李萌,王振濤,趙麗娟,解靜芳

(山西大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院, 山西 太原 030006)

保留指數(shù)預(yù)測飽和脂肪酸酯類化合物活性參數(shù)

李萌,王振濤,趙麗娟,解靜芳*

(山西大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院, 山西 太原 030006)

為了研究用氣相色譜保留指數(shù)(I)估算飽和脂肪酸酯類化合物的活性參數(shù),為活性參數(shù)的煩瑣測定,尋找簡單的預(yù)測方法,對飽和脂肪酸酯類化合物的LD50、LC50與I值的相關(guān)關(guān)系進行了研究。分別建立了用I值估算飽和脂肪酸酯類化合物對大鼠LD50和蝌蚪LC50的一元線性回歸方程。大鼠LD50、蝌蚪LC50與不同極性固定相上I值的相關(guān)系數(shù)均值分別為0.914和0.990,均屬顯著相關(guān)(P<0.05),回歸標(biāo)準誤差均值分別為0.150 1和0.082 2,估算相對百分誤差分別為7.68%和9.00%,且估算方程的相關(guān)性基本不受受試物種和固定相極性影響。

飽和脂肪酸酯類化合物;半數(shù)致死劑量;半數(shù)致死濃度;色譜保留指數(shù)

酯是羧酸的一類衍生物,由羧酸與醇反應(yīng)失水而生成的化合物。酯的沸點比相應(yīng)的酸和醇都低,而與含同數(shù)碳原子的醛和酮差不多[1]。飽和脂肪酸酯類化合物用途非常廣泛,如甲酸乙酯主要用于檸檬水、朗姆酒(甘蔗汁蒸餾的酒)、燒酒的調(diào)味劑,工業(yè)上用于有機合成,如制備維生素B的中間產(chǎn)品等[2]。乙酸酯類用于人造革、膠片、制藥和燃料香料以及生物柴油等[3-5]。揮發(fā)性酯具有芬芳的氣息,許多花果香氣即由酯類所產(chǎn)生,有些酯類還可作為香料[6]。如乙酸異戊酯、戊酸異戊酯和丁酸丁酯分別具有與香蕉、蘋果和菠蘿相似的香氣,草莓中重要的特征香氣化合物是2-二甲基丁酸乙酯[7-8]。飽和脂肪酸酯類化合物普遍存在于土壤、水體、生物及空氣等環(huán)境樣品中[9-11],可通過進食、飲水、皮膚接觸和呼吸等途徑進入動物及人體[12-13],使動物和人體神經(jīng)衰弱、神經(jīng)功能失調(diào)、慢性支氣管炎、視神經(jīng)萎縮、皮膚脫落皸裂以及中毒等[2]。

飽和脂肪酸酯類化合物種類較多,通過實驗測定每一種物質(zhì)的活性參數(shù)相當(dāng)繁瑣,因此通過定量結(jié)構(gòu)-活性相關(guān)(quantitative structure activity relationships, QSAR)研究[14-16],以估算其毒性與環(huán)境行為有關(guān)的活性參數(shù)具有一定的實際意義和應(yīng)用價值,此法被越來越多地用于有機化學(xué)品的評價,為有機物的危險評價提供了一種簡便、快捷、實用的方法。通過建立模型研究化合物的各種參數(shù),已成為化學(xué)品危險性預(yù)測的一種趨勢[17-18]。若通過實驗測定化合物的生物半致死劑量(median lethal dose, LD50)和半致死濃度(median lethal concentration, LC50),其測定結(jié)果會受到諸多因素影響,操作條件要求很嚴苛,結(jié)果重現(xiàn)性很差,且費時費力,因此目前普遍采用先建立預(yù)測模型再進行估算的方法[19-20]。而色譜保留指數(shù)(retention index,I)的測定,相對來說比較簡單、方便,具有一定的可操作性。色譜法具有對混合物質(zhì)分離效果好、分析效率高[21-22]、分析速度快、選擇性好、樣品用量少、檢測靈敏度高、操作簡單、費用低以及應(yīng)用廣泛等優(yōu)點[23]。同時,化合物色譜保留指數(shù)易于測定(有些也可以通過文獻查出)。因此,本文用反映化合物本身與色譜固定相相互作用的綜合熱力學(xué)參數(shù)-色譜保留指數(shù),與其生物活性參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系進行了研究,免除了原本復(fù)雜的實驗測試步驟,對化合物生物活性參數(shù)預(yù)測有重要意義。

1 材料與方法

1.1 主要儀器設(shè)備

GC-2010氣相色譜儀(日本島津公司)。

1.2 試劑

甲酸乙酯、甲酸丙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯、乙酸異丙酯、乙酸異丁酯、丙酸乙酯和丁酸乙酯(分析純,上?；瘜W(xué)試劑采購供應(yīng)五聯(lián)化工廠等)。

