ÔÅÄÅÐÀËÜÍÎÅ ÀÃÅÍÒÑÒÂÎ ÏÎ ÎÁÐÀÇÎÂÀÍÈÞ ÐÔ

Ðîññèéñêèé õèìèêî-òåõíîëîãè÷åñêèé óíèâåðñèòåò èì. Ä.È. Ìåíäåëååâà

Ôàêóëüòåò èíôîðìàöèîííûõ òåõíîëîãèé è óïðàâëåíèÿ

Êàôåäðà êèáåðíåòèêè õèìèêî-òåõíîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññîâ

Ïîÿñíèòåëüíàÿ çàïèñêà

ê äèïëîìíîé ðàáîòå íà òåìó:

Ìîäåëèðîâàíèå ðàñòâîðèìîñòè îðãàíè÷åñêèõ âåùåñòâ

â ñâåðõêðèòè÷åñêîì äèîêñèäå óãëåðîäà

ñ èñïîëüçîâàíèåì ìåòîäîëîãèè QSAR

Çàâ. êàôåäðîé ÊÕÒÏ

ä. ò. í., ïðîôåññîð Ãëåáîâ Ì.Á.

Íàó÷íûé ðóêîâîäèòåëü

ä. ò. í., ïðîôåññîð Ìåíüøóòèíà Í.Â.

Êîíñóëüòàíòû:

Ïî îõðàíå îêðóæàþùåé ñðåäû

îò ïðîìûøëåííûõ çàãðÿçíåíèé,

ä. õ. í., ïðîôåññîð Ñìåòàííèêîâ Þ.Â.

Ïî îõðàíå òðóäà,

àññèñòåíò êàôåäðû ÁÆÄ Àíîñîâà Å.Á.

Äèïëîìàíò Ìàêñèìîâ Ñ.À.

Ìîñêâà

2010 ã.

Îãëàâëåíèå

Ââåäåíèå 3

1 Ëèòåðàòóðíûé îáçîð 4

1.1 Ìåòîäîëîãèÿ QSAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.1.1 Ïîñòàíîâêà çàäà÷è QSAR . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.1.2 Èñòîðè÷åñêîå ðàçâèòèå QSAR . . . . . . . . . . . . . . 7

1.1.3 Êëàññèôèêàöèÿ äåñêðèïòîðîâ . . . . . . . . . . . . . . 10

1.1.4 Íåîáõîäèìûå êà÷åñòâà äåñêðèïòîðîâ . . . . . . . . . . 15

1.1.5 Îáçîð äåñêðèïòîðîâ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

1.1.6 Ñîçäàíèå âûáîðêè ñîåäèíåíèé . . . . . . . . . . . . . 22

1.1.7 Ðåãðåññèîííûé àíàëèç: ìíîæåñòâåííàÿ ëèíåéíàÿ ðå-

ãðåññèÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

1.2 Ñâîéñòâà ñâåðõêðèòè÷åñêèõ ôëþèäîâ è èõ ïðèìåíåíèå . . . 26

1.2.1 Ïðîèçâîäñòâî è îáðàáîòêà ïîëèìåðîâ . . . . . . . . . 28

1.2.2 Ïèùåâàÿ ïðîìûøëåííîñòü . . . . . . . . . . . . . . . 29

1.2.3 Ôàðìàöåâòèêà è ìåäèöèíà . . . . . . . . . . . . . . . . 30

1.2.4 Íîâûå ìàòåðèàëû . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

1.2.5 Ñâåðõêðèòè÷åñêèå ðåàêöèîííûå ñðåäû . . . . . . . . . 34

1.2.6 Áèîòåõíîëîãèÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

1.3 Îáçîð ìîäåëåé ðàñòâîðèìîñòè . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

2 Ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ ðàñòâîðèìîñòè â ñâåðõ-

êðèòè÷åñêîì äèîêñèäå óãëåðîäà 43

2.1 Ïðèáîð äëÿ ïðîâåäåíèÿ èçìåðåíèé ðàñòâîðèìîñòè . . . . . . 43

2.2 Ïðîâåäåíèå èçìåðåíèé ðàñòâîðèìîñòè . . . . . . . . . . . . . 45

2.3 Âû÷èñëåíèå âåëè÷èíû ðàñòâîðèìîñòè . . . . . . . . . . . . . 47

2.4 Ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå äëÿ ìîäåëèðîâàíèÿ . . . . . . . 48

1

3 Ðàçðàáîòêà èíôîðìàöèîííîé ñèñòåìû äëÿ õðàíåíèÿ è îá-

ðàáîòêè ðåçóëüòàòîâ ýêñïåðèìåíòàëüíîãî îïðåäåëåíèÿ ðàñ-

òâîðèìîñòè 52

3.1 Ñòðóêòóðà èíôîðìàöèîííîé ñèñòåìû . . . . . . . . . . . . . 52

3.1.1 Ðàçðàáîòêà ñòðóêòóðû áàçû äàííûõ . . . . . . . . . . 54

3.1.2 Ãðàôè÷åñêèé ïîëüçîâàòåëüñêèé èíòåðôåéñ . . . . . . 59

3.1.3 Ïîäñèñòåìà àíàëèçà äàííûõ . . . . . . . . . . . . . . . 62

3.2 Ðàçðàáîòêà QSAR-ìîäåëè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

3.2.1 Âûáîðêà ñîåäèíåíèé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

3.2.2 Ïðîñòàÿ ìîäåëü ðàñòâîðèìîñòè . . . . . . . . . . . . . 66

3.2.3 Ëèíåéíàÿ ðåãðåññèîííàÿ ìîäåëü . . . . . . . . . . . . 67

3.2.4 Ïðèìåíåíèå êëàññèôèêàöèè äëÿ óëó÷øåíèÿ ïðåäñêà-

çàòåëüíûõ ñâîéñòâ ìîäåëè . . . . . . . . . . . . . . . . 69

3.2.5 Ïîñòðîåíèå äåðåâà âàðèàíòîâ ðåøåíèé . . . . . . . . . 72

4 Èññëåäîâàíèå ìàòåìàòè÷åñêîé ìîäåëè 79

4.1 Ñòàòèñòè÷åñêèå ñâîéñòâà ìîäåëè . . . . . . . . . . . . . . . . 79

4.2 Èññëåäîâàíèå êëàññèôèêàöèîííîé çàäà÷è . . . . . . . . . . . 86

Çàêëþ÷åíèå è âûâîäû 89

5 Îõðàíà îêðóæàþùåé ñðåäû 90

6 Îõðàíà òðóäà 99

Ëèòåðàòóðà 114

A Ñëàéäû ïðåçåíòàöèè 125

2

Ââåäåíèå

 íàøè äíè êîíöåïöèè çåëåíîé õèìèè íàõîäÿò âñå áîëüøåå ïðèìåíåíèå

â ïðàêòèêå ïðîâåäåíèÿ õèìè÷åñêèõ ïðîöåññîâ. Äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ýêîëîãè÷å-

ñêîé áåçîïàñíîñòè ïðîèçâîäñòâ ñåãîäíÿ ïîÿâèëàñü îñòðàÿ ïîòðåáíîñòü ñíè-

çèòü ïðèìåíåíèå ãîðþ÷èõ, òîêñè÷íûõ è âçðûâîîïàñíûõ âåùåñòâ â õèìè÷å-

ñêîé òåõíîëîãèè. Îäíèì èç ïåðñïåêòèâíûõ íàïðàâëåíèé ýòîé äåÿòåëüíîñòè

ÿâëÿåòñÿ ïðèìåíåíèå ñâåðõêðèòè÷åñêèõ ôëþèäîâ. Ôëþèäû ïðèçâàíû çàìå-

íèòü, ãäå ýòî âîçìîæíî, îðãàíè÷åñêèå ðàñòâîðèòåëè, âûñòóïàÿ â êà÷åñòâå

ðàñòâîðèòåëåé, ýêñòðàãåíòîâ, ñðåä äëÿ ñóøêè [1].

Ïðè ïåðåõîäå â ñâåðõêðèòè÷åñêîå ñîñòîÿíèå, âåùåñòâî êà÷åñòâåííî ìå-

íÿåò ñâîè ôèçè÷åñêèå è õèìè÷åñêèå ñâîéñòâà: äèýëåêòðè÷åñêóþ ïðîíèöàå-

ìîñòü, êîýôôèöèåíò ñàìîäèôôóçèè, ðàñòâîðÿþùóþ ñïîñîáíîñòü, êèñëîòíî-

îñíîâíûå ñâîéñòâà [2]. Ê íàñòîÿùåìó âðåìåíè ìíîæåñòâî âåùåñòâ èçó÷åíî

â ñâåðõêðèòè÷åñêèõ óñëîâèÿõ, îäíàêî íàèáîëüøåå ïðèìåíåíèå íàõîäèò äè-

îêñèä óãëåðîäà (ÑÊÄÓ) � íåòîêñè÷íîå, íåãîðþ÷åå è äåøåâîå ñîåäèíåíèå ñî

ñðàâíèòåëüíî íèçêèìè êðèòè÷åñêèìè ïàðàìåòðàìè.

Ïåðåõîäó ê øèðîêîìàñøòàáíîìó ïðèìåíåíèþ ÑÊÄÓ ìåøàåò íå ñòîëü-

êî ñëîæíîñòü àïïàðàòíîãî îôîðìëåíèÿ ïðîöåññîâ, ñêîëüêî íåäîñòàòî÷íàÿ

ÿñíîñòü â ìåõàíèçìàõ ôèçè÷åñêèõ è õèìè÷åñêèõ ïðîöåññîâ â òàêîé ¾ýêçî-

òè÷åñêîé¿ ñðåäå.  ëèòåðàòóðå èìååòñÿ ìíîæåñòâî ðàçíîîáðàçíûõ, ïîðîé

ðàçðîçíåííûõ äàííûõ î ïðîöåññàõ â ÑÊÄÓ, îäíàêî â òåîðåòè÷åñêèõ îáîá-

ùåíèÿõ èìååòñÿ îïðåäåëåííûé äåôèöèò.

Öåëÿìè íàñòîÿùåé äèïëîìíîé ðàáîòû ÿâëÿþòñÿ:

1. ñîçäàíèå áàçû äàííûõ äëÿ ñáîðà è àíàëèçà ðåçóëüòàòîâ ýêñïåðèìåí-

òàëüíîãî îïðåäåëåíèÿ ðàñòâîðèìîñòè îðãàíè÷åñêèõ âåùåñòâ â ñâåðõ-

êðèòè÷åñêîì äèîêñèäå óãëåðîäà;

2. ïîñòðîåíèå êîëè÷åñòâåííûõ ìîäåëåé ðàñòâîðèìîñòè îðãàíè÷åñêèõ âå-

ùåñòâ â ÑÊÄÓ ñ èñïîëüçîâàíèåì ìåòîäîëîãèè QSAR.

3

Ãëàâà 1

Ëèòåðàòóðíûé îáçîð

1.1 Ìåòîäîëîãèÿ QSAR

1.1.1 Ïîñòàíîâêà çàäà÷è QSAR

Ïîñëåäíåå âðåìÿ îáúåêò ðàññìîòðåíèÿ íàóêè õèìèè âûøåë äàëåêî çà

ðàìêè øêîëüíîãî îïðåäåëåíèÿ: ¾õèìèÿ � íàóêà, êîòîðàÿ ðàáîòàåò ñ õèìè-

÷åñêèìè âåùåñòâàìè¿. Âî-ïåðâûõ, ê ¾õèìè÷åñêîìó âåùåñòâàì¿ ìîæíî îò-

íåñòè âñ¼, ÷òî óãîäíî, íà÷èíàÿ îò ïðîñòûõ âåùåñòâ è çàêàí÷èâàÿ ñëîæíûìè

è íåîäíîðîäíûìè áèîìàññàìè. Âî-âòîðûõ, ïîíÿòèå ¾ðàáîòà ñ õèìè÷åñêèìè

âåùåñòâàìè¿ òàêæå î÷åíü øèðîêî.  ýòó êàòåãîðèþ ïîïàäàþò ñèíòåç íî-

âûõ ñîåäèíåíèé, èçó÷åíèå óæå ïîëó÷åííûõ, ïðîãíîç ñâîéñòâ è êà÷åñòâ åùå

íå èññëåäîâàííûõ âåùåñòâ è ò. ä. Îòäåëüíûì âîïðîñîì ÿâëÿåòñÿ ðàçëè÷èå

ìåæäó ïîíÿòèÿìè ¾âåùåñòâî¿ è ¾ìàòåðèàë¿. Ñîãëàñíî îáùåìó ïðåäñòàâëå-

íèþ, êëþ÷åâûì îáúåêòîì èçó÷åíèÿ õèìèè ÿâëÿþòñÿ ðåàêöèè, è ýòèì õèìèÿ

îòëè÷àåòñÿ îò ôèçèêè. Äåéñòâèòåëüíî, ðåàêöèè â õèìèè èãðàþò íåìàëî-

âàæíóþ ðîëü, íî, ïðåæäå âñåãî õèìèÿ � íàóêà î âåùåñòâàõ.

Âî âòîðîé ïîëîâèíå XIX âåêà À.Ì. Áóòëåðîâûì è äðóãèìè ó÷åíûìè

áûëà ñîçäàíà òåîðèÿ ñòðîåíèÿ õèìè÷åñêèõ ÷àñòèö, â êîòîðîé ñôîðìóëèðî-

âàí ðÿä îñíîâíûõ ïîíÿòèé è çàêîíîâ âíóòðåííåãî ñòðîåíèÿ ìîëåêóëÿðíûõ

îáðàçîâàíèé. Îí ïèñàë: ¾Èñõîäÿ îò ìûñëè, ÷òî êàæäûé õèìè÷åñêèé àòîì,

âõîäÿùèé â ñîñòàâ òåëà, ïðèíèìàåò ó÷àñòèå â îáðàçîâàíèè ýòîãî ïîñëåäíåãî

è äåéñòâóåò çäåñü îïðåäåëåííûì êîëè÷åñòâîì ïðèíàäëåæàùåé åìó õèìè-

÷åñêîé ñèëû (ñðîäñòâà), ÿ íàçûâàþ õèìè÷åñêèì ñòðîåíèåì ðàñïðåäåëåíèå

äåéñòâèÿ ýòîé ñèëû, âñëåäñòâèå êîòîðîãî õèìè÷åñêèå àòîìû, ïîñðåäñòâåí-

4

íî èëè íåïîñðåäñòâåííî âëèÿÿ äðóã íà äðóãà, ñîåäèíÿþòñÿ â õèìè÷åñêóþ

÷àñòèöó¿ [3]. Ñîãëàñíî òåîðèè õèìè÷åñêîãî ñòðîåíèÿ, ñòðóêòóðà ìîëåêóëû

îïðåäåëÿåò ñîâîêóïíîñòü ôèçèêî-õèìè÷åñêèõ ñâîéñòâ, è, íàîáîðîò, èñõî-

äÿ èç äàííûõ ïî ôèçèêî-õèìè÷åñêèì ñâîéñòâàì, ìîæíî äåëàòü âûâîäû î

ñòðóêòóðå ìîëåêóëû äàííîãî ñîåäèíåíèÿ. Ïîèñê êîððåëÿöèé ìåæäó õàðàê-

òåðîì èçìåíåíèÿ ñâîéñòâ âåùåñòâ è èõ ñòðóêòóðîé îòíîñèòñÿ ê òàê íàçû-

âàåìîé ïðîáëåìå ¾ñòðóêòóðà-ñâîéñòâî¿. Äëÿ ëþáûõ ôèçè÷åñêèõ ñâîéñòâ,

õàðàêòåðèçóþùèõ äàííîå âåùåñòâî, èìåþòñÿ êîíêðåòíûå ÷èñëåííûå çíà-

÷åíèÿ, à äëÿ ñòðóêòóðû ìîëåêóëû îáùåïðèíÿòîé ÷èñëåííîé ìåðû íå ñóùå-

ñòâóåò.

Ýìïèðè÷åñêèå çàêîíîìåðíîñòè èçìåíåíèÿ ñâîéñòâ âåùåñòâ ñ èçìåíåíè-

åì èõ ñòðóêòóðû, óñòàíîâëåííûå ê ñåðåäèíå XIX â, ëåãëè â îñíîâó êîíöåï-

öèè âçàèìîñâÿçè ñâîéñòâ è ñòðóêòóðû õèìè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé. Îòêðûòûé

Ä.È. Ìåíäåëååâûì Ïåðèîäè÷åñêèé çàêîí ìîæíî ðàññìàòðèâàòü â êà÷åñòâå

íàó÷íîé îñíîâû êîíöåïöèè âçàèìîñâÿçè ñòðîåíèå-ñâîéñòâî, à ïðåäñêàçàíèå

ôèçè÷åñêèõ ñâîéñòâ è ñóùåñòâîâàíèå íåîòêðûòûõ íîâûõ ýëåìåíòîâ ÿâëÿ-

åòñÿ ïåðâûì ïðèìåðîì óñòîé÷èâîé ïðåäñêàçàòåëüíîé ìîäåëè ýòîé âçàèìî-

ñâÿçè.

Äëÿ èçó÷åíèÿ ñëîæíûõ ïðèðîäíûõ ïðîöåññîâ è ÿâëåíèé ñîçäàþòñÿ èõ

ìîäåëè. Ïðåèìóùåñòâà òàêèõ ìîäåëåé ïî ñðàâíåíèþ ñ îðèãèíàëîì çàêëþ-

÷àåòñÿ, íàïðèìåð, â áîëüøåé äîñòóïíîñòè äëÿ èçó÷åíèÿ, âîçìîæíîñòè ìà-

íèïóëèðîâàíèÿ è áîëüøåãî êîíòðîëÿ, ìåíüøèõ çàòðàòàõ íà èññëåäîâàíèÿ.

Ñðåäè ìîäåëåé ìîæíî âûäåëèòü èêîíè÷åñêíå (ñõîäñòâî ïî ôîðìå), àíà-

ëîãîâûå (ñõîäñòâî ïî ôîðìå è ôóíêöèÿì) è àáñòðàêòíûå (ñèìâîëè÷åñêèå,

êîíöåïòóàëüíûå), ïðåäñòàâëÿþùèå âçàèìîñâÿçü ñ îðèãèíàëîì ñ ïîìîùüþ

ñèìâîëîâ [4].

Ðèñ. 1.1. Êîíöåíòðû õèìèè.

5

Èñõîäÿ èç âûøåñêàçàííîãî, îò÷¼òëèâî âûðèñîâûâàåòñÿ ïåðâûé êîíöåíòð

õèìèè. Åãî ñîäåðæàíèå � èçó÷åíèå ìíîãîîáðàçèÿ õèìè÷åñêèõ âåùåñòâ, èõ

îïèñàíèå è ñèñòåìàòèêà. Åñëè èíäèâèäóàëüíîå âåùåñòâî îáîçíà÷èòü ñèìâî-

ëîì X, à ìíîæåñòâî âîçìîæíûõ âåùåñòâ � {Xi}, òî îáíàðóæåíèå è èññëå-äîâàíèå îòäåëüíûõ âåùåñòâ X, èçó÷åíèå èõ ñîâîêóïíîñòè {Xi} � ýòî è åñòüöåíòðàëüíàÿ çàäà÷à õèìèè. Ñþäà æå îòíîñèòñÿ èíòåðïðåòàöèÿ ìíîæåñòâà

{Xi}, ò. å. âûÿñíåíèÿ ïðè÷èí, ïî÷åìó ñóùåñòâóþò èìåííî íàáëþäàåìûå âå-ùåñòâà, à íå êàêèå-íèáóäü äðóãèå [5].

Åñëè ìû ïðîÿâëÿåì èíòåðåñ ê õèìè÷åñêèì âåùåñòâàì, òî âàæíûìè

ñòàíîâÿòñÿ ñïîñîáû èõ ïîëó÷åíèÿ (ñèíòåç) è èäåíòèôèêàöèÿ (àíàëèç) �

ñîñòàâëÿþùèå âòîðîãî êîíöåíòðà. Òàê ñîâñåì åùå íåäàâíî áîëüøèíñòâî

õèìèêîâ çàíèìàëîñü èìåííî ýòèì. Â íàñòîÿùåå âðåìÿ äîëÿ ñèíòåòèêîâ è

àíàëèòèêîâ ñòàëà ìåíüøå, íî è ïî ñåé äåíü àíàëèç è ñèíòåç ñîñòàâëÿþò

âåñîìóþ ÷àñòü õèìè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé.

Îñíîâíóþ ÷àñòü ñîâðåìåííîé õèìèè, êàê è õèìèè ïðîøëûõ âåêîâ, ñî-

ñòàâëÿþò ïîèñêè è èññëåäîâàíèÿ ôóíêöèîíàëüíûõ çàâèñèìîñòåé âèäà p =

p(X), ãäå X � ïî-ïðåæíåìó, õèìè÷åñêîå âåùåñòâî, à p � êàêîå-ëèáî åãî

ñâîéñòâî.  êà÷åñòâå ñâîéñòâà ìîãóò âûñòóïàòü ìíîãèå âåëè÷èíû: òåìïå-

ðàòóðà ïëàâëåíèÿ, ðåàêöèîííàÿ àêòèâíîñòü, ýëåêòðîïðîâîäíîñòü è ò. ä. Òà-

êèì îáðàçîì, ìîæíî îïðåäåëèòü òå âîïðîñû, êîòîðûå èíòåðåñíû õèìèêó:

¾÷òî ïðîèçîéäåò ñî ñâîéñòâîì (òåìïåðàòóðîé ïëàâëåíèÿ, ýëåêòðîïðîâîäíî-

ñòüþ è ò. ä.), åñëè çàìåíèòü àòîì âîäîðîäà óãëåâîäîðîäíûìè ðàäèêàëàìè

� ìåòèëîì, ýòèëîì, ïðîïèëîì èëè íàòðèÿ êàëèåì, ðóáèäèåì èëè öåçèåì?¿.

Ïåðåõîäÿ ê îáîáùåííîé õàðàêòåðèñòèêå ôóíäàìåíòàëüíûõ õèìè÷åñêèõ

ïîíÿòèé, îòìåòèì, ÷òî îíè â çíà÷èòåëüíîé ìåðå èìåþò ñòðóêòóðíîå ñî-

äåðæàíèå.  ñâÿçè ñ ýòèì íåîáõîäèìî äîñòàòî÷íî ïîëíî è òî÷íî óÿñíèòü

ñóùíîñòü ìíîãîóðîâíåâîãî ïîíÿòèÿ ñòðóêòóðû.

 îáû÷íîì ïðåäñòàâëåíèè õèìèêè ãîâîðÿò îá àòîìíî-ìîëåêóëÿðíîé ñòðó-

êòóðå. Ñòðóêòóðà � ýòî âñåãäà íåêàÿ ìîäåëü, ïðèáëèæåíèå. Ïðîñòåéøàÿ

èç íûíå äåéñòâóþùèõ ìîäåëåé ñòðóêòóðû � ìîäåëü ëîêàëèçîâàííûõ ìåæ-

àòîìíûõ ñâÿçåé, êîòîðàÿ îïèñûâàåò âåùåñòâî ñ ïîìîùüþ êîíå÷íîé èëè

áåñêîíå÷íîé òî÷å÷íî-øòðèõîâîé ñòðóêòóðíîé ôîðìóëû, ãîâîðÿ äðóãèìè

ñëîâàìè, ñ ïîìîùüþ ãðàôà. Ýòà ìîäåëü ïðèìåíèòåëüíî ê îðãàíè÷åñêèì

ìîëåêóëàì áûëà ñîçäàíà À.Ì. Áóòëåðîâûì, Ô.À. Êåêóëå, À.Ñ. Êóïåðîì.

Äëÿ íåîðãàíè÷åñêîé õèìèè, â ÷àñòíîñòè äëÿ êîîðäèíàöèîííûõ ñîåäèíåíèé,

6

åå èñïîëüçîâàíèå ñòàëî âîçìîæíûì áëàãîäàðÿ ðàáîòàì À. Âåðíåðà. Òàêèì

îáðàçîì, ýòî ñàìàÿ ñòàðøàÿ ïî âîçðàñòó è â òî æå âðåìÿ ñàìàÿ âîñòðåáî-

âàííàÿ è ïîíûíå ìîäåëü ñòðóêòóðû, êîòîðàÿ äîñòàòî÷íî áëèçêà ïî ñìûñëó

ñ òåì, ÷òî íàçûâàþò õèìè÷åñêèì ñòðîåíèåì.

Ïðîøëî ïîðÿäêà 40 ëåò ñ òåõ ïîð êàê ïàðàäèãìà ¾êîëè÷åñòâåííàÿ ñâÿçü

ñòðóêòóðà � ñâîéñòâî¿ (QSAR) íàøëà ñâîå ïåðâîå ïðèìåíåíèå â ôàðìàöåâ-

òèêå, òîêñèêîëîãèè, àãðîõèìèè è â äðóãèõ íàïðàâëåíèÿõ õèìè÷åñêîé íàóêè.

Ïàðàäèãìà çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî àêòèâíîñòü (ñâîéñòâî) � ýòî ôóíêöèÿ

ñòðóêòóðû âåùåñòâà, îïèñûâàåìàÿ ñ ïîìîùüþ ýëåêòðîííîãî ñòðîåíèÿ, ãèä-

ðîôîáíîñòè è ñòåðè÷åñêèõ (ãåîìåòðè÷åñêèõ) ñâîéñòâ.

1.1.2 Èñòîðè÷åñêîå ðàçâèòèå QSAR

Áîëüøå âåêà íàçàä Êðàì-Áðàóí è Ôðåéçåð (Crum-Brown, Fraser) âû-

ñêàçàëè ïðåäïîëîæåíèå, ÷òî ôèçèîëîãè÷åñêàÿ àêòèâíîñòü âåùåñòâà ÿâëÿ-

åòñÿ ôóíêöèåé åãî ñîñòàâà è ñòðîåíèÿ [6]. Íåñêîëüêî äåñÿòèëåòèé ñïóñòÿ, â

1893 ãîäó, Ðèøå (Richet) ïîêàçàë, ÷òî öèòîòîêñè÷íîñòü1 ìíîæåñòâà ðàçíî-

îáðàçíûõ ïðîñòûõ îðãàíè÷åñêèõ ìîëåêóë áûëà îáðàòíî ñâÿçàíà ñ èõ ðàñ-

òâîðèìîñòüþ â âîäå.  íà÷àëå XX âåêà Ìàéåð è Îâåðòîí (Meyer, Overton)

íåçàâèñèìî ïðåäïîëîæèëè, ÷òî íàðêîòè÷åñêîå (ñåäàòèâíîå) äåéñòâèå ãðóï-

ïû îðãàíè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé ïðîïîðöèîíàëüíî èõ êîýôôèöèåíòó ðàñïðåäå-

ëåíèÿ â ñèñòåìå ¾îëèâêîâîå ìàñëî � âîäà¿.  1939 ãîäó Ôåðãþñîí (Ferguson)

ïîêàçàë íàëè÷èå çàâèñèìîñòè ñåäàòèâíîãî ýôôåêòà îò äàâëåíèÿ ïàðà ðàñ-

òâîðèòåëÿ íàä èõ ðàñòâîðîì. Ìíîãî÷èñëåííûìè ðàáîòàìè Àëáåðòà, Áåëëà

è Ðîáëèíà (Albert, Bell, Roblin) óñòàíîâëåíî âëèÿíèå ñòåïåíè èîíèçàöèè

îñíîâàíèé è ñëàáûõ êèñëîò íà èõ àíòèáàêòåðèàëüíîå äåéñòâèå [7, 8]. Â ýòî

æå âðåìÿ áûëè ñäåëàíû îãðîìíûå øàãè â èçó÷åíèè ýôôåêòîâ çàìåñòèòåëåé

â îðãàíè÷åñêèõ ðåàêöèÿõ, ïðîèçâåäåííîé Ãàììåòîì (Hammet) [9].

Òàôò (Taft) ïðåäëîæèë ìåòîä ðàçäåëåíèÿ ýëåêòðîííûõ, ñòåðè÷åñêèõ

(ïðîñòðàíñòâåííûõ) è ðåçîíàíñíûõ ýôôåêòîâ, à òàêæå ââåë ïåðâûé ñòå-

ðè÷åñêèé ïàðàìåòð, Es [10]. Ê íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûì ýëåêòðîííûì

1Öèòîòîêñè÷íîñòü � cïîñîáíîñòü ôèçè÷åñêèõ âîçäåéñòâèé èëè õèìè÷åñêèõ âåùåñòâ âûçûâàòü ïà-

òîëîãè÷åñêèå èçìåíåíèÿ â êëåòêàõ. Öèòîòîêñè÷åñêîå äåéñòâèå ìîæåò ðåàëèçîâàòüñÿ äâîÿêî:

à) öèòîöèäíûé ýôôåêò � ïðèâîäèò êëåòêó ê ãèáåëè;

á) öèòîñòàòè÷åñêèé ýôôåêò � âûêëþ÷àþùèé êëåòêó èç ñâîåâðåìåííîãî ïðîõîæäåíèÿ ïî êëåòî÷íîìó

öèêëó.

7

ýôôåêòàì îòíîñÿòñÿ èíäóêòèâíûé è ìåçîìåðíûé. Åñëè ïîëîæèòåëüíûé

èëè îòðèöàòåëüíûé çàðÿä ¾ïåðåäàåòñÿ¿ (äåëîêàëèçóåòñÿ) ïî öåïî÷êå àòî-

ìîâ çà ñ÷åò ýëåêòðîñòàòè÷åñêîé èíäóêöèè, òî òàêîé ýëåêòðîííûé ýôôåêò

íàçûâàåòñÿ èíäóêòèâíûì è îáîçíà÷àåòñÿ áóêâîé I. Èíäóêòèâíûé ýôôåêò

âàæåí äëÿ îáúÿñíåíèÿ ïîâåäåíèÿ σ-ýëåêòðîííûõ ñèñòåì, îí äîâîëüíî áûñò-

ðî çàòóõàåò ïî öåïî÷êå àòîìîâ. Ìåçîìåðíûé ýëåêòðîííûé ýôôåêò òåñíî

ñâÿçàí ñ ïîíÿòèåì ¾ðåçîíàíñíûõ ñòðóêòóð¿ è ÷àñòè÷íûì ïåðåìåùåíèåì

ýëåêòðîííûì ïàð îò ìåíåå ýëåêòðîîòðèöàòåëüíîãî ýëåìåíòà èëè ôðàãìåí-

òà ñòðóêòóðû ê áîëåå ýëåêòðîîòðèöàòåëüíûì. Ìåçîìåðíûé ýôôåêò ñëó-

æèò äëÿ îïèñàíèÿ ïîâåäåíèÿ ð-ýëåêòðîííûõ îáëàêîâ, îáðàçóþùèõ π-ñâÿçè.

Ïðîñòðàíñòâåííûå ýôôåêòû ââåäåíû äëÿ îáúÿñíåíèÿ ñâîéñòâ ñîåäèíåíèé,

ñâÿçàííûõ ñ âçàèìíûì ðàñïîëîæåíèåì àòîìîâ ìîëåêóëû â òðåõìåðíîì ïðî-

ñòðàíñòâå. Ïðèìåðîì èñïîëüçîâàíèÿ ñòåðè÷åñêèõ ýôôåêòîâ ìîæåò áûòü

âûñîêàÿ óñòîé÷èâîñòü ê ãèäðîëèçó èìèíà, èçîáðàæåííîãî íà ðèñ. 1.2.

Ðèñ. 1.2. Ñòðîåíèå èìèíà.

Îáû÷íî ñîåäèíåíèÿ ñî ñâÿçüþ Ñ=NH ãèäðîëèçóþòñÿ ïðîñòî âîäîé. Îä-

íàêî ðàññìàòðèâàåìîå ñîåäèíåíèå íå ãèäðîëèçóåòñÿ ïðè êèïÿ÷åíèè â òå-

÷åíèå 8-10 ÷ ñ êîíöåíòðèðîâàííîé ñîëÿíîé êèñëîòîé, 33 % ðàñòâîðîì èëè

10 % ñïèðòîâûì ðàñòâîðîì ãèäðîêñèäà êàëèÿ, íå èçìåíÿåòñÿ ïðè ÷àñîâîì

íàãðåâàíèè ñ ñåðíîé êèñëîòîé ïðè 100◦ C. Îáúÿñíÿåòñÿ ýòî ïðîñòðàíñòâåí-

íûì ñòðîåíèåì ìîëåêóëû, à èìåííî ýêðàíèðîâàíèåì ìåòèëüíûìè ãðóïïàìè

äâîéíîé ñâÿçè, òàêèì îáðàçîì, ðåàêöèÿ èñïûòûâàåò çàòðóäíåíèÿ â ñáëèæå-

íèè âçàèìîäåéñòâóþùèõ àòîìîâ [11].

Ðàáîòû Ãàììåòà è Òàôòà ïîëó÷èëè äàëüíåéøåå ðàçâèòèå Ãàí÷åì è Ôóä-

æèòîé (Hansch, Fujita), ñôîðìóëèðîâàâøèõ îñíîâû ïîäõîäà QSAR. Â 1962

ãîäó Ãàí÷ è Ìþà (Muir) îïóáëèêîâàëè áëåñòÿùóþ ðàáîòó ïî ÊÑÑÀ äëÿ ðå-

8

ãóëÿòîðîâ ðîñòà ðàñòåíèé, ãäå ïîñòðîåíû çàâèñèìîñòè îò êîñòàíò Ãàììåòà

è ãèäðîôîáíîñòè [12]. Èñïîëüçóÿ ñèñòåìó ¾îêòàíîë � âîäà¿, áûëè èçìåðå-

íû ñåðèè êîýôôèöèåíòîâ ðàñïðåäåëåíèÿ, è òàêèì îáðàçîì ââåäåíà íîâàÿ

øêàëà ãèäðîôîáíîñòè. Ïàðàìåòð π, ïðåäñòàâëÿþùèé ñîáîé îòíîñèòåëüíóþ

ãèäðîôîáíîñòü, áûë îïðåäåëåí ñëåäóþùèì îáðàçîì:

πX = logPX + logPH ,

ãäå PX è PH ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé êîýôôèöèåíòû ðàñïðåäåëåíèÿ çàìåùåí-

íîé è ðîäèòåëüñêîé ìîëåêóë ñîîòâåòñòâåííî. Ôóäæèòà è Ãàí÷ îáúåäèíèëè

ãèäðîôîáíûå êîíñòàíòû ñ ýëåêòðîííûìè êîíñòàíòàìè Ãàììåòà è ïîëó÷èëè

óðàâíåíèå (ò. í. óðàâíåíèå Ãàí÷à) [13]:

log 1/C = aσ + bπ + cκ,

ãäå log 1/C � áèîëîãè÷åñêàÿ àêòèâíîñòü âåùåñòâà, a, b, c � êîýôôèöèåíòû,

σ � êîíñòàíòà Ãàììåòà, π � ãèäðîôîáíîñòü ìîëåêóëû ïî Ãàí÷ó, κ � êîýô-

ôèöèåíò ðàñïðåäåëåíèÿ.

Âïîñëåäñòâèè, êîãäà áûëî ïîêàçàíî íåàäåêâàòíîå îïèñàíèå ëèíåéíû-

ìè óðàâíåíèÿìè â øèðîêèõ äèàïàçîíàõ ãèäðîôîáíîñòè, áûëî ïðåäëîæåíî

ïàðàáîëè÷åñêîå óðàâíåíèå Ãàí÷à [14]:

log 1/C = a logP + b(logP )2 + cσ + d,

ãäå log 1/C � áèîëîãè÷åñêàÿ àêòèâíîñòü âåùåñòâà, logP � ëèïîôèëüíîñòü

âåùåñòâà (ëîãàðèôì êîýôôèöèåíòà ðàñïðåäåëåíèÿ â ñèñòåìå ¾í-îêòàíîë �

âîäà¿), σ � êîíñòàíòà Ãàììåòà, a, b, c, d � ïîäãîíî÷íûå ïàðàìåòðû.

Ïîñëå ïðåäëîæåííîé íåëèíåéíîé ìîäåëè ÷èñëî ðàáîò ðåçêî âîçðàñëî.

Áèëèíåéíàÿ ìîäåëü Êóáèíû (Kubinyi) � ýòî óòî÷íåíèå ïàðàáîëè÷åñêîé

ìîäåëè, è â áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ, êàê îêàçàëîñü, îíà ÿâëÿåòñÿ ïðåâîñõîä-

íîé.

log 1/C = a logP + b log(βP + 1) + κ,

ãäå log 1/C � áèîëîãè÷åñêàÿ àêòèâíîñòü âåùåñòâà, logP � ëèïîôèëüíîñòü,

a, b, β, κ � êîýôôèöèåíòû.

Êðîìå ïîäõîäà Ãàí÷à áûëè ðàçðàáîòàíû äðóãèå ìåòîäèêè ðåøåíèÿ çà-

äà÷ QSAR.

Ôðè è Âèëüñîíîì ïðåäëîæåíî óðàâíåíèå [15]:

BA =∑

aiXi + u,

9

ãäå ÂÀ � ýòî áèîëîãè÷åñêàÿ àêòèâíîñòü, u � óñðåäíåííûé âêëàä íåçàìå-

ùåííîé ìîëåêóëû, ai � ïðîïîðöèîíàëüíûé êîýôôèöèåíò âêëàäà êàæäîé

ñòðóêòóðíîé ÷àñòè; Xi îïèñûâàåò íàëè÷èå Xi = 1 èëè îòñóòñòâèå Xi = 0

êîíêðåòíîãî ñòðóêòóðíîãî ôðàãìåíòà. Ïðè íàëè÷èè â ñèñòåìå íåêîòîðîãî

íàáîðà çàìåñòèòåëåé â îïðåäåëåííûõ ïîëîæåíèÿõ óäîáíî ïîñòðîèòü ìàò-

ðèöó Ôðè-Âèëüñîíà, îòîáðàæàþùóþ ïðèñóòñòâèå (èëè îòñóòñòâèå) çàìå-

ñòèòåëåé. Îáðàáîòêà òàêîãî ìàññèâà äàííûõ, íàïðèìåð, ñ ïîìîùüþ ìåòî-

äà íàèìåíüøèõ êâàäðàòîâ (ñì. ðàçä. 1.1.7) ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü èñêîìóþ

ôóíêöèîíàëüíóþ çàâèñèìîñòü àêòèâíîñòè îò ïàðàìåòðîâ ñòðóêòóðû.

Äëÿ ïðåîäîëåíèÿ îãðàíè÷åíèé ìîäåëè Ôðè-Âèëüñîíà ïðåäëîæåíî óðàâ-

íåíèå Ôóäæèòà-Áàí (Fujita-Ban) [16]:

logBA =∑

GiXi + u,

ãäå u îïðåäåëåíà êàê âû÷èñëåííîå çíà÷åíèå áèîëîãè÷åñêîé àêòèâíîñòè íåçà-

ìåùåííîãî èñõîäíîãî ñîåäèíåíèÿ â êîíêðåòíîì îïûòå. Gi ïðåäñòàâëÿåò ñî-

áîé ýíåðãåòè÷åñêèé âêëàä â áèîëîãè÷åñêóþ àêòèâíîñòü çàìåñòèòåëåé, Xi

îïèñûâàåò íàëè÷èå Xi = 1 èëè îòñóòñòâèå Xi = 0 êîíêðåòíîãî ñòðóêòóð-

íîãî ôðàãìåíòà.

Òîïîëîãè÷åñêèå ìåòîäû èñïîëüçîâàëèñü äëÿ óñòàíîâëåíèÿ ñâÿçè ìåæäó

ñòðóêòóðîé è ôèçè÷åñêîé èëè áèîëîãè÷åñêîé àêòèâíîñòüþ. Ìåòîä ìèíèìó-

ìà òîïîëîãè÷åñêèõ îòëè÷èé Ñàéìîíà (Simon) è ìíîãî÷èñëåííûå ðàáîòû ïî

ìîëåêóëÿðíîé ñìåæíîñòè Êèðà è Õîëëà (Kier, Hall) îáåñïå÷èëè ðàçâèòèå

QSAR. Èíäåêñû ìàòðèöû ñìåæíîñòè, îñíîâàííûå íà ñêåëåòíûõ ìîëåêó-

ëÿðíûõ ñòðóêòóðàõ (îðãàíè÷åñêèå ìîëåêóëû, èñêëþ÷àÿ àòîìû âîäîðîäà),

äàþò áîãàòóþ èíôîðìàöèþ î ðàçâåòâëåííîñòè, òðåõàòîìíûõ ôðàãìåíòàõ,

óãëå çàìåùåíèÿ, ñõîäñòâå çàìåñòèòåëåé, äëèíå è ãåòåðîàòîìàõ â çàìåùåí-

íûõ êîëüöàõ.

Èçâåñòíû áîëåå ïîçäíèå ðàçðàáîòêè òåîðèè QSAR, â òîì ÷èñëå HQSAR

(Hologram QSAR), îáðàòíûé QSAR è äâîè÷íûé QSAR [17�21].

1.1.3 Êëàññèôèêàöèÿ äåñêðèïòîðîâ

Âîçìîæíû ðàçëè÷íûå ñïîñîáû êëàññèôèêàöèè äåñêðèïòîðîâ. Òðè òèïà

êëàññèôèêàöèè ðàññìîòðåíû â ñòàòüå [22].

Äåñêðèïòîðû ïåðâîãî òèïà äåëÿòñÿ íà ÷èñòûå (îïèñûâàþùèå êàêîé-

ëèáî îäèí ýôôåêò ìåæàòîìíûõ âçàèìîäåéñòâèé) è êîìïîçèòíûå (îïèñû-

10

âàþùèå äâà è áîëåå ýôôåêòà). Ñðåäè êîìïîçèòíûõ äåñêðèïòîðîâ, â ñâîþ

î÷åðåäü, âûäåëÿþòñÿ óíèêîìïîçèòíûå (îïèñûâàþùèå ýôôåêòû îäíîãî è

òîãî æå òèïà) è ìóëüòèêîìïîçèòíûå (îòîáðàæàþùèå ñóììó ýôôåêòîâ ðàç-

ëè÷íûõ òèïîâ).

Âòîðîé òèï êëàññèôèêàöèè îñíîâûâàåòñÿ íà ñïîñîáàõ îöåíêè äåñêðèï-

òîðîâ � ýêñïåðèìåíòàëüíûå èëè òåîðåòè÷åñêèå.

Òðåòèé òèï êëàññèôèêàöèè îñíîâûâàåòñÿ íà ó÷åòå ýôôåêòà, êîòîðûé

îïèñûâàåò äàííûé äåñêðèïòîð. Ïðåäëàãàåòñÿ ðàññìàòðèâàòü òðè êàòåãîðèè

ýôôåêòîâ: ýëåêòðîííûå (ýëåêòðè÷åñêèå), ñòåðè÷åñêèå è ìåæìîëåêóëÿðíûå.

×àñòíûì ñëó÷àåì èñïîëüçîâàíèÿ ýòîãî òèïà êëàññèôèêàöèè ÿâëÿåòñÿ êëàñ-

ñè÷åñêîå óðàâíåíèå Ãàí÷à (ñì. âûøå), êîòîðîå îïèñûâàåò áèîëîãè÷åñêóþ

àêòèâíîñòü êàê ôóíêöèþ êîíñòàíò Ãàììåòà (ýëåêòðîííûå ýôôåêòû), Òàô-

òà (ñòåðè÷åñêèå ýôôåêòû) è êîíñòàíò ãèäðîôîáíîñòè (òðàíñïîðòíûå ýô-

ôåêòû çà ñ÷åò ìåæìîëåêóëÿðíûõ âçàèìîäåéñòâèé).

Äëÿ íàãëÿäíîñòè îïèñàíèÿ ñòðóêòóðû õèìè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé ïðåäëà-

ãàåòñÿ èñïîëüçîâàòü ãåîìåòðè÷åñêèå ôèãóðû, ñîîòâåòñòâóþùèå ðàññìàòðè-

âàåìîìó óðîâíþ ñòðóêòóðû: ýëåìåíòíûé óðîâåíü → äâóìåðíàÿ ñòðóêòóðà

→ òðåõìåðíàÿ ñòðóêòóðà → îáúåìíûå ñâîéñòâà → ñòåðåîäèíàìè÷åñêàÿ

ñòðóêòóðà → ñòåðåîýëåêòðîííàÿ ñòðóêòóðà → âçàèìîäåéñòâèÿ ñ îêðóæå-

íèåì. Ïðè ýòîì èíôîðìàöèîííîå ñîäåðæàíèå êàæäîãî óðîâíÿ âêëþ÷àåò

èíôîðìàöèîííîå ñîäåðæàíèå ïðåäûäóùåãî óðîâíÿ.

Ðèñ. 1.3. Êëàññèôèêàöèÿ äåñêðèïòîðîâ.

Íà ðèñ. 1.3 ïðåäñòàâëåíà ñõåìà óðîâíåé äåñêðèïòîðîâ, íà êîòîðîé ïî-

ñëåäóþùèé óðîâåíü âêëþ÷àåò èíôîðìàöèîííîå ñîäåðæàíèå ïðåäûäóùåãî

11

óðîâíÿ. Ïðè òàêîì ïðåäñòàâëåíèè ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî äåñêðèïòîðû ñòðóê-

òóðíîé ôîðìóëû íåñóò âñþ èíôîðìàöèþ, ñîäåðæàùóþñÿ â äåñêðèïòîðàõ

ýëåìåíòíîãî óðîâíÿ; äåñêðèïòîðû ýëåêòðîííîé ñòðóêòóðû âêëþ÷àþò âñþ

èíôîðìàöèþ, ñîäåðæàùóþñÿ â äåñêðèïòîðàõ ñòðóêòóðíîé ôîðìóëû, à äå-

ñêðèïòîðû ìåæìîëåêóëÿðíûõ âçàèìîäåéñòâèé ñîäåðæàò âñþ èíôîðìàöèþ

âñåõ ïðåäûäóùèõ óðîâíåé. Èíîãäà äåñêðèïòîðû ìîãóò è íå ñîäåðæàòü èí-

ôîðìàöèþ ïðåäûäóùåãî óðîâíÿ (íàïðèìåð, òàêèå äåñêðèïòîðû ìåæ ìîëå-

êóëÿðíûõ âçàèìîäåéñòâèé, êàê ïîëÿðèçóåìîñòü, ãèäðîôîáíîcòü, ÷àñòî ðàñ-

ñ÷èòûâàþòñÿ áåç ó÷åòà òðåõìåðíîé ñòðóêòóðû), îäíàêî â öåëîì óêàçàííûé

ïîäõîä ê êëàññèôèêàöèè äåñêðèïòîðîâ ÿâëÿåòñÿ íàãëÿäíûì, îòðàæàåò ñòå-

ïåíü èõ ñëîæíîñòè è, ñëåäîâàòåëüíî, óäîáåí ïðè àíàëèçå. Â äàííîì îáçîðå

ðàññìîòðåí êàæäûé êëàññ äåñêðèïòîðîâ. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî äåñêðèï-

òîð ëþáîãî èç óêàçàííûõ óðîâíåé ìîæåò õàðàêòåðèçîâàòü êàê ìîëåêóëó â

öåëîì, òàê è åå ÷àñòü (ôðàãìåíò, ñêðèí, ôóíêöèîíàëüíóþ ãðóïïó, çàìåñòè-

òåëü).

