基于QSAR模型预测有机污染物在XAD与空气中的分配系数

基于定量构效关系(QSAR),运用线性(逐步多元回归MLR)和非线性(支持向量机SVM)两种计算方法开发了两种可靠且高效预测聚苯乙烯二乙烯基苯树脂(XAD)和空气之间分配系数(K_XAD-A)的模型.构建模型的数据包含醇类(Alcohols),苯类(Benzenes),多氯联苯(PCBs)和多环芳香烃(PAHs)等,共计70种有机污染物.两个模型的决定系数R²_adj和外部验证系数Q²_ext均在0.930以上,同时所有物质均在定义的应用域内,结果表明两种QSAR模型有较高的拟合度、稳健性和较为优秀的预测能力,且非线性(SVM)模型比线性(MLR)模型的拟合效果更好.     

基于遗传-支持向量机和遗传-径向基神经网络的有机物正辛醇-水分配系数QSPR研究

基于遗传算法(GA)的因子筛选和支持向量机(SVM)的非线性回归,提出了1种改进的有机物定量结构-性质相关(QSPR)建模方法--遗传-支持向量机(GA-SVM),并将其用于38种食品工业常用有机物正辛醇-水分配系数(Kow)的QSPR建模.结果显示,QSPR模型选取了分子量、Hansen极性、沸点、含氧率和含氢率5种参数;模型的预测值与实测值间的误差平方和(SSE)、均方差(RMSE)和决定系数(R2)分别为0.048、0,036和0.999,表明模型具有较强的预测能力;同时,交叉验证的结果(SSE=0.295,RMSE=0.089,R2=0.995)也表明,模型具有良好的稳健性,因此,GA-SVM算法适用于对有机物正辛醇-水分配系数的QSPR建模.此外,将基于GA-SVM的QSPR模型分别与基于遗传-径向基神经网络(GA-RBFNN)和基于线性算法的模型进行了比较,结果表明,应用GA-SVM建立的QSPR模型无论从稳健性还是预测能力上都优于应用其它2种算法建立的模型,因此,GA-SVM算法比GA-RBFNN和线性算法更适合于对有机物正辛醇-水分配系数进行QSPR建模.     

羧酸及其衍生物急性毒性的QSAR研究

基于定量结构-活性相关性(QSAR)原理,研究了27种羧酸及其衍生化合物结构与其急性毒性LC50之间的内在定量关系。应用遗传算法从大量结构参数中优化筛选出与LC50最为密切相关的五个参数作为分子描述符,得出影响羧酸及其衍生物急性毒性的主要结构特征为分子的大小及其空间效应等。分别采用支持向量机(SVM)方法和多元线性回归(MLR)方法建立了相应的QSAR预测模型,并对所建模型分别进行了内部验证和外部验证。结果表明,两种模型均具有较高的稳定性、预测能力及泛化性能。其中,支持向量机模型对训练集和预测集样本的预测平均绝对误差分别为0.149和0.211,优于多元线性回归方法所得结果。     

支持向量机用于芳烃类化合物对芳烃受体亲和性QSAR研究

尝试将支持向量机(SVM)应用于3种典型芳烃类环境毒物(PCDD,PCDF和PCB)定量构效关系研究,通过对芳烃受体亲和性考察,结果发现该组样本的生物活性在一定程度上与分子电性距离矢量具有非线性联系.SVM对内部和外部样本都具良好稳定性能和预测能力:所得模型拟合、交叉检验、外部预测复相关系数及均方根误差分别为R2cum=0.922、Q2cum=0.825、Q2ext=0.834和RMSext=0.531将其与文献报道及多元线性回归、偏最小二乘、人工神经网络进行比较,结果表明对小样本、非线性问题SVM具较强拓展性及泛化能力,故在环境毒物评价和控制中具有广阔应用前景.     

