[发明专利]采用定量结构活性关系模型预测有机胺促进硫酸成核潜力的方法

说明书

本发明提供采用定量结构活性关系模型预测有机胺促进硫酸成核潜力的方法，包括以下步骤：基于有机胺分子结构，采用有机胺分子描述符气相碱性GB，平均第一电离势Mi，径向分布函数RDF040e表征有机胺‑硫酸1:1团簇稳定性，构建预测有机胺促进硫酸成核潜力的模型。所构建的模型经内部验证和外部验证方法证实其具有良好的拟合优度、稳健性及预测能力，并参照OECD导则给出模型的应用域。本发明建立的模型具有预测准确、高效便捷、节约实验测试及理论计算的资源投入等优点，能够有效预测有机胺促进硫酸成核潜力。为大气新粒子形成机制的研究指明有利的方向并提供基础数据，对大气环境质量预测及治理具有重大意义。

技术领域

本发明属于大气颗粒物来源及成因分析技术领域，涉及采用定量结构活性关系模型(QSAR)预测有机胺促进硫酸成核潜力的方法。

背景技术

大气颗粒物能够影响空气质量、全球气候及人体健康。气态前体物经气-粒转变(即新粒子形成)过程产生的二次颗粒物贡献颗粒物总数一半以上，是大气颗粒物的主要来源。成核(即气态前体物通过分子间相互作用形成初始团簇的过程)作为新粒子形成的初始阶段，对颗粒物后续的增长至关重要。近年来研究表明，硫酸驱动的新粒子形成对大气颗粒物形成至关重要。硫酸主要来源于化石燃料燃烧产生的二氧化硫氧化以及生物过程、农业畜牧业排放的含硫有机物的氧化。有机胺作为大气中一类重要的有机碱，可以通过与硫酸发生酸碱反应形成稳定团簇来促进硫酸成核。其来源十分广泛,可分为天然源和人为源。天然源包括海洋生物活动，植被释放，生物质燃烧，地质活动等自然过程；人为源包括畜牧业，化石燃料燃烧，堆肥作业，烹饪，农药的使用等人为活动。目前，外场观测在颗粒物中已检测到有机胺的存在，表明有机胺可能参与大气成核过程及贡献后续临界核的增长。虽然有机胺在大气中的浓度远低于氨气，但是由于其碱性较强，可以显著的提高硫酸成核效率。因此，亟需进一步明确细化不同种类有机胺参与硫酸驱动新粒子形成过程的机制和动力学。

大气中共检测到195种有机胺，种类繁多，结构复杂，不同结构和不同碱性的有机胺对硫酸成核的促进潜力尚不清楚。利用传统的实验及理论计算研究方法逐一去评估其新粒子形成潜力，耗时费力且经济成本高。因此，为了全面理解大气颗粒物的形成机制，发展一种简单高效(高通量、低成本)的模拟预测技术至关重要。

发明内容

本发明提供一种采用定量结构活性关系模型预测有机胺促进硫酸成核潜力的方法，该方法可以根据有机胺分子特征预测其与硫酸形成1:1团簇的自由能，进而可以评估有机胺促进硫酸成核潜力，为大气新粒子形成机制的研究指明有利的方向并提供基础数据。

具体来说，定量结构-活性关系(QSAR)是一种描述分子结构和分子的理化性质之间关系的线性回归模型，具有预测准确、高效便捷、节约成本等优势。已知，有机胺与硫酸形成1:1团簇是新粒子形成和增长的关键步骤。团簇形成自由能ΔG代表团簇稳定性，可以表征有机胺促进硫酸成核能力。基于定量结构-活性关系(QSAR)的计算模拟技术，建立有机胺与硫酸1:1团簇的形成自由能ΔG与各有机胺分子特征参数的线性回归模型，可有效预测有机胺促进硫酸成核潜力。

本发明技术方案如下：

采用定量结构活性关系模型预测有机胺促进硫酸成核潜力的方法，包括如下步骤：

(1)首先，查阅文献，从大量文献中，搜集到目前大气中存在的195种有机胺，根据有机胺的种类及结构特点选取其中的56种有机胺用于本研究，同时搜集有机胺的气相碱性GB；采用ωB97X-D/6-31++G(d,p)方法，利用量子化学计算软件优化有机胺分子结构；并采用多步采样法确定有机胺与硫酸1:1团簇的最稳定构型，计算有机胺与硫酸1:1团簇最稳定构型的形成自由能ΔG；

(2)根据有机胺优化后的全局最小值构型，得到10个量子化学描述符，并利用Dragon 6.0.0软件计算得到2600余种有机胺的Dragon描述符；