Äåñêðèïòîðû ýëåìåíòíîãî óðîâíÿ. Áðóòòî-ôîðìóëà ñîäåðæèò èí-

ôîðìàöèþ î ñîðòàõ àòîìîâ, âõîäÿùèõ â ìîëåêóëó, è ÷èñëå àòîìîâ êàæäîãî

ñîðòà. Åäèíñòâåííûì ñâîéñòâîì, êîòîðîå ìîæåò áûòü òî÷íî ïðåäñêàçàíî

íà îñíîâàíèè áðóòòî-ôîðìóëû, ÿâëÿåòñÿ ìîëåêóëÿðíàÿ ìàññà (MW ), êîòî-

ðóþ ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê äåñêðèïòîð ýëåìåíòíîãî óðîâíÿ.  êà÷åñòâå

äðóãèõ äåñêðèïòîðîâ ýòîãî óðîâíÿ èíîãäà áåðóò ÷èñëà àòîìîâ êàêîãî-ëèáî

ñîðòà. Â öåëîì æå äåñêðèïòîðû ýëåìåíòíîãî óðîâíÿ ñîäåðæàò ñëèøêîì

ìàëî èíôîðìàöèè î ìîëåêóëÿðíîé ñòðóêòóðå è ïîýòîìó íå ìîãóò ñàìîñòî-

ÿòåëüíî èñïîëüçîâàòüñÿ äëÿ âûÿâëåíèÿ ðåàëüíûõ âçàèìîñâÿçåé ñòðóêòóðà

� ñâîéñòâî.

Òîïîëîãè÷åñêèå äåñêðèïòîðû. Ñòðóêòóðíàÿ ôîðìóëà ìîëåêóëû ÿâ-

ëÿåòñÿ íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåííûì ñïîñîáîì îïèñàíèÿ õèìè÷åñêîãî ñîåäè-

íåíèÿ. Êàê ìîäåëü ìîëåêóëÿðíîé ñòðóêòóðû òàêàÿ ôîðìóëà ñîäåðæèò ýëå-

ìåíòû èêîíè÷åñêèõ, àíàëîãîâûõ è àáñòðàêòíûõ ìîäåëåé è ÿâëÿåòñÿ îñíî-

âîé äëÿ êîíñòðóèðîâàíèÿ ìíîãèõ âèäîâ äåñêðèïòîðîâ è, ïðåæäå âñåãî, òî-

ïîëîãè÷åñêèõ äåñêðèïòîðîâ. Òîïîëîãè÷åñêèå äåñêðèïòîðû (èíäåêñû) ðàñ-

ñ÷èòûâàþòñÿ íà îñíîâå îïèñàíèÿ ñòðóêòóðíîé ôîðìóëû ñîåäèíåíèÿ ñ ïî-

ìîùüþ ìîëåêóëÿðíîãî ãðàôà, ïðåäñòàâëÿþùåãî ñîáîé äâóìåðíîå îòîáðà-

æåíèå ìîëåêóëû (âåðøèíû ñîîòâåòñòâóþò àòîìàì, à ðåáðà � õèìè÷åñêèì

ñâÿçÿì ìîëåêóëû). Ïðè ýòîì îáû÷íî ðàññìàòðèâàþòñÿ ñêåëåòíûå àòîìû

12

(ñî ¾ñòåðòûìè¿ àòîìàìè âîäîðîäà) è ñâÿçè ìåæäó íèìè. Ìàòðè÷íûé âèä

ãðàôîâ èñïîëüçóåòñÿ äëÿ îöåíêè òîïîëîãè÷åñêèõ èíäåêñîâ. Íàèáîëåå ÷àñòî

ïðèìåíÿþòñÿ ìàòðèöà ñìåæíîñòè A(G) è ìàòðèöà ðàññòîÿíèé D(G).

Äåñêðèïòîðû ýëåêòðîííîé ñòðóêòóðû ìîëåêóë. Â êâàíòîâî-õèìè-

÷åñêèõ ðàñ÷åòàõ ñëîæíûõ ìîëåêóë èñïîëüçóþòñÿ àòîìíûå è ìîëåêóëÿðíûå

êâàíòîâî-õèìè÷åñêèå äåñêðèïòîðû.  äàííîì ðàçäåëå êðàòêî ðàññìîòðå-

íû òîëüêî êâàíòîâî-õèìè÷åñêèå äåñêðèïòîðû, îïèñûâàþùèå âíóòðèìîëå-

êóëÿðíûå ýëåêòðîííûå ñâîéñòâà. Òàêèì îáðàçîì, â êà÷åñòâå èíäåêñà ìîëå-

êóëÿðíîé ñòðóêòóðû ìîãóò âûñòóïàòü çàðÿäû íà àòîìàõ, ýíåðãèè âûñøåé

çàíÿòîé è íèçøåé ñâîáîäíîé ìîëåêóëÿðíîé îðáèòàëåé, äèïîëüíûé ìîìåíò.

Äåñêðèïòîðû äàííîãî òèïà ìîãóò áûòü ñâîéñòâàìè ìîëåêóëû èëè óêàçû-

âàòü íà êàêîé-òî áîëåå ïðåäïî÷òèòåëüíûé òèï âçàèìîäåéñòâèÿ.

Ýíåðãèÿ âûñøåé çàíÿòîé (EHOMO) è íèçøåé íåçàíÿòîé (ELUMO) ìîëå-

êóëÿðíûõ îðáèòàëåé � äåñêðèïòîðû, êîòîðûå ÷àñòî èñïîëüçóþòñÿ â ðàñ÷å-

òàõ ýëåêòðîííîé ñòðóêòóðû ìîëåêóë [23�25]. Óñòàíîâëåíî, ÷òî â ðÿäå ñëó-

÷àåâ çíà÷åíèÿ EHOMO ïðÿìî êîððåëèðóþò ñ ïîòåíöèàëîì èîíèçàöèè (I) è

õàðàêòåðèçóþò âîñïðèèì÷èâîñòü ìîëåêóëû ê àòàêå ýëåêòðîôèëàìè. Çíà-

÷åíèÿ æå ELUMO êîððåëèðóþò ñ âåëè÷èíîé ñðîäñòâà ê ýëåêòðîíó (À) è õà-

ðàêòåðèçóþò âîñïðèèì÷èâîñòü ìîëåêóëû ê àòàêå íóêëåîôèëàìè. Îòìåòèì,

÷òî I è À èñïîëüçóþòñÿ òàêæå â êà÷åñòâå ñàìîñòîÿòåëüíûõ äåñêðèïòîðîâ

ýëåêòðîííîé ñòðóêòóðû [26,27]. Ñ÷èòàåòñÿ, ÷òî ðàçíîñòü EHOMO −ELUMO

îòðàæàåò ìåðó ñòàáèëüíîñòè ìîëåêóëû [28]. Ïîíÿòèÿ æåñòêîñòè è ìÿãêî-

ñòè ìîëåêóë ñâÿçàíû èìåííî ñ ýòèìè äåñêðèïòîðàìè ýëåêòðîííîé ñòðóê-

òóðû [29]. Äåñêðèïòîð ìîëåêóëÿðíàÿ æåñòêîñòü (η):

η =I − A

2

òàêæå íàøåë ïðèìåíåíèå â ñîîòíîøåíèÿõ ñòðóêòóðà � ñâîéñòâî.

Äåñêðèïòîðû ìîëåêóëÿðíîé ôîðìû. Â íàñòîÿùåå âðåìÿ íåîáõî-

äèìîñòü ó÷åòà îñîáåííîñòåé ïðîñòðàíñòâåííîé ñòðóêòóðû ïðè âûÿâëåíèè

âçàèìîñâÿçåé ñòðóêòóðà � ñâîéñòâà î÷åâèäíà. Äîñòàòî÷íî îòìåòèòü, ÷òî

ïðàêòè÷åñêè âñå ñîâðåìåííûå àâòîìàòèçèðîâàííûå ñèñòåìû ïîèñêà íîâûõ

ñîåäèíåíèé ñîäåðæàò â êà÷åñòâå îáÿçàòåëüíûõ ýëåìåíòîâ ðàçëè÷íûå ïðîöå-

äóðû ñðàâíåíèÿ ïðîñòðàíñòâåííûõ ñòðóêòóð ìîëåêóë. Îïèñàíèå òðåõìåð-

íîé ñòðóêòóðû ìîëåêóë êàêèì-ëèáî îäíèì êîëè÷åñòâåííûì äåñêðèïòîðîì

(èëè íàáîðîì äåñêðèïòîðîâ) � äîñòàòî÷íî ñëîæíàÿ çàäà÷à.

13

Êîëè÷åñòâåííîå ñîïîñòàâëåíèå ïðîåêöèé ñòðóêòóðû ìîëåêóë íà òðè îð-

òîãîíàëüíûõ ïëîñêîñòè âïåðâûå áûëî ïðîâåäåíî Ýéìóðîì (Amoore) ïðè

èçó÷åíèè âçàèìîñâÿçè ñòðóêòóðû õèìè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé ñ èõ çàïàõîì.

Ãëàâíàÿ ïðîáëåìà, âîçíèêàþùàÿ ïðè ñðàâíåíèè ïàðàìåòðîâ òðåõìåðíîé

ñòðóêòóðû ìîëåêóë ðàçëè÷íûõ ñîåäèíåíèé, ñâÿçàíà ñ èõ êîíôîðìàöèîí-

íîé ïîäâèæíîñòüþ. Ñ ïîÿâëåíèåì äîïîëíèòåëüíîé îñè âíóòðåííåãî âðàùå-

íèÿ ýêñïîíåíöèàëüíî âîçðàñòàåò ÷èñëî âîçìîæíûõ êîíôîðìàöèé, ïîýòîìó

òðåáóþòñÿ îïðåäåëåííûå îãðàíè÷åíèÿ, à òàêæå ñïåöèàëüíûå ïðîöåäóðû îò-

áîðà ðåàëüíûõ êîíôîðìàöèé è ñðàâíåíèÿ èõ ôîðì.

 íàñòîÿùåå âðåìÿ ñóùåñòâóåò ðÿä ìåòîäîâ îöåíêè äåñêðèïòîðîâ ìîëå-

êóëÿðíîé ôîðìû.

Íàèáîëåå ïîïóëÿðíûå ñðåäè òàêèõ ïîäõîäîâ: ìåòîä äèñòàíöèîííîé ãåî-

ìåòðèè, ìîäåëü ñâÿçûâàþùåé ñòîðîíû, àíàëèç ìîëåêóëÿðíîé ôîðìû, îöåí-

êà ìîëåêóëÿðíûõ ïîçèöèé è ïð.

Äåñêðèïòîðû ìåæìîëåêóëÿðíûõ âçàèìîäåéñòâèé. Êîëè÷åñòâåí-

íî îïèñàòü ìåæìîëåêóëÿðíûå âçàèìîäåéñòâèÿ ïðè óñòàíîâëåíèè âçàèìî-

ñâÿçåé ñòðóêòóðà � áèîëîãè÷åñêàÿ àêòèâíîñòü ìîæíî ñ ïîìîùüþ ðàçíîñòè

ñâîáîäíûõ ýíåðãèé:

∆G = Gf −Gi,

ãäå Gf è Gi � ñâîáîäíàÿ ýíåðãèÿ êîíå÷íîãî è èñõîäíîãî ñîñòîÿíèé ñîîò-

âåòñòâåííî.

Íàïðèìåð, ïðè ìîäåëèðîâàíèè âçàèìîñâÿçåé ñòðóêòóðà-àêòèâíîñòü â

êà÷åñòâå äåñêðèïòîðà äîñòàòî÷íî ÷àñòî èñïîëüçóþòñÿ êîíñòàíòû äèññîöè-

àöèè êèñëîò è îñíîâàíèé (pKa).

Çíà÷èòåëüíàÿ ãðóïïà äåñêðèïòîðîâ ìåæìîëåêóëÿðíûõ âçàèìîäåéñòâèé,

îöåíèâàåìàÿ èç ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ ïî ðåàêöèîííîé ñïîñîáíîñòè,

ñîñòîèò èç ðàçëè÷íûõ êîíñòàíò, îïèñûâàþùèõ ýëåêòðîííîå âëèÿíèå çàìå-

ñòèòåëåé íà ðåàêöèîííóþ ñïîñîáíîñòü õèìè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé. Îñíîâû ýòî-

ãî íàïðàâëåíèÿ áûëè çàëîæåíû Ãàììåòîì, óñòàíîâèâøèì çíà÷åíèÿ ïàðà-

ìåòðà σ (êîíñòàíòà Ãàììåòà) íà îñíîâå ñîîòíîøåíèÿ:

σX = lgKX − lgKH ,

ãäå KX � ñîîòâåòñòâóþùàÿ êîíñòàíòà äëÿ ìåòà- èëè ïàðà-çàìåùåííîé áåí-

çîéíîé êèñëîòû, KH � êîíñòàíòà èîíèçàöèè äëÿ áåíçîéíîé êèñëîòû â âîäå

ïðè 25◦ Ñ.

14

Èíäèêàòîðíûå äåñêðèïòîðû.Ïðè ìîäåëèðîâàíèè âçàèìîñâÿçè ñòðó-

êòóðà-ñâîéñòâî (àêòèâíîñòü) äîñòàòî÷íîå ðàñïðîñòðàíåíèå ïîëó÷èëè èíäè-

êàòîðíûå äåñêðèïòîðû (èíîãäà èõ íàçûâàþò êîíñòàíòû de novo). Îòíåñòè

ýòè äåñêðèïòîðû ê êàêîìó-ëèáî îäíîìó îïðåäåëåííîìó êëàññó òðóäíî, ïî-

ñêîëüêó îíè ìîãóò êîäèðîâàòü â íåÿâíîì âèäå ðàçëè÷íûå ñòðóêòóðíûå îñî-

áåííîñòè ñîåäèíåíèé (ñâîéñòâà äîíîðîâ èëè àêöåïòîðîâ âîäîðîäíîé ñâÿçè,

íàëè÷èå èëè îòñóòñòâèå âîäîðîäíîé ñâÿçè âíóòðè ìîëåêóë, îðòî-ýôôåêòû,

öèñ-òðàíñ- èëè ñòåðåîèçîìåðèþ, ðàçëè÷íûå ôðàãìåíòû è ò. ä.).

Èíäèêàòîðíûå äåñêðèïòîðû îñîáåííî ïîëåçíû íà ðàííèõ ñòàäèÿõ èñ-

ñëåäîâàíèé. Ñ ïîìîùüþ òàêèõ äåñêðèïòîðîâ ìîãóò ïðåäâàðèòåëüíî ôîð-

ìèðîâàòüñÿ êîìáèíàöèè ðàçëè÷íûõ ïîäâûáîðîê ñîåäèíåíèé ñ ðàññìàòðè-

âàåìûì ñâîéñòâîì äëÿ ïîëó÷åíèÿ îáó÷àþùåé âûáîðêè, ïðåäíàçíà÷åííîé

äëÿ ìîäåëèðîâàíèÿ ñâÿçè ñòðóêòóðà � ñâîéñòâî íà îñíîâå óæå áîëåå óãëóá-

ëåííîãî îïèñàíèÿ ñòðóêòóðû.

1.1.4 Íåîáõîäèìûå êà÷åñòâà äåñêðèïòîðîâ

 ëèòåðàòóðå ïðèíÿòî ëþáóþ âåëè÷èíó, õàðàêòåðèçóþùóþ ñòðóêòóðó

ìîëåêóëû, íàçûâàòü äåñêðèïòîðîì ìîëåêóëÿðíîé ñòðóêòóðû. Ê íàñòîÿùå-

ìó âðåìåíè îïèñàíî ìíîæåñòâî äåñêðèïòîðîâ. Ïîíÿòíî, ÷òî óãëóáëåíèå

ïðåäñòàâëåíèé î ìîëåêóëÿðíîé ñòðóêòóðå ïîáóæäàåò ê ñîçäàíèþ åå íîâûõ

ìîäåëåé è íîâûõ äåñêðèïòîðîâ, îòðàæàþùèõ ýòè ïðåäñòàâëåíèÿ. Îïðàâ-

äàíû òàêæå ïîïûòêè ñîçäàíèÿ íîâûõ äåñêðèïòîðîâ, êîòîðûå ïðè ââîäå â

êîìïüþòåðíûå ïðîãðàììû ëó÷øå ïî ñðàâíåíèþ ñ ïðåäûäóùèìè äåñêðèï-

òîðàìè ñîõðàíÿþò è èñïîëüçóþò èíôîðìàöèþ î ìîëåêóëÿðíîé ñòðóêòóðå.

Òåì íå ìåíåå, ââîäèòü íîâûå äåñêðèïòîðû öåëåñîîáðàçíî òîëüêî â äâóõ

ñëó÷àÿõ: åñëè íè îäèí èç ñóùåñòâóþùèõ äåñêðèïòîðîâ èëè èõ ñî÷åòàíèå íå

îáåñïå÷èâàþò ñîçäàíèÿ óñòîé÷èâûõ ìîäåëåé ñòðóêòóðà � ñâîéñòâî â ðàñ-

ñìàòðèâàåìîé îáó÷àþùåé âûáîðêå è åñëè íîâûé äåñêðèïòîð îáåñïå÷èâàåò

çíà÷èòåëüíîå óëó÷øåíèå ñòàòèñòè÷åñêèõ êðèòåðèåâ ìîäåëè.

Íîâûå äåñêðèïòîðû äîëæíû áûòü äîñòóïíû äëÿ îöåíêè èõ çíà÷åíèé,

óäîáíû â èñïîëüçîâàíèè, óíèâåðñàëüíû, äîëæíû ïîëíî îïèñûâàòü äàííóþ

ñòðóêòóðíóþ îñîáåííîñòü è áûòü èíòåðïðåòèðóåìûìè.

Ê ñîæàëåíèþ, äàëåêî íå âñåãäà óêàçàííûå âûøå òðåáîâàíèÿ ïðèíèìà-

þòñÿ âî âíèìàíèå. Ýôôåêòèâíîñòü äåñêðèïòîðîâ ðàçíûõ êëàññîâ, èñïîëü-

15

çóþùèõñÿ â èññëåäîâàíèÿõ âçàèìîñâÿçåé ñòðóêòóðà � áèîëîãè÷åñêàÿ àê-

òèâíîñòü, âûÿâëÿåòñÿ ïðè ñðàâíåíèè ñòàòèñòè÷åñêèõ êðèòåðèåâ ìîäåëåé,

ïîñòðîåííûõ íà ýòèõ äåñêðèïòîðàõ. Íàïðèìåð, â ðÿäå ðàáîò [30, 31] ïðî-

âåäåíî ñðàâíåíèå ìîäåëåé êëàññèôèêàöèè àãîíèñòîâ è àíòàãîíèñòîâ ñðåäè

çàìåùåííûõ ôåíèëýòèëàìèíîâ íà îñíîâå ðÿäà òîïîëîãè÷åñêèõ è ôèçèêî-

õèìè÷åñêèõ äåñêðèïòîðîâ ñ èñïîëüçîâàíèåì ëèíåéíîãî äèñêðèìèíàíòíî-

ãî àíàëèçà, äèñêðåòíî-ðåãðåññèîííîé ìîäåëè è êëàñòåð-çíà÷èìîãî àíàëèçà.

Íàèëó÷øèé ðåçóëüòàò âî âñåõ óêàçàííûõ òèïàõ êëàññèôèêàöèè áûë ïîëó-

÷åí ïðè èñïîëüçîâàíèè äåñêðèïòîðîâ âîäîðîäíîé ñâÿçè [32].

Ïðè ñîçäàíèè ìîäåëåé ñòðóêòóðà áèîëîãè÷åñêàÿ àêòèâíîñòü áîëüøîå

çíà÷åíèå â îòáîðå äåñêðèïòîðîâ èìåþò ñîâðåìåííûå ïðåäñòàâëåíèÿ î ïðî-

öåññàõ â îðãàíèçìå, ïðîèñõîäÿùèõ ñ ó÷àñòèåì õèìè÷åñêèõ âåùåñòâ. Íà-

ïðèìåð, â íàñòîÿùåå âðåìÿ ñ÷èòàåòñÿ, ÷òî ñëîæíûé ìåõàíèçì âîçäåéñòâèÿ

âåùåñòâà íà îðãàíèçì ñîñòîèò èç òðåõ ñòàäèé: ôàðìàöåâòè÷åñêîé, ôàðìà-

êîêèíåòè÷åñêîé è ôàðìàêîäèíàìè÷åñêîé. Ôàðìàöåâòè÷åñêàÿ ñòàäèÿ ñâÿçà-

íà ñ ââåäåíèåì âåùåñòâà â îðãàíèçì è âêëþ÷àåò ïðîöåññû äåçèíòåãðàöèè

ãîòîâîé ôîðìû. Ôàðìàêîêèíåòè÷åñêàÿ ñòàäèÿ îïðåäåëÿåòñÿ òðàíñïîðòîì

âåùåñòâà îò ìåñòà ââåäåíèÿ äî êîíêðåòíîé áèîëîãè÷åñêîé ìèøåíè è âêëþ-

÷àåò â ñåáÿ ïðîöåññû àáñîðáöèè, ðàñïðåäåëåíèÿ, ìåòàáîëèçìà è âûäåëåíèÿ.

Íà ýòîé ñòàäèè ñóùåñòâåííîå çíà÷åíèå èìååò ðåàêöèîííàÿ ñïîñîáíîñòü èñ-

õîäíûõ ñîåäèíåíèé è èõ ñïîñîáíîñòü ê êîìïëåêñîîáðàçîâàíèþ. Ôàðìàêî-

äèíàìè÷åñêàÿ ñòàäèÿ õàðàêòåðèçóåòñÿ âçàèìîäåéñòâèåì èñõîäíîãî âåùå-

ñòâà èëè åãî ïðîäóêòîâ ñ áèîëîãè÷åñêèìè ìèøåíÿìè, îáóñëîâëèâàþùèìè

êîíêðåòíûé âèä áèîëîãè÷åñêîé àêòèâíîñòè. Íà ýòîì ýòàïå áîëüøîå çíà÷å-

íèå èìååò òðåõìåðíàÿ ñòðóêòóðà âçàèìîäåéñòâóþùèõ ïàðòíåðîâ. Èñêëþ÷è-

òåëüíàÿ ïîïóëÿðíîñòü òðåõïàðàìåòðîâîãî óðàâíåíèÿ Ãàí÷à-Ôóäæèòû ñâÿ-

çàíà ïðåæäå âñåãî ñ èñïîëüçîâàíèåì äåñêðèïòîðîâ ýëåêòðîííîé ñòðóêòóðû

(êîíñòàíòû Ãàììåòà), ñòåðè÷åñêèõ âçàèìîäåéñòâèé (ñòåðè÷åñêèå êîíñòàí-

òû Òàôòà) è òðàíñïîðòíûõ ñâîéñòâ (êîýôôèöèåíò ðàñïðåäåëåíèÿ â ñèñòåìå

¾í-îêòàíîë � âîäà¿). Ïîäîáíûå ìîäåëè è ñîîòâåòñòâóþùèå óðàâíåíèÿ è â

íàñòîÿùåå âðåìÿ óñïåøíî èñïîëüçóþòñÿ â ìîëåêóëÿðíîì äèçàéíå áèîëîãè-

÷åñêè àêòèâíûõ âåùåñòâ. Íàïðèìåð, íà îñíîâå òðåõ äåñêðèïòîðîâ ïîëó÷åíî

óðàâíåíèå äëÿ ðÿäà áèöèêëè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé, îïèñûâàþùåå èõ ñïîñîá-

íîñòü ñâÿçûâàòü ìóñêàðèíîâûé ðåöåïòîð [33].

16

lgK = 1.28(±0.15) lgP − 0.09(±0.06)∑

Ca+

+0.27(±0.08)HBA5.3A− 4.58(±0.48),

ãäå K � êîíñòàíòà ðàâíîâåñèÿ â ðåàêöèè ìåæäó ñóáñòðàòîì è ðåöåïòîðîì;

P � êîýôôèöèåíò ðàñïðåäåëåíèÿ âåùåñòâà â ñèñòåìå ¾îêòàíîë � âîäà¿;

HBA5.3A � äåñêðèïòîð, õàðàêòåðèçóþùèé âçàèìîäåéñòâèå äâóõ àêöåïòî-

ðîâ âîäîðîäíîé ñâÿçè, íàõîäÿùèõñÿ íà ðàññòîÿíèè 5.3 A;N = 27; r = 0.918;

S = 0.38; F = 41.1.

Ïåðâûé èç äåñêðèïòîðîâ õàðàêòåðèçóåò òðàíñïîðòíûå âîçìîæíîñòè ñî-

åäèíåíèé, âòîðîé ñâÿçàí ñ ðàñòâîðèìîñòüþ ñîåäèíåíèé â âîäå è èõ ñïîñîá-

íîñòüþ îáðàçîâûâàòü âîäîðîäíûå ñâÿçè ñ äîíîðíûìè öåíòðàìè ðåöåïòîðà,

à òðåòèé äåñêðèïòîð óêàçûâàåò íà âàæíóþ ðîëü ðàññòîÿíèÿ ìåæäó äâóìÿ

êîíêðåòíûìè àêöåïòîðàìè âîäîðîäíîé ñâÿçè ïðè îáðàçîâàíèè ñóáñòðàò-

ðåöåïòîðíîãî êîìïëåêñà.

Íà ïðèìåðå ýòîé ìîäåëè ðàññìîòðèì âåëè÷èíû, êîòîðûå òðàäèöèîí-

íî èñïîëüçóþòñÿ äëÿ îöåíêè êà÷åñòâà. N � ÷èñëî âåùåñòâ â âûáîðêå, ïî

êîòîðûì ñòðîèòñÿ ìîäåëü. ×åì áîëüøå ÷èñëî N , òåì, êàê ïðàâèëî, âûøå

ïðåäñêàçàòåëüíàÿ ñèëà ìîäåëè. r � êîýôôèöèåíò ëèíåéíîé êîððåëÿöèè.

×åì áëèæå çíà÷åíèå r ê åäèíèöå, òåì òî÷íåå âûïîëíÿåòñÿ ãèïîòåçà î ëè-

íåéíîì õàðàêòåðå çàâèñèìîñòè. Â ïðîòèâîïîëîæíîñòü êîýôôèöèåíòó ëè-

íåéíîé êîððåëÿöèè ñòàíäàðòíîå îòêëîíåíèå S ÿâëÿåòñÿ àáñîëþòíîé ìåðîé

ïðèãîäíîñòè ìîäåëè. ×åì íèæå çíà÷åíèå S, òåì ìåíüøå îøèáêà ïðîãíîçè-

ðîâàíèÿ ìîäåëè. F � êðèòåðèé Ôèøåðà � îäèí èç íàèáîëåå èçâåñòíûõ

îáîáù¼ííûõ ñòàòèñòè÷åñêèõ êðèòåðèåâ îöåíêè êà÷åñòâà ìîäåëèðîâàíèÿ.

Áîëåå ïîäðîáíî ýòè âåëè÷èíû äëÿ ñëó÷àÿ ìíîæåñòâåííîé ëèíåéíîé ðåãðåñ-

ñèè ðàññìàòðèâàþòñÿ â ðàçäåëå 1.1.7.

Ïðè ñîçäàíèè ìîäåëåé íåîáõîäèìî ñîáëþäåíèå è ôîðìàëüíûõ êðèòåðè-

åâ. Ñ òî÷êè çðåíèÿ ñòàòèñòèêè ÷èñëî ðàññìàòðèâàåìûõ ñîåäèíåíèé äîëæ-

íî âî ìíîãî ðàç ïðåâûøàòü ÷èñëî äåñêðèïòîðîâ. Ïðè ýòîì äåñêðèïòîðû

äîëæíû áûòü äîñòàòî÷íî èíôîðìàòèâíûìè è â òî æå âðåìÿ ìåæäó íèìè

íå äîëæíî áûòü âçàèìíîé êîððåëÿöèè. Äîñòèãàåòñÿ ýòî ðàçëè÷íûìè ïðî-

öåäóðàìè, âêëþ÷àÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûé äèçàéí, ìåòîä SIMCA/PLS, ãëàâ-

íîêîìïîíåíòíûé è ôàêòîðíûé àíàëèçû.

17

1.1.5 Îáçîð äåñêðèïòîðîâ

Òîïîëîãè÷åñêèå è òåîðåòèêî-èíôîðìàöèîííûå èíäåêñû

Òîïîëîãè÷åñêèå èíäåêñû. Êàê îòìå÷àëîñü âûøå, áîëüøàÿ ÷àñòü òîïî-

ëîãè÷åñêèõ èíäåêñîâ ñòðîèòñÿ ïðè ïîìîùè ìàòðèöû ñâÿçíîñòè è ìàòðèöû

êðàò÷àéøèõ ðàññòîÿíèé ìîëåêóëÿðíîãî ãðàôà. Íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåí-

íûìè òîïîëîãè÷åñêèìè èíäåêñàìè, ðàññ÷èòûâàåìûìè íà îñíîâå ìàòðèöû

ñìåæíîñòè, ÿâëÿþòñÿ èíäåêñ Ïëàòà F (G) (ðàâåí ñóììå ñòåïåíåé êàæäî-

ãî ðåáðà â ãðàôå G); èíäåêñ Ãîðäîíà-Ñêàíòëáåðè Y (G) (ðàâåí ÷èñëó ïó-

òåé äëèíû 2); èíäåêñ ïîëíîé ñìåæíîñòè A′(G) (ðàâåí ñóììå âñåõ íåíóëå-

âûõ ýëåìåíòîâ ìàòðèöû ñìåæíîñòè); èíäåêñ ñâÿçíîñòè Ðàíäè÷à χ(G) (áó-

äåò îáñóæäàòüñÿ íèæå), èíäåêñû çàãðåáñêîé ãðóïïû M(G) è Ì′(G). Ñðå-

äè äåñêðèïòîðîâ, ðàññ÷èòûâàåìûõ íà îñíîâå ìàòðèöû ðàññòîÿíèé, ìîæíî

îòìåòèòü èíäåêñ Âèíåðà W (G), èíäåêñ Õîñîéè Z(G), ÷èñëî ïîëÿðíîñòè

P (G), èíäåêñ ñóììû ðàññòîÿíèé S(G), èíäåêñ ðàññòîÿíèé ìåæäó âåðøèíà-

ìè V DI(G).

Ðèñ. 1.4. Ñõåìà ïîëó÷åíèÿ òîïîëîãè÷åñêèõ èíäåêñîâ è èíôîðìàöèîííî-

òîïîëîãè÷åñêèõ èíäåêñîâ.

×èñëî ïóòåé â ìîëåêóëÿðíîì ãðàôå îïðåäåëåííîé äëèíû. ×èñ-

ëî ïóòåé ìåæäó âåðøèíàìè äëèíû ¾1¿ (P1), ò.å. ÷èñëî õèìè÷åñêè ñâÿçàí-

íûõ ïàð àòîìîâ, ÷èñëî ïóòåé äëèíû ¾2¿ èëè èíäåêñ Ãîðäîíà-Ñêàíòëáåðè

(P2, Y ), ÷èñëî ïóòåé äëèíû ¾3¿ (P3) ïîëó÷àþò ïðîñòûì ïîäñ÷åòîì êîëè-

÷åñòâà åäèíèö, äâîåê èëè òðîåê â îäíîì èç òðåóãîëüíèêîâ ñèììåòðè÷íîé

ìàòðèöû êðàò÷àéøèõ ðàññòîÿíèé.

Èíäåêñ Âèíåðà W ðàâåí ñóììå ñâÿçåé, ñóùåñòâóþùèõ ìåæäó âñåìè

18

ïàðàìè ¾òÿæåëûõ¿ àòîìîâ â ãðàôå ìîëåêóëû ñ n âåðøèíàìè:

W =1

2

n∑i,j

gD(ij).

Èíäåêñ Âèíåðà W (G) � ïåðâûé òîïîëîãè÷åñêèé èíäåêñ, èñïîëüçîâàííûé

â õèìèè. Èíäåêñ Âèíåðà è ðîäñòâåííûå åìó òîïîëîãè÷åñêèå èíäåêñû ÷à-

ñòî èñïîëüçóþò â èññëåäîâàíèÿõ ¾ñòðóêòóðà-ñâîéñòâî¿ äëÿ õàðàêòåðèñòè-

êè êîìïàêòíîñòè ìîëåêóë. Îäíàêî, íåîáõîäèìî ïîìíèòü, ÷òî â ìàòðèöå D

â êà÷åñòâå ðàññòîÿíèÿ ìåæäó àòîìàìè ðàññìàòðèâàåòñÿ ÷èñëî ñâÿçåé, ðàç-

äåëÿþùèõ ýòè àòîìû. ×òîáû ïðèáëèçèòü îïèñàíèå ñòðóêòóðû ñ ïîìîùüþ

ìàòðèöû ðàññòîÿíèé ê ðåàëüíîé ñèòóàöèè, ïðåäëîæåíî èñïîëüçîâàòü â êà-

÷åñòâå íå äèàãîíàëüíûõ ýëåìåíòîâ ìàòðèöû óñðåäíåííûå (òèïè÷íûå) ðàñ-

ñòîÿíèÿ ìåæäó àòîìàìè â ìîëåêóëàõ, ïîìåùåííûõ â òðåõìåðíóþ ðåøåòêó,

èëè ðàññòîÿíèÿ, îïðåäåëåííûå ïî ýêñïåðèìåíòàëüíûì äàííûì, ëèáî ïîëó-

÷åííûå íà îñíîâå êâàíòîâî-õèìè÷åñêèõ ðàñ÷åòîâ.

Èíäåêñ Ðàíäè÷à χ(1) õàðàêòåðèçóåò ìîëåêóëÿðíóþ ñâÿçíîñòü:

χ(1) =∑(i,j)

(vivj)−1/2,

ãäå � vi è vj ñòåïåíè âåðøèí ãðàôà, ò. å. ñîîòâåòñòâóþùåãî êîëè÷åñòâà

ñâÿçåé âåðøèí i è j.

Êèð è Õîëë óâèäåëè â ñõåìå Ðàíäè÷à îñíîâó äëÿ ðàçâèòèÿ îáùåãî ìå-

òîäà îïèñàíèÿ ñòðóêòóð îðãàíè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé ñ èñïîëüçîâàíèåì ïðåä-

ëîæåííîãî èìè ïîíÿòèÿ ìîëåêóëÿðíîé ñâÿçíîñòè. Ïåðâîå óðàâíåíèå äëÿ

òîïîëîãè÷åñêîãî èíäåêñà âûãëÿäåëî òàê:

1X =∑

(δiδj)(−1/2),

ãäå δ ñîîòâåòñòâóåò ÷èñëó ñîñåäíèõ àòîìîâ (áåç ó÷åòà àòîìîâ âîäîðîäà).

Ýòî óðàâíåíèå èäåíòè÷íî óðàâíåíèþ äëÿ èíäåêñà Ðàíäè÷à. Îäíàêî, àâ-

òîðû ðàñøèðèëè ðàññìàòðèâàåìûé ïîäõîä, ðàñïðîñòðàíèâ ôðàãìåíòàöèþ

ìîëåêóëÿðíîãî ãðàôà íå òîëüêî íà ñâÿçè, íî è íà àòîìû(0X =

∑(δ)(−1/2)

),

à òàêæå íà ôðàãìåíòû ñ íåñêîëüêèìè ñâÿçÿìè. Íàïðèìåð, ïðè ðàññå÷åíèè

ìîëåêóëÿðíîãî ãðàôà íà ôðàãìåíòû ñ äâóìÿ ñâÿçÿìè îöåíèâàåòñÿ èíäåêñ(2X =

∑(δiδjδk)

(−1/2)), ïðè ðàññå÷åíèè ìîëåêóëÿðíîãî ãðàôà íà ôðàãìåí-

òû ñ òðåìÿ ñâÿçÿìè îöåíèâàåòñÿ èíäåêñ(3X =

∑(δiδjδkδl)

(−1/2))è ò. ä. Êðî-

19

ìå òîãî, ðàñ÷åò òàêèõ èíäåêñîâ ñòàë ïðîâîäèòüñÿ è äëÿ ìîëåêóë, ñîäåðæà-

ùèõ ãåòåðîàòîìû. Ïðè ýòîì àòîìû âîäîðîäà ïðè ãåòåðîàòîìàõ (êàê è ðàíåå

àòîìû âîäîðîäà ïðè óãëåðîäå) íå ïðèíèìàëèñü â ðàñ÷åò.

Ïîçæå Êèð è Õîëë ïðåäëîæèëè îáùåå âûðàæåíèå äëÿ îöåíêè δv ëþáîãî

àòîìà:

δv = Zv − h,

ãäå Zv � ÷èñëî âàëåíòíûõ ýëåêòðîíîâ ñ ó÷åòîì ýëåêòðîíîâ íåïîäåë¼ííûõ

ýëåêòðîííûõ ïàð, à h � ÷èñëî àòîìîâ âîäîðîäà ïðè ýòîì àòîìå (èìåþ-

ùèõñÿ â ñòðóêòóðíîé ôîðìóëå, íî îòñóòñòâóþùèõ â ìîëåêóëÿðíîì ãðàôå).

Òàê, çíà÷åíèå δv äëÿ àòîìà óãëåðîäà áåíçîëà ðàâíî òðåì (òàêîé àòîì èìååò

÷åòûðå âàëåíòíûõ ýëåêòðîíà è ñîåäèíåí ñ îäíèì àòîìîì âîäîðîäà), çíà÷å-

íèå δv äëÿ àòîìà êèñëîðîäà â ñïèðòàõ ðàâíî ïÿòè (òàêîé àòîì èìååò øåñòü

âàëåíòíûõ ýëåêòðîíîâ è ñîåäèíåí ñ îäíèì àòîìîì âîäîðîäà), à â ïðîñòûõ

ýôèðàõ ðàâíî øåñòè (òî æå ÷èñëî âàëåíòíûõ ýëåêòðîíîâ, íî îòñóòñòâóþò

àòîìû âîäîðîäà ïðè ãåòåðîàòîìå).

 ïîñëåäóþùèõ ðàáîòàõ Êèðà è Õîëëà áûëî ïðåäëîæåíî êîëè÷åñòâåí-

íî îïèñûâàòü âçàèìíîå âëèÿíèå àòîìîâ íà îñíîâå èíäåêñîâ ýëåêòðîííîãî

ñîñòîÿíèÿ. Çíà÷åíèÿ S ëþáîãî àòîìà îöåíèâàþòñÿ ïî ôîðìóëå:

S = I +∆I,

I = δv+1δ , ∆I =

Ii−Ijr2ij

,

ãäå r � ÷èñëî ñâÿçåé ìåæäó äâóìÿ ðàññìàòðèâàåìûìè àòîìàìè.

Èíäåêñû Êèðà è Õîëëà äîñòàòî÷íî øèðîêî èñïîëüçîâàëèñü ïðè ïîèñêå

êîëè÷åñòâåííûõ âçàèìîñâÿçåé ñòðóêòóðà-ñâîéñòâî. Èõ ïîïóëÿðíîñòü ìîæ-

íî îáúÿñíèòü ïðîñòîòîé ðàñ÷åòà è íàãëÿäíûì ïðåäñòàâëåíèåì ñòðóêòóðíûõ

ôîðìóë ðàññìàòðèâàåìûõ ñîåäèíåíèé.

Îäíàêî îïèñàíèå îñîáåííîñòåé ýëåêòðîííîé ñòðóêòóðû ÷èñëîì âàëåíò-

íûõ ýëåêòðîíîâ, à ðàññòîÿíèé ìåæäó àòîìàìè � ÷èñëîì ñâÿçåé ìåæäó íè-

ìè ÿâëÿåòñÿ ñëèøêîì óïðîùåííûì äëÿ âûÿâëåíèÿ ðåàëüíîé ìîëåêóëÿðíîé

ñòðóêòóðû. Îòñþäà ïîíÿòíà êðèòèêà âîçìîæíîñòè èñïîëüçîâàíèÿ óêàçàí-

íûõ èíäåêñîâ äëÿ íàõîæäåíèÿ ðåàëüíûõ âçàèìîñâÿçåé ñòðóêòóðà � áèîëî-

ãè÷åñêàÿ àêòèâíîñòü.

Èíäåêñ ñðåäíåêâàäðàòè÷íûõ ðàññòîÿíèé D2:

D2 =

∑i Pii

2∑i Pi

,

20

ãäå Pi � ÷èñëî ïàð â ìàòðèöå D(G), ðàññòîÿíèå ìåæó êîòîðûìè ðàâíîé i.

Èíäåêñû çàãðåáñêîé ãðóïïû:

M1(G) =∑i

v2i , M2(G) =∑(i,j)

(vivj).

 ïåðâîì âûðàæåíèè ñóììèðîâàíèå ïðîâîäèòñÿ ïî âñåì âåðøèíàì, à âî

âòîðîì � ïî âñåì ïàðàì ñâÿçàííûõ àòîìîâ. Íàèáîëüøåå ñîáñòâåííîå çíà-

÷åíèå λmax ìàòðèöû ñìåæíîñòè A(G) êàê òîïîëîãè÷åñêèé èíäåêñ áûë ïðåä-

ëîæåí â êà÷åñòâå ìåðû êîëè÷åñòâà ðàçâåòâëåíèé â ñòðóêòóðå ãðàôà.

Òåîðåòèêî-òîïîëîãè÷åñêèå èíäåêñû. Îñîáîé ãðóïïîé òîïîëîãè÷åñêèõ

èíäåêñîâ ÿâëÿþòñÿ òàê íàçûâàåìûå òåîðåòèêî-òîïîëîãè÷åñêèå èíäåêñû, îñ-

íîâàííûå íà èñïîëüçîâàíèè óíèâåðñàëüíîé ôîðìóëû Øåííîíà äëÿ îöåíêè

íåîäíîðîäíîñòè (èíôîðìàöèè) ëþáîé ñèñòåìû. Ïðåäïîëîæèì, ÷òî ñòðóê-

òóðà ìîëåêóëû îïðåäåëåííûì îáðàçîì ðàçáèòà íà ïîäìíîæåñòâà. Òîãäà,

âû÷èñëèâ âåðîÿòíîñòü ïîïàäàíèÿ òîãî èëè èíîãî ýëåìåíòà â çàäàííîå ïîä-

ìíîæåñòâî, ìîæíî îöåíèòü èíôîðìàöèþ î ðàñïðåäåëåíèè âñåõ ýëåìåíòîâ

ïî ïîäìíîæåñòâàì (ôîðìóëà Øåííîíà):

Info = −∑i

ni

nlog2

ni

n(áèò),

ãäå ni � êîëè÷åñòâî ýëåìåíòîâ â ïîäìíîæåñòâå i, à n � ñóììàðíîå êîëè-

÷åñòâî âñåõ ýëåìåíòîâ ñèñòåìû, ðàâíîå n =∑

i ni. Â ýòîì âûðàæåíèè ëî-

ãàðèôì áåðåòñÿ ïî îñíîâàíèþ 2, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò èíôîðìàöèè âûðàæåí-

íîé â áèòàõ. Íà îñíîâå ôîðìóëû Øåííîíà ââåäåíû ñëåäóþùèå òåîðåòèêî-

èíôîðìàöèîííûå èíäåêñû.

Íåîäíîðîäíîñòü ðàñïðåäåëåíèÿ ðàññòîÿíèé ìåæäó âåðøèíàìè â ãðàôå,

èñïîëüçóåòñÿ äëÿ õàðàêòåðèñòèêè ðàçâåòâëåííîñòè ìîëåêóëÿðíîé ñòðóêòó-

ðû. Çäåñü ñòåïåíü íåîäíîðîäíîñòè ñòðóêòóðû, îöåíèâàåòñÿ íà îñíîâå àíà-

ëèçà ðàñïðåäåëåíèÿ ðàññòîÿíèé ìåæäó âåðøèíàìè ãðàôà. Òîãäà ni = Pi �

êîëè÷åñòâî ñâÿçåé äëèíû ¾i¿, à n � îáùåå êîëè÷åñòâî êðàò÷àéøèõ ðàññòîÿ-

íèé ìåæäó âñåìè ïàðàìè àòîìîâ ñòðóêòóðû. ×àñòî áûâàåò óäîáíî èñïîëü-

çîâàòü îáùåå êîëè÷åñòâî èíôîðìàöèè â ïåðåñ÷åòå íà ãðàô � TID:

TID = n · ID,

Èíôîðìàöèîííîå ñîäåðæàíèå ãðàôà îòíîñèòåëüíî îêðåñòíîñòåé k-ãî

ïîðÿäêà � ICk, ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé èíôîðìàöèîííîå ñîäåðæàíèå â ðàñ÷åòå

21

íà îäíó âåðøèíó:

ICk = −∑i

pi log2 pi,

ãäå pi � âåðîÿòíîñòü òîãî, ÷òî âûáðàííàÿ ñëó÷àéíûì îáðàçîì âåðøèíà ãðà-

ôà (àòîì) ïîïàäåò â i-òîå ïîäìíîæåñòâî, ïðè÷åì âû÷èñëÿåòñÿ îíà ñ ó÷åòîì

îêðóæåíèÿ.

TICk � ïîëíîå èíôîðìàöèîííîå ñîäåðæàíèå � ìåðà ñëîæíîñòè â ðàñ÷åòå

íà îäèí ãðàô:

TICk = n · ICk

SICk � ñòðóêòóðíîå èíôîðìàöèîííîå ñîäåðæàíèå:

SICk =ICk

log2 n

BICk � èíôîðìàöèîííîå ñîäåðæàíèå ñâÿçûâàíèÿ:

BICk =ICk

log2Nb,

ãäå Nb � ïîëíîå ÷èñëî ðåáåð (êîâàëåíòíûõ ñâÿçåé) â ìîëåêóëÿðíîì ãðàôå.

CICk � êîìïëåìåíòàðíîå èíôîðìàöèîííîå ñîäåðæàíèå:

CICk = log2 n− ICk.

