外部 ESP 与 AIM 分析

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• ESP 极值与面积
  • 1. 匹配密度等值面并导入 ESP 分析
  • 2. 浏览 ESP 极值并高亮指定源点
  • 3. 按 ESP 范围筛选表面积
• AIM 临界点与路径
  • 4. 导入 AIM 临界点和路径
  • 5. 查看并高亮分子间的 AIM 临界点
  • 6. 浏览 AIM 路径记录并观察曲线
• 整体指标、表面区域与 Bader
  • 7. 读取 ESP 整体指标和原子/片段区域
  • 8. 导入 Bader 盆积分并核对质量
• 附录：参数、原理与输入规范
  • A1. 了解 ESP 表面分析、输入文件与单位
  • A2. 区分源记录、匹配项与高亮标签
  • A3. 了解面积区间、范围重叠与源百分比
  • A4. 了解 AIM 临界点与路径输入
  • A5. 了解临界点密度与记录编号
  • A6. 了解路径编号、点数与曲线显示
  • A7. ESP 全表面与区域统计
  • A8. Bader 盆积分与双重收敛

本页接续专题 03 步骤 1–5，在同一工程中保留 P03-atoms、P03-density、P03-esp。开始时显示原子层和已按 ESP 着色的密度表面，独立 ESP 表面保持隐藏。路径相对教程材料根目录；每次换对象后重新打开其对象属性。

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ESP 极值与面积

1. 匹配密度等值面并导入 ESP 分析

详细说明见附录 A1：了解 ESP 表面分析、输入文件与单位。

1. 在 QC 对象导航 中选中 P03-density，打开对象属性。
2. 将 几何表示 → 正值阈值 设置为 0.001（与本例外部 ESP 分析采用的密度表面一致）。
3. 导航选中 P03-esp（保持该场表面隐藏）。
4. 点击 N 侧栏 → 导入与导出 → 导入外部结果 → 空间场分析 → ESP 表面分析（ESP Surface Analysis）。
5. 配置导入参数：
   • 极值点 PDB（Extrema PDB）：shared/data/public/gaussian-v2/P03/esp/surfanalysis.pdb
   • 面积分布文本（Area distribution text）：shared/data/public/gaussian-v2/P03/esp/stdout.log
   • 表面定义（Surface definition）：rho=0.001 electron/bohr^3
   • 极值单位（Extrema value unit）：kcal/mol
   • 分布中心值单位（Distribution center unit）：kcal/mol
   • 面积单位（Area unit）：angstrom^2
6. 确认导入，生成对象 QC ESP maximum、QC ESP minimum 与 QC ESP area data。截图保存至 human/screenshots/P03-esp-analysis-import.png。

2. 浏览 ESP 极值并高亮指定源点

详细说明见附录 A2：区分源记录、匹配项与高亮标签。

1. 选中 QC ESP minimum 并打开对象属性，展开 外部分析记录。记录总数为 2，设置 记录 = 1，数值显示为 -48.88 kcal/mol。
2. 选中 QC ESP maximum 打开对象属性，记录总数为 3，设置 记录 = 2，对应源编号 2、数值 57.88 kcal/mol。
3. 展开 外部结果浏览器，设置 匹配项（从1开始） = 2，点击 应用筛选（Apply Filter）。视口中高亮该极值点并浮现标签。截图保存至 human/screenshots/P03-esp-extrema.png。

3. 按 ESP 范围筛选表面积

详细说明见附录 A3：了解面积区间、范围重叠与源百分比。

1. 选中 QC ESP area data 打开对象属性，确认总记录为 40 条、总表面积为 74.6808 angstrom^2。
2. 在 外部结果浏览器 中开启中心值上下限两端的开关，再设置过滤条件：
   • 面积分箱选择：中心值在范围内（Center in range）
   • 中心（Center） [kcal/mol] 从 / 至：0 / 20
3. 点击 应用筛选，界面回显筛选面积 15.0671 angstrom^2（占比 20.1752%）。截图保存至 human/screenshots/P03-esp-area.png。

