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部分有机化合物空气/颗粒物分配系数与正辛醇/空气分配系数的预测研究

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引 言

1有机化合物的空气/颗粒物分配与正辛醇/空气分配行为研究进展

1.1空气中的有机化合物及大气颗粒物

1.1.1空气中的有机化合物及其来源

1.1.2大气颗粒物

1.2有机化合物在空气与颗粒物之间的分配

1.2.1有机化合物气相/颗粒物相分配系数及其研究进展

1.2.2有机化合物在空气和颗粒物之间分配的影响因素

1.2.3有机化合物气相/颗粒物相分配系数的理论估算方法

1.3有机化合物在空气与正辛醇之间的分配

1.3.1有机化合物正辛醇/空气分配系数

1.3.2 KOA的实验测定方法

1.3.3 KOA的理论预测方法

1.3.4 KOA在评价有机化合物在空气/环境有机相之间分配行为中的应用

1.4本研究开展的工作与意义

2有机化合物定量结构-活性关系研究

2.1有机化合物定量结构-活性关系

2.2 QSAR的发展简史与基本方法

2.2.1 QSAR的发展简史及应用情况

2.2.2 QSAR的基本原理与方法

2.2.3 QSAR模型的基本步骤

2.3 QSAR技术发展的新进展

2.3.1 QSAR模型预测的环境指标

2.3.2建立QSAR模型的数学算法

2.3.3 QSAR模型的机理解释

2.3.4 QSAR模型的域

2.3.5 QSAR模型的性能评价

3部分典型有机化合物Kp的QSAR研究

3.1目标化合物及数据来源

3.1.1单一温度下Kp的QSAR研究

3.1.2 PCDD/Fs的Kp的温度依附性研究

3.2计算方法

3.2.1计算分子结构描述符

3.2.2建立模型的统计分析方法

3.3结果与讨论

3.3.1采用PLS方法进行单一温度下Kp的QSAR研究

3.3.2采用SVM方法进行单一温度下Kp的QSAR研究

3.3.3 PCDD/Fs化合物Kp值的温度依附性研究

3.4小结

4基于Gibbs自由能对有机化合物KOA的理论预测研究

4.1有机化合物在空气和正辛醇之间分配的能量分析

4.2目标化合物及数据来源

4.3计算方法

4.4结果与讨论

4.5小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢

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摘要

有机化合物的空气/颗粒物分配系数(K<,p>)能表征有机化合物在大气中的分配和环境归趋,K<,p>的大小受到其正辛醇/空气分配系数(K<,OA>)的显著影响。K<,OA>本身也是非常重要的理化性质参数,可以评价有机化合物在空气和多种环境有机相之间的分配,是进行生态风险评价的基础数据。实验测定K<,p>和K<,OA>会消耗大量的人力物力,受到标准样品缺乏的限制并滞后于有机化合物的合成和使用,因此有必要发展这两种参数的理论预测模型。 首先以18种正构烷烃、21种多氯联苯(PCBs)、16种二嗯英(PCDD/Fs)和13种多环芳烃(PAHs)为研究对象,应用半经验分子轨道PM3算法计算了这些化合物的16种理论分子描述符,分别采用偏最小二乘法(PLS)和支持向量机(SVM)进行回归分析,建立K<,p>的定量结构-活性关系(QSAR)模型,并以PCDD/Fs为例,建立K<,p>的温度依附性模型。 所建立的模型具有较好的准确性和稳健性,误差随机分布,可用于应用域内化合物的logK<,p>值的预测。分子间色散力、电荷转移作用和分子位阻效应是影响化合物在空气相和颗粒物相间分配的主导因素,并且分子位阻对化合物在颗粒相中的分配起阻碍作用。PCDD/Fs的温度依附模型结果表明环境温度确实是影响有机化合物在两相之间分配的重要因素,温度在模型中以T<'2>的形式表现出来。 PLS和SvM两种方法的模型结果对比表明,SVM方法能够更充分地提取化合物分子结构参数与其K<,p>值之间的信息,使得模型拟合和预测效果提高,也表明影响化合物分子在空气和颗粒物两相间分配的分子结构因素与K<,p>之间可能存在某些非线性关系。 应用OMNISOL SM5.0模型计算246个有机化合物在正辛醇溶剂中的溶解自由能,并根据热力学平衡方程计算这些化合物的logK<,OA>值。 计算值与实验值之间存在较好的相关性。受到计算软件发展的限制,能量计算本身存在一定误差,影响K<,OA>的计算准确性,但是在可以接受的计算精确度的前提下这种不准确性可以通过相应的线性关系进行校正。因此可以采用该方法计算有机化合物的K<,OA>以及更多的平衡分配系数。

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