（应用化学专业论文）部分有机污染物的定量结构色谱保留关系研究.pdf

桂林工学院硕士学位论文 摘要 有机化合物的定量结构一性质( q s p r ) 研究是指通过研究化合物的分子结构与其性质之 间的定量关系。从而达到对其理化性质的预测。定量结构一保留相关性( q s r r ) 研究可确定 溶质的色谱性质，已成为色谱科学的一个新的研究分支领域。 在有机污染物的结构一性质关系研究中，量子化学计算是获得分子结构参数的重要途 径。本研究采用高精度的密度泛函理论方法( d f t ) ，在6 - 3 1 g * 水平上分别计算了取代苯酚、 多氯代二苯并噻吩( p o l y c h l o r i n a t e dd i b c n z o t h i o p h e n c s ，p c d t s ) 、脂肪醇和卤代苯四个系列的 化合物，得到它们的结构参数和热力学参数。利用g q s a r f 2 0 软件和s p s s l 2 0 统计软件， 将计算得到的结构参数和热力学参数作为描述符，采用多元逐步回归法建立了化合物的色 谱保留指数( 肋与分子结构之问的相关方程，得到的四个系列化合物的最佳预测模型的相关 方程、相关系数俾2 ) 和均方根误差( 砌如下： 取代苯酚：r = 2 6 3 9 4 + 7 6 a 一4 4 4 7 9 q i - i + r 2 = o 9 8 8 5 ，r m s e e = 1 0 ： p c d t s ：r = 1 8 4 1 7 + 0 4 8 酽r 2 = o 9 9 6 1 ，r m s e e = 1 8 1 ： 脂肪醇： r = 6 5 4 0 5 + 3 2 2 矿+ 2 2 0 6 6 7 q + + 3 6 2 5 8 6 e l u m o r 2 = o 9 9 0 6 ，r m s e e = 1 3 1 1 ： 卤代苯：r = 1 7 3 6 5 + 2 0 ，3 4kr 2 = o 9 2 3 0 ，r m s e e = 5 0 。 此外，将p c d t s 中的氯原予相互位置关系参数( n p c s ) 作为描述符，采用多元逐步回归 法建立了p c d t s 的色谱保留指数( 鲫与n v c s 之间的相关方程： r = 6 2 1 + 1 2 9 3 1 f 虮+ 1 4 1 6 n 2 c s ) + 1 3 6 6 n 3 a ) + 1 2 6 0 n 4 ( 6 ) ，r = 0 9 9 6 2 ，r m s e e = 1 7 9 对于褥到的模型，采用变异膨胀因子( v i f ) 检验模型中的变量之间是否存在共线性，再 采用部分样本法和交叉验证留一法( l 0 0 ) 对所建立的q s r r 模型的预测性进行检验。 本研究结果表明：以结构参数和热力学参数一起作为描述符时，会有部分热力学参数 代替结构参数进入预测方程，相应地提高模型的预测能力；对于p c d t s ，将氯原子相互位 置关系作为描述符得到的模型，方法简单，相关性好；本研究得到的模型的相关系数明显 高于文献报道的用定位基指数( o r i e n t a t i n gg r o u pi n d e x ) 及连接性指数( c o n n e c t i v i t yi n d e x ) 、拓 扑指数( t o p o l o g i c a li n d e x ) 等方法的计算结果。 本研究中还将脂肪醇和卤代苯的色谱保留值用于相应化合物其它性质的研究，结果表 明这两类化合物的色谱保留值与其它性质存在较好的相关性。 总之，本研究的q s r r 研究是建立在高精度的量子化学参数基础上，依托于一定的理 论模型，因此具有比较强的理论性和实用性，其研究结果对于q s r r 方法学的研究，对于 有机污染物的色谱保留机理的探讨都具有非常重要的意义。 关键词：有机污染物；色谱保留指数( 肋；定量结构保留相关( q s r r ) , 理论线性溶剂化方 程；密度泛函理论方法；多元逐步回归；量子化学参数；氯原子相互位置关系参数( n p c s ) i 桂林工学院硕士学位论文 a b s t r a c t q u a n t i t a t i v es t r u c t u r e - p r o p e r t yr e l a t i o n s h i p ( q s p r 、f o ro r g a n i cc o m p o u n d s a i m sa t i n v e s t i g a t i o no ft h ei n t e r c o r r e l a t i o nb e t w e e nt h e i rm o l e c u l a rs t r u c t u r e sa n dp h y s i o c h e m i c a l p r o p e r t i e s ，s oa st og e tac o m p r e h e n s i v ek n o w l e d g ea b o u tt h e i rp r o p e r t i e s o nt h eo t h e rh a n d ， q u a n t