevanje in izpopolnjevanje izbranih tehnik v primeru diplomskih ali podiplomskih študentov.- Uporaba statističnih metod in vpeljava avtomatskih računalniških metod za obdelavo dobljenih analiznih podatkov, za ovrednotenje rezultatov ter za osvetlitev informacij, ki niso očitne, če podatke in rezultate pregledujemo ročno.
Pomen za razvoj znanosti
Program "Modeliranje kemijskih lastnosti in procesov" predvideva raziskave, ki so zanimive tudi za institucije izven Slovenije. Deterministični modeli, ki jih preučujemo pri analizi detektorskih signalov, osvetljujejo naravo procesov, na katerih so osnovane posamezne merske metode in so zato zanimivi tako za raziskovalno delo v analiznih laboratorijih v Evropi in svetu, kot tudi za razvojne oddelke svetovnih proizvajalcev analiznih instrumentov. Prav tako je razvoj strukturne kode, ki bi zadostila vsem potrebnim pogojem, zanimiv za širšo mednarodno javnost, saj taka koda še ni znana. V zadnjih desetih letih smo soledavci Laboratorija za kemometrijo imeli sodelovanje s šestimi univerzami, s katerimi smo imeli skupne raziskave. Rezultati so objavljeni v mnogih člankih, samo nekateri so našteti v referencah pod točko 3.1 in 4.9. Univerze, s katerimi smo sodelovali, so: University of Tarragona, Spain (Analytical department);University of Erlangen, Germany (Computer department); University of Lausanne, Swiss (NMR department); Drake University, Des Moines, USA, University of Cordoba, Spain. V povezavi z evropskim projektom Copernicus , ki se je končal leta 1997, smo razvijali sistem za napovedovanje toksičnosti na osnovi poznane kemijske strukture. Imeli smo odlično sodelovanje z naslednjimi univerzami in inštituti: Politecnico di Milano, DEI, Italy; Inst.of Farmacol. Research "Mario Negri", Milano, Italy; Compudrug Chemistry Limited, Budapest, Hungary; Nat. Inst. of Publ. Health, Prague, Czech Republic.
Pomen za razvoj Slovenije
Program se vključuje in dopolnjuje tako visokošolske in inštitutske programe kot tudi razvojne in kontrolne industrijske problematike. Program "Modeliranje kemijskih lastnosti in procesov" se dopolnjuje s programom "Kemometrija", kate-rega nosilec je profesor Jure Zupan, ki predava predmet z istim naslovom v okviru dodiplomskega in podiplomskega študija na Fakulteti za kemijo in kemijsko tehnologijo, na Univerzi v Ljubljani. Prav tako sodelujemo s Fakulteto za ke-mijo in kemijsko tehnologijo Univerze v Mariboru ter analitskim oddelkom na Kemijskem inštitutu, Ljubljana, in sicer na področju modeliranja in obdelave analiznih rezultatov, kodiranja kemijskih struktur, spektralne analize itd. Rezultati omenjenega sodelovanja so zajeti v sedmih člankih v zadnjih dveh letih v domačih in mednarodnih revijah ter v številnih predavanjih in prispevkih na znanstvenih konferencah. Poleg tega je program orientiran izobraževalno v taki meri, da omogoča opravljanje diplomskih del (1-2 letno), magistrskih ter doktorskih študij in raziskav (1 mladi raziskovalec).V slovenskem gospodarstvu so potrebe po opisanih raziskavah prisotne predvsem v farmacevtski, živilski, ter kemijski industriji. Največ zanimanja je bilo do sedaj za načrtovanje eksperimentov, obdelavo večjih količin podatkov in rezulta-tov, optimizacijo industrijskih postopkov, modeliranje npr. bioreaktorjev itd. V programu je odprtih več smeri, ki so pri-lagodljive konkretnim industrijskim problemom. S Cinkarno Celje smo uspešno sodelovali na področju problematike (modeliranja) obstojnosti barvnega premaza, osnovanega na TiO2. Model ima veliko praktično uporabnost, saj je bil uveden v redno kontrolo staranja premazov, ker je bolj ekonomičen od dosedanjega postopka, ki je bil zelo dolgotrajen in drag. S tovarno HELIOS TOZD TKK Srpenica smo sodelovali v nalogi optimizacije proizvodnje polisulfidnih kitov.Poleg omenjenih tovarn sodelujemo ali smo imeli skupne projekte še z Belinko, Gorenjem, Lekom, Petrolom, Toplarno Ljubljana, Ericom iz Velenja in drugimi. Program vsebuje smer statističnih obdelav ter načina laboratorijske prakse, ki so aktualni predvsem za pridobivanje akreditacij, potrebnih za opravljanje analiz zaradi zahtevnega evropskega tržišča.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo
