A critical investigation of the Tanford-Kirkwood scheme by means of Monte Carlo simulations

Monte Carlo simulations are used to assess the adequacy of the Tanford-Kirkwood prescription for electrostatic interactions in macromolecules. Within a continuum dielectric framework, the approach accurately describes salt screening of electrostatic interactions for moderately charged systems consistent with common proteins at physiological conditions. The limitations of the Debye-Huckel theory, which forms the statistical mechanical basis for the Tanford-Kirkwood result, become apparent for highly charged systems. It is shown, both by an analysis of the Debye-Huckel theory and by numerical simulations, that the difference in dielectric permittivity between macromolecule and surrounding solvent does not play a significant role for salt effects if the macromolecule is highly charged. By comparison to experimental data, the continuum dielectric model (combined with either an approximate effective Hamiltonian as in the Tanford-Kirkwood treatment or with exact Monte Carlo simulations) satisfactorily predicts the effects of charge mutation on metal ion binding constants, but only if the macromolecule and solvent are assigned the same or similar permittivities.

Economic design of two-stage (X)over-bar charts: the Markov chain approach

When the (X) over bar chart is in use, samples are regularly taken from the process, and their means are plotted on the chart. In some cases, it is too expensive to obtain the X values, but not the values of a correlated variable Y. This paper presents a model for the economic design of a two-stage control chart, that is. a control chart based on both performance (X) and surrogate (Y) variables. The process is monitored by the surrogate variable until it signals an out-of-control behavior, and then a switch is made to the (X) over bar chart. The (X) over bar chart is built with central, warning. and action regions. If an X sample mean falls in the central region, the process surveillance returns to the (Y) over bar chart. Otherwise. The process remains under the (X) over bar chart's surveillance until an (X) over bar sample mean falls outside the control limits. The search for an assignable cause is undertaken when the performance variable signals an out-of-control behavior. In this way, the two variables, are used in an alternating fashion. The assumption of an exponential distribution to describe the length of time the process remains in control allows the application of the Markov chain approach for developing the cost function. A study is performed to examine the economic advantages of using performance and surrogate variables. (C) 2003 Elsevier B.V. All rights reserved.

Application of a new reverse Monte Carlo algorithm to polyatomic molecular systems. I. Liquid water

Using a new reverse Monte Carlo algorithm, we present simulations that reproduce very well several structural and thermodynamic properties of liquid water. Both Monte Carlo, molecular dynamics simulations and experimental radial distribution functions used as input are accurately reproduced using a small number of molecules and no external constraints. Ad hoc energy and hydrogen bond analysis show the physical consistency and limitations of the generated RMC configurations. (C) 2001 American Institute of Physics.

Economic design of (X)over-bar charts with variable parameters: the Markov chain approach

This paper presents an economic design of (X) over bar control charts with variable sample sizes, variable sampling intervals, and variable control limits. The sample size n, the sampling interval h, and the control limit coefficient k vary between minimum and maximum values, tightening or relaxing the control. The control is relaxed when an (X) over bar value falls close to the target and is tightened when an (X) over bar value falls far from the target. A cost model is constructed that involves the cost of false alarms, the cost of finding and eliminating the assignable cause, the cost associated with production in an out-of-control state, and the cost of sampling and testing. The assumption of an exponential distribution to describe the length of time the process remains in control allows the application of the Markov chain approach for developing the cost function. A comprehensive study is performed to examine the economic advantages of varying the (X) over bar chart parameters.

C - H ⋯ 0 and N - H ⋯ 0 hydrogen bonds in liquid amides investigated by monte carlo simulation

Monte Carlo simulations of liquid formamide, N-methylformamide (MF), and N, N-dimethytformamide (DMF) have been performed in the isothermal and isobaric ensemble at 298 K and 1 atm, aiming to investigate the C-H ⋯ O and N-H ⋯ O hydrogen bonds. The interaction energy was calculated using the classical 6-12 Lennard-Jones pairwise potential plus a Coulomb term on a rigid six-site molecular model with the potential parameters being optimized in this work. Theoretical values obtained for heat of vaporization and liquid densities are in good agreement with the experimental data. The radial distribution function [RDF, g(r)] obtained compare well with R-X diffraction data available. The RDF and molecular mechanics (MM2) minimization show that the C-H ⋯ O interaction has a significant role in the structure of the three liquids. These results are supported by ab initio calculations. This interaction is particularly important in the structure of MF. The intensity of the N - H ⋯ O hydrogen bond is greater in the MF than formamide. This could explain some anomalous properties verified in MF. © 1997 John Wiley & Sons, Inc.

Monte Carlo and analytical calculation of lateral deflection of proton beams in homogeneous targets

Proton radiation therapy is a precise form of radiation therapy, but the avoidance of damage to critical normal tissues and the prevention of geographical tumor misses require accurate knowledge of the dose delivered to the patient and the verification of his position demand a precise imaging technique. In proton therapy facilities, the X-ray Computed Tomography (xCT) is the preferred technique for the planning treatment of patients. This situation has been changing nowadays with the development of proton accelerators for health care and the increase in the number of treated patients. In fact, protons could be more efficient than xCT for this task. One essential difficulty in pCT image reconstruction systems came from the scattering of the protons inside the target due to the numerous small-angle deflections by nuclear Coulomb fields. The purpose of this study is the comparison of an analytical formulation for the determination of beam lateral deflection, based on Molière's theory and Rutherford scattering with Monte Carlo calculations by SRIM 2008 and MCNPX codes. © 2010 American Institute of Physics.

Monte Carlo simulation applied in total reflection X-ray fluorescence: Preliminary results

The X-ray Fluorescence (XRF) analysis is a technique for the qualitative and quantitative determination of chemical constituents in a sample. This method is based on detection of the characteristic radiation intensities emitted by the elements of the sample, when properly excited. A variant of this technique is the Total Reflection X-ray Fluorescence (TXRF) that utilizes electromagnetic radiation as excitation source. In total reflection of X-ray, the angle of refraction of the incident beam tends to zero and the refracted beam is tangent to the sample support interface. Thus, there is a minimum angle of incidence at which no refracted beam exists and all incident radiation undergoes total reflection. In this study, we evaluated the influence of the energy variation of the beam of incident x-rays, using the MCNPX code (Monte Carlo NParticle) based on Monte Carlo method. © 2013 AIP Publishing LLC.

Estudo de percolação de clusters de Monte Carlo para o modelo de Ising bidimensional

Pós-graduação em Física - IFT

Estudo de Monte Carlo da produção de nova ressonância neutra decaindo em dois bósons vetoriais no experimento CMS

Pós-graduação em Física - IFT

Teoria quântica do campo escalar real com autoacoplamento quártico - simulações de Monte Carlo na rede com um algoritmo worm

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estudo de solvatocromismo em líquidos moleculares orgânicos via método seqüencial Monte Carlo/Mecânica Quântica

Utilizou-se o método seqüencial Monte Carlo / Mecânica Quântica para obterem-se os desvios de solvatocromismo e os momentos de dipolo dos sistemas de moléculas orgânicas: Uracil em meio aquoso, -Caroteno em Ácido Oléico, Ácido Ricinoléico em metanol e em Etanol e Ácido Oléico em metanol e em Etanol. As otimizações das geometrias e as distribuições de cargas foram obtidas através da Teoria do Funcional Densidade com o funcional B3LYP e os conjuntos de funções de base 6-31G(d) para todas as moléculas exceto para a água e Uracil, as quais, foram utilizadas o conjunto de funções de base 6-311++G(d,p). No tratamento clássico, Monte Carlo, aplicou-se o algoritmo Metropólis através do programa DICE. A separação de configurações estatisticamente relevantes para os cálculos das propriedades médias foi implementada com a utilização da função de auto-correlação calculada para cada sistema. A função de distribuição radial dos líquidos moleculares foi utilizada para a separação da primeira camada de solvatação, a qual, estabelece a principal interação entre soluto-solvente. As configurações relevantes da primeira camada de solvatação de cada sistema foram submetidas a cálculos quânticos a nível semi-empírico com o método ZINDO/S-CI. Os espectros de absorção foram obtidos para os solutos em fase gasosa e para os sistemas de líquidos moleculares comentados. Os momentos de dipolo elétrico dos mesmos também foram obtidos. Todas as bandas dos espectros de absorção dos sistemas tiveram um desvio para o azul, exceto a segunda banda do sistema de Beta-Caroteno em Ácido Oléico que apresentou um desvio para o vermelho. Os resultados encontrados apresentam-se em excelente concordância com os valores experimentais encontrados na literatura. Todos os sistemas tiveram aumento no momento de dipolo elétrico devido às moléculas dos solventes serem moléculas polares. Os sistemas de ácidos graxos em álcoois apresentaram resultados muito semelhantes, ou seja, os ácidos graxos mencionados possuem comportamentos espectroscópicos semelhantes submetidos aos mesmos solventes. As simulações através do método seqüencial Monte Carlo / Mecânica Quântica estudadas demonstraram que a metodologia é eficaz para a obtenção das propriedades espectroscópicas dos líquidos moleculares analisados.