i t a t i v es t r u c t u r e r e t e n t i o nr e l a t i o n s h i p ( q s r r ) h a sb e e nah o ts p o ti nt h es c i e n c eo f c h r o m a t o g r a p h y , b yw h i c hs o m ev a l u a b l es t r u c t u r a lp a r a m e t e r sf o rs o l u t i o n sc a l lb ed e t e r m i n e d t oi n t e r p r e tp a r t i t i o n i n gm e c h a n i s mo f c h r o m a t o g r a p h y u s u a l l yq u a n t u mc h e m i c a lc a l c u l a t i o ni s a ni m p o r t a n tw a yt o g e ts t r u c t u r a lp a r a m e t e r so f s p e c i f i cm o l e c u l e si ns t u d yo ft h es t r u c t u r e - p r o p e r t yr e l a t i o n s h i po fo r g a n i cp o l l u t a n t s i nt h e p r e s e n tp a p e r , t h ed e n s i t yf u n c t i o n a lt h e o r y ( d f t ) m e t h o dw a su s e df o ro p t i m i z e dc a l c u l a t i o no f s u b s t i t u t e d p h e n o l s ，p o l y c h l o r i n a t e dd i b e n z o t h i o p h e n e s ( p c d t s ) ，a l i f l h a t i c a l c o h o l sa n d h a l o g e n a t e db e n z e n e s ，i nw h i c ht h eb a s es e to f6 3 1 g 。w a sc h o s e na n dr e s u l ti n as e r i e so f s t r u c t u r a lp a r a m e t e r sa n dt h e r m o d y n a m i cp a r a m e t e r s w i t ht h es t a t i s t i cs o f t w a r es p s s l 2 0a n d g q s a r f 2 0 ，t h eq s r rm o d e l sr e l a t i n gg a sc h r o m a t o g r a p h i cr e t e n t i o np r o p e r t i e so ft h e s e c o m p o u n d st ot h e i rs t r u c t u r a lp a r a m e t e r sa n dt h e r m o d y n a m i cp a r a m e t e r sw e r es u c c e s s f u l l y o b t a i n e d ，u s i n gm u l t i p l es t e p w i s er e g r e s s i o nm e t h o d t h ep r e d i c t i n gm o d e l s ，t h es q u a r e d c o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n t 僻2 ) r o o t m e a n - s q u a r ee r r o r ( r m s e e ) a r ea sf o l l o w s ： s u b s t i t u t e d p h e n o l s ：彤= - 1 8 4 1 7 + 0 4 8 妒r 2 = 0 9 8 8 5 r m s e e = 1 0 ； p c d t s ：r = 1 8 4 1 7 + 0 4 8 矿 r 2 二o 9 9 6 1 r m s e e = 1 8 1 ； a l i p h a t i ca l c o h o l s ：r = 6 5 4 0 5 + 3 2 2 r + 2 2 0 6 6 7 q + 3 6 2 5 8 6 e l u m o 震2 = o 。9 9 0 6 ，r m s e e = 1 3 。l l ； h a l o g e n a t e db e n z e n e s ：彤= 一1 7 3 6 5 + 2 0 3 4mr 。