王 超,曾玉香,王炳強,孫 義,王志英

(1.天津市環(huán)境保護科學研究院，天津 300191； 2.天津渤海職業(yè)技術學院 環(huán)境工程系，天津 300402)

二噁英有強烈致癌、致畸、致突變的特性，而且極端難降解，能高度累積，造成對生態(tài)平衡和人類健康的潛在威脅[1]. 二噁英是一類鹵代含氧三環(huán)芳烴類化合物，包括多氯代二苯駢二噁英(PCDD)、多氯代二苯駢呋喃(PCDF)、多氯聯(lián)二苯(PCB)、以及溴代物和其他混合鹵代物. 多氯代二苯駢呋喃(PCDF)共有135 種異構(gòu)體. 在有關PCDF的環(huán)境監(jiān)測和痕量分析方法中，氣相色譜中的保留指數(shù)(IR)和相對保留時間(TRR)通常被用來檢測環(huán)境中是否存在PCDF并區(qū)分不同的異構(gòu)體[2-3]. 運用量子化學方法對分子進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和參數(shù)計算，建立分子結(jié)構(gòu)參數(shù)與化合物的毒性[4-5]、溶解度[6]、分配系數(shù)[7]等性質(zhì)的定量構(gòu)效關系(QSPR/QSAR)，已取得了滿意的結(jié)果. 由于物質(zhì)的結(jié)構(gòu)參數(shù)與化合物性質(zhì)不存在線性關系，運用多元線性回歸等分析方法研究性質(zhì)與結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關系存在一定的局限性. BP神經(jīng)網(wǎng)絡通過處理若干簡單非線性神經(jīng)元的復合映射，可獲得復雜的非線性處理能力，具有使非線性問題可調(diào)參數(shù)增加，擬合精度提高、結(jié)果更精確的特點，在各領域得到了廣泛的應用. 本文作者探討用量子化學密度泛函B3LYP/6-31G(d)方法計算PCDF系列化合物分子的結(jié)構(gòu)參數(shù)，運用人工神經(jīng)網(wǎng)絡建立PCDF結(jié)構(gòu)參數(shù)和色譜保留指數(shù)的定量構(gòu)效關系，建立準確的色譜保留指數(shù)預測模型.

1 計算方法

1.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)計算方法

先用Hyperchem 4.5軟件中的AM1半經(jīng)驗量子化學方法構(gòu)建并優(yōu)化各個PCDF化合物分子的初始幾何結(jié)構(gòu)，然后用Gaussian 03[8]程序在B3LYP/6-31G(d)水平上對各分子的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，得到穩(wěn)定構(gòu)象，獲得分子的量子化學參數(shù).

1.2 神經(jīng)網(wǎng)絡構(gòu)建方法

2 結(jié)果與討論

2.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)

表1 部分樣本的量子化學參數(shù)Table 1 Structure parameters of partial samples

2.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡預測結(jié)果

表2 訓練樣本色譜保留指數(shù)實驗值和預測值Table 2 Experimental and predicted chromatographic retention indexes of training samples

將剩余的25組數(shù)據(jù)作為檢驗樣本，經(jīng)歸一化后的8個參數(shù)作為輸入，用上述訓練好的神經(jīng)網(wǎng)絡模型預測PCDF的色譜保留指數(shù)，經(jīng)反歸一化處理得到檢測樣本保留指數(shù)的預測值，檢測樣本的預測值與實驗值相對誤差范圍為-1.66%～2.39%，平均相對誤差為0.31%，可見預測值與實驗值基本相同(表3).

表3 檢驗樣本色譜保留指數(shù)實驗值和預測值Table 3 Experimental and predicted chromatographic retention indexes of examining samples

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