4. 按共同导出方法，选择 数据=ESP_AREA、行=当前筛选，保留 esp_area.csv 与 metadata.json；需要全表时改为 行=全部。完成后关闭中心值两端开关并应用筛选。

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AIM 临界点与路径

4. 导入 AIM 临界点和路径

详细说明见附录 A4：了解 AIM 临界点与路径输入。

1. 隐藏 ESP 极值与密度表面，仅保持选中 P03-atoms。
2. 点击 N 侧栏 → 导入与导出 → 导入外部结果 → 原子与键分析 → AIM 拓扑（AIM Topology）。
3. 选择对应输入文件：
   • 临界点 PDB（CPs PDB）：shared/data/public/gaussian-v2/P03/aim/CPs.pdb
   • 路径 PDB（Paths PDB）：shared/data/public/gaussian-v2/P03/aim/paths.pdb
   • 临界点属性文本（可选）：shared/data/public/gaussian-v2/P03/aim/CPprop.txt
4. 确认后生成对象 QC AIM CP C（6点）、QC AIM CP N（5点）及 QC AIM bond paths。截图保存至 human/screenshots/P03-aim-import.png。

5. 查看并高亮分子间的 AIM 临界点

详细说明见附录 A5：了解临界点密度与记录编号。

1. 选中 QC AIM CP N 打开对象属性，在 外部分析记录 中将 记录 设为 2。
2. 确认显示源编号 8，坐标约 (0.037, 0, 1.670) Å，全电子密度约为 0.02243675。
3. 在 外部结果浏览器 中设 匹配项 = 2 并点击 应用筛选。两分子间对应的键临界点被高亮突出。截图保存至 human/screenshots/P03-aim-point.png。

6. 浏览 AIM 路径记录并观察曲线

详细说明见附录 A6：了解路径编号、点数与曲线显示。

1. 选中 QC AIM bond paths 打开对象属性，在 外部结果浏览器 中确认共有 10 条拓扑路径记录。
2. 将 路径（从1开始） 切换至 2（包含 49 个采样点）。
3. 视口中观察平滑连接各原子的拓扑键径曲线。截图保存至 human/screenshots/P03-aim-paths.png。

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整体指标、表面区域与 Bader

7. 读取 ESP 整体指标和原子/片段区域

详细说明见附录 A7：ESP 全表面与区域统计。

1. 选中原始静态 P03-atoms，进入 科学结果（Scientific Results） → 导入分析（Import analysis），选择 ESP 整体表面指标（ESP whole-surface metrics）。文件选 shared/data/public/analysis-v1/esp/stdout.log，表面定义填 rho=0.001 electron/bohr^3。
2. 在 结果表（Result） 查看整体指标，逐行读取其原单位；本例整体表面积为 74.68083 angstrom^2，不能把所有列都解释为 ESP 单位。
3. 再次导入同一日志，选择 ESP 原子 / 片段区域（ESP atom / fragment regions），片段填 1,2,3，保留同一表面定义。查看 ESP atom surface regions 和 ESP fragment surface region；切回原子分区表，选择区域行并定位相应原子，勾选 来源、参数与质量（Source, parameters and quality）。截图展示原子分区而非整体指标表，保存至 human/screenshots/P03-esp-summary-regions.png。

本例采用 Voronoi-like 最近核归属，以三角形重心决定所属原子，再按声明成员聚合片段。区域百分比的分母是整个分子表面积。

原子 1–3 的片段面积为 40.36305 angstrom^2。零面积子区域的均值等缺失量保持为空并附原因，不把原生日志中的 NaN 填成 0。需要分布图时，用 ESP / ALIE 面积分布（ESP / ALIE area distribution） 导入同一日志，设置 物理量（Quantity） = ESP、数值单位（Value unit） = kcal/mol 和相同表面定义；X 选源分箱中心，Y 选面积。完整/筛选表和 SVG 沿用统一结果与 CSV/SVG。