= 0 9 2 3 0 。r 肋跚= 5 0 h i a d d i t i o n ，u s i n gm u l t i p l es t e p w i s er e g r e s s i o nm e t h o d ，t h eq s r rm o d e lr e l a t i n gg a s c h r o m a t o g r a p h i cr e t e n t i o np r o p e r t i e s o fp c d t st o p o s i t i o no fc ls u b s t i t u t i o n ( n p c s ) w a s o b t a i n e d ： r = 6 2 1 + 1 2 9 3 两( 9 + 1 4 1 6 n 2 ( s ) + 1 3 6 6 n 3 ( 7 ) + 1 2 6 0 n 4 ( 6 ) ，= 0 9 9 6 2 ，盈五爱6 j g = 1 7 9 t ov e r i f yt h er e l i a b i l i t yo ft h ep r e s e n tq s r r m o d e l s ，c o l l i n e a r i t yo ft h ev a r i a b l e si nt h em o d e l s w a se x a m i n e du s i n gv a r i a n c ei n f l a t i o nf a c t o r s ( v i f ) f i r s t ，a n dt h e n p a r t i a le x a m p l e - b a s e d a p p r o a c ha n dl e a v e o n e o u t ( l 0 0 ) c r o s sv a l i d a t i o nm e t h o dw e r eu s e df o rp r e d i c t e dc h e c k o u to f t h e s em o d e l s 1 i 桂林工学院硕士学位论文 t h ec o n c l u s i o na sf o l l o w i n gc a nb eo b t a i n e df r o mt h em o d e l si nt h ep r e s e n ts t u d y ：i fs o m e t h e r m o d y n m n i cp a r a m e t e r se n t e rt h ec o r r e l a t i o ne q u a t i o n s ，t h es q u a r eo fc o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n t w o u l db ei n c r e a s e d ；a sf o rp c d t s ，p o s i t i o no fc 1s u b s t i t u t i o n ( n e c s ) w a st a k e na st h e o r e t i c a l d e s c r i p t o r st oe s t a b l i s ht h eq s r rm o d e l ，o fw h i c ht h em e t h o di ss i m p l ea n dt h er e l e v a n c ei s g o o d a l lt h ec o r r e l a t i o nm o d e l sa c h i e v e di nt h ep r e s e n ts t u d ya l ea d v a n t a g e o u st ot h o s eb y o r i e n t a t i n gg r o u pi n d e xa n dc o n n e c t i v i t yi n d e x ，t o p o l o g i c a li n d e xa n ds oo n i nt h ep r e s e n ts t u d y ，t h ec o r r e l a t i o n sb e t w e e nr o fa l i p h a t i ca l c o h o l sa n dh a l o g e n a t e d b e n z e n e sa n do t h e rp r o p e r t i e sw e r ed i s c u s s e d ，w h i c hi n d i c a t er o f t w os e r i e so f c o m p o u n d sw e l l r e l a t e sw i t ho t h e rp r o p e r t i e s g e n e r a l l y , a l lt h er e s e a r c hw o r ki n v o l v e di nt h i st h e s i sw e r ep e r f