1.1.6 Ñîçäàíèå âûáîðêè ñîåäèíåíèé

 ïîäãîòîâêå ê ïðîöåññó àíàëèçà QSAR íåîáõîäèìî îñâåòèòü îòáîð ñî-

åäèíåíèé, êàê íåìàëîâàæíóþ ÷àñòü àíàëèçà. Îäíèì èç ïåðâûõ ðó÷íûõ ìå-

òîäîâ áûë ìåòîä Êðåéãà (Craig), êîòîðûé ðàññìàòðèâàë äâóìåðíûå ãðà-

ôèêè âàæíûõ ôèçèêî-õèìè÷åñêèõ ñâîéñòâ. Âíèìàíèå óäåëÿëîñü âûáîðó

çàìåñòèòåëåé èç âñåõ ÷åòûðåõ êâàäðàíòîâ ãðàôèêà [34]. Cõåìà Òîïëèññà

(Topliss) ïîçâîëÿëà åìó, íà÷àâ ñ äâóõ ñîåäèíåíèé ïîñòðîèòü ãðàô, ð¼áðà

êîòîðîãî ñîåäèíÿëè ìíîæåñòâî çàìåñòèòåëåé, ðàñøèðÿåìîå â ïîøàãîâîì

ðåæèìå [35]. Òîïëèññ ïîçæå ïðåäëîæèë ïåðèîäè÷åñêóþ ñõåìó, âêëþ÷àþ-

ùóþ ïðîâåðåííûå çàìåñòèòåëè, òàêèå êàê 3,4-Cl2; 4-Cl; 4-CH3; 4-OCH3 è

4-Í-àíàëîãè [36]. Äðóãèå ìåòîäû ðó÷íîãî îòáîðà çàìåñòèòåëåé âêëþ÷àþò

ìåòîä ïîèñêà Ôèáîíà÷÷è, ïîøàãîâàÿ ñèìïëåêñíàÿ ñòðàòåãèÿ è ïàðàìåòð,

ââåäåííûé Ìåãè (Magee) [37�39].

22

Îäèí èç ïåðâûõ ìàøèííûõ ìåòîäîâ àíàëèòè÷åñêîãî îòáîðà � êëàñòåð-

íûé àíàëèç, ïðåäëîæåííûé Ãàí÷åì, ïðèçâàí áûë óñêîðèòü ïðîöåññ ðàçäå-

ëåíèÿ çàìåñòèòåëåé. Áîëåå íîâûå ìåòîäèêè, âêëþ÷àþùèå D-îïòèìàëüíûå

ïëàíèðîâàíèå, êîòîðîå îñíîâàíî íà èñïîëüçîâàíèè îïðåäåëèòåëÿ äèñïåðñè-

îííî-êîâàðèàöèîííîé ìàòðèöû. Äåòåðìèíàíò ìàòðèöû � ýòî ÷èñëî, ìàêñè-

ìàëüíîå äëÿ ñîåäèíåíèé, ïîêàçûâàþùèõ ìàêñèìóì äèñïåðñèè è ìèíèìóì

êîâàðèàöèè [40�42]. Ñâîþ ïîëüçó ïîêàçàëî ñî÷åòàíèå íåïîëíîãî ôàêòîðíî-

ãî ìîäåëèðîâàíèÿ è îñíîâíûì ìåòîäîâ QSAR. Äîïîëíåíèå ýòîãî ìåòîäà,

èñïîëüçóþùåå ìíîãîìåðíîå ìîäåëèðîâàíèå, îêàçàëîñü ïåðñïåêòèâíûì äëÿ

ïîèñêà êîëè÷åñòâåííûõ ñîîòíîøåíèé ¾ñòðóêòóðà � ñâîéñòâî¿ îêðóæàþùåé

ñðåäû ñ íåñïåöèôè÷åñêèìè ðåàêöèÿìè, ãäå èñïîëüçîâàíèå êëàññè÷åñêîãî

êëàñòåðíîãî àíàëèçà çàòðóäíåíî â âèäó ÷àñòè÷íîãî ïåðåêðûòèÿ êëàñòå-

ðîâ [43]. Äëÿ äàííûõ, èìåþùèõ ÷åòêóþ êëàñòåðèçàöèþ íà íåñêîëüêî êëàñ-

ñîâ ñîåäèíåíèé, îïèñàíà äðóãàÿ ñòðàòåãèÿ, êîòîðàÿ âêëþ÷àåò ëîêàëüíûé

ìíîãîìåðíûé àíàëèç âíóòðè êàæäîãî êëàñòåðà. Îòîáðàííûå âïîñëåäñòâèè

ñîåäèíåíèÿ ïîñëå ëîêàëüíîãî àíàëèçà îáúåäèíÿþòñÿ â îáùèé íàáîð, õàðàê-

òåðèçóþùèé âñå êëàñòåðû [44].

1.1.7 Ðåãðåññèîííûé àíàëèç: ìíîæåñòâåííàÿ ëèíåéíàÿ

ðåãðåññèÿ

Ñðåäè ìàòåìàòè÷åñêèõ ìåòîäîâ, èñïîëüçóåìûõ äëÿ ïîñòðîåíèÿ ìîäåëåé

QSAR, íàèáîëåå øèðîêî èçâåñòåí ìíîæåñòâåííûé ðåãðåññèîííûé àíàëèç

(multilinear regression analysis, MRA). Ðåãðåññèîííûé àíàëèç � ñòàòèñòè-

÷åñêàÿ ìåòîäèêà äëÿ óñòàíîâëåíèÿ çàâèñèìîñòè ìåæäó ñâîáîäíûìè (íåçà-

âèñèìûìè) ïåðåìåííûìè è çàâèñèìîé ïåðåìåííîé (ôóíêöèåé), íàïðèìåð,

áèîëîãè÷åñêîé àêòèâíîñòüþ.

 ìåòîäå MRA ïðèíÿòû ñëåäóþùèå äîïóùåíèÿ:

1. Íåçàâèñèìûå ïåðåìåííûå, êîòîðûå ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ÷àùå âñåãî

ôèçèêî-õèìè÷åñêèå ïàðàìåòðû, èçìåðåíû áåç îøèáîê. Íî, ê ñîæàëå-

íèþ, íå âñåãäà áûâàþò ñëó÷àè, êîãäà îøèáêà àðãóìåíòîâ ñëàáî ñîïî-

ñòàâèìà ñ îøèáêîé ôóíêöèè.

2. Äëÿ ëþáîãî çàäàííîãî çíà÷åíèÿ Õ, çíà÷åíèÿ Y íåçàâèñèìû è îáðàçó-

þò íîðìàëüíîå ðàñïðåäåëåíèå. Âåëè÷èíà îøèáêè Ei èìååò íîðìàëü-

23

íîå ðàñïðåäåëåíèå ñ öåíòðîì â íóëå.

3. Îæèäàåìûå çíà÷åíèÿ ïåðåìåííîé Y äëÿ âñåõ çíà÷åíèé Õ ëåæàò íà

ïðÿìîé ëèíèè.

4. Îòêëîíåíèå îò ëèíèè ðåãðåññèè ïîñòîÿííî. ¾Ëó÷øàÿ¿ ïðÿìàÿ ëèíèÿ

äëÿ ìîäåëè ïðîâîäèòñÿ ÷åðåç òî÷êè òàêèì îáðàçîì, ÷òî ñóììà êâàä-

ðàòîâ âåðòèêàëüíûõ ðàññòîÿíèé îò òî÷åê äî ëèíèè ìèíèìàëüíà. Yobs

ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé èçìåðåííîå çíà÷åíèå ðàññìàòðèâàåìîé òî÷êè, à

Ycalc ïðåäñêàçàííîå çíà÷åíèå, ïðèíàäëåæàùåå ëèíèè.

Ñóììà êâàäðàòîâ îòêëîíåíèé èëè ôóíêöèîíàë íåâÿçêè:

SS =∑

(Yobs − Ycalc)2,

ãäå Yobs = aXi + b + Ei, Ycalc = aXi + b. Ñëó÷àéíàÿ îøèáêà èçìåðåíèÿ

Ei = Yobs − (aXi + b).

n∑i=1

E2i =

∑∆2 = SS =

∑(Yobs − Ycalc)

2.

×òîáû ìèíèìèçèðîâàòü ôóíêöèîíàë íåâÿçêè, íåîáõîäèìî âçÿòü ÷àñò-

íûå ïðîèçâîäíûå ïî êîýôôèöèåíòàì óðàâíåíèÿ ðåãðåññèè, ïðèðàâíÿòü èõ

ê íóëþ è ðåøèòü ñèñòåìó ëèíåéíûõ àëãåáðàè÷åñêèõ óðàâíåíèé:{∂SS∂b =

∑−2(Yobs − aXi − b) = 0

∂SS∂a =

∑−2Xi(Yobs − aXi − b) = 0.

Óðàâíåíèÿ ìîæíî ïåðåïèñàòü â âèäå:{b∑

Xi + a∑

X2i =

∑XiYobs

b+ a∑

Xi =∑

Yobs.

Ðåøàÿ äàííóþ ñèñòåìó óðàâíåíèé, ïîëó÷èì çíà÷åíèÿ êîýôôèöèåíòîâ a è b.

Áîëåå äåòàëüíî ïðîöåäóðû àíàëèçà ðàññìîòðåíû â èñòî÷íèêàõ [13,45�47].

Äëÿ ðåãðåññèîííîãî àíàëèçà (XTX) · B = XTY , îòêóäà ñëåäóåò B =

(XTX)−1XTY , ãäå B � ñòîëáåö êîýôôèöèåíòîâ, (XTX) � èíôîðìàöèîí-

íàÿ ìàòðèöà.

Äëÿ ñòàòèñòè÷åñêîé îöåíêè ðåçóëüòàòîâ ðåãðåññèè èñïîëüçóþò êîýôôè-

öèåíò êîððåëÿöèè r, îáùóþ äèñïåðñèþ SST , îñòàòî÷íóþ äèñïåðñèþ SSQ

24

è ñòàíäàðòíîå îòêëîíåíèå s.

r2 = 1− ∆2

SST

SST =∑

(Yobs − Ycalc)2 =

∑y2 − (

∑y)2

n∑∆2 = SSQ =

∑(Yobs − Ycalc)

2

s =√ ∑

∆2

n−k−1 =√

SSQn−k−1 .

Êîýôôèöèåíò êîððåëÿöèè r � ìåðà êà÷åñòâà ïðèãîäíîñòè ìîäåëè, îñíî-

âàííàÿ íà äèñïåðñèè äàííûõ. Â èäåàëüíîé ñèòóàöèè æåëàòåëüíî, ÷òîáû

êîýôôèöèåíò êîððåëÿöèè áûë ðàâåí èëè áëèçîê ê åäèíèöå, íî â ðåàëüíî-

ñòè èç-çà ïðèñóòñòâèÿ â áèîëîãè÷åñêèõ äàííûõ îøèáîê, âåëè÷èíû êîòîðûõ

íåèçâåñòíû, ïðèíèìàåòñÿ, ÷òî ëþáîå çíà÷åíèå ñâûøå 0,9 áóäåò äîïóñòè-

ìûì. Ñòàíäàðòíîå îòêëîíåíèå s ÿâëÿåòñÿ àáñîëþòíîé ìåðîé ïðèãîäíîñòè

ìîäåëè.  ñàìîì ëó÷øåì ñëó÷àå s äîëæåí ñòðåìèòüñÿ ê íóëþ, íî â ðåàëü-

íûõ ýêñïåðèìåíòàõ ýòî äàëåêî íå òàê. Âåëè÷èíà s ìîæåò áûòü îòëè÷íîé

îò íóëÿ, ÷òî îáúÿñíÿåòñÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûìè îøèáêàìè â èñõîäíûõ äàí-

íûõ è, êàê ïðàâèëî, íåñîâåðøåíñòâîì ìîäåëè. Á�îëüøàÿ âûáîðêà äàííûõ è

óìåíüøåíèå ÷èñëà ïåðåìåííûõ ÷àùå âñåãî ïðèâîäèò ê ñíèæåíèþ çíà÷åíèé

ñðåäíåêâàäðàòè÷íîãî îòêëîíåíèÿ. ×àñòî äëÿ îïðåäåëåíèÿ óðîâíÿ ñòàòè-

ñòè÷åñêîé çíà÷èìîñòè (àäåêâàòíîñòè) ðåãðåññèîííîé ìîäåëè èñïîëüçóþòñÿ

êâàíòèëè ðàñïðåäåëåíèÿ Ôèøåðà F :

Fk2−k1,n−k2 =SS1 − SS2

SS2· n− k2 − 1

k2 − k1.

Áîëåå çíà÷èìîé êîððåëÿöèè ñîîòâåòñòâóåò áîëüøåå çíà÷åíèå êðèòåðèÿ

Ôèøåðà. Äîâåðèòåëüíûå èíòåðâàëû êîýôôèöèåíòîâ â óðàâíåíèè ïîêàçû-

âàþò çíà÷èìîñòü êàæäîãî ÷ëåíà â óðàâíåíèè ðåãðåññèè.

×òîáû ïîëó÷èòü ñòàòèñòè÷åñêè çíà÷èìóþ ìîäåëü QSAR, íåîáõîäèìî

äåðæàòü â ïàìÿòè ñäåëàííûå äîïóùåíèÿ. Âàæíî ïîëó÷èòü èíôîðìàöèþ î

êîëëèíåàðíîñòè ìåæäó ïåðåìåííûìè è ñëó÷àéíûõ êîððåëÿöèÿõ. Èñïîëüçî-

âàíèå êîððåëÿöèîííî-êîâàðèàöèîííîé ìàòðèöû îáåñïå÷èâàåò îðòîãîíàëü-

íîñòü ïåðåìåííûõ äðóã äðóãó. Íàðÿäó ñ áûñòðûì ðàçðàñòàíèåì ÷èñëà ïà-

ðàìåòðîâ îñîáîå âíèìàíèå ñëåäóåò óäåëèòü íåäîïóùåíèþ ÷ðåçìåðíîãî êî-

ëè÷åñòâà ïåðåìåííûõ â àíàëèòèêå QSAR. Òîïëèññ íàãëÿäíî ïîêàçàë, ÷òî

25

ñóùåñòâóåò âûñîêèé ðèñê îêîí÷àíèÿ âû÷èñëåíèé ñî ñëó÷àéíûìè êîððåëÿ-

öèÿìè, êîãäà èñïîëüçóåòñÿ ñëèøêîì ìíîãî ïåðåìåííûõ [48].

Ñâîé õàðàêòåðíûé íåãàòèâíûé îòïå÷àòîê ïðè ñîçäàíèè ìîäåëè QSAR

íàêëàäûâàþò âûáðîñû (ãðóáûå îøèáêè). Åñëè òàêèå òî÷êè ïëîõî ñî÷åòà-

þòñÿ ñ ìîäåëüþ (îòêëîíÿþòñÿ íà âåëè÷èíû, áîëüøèå äâóõ ñòàíäàðòíûõ

îòêëîíåíèé), òî èõ ñëåäóåò èñêëþ÷èòü èç ìîäåëè, à ìîäåëü ïåðåñ÷èòàòü.

Òàêèå îøèáêè ìîæíî îáúÿñíèòü íåòî÷íîñòÿìè â èñõîäíûõ äàííûõ èëè

íåàäåêâàòíîñòüþ ïðåäëîæåííîé QSAR-ìîäåëè.

1.2 Ñâîéñòâà ñâåðõêðèòè÷åñêèõ ôëþèäîâ è èõ

ïðèìåíåíèå

Ñâåðõêðèòè÷åñêèì ôëþèäîì (ÑÊÔ) íàçûâàþò ñîñòîÿíèå âåùåñòâà, â

êîòîðîì åãî òåìïåðàòóðà è äàâëåíèå ïðåâûøàþò êðèòè÷åñêèå ïàðàìåòðû.

 êðèòè÷åñêîé òî÷êå äâå ôàçû, æèäêàÿ è ãàçîâàÿ, ñòàíîâÿòñÿ íåðàçëè-

÷èìû. Ìíîãèå ôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà ÑÊÔ (ïëîòíîñòü, âÿçêîñòü, ñêîðîñòü

äèôôóçèè) ÿâëÿþòñÿ ïðîìåæóòî÷íûìè ìåæäó ñâîéñòâàìè æèäêîñòè è ãà-

çà.

Ïîñëåäíèå íåñêîëüêî äåñÿòèëåòèé ïðîäîëæàþòñÿ àêòèâíûå ïîèñêè ðàç-

ëè÷íûõ îáëàñòåé ïðèìåíåíèÿ ñâåðõêðèòè÷åñêèõ ôëþèäîâ [49]. Àêòèâíîñòü

îòå÷åñòâåííûõ è çàðóáåæíûõ ó÷åíûõ ìîæíî îáúÿñíèòü ñòðåìëåíèåì ñíè-

çèòü ýêîëîãè÷åñêóþ íàãðóçêó õèìè÷åñêèõ ïðîèçâîäñòâ íà îêðóæàþùóþ

ñðåäó, ïåðåðàáàòûâàòü øèðîêèé ñïåêòð îòõîäîâ ïðîèçâîäñòâ, à òàêæå ïåð-

ñïåêòèâàìè îòêðûòèÿ íîâûõ ìàòåðèàëîâ [50, 51] èëè ñïîñîáîâ ïðîâåäåíèÿ

òðàäèöèîííûõ õèìè÷åñêèõ ïðîöåññîâ [2].  ýòîì ðàçäåëå áóäóò ðàññìîòðå-

íû îñíîâíûå íà òåêóùèé ìîìåíò íàïðàâëåíèÿ ïðèìåíåíèÿ ñâåðõêðèòè÷å-

ñêèõ ôëþèäîâ â ïðîìûøëåííîñòè.

Îñíîâíûìè ïðåèìóùåñòâàìè ñâåðõêðèòè÷åñêèõ ôëþèäîâ êàê ðàñòâîðè-

òåëåé ÿâëÿþòñÿ:

- ñî÷åòàíèå ñâîéñòâ ãàçîâ ïðè âûñîêèõ äàâëåíèÿõ (íèçêàÿ âÿçêîñòü, âû-

ñîêèé êîýôôèöèåíò äèôôóçèè) è æèäêîñòåé (âûñîêàÿ ðàñòâîðÿþùàÿ

ñïîñîáíîñòü);

- áûñòðûé ìàññîïåðåíîñ, îñóùåñòâëÿåìûé áëàãîäàðÿ íèçêîé âÿçêîñòè

è âûñîêîìó êîýôôèöèåíòó äèôôóçèè;

26

- ñî÷åòàíèå ïðåíåáðåæèìî ìàëîãî ìåæôàçíîãî íàòÿæåíèÿ ñ íèçêîé

âÿçêîñòüþ è âûñîêèì êîýôôèöèåíòîì äèôôóçèè, ïîçâîëÿþùåå ñâåðõ-

êðèòè÷åñêèì ôëþèäàì ïðîíèêàòü â ïîðèñòûå ñðåäû áîëåå ëåãêî ïî

ñðàâíåíèþ ñ æèäêîñòÿìè;

- âûñîêàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü ðàñòâîðÿþùåé ñïîñîáíîñòè ÑÊÔ ê èçìå-

íåíèþ äàâëåíèÿ è òåìïåðàòóðû;

- ïðîñòîòà ðàçäåëåíèÿ ñâåðõêðèòè÷åñêèõ ôëþèäîâ è ðàñòâîð¼ííûõ â

íèõ âåùåñòâ ïðè ñáðîñå äàâëåíèÿ.

Óíèêàëüíûå ñâîéñòâà ÑÊÔ êàê ðàñòâîðèòåëÿ íàõîäÿò øèðîêîå ïðèìå-

íåíèå äëÿ ýêñòðàêöèè è ðàçäåëåíèÿ.  ñâåðõêðèòè÷åñêèõ ñðåäàõ âîçìîæ-

íî ðàñòâîðåíèå ìîëåêóë ñ ðàçëè÷íûìè ðàçìåðàìè, ìîëåêóëÿðíîé ìàññîé

è ïîëÿðíîñòüþ.  ñðàâíåíèè ñ æèäêîé ôàçîé, ÑÊÔ èìåþò á�îëüøóþ ñæè-

ìàåìîñòü, èìåþò áîëüøèé ìîëüíûé îáúåì, ÷òî ìîæåò ñïîñîáñòâîâàòü îá-

ðàçîâàíèþ êëàñòåðîâ è íåñòîéêèõ êîìïëåêñîâ è ïîëîæèòåëüíî âëèÿòü íà

ïîâûøåíèå ðàñòâîðèìîñòè.

 íàñòîÿùåå âðåìÿ â êà÷åñòâå ÑÊÔ èñïîëüçóåòñÿ øèðîêèé ñïåêòð îð-

ãàíè÷åñêèõ è íåîðãàíè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé, òàêèõ êàê N2Î, NÍ3, ÑÍ3F ,

ÑÍ2F2, ÑÍF3, Ñ6Í6, SF6. Îäíàêî, íàèáîëåå ïîïóëÿðíûì è øèðîêî èñïîëü-

çóåìûì ðàñòâîðèòåëåì â ñâåðõêðèòè÷åñêîì ñîñòîÿíèè, íà îñíîâå êîòîðî-

ãî îñóùåñòâëåíî áîëåå 80% âñåõ èññëåäîâàíèé â îáëàñòè ñâåðõêðèòè÷å-

ñêèõ ôëþèäíûõ òåõíîëîãèé (ÑÊÔÒ) è ïðîöåññîâ, ÿâëÿåòñÿ äèîêñèä óãëå-

ðîäà. Ýòî îáóñëîâëåíî åãî íèçêèìè êðèòè÷åñêèìè ïàðàìåòðàìè (òåìïåðà-

òóðà 31,2◦Ñ, äàâëåíèå 72,8 àòì.). Êðîìå òîãî, äèîêñèä óãëåðîäà ÿâëÿåòñÿ

íåòîêñè÷íûì, íåãîðþ÷èì è îòíîñèòåëüíî íåäîðîãèì âåùåñòâîì, êîòîðîå

ïðè íîðìàëüíûõ óñëîâèÿõ ÿâëÿåòñÿ ãàçîì, ÷òî îáëåã÷àåò åãî ðàçäåëåíèå ñ

öåëåâûìè ïðîäóêòàìè ïîñëå çàâåðøåíèÿ ïðîöåññà. Èñïîëüçîâàíèå äèîêñè-

äà óãëåðîäà âìåñòî îðãàíè÷åñêèõ ðàñòâîðèòåëåé ïîâûøàåò ýêîëîãè÷åñêóþ

áåçîïàñíîñòü ïðîèçâîäñòâ, à òàêæå ñòåïåíü ÷èñòîòû ïîëó÷àåìûõ ïðîäóê-

òîâ, ó÷èòûâàÿ îòñóòñòâèå â íèõ ñëåäîâ òîêñè÷íûõ îðãàíè÷åñêèõ ðàñòâîðè-

òåëåé è ñîäåðæàùèõñÿ â íèõ ïðèìåñåé.

Ñ íà÷àëà 90-õ ãîäîâ ñâåðõêðèòè÷åñêèå ôëþèäû àêòèâíî èçó÷àþòñÿ â

êà÷åñòâå ñðåä äëÿ ïðîâåäåíèÿ ðàçëè÷íûõ òåõíîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññîâ. Ê

íàñòîÿùåìó âðåìåíè òàêèå ïðîöåññû íàõîäÿò ïðèìåíåíèå â ñàìûõ ðàçëè÷-

íûõ îáëàñòÿõ íàóêè è òåõíèêè, íàïðèìåð, â òàêèõ êàê ïèùåâàÿ ïðîìûø-

27

ëåííîñòü, ôàðìàöåâòèêà è ìåäèöèíà, ïðîèçâîäñòâî è îáðàáîòêà ïîëèìå-

ðîâ, ïîëó÷åíèå íîâûõ ìàòåðèàëîâ, àíàëèòè÷åñêàÿ õèìèÿ (ïðîáîïîäãîòîâ-

êà, ñâåðõêðèòè÷åñêàÿ õðîìàòîãðàôèÿ), ýêîëîãèÿ, áèîòåõíîëîãèÿ è ïåðåðà-

áîòêà ìàòåðèàëîâ, î÷èñòêà ïîâåðõíîñòåé è ðåãåíåðàöèÿ ñîðáåíòîâ, ïåðå-

ðàáîòêà íåôòè, ãàçà è óãëÿ, îòõîäîâ ìåòàëëóðãèè è â íåêîòîðûõ äðóãèõ

íàïðàâëåíèÿõ.

1.2.1 Ïðîèçâîäñòâî è îáðàáîòêà ïîëèìåðîâ

 ïîñëåäíèå ãîäû ñâåðõêðèòè÷åñêèå ôëþèäû øèðîêî ïðèìåíÿþò â êà-

÷åñòâå ñðåäû â ïðîöåññàõ ïîëèìåðèçàöèè. Îñíîâíûì àðãóìåíòîì â ïîëü-

çó èõ èñïîëüçîâàíèÿ ÿâëÿåòñÿ âûñîêàÿ ðàñòâîðèìîñòü â íèõ ìîíîìåðîâ,

îòñóòñòâèå íåîáõîäèìîñòè ñóøêè ãîòîâîãî ïðîäóêòà è óäàëåíèÿ ðàñòâîðè-

òåëÿ [51].  äàëüíåéøåì ÑÎ2 â ñâåðõêðèòè÷åñêîì ñîñòîÿíèè (ÑÊÄÓ) èñ-

ïîëüçîâàëñÿ äëÿ ïîëèìåðèçàöèè âèíèëõëîðèäà, ñòèðîëà, àêðèëîíèòðèëà,

âèíèëàöåòàòà. Êàê âûÿñíèëîñü, ÑÊÄÓ ÿâëÿåòñÿ ýôôåêòèâíûì ðàñòâîðè-

òåëåì äëÿ ôòîðõëîðóãëåðîäîâ, ÷òî øèðîêî èñïîëüçóåòñÿ ïðè ñèíòåçå âû-

ñîêîìîëåêóëÿðíûõ àìîðôíûõ ôòîðïîëèìåðîâ. Â ñðåäå äèîêñèäà óãëåðîäà

îñóùåñòâëÿþò áåçâîäíóþ çîëü-ãåëü ïîëèìåðèçàöèþ ïðè ïîëó÷åíèè ïîëè-

ñèëîêñàíîâ [50]. Ïåðñïåêòèâíûì ïðåäñòàâëÿåòñÿ èñïîëüçîâàíèå ñâåðõêðè-

òè÷åñêèõ ñðåä äëÿ ïîëó÷åíèÿ áèîðåñîðáèðóåìûõ ïîëèìåðîâ, êîòîðûå ïî-

ñòåïåííî ðàñòâîðÿþòñÿ â ôèçèîëîãè÷åñêèõ æèäêîñòÿõ îðãàíèçìà, ÷òî øè-

ðîêî èñïîëüçóåòñÿ â ìåäèöèíå. Òàêèì ñïîñîáîì ïîëó÷àþò ïîëèëàêòèäû,

ïîëèãëèêîëèäû è ñîïîëèìåðû íà èõ îñíîâå.

Ïåðñïåêòèâíûì íàïðàâëåíèåì ÿâëÿåòñÿ îáðàáîòêà ïîëèìåðíûõ ìàòåðè-

àëîâ ÑÊÄÓ, ïðè êîòîðîé ïðîèñõîäèò ïëàñòèôèêàöèÿ ñòåêëîîáðàçíûõ ïîëè-

ìåðîâ, ïðèâîäÿùàÿ ê ñóùåñòâåííîìó ñíèæåíèþ òåìïåðàòóðû ñòåêëîâàíèÿ,

òàê êàê íàñûùåííûé äèîêñèäîì óãëåðîäà ïîëèìåð õàðàêòåðèçóåòñÿ ïîâû-

øåííîé ïîäâèæíîñòüþ öåïåé, à òàêæå óâåëè÷åííûì ðàññòîÿíèåì ìåæäó

íèìè. Ïëàñòèôèêàöèÿ ñîïðîâîæäàåòñÿ íàáóõàíèåì ïîëèìåðíîé ìàòðèöû ñ

ïîñëåäóþùèì óâåëè÷åíèåì ñâîáîäíîãî îáúåìà. Êðîìå òîãî, âîçìîæíî ñïå-

öèôè÷åñêîå âçàèìîäåéñòâèå ìåæäó ÑÎ2 è íåêîòîðûìè ôóíêöèîíàëüíûìè

ãðóïïàìè ïîëèìåðîâ, òàêèìè, êàê, íàïðèìåð, êàðáîíèëüíûå ãðóïïû.

Âûÿâëåíî âàæíîå ñâîéñòâî ïîëèìåðîâ ñîðáèðîâàòü â çíà÷èòåëüíîì êî-

ëè÷åñòâå (îò 1,5 äî 10%) äèîêñèä óãëåðîäà â ñâåðõêðèòè÷åñêîì ñîñòîÿíèè.

28

Òàêèìè ñâîéñòâàìè îáëàäàþò ïîëèìåòèëìåòàêðèëàò, ïîëèñóëüôîí, ïîëè-

âèíèëõëîðèä, ïîëèêàðáîíàò, óäàðîïðî÷íûé ïîëèñòèðîë è ðÿä äðóãèõ ïî-

ëèìåðîâ. Äàííîå ñâîéñòâî áûëî èñïîëüçîâàíî ðÿäîì èññëåäîâàòåëåé äëÿ

ñîçäàíèÿ òåõíîëîãèé ïîëó÷åíèÿ ïîðèñòûõ ïîëèìåðíûõ ìàòåðèàëîâ, èìå-

þùèõ øèðîêîå ïðàêòè÷åñêîå ïðèìåíåíèå. Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî ïðè

îáðàáîòêå ïîëèìåðîâ â ñðåäå ÑÊÄÓ ïðîèñõîäèò ýêñòðàêöèÿ èç ïîëèìåðîâ

îñòàòêîâ ðàñòâîðèòåëåé, ìîíîìåðîâ è äðóãèõ íåæåëàòåëüíûõ ïðèìåñåé. Ïî-

ëó÷àåìûå ïðè ýòîì îñîáî ÷èñòûå ìàòåðèàëû ìîæíî èñïîëüçîâàòü â êîñìè-

÷åñêîé òåõíèêå, â êà÷åñòâå èìïëàíòàòîâ â ìåäèöèíå è äð. Òàêèì ìåòîäîì,

íàïðèìåð, ìîæíî óäàëèòü ÷åòûðåõõëîðèñòûé óãëåðîä, õëîðèñòûé ìåòèëåí,

äèõëîðýòàí èç ïîëèýòèëåíà, ïîëèïðîïèëåíà, íàòóðàëüíîãî è ñèíòåòè÷åñêî-

ãî êàó÷óêà è äð.

 ñðåäå ÑÊÄÓ ïðîâîäÿò òàêæå èìïðåãíàöèþ ðàçëè÷íûõ ïîëèìåðíûõ

ìàòåðèàëîâ âåùåñòâàìè ñàìîé ðàçëè÷íîé ïðèðîäû � îò îðãàíè÷åñêèõ êîì-

ïëåêñîâ ìåòàëëîâ äî ëåêàðñòâåííûõ ïðåïàðàòîâ è îðãàíè÷åñêèõ êðàñèòå-

ëåé. Ïðåèìóùåñòâîì äàííîãî ñïîñîáà ÿâëÿåòñÿ ïîëó÷åíèå ÷èñòûõ ýêîëî-

ãè÷åñêè áåçîïàñíûõ êîìïëåêñíûõ ïîëèìåðíûõ ñèñòåì, à íåäîñòàòêîì �

íèçêàÿ ðàñòâîðèìîñòü ïîëÿðíûõ ñîåäèíåíèé â ÑÊÄÓ. Äëÿ ïîâûøåíèÿ ðàñ-

òâîðèìîñòè ê ÑÊÄÓ îáû÷íî äîáàâëÿþòñÿ ïîëÿðíûå âåùåñòâà, íàçûâàåìûå

ýíòðàéíåðàìè.  êà÷åñòâå ýíòðàéíåðîâ íàèáîëåå ÷àñòî èñïîëüçóþòñÿ ýòà-

íîë, ìåòàíîë, âîäà è äð. Â ÑÊÄÓ óñïåøíî îñóùåñòâëÿåòñÿ îêðàøèâàíèå

ïîëèìåðíûõ âîëîêîí, è èìåþòñÿ ñâåäåíèÿ îá îðãàíèçàöèè ïðîèçâîäñòâ íà

îñíîâå äàííîé òåõíîëîãèè.

1.2.2 Ïèùåâàÿ ïðîìûøëåííîñòü

Èñïîëüçîâàíèå ñâåðõêðèòè÷åñêèõ ðàñòâîðèòåëåé â ïèùåâîé ïðîìûø-

ëåííîñòè ÿâëÿåòñÿ îäíîé èç ñòàðåéøèõ îáëàñòåé ïðàêòè÷åñêîãî èñïîëüçî-

âàíèÿ ÑÊÔÒ [1].

Óäàëåíèå àëêàëîèäà êîôåèíà èç êîôå ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé âàæíóþ çàäà-

÷ó, ïîñêîëüêó èìååòñÿ áîëüøàÿ ïîòðåáíîñòü â äåêîôåèíèçèðîâàííîì ïðî-

äóêòå. Ñî ñðàâíåíèåì ïðîöåññîâ òðàäèöèîííîé æèäêîñòíîé ýêñòðàêöèè êî-

ôåèíà è äåêîôåèíèçàöèè íà îñíîâå ÑÊÄÓ ìîæíî îçíàêîìèòüñÿ â ãëàâå 5

¾Îõðàíà îêðóæàþùåé ñðåäû¿.

Äðóãèì êðóïíîìàñøòàáíûì ïèùåâûì ïðîèçâîäñòâîì, ãäå èñïîëüçóåò-

29

ñÿ ñâåðõêðèòè÷åñêèå òåõíîëîãèè, ÿâëÿåòñÿ ïîëó÷åíèå ýêñòðàêòîâ õìåëÿ. Â

ýòîì ïðîöåññå ÑÊÄÓ â çíà÷èòåëüíîé ìåðå âûòåñíèë òðàäèöèîííî èñïîëü-

çîâàâøèéñÿ äëÿ ýòîãî äèõëîðìåòàí.  äàííîì ñëó÷àå ýêîëîãè÷åñêèå ïðå-

èìóùåñòâà è ïðèíöèïèàëüíî íîâîå êà÷åñòâî ïîëó÷àåìîãî ïðîäóêòà íåñî-

ìíåííû, òàê êàê äèõëîðìåòàíîâûå ýêñòðàêòû âñåãäà ñîäåðæàëè îñòàòî÷íûå

êîëè÷åñòâà òîêñè÷íîãî ðàñòâîðèòåëÿ. Êðîìå òîãî, ÑÊÄÓ-ýêñòðàêòû íå ñî-

äåðæàò ïåñòèöèäîâ, ïðèìåíÿåìûõ ïðè âîçäåëûâàíèè õìåëÿ, à òàêæå ïðî-

äóêòîâ èçîìåðèçàöèè � êèñëîò. Áîëåå òîãî, âàðüèðóÿ óñëîâèÿ ýêñòðàêöèè

(òåìïåðàòóðó è äàâëåíèå), ìîæíî ñåëåêòèâíî èçâëåêàòü èç ñûðüÿ ýôèðíûå

ìàñëà, òâåðäûå è ìÿãêèå ñìîëû, òåì ñàìûì âëèÿÿ íà âêóñîâûå êà÷åñòâà

öåëåâîãî ïðîäóêòà [52].

Ñâåðõêðèòè÷åñêèì äèîêñèäîì óãëåðîäà ýôôåêòèâíî ýêñòðàãèðóþòñÿ ðàç-

ëè÷íûå ìàñëà èç ðàñòèòåëüíîãî ñûðüÿ: ìîíî-, äè- è òðèãëèöåðèäû è ýôèðû

æèðíûõ êèñëîò, ïàëüìîâîå ìàñëî, ìàñëî èç êóðêóìû, ðûáèé æèð. Â íàñòî-

ÿùåå âðåìÿ èçâåñòíû ïðèìåðû ïîëó÷åíèÿ âûñîêîêà÷åñòâåííûõ ýêñòðàêòîâ

èç ðèñà, çåìëÿíèêè, ñîè. Ðàçðàáîòàíû òåõíîëîãèè èçâëå÷åíèÿ öåííûõ èí-

ãðåäèåíòîâ èç ðàñòèòåëüíîãî ñûðüÿ, àíòèîêñèäàíòîâ èç ìàéîðàíà, êàðîòè-

íîèäîâ, òîêîôåðîëîâ è ñèòîñòåðîëîâ èç îòõîäîâ ïðîìûøëåííîé ïåðåðàáîò-

êè òîìàòîâ. Câåðõêðèòè÷åñêàÿ ýêñòðàêöèÿ øèðîêî ïðèìåíÿåòñÿ äëÿ ïðî-

áîïîäãîòîâêè ïðè îïðåäåëåíèè êà÷åñòâà ïèùåâûõ ïðîäóêòîâ, êîëè÷åñòâà

íèòðîçîàìèíîâ â âåò÷èíå è æàðåíîì ìÿñå, ëåòó÷èõ óãëåâîäîðîäîâ â ìÿñ-

íûõ ïðîäóêòàõ, îðãàíè÷åñêèõ êèñëîò âî ôðóêòîâûõ ñîêàõ, ïåñòèöèäîâ â

ïøåíèöå, ôàñîëè, ëóêå, ðåäèñå.

1.2.3 Ôàðìàöåâòèêà è ìåäèöèíà

Ñâåðõêðèòè÷åñêèå ðàñòâîðèòåëè ÿâèëèñü òåì íîâûì òåõíè÷åñêèì èí-

ñòðóìåíòîì, ñ ïîìîùüþ êîòîðîãî â ïîñëåäíåå ãîäû îñóùåñòâëÿþòñÿ ðàáî-

òû ïî äâóì ñîâðåìåííûì ïåðñïåêòèâíûì íàïðàâëåíèÿì: ïîëó÷åíèå íàíî-

è ìèêðî÷àñòèö êàê íîñèòåëåé ëåêàðñòâåííûõ ôîðì è ñîçäàíèå ñèñòåì ìåä-

ëåííîãî âûñâîáîæäåíèÿ ëåêàðñòâ â îðãàíèçìå [53]. Â íàñòîÿùåå âðåìÿ ðàç-

ðàáîòàíû òåõíîëîãèè ïîëó÷åíèÿ íàíî- è ìèêðîôîðì ëåêàðñòâåííûõ ïðåïà-

ðàòîâ, èñïîëüçóþùèõ ñâåðõêðèòè÷åñêèå ôëþèäû â êà÷åñòâå ðàñòâîðèòåëåé

è îñàäèòåëåé.  çàâèñèìîñòè îò ñâîéñòâ ôàðìàöåâòè÷åñêèõ ñóáñòàíöèé è

èõ ðàñòâîðèìîñòè â ÑÊÔ âîçìîæíî ïðèìåíåíèå ðàçëè÷íûõ âàðèàíòîâ òåõ-

30

íîëîãèé.

Ñàìûì ýôôåêòèâíûì ìåòîäîì ìèêðîíèçàöèè ôàðìïðåïàðàòîâ íà ñåãî-

äíÿøíèé äåíü ÿâëÿåòñÿ RESS (Rapid Expansion of Supercritical Solutions).

Îí ïðèìåíÿåòñÿ â òîì ñëó÷àå, åñëè ñóáñòàíöèÿ äîñòàòî÷íî õîðîøî ðàñòâî-

ðèìà â ñâåðõêðèòè÷åñêîì ðàñòâîðèòåëå. Ðàñòâîð âåùåñòâà â ñâåðõêðèòè-

÷åñêîì ôëþèäå ðàñïûëÿåòñÿ ÷åðåç íàñàäêó.Ïðè ñáðîñå äàâëåíèÿ ðàñòâî-

ðèòåëü ïåðåõîäèò â ãàçîîáðàçíîå ñîñòîÿíèå, à âåùåñòâî îñàæäàåòñÿ â âèäå

ìåëêîäèñïåðñíîãî àýðîçîëÿ. RESOLV (Rapid Expansion from Supercritical

to Organic Solvent) ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ðàçíîâèäíîñòü RESS ïðîöåññà. Â

ýòîì ñëó÷àå ñâåðõêðèòè÷åñêèé ôëþèä ñ ðàñòâîðåííûì âåùåñòâîì ðàñïû-

ëÿåòñÿ â îðãàíè÷åñêèé ðàñòâîðèòåëü èëè âîäó (RESAS � Rapid Expansion

from Supercritical to Aqueous Solution).

Òðàäèöèîííî èñïîëüçóåìûå ìåòîäû ìèêðîíèçàöèè âåùåñòâ íå îáåñïå-

÷èâàþò íåîáõîäèìîé ìîðôîëîãèè ÷àñòèö. Èçìåëü÷åíèå è âûñóøèâàíèå â

ïîòîêå ÷àñòî íå äàþò ÷àñòèö îäèíàêîâûõ ïî ðàçìåðó, à òàêæå ñîïðîâîæäà-

þòñÿ òåðìè÷åñêîé äåãðàäàöèåé ïðåïàðàòà. ÑÊÔ ðàñòâîðèòåëè ïîçâîëÿþò

ïîëó÷àòü ñóõèå ÷àñòèöû ñ îïðåäåëåííûìè ôèçèêî-õèìè÷åñêèìè ñâîéñòâà-

ìè â îäíó ñòàäèþ. Õîòÿ îáîðóäîâàíèå âûñîêîãî äàâëåíèÿ îáû÷íî ñòîèò

äîðîæå, ÷åì òðàäèöèîííîå, âûãîäà îäíîñòàäèéíîãî ïðîöåññà ïåðåâåøèâà-

åò ýòè çàòðàòû. ÑÊÔ ðàñòâîðèòåëè ïîçâîëÿþò ìèêðîíèçèðîâàòü âÿçêèå è

ìàñëîîáðàçíûå ñóáñòàíöèè. Âàðüèðóÿ ïàðàìåòðû ïðîöåññà ìèêðîíèçàöèè

� äàâëåíèå, òåìïåðàòóðó, äèàìåòð íàñàäêè, êîíöåíòðàöèþ âåùåñòâà â äî-

çàòîðå, ìîæíî ïîëó÷àòü ìèêðî- è íàíî÷àñòèöû ñ ðàçëè÷íûìè ñâîéñòâàìè.

 îòëè÷èå îò ïðîöåññîâ êðèñòàëëèçàöèè ÷àñòèö èç ðàñòâîðîâ, ÑÊÔ òåõ-

íîëîãèè ëåãêî ïîääàþòñÿ ìàñøòàáèðîâàíèþ îò ëàáîðàòîðíûõ ñòåíäîâ äî

ïèëîòíûõ è ïðîìûøëåííûõ ïðîöåññîâ.

 ïðîöåññàõ ñëåäóþùåé ãðóïïû � GAS, SAS, SEDS, ASES � ÑÊÔ èñ-

ïîëüçóþòñÿ â êà÷åñòâå ñðåäû, â êîòîðîé îñàæäàþòñÿ ïîëó÷åííûå íàíî- è

ìèêðî÷àñòèöû.

Òåõíîëîãèè Gas Anti-Solvent (GAS) ïðèìåíÿþòñÿ äëÿ íåðàñòâîðèìûõ

èëè ìàëîðàñòâîðèìûõ â ÑÊÔ-ðàñòâîðèòåëå ñóáñòàíöèé.  ýòîì ñëó÷àå íà-

ñûùåííûé ðàñòâîð âåùåñòâà â îðãàíè÷åñêîì ðàñòâîðèòåëå, êîòîðûé õîðî-

øî ðàñòâîðÿåòñÿ âî ôëþèäå, ñìåøèâàåòñÿ ñî ñâåðõêðèòè÷åñêèì ðàñòâîðè-

òåëåì. Ïðè ýòîì óìåíüøàåòñÿ ðàñòâîðèìîñòü ñóáñòàíöèè â ïîëó÷åííîé ñìå-

ñè, ÷òî ïðèâîäèò ê âûïàäåíèþ èç ðàñòâîðà è êðèñòàëëèçàöèè ñóáñòàíöèè

31

â âèäå íàíî- è ìèêðî÷àñòèö.

 ìåòîäå Supercritical Anti-Solvent (SAS) ðàñòâîð ñóáñòàíöèè â îðãà-

íè÷åñêîì ðàñòâîðèòåëå ðàñïûëÿåòñÿ ÷åðåç íàñàäêó â ïîòîê ñâåðõêðèòè÷å-

ñêîãî ðàñòâîðèòåëÿ. Ýòîò ìåòîä ïðèìåíÿåòñÿ, â îñíîâíîì, äëÿ ïîëó÷åíèÿ

ïîðîøêîâ áåëêîâûõ âåùåñòâ è ñîçäàíèÿ ñèñòåì ñ êîíòðîëèðóåìûì âûñâî-

áîæäåíèåì ëåêàðñòâåííûõ ïðåïàðàòîâ.

Ìåòîä Solution Enhanced Dispersion by Supercritical Fluids (SEDS) ÿâ-

ëÿåòñÿ îäíèì èç íàèáîëåå øèðîêî èñïîëüçóåìûõ âàðèàíòîâ ìèêðîíèçàöèè,

ïîçâîëÿþùèé â êîíòðîëèðóåìûõ óñëîâèÿõ ïîëó÷àòü ìèêðî- è íàíî÷àñòèöû

îïðåäåëåííûõ ðàçìåðîâ è ôîðìû. Ýòîò ìåòîä, ïðèìåíèìûé ê ðàçëè÷íûì

ñóáñòàíöèÿì, â òîì ÷èñëå âîäîðàñòâîðèìûì, çàêëþ÷àåòñÿ â ñìåøèâàíèè

ñâåðõêðèòè÷åñêîãî ðàñòâîðèòåëÿ è ðàñòâîðà ñóáñòàíöèè â ñìåñèòåëüíîì

áëîêå ñ ïîñëåäóþùèì ðàñïûëåíèåì.

Aerosol Solvent Extraction System (ASES) � ìåòîä, î÷åíü áëèçêèé ê GAS

è SAS òåõíîëîãèÿì. Ðàñòâîð ïðåïàðàòà â îðãàíè÷åñêîì ðàñòâîðèòåëå èí-

æåêòèðóåòñÿ â áîëüøîé îáúåì ôëþèäà â òå÷åíèå îïðåäåëåííîãî ïðîìå-

æóòêà âðåìåíè. Îñòàòêè îðãàíè÷åñêîãî ðàñòâîðèòåëÿ óäàëÿþòñÿ ïîòîêîì

ôëþèäà.

Ìåòîä Precipitation with Compressed Anti-Solvent (PCA) òàêæå ÿâëÿåòñÿ

îäíèì èç âàðèàíòîâ ïðîòèâîòî÷íîãî ñìåøèâàíèÿ ÑÊÔ è ðàñòâîðà ïðåïà-

ðàòà â îðãàíè÷åñêîì ðàñòâîðèòåëå.  ýòîì ñëó÷àå îñàæäåíèå ïðîèñõîäèò

ïðè ñìåøèâàíèè äâóõ ñðåä, ðàñïûëÿåìûõ ïîä äàâëåíèåì èç êîàêñèàëüíûõ

ñîïåë.

