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有机污染物生物富集因子定量结构—活性关系的研究

秦红  
【摘要】: 生物富集因子(BCF)是评价有机污染物生物累积性的重要指标,无论是确定持久性有机污染物(POPs)的清单,还是确定持久生物累积性有毒(PBT)污染物的清单,BCF都是一个不可或缺的参数。前人通过建立定量结构—活性关系(QSAR)模型来预测BCF,进行了一些有益的探索。在环境科学技术中,QSAR指关联有机污染物的分子结构与其理化性质、环境行为和毒理学参数(统称为活性)的定量预测模型。QSAR可以弥补基础数据的缺失、降低昂贵的测试费用、减少动物实验。 本研究依照经济合作与发展组织(OECD)关于QSAR模型构建和使用的导则,首先采用Abraham等人提出的线性溶解能关系(LSER)描述符采用逐步回归法建立QSAR模型,模型得到了较好的结果(经自由度校正的决定系数R~2_(adj)=0.818,标准误差SE=0.662,交叉验证Q~2_(CV)=0.797)。为了进一步提高模型的预测精度,根据LSER理论选择理论计算的分子结构描述符,采用偏最小二乘(PLS)方法建立了8类化合物对鱼类BCF的QSAR模型。模型具有良好的拟合能力(复相关系数平方R~2_Y=0.868,均方根误差RMSE=0.553),模型有较好的稳健性(交叉验证Q~2_(CUM)=0.860)和预测能力(外部可解释方差Q~2_(EXT)=0.755,RMSE=0.647)。进一步分析机理,Connolly分子表面积(CMA)、平均分子极化率(a)和分子量(MW)对BCF影响最显著,因此,分子大小是影响化合物在鱼体内生物富集的主要因素。分子体积大的化合物,克服水分子间内聚作用而形成空穴所需要的能量也越大,倾向于进入到分子内聚力较小的脂肪相中。此外,具有较大静电碱性的化合物(容易接受质子的化合物),容易存在于水相中,和水分子间形成电荷转移相互作用。最后,采用Williams图对模型应用域(AD)进行了表征。所建立的模型,可以应用于应用域内有机化合物的BCF的预测,具有潜在应用价值。


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