o r m e do nt h eb a s i so ft h e a p p l i c a t i o no fs o m et h e o r e t i c a l l yd e r i v e dq s r rm o d e la n dt h ea p p l i c a t i o no fq u a n t u mc h e m i c a l d e r i v e dp a r a m e t e r s ，t h u st h eq s r r sa c h i e v e da r eb o t ht h e o r e t i c a l l yr e a s o n a b l ea n dp r a c t i c a l a l l t h e s ea c h i e v e m e n t sw i l lb eu s e f u lt ot h er e s e a r c ho fq s r rm e t h o d ，t o0 1 1 1 e x p l o r i n ga n d u n d e r s t a n d i n gt h em e c h a n i s mo f t h er e t e n t i o no f o r g a n i cp o l l u t a n t s k e yw o r d s ：o r g a n i cc o n t a m i n a t i o n ；g a sc h r o m a t o g r a p h i cr e t e n t i o ni n d i c e s q u a n t i t a t i v e s t r u c t u r e - r e t e n t i o n r e l a t i o n s h i p ( q s r r ) ；t h e o r e t i c a ll i n e a r s o l v a t i o ne n c r g yr e l a t i o n s h i p ( t l s e r ) ；d e n s i t yf u n c t i o n a lt h e o r y ( d f t ) ；m u l t i p l es t e p w i s er e g r e s s i o n ；q u a n t u mc h e m i c a l p a r a m e t e r ；p o s i t i o no f c ls u b s t i t u t i o n ( n p c s ) 1 1 1 桂林工学院硕士学位论文 研究生学位论文独创性声明和版权使用授权说明 独创性声明 本人声明：所呈交的论文是我个人在王遵尧教授指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得桂林工学院或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。对论文的完成提供过帮助的有关人员已在论文中作了明确的说明并致以了谢意。 学位论文作者( 签字) ：血仁立乙耻 签字日期： 年丘耻 一： 版权使用授权说明 本人完全了解桂林工学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：按照学校要求 提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目 录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以 赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。( 保密论文在解密后遵守此规定) 学位论文作者( 签字) ： 指导教师签字： 桂林工学院硕士学位论文 第l 章绪论 分子是构成物质的基础单位，物质内部分子结构及分子间的组合方式等结构信息决定 了化合物的性质，因此可以通过研究化合物的分子结构与其性质、活性之间的定量关系而 达到对其理化性质和生物活性的掌握，建立起结构一性质活性之间的关系纽带，从而对已进 入环境的污染物及尚未投入使用的新化合物的环境过程机制和行为规律进行预测、评价和 筛选。有机化合物的定量结构活性性质( q u a n t i t a t i v es 仇l c n l r e a c t i v i t y r e l a t i o n s h i p q u a n t i t a t i v es m l c t u r e p r o p e r t yr e l a t i o n s h i p ，简称为q s a r q s p r ) 是把化合物的性 质通过数学和计算机计算来取代原有的化学直觉和经验。q s a r q s p r 将现代合成化学、药 物化学、环境化学、计算机化学及农药学等推进到一个新的领域。 近年来，随着计算机硬件和有效算法的发展，分子量子化学计算得到了明显的发展。 新的半经验方法能够在相当短的时间内计算出量子化学参数，而且量子化学方法比经验方 法能够提供更多、更准确的电子作用描述符【i 羽，它在理论上可以表述分子及其相互作用的 所有电子和立体性质。