Precipitation from Gas-Saturated Solution (PGSS) � ìåòîä, êîòîðûé ïðè-

ìåíÿåòñÿ îòíîñèòåëüíî ðåäêî, â îñíîâíîì äëÿ ïîëó÷åíèÿ ìèêðî÷àñòèö ïðå-

ïàðàòîâ, ðàñòâîðåííûõ â ïîëèìåðíûõ ìàòðèöàõ. Ðàñïëàâëåííûé ïðåïàðàò

èëè ïîëèìåð ñìåøèâàåòñÿ ñ ôëþèäîì è ðàñïûëÿåòñÿ ÷åðåç óçêîå ñîïëî.

Ôëþèä óäàëÿåòñÿ â âèäå ãàçà, è îáðàçóþòñÿ òâåðäûå ìèêðî÷àñòèöû êîì-

áèíèðîâàííîãî ïðåïàðàòà.

Ñâåðõêðèòè÷åñêèå ðàñòâîðèòåëè äàâíî è óñïåøíî èñïîëüçóþòñÿ â ôàð-

ìàöåâòèêå è ìåäèöèíå äëÿ àíàëèçà ëåêàðñòâåííûõ ïðåïàðàòîâ. Äèîêñèä

óãëåðîäà â ñâåðõêðèòè÷åñêîì ñîñòîÿíèè èñïîëüçóåòñÿ äëÿ îïðåäåëåíèÿ ñî-

äåðæàíèÿ ëåêàðñòâ â îðãàíèçìå, â ÷àñòíîñòè ìåáåâåðèíà â ïëàçìå â ìî÷å

è êðîâè, à òàêæå íîâûå ìåòîäû ðàçäåëåíèÿ õèðàëüíûõ ôîðì ëåêàðñòâåí-

íûõ ïðåïàðàòîâ. Ñîâìåñòíîå èñïîëüçîâàíèå ÑÊÄÓ è ýëåêòðè÷åñêîãî ïî-

32

ëÿ ïîçâîëèëî ðåøèòü ïðîáëåìó èíàêòèâàöèè áàêòåðèé è ñïîð ïðè íèçêèõ

(äî 40◦ Ñ) òåìïåðàòóðàõ, ÷òî èñïîëüçóåòñÿ êàê àëüòåðíàòèâà ïàñòåðèçàöèè

æèäêîñòåé, ïèùè, ëåêàðñòâåííûõ ôîðì.

1.2.4 Íîâûå ìàòåðèàëû

Ïðèìåíåíèå ñâåðõêðèòè÷åñêèõ ôëþèäîâ äàëî âîçìîæíîñòü èçìåíÿòü

ñâîéñòâà òðàäèöèîííûõ ìàòåðèàëîâ � ïîëèìåðîâ [51], ìåòàëëîâ, òåêñòèëü-

íûõ ìàòåðèàëîâ è ïîëó÷àòü íîâûå ìîäèôèöèðîâàííûå ìàòåðèàëû ñ óíè-

êàëüíûìè ñâîéñòâàìè. Îñîáåííî ýòî êàñàåòñÿ íîâûõ ïîëèìåðíûõ ìàòåðèà-

ëîâ. Îáðàáîòêà â ÑÊÄÓ äàëà âîçìîæíîñòü ïîëó÷èòü ïîëèìåðíûå ìàòåðè-

àëû ñ ïîâåðõíîñòüþ [50], î÷èùåííîé îò ìîíîìåðîâ, îëèãîìåðîâ, ïîáî÷íûõ

ïðîäóêòîâ ïîëèìåðèçàöèè è îñòàòêîâ ðàñòâîðèòåëåé.

Äàííûì ìåòîäîì ïîëó÷åíû îáðàçöû îñîáî ÷èñòîãî áèàöåòîíàêðèëàìè-

äà, à òàêæå ïîëèýòèëåíà âûñîêîãî äàâëåíèÿ, à òàêæå èçãîòàâëèâàþòñÿ ïî-

ëèìåðû ñ îòêðûòîé ïîðèñòîñòüþ. Îñàæäåíèåì â ÑÊÄÓ ïîëó÷àþò ïîëè-

ìåðû ðàçëè÷íîé ìîðôîëîãèè; ñîçäàíû ïîëèìåðíûå âîëîêíà ïîëèñòèðîëà,

ïîëèïðîïèëåíà, àöåòàòà öåëëþëîçû ñ çàäàííûìè ñâîéñòâàìè. Ðàçðàáîòàí

ñïîñîá ïîëó÷åíèÿ áèîðåñîðáèðóåìûõ ïîëèìåðíûõ ìàòåðèàëîâ íà îñíîâå ìî-

ëî÷íîé è ãëèêîëåâîé êèñëîò, à òàêæå ñïîñîá èìïðåãíàöèè äàííûõ ïîëèìå-

ðîâ áåëêîâûìè ìîëåêóëàìè.

Êðàéíå ïåðñïåêòèâíûì ïðåäñòàâëÿåòñÿ èñïîëüçîâàíèå ÑÊÔÒ äëÿ ýêñ-

òðàêöèè èç äðåâåñèíû êàíèôîëè, òåðïåíîâ, âûñøèõ æèðíûõ êèñëîò è íèç-

êîìîëåêóëÿðíûõ ôåíîëüíûõ ñîåäèíåíèé, ÿâëÿþùèõñÿ öåííûì õèìè÷åñêèì

ñûðüåì äëÿ ìíîãèõ îòðàñëåé ïðîìûøëåííîñòè. Êîðà äåðåâüåâ, íå íàøåä-

øàÿ äî ñèõ ïîð ïðèìåíåíèÿ è ÿâëÿþùàÿñÿ êðóïíîòîííàæíûì îòõîäîì,

ñîäåðæèò öåííûå ïîëèôåíîëû, êèñëîòû, ñóáåðèí è áåòóëèí, èçâëå÷åíèå êî-

òîðûõ îáû÷íûì ìåòîäîì îêàçûâàåòñÿ êðàéíå çàòðóäíèòåëüíûì è ýêîíîìè-

÷åñêè íåýôôåêòèâíûì. Îáðàáîòêîé â ÑÊÄÓ ïîëó÷åí äåðåâî-ïîëèìåðíûé

êîìïîçèò íà îñíîâå äóãëàññêîé ñîñíû è ïîëèìåòèëìåòàêðèëàòà, áîëåå óñòîé-

÷èâûé, ÷åì îáû÷íàÿ äðåâåñèíà, ê íàáóõàíèþ â âîäå.

Èñïîëüçîâàíèå ÑÊÄÓ ïîçâîëèëî ïîëó÷èòü ïîðèñòûå óãëåðîäíûå ìàòå-

ðèàëû, óãëåðîäíûå íàíî÷àñòèöû, íàíî÷àñòèöû êðèñòàëëè÷åñêèõ öåîëèòîâ,

à òàêæå ââåñòè èîíû àëþìèíèÿ â ìåçîïîðèñòûé êðåìíåçåì äëÿ ïîâûøåíèÿ

åãî ãèäðîòåðìàëüíîé ñòàáèëüíîñòè.  ñâåðõêðèòè÷åñêîé âîäå ïîëó÷àþòñÿ

33

ìåëêèå ìîíîêðèñòàëëû êîðóíäà è äðóãèõ ìåëêîêðèñòàëëè÷åñêèõ îêñèäîâ,

à òàêæå ìèêðî- è íàíî÷àñòèöû ñìåøàííîãî ôîñôàòà ëèòèÿ è æåëåçà(II). Â

ñâåðõêðèòè÷åñêîì èçîïðîïàíîëå âîññòàíîâëåíû íàíî÷àñòèöû îêñèäîâ ñâèí-

öà è ðòóòè. Ïðè îáðàáîòêå â ÑÊÄÓ òåêñòèëüíûõ ìàòåðèàëîâ óëó÷øàþòñÿ

èõ ýêñïëóàòàöèîííûå õàðàêòåðèñòèêè, à ìåòàëëè÷åñêèå ïîâåðõíîñòè ïðè-

îáðåòàþò îñîáóþ ÷èñòîòó, ÷òî êðàéíå âàæíî äëÿ ïîñëåäóþùåãî èõ èñïîëü-

çîâàíèÿ â ýëåêòðîíèêå, ïðèáîðîñòðîåíèè, êîñìè÷åñêîé òåõíèêå.

1.2.5 Ñâåðõêðèòè÷åñêèå ðåàêöèîííûå ñðåäû

Ôèçèêî-õèìè÷åñêèå ñâîéñòâà ñâåðõêðèòè÷åñêèõ ôëþèäîâ îáóñëîâëèâà-

þò ïåðñïåêòèâíîñòü èõ ïðèìåíåíèÿ â êà÷åñòâå ñðåäû äëÿ îðãàíè÷åñêîãî

ñèíòåçà [2]. Îñóùåñòâëåíèå ãåòåðîãåííûõ êàòàëèòè÷åñêèõ ðåàêöèé â ñâåðõ-

êðèòè÷åñêèõ ðàñòâîðèòåëÿõ ïîçâîëÿåò äîñòè÷ü âûñîêèõ ñêîðîñòåé ðåàêöèé,

êîíòðîëèðîâàòü ñåëåêòèâíîñòü, ïîâûñèòü ìàññî- è òåïëîïåðåíîñ, óâåëè÷èòü

äëèòåëüíîñòü äåéñòâèÿ êàòàëèçàòîðà, îáëåã÷èòü ðàçäåëåíèå ïðîäóêòîâ ðå-

àêöèè. Êðîìå òîãî, ïðèìåíåíèå ñâåðõêðèòè÷åñêèõ ôëþèäîâ îòêðûâàåò äî-

ïîëíèòåëüíûå âîçìîæíîñòè äëÿ ñèíòåçà êàòàëèçàòîðîâ. Â ãîìîãåííûõ ïðî-

öåññàõ ñâåðõêðèòè÷åñêèå ðàñòâîðèòåëè ïðè âàðüèðîâàíèè òåìïåðàòóðû è

äàâëåíèÿ ïîçâîëÿþò èçìåíÿòü â æåëàåìîì íàïðàâëåíèè ñêîðîñòü ðåàêöèè,

ðàñòâîðèìîñòü ðåàãåíòîâ èëè îñàæäåíèå ïðîäóêòîâ ðåàêöèè è êàòàëèçàòî-

ðîâ. Ãîìîãåííîñòü ñðåäû â ñëó÷àå èñïîëüçîâàíèÿ ìàëîðàñòâîðèìûõ ðåàãåí-

òîâ èëè êàòàëèçàòîðîâ îáåñïå÷èâàåòñÿ äîáàâëåíèåì íåáîëüøîãî êîëè÷åñòâà

ýíòðàéíåðîâ, íàïðèìåð, äëÿ ÑÊÄÓ â êà÷åñòâå ïîëÿðèçóþùåé äîáàâêè øè-

ðîêî ïðèìåíÿåòñÿ ìåòàíîë.

 êà÷åñòâå ïðèìåðîâ èñïîëüçîâàíèÿ ñâåðõêðèòè÷åñêèõ ñðåä â ñèíòå-

çå ìîæíî ïðèâåñòè àëêèëèðîâàíèå, àìèíèðîâàíèå, ãèäðîàìèíîìåòèëèðîâà-

íèå, äèñïðîïîðöèîíèðîâàíèå, ýòåðèôèêàöèþ, ñèíòåç Ôèøåðà-Òðîïøà, ãèä-

ðèðîâàíèå, èçîìåðèçàöèþ, ãåòåðîãåííîå è ãîìîãåííîå îêèñëåíèå, öèêëèçà-

öèþ. Ïðè êàðáîêñèëèðîâàíèè äèîêñèä óãëåðîäà ÿâëÿåòñÿ íå òîëüêî ñðåäîé,

íî è ðåàãåíòîì.

Èíòåðåñ ê èñïîëüçîâàíèþ âîäû â îáëàñòè (èëè âûøå) êðèòè÷åñêîé òî÷-

êè (374◦ Ñ, 218 àòì.) â êà÷åñòâå ðåàêöèîííîé ñðåäû îáóñëîâëåí åå ôèçèêî-

õèìè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè. Ñâåðõêðèòè÷åñêîå ñîñòîÿíèå âîäû õàðàêòåðèçó-

åòñÿ íèçêîé äèýëåêòðè÷åñêîé ïîñòîÿííîé è ñðàâíèòåëüíî ìàëîé ïðî÷íî-

34

ñòüþ âîäîðîäíûõ ñâÿçåé, ñëåäñòâèåì ÷åãî ÿâëÿåòñÿ âûñîêàÿ ðàñòâîðèìîñòü

â ñâåðõêðèòè÷åñêîé âîäå (ÑÊÂ) îðãàíè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé è ãàçîâ. Ýòî äàåò

âîçìîæíîñòü ïðîâåäåíèÿ ïðîöåññîâ â åäèíîé ôëþèäíîé ôàçå, îáåñïå÷èâàÿ

âûñîêèå êîíöåíòðàöèè ðåàãåíòîâ è ñêîðîñòè ðåàêöèé. Òàê êàê êîíñòàíòà

äèññîöèàöèè âîäû â êðèòè÷åñêîé òî÷êå íà òðè ïîðÿäêà âûøå, ÷åì â æèä-

êîì ñîñòîÿíèè, âîçìîæíî äîñòèæåíèå âûñîêèõ êîíöåíòðàöèé èîíîâ Í+ è

ÎÍ−, ÷òî ïîçâîëÿåò îñóùåñòâëÿòü êèñëîòíûé è îñíîâíîé êàòàëèç.

 íàñòîÿùåå âðåìÿ èçâåñòíû ñëåäóþùèå ðåàêöèè, ïðîèñõîäÿùèå â ÑÊÂ:

äåãèäðèðîâàíèå, ãèäðîäåñóëüôèðîâàíèå, àëêèëèðîâàíèå ïî Ôðèäåëþ-Êðàô-

òñó, ïðè÷åì ðîëü êàòàëèçàòîðà è ðàñòâîðèòåëÿ âûïîëíÿåò ÑÊÂ. Àðèëèðî-

âàíèå àëêåíîâ â ÑÊ ïðîõîäèò áîëåå ñòåðåîñåëåêòèâíî, ÷åì â îðãàíè÷åñêèõ

ðàñòâîðèòåëÿõ.  ÑÊ òàêæå ìîãóò ïðîõîäèòü ðåàêöèè ðàñùåïëåíèÿ ïî Ñ�

Ñ ñâÿçè: òàê, 2,5-äèìåòèëôóðàí êîëè÷åñòâåííî îáðàçóåò 2,5-ãåêñàíäèîí â

ÑÊ â ïðèñóòñòâèè êèñëîòû.  ÑÊ áèöèêëè÷åñêèå äèîëû êîëè÷åñòâåí-

íî ïåðåãðóïïèðîâûâàþòñÿ â ñîîòâåòñòâóþùèå êåòîíû ïðè 275◦ Ñ, à ïåðå-

ãðóïïèðîâêà öèêëîãåêñåíà â ìåòèëöèêëîïåíòåí ïðîèñõîäèò â ïðèñóòñòâèè

ìèíåðàëüíîé êèñëîòû èëè êèñëûõ ñîëåé ìåòàëëîâ.

Ãèäðîëèç â ÑÊÂ � ýôôåêòèâíûé ìåòîä ðàçëîæåíèÿ ïîëèìåðîâ. ÑÊÂ

ëåãêî ãèäðîëèçóåò ýôèðû äî êàðáîíîâûõ êèñëîò è ñïèðòîâ, íèòðèëû ïîä-

âåðãàþòñÿ ãèäðîëèçó äî àìèäîâ, è äàëåå � äî êàðáîíîâûõ êèñëîò. Íàïðè-

ìåð, ïîëèýòèëåíòåðåôòàëàòíûå è ïîëèóðåòàíîâûå ïåíû ãèäðîëèçóþòñÿ ñ

îáðàçîâàíèåì, ñîîòâåòñòâåííî, äèêàðáîíîâûõ êèñëîò è ãëèêîëåé, äèàìè-

íîâ è ãëèêîëåé. Ãèäðîëèç àêòèâèðîâàííûõ äèàðèëîâûõ ýôèðîâ ïðèâîäèò

ê ñîîòâåòñòâóþùèì ôåíîëàì.

1.2.6 Áèîòåõíîëîãèÿ

Èñïîëüçîâàíèå ñâåðõêðèòè÷åñêèõ ðàñòâîðèòåëåé â ñîçäàíèè íîâåéøèõ

áèîòåõíîëîãèé èäåò ïî íåñêîëüêèì íàïðàâëåíèÿì: ýòî ýêñòðàêöèÿ ÑÊÄÓ

ïðîäóêòîâ ìèêðîáíîé ôåðìåíòàöèè, ïîâûøåíèå àêòèâíîñòè ôåðìåíòîâ â

ÑÊÄÓ è îáåçæèðèâàíèå êîñòíûõ ìàññ. Ñ èñïîëüçîâàíèåì ÑÊÄÓ ïðîèñõî-

äèò ïðèãîòîâëåíèå áû÷üåé ñûâîðîòêè â ëèïèäíîé îáîëî÷êå è èíêàïñóëèðî-

âàíèå áåëêîâ â ïîðèñòûå ïîëèìåðû, ñîçäàíèå ìàòðèö äëÿ ðîñòà æèâîòíûõ

òêàíåé [54].

Ðàçðàáîòàí îðèãèíàëüíûé ìåòîä îñàæäåíèÿ ÷åëîâå÷åñêîãî èììóíîãëî-

35

áóëèíà ïðè ïðîïóñêàíèè ÑÊÄÓ ÷åðåç âîäíûå ðàñòâîðû.  ÑÊÄÓ óñïåøíî

ïðîâåäåí áèîñèíòåç àêðèëàòîâ, ïðè÷åì óñòàíîâëåíà çàâèñèìîñòü àêòèâíî-

ñòè ôåðìåíòà îò äàâëåíèÿ. Ðàññìîòðåí òàêæå ïðîöåññ ôåðìåíòàòèâíîé ýòå-

ðèôèêàöèè.

Ïðåèìóùåñòâà èñïîëüçîâàíèÿ ñâåðõêðèòè÷åñêèõ ðàñòâîðèòåëåé â áèî-

òåõíîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññàõ ïîêàçàíû íà ïðèìåðå áèîñèíòåçà ëèìîííîé êèñ-

ëîòû. Ïî ñðàâíåíèþ ñ ñóùåñòâóþùèìè òåõíîëîãèÿìè, ïðèìåíåíèå ÑÊÔ

ñðåä ïîçâîëÿåò âåñòè íèçêîòåìïåðàòóðíûé áèîñèíòåç, ïðîâîäèòü ñòåðèëè-

çàöèþ áèîìàññû, àâòîìàòèçèðîâàòü îñíîâíûå îïåðàöèè ïðîöåññà.

1.3 Îáçîð ìîäåëåé ðàñòâîðèìîñòè

Ìîäåëè îïèñàíèÿ ðàñòâîðèìîñòè â ñâåðõêðèòè÷åñêèõ ôëþèäàõ, îïèñàí-

íûå â ëèòåðàòóðå, ìîæíî ðàçäåëèòü íà íåñêîëüêî êëàññîâ, ñðåäè êîòîðûõ

ïðèñóòñòâóþò ýìïèðè÷åñêèå, òåîðåòè÷åñêèå, òåðìîäèíàìè÷åñêèå è äð. [51]

Ãëàâíûé èíòåðåñ äëÿ èçó÷åíèÿ ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé òåîðåòè÷åñêèå ìîäåëè,

ò. ê. ïîçâîëÿþò îöåíèòü íåïîñðåäñòâåííî ôèçèêî-õèìè÷åñêèå ïàðàìåòðû

èññëåäóåìîé ñèñòåìû. Ê òåîðåòè÷åñêèì ñëåäóåò îòíåñòè ìåòîäû, êîòîðûå

èçó÷àþò ïîâåäåíèå ðàñòâîðèìîñòè ïóòåì êîëè÷åñòâåííîé îöåíêè ñòðóêòóð-

íûõ õàðàêòåðèñòèê è ñèë âçàèìîäåéñòâèÿ ìåæäó ìîëåêóëàìè êîìïîíåíòîâ

ãàçîâîãî ðàñòâîðà. Ïåðâîé ïîïûòêîé äàòü ñòðîãîå òåðìîäèíàìè÷åñêîå îáú-

ÿñíåíèå ðîñòó äàâëåíèÿ íàñûùåíèÿ êîíäåíñèðîâàííîé ñðåäû â ïðèñóòñòâèè

ñæàòîãî ãàçîîáðàçíîãî ðàñòâîðèòåëÿ ñòàëî óðàâíåíèå Ïîéòèíãà:

lnP ′v

Pv=

µVL

RT(P − 1),

ãäå P ′v � äàâëåíèå íàñûùåíèÿ ñæàòîé èçâíå êîíäåíñèðîâàííîé ñðåäû, VL �

óäåëüíûé îáúåì êîíäåíñèðîâàííîé ñðåäû, µVL � ìîëüíûé îáúåì êîíäåí-

ñèðîâàííîé ñðåäû, R � ãàçîâàÿ ïîñòîÿííàÿ, T � àáñîëþòíàÿ òåìïåðàòóðà.

Óñëîâèå ôàçîâîãî ðàâíîâåñèÿ ìåæäó ÷èñòîé, íåñæèìàåìîé êîíäåíñèðî-

âàííîé ñðåäîé è ðàçáàâëåííûì ãàçîâûì ðàñòâîðîì ìîæåò áûòü âûðàæåíî

÷åðåç ðàâåíñòâî ëåòó÷åñòåé èëè õèìè÷åñêèõ ïîòåíöèàëîâ ðàñòâîðÿåìîãî

âåùåñòâà â ñîñóùåñòâóþùèõ ôàçàõ.

Ó÷¼ò âåëè÷èí âçàèìîäåéñòâèÿ ìåæäó ìîëåêóëàìè ÿâëÿåòñÿ ñëåäóþùèì

øàãîì äëÿ ïîñòðîåíèÿ êà÷åñòâåííîé ìîäåëè. Äëÿ îïðåäåëåíèÿ âîçìîæíî-

ñòè ðàñòâîðåíèÿ äàííîãî âåùåñòâà â êîíêðåòíîì ðàñòâîðèòåëå, íåîáõîäèìî

36

ðàññìîòðåòü áàëàíñ ìåæìîëåêóëÿðíûõ ñèë ïðèòÿæåíèÿ â ïàðàõ ìîëåêóë,

ñîñòàâëÿþùèõ ðàñòâîð. Òàêîé áàëàíñ ñèë äàåòñÿ â âèäå îáìåííîé ýíåðãèè

ñìåøåíèÿ ïàðû ìîëåêóë òèïà i è j.

E = z[Γij −1

2(Γii + Γjj)],

ãäå z � êîëè÷åñòâî ðàçëè÷íûõ ìîëåêóëÿðíûõ ïàð ñ ó÷àñòèåì ìîëåêóëû

ðàñòâîðèòåëÿ. Ðàññìîòðåíèå âåëè÷èí ñèë âçàèìîäåéñòâèÿ ïîçâîëÿåò êà÷å-

ñòâåííî îïðåäåëèòü âîçìîæíîñòü ðàñòâîðåíèÿ äàííîãî âåùåñòâà â êîíêðåò-

íîì ðàñòâîðèòåëå. Åñëè ñèëû âçàèìîäåéñòâèÿ ïàð îäèíàêîâûõ ìîëåêóë

ìíîãî áîëüøå ñèë âçàèìîäåéñòâèÿ ðàçëè÷íûõ ìîëåêóë, òî ìàëîâåðîÿòíî

ðàñòâîðåíèå ôëþèäîì äðóãîãî âåùåñòâà. Êðîìå ñèë ïðèòÿæåíèÿ ôèçè-

÷åñêîé ïðèðîäû â ñâåðõêðèòè÷åñêèõ ôëþèäíûõ ðàñòâîðàõ ìîãóò âîçíè-

êàòü ñèëû ïðèòÿæåíèÿ, îáóñëîâëåííûå õèìè÷åñêèì âçàèìîäåéñòâèåì. Ýòî,

ïðåæäå âñåãî, âîäîðîäíûå ñâÿçè, à òàêæå ýëåêòðîííîå äîíîðíî-àêöåïòîðíîå

êîìïëåêñîîáðàçîâàíèå. Íàãëÿäíûì ïðèìåðîì âëèÿíèÿ õèìè÷åñêèõ ñèë íà

âåëè÷èíó ðàñòâîðèìîñòè ÿâëÿåòñÿ èçìåíåíèå ýòîé âåëè÷èíû ïðè äîáàâëå-

íèè âî ôëþèä ñîðàñòâîðèòåëÿ.

Èññëåäîâàíèÿ ðàçáàâëåííûõ ðàñòâîðîâ ìîëåêóëÿðíî-ñòàòè÷åñêèìè ìå-

òîäàìè ñâîäèòñÿ ê îïðåäåëåíèþ ìàêðîñêîïè÷åñêèõ ñâîéñòâ èñõîäÿ èç ìî-

ëåêóëÿðíûõ ñâîéñòâ ðàñòâîðà. Ýíåðãèÿ âçàèìîäåéñòâèÿ ìåæäó ìîëåêóëà-

ìè êîìïîíåíòîâ ðàñòâîðà îïðåäåëÿåòñÿ ïðîñòðàíñòâåííûì ðàñïîëîæåíè-

åì ìîëåêóë. Ñòðîãèå ìåòîäû èññëåäîâàíèÿ, â îáùåì ñëó÷àå, ïîçâîëÿþò

óñòàíîâèòü êîíöåíòðàöèîííóþ çàâèñèìîñòü òåðìîäèíàìè÷åñêèõ ôóíêöèé

ðàñòâîðà è ïîëó÷èòü ðàçëîæåíèÿ ýòèõ ôóíêöèé ïî ñòåïåíÿì êîíöåíòðà-

öèé ðàñòâîðåííîãî âåùåñòâà. Ñ ïîìîùüþ àïïàðàòà ìîëåêóëÿðíûõ ôóíêöèé

âîçìîæíî âûÿâëåíèå ñâÿçè ìåæäó êîýôôèöèåíòàìè ðàçëîæåíèÿ è ìîëåêó-

ëÿðíûìè õàðàêòåðèñòèêàìè ñèñòåìû.

Ãëàâíîå îãðàíè÷åíèå ñòðîãèõ ìåòîäîâ ðàñ÷åòà ñâÿçàíî ñ òðåáîâàíèåì

ïðèáëèçèòåëüíîé ñôåðè÷íîñòè ìîëåêóë. Íàëè÷èå ñïåöèôè÷åñêèõ ìåæìî-

ëåêóëÿðíûõ âçàèìîäåéñòâèé, âîçíèêíîâåíèå ñëàáûõ õèìè÷åñêèõ ñâÿçåé ïðå-

ïÿòñòâóþò ïðèìåíåíèþ ñòðîãèõ ìåòîäîâ ðàñ÷¼òà. Ïðè èññëåäîâàíèè ðàñ-

òâîðîâ, âêëþ÷àþùèõ ëèíåéíûå ìîëåêóëû ðàçíîãî ðàçìåðà è àññîöèèðîâàí-

íûõ ðàñòâîðîâ, áîëåå ýôôåêòèâíûìè îêàçûâàþòñÿ ïðèáëèæåííûå ìîäåëè.

Áîëüøèå óñïåõè, äîñòèãíóòûå â îïèñàíèè òåðìè÷åñêèõ, êàëîðèñòè÷å-

ñêèõ è êèíåòè÷åñêèõ ñâîéñòâ îäíîêîìïîíåíòíûõ ñèñòåì â îêîëî êðèòè÷å-

37

ñêîé îáëàñòè â ðàìêàõ ñòàòè÷åñêîé è äèíàìè÷åñêîé ãèïîòåç ïîäîáèÿ, ñòàâÿò

âîïðîñ î ïðèìåíèìîñòè ýòîãî ìåòîäà ê îïèñàíèþ ïîâåäåíèÿ ðàñòâîðèìîñòè

âåùåñòâ â ñâåðõêðèòè÷åñêèõ ðàñòâîðèòåëÿõ.(∂µG

2

∂x

)T,P

= aπ + bτ γ + cϕδ−1,

ãäå a, b, c � êîíñòàíòû, à ïîêàçàòåëè ñòåïåíè γ, δ � óíèâåðñàëüíûå êðèòè-

÷åñêèå èíäåêñû. Ïàðàìåòðû ñîñòîÿíèÿ îïèñàíû ñëåäóþùèì îáðàçîì:

τ =T − Tcr

T; ϕ =

V − Vcr

V; π =

P − Pcr

P.

Ñðåäè ÷àñòî óïîìèíàåìûõ â íàó÷íîé ëèòåðàòóðå óðàâíåíèé òàêæå ìîæ-

íî îòìåòèòü óðàâíåíèÿ ñîñòîÿíèÿ Ñîàâå-Ðåäëèõà-Êâîíãà è Ïåíãà-Ðîáèíñîíà.

 êà÷åñòâå èëëþñòðàòèâíûõ ïðèìåðîâ ðàññìîòðèì ìîäåëè, îñíîâàííûå íà

óðàâíåíèè ñîñòîÿíèÿ Ïåíãà-Ðîáèíñîíà. Â ñòàòüå [55] ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû

ìîäåëèðîâàíèÿ ðàñòâîðèìîñòè àòðàçèíà2 â ÑÊÄÓ ïðè èçâëå÷åíèè ïîñëåä-

íåãî èç îáðàçöîâ ïî÷âû.

Îñíîâíîå óðàâíåíèå ìîäåëè èìååò ñëåäóþùèé âèä:

lnS = ln(Pv/P )− lnϕ− lnV + PVs/RT,

ãäå Pv � äàâëåíèå ïàðà ðàñòâîðÿåìîãî âåùåñòâà, ϕ � êîýôôèöèåíò ëåòó÷å-

ñòè (ôóãèòèâíîñòü) âåùåñòâà â ôàçå ÑÊÄÓ, V � îáú¼ì äèîêñèäà óãëåðîäà,

Vs � ìîëÿðíûé îáú¼ì ðàñòâîðÿåìîãî âåùåñòâà, à R � óíèâåðñàëüíàÿ ãàçî-

âàÿ ïîñòîÿííàÿ.

Äëÿ âû÷èñëåíèÿ êîýôôèöèåíòà ëåòó÷åñòè èñïîëüçóåòñÿ óðàâíåíèå ñî-

ñòîÿíèÿ Ïåíãà-Ðîáèíñîíà:

lnϕ =b1b2(Z−1)−ln(Z−b2P

RT)− a22

2√2b2RT

−2a12a22

−b1b2

lnZ + (1 +

√2)b2P/RT

Z + (1−√2)b2P/RT

,

ãäå èíäåêñû ¾1¿ è ¾2¿ îáîçíà÷àþò ðàñòâîðÿåìîå âåùåñòâî è äèîêñèä óãëå-

ðîäà ñîîòâåòñòâåííî. Z = PVRT � ôàêòîð ñæèìàåìîñòè; b1, b2 � ïîïðàâêè

ó÷¼òà îáú¼ìîâ ìîëåêóë ðàñòâîð¼ííîãî âåùåñòâà è ðàñòâîðèòåëÿ; a12, a22 �

êîýôôèöèåíòû, ó÷èòûâàþùèå âçàèìîäåéñòâèå ìåæäó ìîëåêóëàìè.

 êà÷åñòâå èñõîäíûõ äîïóùåíèé ïðèíèìàåòñÿ ðÿä ïîëîæåíèé: ðàñòâîðû

ÿâëÿþòñÿ ðàçáàâëåííûìè, ðàñòâîðÿåìûå âåùåñòâà íåñæèìàåìû è íå ðàñ-

2Àòðàçèí (CAS 1912-24-9) � ãåðáèöèä, îòíîñÿùèéñÿ ê êëàññó ñèì-òðèàçèíîâ.

38

òâîðÿþò äèîêñèä óãëåðîäà ïðè âûñîêîì äàâëåíèè. Êîýôôèöèåíòû, èñïîëü-

çóåìûå â óðàâíåíèÿõ, ëèáî ïîëó÷åíû ïðè ïîìîùè ðàñ÷¼òà èç ñïðàâî÷íûõ

äàííûõ ëèáî èçìåðåíû â ýêñïåðèìåíòå.

Ñóùåñòâóþò è äðóãèå ìîäåëè ðàñòâîðèìîñòè â ñâåðõêðèòè÷åñêèõ ôëþ-

èäàõ. Ðàññìîòðèì îïèñàííóþ â ðàáîòå [56] ìîäåëü Êðàñòèëà (Chrastil), ïðè-

ìåíÿåìóþ äëÿ ïðîãíîçèðîâàíèÿ ðàñòâîðèìîñòè òàêñîëà3 â ÑÊÄÓ.

Êàê óòâåðæäàåòñÿ â ðàáîòå, ìîäåëü ðàñòâîðèìîñòè Êðàñòèëà ïðîùå ìî-

äåëè Ïåíãà-Ðîáèíñîíà è íå òðåáóåò çàäàíèÿ ôèçè÷åñêèõ ñâîéñòâ íè òàêñî-

ëà, íè äèîêñèäà óãëåðîäà. Çàâèñèìîñòü êîíöåíòðàöèè ðàñòâîð¼ííîãî âåùå-

ñòâà îò ïëîòíîñòè ôëþèäà â ìîäåëè Êðàñòèëà èìååò ñëåäóþùèé âèä:

c = ρk exp

[A

T+B

],

ãäå c � êîíöåíòðàöèÿ òàêñîëà â ÑÊÄÓ, ã/ë; ρ � ïëîòíîñòü ôëþèäà, ã/ë;

T � àáñîëþòíàÿ òåìïåðàòóðà, K; A, B, k � ýìïèðè÷åñêèå êîíñòàíòû.

Ïîñëå ëîãàðèôìèðîâàíèÿ ïîëó÷àþò óðàâíåíèå äëÿ ãðàôè÷åñêîãî èëè

ðåãðåññèîííîãî îïðåäåëåíèÿ âåëè÷èí ýìïèðè÷åñêèõ êîíñòàíò:

ln c = k ln ρ+A

T+B.

Äëÿ òàêñîëà êîýôôèöèåíòû A, B, k áûëè âû÷èñëåíû è ñîñòàâèëè -5971Ê,

-76 è 13 ñîîòâåòñòâåííî. Óãëîâîé êîýôôèöèåíò ïðÿìîé (k = 13), ïîñòðîåí-

íîé â êîîðäèíàòàõ ¾ln c� ln ρ¿, èìååò ôèçè÷åñêèé ñìûñë: îáùåå êîëè÷åñòâî

ìîëåêóë, îáðàçóþùèõ ñîëüâàòíûé êîìïëåêñ. Òàêèì îáðàçîì, êàæäàÿ ðàñ-

òâîð¼ííàÿ ìîëåêóëà òàêñîëà îáðàçóåò êëàñòåð ñ 12 ìîëåêóëàìè äèîêñèäà

óãëåðîäà.

Íåñìîòðÿ íà çíà÷èòåëüíî óïðîù¼ííûé âèä ìîäåëè Êðàñòèëà ïî ñðàâíå-

íèþ ñ óðàâíåíèåì Ïåíãà-Ðîáèíñîíà, îáîèì ñïîñîáàì ïðîãíîçèðîâàíèÿ ïðè-

ñóù ñåðü¼çíûé íåäîñòàòîê. Äëÿ ïðåäñêàçàíèÿ ðàñòâîðèìîñòè ëþáîãî íîâî-

ãî, íå èìåþùåãî ïðåäîïðåäåë¼ííûõ òåðìîäèíàìè÷åñêèõ, ýìïèðè÷åñêèõ è

ôèçèêî-õèìè÷åñêèõ êîíñòàíò âåùåñòâà ïîòðåáóþòñÿ ýêñïåðèìåíòû. Ìîäå-

ëè QSAR ëèøåíû óêàçàííîãî íåäîñòàòêà, ò. ê. èñïîëüçóþò â êà÷åñòâå ôàê-

òîðîâ ìîäåëè èíäåêñû, ïîëó÷àåìûå ïðè ïîìîùè ðàçëè÷íûõ àëãîðèòìîâ

3Òàêñîë (10-äåàöåòèëáàêêàòèí, CAS 33069-62-4) � âåùåñòâî, âïåðâûå âûäåëåííîå èç êîðû òèñà òè-

õîîêåàíñêîãî (Taxus brevifolia) â 1964 ã. Ñàìî âåùåñòâî è åãî àëêèëèðîâàííûå ïðîèçâîäíûå, êàê âûÿñ-

íèëîñü, îáëàäàþò ïðîòèâîðàêîâîé àêòèâíîñòüþ.

39

íåïîñðåäñòâåííî èç ñòðóêòóðû ñîåäèíåíèé. Â êðóïíûõ õèìèêî-ôàðìàöåâ-

òè÷åñêèõ è èññëåäîâàòåëüñêèõ êîìïàíèÿõ ñóùåñòâóþò áîëüøèå áàíêè äàí-

íûõ ñòðóêòóðíîé èíôîðìàöèè î äåñÿòêàõ ìèëëèîíîâ îðãàíè÷åñêèõ ñîåäè-

íåíèé. Ïîìèìî çàêðûòûõ êîììåð÷åñêèõ èñòî÷íèêîâ èíôîðìàöèè î âåùå-

ñòâàõ ñóùåñòâóþò è îáùåäîñòóïíûå ðåñóðñû.

Ïîäõîä â ìîäåëèðîâàíèè ðàñòâîðèìîñòè, ó÷èòûâàþùèé ñòðóêòóðíûå

õàðàêòåðèñòèêè ìîëåêóë, à íå ìàêðîñêîïè÷åñêèå ñâîéñòâà òåðìîäèíàìè-

÷åñêèõ ñèñòåì, èñïîëüçóåòñÿ â íàóêå ñðàâíèòåëüíî íåäàâíî. Ñâÿçàíî ýòî

ñ òåì, ÷òî áóðíûé ðîñò ïðîèçâîäèòåëüíîñòè è ñíèæåíèå ñòîèìîñòè êîì-

ïüþòåðîâ ïîçâîëèë â ïîñëåäíåå äåñÿòèëåòèå XX â. îáðàáàòûâàòü áîëüøèå

îáú¼ìû èíôîðìàöèè äëÿ ïîèñêà óñòîé÷èâûõ êîððåëÿöèé. Áåç ïðèìåíåíèÿ

ñðåäñòâ âû÷èñëèòåëüíîé òåõíèêè ïðèìåíåíèå ìåòîäîëîãèè QSAR ñòàíî-

âèòñÿ ÷åðåñ÷óð òðóäî¼ìêîé çàäà÷åé.

Îáùèé âèä ìîäåëåé ðàñòâîðèìîñòè â ìåòîäîëîãèè QSAR:

lnS = f(p, T, ¾structure¿),

ãäå p, T � óñëîâèÿ èçìåðåíèÿ ðàñòâîðèìîñòè, ¾structure¿ � ñîâîêóïíîñòü

äåñêðèïòîðîâ ìîëåêóëÿðíîé ñòðóêòóðû.

Îñíîâíîé òðóäíîñòüþ â ïðîöåññå ðàçðàáîòêè ìîäåëè ÿâëÿåòñÿ äèñêðåò-

íûé ïîèñê íàèëó÷øèõ âàðèàíòîâ óðàâíåíèé ñðåäè äåñÿòêîâ, à òî è ñîòåí

ðàçëè÷íûõ äåñêðèïòîðîâ. Ïðè ýòîì ñòîèò ïîíèìàòü, ÷òî íå âñå ñî÷åòà-

íèÿ ôàêòîðîâ â êîíå÷íîé ìîäåëè æåëàòåëüíû. Òàê ñðåäè èíäåêñîâ ñõîæå-

ãî èíôîðìàöèîííîãî ñîäåðæàíèÿ âåñüìà âåðîÿòíû ñèëüíûå êîððåëÿöèè,

÷òî íåãàòèâíî ìîæåò ñêàçàòüñÿ íà ïðîãíîçíîé ñèëå ìîäåëè. Ñ öåëüþ ïîëó-

÷åíèÿ äåñêðèïòîðîâ ðàçíîãî èíôîðìàöèîííîãî ñîäåðæàíèÿ âîçìîæíî èõ

êîìáèíèðîâàíèå ìåæäó ñîáîé.  êà÷åñòâå èëëþñòðàöèé ê îáùèì ïðèíöè-

ïàì ïîñòðîåíèÿ QSAR-ìîäåëåé ìîæíî ïðèâåñòè ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèé,

îïóáëèêîâàííûõ â ðàáîòàõ [57�59].

 ñòàòüå [59] äëÿ âûáîðêè, âêëþ÷àþùåé 52 ðàçëè÷íûõ ñîåäèíåíèÿ, áûëà

ïîñòðîåíà ìîäåëü, õàðàêòåðèçóþùàÿñÿ óðàâíåíèåì ñëåäóþùåãî âèäà:

lnS = 8, 72− 0, 514DPOL1− 0, 224PPSA3− 1, 82S3C8− 0, 148SCAA1−−2, 11CTAA0− 9, 32SHDW5− 0, 284NAB15,

ãäå DPOL1 � âû÷èñëåííûé äèïîëüíûé ìîìåíò; PPSA3 � ñóììà ïëîùàäåé

ïîâåðõíîñòè ïîëîæèòåëüíî çàðÿæåííûõ àòîìîâ, óìíîæåííûõ íà âåëè÷èíû

40

ýòèõ çàðÿäîâ; S3C8 � ÷èñëî ïóòåé äëèíû ¾3¿ â ñîîòâåòñòâóþùåì ìîëåêó-

ëÿðíîì ãðàôå; SCAA1 � ñóììà ïëîùàäåé ïîâåðõíîñòè àòîìîâ-àêöåïòîðîâ

âîäîðîäíîé ñâÿçè, óìíîæåííûõ íà âåëè÷èíû ýòèõ çàðÿäîâ; CTAA0 � êî-

ëè÷åñòâî àòîìîâ-àêöåïòîðîâ; SHDW5 � ïëîùàäü ïðîåêöèè ìîëåêóëû íà

ïëîñêîñòü XZ, äåë¼ííàÿ íà ïëîùàäü ïðÿìîóãîëüíèêà, îãðàíè÷åííîãî ìàê-

ñèìàëüíûìè çíà÷åíèÿìè êîîðäèíàò ïî îñÿì X è Z; NAB15 � êîëè÷åñòâî

àðîìàòè÷åñêèõ ñâÿçåé. Êàê âèäíî èç îáùåãî îïèñàíèÿ èñïîëüçîâàííûõ äå-

ñêðèïòîðîâ îñíîâíîé âêëàä âíîñÿò èíäåêñû ýëåêòðîííîãî ñòðîåíèÿ ìîëå-

êóë è ïðîèçâîäíûå îò íèõ.

 ðàáîòå [57] ñòðîèòñÿ ìîäåëü äëÿ îïðåäåëåíèÿ êîíöåíòðàöèé íàñûùå-

íèÿ â ëèïèäíîì ñëîå (òêàíÿõ æèâûõ îðãàíèçìîâ) äëÿ ðàçëè÷íûõ îðãàíè-

÷åñêèõ ñîåäèíåíèé. Îñíîâíîå âíèìàíèå óäåëåíî ðàçëè÷íûì ìåòîäàì ïîèñ-

êà êîìáèíàöèé äåñêðèïòîðîâ, îáåñïå÷èâàþùèõ õîðîøóþ àïïðîêñèìàöèþ

ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ. Äëÿ ïîäáîðà îïòèìàëüíîãî ñ òî÷êè çðåíèÿ

èíôîðìàöèîííîãî ñîäåðæàíèÿ íàáîðà äåñêðèïòîðîâ èñïîëüçîâàëñÿ ãåíåòè-

÷åñêèé àëãîðèòì, îñóùåñòâëÿâøèé ïîèñê ñðåäè 512 ðàçëè÷íûõ èíäåêñîâ.

Ðåçóëüòàòû ðàáîòû âûãëÿäÿò ñëåäóþùèì îáðàçîì:

lnBCF = −1, 01 + 2, 53IDDM− 1, 02HIC− 0, 46nHAcc− 1, 13GATS1e−−1, 70MATS1p,

ãäå IDDM � èíôîðìàöèîííîå ñîäåðæàíèå âåëè÷èíû ñðåäíåãî ðàññòîÿíèÿ;

HIC � èíôîðìàöèîííîå ñîäåðæàíèå ñðåäíåãî ðàäèóñ-âåêòîðà ìîëåêóëû â

òð¼õìåðíîì ïðîñòðàíñòâå; nHAcc � êîëè÷åñòâî àòîìîâ-àêöåïòîðîâ âîäîðîä-

íîé ñâÿçè; GATS1e � èíäåêñ àâòîêîððåëÿöèè Äæàéðè (Geary), âçâåøåííûé

ïî ýëåêòðîîòðèöàòåëüíîñòÿì Ñàíäåðñîíà (Sanderson); MATS1p � èíäåêñ àâ-

òîêîððåëÿöèè Ìîðàíà (Moran), âçâåøåííûé ïî àòîìíûì ïîëÿðèçóåìîñòÿì.

Ìîäåëü áûëà ïîñòðîåíà íà âûáîðêå âåëè÷èíîé 179 ñîåäèíåíèé. Ñòàòèñòè-

÷åñêàÿ ïðîâåðêà äàëà êîýôôèöèåíò ëèíåéíîé êîððåëÿöèè r = 0, 807.

Îáîáùàÿ âûøåñêàçàííîå, ìîæíî âûäåëèòü îòðèöàòåëüíûå è ïîëîæè-

òåëüíûå ñòîðîíû ìåòîäîëîãèè QSAR ïðè ïîñòðîåíèè ìàòåìàòè÷åñêèõ ìî-

äåëåé ðàñòâîðèìîñòè. Áîëüøèì äîñòîèíñòâîì óñòîé÷èâûõ QSAR-ìîäåëåé

ÿâëÿåòñÿ èõ äîñòàòî÷íî õîðîøàÿ ïåðåíîñèìîñòü. Ýòî ñâîéñòâî îáúÿñíÿåòñÿ

ó÷åòîì îñîáåííîñòåé ìîëåêóëÿðíîé ñòðóêòóðû íåïîñðåäñòâåííî â ôàêòî-

ðàõ ìîäåëè. Íàáîð äåñêðèïòîðîâ ìîæåò êîëè÷åñòâåííî îïèñûâàòü íàëè÷èå

îñîáûõ ñâîéñòâ ó îäíèõ êëàññîâ ñîåäèíåíèé è ïðàêòè÷åñêè ïîëíîå îòñóò-

ñòâèå ó äðóãèõ. Îäíàêî, ìåòîäîëîãèè QSAR ïðèñóùè è íåêîòîðûå ñëîæíî-

41

ñòè, ãëàâíîé ñðåäè êîòîðûõ ÿâëÿåòñÿ íåïîñðåäñòâåííîå âû÷èñëåíèå íàáîðà

äåñêðèïòîðîâ è ïîèñê ôîðìû çàïèñè ñòðóêòóðû ìîëåêóë, ïðèãîäíîé äëÿ

ðàñ÷åòà èíäåêñîâ ðàçëè÷íîãî èíôîðìàöèîííîãî ñîäåðæàíèÿ.