8. 导入 Bader 盆积分并核对质量

详细说明见附录 A8：Bader 盆积分与双重收敛。

Bader/QTAIM 盆积分是在电子密度梯度划分的空间盆内积分。本功能只导入外部盆结果，不在插件中内置盆求解器。核盆、非核吸引子（NNA）、未归属或盒外网格分别保留。

1. 保持原始静态 P03-atoms 活动，在 导入分析（Import analysis） 中选择 Bader 盆积分（Bader basin integrals），输入 shared/data/public/analysis-v1/bader-005/stdout.log。
2. 在 结果表（Result） → Bader basin electron integrals 核对 Source basin 与 Source atom 两列，按 Unnormalized electron integral [electron] 排序或定位。盆编号不等于源原子编号，不能用行号替代原生核盆对应。
3. 勾选 来源、参数与质量（Source, parameters and quality），查看总电子数、闭合残差及收敛信息；单份日志可能显示未提供收敛检查，不据此否定另行保留的独立实验。同时阅读分析样例的科学解释与质量，核对本例独立收敛证据。截图保存至 human/screenshots/P03-bader-quality.png。

最终 0.05 Bohr 网格的总电子积分为 20.00003892 e，相对 20 e 的残差为 0.00003892 e。与 0.075 Bohr 对照时，最大原子电子积分变化为 0.0009539283 e，低于本例 0.002 e 门槛；粗网格仅总电子数闭合仍不足以说明原子积分收敛。本例有 6 个核盆、0 个 NNA、0 个未分配网格，不能据此删除其它输入中真实存在的 NNA 或未归属记录。

Basin box volume 是有限盒内盆体积，本例没有声称它已收敛；Volume rho>0.001 是另一种带密度阈值的体积。导入保留未归一化积分，不用日志随后给出的归一化原子电荷取代。单份导入日志不自动证明网格收敛；更换体系或网格时，另核对原始质量依据。

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附录：参数、原理与输入规范

A1. 了解 ESP 表面分析、输入文件与单位

ESP 是静电势，描述单位正试探电荷在某位置的势能。ESP 极值是在指定表面上找到的最大值和最小值；本例外部分析使用电子密度为 0.001 electron/bohr^3 的等值面。

最大值、最小值对象用于定位外部分析给出的 ESP 极值点；QC ESP area data 是面积分布的记录对象，用于查看和筛选各势值区间的面积及占比。

PDB 是保存点坐标等记录的文本格式；rho 表示电子密度。

• 极值点 PDB（Extrema PDB）：提供极值点的位置与数值，用于在表面附近定位极值。
• 面积分布文本（Area distribution text）：提供面积表，用于查看各 ESP 区间占据的表面积。
• 表面定义（Surface definition）：记录外部分析所用表面，需与本例密度表面的阈值一致。
• 极值单位（Extrema value unit） / 分布中心值单位（Distribution center unit）：分别声明极值与面积区间势值的单位。

kcal/mol 表示千卡每摩尔，本例按外部分析的约定表达 ESP 数值；angstrom^2 是平方埃，用来表达表面积。导入时声明这些单位，不改变源表中的数值。

A2. 区分源记录、匹配项与高亮标签

外部分析记录（External Analysis Records） 用于回查源数据，外部结果浏览器（External Result Browser） 用于筛选并高亮视口中的点。两个面板的编号各有用途：

• 记录（从1开始）（Record (1-based)）：当前对象源记录表中的第几行，从 1 开始。改变它只浏览记录及属性。
• 匹配项（从1开始）（Match (1-based)）：当前匹配列表中的第几个结果，从 1 开始；筛选条件改变后，匹配位置可能变化。设置后点击 应用筛选（Apply Filter），更新视口中的高亮。