Investigação da dinâmica sequêncial Monte Carlo/Mecânica Quântica para sitemas moleculares orgânicos

O principal objetivo deste trabalho é investigar teóricamente as propriedades eletrônicas e óticas de compostos orgânicos em ambiente líquido. A compreensão das interações em sistemas líquidos é muito importante para a descrição de fenômenos em muitas partes da ciência, como Física, Química, Biologia e Materiais, bem como no desenvolvimento de materiais óticos. As flutuações térmicas fazem que inumaram das configurações para os líquidos possam ser gerados. Esta é a razão do comportamento estatístico observado em sistemas líquidos. Considerando estas dificuldades, o tratamento sequencial Monte Carlo / Mecânica Quântica (SMC/QM) é usado neste trabalho. Neste procedimento, a estrutura líquida é gerada primeiramente por simulações clássicas de MC e mais tarde, somente a parte mais importante do sistema é tratada com mecânica quântica. Usando o procedimento acima, os propriedades do quantum o pirazine dimethyl do thiene Methyl da laranja (MO) e do O 2,3-dimetil tieno[3,4-b] pirazina (DTP) foram investigados. O MO é um conhecido indicador de pH e pode ser encontrado sob circunstâncias básicas e acidas. Suas geometrias de mínima energia foram obtidas mediante a Teoria do Funcional da Densidade pelo funcional B3LYP, sendo o sistema descrito pelas bases de Pople com uma função de polarização (6-31G*). Para obter as propriedades médias dos observaveis, cálculos de química quântica foram executados dentro da aproximação semi-empírica de INDO/S-CI. Com respeito ao espectro de absorção, os dados experimentais existentes na literatura científica reportam a existência de uma larga banda localizada na região de baixas energias, mais precisamente entre 400 e 600 nm. Nossos resultados teóricos para a forma alcalina mostram uma transição intensa transição π → π* aproximadamente à 432.4 ± 0.03 nm e, sob condições ácidas, esta transição aparece aproximadamente à 507.4 ± 0.12, 496.4 ± 0.28 ou 545.3 ± 0.10 nm, dependendo da estrutura, mostrando bom acordo com resultados experimentais. O DTP é um sistema particular usado na produção de polímeros de baixo gap. Suas propriedades elétricas e óticas foram obtidas através de um novo procedimento conhecido por Configuração Eletrostática Média do Solvent (ASEC). O procedimento ASEC inclui moléculas do solvente como cargas pontuais e permite o obtenção das quantidades quânticas executando somente poucos cálculos de mecânica quântica. Para o DTP, usando a teoria das perturbações de segunda ordem Mφller-Plesset (MP2) e o conjunto de bases aug-cc-pVDZ, a convergência do momento de dipolo foi alcançada com apenas quatro cálculos de mecânica quântica à 1.16 D, apresentando um aumento de 42% quando comparado ao dipolo isolado. O polarizabilidade corresponde à outra característica elétrica que pôde ser medida. Considerando o mesmo nível empregado ao cálculo do dipolo, o valor médio 132.7 a30 foi observado. A região de mais baixas da energias do espectro de absorption foi investigada também atravé de procedimento de ASEC usando ambos as aproximações, semi-empírico e DFT. Esta região de absorção é motivo de conclusões contraditórias com relação à natureza das transições n → π* e π → π*. Nossos resultados mostram que realmente que essas excitações são realmente observadas simultanemente podendo sobrepôr-se. Como exemplo, nossos resultados para DFT, encontrados usando o funcional B3LYP nos mostra que estas transições aparecem aproximadamente à 360.6 e 351.1 nm.

Cálculo das funções de anisotropia e radial de dose para braquiterapia com semente de 192Ir em diferentes materiais de interesse em radiologia com o auxílio do programa baseado no método de Monte Carlo MCNPX

The brachytherapy braquiterapia is an x-ray modality radiotherapy in which stamped or halfstamped radioactive sources in format of seeds are used, wires or to one short distance, in contact or implanted to the fabric to be treated. All the treatment modalities require a previous planning. The formalism recommended for calculation of dose was considered by the AAPM for the first TG-43 Report. In it distributions of dose of isolated seeds measured and calculated by Monte Carlo method in water instead of with models half-empiricists. In this work we in accordance with present some preliminary results of the calculation of functions of radial anisotropy and of dose in the distance for seed of 192Ir, wide used in brachytherapy treatments of high tax of dose (HDR), with the aid of the program based on the Monte Carlo method MCNPX v2.50 (Mount Carlo N ParticleeXtended). The materials chosen in the simulation beyond water, had been MS20 and estriado muscle

A simulação de Monte Carlo como instrumento fundamental para a análise de viabilidade econômica: a implementação de uma fundição de ferro em uma empresa metalúrgica

In uncertainly economic scenarios, an economic feasibility analysis must be done to accept a project based on investment criteria, such as NPV and IRR, mainly because the shareholders tend to invest their budget in a project if it has a great chance to return their investments. The studied company outsources all of its foundry services, what makes it very dependent of its suppliers, because the products have a lower quality level, long delivery periods and high prices. Therefore, this work will analyze the project of building an iron-casting foundry to decrease the dependence of its suppliers. In order to develop this research, all needed data related to the construction of the foundry and sales were collected to create deterministic and probabilistic (Monte Carlo Simulation) cash flows using MsExcel® and Oracle's Crystal Ball® software. As a result, the project was found to be risky by the NPV and IRR in the case of this new production line supplying only the internal needs. However, when the company offers its services to the foundry market, the project turns to be feasible