因而量子化学计算成为新的分子描述符的最有吸引力的来源。在许 多场合，量子化学方法的误差主要来自于量子化学方法本身的近似性和往往被忽略的溶剂 化效应。虽然溶剂化效应能较大的影响相关物质的结构，但是，相关的计算值即使不能直 接应用，它们也有一定的意义 2 1 。而且，从分子波函数得到的电子描述符能以原子或基团 为基础进行分割，从而单独地描述各自的分子区域。所以，许多q s a r q s p r 研究都单独 用量子化学描述符或其它传统描述符相结合。 1 1 色谱保留简介 6 1 1 1 1 色谱保留值 色谱分离过程必须有足够的保留，混合物在色谱柱中分离成单一组分，依次从色谱柱 中流出并取得要求的分离度才能进行定性定量。色谱分离过程中组分的保留与色谱流动相 和固定相的两相分子间相互作用力大小有关，即与分配系数成比例关系。在特定的温度和 柱子上，组分流出体积是固定不变的；在流动相的流速一定时，组分流出时间一定。因此， 色谱的保留值是色谱定性最重要的热力学参数。 对于给定的色谱体系而言，在一定温度下，两组分的相对保留值是一个常数，与色谱 柱长度及内径等无关。在定性中，常选一个化合物作标准，样品中各组分与标准化合物的 相对保留值作为色谱定性的依据。色谱图中两相邻组分相对保留值也用作色谱系统分离选 择性指标。 l 桂林工学院硕士学位论文 1 1 2 保留指数的含义与计算 保留值作为物质的色谱定性参数，最大的不足之处是它受色谱操作条件的影响比较严重， 因此通用性差。相对保留值由于选取标准物质作为参照物，减少了色谱条件的影响，但对 分析一个多组分的复杂混合物时，因其问保留值差别很大，只选用一种标准物质测定其中 各组分相对保留值时，会带来较大的误差，这样就不得不引用多种不同的标准物质，使应 用受到一定限制。为了克服这些缺点，1 9 5 8 年k o v i t s 提出了保留指数，又称k o v ：i t s 指数。 他把组分的保留行为，换算成相当于含有几个碳的正构烷烃的保留行为来描述，也就是以 正构烷烃系列作为量度被测物质相对保留值的标准物，而不是以一种物质作为标准物。 k o v f i t s 还人为地规定正构烷烃的保留指数为其碳原子数的1 0 0 倍。这一人为规定与任何实 验条件无关，它构成了保留指数体系的基础。 1 1 3 保留指数的特点 普遍应用的保留指数具有以下特点： a 具有很好的重现性和准确度。保留指数的精度可达0 1 指数单位或更低，相对误差 1 0 0 ， 表示回归方程不稳定，需要重新检验。 2 4 2 预测能力验证 本研究采用部分样本验证法和交叉验证法对模型的预测能力进行验证。 部分样本验证法：以最佳子集作为预测集，找出预测方程，其余样本组成训练集，对 所有化合物的性质迸行预测。 1 7 桂林工学院硕士学位论文 交叉验证法：利用通用g q s a r 2 o f6 1 】研究软件，用交叉验h 正( c r o s s v a l i d a t i o n ) 逐法 ( l e a v e o n e o u t ，简称l 0 0 方法) 验证模型的预测能力。交叉验证的方法为：依次从培训集 中去掉一个样本后重新建立方程，用新建方程对去掉的样本进行预测，从而可多次的考察 方程的预测能力，进而计算出交叉相关系数，而交叉相关系数国2 ) 恰是衡量方程预测能力好 坏的重要指标，它表征所建立模型的预测能力和稳健程度，部分学者认为矿大于0 5 表明 模型具有较强的预测能力【6 引。其值越高，说明预测能力越强。 对于模型的稳定性，采用t 检验进行检验：在置信度为9 5 时，模型中每个变量的t 值都大于标准t 值，则说明模型是可靠的，否则需要重新建模。 桂林工学院硕士学位论文 第3 章取代苯酚类化合物的q s r r 方程 苯酚在染料、炸药、农药等生产中具有重要的地位【6 9 1 ，取代酚是重要的化工原料或中 间体，它们对人体具有潜在的致癌性。取代酚类化合物对环境的污染一直被人们所关注， 美国、日本等国家把取代酚类列入环境中的重点污染物。对氯苯酚、邻氯苯酚、2 ，4 二氯苯 酚在1 9 9 0 年被我国列为主要工业点源排放的优先污染物 俐。 本章讨论2 0 个取代苯酚类化合物的量子化学参数( 包括结构参数和热力学参数) 与色谱 保留指数( 脚的相关关系，其中量子化学参数来自本研究采用g a u s s a n9 8 程序中 b 3 l y p 6 3 1 g * 水平和a m l 方法计算的结果，相应的彤见表2 1 。 文献【3 8 测定保留指数实验值时，采用仪器型号及计算机程序如下：g c - 1 6 a 气相色谱 分析仪，c r - 3 a 数据处理机，空气压缩机，q p g u - 1 5 0 0 s h 2 发生器，均为日本岛津公司制 造；t u r b o c 编写程序在p c 4 8 6 8 5 4 0 机上调试通过。色谱条件如表3 1 所示： 表3 1 色谱实验条件 t a b l e3 1e x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n so f c h r o m a t o g r a m 3 1 结构参数之间的两两相关系数 为了避免预测方程中变量之间存在共线性，采用最小二乘法计算得b 3 l y p 6 3 1 g * 水平 各结构参数间的相关系数矩阵，参数之间的两两相关系数( ，) 见表3 2 。