1.3 實驗方法

1.3.1I值的測定實驗條件

載氣(N2)流速13.5 mL/min,燃氣(H2)流速35 mL/min,空氣流速400 mL/min,分流比20∶1。檢測器為FID檢測器,進樣口溫度200℃,柱溫150℃,檢測器溫度230℃。色譜柱采用SE-30彈性石英毛細管色譜柱。實驗時,先分別測每一種化合物的色譜保留時間及相應(yīng)正構(gòu)烷烴的保留時間，再在相同實驗條件下,用甲烷測定死時間。然后在相同的色譜條件下,取一定體積的飽和脂肪酸酯類和正構(gòu)烷烴的混合物進樣,分析各自保留時間,扣除死時間后得調(diào)整保留值,根據(jù)下式求I值:

I=100[Z+(logXi-logXZ)/(logXZ+1-logXZ)]

X為調(diào)整保留值,Z與Z+1分別表示正構(gòu)烷烴所含碳原子數(shù)目,XZ

1.3.2 lgLD50, lg(LC50)-1,1Xv值的獲得

lgLD50引自參考文獻[24], lg(LC50)-1和1Xv引自參考文獻[25]。

2 實驗結(jié)果與數(shù)據(jù)

11種飽和脂肪酸酯類化合物,在7種不同極性色譜固定相(150℃)上的色譜保留指數(shù)測定結(jié)果見表1。

不同酯類化合物的大鼠半數(shù)致死劑量的對數(shù)(lgLD50)、蝌蚪半數(shù)致死濃度倒數(shù)的對數(shù)(lg(LC50)-1)、一階分子連接性指數(shù)(1Xv)測定和計算結(jié)果見表2。

3 結(jié)果與討論

用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件,對數(shù)據(jù)進行一元回歸統(tǒng)計分析及估算誤差分析。

3.1I值與大鼠lgLD50的相關(guān)性分析

11種飽和脂肪酸酯類化合物在不同極性色譜固定相上的色譜保留指數(shù)I值與大鼠lgLD50所建立的一元線性回歸方程及其相關(guān)系數(shù)、回歸標(biāo)準誤差SE等的分析結(jié)果見表3。

表1 化合物在七種不同極性固定相上的I值(柱溫:150℃)

表2 化合物的lgLD50,lg(LC50)-1, 1Xv值

表3 I值與大鼠lgLD50的一元線性回歸方程

回歸標(biāo)準誤差SE是反映實際值與估算值之間的離差平方和,其值越小,回歸方程精度越高,上述回歸方程SE均小于0.18,均值為0.15。對回歸系數(shù)進行t檢驗結(jié)果表明,在顯著性水平P=0.05,自由度df=7時,查t值表得t0.025,7=2.37,表中各方程的t值均大于臨界值,回歸系數(shù)有顯著意義。相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計檢驗結(jié)果表明,上述回歸方程均屬高度顯著相關(guān)。所以11種飽和脂肪酸酯類化合物在大鼠體內(nèi)的lgLD50與其150℃下7種不同極性固定相上的I值具有良好的線性相關(guān)關(guān)系,相關(guān)性基本不受固定相極性大小的影響。對于固定相極性而言,CP值越大,固定液極性越強。為了更好地分析用上述回歸方程對待測飽和脂肪酸酯類化合物進行估算的誤差大小,對11種飽和脂肪酸酯類化合物在7種不同極性色譜固定相上估算誤差進行了分析,分析結(jié)果見表4。

表4 用I值預(yù)測lgLD50的誤差分析

由表4可見,不同極性固定相上平均相對誤差最大為9.97%,最小為3.31%,總均值為7.68%,說明估算精度較高,且估算精度不受固定相極性大小的影響。因此用所建立的一元回歸方程,可以很好地估算飽和脂肪酸酯類化合物對大鼠的LD50值。

3.2I值與蝌蚪lg(LC50)-1的相關(guān)性分析

11種飽和脂肪酸酯類化合物在不同極性色譜固定相上的色譜保留指數(shù)I值與蝌蚪lg(LC50)-1所建立的一元線性回歸方程及其相關(guān)系數(shù)、回歸標(biāo)準誤差SE等的分析結(jié)果見表5。

