Экспериментальное определение конкретных токсикологических характеристик веществ на основе которых определяется класс опасности как нормативный индикатор, является сложной дорогостоящей и длительной процедурой во многих случаях изыскательской, предпроектной и проектной деятельности малооправданной с экономической точки зрения, когда можно для поддержки принятия нормирующих решений использовать ориентировочные (расчетные) значения классов опасности веществ. В данной работе в качестве отправного пункта, для разработки экспресс-методики вычисления расчетного класса опасности малоизученных веществ, использовалась гипотеза о наличии связи между классом опасности вещества и усредненными характеристиками состава и физико-химических свойств генеральной и выборочной совокупностей веществ, распределенных по классам опасности.
Выполнена следующая работа:
- на основе известных данных сформированы обучающие выборки веществ в соответствии с четырьмя классами их опасности;
- сформированы экзаменационные выборки;
- разработан статистический образ класса опасности вещества;
- разработана экспресс - методика распознавания класса опасности;
- проведен численный эксперимент.
Выборочный статистический образ классов опасности представлен в табл.1.
Расчет проводился с использованием фазового расстояния Пирсона.
,
где:
Xi - координаты классифицируемого объекта в К- мерном пространстве;
Ti - координаты центра класса,
ω - весовой коэффициент учитывающий число Хi и Ti равный (n+k)-1;
n - число элементов в классе опасности,
к - число факторов участвующих в вычислении.
Таблица 1. Выборочный статистический образ классов опасности вредных веществ
|
Класс опасности |
Размерность |
Элементный состав, % |
|||||||
|
С |
Н |
О |
N |
Hal |
S |
Другие |
ММ |
||
|
Х1 |
Х2 |
Х3 |
Х4 |
Х5 |
Х6 |
... |
Х14 |
||
|
I |
% |
47,27 |
4,00 |
19,96 |
4,00 |
11,08 |
2,76 |
10,96 |
185,97 |
|
В условных единицах |
0 |
0 |
1 |
0,84 |
0,08 |
1 |
1 |
1 |
|
|
II |
% |
53,38 |
4,84 |
16,19 |
4,79 |
9,63 |
0,00 |
0,57 |
146,24 |
|
В условных единицах |
0,67 |
0,23 |
0,67 |
1 |
0 |
0 |
0,05 |
0,58 |
|
|
III |
% |
51,74 |
6,39 |
17,02 |
4,68 |
16,58 |
1,46 |
2,11 |
131,61 |
|
В условных единицах |
0,49 |
0,64 |
0,74 |
0,98 |
0,26 |
0,53 |
0,19 |
0,42 |
|
|
IV |
% |
56,35 |
7,73 |
8,76 |
0,00 |
27,26 |
0,00 |
0,00 |
92,28 |
|
В условных единицах |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
Размах |
% |
9,08 |
3,73 |
11,29 |
4,79 |
17,63 |
2,76 |
10,96 |
93,69 |
Пример экспресс - расчета дан ниже. Вещество: 4-Амино-3,5-дихлорбензолсульфонамид (II класс опасности); брутто - формула: С6Н6Cl2N2O2S;
Содержание элементов, %: С(Х1´)=29,91; Н(Х2´)=250,0; О(Х3´) = 13,27; N(Х4´)=11,62; Hal(Х5´)=29,40; S(Х6´)=13,30; Х7=0,001; ММ(Х8´) = 241,13;
Число параметров, участвующих в расчете: Sai = 8.
Общее число параметров: Sni = 8.
Весовой коэффициент:ωi = (n + k)-1 = (8 + 8)-1 = 0,063.
1. Метрическое расстояние до центра набора веществ первого класса опасности:
2. Метрическое расстояние до центра набора веществ второго класса опасности:
3. Метрическое расстояние до центра набора веществ третьего класса опасности:
4. Метрическое расстояние до цента набора веществ четвертого класса опасности: sai = 7; Sni = 8; wi = (7 + 8)-1 = 0,067.
В данном случае минимальное значение Д: ДI = 8,08. Таким образом, 4-Амино-3,5-дихлорбензолсульфонамид диагностируется как вещество первого класса опасности. Диагностирование следует считать правильным, так как прогнозируемая токсичность вещества (по классу опасности) не занижается по сравнению с экспериментальными значениями. Расчет с использованием нормированных данных выполняется аналогично. Экзаменационная проверка экспресс - методики определения расчетного класса опасности химических соединений (органических веществ) с использованием элементного состава веществ. Обобщенные результаты, характеризующие достоверность тестирования приведены в табл. 2.
Таблица 2. Достоверность оценок класса опасности вредных веществ по результатам тестирования экзаменационных выборок
|
Условия тестирования |
Класс опасности |
Среднее значение |
|||
|
I |
II |
III |
IV |
||
|
Число соединений в контрольной выборке, интерполяция/экстраполяция |
5/5 |
15/17 |
15/16 |
15/18 |
Σ = 106 |
|
Достоверность тестирования, % |
|||||
|
Экстраполяция |
100 |
96 |
98 |
92 |
96,5 |
|
Интерполяция |
80 |
81 |
84 |
76 |
80,3 |
Таким образом, предлагаемая методика позволяет с достоверностью в первом классе - 90,0 %; во втором классе - 88,5 %; в третьем классе - 91,0 %; в четвертом классе - 84,0 %; в среднем по контрольным выборкам - 88,4 % проводить прогнозирование класса опасности веществ. Это выше в среднем на 12 - 14 % по сравнению с известными методиками.
Развитие работы продолжиться в следующих направлениях:
- по мере накопления новых данных о свойствах вредных веществ, совершенствование обучающих и контрольных выборок;
- развитие представлений о статистическом образе вредного вещества с учетом его структурных характеристик;
- перевод базы данных и вычислений, на компьютерную основу и создание автоматизированной системы оценки класса опасности малоизученных веществ (структур) в режиме свободного доступа;
- разработка методики практических и лабораторных работ в учебном процессе высшей школы по расчету класса опасности веществ на основе использования их элементного состава и других характеристик.