由表3 2 可看出，除了 k 与口以外，其它参数之间的两两相关性都较低。根据统计学原理，当两自变量之间相关系 数超过0 9 5 0 9 8 1 7 1 , 7 2 1 ，则认为两者之间存在共线性现象，即两者对保留指数( 蚴具有相同的 解释性。在表3 2 中，k 与a 的相关系数为0 9 9 6 4 ，因此，k 与n 不能同时出现在预测方程中， 需要删去其一。此外，取代苯酚的保留指数( 肋与k ，a 等存在较高的相关性，其相关系数 ( r ) 分别为0 9 8 3 3 ，0 9 8 1 8 。 3 2b 3 l y p 6 - 3l g + 水平计算得到的q s r r 模型 根据表2 1 中1 5 个取代苯酚化合物的保留指数实验值网和表2 5 、表2 6 中b 3 l y p 6 - 3 1 g * 1 9 桂林工学院硕士学位论文 水平上计算所得到的结构参数和热力学参数，以计算所得到的参数为理论描述符，采用 g q s a r f 2 0 程序，拟合得到相关方程，相关方程列于表3 - 3 。 表3 2 化合物的参数与保留指数的相关矩阵 t a b l e3 2c o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n tm a t r i xf o rd e s c r i p t o r sa n dr e t e n t i o ni n d e x 表3 3b 3 l y p 6 3 1 g * 水平上相关方程 t a b l e3 3c o r r e l a t i o ne q u a t i o n sf r o mb 3 l y p 6 - 3 1 g 。 3 ，lr ，= 8 6 5 3 + 7 0 d1 50 9 6 3 90 9 5 6 81 71 9 证的均方根误差 采用g q s a l 强2 o 程序所得模型相关性系数胄2 和l o o 法交叉验证相关性系数9 2 与变量数 的关系见图3 1 ，模型均方根误差和l 0 0 法交叉验证均方根误差与变量数h 的关系如图3 2 。 由图3 2 可得出以下结论：( 1 ) 均方根误差r m s e e 总是随行的增加而降低，l o o 预测 的均方根误差r m s e p 则不一定；( 2 ) 估计均方根误差r m s e e 总是小于l o o 预测的均方根 误差r m s e p 。 因为r m s e p 随的变化与r m s e e 的变化常常不一致。且一个具有高的r 2 或低的r m s e e 模型不一定具有高的9 2 或低的r m s e p 。因此，l 0 0 预测过程中的砌蹴p 或矿比估计的 捌衄或胄2 更为重要。 表3 3 表明，当取一个变量时，分子平均极化度( n ) 首先进入方程，说明a x c m 的影响最 显著，随着a 增大，对应化合物的保留指数增大；当取两个变量时，氢原子最大正电荷( g 呻 和分子平均极化度( 口) 同时进入方程，相关系数僻2 和矿) 随之提高，模型均方根误差( r m s e e ) 减小；当取三个变量时，最低空轨道能( 既u m o ) 也进入方程。比较3 个方程可见，采用3 个变 量的方程( 3 3 ) ，其眉和9 2 与取两个变量的方程( 3 2 ) 相比，均没有明显增加，r m s e e 没有明 显减小，因此，取两个变量的方程( 3 2 ) 作为模型是合适的。图3 1 和3 2 也说明再增加变量， 模型的统计意义没有明显的改变。 2 0 桂林工学院硕士学位论文 1 0 ：9 9 0 9 8 0 9 7 09 6 0 9 5 0 9 4 0 图3 1 露，9 2 与 的关系 f i g ，3 1c o r r e l a t i o no f 岳，矿a n dn 4 图3 2r m s e e ，r m s e p 与n 的关系 f i g 3 2c o r r e l a t i o no f r m s e e , r m s e p a n d 月 3 3q s r r 模型的验证 表3 4 y l j 出了模型中各变量的自相关系数( ，) 、膨胀因子( v i f ) 、标准回归系数( s t a n d a r d r e g r e s s i o nc o e f f i c i e n t s ，s r ) 和t 值。由表3 4 可知，模型中两变量的比雅接近于1 0 ，表示 各变量闯相关性不显著，方程具有显著统计意义和良好的稳定性，相关方程可以接受。从 融的数值可见，极化率( 口) 具有较大的艘值，说明极化率( 口) 是影响模型最显著的参数。在置 信度为9 5 时，模型的标准t 值( t o a ) 为1 7 6 1 。从表3 4 可见，模型中两变量的t 值的绝对值 都大于标准t 值，证明模型是可信的。另外，还可以看出，模型中极化率似) 的t 值的绝 对值大于g r 的t 值的绝对值，这也说明了极化率( 对r 珀q 影响最大。