42

Ãëàâà 2

Ýêñïåðèìåíòàëüíûå

èññëåäîâàíèÿ

ðàñòâîðèìîñòè â

ñâåðõêðèòè÷åñêîì äèîêñèäå

óãëåðîäà

2.1 Ïðèáîð äëÿ ïðîâåäåíèÿ èçìåðåíèé ðàñ-

òâîðèìîñòè

Èçìåðåíèå ðàñòâîðèìîñòè îðãàíè÷åñêèõ âåùåñòâ â ñâåðõêðèòè÷åñêîì

äèîêñèäå óãëåðîäà ïðîâîäèëîñü â àâòîêëàâå, èçîáðàæåííîì íà ðèñ. 2.1.

Êîðïóñ àâòîêëàâà 4 âûïîëíåí èç öåëüíîé öèëèíäðè÷åñêîé ñòàëüíîé çà-

ãîòîâêè. Òîëùèíà ñòåíîê 50 ìì, äëèíà 184,5 ìì. Áîêîâûå ôëàíöû 2 èç-

ãîòîâëåíû èç ñòàëè V4A ñ öèëèíäðè÷åñêèìè ñìîòðîâûìè îêíàìè èç áîð-

ñèëèêàòíîãî ñòåêëà. Ãåðìåòè÷íîå ñîåäèíåíèå ìåæäó êîðïóñîì è ôëàíöàìè

îáåñïå÷èâàåòñÿ òåôëîíîâûìè ïðîêëàäêàìè 5 è äîïîëíèòåëüíûìè ïðèæèì-

íûìè ôëàíöàìè 3 íà øåñòè áîëòàõ 6 ÷åðåç øèðîêèå øàéáû 7. Àâòîêëàâ

èìååò òðè âõîäíûõ è äâà âûõîäíûõ ïàòðóáêà 1 äèàìåòðîì 1 ìì äëÿ ââå-

äåíèÿ æèäêîãî èëè ãàçîîáðàçíîãî äèîêñèäà óãëåðîäà. Îáúåì ãåðìåòè÷íîé

÷àñòè ñîñòàâëÿåò Va = 249,5 ìë. Ìàêñèìàëüíîå ðàáî÷åå äàâëåíèå â àâ-

43

òîêëàâå òàêîé êîíñòðóêöèè ñîñòàâëÿåò 20 ÌÏà (200 àòì), ìàêñèìàëüíàÿ

ðàáî÷àÿ òåìïåðàòóðà 100◦ Ñ. Ïåðåìåøèâàíèå ñîäåðæèìîãî îñóùåñòâëÿåò-

ñÿ âñòðÿõèâàíèåì êîðïóñà àâòîêëàâà, ïðè íåîáõîäèìîñòè â ãåðìåòè÷íóþ

÷àñòü ïîìåùàþò ñòàëüíûå øàðèêè äèàìåòðîì 10 ìì.

Ðèñ. 2.1. Îáùèé âèä àâòîêëàâà.

Òåõíîëîãè÷åñêàÿ ñõåìà óñòàíîâêè èçîáðàæåíà íà ðèñ. 2.2. Èç òàíêà (áàë-

ëîíà) 1 ñ æèäêèì äèîêñèäîì óãëåðîäà, íàõîäÿùèìñÿ ïîä ñîáñòâåííûì äàâ-

ëåíèåì (�50 àòì), ãàçîîáðàçíûé CO2 ïîñòóïàåò â ìåìáðàííûé êîìïðåññîð

3. Äàâëåíèå ïåðåä êîìïðåññîðîì êîíòðîëèðóåòñÿ ìàíîìåòðîì 2. Ïðè íåîá-

õîäèìîñòè äèîêñèä óãëåðîäà ïðåäâàðèòåëüíî ïîäîãðåâàåòñÿ â òåïëîîáìåí-

íèêå 5 (ðàáî÷åå òåëî � ãîðÿ÷àÿ âîäà) è ïîñòóïàåò â àâòîêëàâ. Ïðè îòêðû-

òûõ âåíòèëÿõ 10, 11 è çàêðûòûõ âåíòèëÿõ 12 è 13 äàâëåíèå â àâòîêëàâå

ïîâûøàåòñÿ âûøå êðèòè÷åñêîãî çíà÷åíèÿ. Òåìïåðàòóðà è äàâëåíèå ñðåäû

êîíòðîëèðóåòñÿ òåðìîïàðîé Pt100 è ìàíîìåòðîì. Ñêîðîñòü ïîòîêà âûõî-

äÿùåãî ãàçà ðåãóëèðóåòñÿ âåíòèëÿìè 12, 13 è 14. Äëÿ èçìåðåíèÿ ïîòîêà

âûõîäÿùåãî ãàçà èñïîëüçóåòñÿ ðàñõîäîìåð 16. Òåïëîîáìåííèê 15 ïðåäíà-

çíà÷åí äëÿ êîíäåíñàöèè è ñáîðà æèäêèõ êîìïîíåíòîâ ñâåðõêðèòè÷åñêîãî

ðàñòâîðà.

Íà ðèñ. 2.3 ïðåäñòàâëåíà ôîòîãðàôèè àâòîêëàâà (à) â ðàáî÷åì ñîñòîÿ-

íèè è ñèñòåìû õðàíåíèÿ è ïîäà÷è æèäêîãî äèîêñèäà óãëåðîäà (á).

44

Ðèñ. 2.2. Òåõíîëîãè÷åñêàÿ ñõåìà óñòàíîâêè.

2.2 Ïðîâåäåíèå èçìåðåíèé ðàñòâîðèìîñòè

Óñòàíîâêà, îïèñàííàÿ âûøå, ïðèìåíÿëàñü äëÿ îïðåäåëåíèÿ ðàñòâîðèìî-

ñòè òâåðäûõ îðãàíè÷åñêèõ âåùåñòâ. Äëÿ ýòîãî â íèæíþþ ÷àñòü àâòîêëàâà

ïîìåùàåòñÿ ñòàëüíîé ñåò÷àòûé ïàòðîí ñ íàâåñêîé èññëåäóåìîãî âåùåñòâà.

Àâòîêëàâ ãåðìåòèçèðóþò è ïîäîãðåâàþò äî òîé òåìïåðàòóðû, ïðè êîòî-

ðîé îïðåäåëÿåòñÿ çíà÷åíèå ðàñòâîðèìîñòè. Çàòåì ïðè çàêðûòûõ âûõîäíûõ

âåíòèëÿõ â ðåàêòîð ñ ïîìîùüþ êîìïðåññîðà íàãíåòàåòñÿ äèîêñèä óãëåðîäà,

ïðåäâàðèòåëüíîé íàãðåòûé äî òîé æå ñàìîé òåìïåðàòóðû. Äèîêñèä óãëåðî-

äà íàêà÷èâàåòñÿ äî òåõ ïîð, ïîêà â àâòîêëàâå íå áóäåò äîñòèãíóòî çàäàííîå

äàâëåíèå � òî, ïðè êîòîðîì áóäåò îïðåäåëÿòüñÿ çíà÷åíèå ðàñòâîðèìîñòè.

Ïîñëå äîñòèæåíèÿ çàäàííîãî äàâëåíèÿ âõîäíûå âåíòèëè ïåðåêðûâàþòñÿ, è

àâòîêëàâ îñòàâëÿþò íà 10�50 ÷àñîâ äëÿ óñòàíîâëåíèÿ ðàâíîâåñèÿ, òåìïåðà-

òóðà ïðè ýòîì ïîääåðæèâàåòñÿ ïîñòîÿííîé ñ òî÷íîñòüþ ±1 K. Íà äèàãðàì-ìå ñîñòîÿíèÿ äèîêñèäà óãëåðîäà (ïîêàçàíà âåòâü ðàâíîâåñèÿ ¾æèäêîñòü �

ãàç¿, ðèñ. 2.4) îïèñàííûé ïðîöåññ èçîáðàæàåòñÿ âåðòèêàëüíîé ñòðåëêîé 1,

45

a) á)

Ðèñ. 2.3. Ôîòîãðàôèè àâòîêëàâà (à), ñèñòåìû õðàíåíèÿ è ïîäà÷è æèäêîãî

äèîêñèäà óãëåðîäà (á).

ïîñêîëüêó ïðîèñõîäèò èçîòåðìè÷åñêè.

Ðèñ. 2.4. Äèàãðàììà ¾p�T¿ äëÿ ïðîöåññà ðàñòâîðåíèÿ.

Ïîñëå äîñòèæåíèÿ ðàâíîâåñèÿ äèîêñèä óãëåðîäà âûïóñêàþò èç àâòî-

êëàâà ñî ñêîðîñòüþ îêîëî 100 íë/÷ è îõëàæäàþò óñòàíîâêó äî êîìíàòíîé

òåìïåðàòóðû (ëèíèÿ 2 íà ðèñ. 2.4). Ñòàëüíîé ïàòðîí èçâëåêàþò, óäàëÿþò ñ

åãî âíåøíåé ïîâåðõíîñòè âîçìîæíûå êðèñòàëëè÷åñêèå îáðàçîâàíèå è âìå-

ñòå ñî âíóòðåííèì ñîäåðæèìûì âçâåøèâàþò.

46

2.3 Âû÷èñëåíèå âåëè÷èíû ðàñòâîðèìîñòè

Äëÿ öåëåé ìîäåëèðîâàíèÿ óäîáíî ïðåäñòàâëÿòü âåëè÷èíó ðàñòâîðèìî-

ñòè â áåçðàçìåðíûõ åäèíèöàõ, íàèáîëåå ïîïóëÿðíîé (â òîì ÷èñëå è â òåð-

ìîäèíàìè÷åñêèõ ðàñ÷åòàõ) âåëè÷èíîé ÿâëÿåòñÿ ìîëüíàÿ äîëÿ x � îòíîøå-

íèå ÷èñëà ìîëåé äàííîãî âåùåñòâà ê ñóììàðíîìó êîëè÷åñòâó ìîëåé âñåõ

âåùåñòâ â ñèñòåìå. Ïî îïèñàííîìó â ï. 2.2 ñïîñîáó îïðåäåëÿåòñÿ ìàññà ðàñ-

òâîðåííîãî â ÑÊÄÓ âåùåñòâà êàê ðàçíîñòü ìåæäó èñõîäíîé íàâåñêîé è

ìàññîé âåùåñòâà â ïàòðîíå ïîñëå ðàñòâîðåíèÿ:

∆m = mt −ms, (2.1)

ãäå mt � ìàññà âåùåñòâà â ïàòðîíå äî ðàñòâîðåíèÿ, ã; ms � ìàññà âåùåñòâà

â ïàòðîíå ïîñëå ðàñòâîðåíèÿ. Ñóììàðíîãî ÷èñëà ìîëåé âñåõ âåùåñòâ n â

àâòîêëàâå ðàâíî:

n = nCO2+ ndrug, (2.2)

ãäå nCO2� ÷èñëî ìîëåé äèîêñèäà óãëåðîäà, ìîëü; ndrug � ÷èñëî ìîëåé

ðàñòâîðÿåìîãî âåùåñòâà, ìîëü. Âûðàæàÿ âåëè÷èíó nCO2÷åðåç ïëîòíîñòü

ÑÊÄÓ ρscCO2è îáúåì àâòîêëàâà Va äëÿ ñóììàðíîãî ÷èñëà ìîëåé èìååì:

n =VaρscCO2

MCO2

+∆m

Mdrug, (2.3)

ãäå MCO2, Mdrug � ìîëÿðíûå ìàññû äèîêñèäà óãëåðîäà è ðàñòâîðÿåìîãî

âåùåñòâà ñîîòâåòñòâåííî, ã/ìîëü.

Ðèñ. 2.5. Çàâèñèìîñòü ïëîòíîñòè ÑÊÄÓ îò äàâëåíèÿ è òåìïåðàòóðû.

47

Òàáëèöà 2.1. Òàáëèöà ýêñïåðèìåíòàëüíî îïðåäåëåííûõ ïëîòíîñòåé ÑÊÄÓ

â çàâèñèìîñòè îò òåìïåðàòóðû è äàâëåíèÿ.

Òåìïåðàòóðà, Ñ Äàâëåíèå, àòì Ïëîòíîñòü, ã/ñì3

30,0000 150,0000 0,8478

40,0000 150,0000 0,7812

50,0000 150,0000 0,7010

30,0000 200,0000 0,8909

40,0000 200,0000 0,8404

50,0000 200,0000 0,7851

30,0000 300,0000 0,9486

40,0000 300,0000 0,9106

55,0000 300,0000 0,8712

Äëÿ ðàñ÷åòîâ ïî ôîðìóëå 2.3 íåîáõîäèìî çíàòü ïëîòíîñòü ÑÊÄÓ ïðè

ðàçëè÷íûõ äàâëåíèÿõ è òåìïåðàòóðàõ. Äëÿ ðàáî÷èõ òåìïåðàòóð è äàâëå-

íèé, ïðèâåäåííûõ â òàáë. 2.1 áûëà ïîñòðîåíà ëèíåéíàÿ ìîäåëü, ñâÿçûâàþ-

ùàÿ ïëîòíîñòü, äàâëåíèå è òåìïåðàòóðó:

ρscCO2= 0, 8406− 0, 0049t◦ + 0, 0009p. (2.4)

Âåëè÷èíà äîñòîâåðíîñòè àïïðîêñèìàöèè äëÿ äàííîé ìîäåëè ñîñòàâëÿåò

R2 = 0, 97.

2.4 Ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå äëÿ ìîäåëè-

ðîâàíèÿ

Âûøå â íàñòîÿùåé ãëàâå êðàòêî ðàññìîòðåíû òåõíîëîãè÷åñêèå è ìå-

òîäîëîãè÷åñêèå îñíîâû èçìåðåíèÿ ðàñòâîðèìîñòè îðãàíè÷åñêèõ âåùåñòâ â

ÑÊÄÓ. Äëÿ èëëþñòðàöèè ïðîäåëàííîé ïðàêòè÷åñêîé ðàáîòû íèæå áóäóò

ïðèâåäåíû íåïîñðåäñòâåííî äàííûå, êîòîðûå ïîñëóæèëè îñíîâîé íàñòîÿ-

ùåé ðàáîòû.  òàáë. 2.2 çàïèñàíû ñëó÷àéíî âûáðàííûå ýêñïåðèìåíòàëüíûå

òî÷êè äëÿ èëëþñòðàöèè ñïîñîáà èõ ñîõðàíåíèÿ â íàøåé áàçå äàííûõ.

 òàáë. 2.3 ïðèâåäåí ïîëíûé ñïèñîê íàèìåíîâàíèé õèìè÷åñêèõ ñîåäèíå-

íèé, äëÿ êîòîðûõ ïîëó÷åíû ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå. Ïîìèìî íàçâàíèÿ

48

Òàáëèöà 2.2. Ïðèìåðû äàííûõ ïî ðàñòâîðèìîñòÿì, çàíåñ¼ííûå â áàçó äàí-

íûõ.

Ðàñòâîðèìîñòü, ìîë.äîëè P, ÌÏà T, K Íàçâàíèå âåùåñòâà

0,01325 25,33 353 âîäà

0,00136 20 310 òðèôåíèëôîñôèí

0,000686 10,33 303 òðèôåíèëìåòàí

1,7E-05 10,55 343 ïèðåí

0,003833 23,25 320 ñêâàëàí

0,019091 14,6 333 ôåíîë

0,0015 41,33 303 ôåíàíòðåí

0,007 36,5 318 íàôòîõèíîí

8,3E-06 8,77 308 èíäîë-3-êàðáàëüäåãèä

0,000611 14,1 338 äèáåíçîòèîôåí

0,00583 24,4 308 2,3-äèìåòèëíàôòàëèí

0,00438 13,92 308 5-ìåòîêñè-1-òåòðàëîí

0,00035 42,4 343 àíòðàöåí

0,0014 36,5 328 áåòà-íàôòîë

2,25E-05 15,11 343 áðàññèëîâàÿ êèñëîòà

0,0040625 25,33 353 àëüôà-òîêîôåðîë

0,000272 12 338 áåíçîéíàÿ êèñëîòà

0,00024 10 313 ñòåàðèíîâàÿ êèñëîòà

0,001667 11 320 íîíàäåêàí

0,001689 15,2 308 ãåêñàìåòèëáåíçîë

è èäåíòèôèêàöèîííîãî íîìåðà â òàáëèöå óêàçàí èíäåêñ CAS. Ýòî ÷èñëîâîå

îáîçíà÷åíèå, ââåäåííîå Àìåðèêàíñêèì Õèìè÷åñêèì Îáùåñòâîì, óíèêàëüíî

èäåíòèôèöèðóåò âåùåñòâî è ïîçâîëÿåò ïðîâîäèòü áûñòðûé íàïðàâëåííûé

ïîèñê â õèìè÷åñêèõ áàçàõ äàííûõ ðàçëè÷íîãî íàçíà÷åíèÿ.

49

Òàáëèöà 2.3. Ïåðå÷åíü õèìè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé, çàíåñ¼ííûõ â áàçó äàííûõ.

� Íàçâàíèå CAS � Íàçâàíèå CAS

1 äèîêñèä óãëåðîäà 124-38-9 44 áðàññèëîâàÿ êèñëîòà 505-52-2

2 ìåòàíîë 67-56-1 45 áåòà-íàôòîë 135-19-3

3 ýòàíîë 64-17-5 46 àíòðàöåí 120-12-7

4 âîäà 7732-18-5 47 àëüôà-íàôòîë 90-15-3

5 òðèôåíèëôîñôèí 603-35-0 48 àäàìàíòàí 281-23-2

6 òðèôåíèëôîñôàò 115-86-6 49 àêðèäèí 260-94-6

7 òðèôåíèëìåòàí 519-73-3 50 7-ìåòèë-1-òåòðàëîí 22009-37-6

8 òðèôåíèëàìèí 603-34-9 51 6-ìåòîêñè-1-òåòðàëîí 1078-19-9

9 òðèîêòèëôîñôèí 4731-53-7 52 5-ìåòîêñèèíäîë 1006-94-6

10 òðèîêòèëàìèí 1116-76-3 53 5-ìåòîêñè-1-òåòðàëîí 33892-75-0

11 òðèãåêñèëàìèí 102-86-3 54 5-ãèäðîêñèèíäîë 1953-54-4

12 òåòðàêîçàí 646-31-1 55 5-àìèíîèíäîë 5192-03-0

13 ñêâàëàí 111-01-3 56 2-íîíàäåêàíîí 629-66-3

14 ïèðåí 129-00-0 57 2-àìèíîôëóîðåí 153-78-6

15 ôåíîë 108-95-2 58 2,6-äèìåòèëíàôòàëèí 28804-88-8

16 ôåíîë ãîëóáîé 2150-58-5 59 2,4-äèõëîðôåíîë 120-83-2

17 ôòàëåâûé àíãèäðèä 85-44-9 60 2,3-äèìåòèëíàôòàëèí 581-40-8

18 ôåíàíòðåí 85-01-8 61 ñòåàðèëîâûé ñïèðò 112-92-5

19 ïàðàõëîðôåíîë 106-48-9 62 1,10-äåêàíäèîë 112-47-0

20 2-îêñèíäîë 59-48-3 63 öåòèëîâûé ñïèðò 36653-82-4

21 îêòàäåöèëìåðêàïòàí 2885-00-9 64 àíòðàíèëèíîâàÿ êèñëîòà 118-92-3

22 îêòàäåêàí 593-45-3 65 àëüôà-òîêîôåðîë 59-02-9

23 îêòàêîçàí 630-02-4 66 áåãåíîâàÿ êèñëîòà 112-85-6

24 íàôòîõèíîí 130-15-4 67 áåíçîéíàÿ êèñëîòà 65-85-0

25 íîíàäåêàí 629-92-5 68 äèôåíèë 92-52-4

26 íîíàäåêàí íèòðèë 28623-46-3 69 õîëåñòåðîë 57-88-5

27 ìåòèë-ï-íèòðîáåíçîàò 619-50-1 70 ãåêñàõëîðýòàí 67-72-1

28 ìåòèë-ì-íèòðîáåíçîàò 618-95-1 71 ëàâðîâàÿ êèñëîòà 143-07-7

29 ìåòèë-î-íèòðîáåíçîàò 606-27-9 72 3-ãèäðîêñèáåíçîéíàÿ êèñ-

ëîòà

99-06-9

30 èíäîë-3-êàðáîêñèëüíàÿ

êèñëîòà

771-50-6 73 ìîíîêðîòàìèí 315-22-0

31 èíäîë-3-êàðáàëüäåãèä 487-89-8 74 ìèðèñòèíîâàÿ êèñëîòà 544-63-8

32 ãåêñàìåòèëáåíçîë 87-85-4 75 ñàëèöèëîâàÿ êèñëîòà 69-72-7

33 ôëóîðåí 86-73-7 76 îëåèíîâàÿ êèñëîòà 112-80-1

34 äèîêòèëîâûé ýôèð 629-82-3 77 ïàëüìèòèíîâàÿ êèñëîòà 57-10-3

35 äèôåíèëàìèí 122-39-4 78 4-ãèäðîêñèáåíçîéíàÿ êèñ-

ëîòà

99-96-7

36 äîêîçàí 629-97-0 79 ñêàòîë 83-34-1

37 ýéêîçàí 112-95-8 80 ñòåàðèíîâàÿ êèñëîòà 57-11-4

38 äèáåíçîòèîôåí 132-65-0 81 òðèáóòèðèí 60-01-5

39 äèäîäåöèëôîñôèí 13176-24-4 82 òðèëàóðèí 538-24-9

40 äèäîäåöèëòèîýôèð 2469-45-6 83 òðèìèðèñòèí 555-45-3

41 äèäîäåöèëàìèí 3007-31-6 84 òðèîêòèëôîñôèí îêñèä 78-50-2

42 äåêàí 124-18-5 85 òðèîëåèí 122-32-7

43 êàðáàçîë 86-74-8 86 òðèñòåàðèí 555-43-1

50

Ïðè âíèìàòåëüíîì ðàññìîòðåíèè äàííûõ òàáëèö 2.2 è 2.3 ìîæíî çà-

ìåòèòü, ÷òî ýêñïåðèìåíòàëüíîìó èññëåäîâàíèþ ïîäâåðãñÿ øèðîêèé ñïåêòð

õèìè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé, â ò. ÷. àìèíû, ñïèðòû, êàðáîíîâûå êèñëîòû, ñëîæ-

íûå ýôèðû, ëèíåéíûå è öèêëè÷åñêèå óãëåâîäîðîäû. Òàêîé øèðîêèé îõâàò

ïðèíöèïèàëüíî íåîáõîäèì äëÿ ïîëó÷åíèÿ óñòîé÷èâûõ è íàäåæíûõ êîððå-

ëÿöèé â ìåòîäîëîãèè QSAR.

51

Ãëàâà 3

Ðàçðàáîòêà

èíôîðìàöèîííîé ñèñòåìû

äëÿ õðàíåíèÿ è îáðàáîòêè

ðåçóëüòàòîâ

ýêñïåðèìåíòàëüíîãî

îïðåäåëåíèÿ ðàñòâîðèìîñòè

3.1 Ñòðóêòóðà èíôîðìàöèîííîé ñèñòåìû

Èíôîðìàöèîííàÿ ñèñòåìà ¾Ñâåðõêðèòè÷åñêàÿ ôëþèäíàÿ ýêñòðàêöèÿ¿

(ÈÑ ÑÔÝ) ïðåäíàçíà÷åíà: äëÿ ââîäà äàííûõ îá ýêñïåðèìåíòàõ èç ðàçëè÷-

íûõ èñòî÷íèêîâ (êíèãè, íàó÷íûå æóðíàëû, ñòàòüè è ò. ä.); äëÿ ñèñòåìàòè-

çàöèè äàííûõ ñ ó÷åòîì êëàññèôèêàöèè âåùåñòâ ïî áèîëîãè÷åñêîé àêòèâ-

íîñòè, õèìè÷åñêîìó ñòðîåíèþ è ò. ï.

Êîíöåïòóàëüíî ÈÑ ÑÔÝ ìîæíî ðàçäåëèòü íà ÷åòûðå ÷àñòè (ðèñ. 3.1):

1. Áàçà äàííûõ (ÑÓÁÄ ¾Microsoft SQL Server 2005¿), îñíîâíîå íàçíà÷å-

íèå êîòîðîé � íàêîïëåíèå äàííûõ ñ öåëüþ èõ äàëüíåéøåãî àíàëèçà.

Çà îñíîâó äëÿ ïðîåêòèðîâàíèÿ ÁÄ âçÿòà êîíöåïöèÿ ñèñòåì îïåðàòèâ-

íîãî ââîäà äàííûõ (OLTP, Online Transaction Processing).

52

Ðèñ. 3.1. Ñòðóêòóðà èíôîðìàöèîííîé ñèñòåìû ¾Ñâåðõêðèòè÷åñêàÿ ôëþèä-

íàÿ ýêñòðàêöèÿ¿.

2. Ïîäñèñòåìà àíàëèçà. Ïîäñèñòåìà ðåàëèçóåòñÿ íà îñíîâå ÑÓÁÄ ¾SQL

Server 2005¿ è âõîäÿùåé â å¼ ñîñòàâ ñëóæáû ¾Analysing Services¿.

Ãëàâíûì íàçíà÷åíèåì ïîäñèñòåìû ÿâëÿåòñÿ àíàëèç ïîñòóïàþùåé èí-

ôîðìàöèè ñ öåëüþ ïîëó÷åíèÿ ñòàòèñòè÷åñêè çíà÷èìûõ êîððåëÿöèé

ìåæäó ðàñòâîðèìîñòüþ âåùåñòâ, èõ õèìè÷åñêèì ñòðîåíèåì è óñëîâè-

ÿìè ýêñïåðèìåíòà. Çà îñíîâó äëÿ ïðîåêòèðîâàíèÿ ïîäñèñòåìû àíàëè-

çà âçÿòû êîíöåïöèè õðàíèëèù äàííûõ (Data Warehouse), èíòåëëåê-

òóàëüíîãî àíàëèçà (Data Mining).

3. Ïîäñèñòåìà ïîäãîòîâêè è ïå÷àòè îò÷¼òîâ ïðåäíàçíà÷àåòñÿ äëÿ ïî-

ëó÷åíèÿ ïîëüçîâàòåëÿìè îáùåé èíôîðìàöèè îòíîñèòåëüíî âåùåñòâ

è ñîáðàííûõ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ. Íà äàííîì ýòàïå ðàçâèòèÿ

èíôîðìàöèîííîé ñèñòåìû ýòà ÷àñòü íå ðåàëèçîâàíà, íî ïðè ïðîåêòè-

ðîâàíèè áàçû äàííûõ ïðèíèìàëñÿ îïðåäåë¼ííûé çàäåë äëÿ áóäóùåãî

ñîâåðøåíñòâîâàíèÿ.

4. Ãðàôè÷åñêèé ïîëüçîâàòåëüñêèé èíòåðôåéñ ïðåäíàçíà÷åí äëÿ ïîëó÷å-

íèÿ äàííûõ â ãðàôè÷åñêîì âèäå, îáåñïå÷åíèÿ óäîáñòâà âûïîëíåíèÿ

îñíîâíûõ îïåðàöèé (ââîä, ðåäàêòèðîâàíèå, ïðîñìîòð) è ñîõðàíåíèÿ

ïîëó÷åííûõ ðåçóëüòàòîâ äëÿ ïîâòîðíîãî èñïîëüçîâàíèÿ. Äëÿ ðåàëè-

çàöèè ïîäñèñòåìû èñïîëüçóåòñÿ ÿçûê C#, ðàçðàáàòûâàåìûé â êîì-

ïàíèè ¾Microsoft¿.

53

3.1.1 Ðàçðàáîòêà ñòðóêòóðû áàçû äàííûõ

Èçâåñòíî, ÷òî ñàìîé ãëàâíîé çàäà÷åé ïðè ïðîåêòèðîâàíèè ëþáîé èí-

ôîðìàöèîííîé ñèñòåìû ÿâëÿåòñÿ îðãàíèçàöèÿ õðàíåíèÿ è áûñòðîãî èçáè-

ðàòåëüíîãî äîñòóïà ê äàííûì. Â ñâÿçè ñ ýòèì îñòðî âñòàåò ïðîáëåìà ìîäå-

ëèðîâàíèÿ ñòðóêòóðû äàííûõ. Äëÿ ãîñïîäñòâóþùåé ïîñëåäíèå íåñêîëüêî

äåñÿòèëåòèé íà ðûíêå ðåëÿöèîííîé ìîäåëè äàííûõ ðàçðàáîòàí êîìïëåêñ

ìåòîäîëîãè÷åñêèõ ïðè¼ìîâ ñ öåëüþ óïðîùåíèÿ è óíèôèêàöèè ïðîöåññà ïî-

ñòðîåíèÿ ðàáî÷èõ ðåøåíèé.

Ðåëÿöèîííàÿ ìîäåëü äàííûõ (ÐÌÄ) îñíîâàíà íà ìàòåìàòè÷åñêèõ îïå-

ðàöèÿõ íàä ìíîæåñòâàìè. Îíà áûëà îáîñíîâàíà òåîðåòè÷åñêè, à çàòåì è

ðåàëèçîâàíà íà ïðàêòèêå, âî âòîðîé ïîëîâèíå 60-õ � íà÷àëå 70-õ ãîäîâ ïðî-

øëîãî ñòîëåòèÿ Ý.Ô. Êîääîì (E. F. Codd) [60]. Êîää îïðåäåëèë ðÿä ïðàâèë,

êîòîðûì äîëæíà îòâå÷àòü áàçà äàííûõ, ÷òîáû ñ÷èòàòüñÿ ðåëÿöèîííîé. Ëþ-

áàÿ ðåëÿöèîííàÿ áàçà äàííûõ ñîñòîèò èç äâóõ îñíîâíûõ ýëåìåíòîâ: òàáëèö

êàæäàÿ ñî ñâîèì íàáîðîì àòðèáóòîâ è îòíîøåíèé (ñâÿçåé) ìåæäó íèìè.

Ïîìèìî äâóõ ãëàâíûõ ñîñòàâëÿþùèõ áàçà äàííûõ ñîäåðæèò è âñïîìîãà-

òåëüíûå îáúåêòû, â ò. ÷. èíäåêñû, ïðåäñòàâëåíèÿ, õðàíèìûå ïðîöåäóðû,

òðèããåðû è ò. ï.

Êëàññè÷åñêèé ïðîöåññ ïðîåêòèðîâàíèÿ áàçû äàííûõ ñîñòîèò èç òð¼õ

ýòàïîâ: êîíöåïòóàëüíîå, ëîãè÷åñêîå è ôèçè÷åñêîå ìîäåëèðîâàíèå. Íà ïåð-

âîì ýòàïå èç ìîäåëè ïðåäìåòíîé îáëàñòè (ÌÏÎ) âûäåëÿþòñÿ ïîíÿòèÿ, íàè-

áîëåå âàæíûå ñ òî÷êè çðåíèÿ ïîëüçîâàòåëÿ (ïîëüçîâàòåëåé) ñèñòåìû. Ñî-

âîêóïíîñòü âûäåëåííûõ ïîíÿòèé ïðåäìåòíîé îáëàñòè íàçûâàåòñÿ êîíöåï-

òóàëüíîé ìîäåëüþ äàííûõ (ÊÌÄ), êîòîðàÿ ïîêàçàíà íà ðèñ. 3.2.

Ðèñ. 3.2. Êîíöåïòóàëüíàÿ ìîäåëü äàííûõ.

Ïîñëå êîíöåïòóàëüíîãî ìîäåëèðîâàíèÿ íàñòóïàåò ñòàäèÿ ëîãè÷åñêîãî

ïðîåêòèðîâàíèÿ, íà êîòîðîé ñóùíîñòÿì ñîïîñòàâëÿåòñÿ íàáîð àòðèáóòîâ è

54

ñòðîÿòñÿ ñâÿçè. Ðåçóëüòàòîì ëîãè÷åñêîãî ìîäåëèðîâàíèÿ ÿâëÿåòñÿ ëîãè÷å-

ñêàÿ ìîäåëü äàííûõ (ËÌÄ), äëÿ èëëþñòðàöèè êîòîðîé ñëóæèò ðèñ. 3.3.

Ðèñ. 3.3. Ëîãè÷åñêàÿ ìîäåëü äàííûõ.

Ïîñëåäíèì ýòàïîì ïîñòðîåíèÿ áàçû äàííûõ ñëóæèò ðàçðàáîòêà ôèçè-

÷åñêîé ìîäåëè äàííûõ (ÔÌÄ). ÔÌÄ ÿâëÿåòñÿ îòîáðàæåíèåì ëîãè÷åñêîé

ìîäåëè íà ñðåäó ôóíêöèîíèðîâàíèÿ êîíêðåòíîé ÑÓÁÄ. Ïî ñðàâíåíèþ ñ

ËÌÄ â ÔÌÄ ìîãóò áûòü ïðîèçâåäåíû ñëåäóþùèå èçìåíåíèÿ: äîáàâëåíèå

ôèêòèâíûõ îáúåêòîâ (íå èìåþùèõ ñåìàíòè÷åñêîé çíà÷èìîñòè â ÌÏÎ), ðå-

àëèçàöèÿ îãðàíè÷åíèé â öåëÿõ ñîïðîâîæäåíèÿ îñíîâíûõ áèçíåñ-ïðàâèë,

ðàññìàòðèâàþòñÿ äîïîëíèòåëüíûå âîçìîæíîñòè ÑÓÁÄ (ðåïëèêàöèÿ, ñåê-

öèîíèðîâàíèå, ñðåäñòâà îáåñïå÷åíèÿ îòêàçîóñòîé÷èâîñòè) è ò. ï.

Äëÿ îòîáðàæåíèÿ ðåçóëüòàòîâ ïðîåêòèðîâàíèÿ ïðèìåíÿþòñÿ ðàçëè÷-

íûå äèàãðàììû. Îáùåå êîëè÷åñòâî òèïîâ äèàãðàìì äîâîëüíî âåëèêî, íî

îñíîâíûìè ñ÷èòàþòñÿ äâà: UML (uni�ed modeling language, óíèôèöèðî-

âàííûé ÿçûê ìîäåëèðîâàíèÿ) è ERD (entity-relation diagram, äèàãðàììà

¾ñóùíîñòü-ñâÿçü¿) [61]. Ïåðâûé òèï ïðèøåë èç ìèðà îáúåêòíî-îðèåíòèðî-

âàííîãî àíàëèçà â êîíöå 90-õ ãîäîâ XX â. Ãëàâíûì äîñòîèíñòâîì UML

ÿâëÿåòñÿ øèðîêàÿ íîòàöèÿ, ïîçâîëÿþùàÿ ïðèìåíÿòü åãî äëÿ ìîäåëèðî-

âàíèÿ êàê ïðîãðàììíûõ êîìïîíåíòîâ òàê è áàç äàííûõ. Òèï äèàãðàìì

ERD ñóùåñòâóåò ñ ñåðåäèíû 70-õ ãîäîâ ïðîøëîãî ñòîëåòèÿ è îðèåíòèðîâàí

íà îòîáðàæåíèå ñòàòè÷åñêèõ ñâîéñòâ ñèñòåìû, ÷òî îáóñëàâëèâàåò åãî ìà-

ëóþ ïðèãîäíîñòü äëÿ âèçóàëèçàöèè ñõåì ïðîãðàììíûõ ñóùíîñòåé, íî äëÿ

ñòàòè÷íûõ ïî ñâîåé ïðèðîäå áàç äàííûõ îí âåñüìà íàãëÿäåí è ïîíÿòåí.

Äëÿ èëëþñòðàöèè îáúåêòîâ áàç äàííûõ ÈÑ ÑÔÝ áûë âûáðàí òèï äèà-

55

ãðàìì ERD, ðåàëèçîâàííûé â ïîïóëÿðíîì ðåäàêòîðå âåêòîðíîé ãðàôèêè

¾Microsoft Visio 2003¿ (ðèñ. 3.4).

Ðèñ. 3.4. Ôèçè÷åñêàÿ ìîäåëü äàííûõ (ñòðóêòóðà áàçû äàííûõ).

Ñóùíîñòíàÿ òàáëèöà ¾Substances¿ ÿâëÿåòñÿ êëþ÷åâîé òàáëèöåé â íàñòî-

ÿùåé áàçå äàííûõ. Îíà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ðååñòð âåùåñòâ (ñâåðõêðèòè÷å-

ñêèõ ðàñòâîðèòåëåé è ðàñòâîðÿåìûõ âåùåñòâ).  äàííîé òàáëèöå ó÷èòû-

âàþòñÿ òàêèå õàðàêòåðèñòèêè âåùåñòâ êàê íàçâàíèå (Name), ñòðóêòóðíàÿ

ôîðìóëà (Formula), ÿâëÿåòñÿ ëè âåùåñòâî ðàñòâîðèòåëåì (IsSolvent) è ìî-

ëåêóëÿðíàÿ ìàññà (Mass). Äëÿ îáëåã÷åíèÿ ïîèñêà ïî ñòîðîííèì èñòî÷íèêàì

â òàáëèöå îáåñïå÷èâàåòñÿ ñîõðàíåíèå ìåæäóíàðîäíîãî èäåíòèôèêàòîðà õè-

ìè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé CAS.

Ñ òàáëèöåé ¾Substances¿ ñâÿçàíû äâà ñëîâàðÿ äàííûõ � ïî ñâîéñòâàì

(òàáëèöû ¾Properties¿ è ¾PropDictionary¿) è ïî ñåìàíòè÷åñêèì êàòåãîðèÿì

(òàáëèöû ¾Categories¿ è ¾CatDictionary¿). Ñëîâàðü ñâîéñòâ ïðåäíàçíà÷åí

äëÿ õðàíåíèÿ çíà÷åíèé ôèçè÷åñêèõ ñâîéñòâ âåùåñòâ, òàêèõ êàê òåìïåðàòó-

ðà êèïåíèÿ, òåìïåðàòóðà ïëàâëåíèÿ, òåìïåðàòóðà è äàâëåíèå êðèòè÷åñêîé

56

òî÷êè äëÿ ðàñòâîðèòåëåé è ò. ä. Êàòåãîðèðîâàíèå âåùåñòâ âûïîëíÿåòñÿ ñ

öåëüþ îáåñïå÷åíèÿ óäîáñòâà äàëüíåéøåãî ïîñòðîåíèÿ ìîäåëåé. Òàê, èìåÿ

àïðèîðíóþ èíôîðìàöèþ î êàòåãîðèÿõ, ê êîòîðûì ìîæíî îòíåñòè âåùåñòâî,

ñóùåñòâåííî ëåã÷å ïîñòðîèòü ðåïðåçåíòàòèâíóþ âûáîðêó äëÿ ïîñòðîåíèÿ

àäåêâàòíîé ìàòåìàòè÷åñêîé ìîäåëè.  êà÷åñòâå ïðèìåðîâ êàòåãîðèé ìîæ-

íî ïåðå÷èñëèòü íåñêîëüêî âèäîâ: àíòèáèîòèêè, áåòà-áëîêàòîðû ïî âîçäåé-

ñòâèþ íà îðãàíèçì; õèíîíû, èíäîëû ïî õèìè÷åñêîìó ñòðîåíèþ è ò. ï.

Âòîðàÿ ÷àñòü äàííîé ðåëÿöèîííîé áàçû äàííûõ ïðåäíàçíà÷åíà äëÿ õðà-

íåíèÿ ôàêòè÷åñêèõ äàííûõ ïî ðàñòâîðèìîñòè. Òàáëèöà ¾Units¿ ïðåäíàçíà-

÷åíà äëÿ ïåðå÷èñëåíèÿ âîçìîæíûõ åäèíèö èçìåðåíèÿ ðàñòâîðèìîñòè, íà-

ïðèìåð, ìîëÿðíîñòü, ìîëüíàÿ äîëÿ, ìàññîâàÿ äîëÿ è ò. ï. Òàáëèöà ¾Experi-

mentTypes¿ ñëóæèò äëÿ õðàíåíèÿ äàííûõ î òèïå ýêñïåðèìåíòà: ñòàòè÷å-

ñêèé ñ âçâåøèâàíèåì, äèíàìè÷åñêèé ñ õðîìàòîãðàôèåé è äð.

Ñóùíîñòíàÿ òàáëèöà ¾Experiments¿ ïðåäíàçíà÷åíà äëÿ ó÷åòà äàííûõ

îá îáùèõ õàðàêòåðèñòèêàõ ýêñïåðèìåíòà: ðàñòâîðèòåëü (SubID), òèï èçìå-

ðåíèé (ExpTypeID), èñïîëüçóåìûå åäèíèöû èçìåðåíèÿ (UnitID). Äëÿ ó÷åòà

ýêñïåðèìåíòàëüíûõ òî÷åê ïðåäíàçíà÷åíà òàáëèöà ¾Points¿, â êîòîðîé ôèê-

ñèðóþòñÿ äàííûå î ïðèíàäëåæíîñòè êîíêðåòíîìó ýêñïåðèìåíòó (ExpID),

ðàñòâîðÿåìîìó âåùåñòâó (SubID), çíà÷åíèè ðàñòâîðèìîñòè (Value), òåìïå-

ðàòóðå è äàâëåíèè îïûòà (Temperature, Pressure) â ãðàäóñàõ Êåëüâèíà è

ìåãàïàñêàëÿõ ñîîòâåòñòâåííî. Ïîëÿ Flow (ïîòîê) è Period (âðåìÿ ïðåáûâà-

íèÿ) ÿâëÿþòñÿ íåîáÿçàòåëüíûìè è ñëóæàò äëÿ õðàíåíèÿ äîïîëíèòåëüíîé

èíôîðìàöèè îá óñëîâèÿõ îïûòà.

Òèïîâûå çàïðîñû

Äëÿ âûáîðêè èç áàçû äàííûõ íåîáõîäèìûõ ñâåäåíèé ñëóæèò ðÿä çàïðî-

ñîâ. Âàðèàíòû çàïðîñîâ ñ ïîÿñíåíèÿìè ïðèâåäåíû íèæå.

Âûáðàòü äàííûå ïî ýêñïåðèìåíòàì, ñîîòâåòñòâóþùèå êîíêðåòíîìó

ðàñòâîðèòåëþ è óïîðÿäî÷èòü ðåçóëüòàòû ïî íàçâàíèþ ðàñòâîðÿåìîãî

âåùåñòâà (òàáë. 3.1):

SELECT e.ExpID, s.Name, p.Value, p.Temperature, p.Pressure

FROM dbo.Points p

JOIN dbo.Experiments e ON(p.ExpID = e.ExpID)

JOIN dbo.Substances s ON(p.SubID = s.SubID)

57

WHERE e.SubID = @Solvent

ORDER BY s.Name

Òàáëèöà 3.1. Ôðàãìåíò îòâåòà íà çàïðîñ ¾âûáðàòü äàííûå ïî ýêñïåðèìåí-

òàì, ñîîòâåòñòâóþùèå äèîêñèäó óãëåðîäà â êà÷åñòâå ðàñòâîðèòåëÿ è óïî-

ðÿäî÷èòü ðåçóëüòàòû ïî íàçâàíèþ ðàñòâîðÿåìîãî âåùåñòâà¿.

� ýêñï. Íàçâàíèå âåùåñòâà S, ìîë. äîëè T, K P, ÌÏà

25 2-íîíàäåêàíîí 0,00233 320 11

18 2-îêñèíäîë 0,000413 308 18,95

18 2-îêñèíäîë 0,000367 308 15,33

18 2-îêñèíäîë 0,0003 308 12,57

18 2-îêñèíäîë 0,000229 308 10,86

26 3-ãèäðîêñèáåíçîéíàÿ êèñëîòà 0,0001125 373 41,6

26 3-ãèäðîêñèáåíçîéíàÿ êèñëîòà 7,75E-05 373 34,8

26 3-ãèäðîêñèáåíçîéíàÿ êèñëîòà 5,25E-05 373 27,8

Âûáðàòü âñå ñïðàâî÷íûå äàííûå ïî âåùåñòâó (òàáë. 3.2):

SELECT p.Name, d.Value

FROM dbo.PropDictionary d

JOIN dbo.Properties p ON(p.PropID = d.PropID)

WHERE d.SubID = @Substance

Òàáëèöà 3.2. Îòâåò íà çàïðîñ ¾âûáðàòü âñå ñïðàâî÷íûå äàííûå äëÿ äèîê-

ñèäà óãëåðîäà¿.

Íàèìåíîâàíèå ñâîéñòâà Çíà÷åíèå

Äàâëåíèå êðèòè÷åñêîé òî÷êè, ÌÏà 7,38

Ðàñòâîðèìîñòü â âîäå, êã/êóá.ì 1,45

Òåìïåðàòóðà êèïåíèÿ, Ê 195

Òåìïåðàòóðà êðèòè÷åñêîé òî÷êè, Ê 304,14

Òåìïåðàòóðà ïëàâëåíèÿ, Ê 216

Óäåëüíàÿ òåïëîòà ïëàâëåíèÿ, êÄæ/ìîëü 25,13

58

Âûáðàòü âñå âåùåñòâà, îòíîñÿùèåñÿ ê âûáðàííîé êàòåãîðèè (òàáë. 3.3):

SELECT s.Name

FROM dbo.Substances s

JOIN dbo.CatDictionary c ON(s.SubID = c.SubID)

WHERE c.CategoryID = @Category

Òàáëèöà 3.3. Îòâåò íà çàïðîñ ¾âûáðàòü âñå âåùåñòâà, îòíîñÿùèåñÿ ê êàòå-

ãîðèè ¾Ðàñòâîðèòåëè¿.

� Íàçâàíèå âåùåñòâà

1 äèîêñèä óãëåðîäà

2 ìåòàíîë

3 ýòàíîë

4 âîäà

3.1.2 Ãðàôè÷åñêèé ïîëüçîâàòåëüñêèé èíòåðôåéñ

Âàæíóþ, ñ òî÷êè çðåíèÿ ïîëüçîâàòåëÿ, ðîëü îñóùåñòâëÿåò ãðàôè÷å-

ñêèé èíòåðôåéñ. Ñ åãî ïîìîùüþ ïîëüçîâàòåëü èìååò âîçìîæíîñòü óïðî-

ñòèòü íàèáîëåå ÷àñòî ïîâòîðÿåìûå îïåðàöèè, â ò. ÷. ââîä íîâûõ äàííûõ,

ðåäàêòèðîâàíèå âíåñ¼ííûõ äàííûõ. Óäîáñòâî è èíòóèòèâíàÿ ïîíÿòíîñòü

èíòåðôåéñà îáåñïå÷èâàþò ìåíüøóþ óòîìëÿåìîñòü îïåðàòîðà, à òàêæå óâå-

ëè÷èâàþò åãî ïðîèçâîäèòåëüíîñòü. Îáùàÿ ñõåìà ãðàôè÷åñêîãî èíòåðôåéñà

ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 3.5.