鼠李糖脂对铜绿假单胞菌NY3表面特性及其烃降解效率的影响

研究了鼠李糖脂对NY3菌表面特性及其降解烃类物质的影响作用.结果表明,与未加鼠李糖脂相比,原油含量为1000 mg·L-1,鼠李糖脂100 mg·L-1时,生长24和48 h,NY3菌细胞净生长量分别提高8.60和6.68倍,且产酸明显,原油中正二十六烷至正三十三烷降解效率可提高约60%.分别以LB培养基和十六烷为唯一碳源的无机盐培养基生长的NY3菌体(OD400nm=1.68±0.08),与100 mg·L-1的鼠李糖脂作用1.5h,菌体表面疏水性分别增加32%、6%;且以LB培养基生长的NY3菌细胞,在鼠李糖脂和十六烷存在下作用90 min,菌细胞所积聚的正十六烷量比未加鼠李糖脂时增加了1.10 nmol·mg-1干菌,说明鼠李糖脂能加快疏水性有机物的传质速度.红外光谱分析结果表明,与未加鼠李糖脂相比,鼠李糖脂使菌体细胞中疏水性脂肪链的相对含量明显增加.因此,鼠李糖脂能增加菌体的表面疏水性,加快烃类的传质速率,从而促进NY3菌对烃的降解.     

氯代苯胺对斑马鱼的急性毒性的电性拓扑研究

基于拓扑理论计算了7种氯代苯胺分子的Kier和Hall的原子类型电性拓扑状态指数(E)f。通过多元线性回归和最佳变量子集回归方法建立了氯代苯胺对斑马鱼急性毒性(pLC5)0与其电性拓扑状态指数的最佳二元定量构效关系(QSAR)模型,其传统判定系数(R)2为0.978,逐一剔除法(LOO)的交互验证系数(Q)2为0.964。根据统计学观点,该模型具有良好的稳健性及预测能力,用该模型给出的估算值和实验值非常接近,优于相关文献的计算结果。从进入该QSAR模型的2个电性拓扑状态指数(E9,E2)6可见,所建的数学方程显示芳环内=C<及硝基中氮原子(=N≤)是影响其pLC50的主要结构因素。     

多环芳烃在岩溶地下河表层沉积物-水相的分配

利用实测老龙洞地下河水中和沉积物中多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)的实际浓度,获取了溶解相-沉积物中PAHs的分配系数Kp值.研究了老龙洞地下河PAHs在水相和沉积物中的质量浓度变化及其在水相和沉积物间的分配.研究结果表明水相和沉积物中PAHs质量浓度分别为81.5~8 089 ng·L-1,平均值(1 439±2 248)ng·L-1和58.2~1 051 ng·g-1,平均值(367.9±342.6)ng·g-1;PAHs组成均以2~3环为主,但沉积物中明显富集高环PAHs.沉积物-水相Kp值分布在55.74~46 067 L·kg-1范围内,随PAHs环数的增加而增大.沉积物-水相中实测的有机碳分配系数(lg Koc)大部分高于预测值上限,PAHs强烈吸附在沉积物上.lg Koc与正辛醇-水分配系数(lg Kow)呈较好的线性自由能关系(R2=0.75),但其斜率小于1,推测地下河沉积物对PAHs化合物的吸收能力较差.     

取代联苯的定量结构活性相关及联合毒性研究

测定了18种取代联苯对大型蚤(Daphnia magna)24h的单一毒性(24h-EC₅₀)及其混合物联合毒性.对单一毒性进行了定量结构活性相关(QSAR)分析,建立了辛醇-水分配系数(lgK_ow)模型,理论线性溶剂化能相关(TLSER)模型及量子化学参数模型,表明量子化学参数模型能很好地预测取代联苯的单一毒性.混合物联合毒性研究表明,取代联苯的联合毒性机制为浓度相加效应,并且根据浓度相加预测了混合物半数抑制浓度(EC_50mix),预测值与实验值非常吻合.     

基于QSAR关系预测PCBs和部分PAHs在LDPE中的扩散系数

分子扩散系数（D）是获得污染物与环境介质之间的平衡分配系数（K）的重要前提,然而通过实验测定获取污染物的扩散系数的过程过于繁琐,因此需开发一种更为简单、高效、准确的预测模型来定量预测扩散系数.为此,本文搜集了一些多环芳香烃（PAHs）和多氯联苯（PCBs）在低密度聚乙烯膜（LDPE）上扩散系数（log D）的实测值,基于定量结构-活性关系（QSAR）,利用逐步多元线性回归（MLR）构建了预测D值的模型.模型的决定系数R_adj²为0.941,交叉验证系数Q_LOO²为0.934,外部系数Q_ext²为0.895.结果表明,该QSAR模型具有良好的拟合优度、稳健性和预测能力,其可用来预测应用域内有机污染物在LDPE膜上的扩散系数.