从模型可见，保留 指数( 购随着分子极化率的增大而增大，分子极化率与分子体积( g o 成正比，而分子体 积是在溶剂中形成空穴时吸收能量的量度，因此较大体积的分子易于分配到固定相中，所 以保留指数( r d 随着分子极化率( ) 的增大而增大。 表3 4 方程( 3 2 ) 的自相关系数旷) 、膨胀系数( v i f ) 、标准回归系数愀) 和，值 t a b l e3 4s e l f - c o r r e l a t i o nc o e 佑e i e n t s ( 一) ，v a r i a n c ei n f l a t i o nf a c t o r s ( v i e ) ，s t a n d a r dr e g r e s s i o n 口02015 1 2 5 2 4 1 0 6 03 0 4 “ 此外，本研究中，用分组验证方法对所建立模型的稳健性进行了验证，即将有实验数 据的1 5 个化合物分为两组，每隔2 个化会物删除1 个，剩下的l o 个化合物按方程( 3 3 ) 类似建 立模型，所得方程如下： r = 3 0 9 0 9 + 7 7 a - 5 5 6 9 8 q w( 3 4 ) n = 1 0 ，r 2 = 0 9 9 3 2 ，q 2 = 0 9 7 9 7 ，r m s e e = 8 ，r m s e p = 1 4 由方程( 3 4 ) 的r 2 和矿可见，方程( 3 4 ) 与方程( 3 2 ) 没有显著的统计差别，因而本研究建立 2 i 桂林工学院硕士学位论文 的模型可以应用于同类化合物保留行为的预测。 分别用方程( 3 2 ) 和( 3 4 ) 预测了各化合物的盯值，预测肼值及其相应误差列在表3 5 中。用方程( 3 2 ) 预测时，误差最大的为第1 2 号化合物( 3 一异丙基酚) ，其相对误差为1 3 5 ； 用方程( 3 4 ) 预测时，误差最大的与用方程( 3 2 ) 预测时为同一化合物( 3 一异丙基酚) ，其相对误 差为1 8 8 。方程( 3 2 ) 的留一法的预测值和实验值的线性关系如图3 3 所示，由图可知，两 者具有明显的线性关系，回归方程的斜率接近于1 0 ；回归系数r 2 为0 9 8 1 8 ，与方程相比不 存在显著的统计差异。 此外用方程( 3 ) 对5 个没有实验数据的化合物也进行了预测( 对乙酚，3 二甲酚，4 异丙 基酚，3 - 正丁基苯酚，3 , 5 二乙基酚) ，它们的彤值分别为1 4 6 6 ，1 4 7 0 ，1 5 4 9 ，1 6 3 3 和1 6 4 4 。 k 3 5 取代苯酚保留指数实验值( 础k ) 、计算值( 兄k m j 、误差 ：! 生堡! ：! 里! 堡竺! ! 塑! ! 坐! ! ! ! ! ! ! ! 塑! 塑：坐! 里堡! ! 竺! ! ! 业坠垫! 盟! ! 婴! !： 编号实验值”丽高i i ! i 注币嘉；! ! ! ! 预测值 预测值一一 编号同表2 1 桂林工学院硕士学位论文 图3 3 方程( 3 2 ) 的留一法的肼预测值和实验值的线性关系 f i g 3 3p l o tt h ep r e d i c t e d ( f r o mac r o s s - v a l i d a t e dm o d e l ) v s e x p e r i m e n t a lv a l u e s 州mc q ( 3 2 ) o f r 3 4 与半经验方法( a m l ) 模型的比较 以半经验方法计算所得到的1 5 个有实验数据的取代苯酚化合物的结构参数为理论描述 符，拟合得到相关方程，相关方程如下： 彤= 2 8 5 9 3 十7 o k - 7 9 4 2 4 9 h +( 3 5 ) n = 1 5 ，r 2 = 0 9 6 1 5 ，q 2 = 0 9 6 5 0 ，r m s e e = 1 2 ，r m s e p = 2 2 比较方程( 3 2 ) 和( 3 5 ) 可见，b 3 l y p 6 - 3 1 g * 水平上的r 2 和矿大于半经验方法a m l 的r 2 和矿，而r m s e e 小于后者，由此说明提高计算精度可增加方程的相关性。 3 5 与文献结果的比较 文献 3 8 】用拓扑指数( t o p o l o g i c a li n d e x ) 对该序列化合物的保留指数进行了研究，其 相关方程如下： r = 1 0 6 6 9 1 7 2 2 0 + 0 5 0 0 6 8 7 w + 1 2 7 4 4 6 6 4 s o x + 3 0 2 5 8 2 1 5 x _ c m( 3 6 ) r 2 = o 9 7 4 4 ，r m s e e = 1 5 w # 1 w i e n e r 指数，岛x 为有机分子中的官能团位置指数，是指苯酚的羟基到其他各个原子的 距离之和，x - c h 3 为酚上的甲基数。用方程( 3 6 ) 预测保留指数时，第1 2 号化合物( 3 一异丙 基酚) 具有最大误差2 1 0 。 