Äëÿ îñóùåñòâëåíèÿ âçàèìîäåéñòâèÿ ñ ïîëüçîâàòåëåì â ïðîãðàììå ðå-

àëèçîâàíû ðÿä ðåæèìîâ ðàáîòû. Ðåæèì ãëàâíîãî îêíà (ðèñ. 3.6) ñëóæèò

äëÿ âûáîðà äàëüíåéøèõ äåéñòâèé â èíôîðìàöèîííîé ñèñòåìå. Çäåñü ìîæíî

ïåðåêëþ÷èòüñÿ â ðåæèìû ðàáîòû ñ ðååñòðîì âåùåñòâ, ðàáîòû ñî ñïðàâî÷-

íèêàìè è ââîäà ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ.

59

Ðèñ. 3.5. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà ãðàôè÷åñêîãî èíòåðôåéñà ïîëüçîâàòåëÿ â

ÈÑ ÑÔÝ.

Ðèñ. 3.6. Ãëàâíîå îêíî ãðàôè÷åñêîãî èíòåðôåéñà ÈÑ ÑÔÝ.

Ðååñòð âåùåñòâ (ðèñ. 3.7) ÿâëÿåòñÿ íàáîðîì ñïðàâî÷íûõ òàáëèö, äëÿ ðà-

áîòû ñ êîòîðûìè ïðåäóñìîòðåí ðÿä ðåæèìîâ: ðåæèì çàïîëíåíèÿ òàáëèöû

âåùåñòâ, ðåæèì ïðèâÿçîê âåùåñòâ ê êàòåãîðèÿì, ðåæèì çàäàíèÿ ñâîéñòâ

âåùåñòâ.

Äëÿ çàïîëíåíèÿ ñïðàâî÷íûõ òàáëèö äàííûìè ñëóæèò ðåæèì ðàáîòû

ñî ñïðàâî÷íèêàìè, ãäå â îòäåëüíîì îêíå (ðèñ. 3.8) âîçìîæíî ïîïåðåìåííî

ðàáîòàòü ñ 4-ìÿ ñïðàâî÷íûìè òàáëèöàìè: ñâîéñòâàìè, êàòåãîðèÿìè, åäèíè-

60

Ðèñ. 3.7. Îêíî ðååñòðà âåùåñòâ ÈÑ ÑÔÝ.

öàìè èçìåðåíèÿ, òèïàìè ýêñïåðèìåíòîâ.

Ðèñ. 3.8. Îêíî äëÿ ðàáîòû ñî ñïðàâî÷íèêàìè ÈÑ ÑÔÝ.

Ðèñ. 3.9. Îêíî ââîäà ðåçóëüòàòîâ ýêñïåðèìåíòîâ ÈÑ ÑÔÝ.

Îñíîâíûì ðàáî÷èì ðåæèìîì ÿâëÿåòñÿ ââîä ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ

â áàçó äàííûõ. Ðàáî÷èé âèä ýòîãî îêíà ïðåäñòàâëåí íà ðèñ. 3.9.  âåðõíåé

÷àñòè èç ñîîòâåòñòâóþùèõ ñïèñêîâ ìîæíî âûáðàòü òèï ýêñïåðèìåíòà, åäè-

íèöû èçìåðåíèÿ ðàñòâîðèìîñòè è ðàñòâîðèòåëü. Íèæå çàïîëíÿåòñÿ òàáëè-

öà ðåçóëüòàòîâ ýêñïåðèìåíòà. Çàôèêñèðîâàòü ââåäåííûå ðåçóëüòàòû ìîæíî

êíîïêîé ¾Ñîõðàíèòü¿, çàêðûòü îêíî áåç ñîõðàíåíèÿ � êíîïêîé ¾Âûõîä¿.

61

3.1.3 Ïîäñèñòåìà àíàëèçà äàííûõ

Àíàëèç ñîáðàííûõ äàííûõ ïî ðàñòâîðèìîñòÿì è âûÿâëåíèå â íèõ ñêðû-

òûõ çàêîíîìåðíîñòåé ÿâëÿåòñÿ ñàìîé ñëîæíîé è íåòðèâèàëüíîé çàäà÷åé

íàñòîÿùåé ðàáîòû. Â íàñòîÿùåé ðàáîòå áûëî èñïîëüçîâàíî äâà ðàçëè÷-

íûõ ïîäõîäà. Ïåðâûé ìåòîä çàêëþ÷àëñÿ â âû÷èñëåíèè è ñðàâíåíèè ìåæäó

ñîáîé ðàçëè÷íûõ ëèíåéíûõ ðåãðåññèîííûõ óðàâíåíèé. Íà îñíîâàíèè êðè-

òåðèÿ ìèíèìàëüíîé îñòàòî÷íîé äèñïåðñèè âûäåëÿëîñü ëó÷øåå óðàâíåíèå

ñðåäè ìíîæåñòâà âû÷èñëåííûõ, çàòåì îíî ïîäâåðãàëîñü áîëåå äåòàëüíîìó

àíàëèçó è ïðîâåðêå ïðåäñêàçàòåëüíûõ ñâîéñòâ. Âòîðîé ïîäõîä ê ðåøåíèþ

ïðîáëåìû ìîäåëèðîâàíèÿ ðàñòâîðèìîñòè â ÑÊÄÓ çàêëþ÷àëñÿ â ïðèìåíå-

íèè îäíîãî èç ìåòîäîâ èíòåëëåêòóàëüíîãî àíàëèçà äàííûõ, ðåàëèçîâàííûõ

êîìïàíèåé ¾Microsoft¿ â ñëóæáå àíàëèçà äàííûõ ¾Analysing Services¿. Ñòî-

èò îòìåòèòü, ÷òî ñëóæáà àíàëèçà òåñíî ñâÿçàíà ñ áàçîé äàííûõ (ðèñ. 3.10).

Ðèñ. 3.10. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà îáðàáîòêè äàííûõ â ÈÑ ÑÔÝ.

Èíòåëëåêòóàëüíûé àíàëèç äàííûõ (Data Mining) ñôîðìèðîâàëñÿ â âèäå

îòäåëüíîãî íàïðàâëåíèÿ èíôîðìàöèîííûõ òåõíîëîãèé ñðàâíèòåëüíî íåäàâ-

íî, â ñâÿçè ñ ÷åì áóäåò íå ëèøíèì ïðèâåñòè íèæå îïðåäåëåíèå, äàííîå åãî

îñíîâàòåëåì Ãðèãîðèåì Ïÿòåöêèì-Øàïèðî.

62

Èíòåëëåêòóàëüíûé àíàëèç äàííûõ (Data Mining) � èññëåäîâàíèå è îá-

íàðóæåíèå ¾ìàøèíîé¿ (àëãîðèòìàìè, ñðåäñòâàìè èñêóññòâåííîãî èíòåë-

ëåêòà) â íåîáðàáîòàííûõ äàííûõ ñêðûòûõ çíàíèé, êîòîðûå ðàíåå íå áûëè

èçâåñòíû, íåòðèâèàëüíû, ïðàêòè÷åñêè ïîëåçíû, äîñòóïíû äëÿ èíòåðïðåòà-

öèè ÷åëîâåêîì.

Ìåòîäû èíòåëëåêòóàëüíîãî àíàëèçà ìîæíî ðàçäåëèòü íà äâå ãðóïïû �

îïèñàòåëüíûå è ïðåäñêàçàòåëüíûå. Ê ïåðâîé ãðóïïå îòíîñÿòñÿ àëãîðèòìû,

ñëóæàùèå äëÿ ¾óëó÷øåíèÿ¿ ïîíèìàíèÿ äàííûõ ÷åëîâåêîì. Ðåøåíèå çàäà÷

ãðóïïû ïðåäñêàçàòåëüíûõ ñîñòîèò èç ýòàïîâ îáó÷åíèÿ è ïðèìåíåíèÿ ãîòî-

âîé ìîäåëè äëÿ ïðîãíîçà íà íîâûõ äàííûõ.  ñâîþ î÷åðåäü ìåòîäû âòîðîé

ãðóïïû êëàññèôèöèðóþòñÿ êàê îáó÷àåìûå ñ ó÷èòåëåì (supervised learning)

è îáó÷àåìûå áåç ó÷èòåëÿ (unsupervised learning).

Îñíîâíûìè ïðîáëåìîé ïðèìåíåíèÿ ìåòîäîâ îáó÷åíèÿ ñ ó÷èòåëåì ÿâëÿ-

åòñÿ íàñòðîéêà ïàðàìåòðîâ àëãîðèòìà, ïîçâîëÿþùåé èçáåæàòü ëþáîãî èç

äâóõ íåæåëàòåëüíûõ ýôôåêòîâ: ïåðåîáó÷åííîñòè (over�tting) è íåäîîáó÷åí-

íîñòè (under�tting). Ñóòü ïåðâîé ïðîáëåìû çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî êëàññè-

ôèêàöèîííàÿ ôóíêöèÿ ïðè ïîñòðîåíèè ¾ñëèøêîì õîðîøî¿ àäàïòèðóåòñÿ ê

äàííûì, è âñòðå÷àþùèåñÿ â íèõ îøèáêè è àíîìàëüíûå çíà÷åíèÿ ïûòàåò-

ñÿ èíòåðïðåòèðîâàòü êàê ÷àñòü âíóòðåííåé ñòðóêòóðû äàííûõ. Î÷åâèäíî,

÷òî òàêàÿ ìîäåëü áóäåò íåêîððåêòíî ðàáîòàòü â äàëüíåéøåì ñ äðóãèìè äàí-

íûìè, ãäå õàðàêòåð îøèáîê áóäåò íåñêîëüêî èíîé. Ïîä íåäîîáó÷åííîñòüþ

ïîíèìàþò ñèòóàöèþ, êîãäà ñëèøêîì âåëèêî êîëè÷åñòâî îøèáîê ïðè ïðî-

âåðêå êëàññèôèêàòîðà íà îáó÷àþùåì ìíîæåñòâå. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî îñîáûõ

çàêîíîìåðíîñòåé â äàííûõ íå áûëî îáíàðóæåíî è ëèáî èõ íåò âîîáùå, ëèáî

íåîáõîäèìî âûáðàòü èíîé ìåòîä èõ îáíàðóæåíèÿ.

Àëãîðèòì ïîñòðîåíèÿ äåðåâüåâ âàðèàíòîâ ðåøåíèé (ÄÂÐ), êîòîðûé èñ-

ïîëüçóåòñÿ â íàñòîÿùåé ðàáîòå, ïðèíàäëåæèò ê ãðóïïå ïðåäñêàçàòåëüíûõ

ìåòîäîâ, îáó÷àåìûõ ñ ó÷èòåëåì. Óäîáñòâî ïðèìåíåíèÿ ÄÂÐ çàêëþ÷àåòñÿ

â âîçìîæíîñòè îäíîâðåìåííûõ ïðîöåäóð êëàññèôèêàöèè è ðåãðåññèè. Ñ

òî÷êè çðåíèÿ ìåòîäîëîãèè QSAR òàêîé ïîäõîä èìååò ðÿä ïðåèìóùåñòâ, â

ò. ÷. ïîñòðîåíèå íàäåæíûõ ìîäåëåé íà îäíîðîäíûõ îáó÷àþùèõ âûáîðêàõ,

óïðîùåíèå ôîðìû ðåãðåññèîííîãî óðàâíåíèÿ.

 íàñòîÿùåå âðåìÿ ñóùåñòâóåò öåëûé ðÿä ìåòîäèê ïîñòðîåíèÿ ÄÂÐ. Â

íàñòîÿùåé ðàáîòå èñïîëüçóåòñÿ àëãîðèòì C4.5, ðàçðàáîòàííûé Ðîññîì Êó-

èíëàíîì (Ross Quinlan). Ïîäðîáíîå îïèñàíèå àëãîðèòìà ìîæíî ïîëó÷èòü

63

â ìàòåðèàëàõ èñòî÷íèêîâ [62,63].

Ìåòîä ïîñòðîåíèÿ ÄÂÐ â ðåàëèçàöèè êîìïàíèè ¾Microsoft¿ îñíîâàí íà

ïîíÿòèè èíôîðìàöèîííîé ýíòðîïèè Øåííîíà è èìååò íàáîð ïàðàìåòðîâ

íàñòðîéêè [64]. Âàðüèðóÿ çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ, ìîæíî ïîëó÷àòü ðàçëè÷-

íûå ïî ôîðìå è ñâîéñòâàì äåðåâüÿ. Ëó÷øåå èç ïîëó÷åííûõ äåðåâüåâ âûáè-

ðàþò íà îñíîâàíèè äèàãðàììû ¾ïðåäñêàçàíî � èçìåðåíî¿ è âû÷èñëåííîãî

êîýôôèöèåíòà ëèíåéíîé êîððåëÿöèè.

Íèæå ïðèâåäåí ïåðå÷åíü ïàðàìåòðîâ, èñïîëüçóåìûõ ïðè ãåíåðàöèè äå-

ðåâüåâ âàðèàíòîâ ðåøåíèé:

- Complexity_Penalty � ïàðàìåòð, èñïîëüçóåìûé äëÿ óïðàâëåíèÿ ðî-

ñòîì äåðåâà. Îí ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé âåùåñòâåííîå ÷èñëî èç äèàïàçî-

íà [0, 1]. Çíà÷åíèÿ áëèçêèå ê íóëþ îáåñïå÷èâàþò ìàëåíüêèé øòðàô

ïðè ðîñòå, òàêèì îáðàçîì ìîæíî ïîëó÷èòü áîëüøîå äåðåâî. Çíà÷å-

íèÿ ïàðàìåòðà áëèçêèå ê åäèíèöå îçíà÷àþò, ÷òî ðîñò äåðåâà áóäåò

îòíîñèòåëüíî íåáîëüøèì â âèäó íàëè÷èÿ øòðàôà. Îáîáùàÿ âûøå-

ñêàçàííîå, ìîæíî çàìåòèòü, ÷òî áîëüøèå äåðåâüÿ ÷àñòî ïåðåîáó÷åíû

(over�tting), â òî âðåìÿ êàê ìàëåíüêèå � ñëèøêîì ãðóáû è ìîãóò

íå îòðàæàòü âàæíûå çàêîíîìåðíîñòè ïðåäìåòíîé îáëàñòè. Óñòàíîâêà

çíà÷åíèÿ ïî óìîë÷àíèþ ñâÿçàíà ñ êîëè÷åñòâîì âõîäíûõ àòðèáóòîâ:

åñëè êîëè÷åñòâî àòðèáóòîâ ìåíüøå 10, øòðàô óñòàíàâëèâàåòñÿ ðàâ-

íûì 0,5; äëÿ êîëè÷åñòâà îò 10 äî 100 àòðèáóòîâ � 0,9; ñâûøå 100 �

0,99.

- Minimum_Support � ïàðàìåòð, çàäàþùèé ìèíèìàëüíûé ðàçìåð îáó-

÷àþùåé âûáîðêè äëÿ ëþáîãî ëèñòîâîãî óçëà äåðåâà. Ëþáîå ðàçáèåíèå

ðîäèòåëüñêîãî óçëà, ïðîäóöèðóþùåå äî÷åðíèå óçëû ñ ðàçìåðàìè îáó-

÷àþùåé âûáîðêè ìåíüøèìè çàäàííîãî ïàðàìåòðà, áóäåò íåâîçìîæíî.

Ïàðàìåòð ìîæåò çàäàâàòüñÿ ëèáî â íàòóðàëüíûõ ÷èñëàõ, ÷òî ñîîò-

âåòñòâóåò àáñîëþòíîìó ÷èñëó ôàêòîâ îáó÷àþùåé âûáîðêè, ëèáî â â

äîëÿõ åäèíèöû, ÷òî îáîçíà÷àåò âåëè÷èíó ïàðàìåòðà â äîëÿõ îò îá-

ùåãî ÷èñëà ôàêòîâ. Äëÿ áîëüøèõ îáú¼ìîâ âûáîðîê ðåêîìåíäóåòñÿ

ïîâûñèòü ýòîò ïàðàìåòð, ÷òîáû íå äîïóñòèòü ïåðåîáó÷åíèå ìîäåëè.

- Score_Method � ïàðàìåòð, ïðèíèìàþùèé öåëî÷èñëåííûå çíà÷åíèÿ

è îïðåäåëÿþùèé ñïîñîá ðàçáèåíèÿ äåðåâà â ïðîöåññå ðîñòà. Àëãî-

ðèòì ¾Microsoft Decision Trees¿ ïðèíèìàåò òðè çíà÷åíèÿ äàííîãî ïà-

64

ðàìåòðà. ¾1¿ ñîîòâåòñòâóåò ìåòîäó, îñíîâàííîìó íà èíôîðìàöèîí-

íîé ýíòðîïèè Øåííîíà. Çíà÷åíèþ ¾3¿ ñîîòâåòñòâóåò ìåòîä Áàéåñà ñ

àïðèîðíîé îöåíêîé K2 (BK2, Bayesian K2), ¾4¿ � ýêâèâàëåíò Äèðèõ-

ëå ìåòîäà Áàéåñà ñ îäíîðîäíîé àïðèîðíîé îöåíêîé (BDEU, Bayesian

Dirichlet Equivalent with Uniform prior). Àëãîðèòì BK2 äîáàâëÿåò êî-

ýôôèöèåíò äëÿ êàæäîãî ñîñòîÿíèÿ ïðîãíîçèðóåìîãî àòðèáóòà â óçëå

äåðåâà, íå ó÷èòûâàÿ óðîâåíü óçëà â äåðåâå. Ìåòîä BDEU ó÷èòûâàåò

óðîâåíü óçëà â äåðåâå ñ ïîìîùüþ âåñîâîãî êîýôôèöèåíòà. Âåñ êîðíå-

âîãî óçëà âûøå âåñà ëèñòîâîãî, ÷òî îçíà÷àåò áîëåå âûñîêèé óðîâåíü

çíà÷èìîñòè êîðíåâîãî óçëà.

- Split_Method � ïàðàìåòð öåëî÷èñëåííîãî òèïà, ñëóæàùèé äëÿ îïðå-

äåëåíèÿ ôîðìû ðåçóëüòèðóþùåãî äåðåâà (áèíàðíîå, ðàçâåòâë¼ííîå).

Çíà÷åíèå ïàðàìåòðà ¾1¿ îçíà÷àåò, ÷òî áóäåò ïîñòðîåíî èñêëþ÷èòåëü-

íî áèíàðíîå äåðåâî. Ïðè âûáîðå çíà÷åíèÿ ¾2¿ ðàçáèåíèå ïðîèñõîäèò

ïî âñåì ñîñòîÿíèÿì èñõîäíîãî àòðèáóòà. Ïîñëåäíåå çíà÷åíèå ¾3¿ ÿâ-

ëÿåòñÿ êîìáèíàöèåé ïåðâûõ äâóõ ñïîñîáîâ, è àëãîðèòì ñàìîñòîÿòåëü-

íî îïðåäåëÿåò ëó÷øèé òèï ðàçáèåíèÿ.

- Maximum_Input_Attribute � îãðàíè÷èòåëüíûé ïàðàìåòð, îïðåäåëÿ-

þùèé ìàêñèìàëüíîå êîëè÷åñòâî ó÷èòûâàåìûõ âõîäíûõ àòðèáóòîâ.

Äëÿ ñëó÷àÿ ïðåâûøåíèÿ êîëè÷åñòâà àòðèáóòîâ íàä çíà÷åíèåì ïàðà-

ìåòðà, àëãîðèòì ñàìîñòîÿòåëüíî îïðåäåëèò íàèáîëåå çíà÷èìûå àòðè-

áóòû.

- Maximum_Output_Attribute � îãðàíè÷èòåëüíûé ïàðàìåòð, îïðåäå-

ëÿþùèé ìàêñèìàëüíîå êîëè÷åñòâî âûõîäíûõ (ïðîãíîçèðóåìûõ) àò-

ðèáóòîâ. Åñëè ðåàëüíîå êîëè÷åñòâî ïðîãíîçèðóåìûõ àòðèáóòîâ ïðå-

âûñèò çàäàííîå ïîðîãîâîå çíà÷åíèå, àëãîðèòì âûáåðåò íàèáîëåå çíà-

÷èìûå è äëÿ êàæäîãî èç íèõ ïîñòðîèò îòäåëüíîå äåðåâî.

- Force_Regressor � ïàðàìåòð, èñïîëüçóåìûé â ðåãðåññèîííûõ äåðå-

âüÿõ. Íàáîð àòðèáóòîâ, çàäàííûé â äàííîì ïàðàìåòðå, áóäåò ïðè-

íóäèòåëüíî èñïîëüçîâàòüñÿ äëÿ ïîñòðîåíèÿ ðåãðåññèè âî âñåõ óçëàõ

ñîçäàâàåìîãî äåðåâà.

Èñõîäÿ èç îïðåäåë¼ííûõ àïðèîðíûõ çíàíèé î ïðåäìåòíîé îáëàñòè, êî-

ëè÷åñòâå äàííûõ â òàáëèöå ôàêòîâ è ïð., èìååòñÿ âîçìîæíîñòü ìåíÿòü

65

ïîâåäåíèå àëãîðèòìà äëÿ ïîñòðîåíèÿ êà÷åñòâåííîé ïðîãíîçíîé ìàòåìàòè-

÷åñêîé ìîäåëè.

3.2 Ðàçðàáîòêà QSAR-ìîäåëè

3.2.1 Âûáîðêà ñîåäèíåíèé

Äëÿ îñóùåñòâëåíèÿ ïðîöåññà ìîäåëèðîâàíèÿ áûëà ñîñòàâëåíà âûáîðêà

èç 82 âåùåñòâ.  èõ ÷èñëå ïðåäñòàâëåíû àìèíû, àëêàíû, ãåòåðîöèêëè÷å-

ñêèå, àðîìàòè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ è äð. Îáùàÿ âûáîðêà ñîäåðæèò 758 ýêñïå-

ðèìåíòàëüíûõ òî÷åê, èç êîòîðûõ ìåòîäîì ñëó÷àéíîãî âûáîðà ìîãóò áûòü

ñôîðìèðîâàíû îáó÷àþùàÿ è òåñòîâàÿ âûáîðêè.

Ðèñ. 3.11. Ðàñïðåäåëåíèå ýêñïåðèìåíòàëüíûõ òî÷åê ïî âåëè÷èíå ðàñòâîðè-

ìîñòè.

Íà ðèñ. 3.11 ïðåäñòàâëåíî ðàñïðåäåëåíèå âåëè÷èí íàòóðàëüíîãî ëîãà-

ðèôìà ðàñòâîðèìîñòè, âûðàæåííîé â ìîëüíûõ äîëÿõ, äëÿ âûáîðêè. Îáðà-

ùàåò íà ñåáÿ âíèìàíèå òîò ôàêò, ÷òî áîëåå ïîëîâèíû âñåõ ñîåäèíåíèé â

âûáîðêå èìåþò ðàñòâîðèìîñòü â èíòåðâàëå 5 · 10−4 ÷ 1 · 10−2.

3.2.2 Ïðîñòàÿ ìîäåëü ðàñòâîðèìîñòè

Ïîèñê ìàòåìàòè÷åñêèõ îáîáùåíèé äëÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ î÷å-

âèäíî ñëåäóåò íà÷èíàòü ñ íàèáîëåå ïðîñòûõ ïî ôîðìå ìîäåëåé. Îäíîé èç

66

ðàññìàòðèâàåìûõ ãèïîòåç îïèñàíèÿ ðàñòâîðèìîñòè îðãàíè÷åñêèõ âåùåñòâ

â ÑÊÄÓ áûëà ìîäåëü ñëåäóþùåãî âèäà:

lnS =a

T+

b

P+ c,

ãäå S � ðàñòâîðèìîñòü, âûðàæåííàÿ â ìîëüíûõ äîëÿõ; a, b, c � ýìïèðè÷å-

ñêèå êîýôôèöèåíòû, T � àáñîëþòíàÿ òåìïåðàòóðà, P � äàâëåíèå, ÌÏà.

Ðèñ. 3.12. Àïïðîêñèìàöèÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ ïðîñòîé ìîäåëüþ

QSAR.

Êàê âèäíî èç ðèñ. 3.12 ïðîñòàÿ ìîäåëü QSAR óäîâëåòâîðèòåëüíî àï-

ïðîêñèìèðóåò ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå äëÿ èíäèâèäóàëüíîãî âåùåñòâà.

Îäíàêî, êàê ïîêàçàëè ðåçóëüòàòû ìîäåëèðîâàíèÿ, àïïðîêñèìàöèÿ ðåçóëü-

òàòîâ èçìåðåíèÿ ðàñòâîðèìîñòè äëÿ íåñêîëüêèõ âåùåñòâ â îäíîì óðàâíåíèè

íàäåæíîé êîððåëÿöèè íå äà¼ò. Ê ïîëîæèòåëüíûì êà÷åñòâàì ðàññìàòðèâà-

åìîé ìîäåëè ìîæíî îòíåñòè å¼ ïðîñòîòó, à ê íåäîñòàòêàì � ìàëóþ ýêñòðà-

ïîëÿöèîííóþ ñïîñîáíîñòü äëÿ ñëó÷àÿ íåñêîëüêèõ ðàçëè÷íûõ õèìè÷åñêèõ

ñîåäèíåíèé. Ìîæíî ïðåäëîæèòü äâà ïóòè ïîâûøåíèÿ ïðîãíîçíûõ õàðàê-

òåðèñòèê ìîäåëè: âî-ïåðâûõ, óñëîæíèòü ìîäåëü çà ñ÷¼ò ââåäåíèÿ äîïîë-

íèòåëüíûõ äåñêðèïòîðîâ; âî-âòîðûõ, êëàññèôèöèðîâàòü âåùåñòâà ïî ãðóï-

ïàì, â ïðåäåëàõ êîòîðûõ õèìè÷åñêîå ñòðîåíèå ìîëåêóë áóäåò äîñòàòî÷íî

ñõîæèì äëÿ ïîñòðîåíèÿ íàäåæíîé ìàòåìàòè÷åñêîé ìîäåëè ðàñòâîðèìîñòè.

3.2.3 Ëèíåéíàÿ ðåãðåññèîííàÿ ìîäåëü

Ïðåäûäóùèé ðàçäåë áûë ïîñâÿùåí ðàññìîòðåíèþ ïðîñòîé ìîäåëè QSAR,

êîòîðàÿ õîòü è áûëà ïðèçíàíà ïðèãîäíîé äëÿ ìîäåëèðîâàíèÿ ðàñòâîðèìî-

ñòè, íî âñ¼ æå íå îáëàäàëà äîñòàòî÷íûìè ýêñòðàïîëÿöèîííûìè ñâîéñòâàìè.

67

Äàëåå áóäåò îáñóæäàòüñÿ áîëåå ñëîæíàÿ ëèíåéíàÿ ðåãðåññèîííàÿ ìîäåëü,

â êîòîðîé â öåëÿõ óëó÷øåíèÿ ïðîãíîçíûõ õàðàêòåðèñòèê óâåëè÷èâàåòñÿ

êîëè÷åñòâî äåêñðèïòîðîâ ìîëåêóëÿðíîé ñòðóêòóðû.

 êà÷åñòâå ïðèìåðà ïðèâåäåì ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòà ëèíåéíîãî óðàâíåíèÿ

ðåãðåññèè äëÿ 4 è 6 ôàêòîðîâ ñîîòâåòñòâåííî.  êà÷åñòâå îáó÷àþùåé èñ-

ïîëüçîâàëàñü âûáîðêà èç 127 ýêñïåðèìåíòàëüíûõ òî÷åê, äëÿ êîòîðûõ òåì-

ïåðàòóðà èçìåíÿåòñÿ íåçíà÷èòåëüíî (307�310 Ê), â ñâÿçè ñ ÷åì ïðèíÿòà

ãèïîòåçà èíâàðèàíòíîñòè óðàâíåíèÿ ðåãðåññèè â îòíîøåíèè òåìïåðàòóðû.

Äèñïåðñèè íà îáó÷àþùåé âûáîðêå ñîñòàâëÿþò 2,0635 è 1,5926 äëÿ ìîäåëåé

ñ ÷åòûðüìÿ è øåñòüþ ôàêòîðàìè ñîîòâåòñòâåííî.

Ðèñ. 3.13. Äèàãðàììà ¾èçìåðåíî�ïðåäñêàçàíî¿ äëÿ ìîäåëè ðàñòâîðèìîñòè

ñ ÷åòûðüìÿ äåñêðèïòîðàìè.

Ìîäåëü ñ ÷åòûðüìÿ äåñêðèïòîðàìè îïðåäåëÿåòñÿ ñëåäóþùèì óðàâíå-

íèåì:

lnS = −18, 3954+1, 3672·J+26, 1288·Xt+1

p(−37, 8312·Dipol−16, 5378·Hy);

Äëÿ ìîäåëè ñ øåñòüþ èíäåêñàìè óðàâíåíèå ðåãðåññèè âûãëÿäèò òàê:

lnS = −14, 9255 + 4, 709 · J + 32, 3258 ·Xt− 4, 1135 · Jhete++1

p(−37, 8312 ·Dipol − 16, 5378 ·Hy − 0, 3745 · UNIP );

ãäå p � äàâëåíèå, ÌÏà; S � ðàñòâîðèìîñòü, âûðàæåííàÿ â ìîëüíûõ äîëÿõ;

J � èíäåêñ ñâÿçíîñòè Áàëàáàíà; Xt � èíäåêñ îáùåé ñâÿçíîñòè ìîëåêóëÿð-

68

Ðèñ. 3.14. Äèàãðàììà ¾èçìåðåíî�ïðåäñêàçàíî¿ äëÿ ìîäåëè ðàñòâîðèìîñòè

ñ øåñòüþ äåñêðèïòîðàìè.

íîé ñòðóêòóðû; Jhete � èíäåêñ Áàëàáàíà äëÿ âçâåøåííîé ïî ýëåêòðîîòðè-

öàòåëüíîñòè ìàòðèöû ðàññòîÿíèé; Dipol � âåëè÷èíà äèïîëüíîãî ìîìåíòà

ìîëåêóëû; Hy � ôàêòîð ãèäðîôèëüíîñòè; UNIP � óíèïîëÿðíîñòü.

Ïðîàíàëèçèðîâàâ ðåçóëüòàòû ìîäåëèðîâàíèÿ, èçîáðàæåííûå íà ðèñ. 3.13

è 3.14, ìîæíî ñäåëàòü âûâîä î íåäîñòàòî÷íîñòè ïðîãíîçíûõ õàðàêòåðèñòèê

ó ïðèâåäåííûõ âûøå óðàâíåíèé. Òàêîé ðåçóëüòàò ìîæåò èìåòü ïîä ñîáîé

ðÿä ïðè÷èí, ãëàâíàÿ èç êîòîðûõ êà÷åñòâåííîå ðàçëè÷èå ñòðóêòóðíûõ õà-

ðàêòåðèñòèê ó ñîåäèíåíèé, ïîïàâøèõ â âûáîðêó. Òàêèì îáðàçîì, âñòàåò

íåîáõîäèìîñòü ïðåäâàðèòåëüíîé êëàññèôèêàöèè âåùåñòâ ïåðåä íåïîñðåä-

ñòâåííûì ðàñ÷¼òîì ïî óðàâíåíèÿì.

3.2.4 Ïðèìåíåíèå êëàññèôèêàöèè äëÿ óëó÷øåíèÿ ïðåä-

ñêàçàòåëüíûõ ñâîéñòâ ìîäåëè

 ï. 3.2.3 ïîêàçàíî, ÷òî ïîñòðîèòü ìîäåëü ïðè ïîñòîÿííîé òåìïåðàòóðå

èëè äàâëåíèè äëÿ 4 è 6 äåñêðèïòîðîâ, îáëàäàþùóþ âûñîêîé ïðåäñêàçà-

òåëüíîé ñèëîé, íå ïðåäñòàâëÿåòñÿ âîçìîæíûì, â ñâÿçè ñ ÷åì áûëî ïðèíÿòî

ðåøåíèå î êëàññèôèêàöèè èñõîäíîé âûáîðêè è ïîñòðîåíèÿ îòäåëüíûõ ìî-

äåëåé äëÿ êàæäîãî êëàññà âåùåñòâ.

Îñíîâíîé öåëüþ ïðîöåäóðû êëàññèôèêàöèè ÿâëÿåòñÿ ðàñïðåäåëåíèå îáú-

69

åêòîâ â ãðóïïû (êëàñòåðû), âíóòðè êîòîðûõ îáúåêòû áëèçêè ïî îïðåäåëåí-

íûì ïðèçíàêàì (ôàêòîðàì êëàññèôèêàöèè). Ðåçóëüòàò çàäà÷è êëàññèôè-

êàöèè ìîæåò áûòü ïðåäñòàâëåí â âèäå ìíîæåñòâ, ÷¼òêèõ è íå÷¼òêèõ. ×àùå

âñåãî èñïîëüçóåòñÿ ìåõàíèçì ìíîæåñòâ ñ ÷¼òêî îïðåäåëåííûìè ãðàíèöàìè,

íî â îòäåëüíûõ ñëó÷àÿõ ÷¼òêèå ìíîæåñòâà íå äàþò óäîâëåòâîðèòåëüíîãî

ðåçóëüòàòà. Â òàêèõ ñèòóàöèÿõ ïåðåõîäÿò ê ðàáîòå ñ íå÷¼òêèìè êëàññàìè

(êëàñòåðàìè), îòëè÷èòåëüíîé îñîáåííîñòüþ êîòîðûõ ÿâëÿåòñÿ âåðîÿòíîñò-

íàÿ ïðèíàäëåæíîñòü îáúåêòà êëàñòåðó.

Êëàññè÷åñêèå çàäà÷è êëàññèôèêàöèè è êëàñòåðèçàöèè ïðèìåíÿþòñÿ äëÿ

äèñêðåòíûõ àòðèáóòîâ, ò. å. àòðèáóòîâ, èìåþùèõ îãðàíè÷åííîå ÷èñëî çíà-

÷åíèé.  íàøåì ñëó÷àå ðå÷ü èä¼ò î íåïðåðûâíîì àòðèáóòå � ðàñòâîðèìî-

ñòè, ìîëüíîé äîëå � à, ñëåäîâàòåëüíî, íàïðÿìóþ ïðèìåíèòü êëàññè÷åñêóþ

ìåòîäèêó íåëüçÿ.

Äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ àëãîðèòìîâ êëàññèôèêàöèè è êëàñòåðèçàöèè ñ íåïðå-

ðûâíûìè àòðèáóòàìè ïðèìåíÿåòñÿ íåñêîëüêî ïîäõîäîâ. Ïåðâûé çàêëþ÷à-

åòñÿ â äèñêðåòèçàöèè îáëàñòè îïðåäåëåíèÿ àòðèáóòà íà çàäàííîå êîëè÷å-

ñòâî äèàïàçîíîâ, êàæäûé èç êîòîðûõ áóäåò ïðåäñòàâëÿòü îòäåëüíûé êëàññ

îáúåêòîâ. Ïîïàäàíèå àòðèáóòà â êàêîé-ëèáî äèàïàçîí ðàâíîñèëüíî îòíå-

ñåíèþ åãî ê ñîîòâåòñòâóþùåìó êëàññó. Âòîðîé ìåòîä àíàëîãè÷åí ïåðâîìó

ñ òîé ëèøü ðàçíèöåé, ÷òî îáúåêòîâ îäíîãî êëàññà ñòðîèòñÿ óðàâíåíèå ðå-

ãðåññèè.

Äàëåå ïîïðîáóåì îïèñàòü ìåõàíèçì ðåøåíèÿ êëàññèôèêàöèîííîé çàäà-

÷è íà ïðèìåðå îáó÷àþùåé âûáîðêè.  êà÷åñòâå èñõîäíûõ äàííûõ ïðèíè-

ìàåì òàáëèöó èñõîäíûõ âåùåñòâ ñ ñîîòâåòñòâóþùèì íàáîðîì äåñêðèïòî-

ðîâ ìîëåêóëÿðíîé ñòðóêòóðû. Ïîëíûé ñïèñîê èñïîëüçóåìûõ äåñêðèïòîðîâ

ïðèâåä¼í â òàáë. 3.7.

 äðóãîé òàáëèöå äàííûå ïî èçìåðåíèÿì ðàñòâîðèìîñòè ñîïîñòàâëÿþò-

ñÿ êîíêðåòíûì âåùåñòâàì. Ìåæäó äâóìÿ òàáëèöàìè îðãàíèçîâàíî ðåëÿ-

öèîííàÿ ñâÿçü â âèäå âíåøíåãî êëþ÷à. Ïåðâûé ýòàï ðàñ÷¼òà çàêëþ÷àåòñÿ

â âû÷èñëåíèè êîððåëÿöèîííîé ìàòðèöû ìåæäó èçìåðåííûìè çíà÷åíèÿìè

ðàñòâîðèìîñòè è êàæäûì èç íàáîðà äåñêðèïòîðîâ. Ðàññ÷èòàííàÿ êîððåëÿ-

öèîííàÿ ìàòðèöà èìååò âèä, ïðèâåä¼ííûé â òàáë. 3.5.

Äàëåå îïðåäåëÿåì äåñêðèïòîð, äàþùèé ïî àáñîëþòíîé âåëè÷èíå çíà÷å-

íèå, íàõîäÿùååñÿ áëèæå âñåõ ê åäèíèöå.  íàøåì ñëó÷àå òàêèì ôàêòîðîì

ÿâëÿåòñÿ Ms ñî çíà÷åíèåì êîýôôèöèåíòà êîððåëÿöèè ðàâíûì 0,35. Èìåí-

70

Òàáëèöà 3.4. Èñõîäíûå äàííûå äëÿ êëàññèôèêàöèè.

Íàèìåíîâàíèå lnS T, K p, ÌÏà MSD Hy · · · J3D

ïèðåí -8,06 343 21,09 0,215 -0,979 1,715

ïèðåí -8,29 308 34,55 0,215 -0,979 1,715

ôåíàíòðåí -7,11 318 12,0 0,246 -0,975 1,911

äèáåíçîòèîôåí -8,88 338 10,48 0,25 -0,897 1,752

2-àìèíîôëóîðåí -10,06 343 14,25 0,251 0,338 1,909

· · · · · ·õîëåñòåðîë -8,58 353 15,05 0,227 -0,535 2,895

Òàáëèöà 3.5. Ôðàãìåíò ðàñ÷èòàííîé êîððåëÿöèîííîé ìàòðèöû.

Äåñêðèïòîð Êîýôôèöèåíò r

Ms 0,35

Xt 0,33

Jhete 0,24

· · ·H3D 0,14

íî ýòîò äåñêðèïòîð áóäåò ïðèìåíÿòüñÿ â êà÷åñòâå ïàðàìåòðà ðàçáèåíèÿ.

Äàëåå ïðîèçâîäèòñÿ äèñêðåòèçàöèÿ íåïðåðûâíûõ çíà÷åíèé àòðèáóòà, äëÿ

÷åãî âåñü îòðåçîê îïðåäåëåíèÿ àòðèáóòà ðàçáèâàåòñÿ íà ïðåäîïðåäåë¼ííîå

êîëè÷åñòâî äèàïàçîíîâ.  èñïîëüçóåìîì àëãîðèòìå ÷èñëî äèàïàçîíîâ ðàç-

áèåíèÿ óñòàíîâëåíî ðàâíûì 99. Òàêèì îáðàçîì, ïîëó÷àåì ðàñïðåäåëåíèå

âåùåñòâ ïî äèàïàçîíàì.

Äèàïàçîí 1 2 . . . 98 99

Ïîïàäàíèÿ 5 0 . . . 0 1

Äèàïàçîíû, â êîòîðûõ îòñóòñòâóþò äàííûå, íå íåñóò â ñåáå ïîëåçíîé

èíôîðìàöèè, ïîýòîìó ïîäëåæàò ñëèÿíèþ ñ íåïóñòûìè ñîñåäÿìè. Ïðîöåññ

ñëèÿíèÿ íå îñòàíàâëèâàåòñÿ äî òåõ ïîð, ïîêà íå áóäåò ïîëó÷åíà ìèíèìàëü-

íàÿ èíôîðìàöèîííàÿ ýíòðîïèÿ (ýíòðîïèÿ Øåííîíà), ÷òî áóäåò ñîîòâåò-

71

ñòâîâàòü íàëè÷èþ îäíîãî äèàïàçîíà, âåðîÿòíîñòü ïîïàäàíèÿ â êîòîðûé áó-

äåò çíà÷èòåëüíî âûøå âåðîÿòíîñòè ïîïàäàíèÿ â äðóãèå. Íàïðèìåð, äëÿ

íàøåãî ñëó÷àÿ îïòèìèçèðîâàííàÿ ýíòðîïèÿ ðàçáèåíèÿ ñîñòàâèò:

S = −(2 · 25

229log2

25

229+

73

229log2

73

229+

106

229log2

106

229) = 1, 7379 áèò.

Äëÿ ïîëó÷åííûõ óçëîâ ïðè ïîìîùè ìåòîäà íàèìåíüøèõ êâàäðàòîâ âû-

÷èñëÿþòñÿ ëèíåéíûå ðåãðåññèîííûå óðàâíåíèÿ, ïîñëå ÷åãî àëãîðèòìîì ïðî-

âåðÿþòñÿ íîâûå óçëû íà âîçìîæíîñòü äàëüíåéøåãî ðàçáèåíèÿ.

Ïðèìåíèòåëüíî ê çàäà÷å ìîäåëèðîâàíèÿ ðàñòâîðèìîñòè òàêîé ïîäõîä

ÿâëÿåòñÿ ïðåäïî÷òèòåëüíûì, ïîòîìó ÷òî ïîñëå êëàññèôèêàöèè âåùåñòâî

ñîîòíîñèòñÿ ñ íàáîðîì (êëàññîì) íàèáîëåå áëèçêèõ åìó ñîåäèíåíèé. Ïðèìå-

íåíèå ìåòîäîëîãèè QSAR ê áëèçêèì ïî õèìè÷åñêîìó ñòðîåíèþ âåùåñòâàì

çíà÷èòåëüíî ïîâûøàåò íàäåæíîñòü ïðîãíîçèðîâàíèÿ. Ñî÷åòàíèå ïðàâèë

êëàññèôèêàöèè â âèäå äåðåâüåâ âàðèàíòîâ ðåøåíèé è óðàâíåíèé ðåãðåññèè

â àëãîðèòìå ¾Microsoft Decision Trees¿ ïîçâîëÿåò îäíîâðåìåííî âîñïîëü-

çîâàòüñÿ ïðåèìóùåñòâàìè êëàññèôèêàöèè âåùåñòâ è ïîëó÷èòü äîâîëüíî

ïðîñòûå ïî âèäó óðàâíåíèÿ ðåãðåññèè.

3.2.5 Ïîñòðîåíèå äåðåâà âàðèàíòîâ ðåøåíèé

Äëÿ ïîñòðîåíèÿ ôèíàëüíîé ìîäåëè èñïîëüçóåòñÿ ñëóæáà àíàëèçà è àë-

ãîðèòì ¾Microsoft Decision Trees¿. Êàê îòìå÷àëîñü âûøå, ðåçóëüòàò ìîäå-

ëèðîâàíèÿ ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé äåðåâî êëàññèôèêàöèè, äëÿ êàæäîãî óçëà

êîòîðîãî âû÷èñëÿåòñÿ ëèíåéíîå óðàâíåíèå ðåãðåññèè.

Íà ðèñ. 3.15 èçîáðàæåíî ïîëó÷åííîå äåðåâî âàðèàíòîâ ðåøåíèé.  òàá-

ëèöå 3.6 ïðèâåäåíû ïîëó÷åííûå óðàâíåíèÿ ðåãðåññèè äëÿ âñåõ óçëîâ. Ïðî-

õîä îñóùåñòâëÿåòñÿ ñëåâà íàïðàâî ïî ñòîëáöàì, ñâåðõó âíèç âíóòðè ñòîëá-

öà. Ñïèñîê îáîçíà÷åíèé, èñïîëüçóåìûõ ïðè ïîñòðîåíèè ìîäåëåé, ïðèâåä¼í

â òàáë. 3.7.

