[发明专利]一种有机化合物分子结构参数化表征方法

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种有机化合物分子结构参数化表征方法，属于挥发性有机污染物QSRR(定量结构-色谱保留关系)研究方法技术领域。

背景技术

挥发性有机污染物沸点低、种类繁多，是水体中常见和重要的污染物。大多数挥发性有机物在大气中具有反应活性，是光化学烟雾的反应物，见论文：大气挥发性有机物的日变化特征及在臭氧生成中的作用-以广州夏季为例[J].环境科学学报，2009，29(1)：54-62。大气中挥发性有机污染物危害动植物生长、威胁人类健康，进入水体后造成饮用水污染。对饮用水中有机污染物的种类和性质进行研究具有重要意义。见论文：水中57中VOCs的快速GCMS分析[J].净水技术，2016，35(s1)：83-88，112，采用气相色谱-质谱联用技术分析了饮用水中的挥发性有机污染物，最后在饮用水中鉴定出50多种有机化合物。有机化合物QSRR研究对于预测化合物色谱保留时间、解释保留机理、辅助鉴定化合物等具有重要意义，在有机化合物QSRR/QSAR(定量结构-性质/活性关系)研究中，首先需要将分子结构进行参数化表达，然后选用合适的方法构建结构与性质之间的关系模型，研究者们在这方面做过许多工作，但是目前还没有非常有效简便的方法出现。

发明内容

因此，针对现有技术的上述不足，本发明目的是选用部分饮用水中挥发性有机化合物为研究样本，以化合物非氢原子及非氢原子之间的关系构建新的结 构描述符，对化合物结构进行参数化表达，采用逐步回归(SMR)与偏最小二乘回归(PLS)相结合的方法构建化合物结构与气相色谱保留时间(t_R)之间的关系模型，用于预测挥发性有机污染物的色谱保留时间(t_R)、辅助鉴定挥发性有机污染物。

本发明的方法包括以下步骤：

步骤一选取样本

选取56个饮用水中挥发性化合物为研究样本，化合物气相色谱保留时间以t_R表示；

步骤二化合物分子结构表征

将样本中与1、2、3、4个其它非氢原子直接相连的非氢原子分别规定为第一、二、三、四类非氢原子，然后按公式一将非氢原子进行参数化染色，

式中，i为非氢原子在分子中的编码，n_i为非氢原子i的主量子数，x_i为电负性，x_C为碳原子的电负性，m_i为最外层电子数，h_i为与其直接连接的氢原子数，

对于不同类型非氢原子自身对化合物性质的影响，按公式二进行分类累加，

式中，k表示非氢原子i的原子类型，Z_i按公式一计算，根据非氢原子的分类，对于一个有机化合物分子中最多含有4类非氢原子，因此最终可得到4个非氢原子自身对化合物性质贡献项，用x₁、x₂、x₃和x₄表示，

对于非氢原子之间的关系对分子性质的影响，采用Gaussian形距离关系函数即公式三计算，

Z_i、Z_j按公式一计算；d_ij是非氢原子i、j之间的相对距离，即键长之和与碳碳单键键长的比值，如果i、j之间有多条路径，则以最短的为准，n和l 为原子所属类型，α取0.5，化合物分子中4类非氢原子可以组合出以下10种关系项：m₁₁、m₁₂、…、m₄₄，简写为x₅、x₆、…、x₁₄，这样最多将有14个变量。

步骤三变量筛选及建模

将步骤二所获得的变量，首先采用逐步回归依据变量显著性对变量进行筛选，然后以筛选出的变量组合为因变量X，以化合物气相色谱保留时间(t_R)为因变量Y，运用偏最小二乘回归(PLS)建立模型。