[發明專利]一種再現17β-雌二醇土柱淋溶過程的方法

無效

• 申請號: 201210297771.2
• 申請日: 2012-08-21
• 公開（公告）號: CN102831312A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 史江紅;陳慶彩;劉曉薇;吳唯;張暉;薄婷
• 申請（專利權）人: 北京師范大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00;G01N33/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種再現17β-雌二醇(E2)土柱淋溶過程的方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)將土樣均勻填充于土柱裝置中，土柱表層均勻添加E2標準樣品后，用CaCl₂溶液進行淋溶，控制淋溶的流速及流量，并收集淋出液，測定淋出液中的E2、雌酮(E1)濃度并計算累積淋出量；

2)設定元胞集合大小、邊界和初始化元胞狀態

用m×n的二維網格空間代表E2淋溶的土柱，每個網格被E2或E2的轉化物E1或土壤顆粒和淋溶液所填充，m為二維網格的行數，n為二維網格的列數，即定義元胞集合為Cellset＝{Cell_m×n}，表示該元胞集合中有n個元胞領域，每個元胞領域中含有m個元胞空間；

設定元胞狀態集合為Cell_i，j(t)＝{0，1，2，3，4}，表示t時刻第i行、第j列的元胞狀態值為0或1、2、3、4；當元胞狀態值為0時，表示該元胞為空，沒有E1和E2存在；當元胞狀態值為1時，表示該元胞中存在自由態的E2；當元胞狀態值為2時，表示該元胞中存在吸附態的E2；當元胞狀態值為3時，表示該元胞中存在自由態的E1；當元胞狀態值為4時，表示該元胞中存在吸附態的E1；

開始進行E2淋溶時，E2首先被均勻的施加到土柱的上表面，此時m×n的二維網格第一行元胞狀態值均為1，即為模型運算的初始狀態；模型計算的上邊界為m×n的二維網格的第一行，下邊界為m×n的二維網格的最后一行，即第m行；當t時刻E1或E2存在于第m行的某個元胞中時，存在的E1或E2視為在t時刻隨淋溶液流出；

3)依據E2土柱淋溶的微觀機理，制定演化規則

4)模型參數的計算方法

4-1)單位元胞中E2和E1質量Δm的計算

初始狀態時，質量為M的E2均勻分布在m×n二維網格第一行的n個元胞內，因此單位元胞內E2的質量Δm＝M/n，單位為kg；由于E1和E2摩爾質量相差很小，當E2轉化為E1時，單位元胞內E1的質量亦為Δm＝M/n；

4-2)Δt時間內E1或E2的遷移距離及擴散率的計算

遷移距離包括擴散距離和隨淋溶液流動的距離，因此Δt時間內E1和E2在淋溶液中遷移距離為和和為E1和E2在Δt時間內擴散距離的標準偏差，單位為m；Normrnd(0，σ_x)表示符合均值為0、標準差為σ_x的正態分布的隨機數；Round表示四舍五入求整函數；u表示淋溶液的淋溶流速，單位為m/s；Δt·u表示淋溶液在Δt時間內流動的距離；其有效擴散系數計算公式為D’＝σ_x²/2Δt，單位為m²/s；

4-3)判斷概率事件的發生與否

通過在[1，10⁵]區間內產生一個均勻分布的隨機數，判斷該隨機數是否在概率區間[1，p*10⁵]內來判斷事件發生與否，Boole＝(Rand?int([1?10⁵])≤p·10⁵)，Boole為布爾變量，當Boole值為1時該事件發生，當Boole值為0時該事件不發生；Rand?int([1?10⁵])表示在區間[1，10⁵]內產生符合均勻分布的隨機數；

4-4)吸附、脫附和降解速率常數的計算

E2和E1在土壤-水體系的吸附、脫附和降解符合一級動力學方程Δc表示元胞中E1或E2濃度在Δt時間間隔內的變化量，單位為kg/m³；k表示吸附和降解一級動力學速率常數，單位為1/s；c表示在t時刻元胞中E1或E2的濃度，單位為kg/m³；發生吸附、脫附或降解的概率p為p＝k·Δt，即模型中表示E2或E1在土壤中吸附、脫附和降解概率的參數p，等于一級動力學速率常數k和時間步長Δt時的乘積；

4-5)迭代步長Δt的計算：

迭代步長為淋溶液流過一個元胞所需時間H為土柱高度，單位為m；

5)迭代計算

按步驟2)設定元胞集合大小和初始化元胞狀態，對和參數賦予區間[0，1]上的初值，然后遵循步驟3)中的演化規則以時間步長Δt對m×n個元胞進行迭代計算，迭代計算中用步驟4)中的計算方法計算模型參數；每迭代計算一次，就輸出該時刻E2和E1在土柱中的空間分布狀態以及土柱瞬時淋出濃度和累積淋出量，土柱瞬時淋出濃度和累積淋出量計算公式為C(t)=Δm·Σj=1n(cellm,j≠0)u·s·Δt]]>和SM(t)=Σt′=Δtt(C(t′)·u·s·Δt),]]>C(t)為t時刻淋出液中E2或E1的濃度，單位為kg/m³；s為淋溶土柱的橫截面積，單位為m²；表示第m行所有的元胞中元胞狀態值不為0的個數；SM(t)為E2或E1的累積淋出量，單位為kg；

當完成一次迭代并輸出C(t)和SM(t)后，將下邊界即第m行所有元胞的狀態值賦值為0，進行下一次迭代，直到迭代截止時刻t停止計算；然后將結果和步驟1)中E2土柱淋溶瞬時淋出濃度和累積淋出量數據進行比對，用試錯法對和參數進行校正，然后按照5)中迭代方法再次進行迭代計算，直到E2和E1瞬時淋出濃度和累積淋出量實測數據和模型模擬數據相對偏差小于5％后停止試錯法迭代，由此實現E2土柱淋溶過程的動態、可視化再現。