72

Òàáëèöà 3.6. Õàðàêòåðèñòèêà óçëîâ ïîëó÷åííîãî äåðåâà âàðèàíòîâ ðåøå-

íèé.×èñëîòî÷åê

Óñëîâèå ðàçáèåíèÿ Óðàâíåíèå ðåãðåññèè äëÿ óçëà

229 Íåò

V alue = �6, 777 + 0, 058 · (S0K�43, 383)�

−0, 021 · (ISIZ�189, 726) + 5, 734 · (J�2, 202)�−0, 002 · (Temp�323, 972)�

−0, 168 · (UNIP�52, 690) + 0, 063 · (Pres�20, 292)+

+1, 195 · (MLOGP�4, 536)�0, 908 · (J3D�3, 813)+

+0, 121 · (Eig1e�65, 342)�3, 009 · (Jhetp�2, 645)++29, 859 · (Xt�0, 314)�1, 599 · (Hy + 0, 689)

25 2, 175 ≤ Ms < 2, 324

V alue = �7, 747 + 0, 053 · (Pres�21, 110)+

+8, 576 · (ChDelta�0, 467) + 0, 021 · (AMR�49, 389)+

+1, 170 · (J�2, 102)�0, 381 · (Hy + 0, 163)+

+7, 347 · (Jhete�2, 800)�0, 071 · (S0K�38, 618)+

+0, 033 · (Sp�15, 791) + 0, 001 · (ISIZ�111, 598)−�0, 002 · (Eig1e�29, 377) + 2, 281 · (Dipol�0, 243)+

+2, 0 · 10−6 · (W3D�1401, 616)�0, 040 · (MLOGP�2, 444)�

−0, 014 · (UNIP�27, 400)�7, 998 · (MSD�0, 319)+

+2, 057 · (Jhetp�2, 506) + 0, 015 · (Temp�318, 400)+

+9, 771 · (Ms�2, 265) + 0, 0005 · (Whete�179, 794)+

+0, 0007 · (Whetp�214, 110)�8, 254 · (Xt�0, 350)+

+0, 001 · (H3D�90, 750) + 0, 00003 · (Eig1p�35, 205)+

+0, 0005 · (Whetm�179, 655)�0, 013 · (J3D�3, 254)

73 Ms < 1, 877

V alue = �5, 650�0, 003 · (Whetm�1623, 052)+

+0, 055 · (Pres�20, 850)�0, 158 · (Eig1e�142, 086)+

+0, 031 · (Temp�331, 166) + 0, 0008 · (W3D�18843, 131)�

−23, 114 · (Xt�0, 300) + 0, 109 · (UNIP�101, 849)+

+1, 161 · (J3D�6, 999)�0, 003 · (Whete�1635, 539)

106 1, 877 ≤ Ms < 2, 175

V alue = �7, 570 + 0, 079 · (Pres�19, 673)�

−7, 992 · (Dipol�0, 087)�4, 638 · (Hy + 0, 759)−�0, 116 · (Eig1e�30, 428) + 0, 158 · (S0K�35, 544)+

+0, 013 · (Temp�321, 288) + 10, 899 · (J3D�1, 982)+

+0, 874 · (AMR�60, 726)�0, 427 · (UNIP�31, 689)+

+50, 948 · (MSD�0, 252) + 39, 055 · (Ms�1, 929)�

−0, 011 · (Whetm�214, 019)�0, 044 · (Jhete�2, 519)�−0, 141 · (ISIZ�117, 305)

73

25 Ms ≥ 2, 324

V alue = �5, 737 + 0, 0008 · (Whetm�163, 061)�

−0, 073 · (AMR�41, 316) + 0, 001 · (H3D�61, 779)+

+10, 255 · (Xt�0, 385)�0, 013 · (UNIP�23, 480)�

−3, 544 · (Hy + 0, 279) + 0, 015 · (Sp�12, 824)++0, 355 · (MLOGP�2, 009)�9, 831 · (MSD�0, 304)+

+0, 147 · (J3D�2, 834)�6, 487 · (Dipol�0, 506)+

+0, 0009 · (Whete�164, 353)�3, 479 · (ChDelta�0, 623)+

+0, 005 · (Eig1e�25, 249) + 5, 983 · (Ms�2, 661)�

−0, 598 · (Jhetp�2, 613) + 0, 001 · (ISIZ�80, 749)++3, 318 · (J�2, 215) + 0, 001 · (Eig1p�29, 130)+

+0, 021 · (Temp�319, 920) + 0, 00005 · (W3D�976, 774)+

+0, 072 · (Pres�20, 468) + 0, 0005 · (Whetp�185, 529)�

−0, 062 · (S0K�30, 168)�3, 265 · (Jhete�2, 985)

23Ms < 1,877;

MLOGP < 5,334

V alue = �4, 628�0, 00002 · (H3D�154, 582)�

−13, 184 · (Dipol�0, 010)�0, 002 · (Sp�19, 358)++7, 182 · (Hy + 0, 961) + 0, 00002 · (W3D�2646, 355)+

+24, 272 · (ChDelta�0, 152) + 0, 001 · (ISIZ�162, 967)++0, 003 · (Eig1p�34, 606)�0, 008 · (AMR�53, 145)�

−0, 000004 · (Whete�203, 802) + 0, 028 · (Pres�20, 653)�

−0, 000004 · (Whetm�203, 704) + 0, 005 · (Eig1e�33, 074)+

+0, 021 · (S0K�18, 898) + 0, 013 · (Temp�352, 304)+

+0, 003 · (UNIP�26, 435)�0, 00005 · (Whetp�218, 817)+

+1, 416 · (MLOGP�4, 513)

23Ms < 1,877;

MLOGP ≥ 7, 389

V alue = �6, 324 + 0, 0010 · (H3D�539, 897)+

+22, 594 · (Hy + 0, 985) + 14, 150 · (Xt�0, 246)+

+0, 037 · (Pres�25, 056) + 0, 053 · (Temp�324, 555)+

+39, 737 · (Ms�1, 546)�0, 224 · (Sp�47, 052)

21Ms < 1,877;

5,334 ≤ MLOGP < 7, 389

V alue = �5, 836�0, 010 · (Eig1e�134, 861)�

−0, 002 · (ISIZ�363, 502)�4, 129 · (Hy + 0, 749)�

−1, 235 · (Ms�1, 621) + 0, 025 · (J3D�7, 713)�

−4, 067 · (Jhetp�2, 877) + 7, 963 · (Dipol�0, 097)�

−0, 0004 · (Whetp�1404, 350)�0, 050 · (Temp�317, 143)�

−0, 015 · (UNIP�95, 429) + 0, 045 · (S0K�70, 621)�

−5, 812 · (Xt�0, 284) + 1, 344 · (Jhete�3, 040)++0, 021 · (AMR�94, 138) + 0, 714 · (J�3, 005)�

−0, 0008 · (Whetm�1324, 379)�0, 00005 · (W3D�15334, 604)�

−0, 001 · (H3D�370, 290)�3, 094 · (ChDelta�0, 257)+

+0, 015 · (Sp�35, 618)�5, 557 · (MSD�0, 415)+

+0, 001 · (Eig1p�141, 817)�0, 0007 · (Whete�1326, 678)+

+0, 155 · (Pres�15, 259) + 0, 754 · (MLOGP�6)

811,877 ≤ Ms < 2, 175;

Xt < 0,306

V alue = �7, 839 + 27, 506 · (J�1, 704)++59, 318 · (Xt�0, 289) + 0, 387 · (Sp�19, 160)�

−4, 662 · (Hy + 0, 848) + 0, 080 · (Pres�20, 797)+

+0, 190 · (S0K�37, 145) + 0, 013 · (Temp�323, 490)

74

251,877 ≤ Ms < 2, 175;

Xt ≥ 0, 306

V alue = �6, 699 + 0, 108 · (Sp�15, 993)++2, 805 · (Dipol�0, 141)�0, 006 · (Whetm�139, 288)�

−1, 465 · (Hy + 0, 472)�0, 795 · (Jhete�2, 682)�−0, 025 · (H3D�79, 728) + 0, 043 · (Eig1e�23, 400)�

−0, 229 · (S0K�30, 360) + 38, 613 · (MSD�0, 276)+

+33, 775 · (Xt�0, 331) + 0, 009 · (Temp�314, 156)+

+2, 026 · (J3D�2, 204) + 2, 063 · (J�1, 849)++0, 081 · (Pres�16, 031)�2, 084 · (Ms�1, 956)�

−0, 0006 · (W3D�985, 668)�0, 019 · (ISIZ�101, 785)++0, 055 · (AMR�52, 197) + 0, 043 · (Eig1p�26, 904)+

+10, 439 · (ChDelta�0, 308) + 0, 001 · (Whetp�161, 612)+

+0, 768 · (MLOGP�3, 269) + 0, 108 · (Jhetp�2, 431)++0, 0005 · (Whete�140, 745)�0, 009 · (UNIP�25, 120)

291,877 ≤ Ms < 2, 175;

Xt < 0,306;

Pres ≥ 22, 72

V alue = �7, 001 + 0, 018 · (Eig1p�30, 539)�

−0, 0010 · (AMR�61, 807) + 0, 074 · (S0K�37, 097)+

+0, 416 · (Dipol�0, 053) + 2, 334 · (J3D�1, 912)+

+0, 011 · (Eig1e�30, 621) + 0, 001 · (Whetm�219, 951)+

+12, 531 · (Ms�1, 917) + 0, 041 · (Sp�18, 672)++2, 234 · (Jhetp�2, 487) + 0, 0002 · (W3D�1340, 952)+

+1, 220 · (ChDelta�0, 246)�16, 486 · (Xt�0, 292)+

+0, 002 · (Whetp�223, 361) + 0, 031 · (Temp�324, 281)�

−2, 294 · (Hy + 0, 788) + 25, 296 · (J�1, 713)++5, 289 · (Jhete�2, 487) + 0, 002 · (Whete�225, 650)+

+0, 003 · (H3D�95, 241)�0, 718 · (MLOGP�4, 274)+

+0, 018 · (Pres�31, 212)�17, 745 · (MSD�0, 246)�

−0, 016 · (UNIP�32, 241) + 0, 002 · (ISIZ�118, 263)

521,877 ≤ Ms < 2, 175;

Xt < 0,306;

Pres < 22,72

V alue = �8, 306�0, 005 · (Temp�323, 048)+

+29, 506 · (J�1, 698) + 2, 145 · (J3D�1, 914)+

+0, 156 · (Pres�14, 990) + 0, 175 · (S0K�37, 171)�

−4, 503 · (Hy + 0, 881)

21

1,877 ≤ Ms < 2, 175;

Xt < 0,306;

Pres < 22,72

MSD ≥ 0, 254

V alue = �9, 183 + 0, 116 · (Pres�14, 773)+

+12, 262 · (Hy + 0, 938)�0, 296 · (AMR�57, 439)+

+0, 022 · (Temp�321, 357)

31

1,877 ≤ Ms < 2, 175;

Xt < 0,306;

Pres < 22,72

MSD < 0,254

V alue = �7, 711 + 0, 0001 · (UNIP�35, 581)�

−0, 049 · (S0K�38, 888)�0, 760 · (Hy + 0, 841)+

+8, 324 · (Xt�0, 280) + 0, 0006 · (Whete�316, 573)+

+44, 165 · (MSD�0, 237) + 0, 00005 · (Whetm�289, 981)+

+1, 607 · (J3D�1, 973)�0, 0007 · (Whetp�300, 185)+

+0, 004 · (AMR�68, 820) + 0, 188 · (Pres�15, 136)+

+0, 008 · (Eig1e�38, 396)�0, 169 · (Jhete�2, 379)�−0, 011 · (Eig1p�36, 784)�8, 309 · (Ms�1, 909)+

+12, 791 · (J�1, 709) + 0, 0001 · (W3D�1772, 101)+

+0, 020 · (Sp�20, 801) + 0, 002 · (H3D�113, 603)+

+0, 002 · (ISIZ�135, 977)�0, 020 · (Temp�324, 194)+

+0, 290 · (MLOGP�4, 767)

75

Òàáëèöà 3.7. Ïåðå÷åíü îáîçíà÷åíèé, èñïîëüçîâàííûõ ïðè ïîñòðîåíèè ìîäå-

ëåé.

Îáîçíà÷åíèå Ïîÿñíåíèå

V alue Íàòóðàëüíûé ëîãàðèôì ðàñòâîðèìîñòè âåùåñòâà, âûðà-

æåííîé â ìîëüíûõ äîëÿõ

AMR Ìîëÿðíàÿ ðåôðàêöèÿ Ãîçå-Êðèïïåíà (Ghose-Crippen)

ChDelta Ðàçíîñòü çàðÿäîâ ìåæäó àòîìàìè, èìåþùèìè íàèáîëü-

øèå ïîëîæèòåëüíûé è îòðèöàòåëüíûé çàðÿäû

Dipol Äèïîëüíûé ìîìåíò ìîëåêóëû

Eig1e Ìàêñèìàëüíîå ñîáñòâåííîå çíà÷åíèå äëÿ âçâåøåííîé ïî

ýëåêòðîîòðèöàòåëüíîñòè ìàòðèöû ðàññòîÿíèé

Eig1p Ìàêñèìàëüíîå ñîáñòâåííîå çíà÷åíèå äëÿ âçâåøåííîé ïî

ïîëÿðèçóåìîñòè ìàòðèöû ðàññòîÿíèé

H3D Òðåõìåðíûé èíäåêñ Õàðàðè

Hy Ôàêòîð ãèäðîôèëüíîñòè

ISIZ Èíôîðìàöèîííûé èíäåêñ ìîëåêóëÿðíîãî ðàçìåðà

J Èíäåêñ ñâÿçíîñòè Áàëàáàíà

J3D Òðåõìåðíûé èíäåêñ Áàëàáàíà

Jhete Èíäåêñ Áàëàáàíà äëÿ âçâåøåííîé ïî ýëåêòðîîòðèöà-

òåëüíîñòè ìàòðèöû ðàññòîÿíèé

Jhetp Èíäåêñ Áàëàáàíà äëÿ âçâåøåííîé ïî ïîëÿðèçóåìîñòè

ìàòðèöû ðàññòîÿíèé

MLOGP Ëîãàðèôì êîýôôèöèåíòà ðàñïðåäåëåíèÿ âåùåñòâà â ñè-

ñòåìå ¾îêòàíîë-âîäà¿ ïî Ìîðèãó÷è

Ms Ñðåäíåå ýëåêòðîòîïîëîãè÷åñêîå ñîñòîÿíèå ìîëåêóëû

MSD Èíäåêñ ñðåäíåêâàäðàòè÷íûõ ðàññòîÿíèé Áàëàáàíà

Pres Äàâëåíèå, ÌÏà

S0K Èíäåêñ ñèììåòðèè Êèðà

Sp Ñóììà àòîìíûõ ïîëÿðèçóåìîñòåé, îòíåñåííûõ ê àòîìó

óãëåðîäà

Temp Òåìïåðàòóðà, Ê

UNIP Óíèïîëÿðíîñòü

W3D Òðåõìåðíûé èíäåêñ Âèíåðà

76

Whete Èíäåêñ Âèíåðà äëÿ âçâåøåííîé ïî ýëåêòðîîòðèöàòåëü-

íîñòè ìàòðèöû ðàññòîÿíèé

Whetm Èíäåêñ Âèíåðà äëÿ âçâåøåííîé ïî àòîìíûì ìàññàì ìàò-

ðèöû ðàññòîÿíèé

Whetp Èíäåêñ Âèíåðà äëÿ âçâåøåííîé ïî ïîëÿðèçóåìîñòè ìàò-

ðèöû ðàññòîÿíèé

Xt Èíäåêñ îáùåé ñâÿçíîñòè ìîëåêóëÿðíîé ñòðóêòóðû

Ðèñ. 3.15. Îáùèé âèä äåðåâà âàðèàíòîâ ðåøåíèé ðåçóëüòèðóþùåé ìîäåëè.

Ðèñ. 3.16. Äèàãðàììà ¾èçìåðåíî�ïðåäñêàçàíî¿ äëÿ îáó÷àþùåé âûáîðêè

(226 ýêñïåðèìåíòàëüíûõ òî÷åê).

77

Ðèñ. 3.17. Äèàãðàììà ¾èçìåðåíî�ïðåäñêàçàíî¿ äëÿ ïðîâåðî÷íîé âûáîðêè

(233 ýêñïåðèìåíòàëüíûõ òî÷êè).

Íà ðèñ. 3.16 è 3.17 ïîêàçàíû ðåçóëüòàòû ìîäåëèðîâàíèÿ ðàñòâîðèìîñòè

íà îáó÷àþùåé è ïðîâåðî÷íîé âûáîðêàõ. Îñòàòî÷íûå äèñïåðñèè ïî ðåçóëü-

òàòàì âû÷èñëåíèé ñîñòàâèëè 0,2115 è 0,4502 äëÿ îáó÷àþùåé è ïðîâåðî÷íîé

âûáîðîê ñîîòâåòñòâåííî.

78

Ãëàâà 4

Èññëåäîâàíèå

ìàòåìàòè÷åñêîé ìîäåëè

4.1 Ñòàòèñòè÷åñêèå ñâîéñòâà ìîäåëè

Äëÿ àíàëèçà ñòàòèñòè÷åñêèõ ñâîéñòâ ìîäåëè áûëî ñãåíåðèðîâàíî ïî 10

âûáîðîê êàæäîãî èç îáú¼ìîâ, ñîñòàâëÿþùèõ 20, 40, 60 è 80% îò îáùåãî

êîëè÷åñòâà ýêñïåðèìåíòàëüíûõ èçìåðåíèé. Äëÿ êàæäîé èç ïîñòðîåííûõ

âûáîðîê ïîñòðîåíû ñîîòâåòñòâóþùèå äåðåâüÿ âàðèàíòîâ ðåøåíèé ïðè ôèê-

ñèðîâàííûõ çíà÷åíèÿõ ïàðàìåòðîâ àëãîðèòìà. Ðåçóëüòàòû ìîäåëèðîâàíèÿ

ïîäâåðãàëèñü ïðîâåðêå íà àäåêâàòíîñòü ïóò¼ì ðàñ÷¼òà ñòàòèñòè÷åñêèõ êðè-

òåðèåâ äëÿ îáó÷àþùåé è òåñòîâîé âûáîðîê.

 êà÷åñòâå îöåíîê èñïîëüçîâàëèñü êîýôôèöèåíò ëèíåéíîé êîððåëÿöèè

R è êà÷åñòâåííàÿ îöåíêà ìîäåëè ¾Score¿, ïðåäëîæåííàÿ ðàçðàáîò÷èêàìè èç

êîìïàíèè ¾Microsoft¿. Îöåíêà ¾Score¿ ïðåäñòàâëÿåò èç ñåáÿ âåùåñòâåííîå

÷èñëî â äèàïàçîíå îò 0 äî 10, õàðàêòåðèçóþùåå îáùåå êà÷åñòâî ìîäåëè. Çíà-

÷åíèÿ îöåíêè áëèçêèå ê 10 îçíà÷àþò èäåàëüíîå êà÷åñòâî ìîäåëèðîâàíèÿ,

ò. å. èçìåðåííûå äàííûå î÷åíü áëèçêè ê ïðåäñêàçàííûì. Ìàëûå çíà÷åíèÿ

èìåþò ìåñòî â ñëó÷àå íàëè÷èÿ ó ìîäåëè ãðóáûõ îøèáîê (âûáðîñîâ).

Ðåçóëüòàòû ìîäåëèðîâàíèÿ äëÿ âûáîðîê ðàçíûõ îáú¼ìîâ ïðèâåäåíû â

òàáëèöàõ 4.1, 4.2, 4.3, 4.4.

79

Òàáëèöà 4.1. Ðåçóëüòàòû ìîäåëèðîâàíèÿ äëÿ îáó÷àþùèõ âûáîðîê îáú¼ìîì

20% îò îáùåãî êîëè÷åñòâà ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ.

� Äåñêðèïòîðû Îáó÷åíèå Score Îáó÷åíèå R Òåñò Score Òåñò R

1 AMR, Temp 4,17 0,962 0,02 0,843

2 Jhete, Sp 3,69 0,908 0,03 0,799

3 MLOGP 0 0,369 0 0,487

4 MLOGP 0 0,491 0 0,833

5 Sp 0,81 0,802 0,74 0,732

6 MLOGP 3,51 0,953 0 0,283

7 S0K, Pres 3,46 0,897 0 0,277

8 AMR 3,85 0,945 0 0,279

9 Sp, MSD 4,44 0,971 0,53 0,863

10 MSD, Jhete 2,67 0,880 1,56 0,730

Òàáëèöà 4.2. Ðåçóëüòàòû ìîäåëèðîâàíèÿ äëÿ îáó÷àþùèõ âûáîðîê îáú¼ìîì

40% îò îáùåãî êîëè÷åñòâà ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ.

� Äåñêðèïòîðû Îáó÷åíèå Score Îáó÷åíèå R Òåñò Score Òåñò R

1 MSD, Xt 2,68 0,897 1,93 0,836

2 MSD, Xt 2,53 0,840 1,99 0,786

3 MSD, Sp 1,9 0,824 1,52 0,753

4 ISIZ, Temp 3,36 0,950 0,53 0,808

5 ISIZ 3,05 0,935 0,91 0,859

6 MSD, Xt 2,52 0,866 1,96 0,844

7 MSD, Sp 2,25 0,861 1,75 0,788

8 ISIZ 3,21 0,947 0,61 0,839

9 MSD, Sp 2,4 0,870 1,56 0,795

10 MSD, Jhete 2,22 0,846 0,87 0,691

80

Òàáëèöà 4.3. Ðåçóëüòàòû ìîäåëèðîâàíèÿ äëÿ îáó÷àþùèõ âûáîðîê îáú¼ìîì

60% îò îáùåãî êîëè÷åñòâà ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ.

� Äåñêðèïòîðû Îáó÷åíèå Score Îáó÷åíèå R Òåñò Score Òåñò R

1 MSD, Sp 1,83 0,799 1,69 0,789

2 ISIZ 2,84 0,936 2,71 0,930

3 MSD, Xt 2,84 0,927 2,46 0,909

4 MSD, Sp 2,16 0,835 2 0,843

5 MSD, Xt 2,59 0,889 2,05 0,804

6 MSD, Pres 0 0,076 0 0,108

7 MSD, Xt 2,66 0,889 2,07 0,844

8 MSD, Xt 2,61 0,874 2,19 0,870

9 Sp, AMR 2,63 0,919 2,68 0,929

10 ISIZ 2,8 0,929 2,14 0,889

Òàáëèöà 4.4. Ðåçóëüòàòû ìîäåëèðîâàíèÿ äëÿ îáó÷àþùèõ âûáîðîê îáú¼ìîì

80% îò îáùåãî êîëè÷åñòâà ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ.

� Äåñêðèïòîðû Îáó÷åíèå Score Îáó÷åíèå R Òåñò Score Òåñò R

1 MSD, Xt 2,63 0,885 1,93 0,829

2 MSD, Xt 2,61 0,880 1,97 0,848

3 MSD, Xt 2,57 0,884 2,1 0,837

4 MSD, Sp 2,14 0,845 2,16 0,841

5 ISIZ 2,75 0,931 2,51 0,913

6 ISIZ 2,57 0,917 2,2 0,902

7 MSD, Xt 2,58 0,882 2,14 0,852

8 MSD, Sp 2,14 0,844 2,06 0,836

9 ISIZ 2,76 0,931 2,07 0,890

10 ISIZ 2,65 0,924 1,9 0,882

81

à)

á)

â) ã)

Ðèñ. 4.1. Ëó÷øèå äåðåâüÿ âàðèàíòîâ ðåøåíèé äëÿ âûáîðîê ðàçìåðîâ:

à) 20%, á) 40%, â) 60%, ã) 80%.

82

à)

á)

Ðèñ. 4.2. Äèàãðàììû ¾èçìåðåíî�ïðåäñêàçàíî¿ äëÿ ëó÷øèõ ìîäåëåé íà âû-

áîðêàõ ðàçìåðîì 20% (à) è 40% (á). Ñëåâà ãðàôèêè äëÿ îáó÷àþùèõ âûáî-

ðîê, ñïðàâà � äëÿ òåñòîâûõ.

Îáðàùàåò íà ñåáÿ âíèìàíèå, ÷òî äëÿ ìàëîãî îáú¼ìà îáó÷àþùåé âû-

áîðêè ïîñòðîèòü êà÷åñòâåííóþ ìîäåëü ñëîæíî. Ýòî îáóñëîâëåíî, íà íàø

âçãëÿä, íåäîñòàòêîì èíôîðìàöèè â âûáîðêå, èç-çà ÷åãî ìîäåëü ïîëó÷àåò-

ñÿ íåäîîáó÷åííîé. Íàèëó÷øèé ðåçóëüòàò ïîêàçàëà ìîäåëü, ïîñòðîåííàÿ íà

îñíîâå 60% âûáîðêè.

 öåëÿõ ïîâûøåíèÿ ïðîãíîçíûõ õàðàêòåðèñòèê ïîëó÷åííîé ìîäåëè áû-

ëî èññëåäîâàíî ðàñïðåäåëåíèå âûáðîñîâ (ãðóáûõ îøèáîê) äëÿ ðàçëè÷íûõ

âåùåñòâ, âõîäÿùèõ â îáùóþ âûáîðêó. Êàê âèäíî èç ðèñ. 4.4 àáñîëþòíîå

áîëüøèíñòâî ãðóáûõ îøèáîê ïðîãíîçèðîâàíèÿ ïðîèñõîäèò äëÿ âåùåñòâà

ïîä íîìåðîì 49 (àêðèäèíà).

83

à)

á)

Ðèñ. 4.3. Äèàãðàììû ¾èçìåðåíî�ïðåäñêàçàíî¿ äëÿ ëó÷øèõ ìîäåëåé íà âû-

áîðêàõ ðàçìåðîì 60% (à) è 80% (á). Ñëåâà ãðàôèêè äëÿ îáó÷àþùèõ âûáî-

ðîê, ñïðàâà � äëÿ òåñòîâûõ.

84

à) á)

â) ã)

Ðèñ. 4.4. Ðàñïðåäåëåíèå âûáðîñîâ ïî âåùåñòâàì äëÿ ðàçëè÷íûõ îáú¼ìîâ

âûáîðêè: à) 20%, á) 40%, â) 60%, ã) 80%.

85

Ðèñ. 4.5. Äèàãðàììà ¾èçìåðåíî�ïðåäñêàçàíî¿ äëÿ ìîäåëè, îáó÷åííîé íà

âûáîðêå 60% ïîñëå àíàëèçà âûáðîñîâ.

 öåëÿõ ïîâûøåíèÿ ïðîãíîçíûõ õàðàêòåðèñòèê ôèíàëüíîé ìîäåëè èñ-

êëþ÷èì èç îáó÷àþùåé è òåñòîâîé âûáîðêè àêðèäèí. Ðàññìîòðèì ïîëó÷åí-

íóþ ìîäåëü, îáó÷åííóþ íà âûáîðêå îáú¼ìîì 60%. Ðåçóëüòàòû ìîäåëèðî-

âàíèÿ ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 4.5. Ðàñ÷¼ò êîýôôèöèåíòîâ êîððåëÿöèè äëÿ

îáó÷àþùåé è òåñòîâîé âûáîðêè ïîêàçûâàåò óâåëè÷åíèå ïî ñðàâíåíèþ ñ âà-

ðèàíòîì îáó÷åíèÿ íà âûáîðêå ñ ïðèñóòñòâèåì àêðèäèíà. Ïîëó÷åííûå çíà-

÷åíèÿ äëÿ îáó÷àþùåé è òåñòîâîé âûáîðîê ñîñòàâèëè 0,946 è 0,935 ïðîòèâ

0,936 è 0,930 ó ìîäåëè ñ àêðèäèíîì.

4.2 Èññëåäîâàíèå êëàññèôèêàöèîííîé çàäà÷è

Ïîìèìî ïðèâåä¼ííîé âûøå ìåòîäèêè ôèëüòðàöèè ãðóáûõ îøèáîê ñó-

ùåñòâóåò åù¼ îäèí ñïîñîá óëó÷øåíèÿ ïðåäñêàçàòåëüíûõ ñâîéñòâ ìîäåëè �

ïîâûøåíèå òî÷íîñòè êëàññèôèêàöèè.  âèäó òîãî, ÷òî óðàâíåíèå ðåãðåññèè

ðàñ÷èòûâàåòñÿ äëÿ âåùåñòâ, îòíåñ¼ííûõ ê îäíîìó êëàññó (óçëó äåðåâà), ïî-

âûøåíèå êà÷åñòâà êëàññèôèêàöèè âåäåò ê óìåíüøåíèþ îáùåãî êîëè÷åñòâà

âûáðîñîâ íà ìîäåëè.

Ãëàâíûì ïàðàìåòðîì àëãîðèòìà, îòâå÷àþùèì çà òî÷íîñòü êëàññèôè-

êàöèè, ÿâëÿåòñÿ ìèíèìàëüíûé îáú¼ì óçëà Minimum_Support. Åãî íàçíà÷å-

íèå � îãðàíè÷åíèå ìèíèìàëüíîãî êîëè÷åñòâà òî÷åê, ìåíüøå êîòîðîãî óçåë

äåðåâà ñîäåðæàòü íå ìîæåò. Âåëè÷èíà ìèíèìàëüíîãî îáú¼ìà ìîæåò áûòü

âûðàæåíà àáñîëþòíûì êîëè÷åñòâîì òî÷åê ëèáî ÷àñòüþ îò îáùåé âûáîðêè.

86

Ðèñ. 4.6. Çàâèñèìîñòü îöåíêè êà÷åñòâà ìîäåëè îò ìèíèìàëüíîãî îáú¼ìà

óçëà äåðåâà.

Íàìè áûëà ðàññìîòðåíà çàâèñèìîñòü ïîêàçàòåëåé êà÷åñòâà ìîäåëè îò

ìèíèìàëüíîãî îáú¼ìà óçëà. Ðåçóëüòàò èññëåäîâàíèÿ ïðîèëëþñòðèðîâàí íà

ðèñ. 4.6. Êàê âèäíî èç ãðàôèêà ìàêñèìóì íà êðèâîé òåñòîâîé îöåíêè íà-

áëþäàåòñÿ äëÿ âåëè÷èíû ìèíèìàëüíîãî îáú¼ìà 6% îò îáó÷àþùåé âûáîðêè.

Íåñëîæíî âèäåòü, ÷òî äåðåâüÿ, ïîñòðîåííûå äëÿ îáú¼ìîâ íèæå 6%, â îñ-

íîâíîì, ïåðåîáó÷åíû, à ïðè ïðåâûøåíèè ìèíèìàëüíîãî îáú¼ìà áîëåå 10%

ïîëó÷åííàÿ ìîäåëü îùóòèìî ãðóáååò.

Âèä è ïðåäñêàçàòåëüíûå ñâîéñòâà ìîäåëè ïðîèëëþñòðèðîâàíû íà ðèñ.

4.7 è 4.8 ñîîòâåòñòâåííî.

Ðèñ. 4.7. Âèä äåðåâà âàðèàíòîâ ðåøåíèé äëÿ ìîäåëè ñ îïòèìèçèðîâàííîé

êëàññèôèêàöèåé.

87

Ðèñ. 4.8. Äèàãðàììà ¾èçìåðåíî�ïðåäñêàçàíî¿ äëÿ ìîäåëè ñ îïòèìèçèðî-

âàííîé êëàññèôèêàöèåé.

Òàêîå ïîâåäåíèå ìîäåëè, ïðè êîòîðîì ñóùåñòâóåò íåêîòîðîå çíà÷åíèå

ïàðàìåòðà, îáåñïå÷èâàþùåå íàèëó÷øèé ðåçóëüòàò, ìîæíî îáúÿñíèòü ñâîé-

ñòâàìè îáùåé âûáîðêè. Ñëèøêîì ìàëåíüêîå çíà÷åíèå ìèíèìàëüíîãî îáú¼-

ìà óçëà îáðàçóåò ìíîãî ìåëêèõ êëàñòåðîâ, ÷àñòü èç êîòîðûõ íå íåñåò â ñåáå

äîñòàòî÷íîãî êîëè÷åñòâà ïîëåçíîé èíôîðìàöèè. Óâåëè÷åíèå çíà÷åíèé ýòî-

ãî ïàðàìåòðà âåäåò ê óìåíüøåíèþ îáùåãî êîëè÷åñòâà êëàññîâ è âåäåò ê

ïîÿâëåíèþ íåîäíîðîäíûõ óçëîâ, ïîñòðîèòü àäåêâàòíîå óðàâíåíèå ðåãðåñ-

ñèè äëÿ êîòîðûõ ñîñòàâëÿåò çíà÷èòåëüíóþ òðóäíîñòü. Êëàññèôèöèðîâàòü

îäíè è òå æå âåùåñòâà, êàê ïîêàçàíî â ï. 4.1, ìîæíî ðàçëè÷íûìè ñïîñîáà-

ìè. Âûáîð íàèáîëåå óäà÷íîé êëàññèôèêàöèè çàêëþ÷àåòñÿ â îïðåäåëåíèè

ñîâîêóïíîñòè ïàðàìåòðîâ àëãîðèòìà, ïðè êîòîðûõ ìîäåëü îäèíàêîâî õîðî-

øî ðàáîòàåò è äëÿ îáó÷àþùåé è äëÿ òåñòîâîé âûáîðîê.

88

Çàêëþ÷åíèå è âûâîäû

Ïî èòîãàì âûïîëíåíèÿ äèïëîìíîé ðàáîòû ìîãóò áûòü ñôîðìóëèðîâàíû

ñëåäóþùèå âûâîäû:

1. ñîçäàíà áàçà äàííûõ äëÿ ñáîðà è àíàëèçà ðåçóëüòàòîâ ýêñïåðèìåí-

òàëüíîãî îïðåäåëåíèÿ ðàñòâîðèìîñòè îðãàíè÷åñêèõ âåùåñòâ â ÑÊÄÓ;

2. ïðîãðàììíî ðåàëèçîâàíà èíôîðìàöèîííàÿ ñèñòåìà, âêëþ÷àþùàÿ áà-

çó äàííûõ, ãðàôè÷åñêèé èíòåðôåéñ ïîëüçîâàòåëÿ è áëîê àíàëèçà äàí-

íûõ;

3. ïðîâåäåí àíàëèç äàííûõ ïî ðàñòâîðèìîñòÿì ñ ïðèìåíåíèåì ðàçëè÷-

íûõ ìàòåìàòè÷åñêèõ ìîäåëåé:

- ïðîñòàÿ êîððåëÿöèÿ äëÿ èíäèâèäóàëüíîãî âåùåñòâà,

- ëèíåéíàÿ ðåãðåññèîííàÿ ìîäåëü â ïðîñòðàíñòâå äåñêðèïòîðîâ

ìîëåêóëÿðíîé ñòðóêòóðû,

- äåðåâî âàðèàíòîâ ðåøåíèé â ïðîñòðàíñòâå äåñêðèïòîðîâ ìîëå-

êóëÿðíîé ñòðóêòóðû;

4. îïðåäåëåíî, ÷òî QSAR-ìîäåëè äàþò íàèáîëåå òî÷íîå îïèñàíèå äàí-

íûõ ïî ðàñòâîðèìîñòÿì;

5. ïðîâåäåíî èññëåäîâàíèå QSAR-ìîäåëåé, îïðåäåëåíû îïòèìàëüíûå ïà-

ðàìåòðû àëãîðèòìà ïîñòðîåíèÿ ÄÂÐ, îáú¼ìà îáó÷àþùåé âûáîðêè.

89

Ãëàâà 5

Îõðàíà îêðóæàþùåé ñðåäû

 íàñòîÿùåå âðåìÿ ïåðåä ÷åëîâå÷åñòâîì îñòðî âñòàþò âîïðîñû çàùè-

òû îêðóæàþùåé ñðåäû îò âðåäíûõ âîçäåéñòâèé àíòðîïîãåííîãî õàðàêòåðà.

Îäíèì èç àêòèâíî ðàçâèâàþùèõñÿ íàïðàâëåíèé ÿâëÿåòñÿ ðàçðàáîòêà àëü-

òåðíàòèâíûõ òåõíîëîãè÷åñêèõ ðåøåíèé äëÿ óæå ñóùåñòâóþùèõ ïðîöåññîâ

õèìè÷åñêîé è ïèùåâîé òåõíîëîãèé.  êà÷åñòâå ïðèìåðà äëÿ íàñòîÿùåé ðà-

áîòû ðàññìîòðåí ïðèìåð ïðîöåññà äåêîôåèíèçàöèè êîôå.

Êîôå âîò óæå íåñêîëüêî âåêîâ âõîäèò â ÷èñëî ïðîäóêòîâ, óïîòðåáëÿå-

ìûõ ëþäüìè âî âñåõ ÷àñòÿõ Ñâåòà. Êîôå âûðàùèâàåòñÿ â îñíîâíîì íà ïëàí-

òàöèÿõ â Þæíîé Àìåðèêå è Àôðèêå. Êîôåéíûå çåðíà ñîäåðæàò 0,8-2,5%

êîôåèíà ïî ìàññå â çàâèñèìîñòè îò ñîðòà (Co�ee arabica, Co�ee canephora,

Co�ee leberica, Co�ee racemosa è ò. ä.).

Ðèñ. 5.1. Ñòðóêòóðíàÿ ôîðìóëà êîôåèíà.

Õèìè÷åñêîå íàçâàíèå êîôåèíà � 1,3,7-òðèìåòèëêñàíòèí. Ñîåäèíÿÿñü ñ

âîäîé, äà¼ò êîôåèäèí C7H12N4O. Ïî ñòðîåíèþ è ôàðìàêîëîãè÷åñêèì ñâîé-

ñòâàì êîôåèí áëèçîê ê òåîáðîìèíó è òåîôèëëèíó; âñå òðè àëêàëîèäà îòíî-

90

ñÿòñÿ ê ãðóïïå ìåòèëêñàíòèíîâ. Êîôåèí ëó÷øå äåéñòâóåò íà öåíòðàëüíóþ

íåðâíóþ ñèñòåìó (ÖÍÑ), à òåîôèëëèí è òåîáðîìèí � â êà÷åñòâå ñòèìó-

ëÿòîðîâ ñåðäå÷íîé äåÿòåëüíîñòè è ë¼ãêèõ ìî÷åãîííûõ ñðåäñòâ. Êîôåèí

ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé áåëûå øåëêîâèñòûå èãîëü÷àòûå êðèñòàëëû èëè áåëûé

êðèñòàëëè÷åñêèé ïîðîøîê (òåìïåðàòóðà ïëàâëåíèÿ 234◦ C) ãîðüêîâàòîãî

âêóñà, áåç çàïàõà. Ïëîõî ðàñòâîðèì â õîëîäíîé âîäå (1:60), ëåãêî � â ãî-

ðÿ÷åé âîäå (1:2), òðóäíî ðàñòâîðèì â ñïèðòå (1:50). Ðàñòâîðû èìåþò íåé-

òðàëüíóþ ðåàêöèþ.

Èç-çà âîçáóæäàþùåãî ñâîéñòâà êîôåèíà è ôèçè÷åñêîãî ïðèâûêàíèÿ ê

íåìó, ìíîãèå ëþäè óïîòðåáëÿþò êîôåèíîñîäåðæàùèå ïðîäóêòû (íàïèòêè)

äëÿ âçáàäðèâàíèÿ. Êîôå ÷àùå âñåãî ïüþò óòðîì äëÿ áûñòðîãî âîññòàíîâ-

ëåíèÿ ïîñëå ñíà. ×àé (÷¼ðíûé, çåë¼íûé) ïüþò â ëþáîå âðåìÿ äíÿ, îáû÷íî

ïîñëå åäû. Ïîñêîëüêó ÷àé ÷àñòî ïüþò èç-çà âêóñà èëè äëÿ óòîëåíèÿ æàæ-

äû, ïðîèçâîäÿòñÿ ÷àè áåç êîôåèíà, íå èìåþùèå (ïîðîé íåæåëàòåëüíûõ)

ñâîéñòâ âîçáóæäåíèÿ ÖÍÑ è ïîâûøåíèÿ êðîâÿíîãî äàâëåíèÿ. Âûïóñêàåò-

ñÿ è äåêîôåèíèçèðîâàííûé êîôå.

Ïðîáëåìîé óäàëåíèÿ èç çåðåí êîôå èçëèøíåãî êîôåèíà çàíèìàþòñÿ

ó÷åíûå ïðèìåðíî ñ 40-õ ãîäîâ ïðîøëîãî âåêà. Çà ïðîøåäøåå âðåìÿ áû-

ëî ïðåäëîæåíî ìíîãî ðàçëè÷íûõ ñïîñîáîâ è ñõåì îôîðìëåíèÿ ïðîöåññîâ

ýêñòðàêöèè êîôåèíà èç ç¼ðåí êîôå. Ñïîñîáû ýêñòðàêöèè êîôåèíà ìîæíî

ðàçäåëèòü íà äâå ãðóïïû. Ê ïåðâîé ãðóïïå îòíîñÿòñÿ ïðîöåññû ñ èñïîëü-

çîâàíèåì îðãàíè÷åñêèõ æèäêèõ ðàñòâîðèòåëåé. Âòîðàÿ ãðóïïà îòëè÷àåòñÿ

îò ïåðâîé èñïîëüçîâàíèåì â êà÷åñòâå ðàñòâîðèòåëÿ ñæèæåííûõ ãàçîâ èëè

ñâåðõêðèòè÷åñêèõ ôëþèäîâ, ÷àùå âñåãî äèîêñèäà óãëåðîäà.

Ýêîëîãè÷åñêàÿ õàðàêòåðèñòèêà ðàáîòû

Ïðîìûøëåííûé ïðîöåññ äåêîôåèíèçàöèè êîôå ïðîèçâîäèòñÿ íàä çå-

ë¼íûìè ç¼ðíàìè ïåðåä îáæàðêîé, ÷òîáû óìåíüøèòü ïîòåðè âêóñîâûõ è

àðîìàòè÷åñêèõ êà÷åñòâ. Ïðîöåññû ñ èñïîëüçîâàíèåì îðãàíè÷åñêèõ æèäêèõ

ðàñòâîðèòåëåé çàòðóäíåíû öåëûì ðÿäîì ôàêòîðîâ: âçäóòèå çåðåí èç-çà âî-

äû; ïîäáîð ðàñòâîðèòåëÿ, íåñìåøèâàþùåãîñÿ ñ âîäîé; óäàëåíèå ñëåäîâ ðàñ-

òâîðèòåëÿ èç îáðàáîòàííûõ ç¼ðåí; îñóøêà ïðîäóêòà äî íåîáõîäèìîé âëàæ-

íîñòè [52].

×àñòî èñïîëüçóåìûå îðãàíè÷åñêèå ðàñòâîðèòåëè ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé

91

òîêñè÷íûå è îãíåîïàñíûå âåùåñòâà: áåíçîë, äèõëîðìåòàí [65], ýòèëàöåòàò

[66], ìåòèëàöåòàò, ýòèëìåòèëêåòîí, òðèõëîðýòàí [67] è ò. ä. Âîäà [67�69] ÿâ-

ëÿåòñÿ èäåàëüíûì ðàñòâîðèòåëåì äëÿ êîôåèíà, åñëè íå áðàòü âî âíèìàíèå

îòñóòñòâèå ó íåå ñåëåêòèâíîñòè ïî îòíîøåíèþ ê êîôåèíó, ÷òî ïðèâîäèò ê

ýêñòðàêöèè äðóãèõ ðàñòâîðèìûõ â âîäå âåùåñòâ. Êîôåèí òàêæå âîññòà-

íàâëèâàþò èç âîäíûõ ðàñòâîðîâ êàêèì-ëèáî íåñìåøèâàþùèìñÿ ñ âîäîé

ðàñòâîðèòåëåì, íàïðèìåð, õëîðèäîì ìåòèëåíà èëè àäñîðáöèåé íà àêòè-

âèðîâàííîì óãëå. Òðàäèöèîííûå ïðîöåññû èñïûòûâàþò îãðàíè÷åíèÿ äâóõ

òèïîâ: ñóùåñòâóåò ðèñê òîêñè÷íîãî îñòàòêà îðãàíè÷åñêîãî ðàñòâîðèòåëÿ â

ïðîäóêòå èëè óäàëåíèå âàæíûõ êîìïîíåíòîâ ïðè íåñåëåêòèâíîé ýêñòðàê-

öèè ñ èñïîëüçîâàíèåì âîäû.

Ïðîöåññû ñ èñïîëüçîâàíèåì æèäêèõ îðãàíè÷åñêèõ ðàñòâîðèòåëåé ïðî-

õîäÿò ïðàêòè÷åñêè ïî îäíîé òåõíîëîãè÷åñêîé ñõåìå, ñîñòîÿùåé èç ïÿòè îò-

äåëüíûõ ýòàïîâ [65]. Ïåðâàÿ ñòàäèÿ � îòïàðèâàíèå, â òå÷åíèå êîòîðîãî âî-

ëîêíà êîôå ðàçìÿã÷àþòñÿ è íàñûùàþòñÿ âëàãîé. Âòîðûì ýòàïîì ÿâëÿåòñÿ

óâëàæíåíèå, êîãäà âëàãîñîäåðæàíèå êîôåéíûõ ç¼ðåí äîâîäèòñÿ äî íåîáõî-

äèìîãî äëÿ ýêñòðàêöèè óðîâíÿ. Òðåòèé ýòàï, ýêñòðàêöèÿ, ñàìûé äëèòåëü-

íûé è ïðîäîëæàåòñÿ äî òåõ ïîð, ïîêà êîíöåíòðàöèÿ îñòàòî÷íîãî êîôåèíà

íå áóäåò ñîîòâåòñòâîâàòü òðåáóåìîìó óðîâíþ. Ñëåäóþùàÿ ñòàäèÿ íåîáõî-

äèìà äëÿ óäàëåíèÿ ñëåäîâ îðãàíè÷åñêîãî ðàñòâîðèòåëÿ èç ç¼ðåí êîôå ñ

èñïîëüçîâàíèåì âîäÿíîãî ïàðà. Ïÿòàÿ ñòàäèÿ � îñóøêà ç¼ðåí ïîä âàêóó-

ìîì ïðè íåçíà÷èòåëüíîé òåìïåðàòóðå, ïîñëå ÷åãî ïðîäóêò ãîòîâ ê îáæàðêå

è ïîìîëó.

Ïîñëåäíèå íåñêîëüêî äåñÿòèëåòèé àêòèâíî ðàçâèâàþòñÿ ìåòîäû äåêî-

ôåèíèçàöèè ç¼ðåí êîôå, îòíîñÿùèåñÿ êî âòîðîé ãðóïïå, à èìåííî èñïîëü-

çîâàíèå ñâåðõêðèòè÷åñêîãî äèîêñèäà óãëåðîäà (ÑÊÄÓ). ÑÊÄÓ ÿâëÿåòñÿ

õîðîøèì è ñåëåêòèâíûì ðàñòâîðèòåëåì äëÿ êîôåèíà. Ðàñòâîðÿÿ êîôåèí,

ôëþèä íå óäàëÿåò èç ç¼ðåí äðóãèå ðàñòâîðèìûå â âîäå êîìïîíåíòû.  ïðî-

öåññå äåêîôåèíèçàöèè ñ èñïîëüçîâàíèåì ÑÊÄÓ öâåò è çàïàõ ç¼ðåí ïîñëå

ýêñòðàêöèè ïîëíîñòüþ ñîõðàíÿþòñÿ, ÷òî ÿâëÿåòñÿ íåäîñòèæèìûì äëÿ òðà-

äèöèîííûõ ïðîöåññîâ ýêñòðàêöèè. Èçâëå÷åííûé êîôåèí, êàê îòìå÷àåòñÿ,

èìååò âûñîêóþ ñòåïåíü ÷èñòîòû è ëåãêî âûäåëÿåòñÿ è î÷èùàåòñÿ äî òîâàð-

íîãî óðîâíÿ [1].