高亮点默认附带源编号及数值标签（Value Labels），方便将视口位置与源记录对应。

A3. 了解面积区间、范围重叠与源百分比

面积区间（bin）按 ESP 值分组统计表面积。每个区间有中心势值，以及源表中记录的 Begin、End 边界。

面积分箱选择（Area bin selection） 决定怎样判断一个区间是否选入：

• 中心值在范围内（Center in range）：中心势值在范围内就选入完整区间，适合按源表中心值分组比较。
• 记录区间与范围重叠（Recorded interval overlaps range）：源区间的 Begin–End 与指定范围有重叠或边界接触，就选入完整区间，适合查找与某势值范围相关的源区间。仅在源表记录边界时可用，面积不会按重叠长度拆分。

范围两端的开关分别启用 从（From） 下限和 至（To） 上限；关闭一端表示该侧不限范围，边界值包含在内。

源百分比沿用原分析表；本例以原分析的总表面积为分母。筛选后只加总选中区间的面积和源百分比，便于查看它们占整个表面的比例。

比较区间重叠模式

保持上下限开关开启和范围 0–20，改为 区间与范围重叠 并应用。本例还会选入 −5–0 与 20–25 kcal/mol 两个完整分箱，面积为 22.9027 angstrom^2、源百分比约 30.6673%；面积不会按重叠长度拆分。完成后恢复 中心值在范围内，关闭两端开关并应用，回到全表。

A4. 了解 AIM 临界点与路径输入

AIM（分子中的原子）拓扑分析从电子密度中找出临界点和路径。临界点（CP）处，电子密度向各方向的空间变化率均为零，用于描述密度分布的特征；本例文件中的 C/N 是类别编码，分别表示核临界点和键临界点。

C/N 点对象用于在构型中定位临界点并查看其源属性；QC AIM bond paths 用于观察导入的路径及各路径的采样点记录。

• 临界点 PDB（CPs PDB）：提供临界点坐标，用于在构型中定位点。
• 路径 PDB（Paths PDB）：提供路径上的采样点，用于绘制曲线。
• 临界点属性文本（可选）（CP properties text (optional)）：提供按源编号与点对应的临界点属性；optional 表示可不提供属性表，本例提供它以查看电子密度。

A5. 了解临界点密度与记录编号

Density of all electrons 是该点的总电子密度；属性值来自输入分析表，本例单位为 electron/bohr^3。

这里继续使用步骤 2 的记录（Record）与匹配项（Match）：记录（Record）在 QC AIM CP N 的五条源记录中定位一行，匹配项（Match）在当前筛选结果中选取要高亮的点。源编号沿用原分析，不会随筛选重新编号。

A6. 了解路径编号、点数与曲线显示

路径（Path）选择源路径中的第几条；points 是该路径包含的采样点数，用于了解导入曲线的离散记录。

路径（从1开始）（Path (1-based)） 用于浏览各条路径的来源和点数；视口中的路径显示仍由对象的可见性和几何控件管理。

A7. ESP 全表面与区域统计

各指标有各自单位，表面积、均值、方差和原子百分比不能统一当作 ESP。最近核的类 Voronoi 分区按三角形重心归属原子，再聚合声明片段；百分比分母是整个分子表面积。零面积区域的均值等不可用量保持缺失，不用 0 替代。面积分布使用原生面积 bin，不能把顶点数当作面积。

A8. Bader 盆积分与双重收敛

先核对盆的原生角色和核盆对应，再分别检查总电子闭合误差与相邻网格每原子积分的最大变化。闭合良好不保证单原子已收敛；本例门槛为总数残差 0.001 e、最大原子变化 0.002 e，只覆盖对应体系与电子积分。核盆、NNA、未归属和逸出盒边界部分保留独立记录。有限盒盆体积和密度阈值体积是不同量，本例不声称体积已收敛。单次导入若没有网格对照，质量区会明确没有提供收敛证据。