[發明專利]一種重金屬毒性終點和海洋水質基準閾值的預測方法

在審

• 申請號: 202010322812.3
• 申請日: 2020-04-22
• 公開（公告）號: CN111554358A
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 穆云松;吳豐昌
• 申請（專利權）人: 中國人民大學
• 主分類號: G16C20/20
• 分類號: G16C20/20;G16C20/30;G16C20/70;G16C20/90
• 代理公司: 北京精金石知識產權代理有限公司 11470
• 代理人: 尉月麗

1.一種重金屬毒性終點和海洋水質基準閾值的預測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟a，毒性效應終點數據采集，篩選，匯總；

步驟b，通過單一變量的Pearson相關性分析，獲得最優重金屬結構描述符和海洋環境理化要素指標；

步驟c，構建多元海洋毒性預測模型及穩健性檢驗；

步驟d，模型驗證；

隨機從訓練集中抽出一個數據，用其他的毒性數據和步驟c獲得的最佳結構描述符建立多元回歸模型，根據抽出數據的預測值與實驗值的比較，來校驗所建立的多元線性模型；

步驟e，基于海洋生態系統模式生物的定量結構-毒性相關模型，通過正交實驗設計，計算典型重金屬在不同溫度和鹽度條件下的急性毒性終點預測值；并利用得到的預測值構建物種敏感度分布曲線；擬合采用Sigmoidal-Logistic模型；

式中，а表示振幅，k表示曲線傾斜度，x_c表示中間值；

步驟f，以軟指數σp，溫度T和鹽度S為自變量，SSDs曲線擬合參數為因變量進行多元線性和非線性回歸分析，構建定量相關關系模型；

步驟g，預測海洋急性基準閾值；

計算特定金屬在不同溫度、鹽度條件下對應的SSDs方程，累計概率為0.05對應的劑量閾值為保護95％海洋水生生物免受的危害濃度閾值HC₅。

2.根據權利要求1所述的預測方法，其特征在于，所述步驟a具體包括以下步驟：

步驟a1、數據采集過程；

步驟a2、數據篩選過程：數據篩選滿足的條件為：

1)重金屬海洋生物急性毒性終點數據來源于科學引文索引期刊報道和美國環境保護局生態毒理數據庫；

2)每個毒性數據必須包括科學，完整的試驗條件參數，至少包括溫度，酸度，硬度和鹽度，不同水化學參數的范圍是溫度10～30℃之間，酸度5.5～8之間，硬度20～5000mg/L之間，鹽度10～35‰；

3)包含美國環保局推薦的至少3門8科海洋物種類型，對于每種生物，至少包含6種金屬的毒性試驗數據；

4)毒性終點數據類型為致死率，表示為LC₅₀；

步驟a3、數據運算過程；

以重金屬的水溶液濃度為數據的衡量指標；

步驟a4，數據匯總過程：

最終得到的數據集包括金屬分子式，受試生物類型，毒性效應類型，終點指標，試驗條件，暴露時間和數據來源。

3.根據權利要求1所述的預測方法，其特征在于，步驟b中所述重金屬結構描述符包括軟指數σp、單位電荷軟指數σp/Z、原子序數AN、離子半徑r、IP：O_N態離子的離子勢、IP(N+1)：O_N+1態離子的離子勢、IP(N+1)和IP的差值ΔIP、原子量AW、鮑林電負性X_m、共價指數X_m²r、原子電離勢AN/ΔIP、第一水解常數|logK_OH|、電化學勢ΔE₀；所述環境理化要素指標包括溫度T，鹽度S，酸度pH和硬度。

4.根據權利要求3所述的預測方法，其特征在于，步驟b具體包括以下步驟：以毒性終點為因變量，各重金屬對應的結構參數和環境理化要素指標為單一自變量進行線性Pearson相關性分析，根據公式(1)計算各重金屬結構參數的Pearson相關系數r；

式中，x_i和y_i分別表示第i種金屬對應的結構參數和實測毒性值，分別表示各金屬結構參數和實測毒性值的平均值；相關系數r²0.6對應的變量用于多元線性回歸。