典型有机污染物迁移转化基本物性计算

摘要

环境污染物数量巨大且种类繁多，进入环境中的污染物还可通过空气、水、土壤、沉积物以及其他环境介质进行迁移转化，部分有毒有害的环境污染物对生态环境和人体健康造成严重威胁。污染物在各种环境介质中的迁移转化受其基本物性的影响较大，比如理想气体热容，蒸汽压和蒸发焓等性质对污染物的挥发甚至远距离迁移都有重要影响;同时，这些物质还可能与大气环境中的自由基比如羟基自由基和硝基自由基等发生二次反应，其中相关反应速率常数将直接影响污染物的去除或者次生污染物的产生。 定量构效关系(QSPR)是利用有机物的分子结构作为变量，计算预测有机物生物活性或者物质性质的理论方法，该方法在药物分子设计和环境生态评价等领域已发挥重要作用。本研究利用QSPR方法对有机污染物的理想气体定压热容、蒸发焓以及污染物与NO3自由基的反应速率常数进行定量研究，课题研究结果对于污染物的迁移转化过程，环境生态评价以及有机物的安全使用都具有重要指导意义。 本研究根据有机物分子结构，提出了几个新的描述符，并利用多元线性回归的方法建立QSPR模型。为了分析模型的稳健性和预测能力，利用交叉验证、Y随机验证、外部验证、平均绝对误差和应用域等方法进行了模型验证。主要研究结果为: [1]有机污染物理想气体定压热容的计算。针对理想气体定压热容，提出了系列范数描述符，建立了QSPR模型，计算了114种有机污染物的理想气体定压热容。研究结果表明，本工作建立的模型可以有效用于理想气体定压热容的计算，模型计算值与实验值符合良好，整体模型的相关系数R2为0.997，训练集和测试集的相关系数R2分别为0.998和0.997，留一法交叉验证得到的相关系数Q2为0.997，验证结果表明模型具有较好的准确性和稳定性，并具有较宽的应用域。 [2]有机污染物蒸发焓的计算。利用上述方法对有机污染物的蒸发焓建立模型，并对471个典型环境有机污染物的蒸发焓进行计算。研究结果表明，本工作建立的模型可以有效用于有机物蒸发焓的计算，该模型整体相关系数R2为0.933，训练集和测试集相关系数R2分别为0.929和0.947，留一法交叉验证得到的相关系数Q2为0.929。 [3]有机污染物与NO3自由基的反应速率常数的计算。针对有机污染物与NO3自由基的反应速率常数建立模型，并对180个典型环境有机污染物的与NO3自由基的反应速率常数进行计算。研究结果表明，本工作建立的模型可以有效用于有机物NO3自由基的反应速率常数的计算，该模型整体回归的相关系数R2为0.839，训练集和测试集相关系数R2分别为0.844和0.779，留一法交叉验证得到的相关系数Q2为0.662（Q2大于0.5均为有效）。 本研究利用QSPR方法对有机污染物的三个物性参数进行了建模计算，研究结果表明，本工作基于分子结构构建的描述符，可能是对有机物分子结构的本质反映，据此建立的模型对有机物的宏观属性有较好的描述，因此，本方法具有广义性和通用性。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1研究背景及意义

1．2定量构效关系

1．2．1 QSAR的发展

1．2．2 QSAR模型及其描述符

1．2．3 QSAR模型验证

1．3本课题研究目的和内容

1．3．1课题研究目的

1．3．2课题研究内容

1．3．3技术路线

2理想气体热容定量构效关系研究

2．1研究进展

2．2方法

2．2．1数据集

2．2．2范数指数和模型建立

2．2．3模型验证

2．3结果与讨论

2．3．1理想气体热容预测结果

2．3．2十折法交叉验证

2．3．3外部验证

2．3．4平均绝对误差(Mean absolute error， MAE)

2．3．5应用域(Application Domain， AD)

2．3．6文献对比

2．4计算举例

2．5小-结

3蒸发焓定量构效关系研究

3．1研究进展

3．2建立QSPR模型

3．3结果与讨论

3．3．1典型有机污染物蒸发焓预测结果

3．3．2留一法交叉验证

3．3．3 Y随机验证

3．3．4外部验证

3．3．5应用域

3．4计算举例

3．5小结

4硝基自由基反应速率常数研究

4．1研究进展

4．2方法

4．2．1数据集

4．2．2模型建立

4．3结果与讨论

4．3．1硝基自由基反应速率常数预测结果

4．3．2留一法交叉验证

4．3．3 Y随机验证

4．3．4外部验证

4．4计算举例

4．5小结

5结论

5．1全文总结

5．2论文创新点

5．3论文的不足之处

6 展望

参考文献

8攻读硕士学位期间发表论文情况

致谢