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基本信息

項(xiàng)目名稱：
應(yīng)用決策樹建立和表征環(huán)境污染物的分類模型
小類：
能源化工
簡介：
本文基于定量結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系，總結(jié)分類規(guī)律，結(jié)合決策樹數(shù)學(xué)方法，發(fā)展出可以有效分類的毒理樹方法，建立模型對未知化合物進(jìn)行毒性分類。
詳細(xì)介紹：
在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測中逐漸發(fā)展出定量結(jié)構(gòu)活性關(guān)系方法，前人探索出一系列的機(jī)理用來預(yù)測水生有機(jī)污染物的毒性。本文以大型蚤致毒化合物作為數(shù)據(jù)集，物理化學(xué)參數(shù)辛醇水分配系數(shù)、結(jié)構(gòu)描述符和電化學(xué)描述符作為預(yù)測變量，外部毒性值和非氫原子最負(fù)電荷數(shù)被用作分類標(biāo)準(zhǔn)變量，應(yīng)用多元線性回歸和偏最小二乘法得到了模型方程，并進(jìn)行了應(yīng)用域分析和模型驗(yàn)證，最優(yōu)的模型組成了分類模型樹。發(fā)展出適合對有毒水生有機(jī)化合物分類的毒理樹，第一類化合物預(yù)測精度和第二類化合物預(yù)測精度均大于平均預(yù)測水平，分類方法經(jīng)過驗(yàn)證有良好的穩(wěn)定性和可信度。文章模型可以用來預(yù)測化學(xué)品的風(fēng)險(xiǎn)同時(shí)進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理。

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  • 應(yīng)用決策樹建立和表征環(huán)境污染物的分類模型

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

目前，有超過5800萬種化學(xué)品，很多有三致效應(yīng)（致畸、致癌、致突變），它們對于環(huán)境的污染已經(jīng)成為影響人類生存和發(fā)展的重大環(huán)境問題。化學(xué)品毒性實(shí)驗(yàn)測定的方法耗費(fèi)高時(shí)間長不能滿足要求，需要模型預(yù)測的方法，為了提高預(yù)測的準(zhǔn)確性需要將化合物毒性進(jìn)行分類。本文在前人基礎(chǔ)上，總結(jié)分類規(guī)律，結(jié)合決策樹數(shù)學(xué)方法，發(fā)展出可以有效分類的毒理樹方法，建立的模型具有良好的穩(wěn)定性和對未知化合物分類的精確性。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

本文總結(jié)毒性分類的規(guī)律，通過模型建立——應(yīng)用域表征——模型驗(yàn)證三位一體的方法形成了一套科學(xué)的研究方案。將決策樹數(shù)學(xué)方法應(yīng)用于環(huán)境毒理學(xué)的研究剛剛興起，并不成熟，本文在前人的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展，提出了大膽的預(yù)測分類方法，并依靠著應(yīng)用域表征和模型驗(yàn)證保證了所建立模型的可靠性。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫幕瘜W(xué)品有十萬種之多，但是只有少量了解它們的環(huán)境毒理學(xué)效應(yīng)，給生態(tài)環(huán)境和人類的健康帶來威脅。如何有效的管理和評估這些化學(xué)品成為一個(gè)重要的課題，本文的研究可以有效的將化學(xué)品進(jìn)行毒性分類，模型的應(yīng)用域表征和驗(yàn)證工作確保了模型的可信度，為化學(xué)品管理提供了一種行之有效的方法，為人類生存環(huán)境的改善做出了貢獻(xiàn)。

學(xué)術(shù)論文摘要

在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測中逐漸發(fā)展出定量結(jié)構(gòu)活性關(guān)系方法，前人探索出一系列的機(jī)理用來預(yù)測水生有機(jī)污染物的毒性。本文以大型蚤致毒化合物作為數(shù)據(jù)集，物理化學(xué)參數(shù)辛醇水分配系數(shù)、結(jié)構(gòu)描述符和電化學(xué)描述符作為預(yù)測變量，外部毒性值和非氫原子最負(fù)電荷數(shù)被用作分類標(biāo)準(zhǔn)變量，應(yīng)用多元線性回歸和偏最小二乘法得到了模型方程，并進(jìn)行了應(yīng)用域分析和模型驗(yàn)證，最優(yōu)的模型組成了分類模型樹。發(fā)展出適合對有毒水生有機(jī)化合物分類的毒理樹，第一類化合物預(yù)測精度和第二類化合物預(yù)測精度均大于平均預(yù)測水平，分類方法經(jīng)過驗(yàn)證有良好的穩(wěn)定性和可信度。文章模型可以用來預(yù)測化學(xué)品的風(fēng)險(xiǎn)同時(shí)進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理。

獲獎(jiǎng)情況

無

鑒定結(jié)果

無

參考文獻(xiàn)

陳景文, 李雪花, 于海瀛, 等. 面向毒害有機(jī)物生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的QSAR 技術(shù): 進(jìn)展與展望. 中國科學(xué)B 輯: 化學(xué), 2008, 38(6): 461~474

同類課題研究水平概述

美國在2005年成立了國家計(jì)算毒理學(xué)研究中心(NCCT)的一個(gè)重要內(nèi)容就是進(jìn)行(Q)SAR模型研究[2]。在歐盟的REACH法規(guī)要求下，(Q)SAR模型也成為一項(xiàng)重要的研究內(nèi)容[3] 現(xiàn)在研究的大多數(shù)(Q)SAR模型只是針對特殊類別的有機(jī)化合物，例如針對多氯聯(lián)苯(PCB)系列物，闡明其物理化學(xué)性質(zhì)的一致性[4]。但是有些化合物可能無法精確歸類，這就造成無法對其進(jìn)行有效計(jì)算。這樣，化合物的分類也成為一個(gè)值得研究的問題。1992年Vahaar等人[5]在文章中最早提出了對化合物的毒性進(jìn)行分類問題，他們將毒性分為四類：inert (第一類)，less inert (第二類)，reactive (第三類)，specifically acting (第四類)。對于第一、二類化合物有較好的預(yù)測精度。 隨后，又發(fā)展了一些新的分類方法。Shijin Ren[6]等人將水生毒性分為兩類：narcosis和reactive。其中narcosis類又可以分為non-polar narcosis，polar narcosis和ester narcosis；reactive類又可分為respiratory uncoupling，electrophilicity和central nervous system seizure，通過他們的工作，對于narcosis預(yù)測的誤差在5%左右。 后來，Enoch等人[7]基于Vahaar的分類方法和決策樹理論提出毒理樹，這種方法可以解決復(fù)雜情況下的分類，但是決策樹判斷過程不夠精確，很難實(shí)際應(yīng)用。
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