מחקר השוואתי של גישות מבוססות COSMO וגישות משוואות מדינה לחיזוי אנרגיות פתרון המבוססות על מאגר הנתונים COMPSOL

מחקר השוואתי של גישות מבוססות COSMO וגישות משוואות מדינה לחיזוי אנרגיות פתרון המבוססות על מאגר הנתונים COMPSOL

לחישוב אנרגיות הפתרון יש שימושים רבים במספר תחומים, כגון תכנון תהליכי הפרדה, פרמקולוגיה ועיצוב תרופות, ומידול קינטי. יישומים אלה דורשים מודלים תרמודינמיים המסוגלים לחזות במדויק אנרגיות פתרון, תוך התחשבות בתלות הטמפרטורה של מאפיין זה, ואשר הם מהירים וחזקים. במסגרת זו, השווינו בין שני מודלים של פתרון רצף מבוססי COSMO (COSMO-RS ו-COSMO-SAC-dsp) עם שתי גרסאות של משוואות מעוקבות חזויות של מצבים המוכרים היטב ביעילותם (PSRK ו-UMR-PRU). לצורך כך, נשקל מערך ניסוי גדול של 65,000 נקודות נתונים שחולצו ממאגר הנתונים COMPSOL. השוואות בין נתונים מחושבים לניסויים בוצעו עבור אנרגיית הפתרון של Gibbs, ולראשונה בספרות, הן לאנטרופיה והן לאנתלפיה של הפתרון בו-זמנית. עבור תערובות בינאריות פשוטות יותר, שבהן לא מתרחש קשר מימן, כל המודלים היו מסוגלים לספק תחזיות מדויקות, עם סטיות אבסולוטיות ממוצעות מתחת ל-0.3 קק"ל/מול לגבי אנרגיית הפתרון של גיבס. עבור תערובות שיוך מורכבות יותר, COSMO-RS הראה את המתאם הטוב ביותר בין נתונים ניסויים ומחושבים, במיוחד עבור מערכות מימיות; בקרב EoS, נצפה שדגם ה-PSRK מציע את הדיוק הטוב ביותר.

הערכת הפתרון אנרגית Gibbs (Δsolv gᵢ) היא נושא חשוב בתכנון תהליך ומוצר. בהתחשב בכך שכמות תרמודינמית זו קשורה למידת הזיקה בין מינים כימיים שונים, היא יכולה להיות שימושית מאוד, למשל, בבחירת ממס מתאים לתהליך הפרדה או תגובה כימית. חישוב כמויות הפתרון הוא גם עניין קריטי בפרמקולוגיה ועיצוב תרופות, שכן תופעת הפתרון משפיעה ישירות על הזיקה של חומר פעיל ביולוגית נתון לחלבוני מטרה, כמו גם על מסיסותו ויציבותו הכימית [1-4].

אנרגיות פתרון נדרשות גם עבור מודלים קינטיים כימיים מפורטים בשלב נוזלי, הכוללים מספר רב של תגובות ומינים כימיים, ומבוססים על מודלים של פאזות גז שפותחו כדי לדמות פירוליזה, בעירה או תופעות חמצון אטמוספרי [5-8]. דוגמאות אלו מדגישות את הצורך בשיטות ניבוי ומדויקות שיכולות לחזות אנרגיות פתרון ובו בזמן הן מהירות וחזקות וניתנות ליישום על מגוון רחב של תרכובות כימיות. כמאפיין בולט, יישומים אלה מכסים טווחי טמפרטורה גדולים ולכן, מודלים המשמשים לאנרגיות פתרון חייבים לכלול תלות בטמפרטורה כתנאי מוקדם.