文献【3 9 】用定位基指数( o r i e n t a t i n gg r o u pi n d e x ) 及连接性指数( c o n n e c t i v i t yi n d e x ) 对该序 列化合物的保留指数进行了研究，其相关方程如下： r = 6 4 4 6 6 1 3 - 2 3 3 6 9 9 2 x o 5 + 2 8 7 6 3 7 4 ( x7 ) o5 + 7 0 4 0 7 3 ( e n ) o 5 ( 3 7 ) r 2 = 0 9 7 7 9 ，r m s e e = 1 4 x 和x 为价连接指数，为定位基指数。用方程( 3 7 ) 预测保留指数( 脚时，第1 0 号化合物( 2 一 桂林工学院硕士学位论文 正丙基酚) 具有最大相对误差1 5 4 。 本研究中的模型只包含两个变量，而文献 3 8 ，3 9 方法都包含三个变量，且本研究的相关 系数( 0 9 8 8 5 ) 高于文献 3 8 ，3 9 的相关系数( 0 9 7 4 4 ，o 9 7 7 9 ) 。本研究中模型预测值的最大相对 误差为1 3 5 ( 第1 2 号化合物3 一异丙基酚) ，均方根误差r m s e e = 1 0 ，两者都小于文献 3 8 ，3 9 】 的相应值。由此可见，本研究的模型用来预测同系列化合物的色谱保留指数的能力高于“定 位基指数及连接性指数”方法和“拓扑指数”方法。 3 6 小结 本研究采用b 3 l y p 6 3 1 g * 和a m l 方法，计算得到了取代苯酚化合物的量子化学参数， 利用g q s a r f 2 0 软件，将这些参数作为理论描述符，通过逐步回归分析，得到相关性显著 的取代苯酚化合物的q s r r 模型，经稳定性和预钡4 能力验证，得到的模型均具有较好的稳 定性( v i f 小于5 o ) 和很强的预测能力( 交叉验证相关系数大于0 9 7 ) ，t 检验证明相关模型具 有显著统计意义。比较不同方法得到的模型，发现b 3 l y p 一6 3 1 g * 方法得到的模型优于a m l 方法得到的模型。对得到的最优模型与文献报道的模型进行比较发现，本研究优化得到的 模型的相关性优于文献采用定位基指数及连接性指数、拓扑指数报道的结果，且模型比文 献报道的简单。用所得模型预测了5 个没有实验数据的化合物的保留指数值。 桂林工学院硕士学位论文 第4 章p c d t s 类化合物的色谱保留研究 p c d t s 类化合物作为一类持久性有机污染物( p e r s i s t e n to r g a n i cp o l l u t a n t s ，简称为p o p s ) ， 在自然环境中极难降解，并能通过水或空气等载体转移，能够对野生动物和人体健康造成 不可逆转的严重危害。因此了解并掌握其各类性质非常重要，p u z y n 等 7 3 1 预测了p c d t s 的环 境分配系数和亨利常数。本章将分别讨论p c d t s 类化合物的量子化学参数( 包括结构参数和 热力学参数) 、氯原子取代位置与色谱保留指数( j 己0 的相关关系，其中量子化学参数来自本 研究采用g a u s s i a n9 8 程序中b 3 l y p 6 3 1 g * 水平计算的结果，相应的脚见表2 2 。 4 1 化合物参数之间的两两相关性 为了避免预测方程中变量之间存在共线性，采用最小二乘法计算得b 3 l y p 6 3 1 g * 水平 各参数间的相关系数矩阵，参数之间的两两相关系数见表4 1 。由表4 1 可见，e h o m o 和k ， e l u m o 和v i ，k 和d ，e u o m o 和e l t r m o ，e h o m o 和6 t ，e l t l m o 和分别存在较高的相关性，其相关 系数( n 分别为0 9 6 3 1 ，0 9 8 9 7 ，0 9 9 3 8 ，0 9 5 6 1 ，0 9 6 3 0 和0 9 9 2 8 ，即这些变量存在共线 性，不能同时用于预测保留指数的相关方程。此外，p c d t s 的保留指数( 肋与k ，e l u m o ，a ， e ，z p e ，t l o ，g d ，e k ，c v 。等存在较高的相关性，其相关系数( r ) 分别为0 9 9 3 0 ，- 0 9 9 4 1 ， 0 9 9 7 1 ，0 9 9 7 6 ，- 0 9 9 7 6 ，0 9 9 7 6 ，0 9 9 7 6 ，0 9 9 7 6 ，0 。9 9 7 9 ，0 9 9 8 0 。 4 2 量子化学参数与色谱保留指数的相关性 4 2 ，1b 3 l y p 6 3 1 g * 参数与色谱保留指数的相关性 t 分别将结构参数、结构参数和热力学参数组合作为描述符， 过逐步回归分析，得到包含一个变量的方程： r = 1 2 6 5 2 + 0 9 7 a 采用g q s a r f 2 o 程序，通 n = 2 5 ，r 2 = 0 9 9 4 2 ，r m s e e = 2 2 2 ，矿= 0 9 9 2 7 ，r m s e p = 2 4 8 r = 1 8 4 1 7 + 0 4 8 妒 ( 4 1 ) ( 4 ，2 ) 珂= 2 5 ，r 2 = o 9 9 6 1 ，r m s e e = 1 8 1 ，9 2 = 0 9 9 5 1 ，r m s e p