表5 I值與蝌蚪lg(LC50)-1一元線性回歸方程

與表3所建立的大鼠lgLD50回歸方程相比,對蝌蚪lg(LC50)-1所建立的一元線性回歸方程相關(guān)系數(shù)R均較高,SE值較小,表明與蝌蚪lg(LC50)-1所建立的一元線性回歸方程估算模型非常穩(wěn)健,估算精度較高。回歸系數(shù)t檢驗所計算的t值也遠遠高于臨界值,說明回歸系數(shù)有高度顯著意義。為了更好地分析用回歸方程對待測飽和脂肪酸酯類化合物進行估算的誤差大小,同樣對11種飽和脂肪酸酯類化合物在7種不同極性色譜固定相上估算誤差進行了分析,分析結(jié)果詳見表6。

表6 用I值預(yù)測lg(LC50)-1的誤差分析

由表6可知,11種化合物在7種不同極性固定相上所建立的回歸方程,估算相對百分誤差范圍為1.84%～18.30%,除OV-25和XE-60兩種固定相上的相對百分誤差較大外,其余均小于10%,均值為9.00%,同樣完全可以滿足估算誤差精度的要求。

綜上所述,在I值分別與大鼠lgLD50和蝌蚪lg(LC50)-1的相關(guān)性分析中,強極性固定相XF-1150的回歸方程相關(guān)系數(shù)分別為0.885和0.978,均不如弱極性和中強極性固定相的相關(guān)系數(shù)高,且t值較低,標(biāo)準回歸誤差SE較高,這表明對強極性固定相而言,用I值估算大鼠lgLD50和蝌蚪lg(LC50)-1的估算方程相關(guān)性較差。盡管如此,相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計檢驗結(jié)果表明,估算方程仍屬高度顯著相關(guān),說明方程的相關(guān)性基本不受受試物種和固定相極性的影響。因此可以方便地利用I值分別和lgLD50、lg(LC50)-1建立的一元線性回歸方程,來估算飽和脂肪酸酯類化合物的LD50和LC50值。

3.3I、1Xv值與三種參數(shù)的二元回歸分析

為了研究一階分子連接性指數(shù)(1Xv)與I值是否會獨立影響活性參數(shù),在一元回歸的基礎(chǔ)上引入1Xv進行了二元回歸分析,在對回歸系數(shù)進行t檢驗時,發(fā)現(xiàn)在P=0.05時,回歸系數(shù)t值小于臨界值,說明二元變量1Xv與I非獨立變量,二者會相互影響,因此,所建立的二元估算方程沒有意義。

4 結(jié)論

(1)飽和脂肪酸酯類化合物在大鼠體內(nèi)LD50和蝌蚪體內(nèi)LC50與柱溫150℃下7種不同極性固定相上的I值分別建立的一元回歸方程總體顯著相關(guān),相關(guān)系數(shù)均值分別為0.914和0.990,且方程的相關(guān)性基本不受受試物種和固定相極性的影響。

(2)估算LD50(大鼠)和LC50(蝌蚪)回歸方程的SE均值分別為0.150 1和0.082 2,估算相對百分誤差分別為7.68%和9.00%,回歸方程估算精度較高,因此完全可以通過測定I值建立的一元回歸方程,方便快速地估算飽和脂肪酸酯類化合物的LD50和LC50值。

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Activity Parameters of Saturated Fatty Acid Esters Using Chromatography

LI Meng,WANG Zhentao,ZHAO Lijuan,XIE Jingfang*

(SchoolofEnvironmentandResource,ShanxiUniversity,Taiyuan030006,China)

For using the gas chromatogram reservation index (I) to estimate the activity parameters of saturated fatty acid esters, for the active parameters of determination, looking for simple forecasting method, this paper studies on the relationship between theIvalues and the LD50, LC50of saturated fatty acid ester compounds. Establishing the linear regression equations to estimate LD50of the big rat and LC50of the tadpole of saturated fatty acids esters with theIvalues. The average correlation coefficients for LD50of the big rat, LC50of the tadpole and theIvalues on the different polarity stationary phases were 0.914 and 0.990, respectively, which were significantly correlated (P<0.05).The average regression standard errors were 0.150 1 and 0.082 2, respectively.The estimated relative percentage errors were 7.68% and 9.00%, respectively. And the correlation of estimate equation is largely unaffected by the species and the polarity of stationary phases.

saturated fatty acid esters;median lethal dose (LD50);median lethal concentration (LC50); retention index (I)

10.13451/j.cnki.shanxi.univ(nat.sci.).2017.01.019

2016-09-07；

2016-09-29

國家自然科學(xué)基金(30740037);國家公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201103024);山西省研究生優(yōu)秀創(chuàng)新項目(011452901009)

李萌(1992-),女,黑龍江伊春人,碩士研究生,研究方向為環(huán)境毒理學(xué)與化學(xué)。E-mail:85380631@qq.com

*通信作者：解靜芳(XIE Jingfang),E-mail:xiejf@sxu.edu.cn

O623

A

0253-2395(2017)01-0149-06