Öåëûé ðÿä ïàòåíòîâ Çîñåëÿ (Zosel) [70�73], ïîñâÿùåííûõ äåêîôåèíè-

çàöèè êîôå ñ èñïîëüçîâàíèåì ÑÊÄÓ, ïðåäñòàâëÿåò îñíîâó äëÿ ïðîìûø-

92

ëåííîé ðàçðàáîòêè ýòîãî ïðîöåññà. Ïî ñâîåé ñóòè ïàòåíòû ïðåäñòàâëÿþò

òðè âèäà ïðîöåññà.  ïåðâîì ïðîöåññå óâëàæí¼ííûå çåëåíûå ç¼ðíà êîôå

ïîìåùàþòñÿ â ýêñòðàêòîð, ãäå âçàèìîäåéñòâóþò ñ äèîêñèäîì óãëåðîäà ïðè

äàâëåíèè 16-22 ÌÏà è òåìïåðàòóðå 70-90◦ C è êîôåèí äèôôóíäèðóåò èç

çåð¼í â ïîòîê ÑÊÄÓ. Ïîòîê ÑÊÄÓ, íàñûùåííûé êîôåèíîì, ïðîõîäèò ÷å-

ðåç ïðîìûâî÷íóþ áàøíþ ïðè òåìïåðàòóðå 70-90◦ C, ãäå êîôåèí çàäåðæè-

âàåòñÿ, à íàñûùåííûé âîäîé ôëþèä âîçâðàùàåòñÿ â ýêñòðàêòîð. Âîäíûé

ðàñòâîð êîôåèíà èç ïðîìûâî÷íîé áàøíè âûïàðèâàåòñÿ. Îñòàòî÷íîå êîëè-

÷åñòâî êîôåèíà â êîôå ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî 0,02%. Âòîðîé ïðîöåññ ýêñ-

òðàêöèè êîôåèíà èç êîôå ïðîõîäèò ïðè òåõ æå òåõíîëîãè÷åñêèõ óñëîâèÿõ,

÷òî è ïåðâûé, íî ðåãåíåðàöèÿ äèîêñèäà óãëåðîäà ïðîèñõîäèò ïðè ïðîõîæ-

äåíèè ïîñëåäíåãî ÷åðåç êàíàë, çàïîëíåííûé àêòèâèðîâàííûì óãëåì. Àä-

ñîðáèðîâàííûé êîôåèí äàëåå óäàëÿåòñÿ ñ ïîâåðõíîñòè, íàïðèìåð, ïîòîêîì

âîäÿíîãî ïàðà. Òðåòèé âàðèàíò ïðîöåññà, îïèñàííûé â ïàòåíòàõ, âûãëÿäèò

ñëåäóþùèì îáðàçîì. Ñìåñü âëàæíûõ çåë¼íûõ ç¼ðåí êîôå è òàáëåòîê àê-

òèâèðîâàííîãî óãëÿ çàãðóæàåòñÿ â ýêñòðàêòîð (1 êã àêòèâèðîâàííîãî óãëÿ

íà 3 êã êîôå). Äèîêñèä óãëåðîäà ïîñòóïàåò â ýêñòðàêòîð è òàì äîâîäèòñÿ

äî 22 ÌÏà è 90◦ C. Êîôåèí äèôôóíäèðóåò èç ç¼ðåí êîôå â ïîòîê ÑÊÄÓ, à

çàòåì àäñîðáèðóåòñÿ íà àêòèâèðîâàííîì óãëå. Ïîñëå ýêñòðàêöèè òàáëåòêè

óãëÿ îòäåëÿþòñÿ îò çåðåí êîôå ïîñðåäñòâîì âèáðèðóþùåãî ñèòà.

Äàëüíåéøèå ìîäèôèêàöèè ïðîöåññîâ Çîñåëÿ [1, 74] çàêëþ÷àëèñü â ñëå-

äóþùåì:

- çàìåíà îäíîãî ïåðèîäè÷åñêè ðàáîòàþùåãî ýêñòðàêòîðà íà äâà ìåíü-

øåãî ðàçìåðà è ðàáîòàþùèõ ïîî÷åðåäíî, ÷òîáû ñîêðàòèòü âðåìÿ ïðî-

ñòîÿ è ðàñõîä ÑÊÄÓ;

- âîññòàíîâëåíèå êîôåèíà èç ïîòîêà ÑÊÄÓ ïðîìûâêîé âîäîé ñ ïîñëå-

äóþùèì âûïàðèâàíèåì è êðèñòàëëèçàöèåé;

- èñïîëüçîâàíèå äëÿ ýêñòðàêöèè äðóãèõ ðàñòâîðèòåëåé, â ÷èñëå êîòî-

ðûõ äèîêñèä àçîòà, àììèàê, òðèôòîðìåòàí;

- èñïîëüçîâàíèå èîíîîáìåííîé ñìîëû â êà÷åñòâå àäñîðáåíòà êîôåèíà;

- èñïîëüçîâàíèå æèäêîãî äèîêñèäà óãëåðîäà â êà÷åñòâå ðàñòâîðèòåëÿ;

äîáàâëåíèå ñîðàñòâîðèòåëåé â ÑÊÄÓ, â ò. ÷. àöåòîíà, ýòàíîëà, ìåòà-

93

íîëà äëÿ ïîâûøåíèÿ ðàñòâîðèìîñòè êîôåèíà â ÑÊÄÓ è ñíèæåíèÿ

ðàáî÷åãî äàâëåíèÿ.

Ïèëîòíûå óñòàíîâêè â ðàáîòå èñïîëüçóþò ìåòîäû, ïðåäëîæåííûå Çî-

ñåëåì. Ýòè óñòàíîâêè ñîñòîÿò ïðåèìóùåñòâåííî èç ýêñòðàêòîðîâ, íàñîñîâ,

ïðîìûâî÷íûõ êîëîíí è òåïëîîáìåííèêîâ [74,75].

Ïðîåêòíûå ðàñ÷åòû ñâåðõêðèòè÷åñêèõ óñòàíîâîê åæåäíåâíîé ìîùíî-

ñòüþ 32 ò è 64 ò çåë¼íîãî êîôå ïðèâåäåíû â ëèòåðàòóðå. Ãëàâíîé ïðîäóêöè-

åé çàâîäîâ áóäóò äåêîôåèíèçèðîâàííûå öåëüíûå ç¼ðíà êîôå, ñîäåðæàùèå

3% îò èçíà÷àëüíîãî êîëè÷åñòâà êîôåèíà, è ðàñòâîð êîôåèíà. Óñëîâèÿ ýêñ-

òðàêöèè áûëè 14-35 ÌÏà è 70-130◦ C, ñåïàðàöèè 5-10 ÌÏà è 15-50◦ C. Ñòî-

èìîñòíûå îöåíêè ïðîöåññà âêëþ÷àþò â ñåáÿ çàòðàòû íà ýëåêòðîýíåðãèþ,

ïàð, îõëàæäåíèå, ïåðåêà÷êó âîäû è äèîêñèäà óãëåðîäà; ëàáîðàòîðíûé êîí-

òðîëü, îáñëóæèâàíèå, ñòðàõîâêó, âûïëàòû ðàáîòíèêàì è íàêëàäíûå ðàñõî-

äû çàâîäà. Ñóììàðíàÿ ñåáåñòîèìîñòü ïåðåðàáîòêè 1 êã êîôå íàõîäèëàñü â

ïðåäåëàõ $ 0,83 è $ 0,68 äëÿ çàâîäîâ ñ åæåäíåâíûìè ìîùíîñòÿìè 32 ò è 64 ò

ñîîòâåòñòâåííî [76].

Ýêîíîìè÷åñêîå îáîñíîâàíèå, âûïîëíåííîå Ëàêîì è Ñåéäëèöåì (Luck,

Seidlitz) [74], ïîêàçàëî, ÷òî, íåñìîòðÿ íà áîëåå âûñîêóþ ñòîèìîñòü êàïè-

òàëüíûõ âëîæåíèé, äàííûé ïðîöåññ îáåñïå÷èâàåò áîëåå âûñîêóþ óäåëüíóþ

äîõîäíîñòü íà 1 ò ïåðåðàáîòàííîãî êîôå ïî ñðàâíåíèþ ñ ïðîöåññîì, èñïîëü-

çóþùèì ìåòèëåíõëîðèä. Òàêæå ïðîöåññ ñ ÑÊÄÓ îáåñïå÷èâàåò îòëè÷íîå

êà÷åñòâî êàê äåêîôåèíèçèðîâàííîãî êîôå, òàê è êîôåèíà, à òàêæå âåñüìà

íåçíà÷èòåëüíûå ïîòåðè ïðîäóêòîâ. Äèîêñèä óãëåðîäà èçâëåêàåò êîôåèí, íå

çàòðàãèâàÿ ïðè ýòîì ñàõàðà è àìèíîêèñëîòû. Ýòè êîìïîíåíòû íóæäàþòñÿ

â áåðåæíîì ñîõðàíåíèè, ò. ê. îáåñïå÷èâàþò âêóñ è àðîìàò êîôå â ïðîöåñ-

ñå îáæàðêè. Âêóñ è âíåøíèé âèä êîôå, ýêñòðàãèðîâàííîãî ñ ïðèìåíåíèåì

äèîêñèäà óãëåðîäà, âåñüìà áëèçêè ê êà÷åñòâàì íàòóðàëüíîãî êîôå, íå ïîä-

âåðãàâøåãîñÿ äåêîôåèíèçàöèè, è çíà÷èòåëüíî ïðåâîñõîäÿò ïðîäóêò, ïîëó-

÷åííûé ñ ïîìîùüþ òðàäèöèîííûõ ìåòîäîâ. Îáùåå êîëè÷åñòâî ïîëó÷åííîãî

êîôåèíà ñ èñïîëüçîâàíèåì ÑÊÄÓ çíà÷èòåëüíî âûøå, ÷åì äëÿ äèõëîðìå-

òàíà. Ñâåðõêðèòè÷åñêàÿ ïåðåðàáîòêà êîôå ÿâëÿåòñÿ ýêîëîãè÷åñêè ÷èñòîé

òåõíîëîãèåé.

Ñòîèìîñòü ïàðà ÿâëÿåòñÿ åùå îäíèì ôàêòîðîì, óâåëè÷èâàþùèì îáùóþ

ñòîèìîñòü ïðîöåññà ïðè èñïîëüçîâàíèè äèõëîðìåòàíà. Îáîèì ïðîöåññàì

íåîáõîäèì ïàð äëÿ ïîäãîòîâêè ç¼ðåí, íî òîëüêî äëÿ ýòèëàöåòàòà òðåáóåòñÿ

94

åùå äî ÷åòûð¼õ ðàç áîëüøå ïàðà, ÷òîáû óäàëèòü îñòàòî÷íûé ðàñòâîðèòåëü

èç ïðîäóêòà.

Îãðàíè÷èâàþùèì ôàêòîðîì èñïîëüçîâàíèÿ ÑÊÄÓ ÿâëÿåòñÿ âûñîêàÿ

êàïèòàëüíàÿ ñòîèìîñòü ñòðîèòåëüñòâà, ñâÿçàííàÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì ñïåöè-

àëüíîãî îáîðóäîâàíèÿ äëÿ îáåñïå÷åíèÿ áåçîïàñíîé ýêñïëóàòàöèè óñòàíîâ-

êè. Íåîáõîäèìîå îáîðóäîâàíèå âêëþ÷àåò â ñåáÿ êîìïðåññîðû äëÿ öèðêó-

ëÿöèè äèîêñèäà óãëåðîäà, ñåïàðàòîðû è ýêñòðàêòîðû âûñîêîãî äàâëåíèÿ,

äîñòàòî÷íîå êîëè÷åñòâî òðóáîïðîâîäîâ, ñèñòåì áåçîïàñíîñòè è êîíòðîëÿ

äëÿ ïðåäîòâðàùåíèÿ ñáîåâ â ðàáîòå è ïðåäóïðåæäåíèÿ âçðûâà.

 êà÷åñòâå ðàñ÷åòíîé çàäà÷è îöåíèì ýêîëîãè÷åñêèé óùåðá îò óñòàíîâêè

ïî äåêîôåèíèçàöèè ìîùíîñòüþ 3 òûñ. òîíí êîôå â ãîä ñ èñïîëüçîâàíèåì

äèõëîðìåòàíà.

Óêðóïí¼ííàÿ îöåíêà çàãðÿçíåíèÿ îêðóæàþùåé

ñðåäû

Ïðîìûøëåííîå çàãðÿçíåíèå âîäíîãî áàññåéíà ÿâëÿåòñÿ ðåçóëüòàòîì ñáðî-

ñà â âîäîåìû ñòî÷íûõ âîä, ñîäåðæàùèõ âðåäíûå âåùåñòâà. Óðîâåíü âîçäåé-

ñòâèÿ çàãðÿçíåíèÿ íà ðåöèïèåíòîâ çàâèñèò îò ïðèâåäåííîé ìàññû Ì ñáðà-

ñûâàåìûõ â âîäîåìû âåùåñòâ (â óñëîâíûõ òîííàõ) è îò îñîáåííîñòåé k-ãî

âîäîõîçÿéñòâåííîãî ó÷àñòêà, õàðàêòåðèçóåìûõ ïîêàçàòåëåì îòíîñèòåëüíîé

îïàñíîñòè çàãðÿçíåíèÿ âîäîåìîâ σk. Ñ ó÷åòîì óäåëüíîãî óùåðáà, ïðè÷è-

íÿåìîãî íàðîäíîìó õîçÿéñòâó ñáðîñîì â âîäîåìû îäíîé óñëîâíîé òîííû

çàãðÿçíÿþùèõ âåùåñòâ, Óóò = 24000 ðóá/óñë.ò. [77].

Îáùàÿ âåëè÷èíà óùåðáà îò çàãðÿçíåíèÿ âîäíîé ñðåäû îïðåäåëÿåòñÿ â

ñîîòâåòñòâèè ñ âûðàæåíèåì:

Óâîä = Óóò · σk ·M

Ñ ó÷åòîì îòíîñèòåëüíîé àãðåññèâíîñòè Ài ïðèâåäåííàÿ ìàññà çàãðÿç-

íÿþùèõ âåùåñòâ â ãîäîâîì îáúåìå ñòî÷íûõ âîä ìîæåò áûòü îïðåäåëåíà â

óñëîâíûõ òîííàõ êàê:

M =∑

Ai ·mi,

ãäå mi � ìàññà i-ãî âèäà ïðèìåñåé, ïîñòóïàþùèõ â âîäíûå îáúåêòû.

95

 íàøåì ñëó÷àå èñòî÷íèê çàãðÿçíåíèÿ îäèí è òîëüêî îäíî çàãðÿçíÿþ-

ùåå âåùåñòâî. Èñòî÷íèêîì çàãðÿçíåíèÿ ÿâëÿåòñÿ âîäíûé ðàñòâîð äèõëîð-

ìåòàíà, îáðàçóþùèéñÿ ïîñëå ñòàäèè ïðîäóâêè, à çàãðÿçíÿþùèì âåùåñòâîì

� äèõëîðìåòàí (ÄÕÌ).

Äèõëîðìåòàí (ìåòèëåíõëîðèä, õëîðèñòûé ìåòèëåí, ÄÕÌ) � áåñöâåò-

íàÿ æèäêîñòü, ñ õàðàêòåðíûì çàïàõîì. Ôèçè÷åñêàÿ îïàñíîñòü. Ïàð òÿæåëåå

âîçäóõà. Â ðåçóëüòàòå âûòåêàíèÿ, ïåðåìåøèâàíèÿ è äð. ìîãóò îáðàçîâàòüñÿ

ýëåêòðîñòàòè÷åñêèå çàðÿäû.

Õèìè÷åñêàÿ îïàñíîñòü. Ïðè êîíòàêòå ñ ãîðÿ÷èìè ïîâåðõíîñòÿìè èëè ñ

ïëàìåíåì ýòî âåùåñòâî ðàçëàãàåòñÿ ñ îáðàçîâàíèåì òîêñè÷íûõ è åäêèõ äû-

ìîâ. Ðåàãèðóåò áóðíî ñ ìåòàëëàìè, òàêèìè êàê ïîðîøîê àëþìèíèÿ è ìàã-

íèÿ, ñèëüíûìè îñíîâàíèÿìè è ñèëüíûìè îêèñëèòåëÿìè âûçûâàÿ îïàñíîñòü

ïîæàðà è âçðûâà. Àãðåññèâíî â îòíîøåíèè íåêîòîðûõ âèäîâ ïëàñòèêà, ðå-

çèíû è ïîëèìåðîâ.

Ôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà

Òåìïåðàòóðà êèïåíèÿ, ◦C 40

Òåìïåðàòóðà ïëàâëåíèÿ, ◦C -95,1

Îòíîñèòåëüíàÿ ïëîòíîñòü (âîäà = 1) 1,3

Ðàñòâîðèìîñòü â âîäå, ã/100 ìë ïðè 20◦C 1,3

Äàâëåíèå ïàðîâ, êÏà ïðè 20 ◦C 47,4

Îòíîñèòåëüíàÿ ïëîòíîñòü ïàðà (âîçäóõ = 1) 2,9

Îòíîñèòåëüíàÿ ïëîòíîñòü ñìåñè ïàð/âîçäóõ ïðè 20◦C (âîçäóõ = 1) 1,9

Òåìïåðàòóðà ñàìîâîñïëàìåíåíèÿ, ◦C 556

Ïðåäåëû âçðûâàåìîñòè, îáúåìí. % â âîçäóõå 12-25

Koýôôèöèåíò ðàñïðåäåëåíèÿ í-îêòàíîë/âîäà, lgPow 1,25

Ðàñòâîðèìîñòü êîôåèíà â äèõëîðìåòàíå ïðè 20◦C, ã/ë 140

Äèîêñèä óãëåðîäà (óãëåêèñëûé ãàç, îêñèä óãëåðîäà (IV), ñóõîé ë¼ä)

� áåñöâåòíûé ãàç ñî ñëåãêà êèñëîâàòûì çàïàõîì è âêóñîì. Ãàç òÿæåëåå

âîçäóõà.

Õèìè÷åñêàÿ îïàñíîñòü. Äëÿ æèâîòíûõ ñìåðòåëüíàÿ êîíöåíòðàöèÿ óã-

ëåêèñëîãî ãàçà â âîçäóõå (ïðè êðàòêîâðåìåííîé ýêñïîçèöèè), ïî ðàçíûì

äàííûì, ñîñòàâëÿåò îò 30 äî 60% îá. (â ïðèñóòñòâèè 20% îá. êèñëîðîäà).

Ïðè äëèòåëüíîì âäûõàíèè îïàñíû êîíöåíòðàöèè ñâûøå 3% îá. Ïî õèìè-

96

÷åñêèì ñâîéñòâàì äèîêñèä óãëåðîäà îòíîñèòñÿ ê êèñëîòíûì îêñèäàì. Ïðè

ðàñòâîðåíèè â âîäå îáðàçóåò óãîëüíóþ êèñëîòó. Ðåàãèðóåò ñî ùåëî÷àìè ñ

îáðàçîâàíèåì êàðáîíàòîâ è ãèäðîêàðáîíàòîâ. Âñòóïàåò â ðåàêöèè ýëåêòðî-

ôèëüíîãî çàìåùåíèÿ è íóêëåîôèëüíîãî ïðèñîåäèíåíèÿ.

Ôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà

Ìîëÿðíàÿ ìàññà, ã/ìîëü 44,0095

Òåìïåðàòóðà êèïåíèÿ (ïîä äàâëåíèåì), ◦ C -57

Òåìïåðàòóðà ïëàâëåíèÿ (âîçãîíêè), ◦ C -78

Ðàñòâîðèìîñòü â âîäå ïðè 20◦ C, êã/ì3 1,45

Ïëîòíîñòü ãàçà ïðè í. ó., êã/ì3 1,98

Ïëîòíîñòü æèäêîñòè, êã/ì3 771

Ïëîòíîñòü ñóõîãî ëüäà, êã/ì3 1512

ÏÄÊðç, ã/ì3 5

Ðàñòâîðèìîñòü êîôåèíà â ÑÊÄÓ ïðè äàâëåíèè 29,8 ÌÏà

Òåìïåðàòóðà, ◦ C Ðàñòâîðèìîñòü, ã/êã CO2

40 1,59

60 1,83

80 2,13

95 2,27

Îöåíî÷íàÿ ìàññà ñáðîñîâ äèõëîðìåòàíà:

mÄÕÌ = 0, 001 · 4 · 3000 ò/ãîä = 12 ò/ãîä,

ãäå 0,001 � îöåíî÷íàÿ âåëè÷èíà ïîòåðü â äîëÿõ îò îáîðîòíîãî êîëè÷åñòâà

äèõëîõìåòàíà; ðàñõîäíûé êîýôôèöèåíò ðàñòâîðèòåëÿ ïî îòíîøåíèþ ê ìàñ-

ñå ç¼ðåí êîôå ðàâåí 4; ïðîåêòíàÿ ìîùíîñòü ïðîèçâîäñòâà � 3000 ò/ãîä.

Êàæäîå èç âåùåñòâ õàðàêòåðèçóåòñÿ ñâîèì ïîêàçàòåëåì îòíîñèòåëüíîé

àãðåññèâíîñòè Àâîäi , èìåþùèì íåïîñðåäñòâåííóþ ñâÿçü ñ ïðåäåëüíî äîïó-

ñòèìîé êîíöåíòðàöèåé ÏÄÊâä, ìã/äì3, i-ãî âåùåñòâà â âîäå âîäíûõ îáúåê-

òîâ, èñïîëüçóåìûõ äëÿ õîçÿéñòâåííî-áûòîâûõ íóæä [78].

ÏÄÊÄÕÌ = 0, 02ìã/äì3

ÀÄÕÌ = 1/ÏÄÊÄÕÌ = 50 óñë.ò/ò

ÌÄÕÌ = 12 · 50 = 600 óñë.ò

97

Ïðèìåì σk = 2, 6 (óñòüå ðåêè Îêà) [77], ïîëó÷èì:

Óâîä = 24000ðóá/óñë.ò · 2, 6 · 600 óñë.ò/ãîä = 37, 44 ìëí.ðóá/ãîä

Ðàñ÷¼ò ôàêòè÷åñêîãî óùåðáà

Ñòî÷íûå âîäû ïðåäëàãàþ î÷èùàòü ìåìáðàííûìè ìåòîäàìè (íàíîôèëü-

òðàöèÿ, îáðàòíûé îñìîñ, ïåðâàïîðàöèÿ), ò. ê. äàííûå ìåòîäû âåñüìà ýô-

ôåêòèâíû. Ñðåäíÿÿ ñòåïåíü î÷èñòêè äîñòèãàåò 95% [79,80].

mÄÕÌ = (1− 0, 95) · 12 = 0, 6 ò/ãîä

ÌÄÕÌ = 0, 6 · 50 = 30 óñë.ò

Óôàêòâîä = 24000ðóá/óñë.ò · 2, 6 · 30 óñë.ò/ãîä = 1, 87ìëí.ðóá/ãîä

Ðàñ÷¼ò ïðåäîòâðàùåííîãî óùåðáà

Óïðåäâîä = Óâîä − Óôàêò

âîä = 37, 44− 1, 87 = 35, 57ìëí.ðóá/ãîä

Çàêëþ÷åíèå

 ïðîöåññå ðàñ÷¼òà ýêîëîãè÷åñêîé ÷àñòè äèïëîìíîãî ïðîåêòà áûëî ïîêà-

çàíî ïðåâîñõîäñòâî ñõåì ñ èñïîëüçîâàíèåì ñæèæåííûõ è ñâåðõêðèòè÷åñêèõ

ðàñòâîðèòåëåé íàä ïðîöåññàìè ñ òðàäèöèîííûìè æèäêèìè îðãàíè÷åñêèìè

ðàñòâîðèòåëÿìè ïî ðÿäó ïàðàìåòðîâ, â ò. ÷. è ïî âðåäíîé íàãðóçêå íà îêðó-

æàþùóþ ñðåäó, íà îðãàíèçì ÷åëîâåêà è æèâîòíûõ.

Èñïîëüçîâàíèå äèîêñèäà óãëåðîäà â êà÷åñòâå ðàñòâîðèòåëÿ ïîçâîëÿåò

ïîëó÷àòü íå òîëüêî äåêîôåèíèçèðîâàííûå ç¼ðíà êîôå òîâàðíîãî êà÷åñòâà,

íî òàêæå è êîôåèí, êîòîðûé äàëåå âîçìîæíî èñïîëüçîâàòü â ôàðìàöåâòè-

÷åñêèõ öåëÿõ. Óòå÷êè è âûáðîñû â ñõåìå ñ ïðèìåíåíèåì ÑÊÄÓ ñâåäåíû ê

ìèíèìóìó.

Ïðîâåäåííûå ðàñ÷¼òû ïîêàçûâàþò ýôôåêòèâíîñòü âíåäðåíèÿ ñâåðõêðè-

òè÷åñêîé ïåðåðàáîòêè çåë¼íûõ ç¼ðåí êîôå. Äàæå áåç ó÷¼òà ñòîèìîñòè óñòà-

íîâêè è îáñëóæèâàíèÿ î÷èñòíûõ ñîîðóæåíèé ñýêîíîìëåííàÿ âûãîäà ñî-

ñòàâëÿåò 37,44 ìëí. ðóá/ãîä (ïî ñðàâíåíèþ ñî ñõåìîé, èñïîëüçóþùåé äè-

õëîðìåòàí).

98

Ãëàâà 6

Îõðàíà òðóäà

 ïðîöåññå òðóäà íà ÷åëîâåêà âîçäåéñòâóåò ìíîæåñòâî ðàçíîîáðàçíûõ

ôàêòîðîâ ïðîèçâîäñòâåííîé ñðåäû, êîòîðûå â ñîâîêóïíîñòè îïðåäåëÿþò

òî èëè èíîå ñîñòîÿíèå óñëîâèé òðóäà. Ïðîèçâîäñòâåííûå ôàêòîðû ïîäðàç-

äåëÿþòñÿ íà òåõíè÷åñêèå, ýðãîíîìè÷åñêèå, ñàíèòàðíî-ãèãèåíè÷åñêèå, îðãà-

íèçàöèîííûå, ïñèõîôèçèîëîãè÷åñêèå, ñîöèàëüíî-áûòîâûå, ïðèðîäíî-êëè-

ìàòè÷åñêèå, ýêîíîìè÷åñêèå.

Îõðàíà òðóäà � ýòî ñèñòåìà îáåñïå÷åíèÿ áåçîïàñíîñòè æèçíè è çäî-

ðîâüÿ ðàáîòíèêîâ â ïðîöåññå òðóäîâîé äåÿòåëüíîñòè, âêëþ÷àþùàÿ ïðà-

âîâûå, ñîöèàëüíî-ýêîíîìè÷åñêèå, ñàíèòàðíî-ãèãèåíè÷åñêèå, ïñèõîôèçè÷å-

ñêèå, ëå÷åáíî-ïðîôèëàêòè÷åñêèå, ðåàáèëèòàöèîííûå è èíûå ìåðîïðèÿòèÿ.

Ôóíêöèÿìè îõðàíû òðóäà ÿâëÿþòñÿ èññëåäîâàíèÿ ñàíèòàðèè è ãèãèåíû

òðóäà, ïðîâåäåíèå ìåðîïðèÿòèé ïî ñíèæåíèþ âëèÿíèÿ âðåäíûõ ôàêòîðîâ

íà îðãàíèçì ðàáîòíèêîâ â ïðîöåññå òðóäà.

Îñíîâíûì ìåòîäîì îõðàíû òðóäà ÿâëÿåòñÿ èñïîëüçîâàíèå òåõíèêè áåç-

îïàñíîñòè. Ïðè ýòîì ðåøàþòñÿ äâå îñíîâíûå çàäà÷è: ñîçäàíèå ìàøèí è

èíñòðóìåíòîâ, ïðè ðàáîòå ñ êîòîðûìè èñêëþ÷åíà îïàñíîñòü äëÿ ÷åëîâåêà,

è ðàçðàáîòêà ñïåöèàëüíûõ ñðåäñòâ çàùèòû, îáåñïå÷èâàþùèõ áåçîïàñíîñòü

÷åëîâåêà â ïðîöåññå òðóäà, à òàêæå ïðîâîäèòñÿ îáó÷åíèå ðàáîòàþùèõ áåç-

îïàñíûì ïðèåìàì òðóäà è èñïîëüçîâàíèÿ ñðåäñòâ çàùèòû, ñîçäàþòñÿ óñëî-

âèÿ äëÿ áåçîïàñíîé ðàáîòû.

Îñíîâíàÿ öåëü óëó÷øåíèÿ óñëîâèé òðóäà � äîñòèæåíèå ñîöèàëüíîãî

ýôôåêòà, ò. å. îáåñïå÷åíèå áåçîïàñíîñòè òðóäà, ñîõðàíåíèå æèçíè è çäîðî-

âüÿ ðàáîòàþùèõ, ñîêðàùåíèå êîëè÷åñòâà íåñ÷àñòíûõ ñëó÷àåâ è çàáîëåâà-

íèé íà ïðîèçâîäñòâå.

99

Óëó÷øåíèå óñëîâèé òðóäà äàåò è ýêîíîìè÷åñêèå ðåçóëüòàòû: ðîñò ïðè-

áûëè (â ñâÿçè ñ ïîâûøåíèåì ïðîèçâîäèòåëüíîñòè òðóäà); ñîêðàùåíèå çà-

òðàò, ñâÿçàííûõ ñ êîìïåíñàöèÿìè çà ðàáîòó ñ âðåäíûìè è òÿæåëûìè óñëî-

âèÿìè òðóäà; óìåíüøåíèå ïîòåðü, ñâÿçàííûõ ñ òðàâìàòèçìîì, ïðîôåññèî-

íàëüíîé çàáîëåâàåìîñòüþ; óìåíüøåíèåì òåêó÷åñòè êàäðîâ è ò. ä.

Êðàòêàÿ õàðàêòåðèñòèêà âûïîëíÿåìîé ðàáîòû

Äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ýêîëîãè÷åñêîé áåçîïàñíîñòè ïðîèçâîäñòâ ñåãîäíÿ ïî-

ÿâèëàñü îñòðàÿ ïîòðåáíîñòü ñíèçèòü ïðèìåíåíèå ãîðþ÷èõ, òîêñè÷íûõ è

âçðûâîîïàñíûõ âåùåñòâ â õèìè÷åñêîé òåõíîëîãèè. Îäíèì èç ïåðñïåêòèâ-

íûõ íàïðàâëåíèé ýòîé äåÿòåëüíîñòè ÿâëÿåòñÿ ïðèìåíåíèå ñâåðõêðèòè÷å-

ñêèõ ôëþèäîâ. Ôëþèäû ïðèçâàíû çàìåíèòü, ãäå ýòî âîçìîæíî, îðãàíè÷å-

ñêèå ðàñòâîðèòåëè, âûñòóïàÿ â êà÷åñòâå ðàñòâîðèòåëåé, ýêñòðàãåíòîâ, ñðåä

äëÿ ñóøêè.

Íàñòîÿùàÿ äèïëîìíàÿ ðàáîòà ïîñâÿùåíà ñîçäàíèþ áàçû äàííûõ äëÿ

ñáîðà è àíàëèçà ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ ïî ðàñòâîðèìîñòè îðãàíè÷å-

ñêèõ âåùåñòâ â ñâåðõêðèòè÷åñêîì äèîêñèäå óãëåðîäà. Äëÿ ðåøåíèÿ çàäà÷

âûáðàíà ðåëÿöèîííàÿ ìîäåëü äàííûõ â ðåàëèçàöèè ÐÑÓÁÄ SQL Server âåð-

ñèè 2005 ¾ïåðñîíàëüíîå èçäàíèå¿. Ðàáîòà öåëèêîì âûïîëíÿëàñü íà ïåðñî-

íàëüíîì êîìïüþòåðå â ïîìåùåíèè êîìïüþòåðíîãî êëàññà òóøèíñêîãî êîð-

ïóñà ÐÕÒÓ èì. Ä. È. Ìåíäåëååâà.

Îïàñíûå è âðåäíûå ïðîèçâîäñòâåííûå ôàêòîðû íà îñ-

íîâíûõ ñòàäèÿõ âûïîëíåíèÿ äèïëîìíîé ðàáîòû

Âûïîëíåíèå äàííîé äèïëîìíîé ðàáîòû ñîñòîèò èç äâóõ îñíîâíûõ ýòà-

ïîâ:

1. ×òåíèå: èçó÷åíèå íåîáõîäèìîé ëèòåðàòóðû, êàñàþùåéñÿ çàäàííîé òå-

ìàòèêè.

2. Ðàáîòà ñ ïåðñîíàëüíûì êîìïüþòåðîì: âûïîëíåíèå ìàòåìàòè÷åñêèõ

ðàñ÷åòîâ è ìîäåëèðîâàíèÿ, îôîðìëåíèå ãîòîâîé ðàáîòû.

Îñíîâíûå îïàñíûå è âðåäíûå ïðîèçâîäñòâåííûå ôàêòîðû, âîçäåéñòâóþ-

ùèå íà ÷åëîâåêà ïðè ðàáîòå ñ ïåðñîíàëüíûì êîìïüþòåðîì, ñëåäóþùèå [81]:

100

- ïîâûøåííûé óðîâåíü ýëåêòðîìàãíèòíûõ èçëó÷åíèé;

- ïîâûøåííûé óðîâåíü èîíèçèðóþùèõ èçëó÷åíèé;

- ïîâûøåííûé óðîâåíü ñòàòè÷åñêîãî ýëåêòðè÷åñòâà;

- ïîâûøåííàÿ íàïðÿæåííîñòü ýëåêòðîñòàòè÷åñêîãî ïîëÿ;

- ïîâûøåííàÿ èëè ïîíèæåííàÿ èîíèçàöèÿ âîçäóõà;

- ïîâûøåííàÿ ÿðêîñòü ñâåòà;

- ïðÿìàÿ è îòðàæåííàÿ áëåñòêîñòü;

- ïîâûøåííîå çíà÷åíèå íàïðÿæåíèÿ â ýëåêòðè÷åñêîé öåïè, çàìûêàíèå

êîòîðîé ìîæåò ïðîèçîéòè ÷åðåç òåëî ÷åëîâåêà;

- ñòàòè÷åñêèå ïåðåãðóçêè êîñòíî-ìûøå÷íîãî àïïàðàòà è äèíàìè÷åñêèå

ëîêàëüíûå ïåðåãðóçêè ìûøö êèñòåé ðóê;

- ïåðåíàïðÿæåíèå çðèòåëüíîãî àíàëèçàòîðà;

- óìñòâåííîå ïåðåíàïðÿæåíèå;

- ýìîöèîíàëüíûå ïåðåãðóçêè;

- ìîíîòîííîñòü òðóäà.

Ê âðåäíûì èçëó÷åíèÿì êîìïüþòåðà îòíîñÿòñÿ íèçêî÷àñòîòíûå ýëåêòðî-

ìàãíèòíûå ïîëÿ è èîíèçèðóþùåå (ðåíòãåíîâñêîå) èçëó÷åíèå ìîíèòîðîâ íà

ýëåêòðîííî-ëó÷åâûõ òðóáêàõ (ÝËÒ). Ïðè ðàáîòå çà êîìïüþòåðîì èñïîëü-

çîâàëñÿ æèäêîêðèñòàëëè÷åñêèé ìîíèòîð (ÆÊÈ), â êîòîðîì îòñóòñòâóåò

ðàäèàöèîííîå èçëó÷åíèå.

Ðàáîòà íà ïåðñîíàëüíûõ êîìïüþòåðàõ îòíîñèòñÿ ê çðèòåëüíî íàïðÿ-

æåííûì ðàáîòàì. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî â ïåðâóþ î÷åðåäü ïðè ðàáîòå ñ êîì-

ïüþòåðîì ñòðàäàþò íàøè ãëàçà. Âðåäíîå âîçäåéñòâèå íà ãëàçà ïðîÿâëÿåòñÿ

íå â íàëè÷èè êàêèõ-ëèáî èçëó÷åíèé, à ëèøü â íåîáõîäèìîñòè ïîñòîÿííîãî

íàïðÿæåíèÿ ãëàç ïðè ñ÷èòûâàíèè èíôîðìàöèè ñ ýêðàíà.

Íà çðèòåëüíîå óòîìëåíèå î÷åíü ñèëüíî âëèÿåò òàêæå óðîâåíü îñâåùåí-

íîñòè ðàáî÷åãî ìåñòà. Îñîáåííî ýòî çàìåòíî ïðè íåîáõîäèìîñòè îäíîâðå-

ìåííîé ðàáîòû ñ ýëåêòðîííûìè è áóìàæíûìè äîêóìåíòàìè. Ñîãëàñíî [82],

101

óðîâåíü îñâåùåííîñòè ðàáî÷åãî ìåñòà ïðè ðàáîòå çà êîìïüþòåðîì äîëæåí

ñîñòàâëÿòü 300�500 ëê. Ïðè ýòîì ìîíèòîð è èñòî÷íèêè ñâåòà äîëæíû áûòü

ðàñïîëîæåíû òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû íå ñîçäàâàòü áëèêîâ íà ïîâåðõíîñòè

ýêðàíà.

Ïîñêîëüêó ýêðàí ìîíèòîðà � ýòî òîæå èñòî÷íèê ñâåòà, ïðè ïîñòîÿííîì

÷òåíèè èíôîðìàöèè ñ íåãî ïðîèñõîäèò áûñòðîå óòîìëåíèå ãëàç, îñîáåííî

åñëè ÿðêîñòü ñâå÷åíèÿ ìîíèòîðà óñòàíîâëåíà ñëèøêîì âûñîêîé. Òàêæå ðàç-

äðàæåíèå ãëàç âûçûâàåò ìåðöàíèå èçîáðàæåíèÿ íà ìîíèòîðå, âûçâàííîé

íèçêîé ÷àñòîòîé êàäðîâîé ðàçâåðòêè.  öåëÿõ ñíèæåíèÿ ìåðöàíèÿ ýêðà-

íà ðåêîìåíäóåòñÿ óñòàíàâëèâàòü ÷àñòîòó êàäðîâ íå ìåíåå 75 Ãö äëÿ ÝËÒ-

ìîíèòîðîâ.  ñèëó òåõíîëîãè÷åñêèõ îñîáåííîñòåé äëÿÆÊÈ-ìîíèòîðîâ äî-

ñòàòî÷íîé ÿâëÿåòñÿ ìèíèìàëüíàÿ ÷àñòîòà êàäðîâ â 60 Ãö.

Ñëåäóþùåé îïàñíîñòüþ ÿâëÿåòñÿ ñòàòè÷íîñòü ïîçû ïðè ðàáîòå çà êîì-

ïüþòåðîì. Ñòàòè÷íàÿ íàïðÿæåííàÿ ïîçà ïðè ïðîäîëæèòåëüíîé ðàáîòå íà

êîìïüþòåðå ìîæåò ïðèâåñòè ê âîñïàëåíèþ ìûøö, ñâÿçîê è ñóõîæèëèé ñïè-

íû è íîã, çàáîëåâàíèÿì ïîçâîíî÷íèêà è ñóñòàâîâ (îñòåîõîíäðîç, òåíäèíèò

è ïð.), à ïîñòîÿííîå íàïðÿæåíèå ðóê � ê ïîâðåæäåíèÿì çàïÿñòüÿ è ñó-

õîæèëèé (òàê íàçûâàåìûé ñèíäðîì ëó÷åçàïÿñòíîãî ñóñòàâà èëè òóííåëü-

íûé ñèíäðîì). Ýòè çàáîëåâàíèÿ âûçûâàþòñÿ òàê íàçûâàåìûìè òðàâìàìè

ïîâòîðÿþùèõñÿ íàãðóçîê è ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ïîñòåïåííî íàêàïëèâàþ-

ùèåñÿ íåäîìîãàíèÿ, îáóñëîâëåííûå ïðîäîëæèòåëüíûìè ïîâòîðÿþùèìèñÿ

âîçäåéñòâèÿìè è ïåðåòåêàþùèå â áîëåçíè íåðâîâ, ìûøö è ñóõîæèëèé. Âëè-

ÿíèå ýòîãî âðåäíîãî ôàêòîðà ñíèæàåòñÿ ïðè ïðàâèëüíîé îðãàíèçàöèè ðà-

áî÷åãî ìåñòà � îïòèìàëüíî ïîäîáðàííîé ìåáåëè, ïðàâèëüíîì ðàçìåùåíèè

ýëåìåíòîâ êîìïüþòåðà. Ïîäõîä ê îïòèìàëüíîé îðãàíèçàöèè ðàáî÷åãî ìåñòà

äîñòàòî÷íî èíäèâèäóàëåí.

Îñíîâíûå ôèçèêî-õèìè÷åñêèå, òîêñè÷åñêèå è ïîæàðî-

âçðûâîîïàñíûå ñâîéñòâà èñïîëüçóåìûõ â ðàáîòå âåùåñòâ

Íàñòîÿùàÿ äèïëîìíàÿ ðàáîòà îñíîâàíà íà ìàòåìàòè÷åñêèõ ðàñ÷åòàõ è

êîìïüþòåðíîì ìîäåëèðîâàíèè è íå âêëþ÷àåò â ñåáÿ ïðîâåäåíèå ýêñïåðè-

ìåíòîâ ñ èñïîëüçîâàíèåì õèìè÷åñêèõ âåùåñòâ.

102

Ðåæèì ëè÷íîé áåçîïàñíîñòè

 ïðîöåññå äîïóñêà ê ñàìîñòîÿòåëüíîé ðàáîòå â êîìïüþòåðíîé ëàáîðà-

òîðèè ñ äèïëîìàíòîì áûë ïðîâåäåí èíñòðóêòàæ ïî ïðàâèëàì ïîâåäåíèÿ è

òåõíèêå áåçîïàñíîñòè ïðè ðàáîòå â äàííîì ïîìåùåíèè.

Ñïåöèàëüíàÿ îäåæäà, ñðåäñòâà çàùèòû íîã, ðóê, ëèöà, ãëàç è äðóãèå

ñðåäñòâà èíäèâèäóàëüíîé çàùèòû, óñòàíîâëåííûå è âûäàâàåìûå äëÿ âû-

ïîëíåíèÿ äàííîé ðàáîòû, îòñóòñòâóþò.

Äëÿ ñíèæåíèÿ íàãðóçêè íà çðåíèå ïðè ðàáîòå ñ ïåðñîíàëüíûì êîìïüþ-

òåðîì äèïëîìàíò ìîæåò ñàìîñòîÿòåëüíî èñïîëüçîâàòü ñïåöèàëüíûå î÷êè,

óìåíüøàþùèå âîçäåéñòâèå èçëó÷åíèÿ îò ìîíèòîðà.

Ïðîèçâîäñòâåííàÿ ñàíèòàðèÿ

Öåëü äàííîãî ðàçäåëà � ïðèâåäåíèå õàðàêòåðèñòèê îðãàíèçàöèîííûõ,

ñàíèòàðíî-ãèãèåíè÷åñêèõ ìåðîïðèÿòèé è ñðåäñòâ, ïðåäîòâðàùàþùèõ èëè

óìåíüøàþùèõ âîçäåéñòâèå íà ðàáîòàþùèõ âðåäíûõ ïðîèçâîäñòâåííûõ ôàê-

òîðîâ.

Ñîîòâåòñòâèå ðàçìåðîâ ïëîùàäè è îáúåìà ïîìåùåíèÿ

íà îäíîãî ðàáîòàþùåãî òðåáîâàíèÿì ñàíèòàðíûõ íîðì

Êîìïüþòåðíûé êëàññ òóøèíñêîãî êîìïëåêñà ÐÕÒÓ èì. Ä.È. Ìåíäå-

ëååâà ðàññ÷èòàí íà 15 ðàáî÷èõ ìåñò (N = 15) è èìååò îáùóþ ïëîùàäü

Sîáù = 113, 5 êâ. ì Âûñîòà ïîìåùåíèÿ h = 3 ì. Îáùèé îáúåì àóäèòîðèè

âû÷èñëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå:

Vîáù = Sîáù · h = 113, 5 · 3 = 340, 5 ì3

Ôàêòè÷åñêèé îáúåì è ïëîùàäü ïîìåùåíèÿ, ïðèõîäÿùèåñÿ íà îäíîãî

ðàáîòàþùåãî:

VN=1 =VîáùN = 340,5

15 = 22, 7 ì3;

SN=1 =SîáùN = 113,5

15 = 7, 56 ì2.

Ñîãëàñíî ñàíèòàðíûì íîðìàì [83]:

- îáúåì îäíîãî ðàáî÷åãî ìåñòà, îáîðóäîâàííîãî ÏÝÂÌ, äîëæåí ñîñòàâ-

ëÿòü íå ìåíåå 20 ì3;

103

- ïëîùàäü îäíîãî ðàáî÷åãî ìåñòà, îáîðóäîâàííîãî ÏÝÂÌ, äîëæíà ñî-

ñòàâëÿòü íå ìåíåå 6 ì2.

Òàêèì îáðàçîì, ôàêòè÷åñêèé îáúåì è ïëîùàäü ïîìåùåíèÿ êîìïüþòåð-

íîãî êëàññà, ïðèõîäÿùèåñÿ íà îäíîãî ðàáîòàþùåãî, ñîîòâåòñòâóþò íîðìà-

òèâíûì çíà÷åíèÿì.

Ðàáîòà â äàííîé àóäèòîðèè îñóùåñòâëÿåòñÿ ñ ïðèìåíåíèåì ïåðñîíàëü-

íîãî êîìïüþòåðà. Ïðè âûïîëíåíèè òðóäîâûõ çàäà÷ íà ÏÝÂÌ ðàáî÷åå ìå-

ñòî îïåðàòîðà äîëæíî áûòü îðãàíèçîâàíî òàê, ÷òîáû îáåñïå÷èòü åìó ìàê-

ñèìàëüíûé êîìôîðò è óäîáñòâî ðàáîòû. Ðåêîìåíäóåìîå ðàññòîÿíèå îò ãëàç

äî êëàâèàòóðû, ýêðàíà è äîêóìåíòîâ äîëæíî ñîñòàâëÿòü íå ìåíåå 0,5 ì

(îïòèìàëüíî 0,6 � 0,7 ì). Ñòóëüÿ äîëæíû èìåòü ðåãóëèðóåìóþ âûñîòó. Ðà-

áîòà íà ïåðñîíàëüíîì êîìïüþòåðå îòíîñèòñÿ ê çðèòåëüíî íàïðÿæåííûì

ðàáîòàì. Ïðè ýêñïëóàòàöèè ÏÝÂÌ îò 4 äî 6 ÷àñîâ åæåäíåâíî íåîáõîäèìî

óñòðàèâàòü 2 ïåðåðûâà ïî 20 ìèíóò ÷åðåç 1,5�2 ÷àñà ïîñëå íà÷àëà ðàáîòû

è ÷åðåç 1,5�2 ÷àñà ïîñëå îáåäåííîãî ïåðåðûâà, ëèáî ïåðåðûâû ïî 15 ìèíóò

ïîñëå êàæäîãî ðàáî÷åãî ÷àñà [84].  ïîìåùåíèè êîìïüþòåðíîãî êëàññà îò-

ñóòñòâóþò èñòî÷íèêè òåïëîâûäåëåíèé, çà èñêëþ÷åíèåì ñèñòåìû öåíòðàëü-

íîãî îòîïëåíèÿ, è èñòî÷íèêè âëàãîâûäåëåíèé; íåò èñòî÷íèêîâ îáðàçîâàíèÿ

è âûäåëåíèÿ âðåäíûõ ãàçîâ, ïàðîâ æèäêîñòåé è ïûëè.

Îðãàíèçàöèÿ ðàáîòû ñ âðåäíûìè âåùåñòâàìè

 ïðîöåññå âûïîëíåíèÿ äèïëîìíîé ðàáîòû ìàíèïóëÿöèè ñ âðåäíûìè

âåùåñòâàìè íå ïðîâîäèëèñü.

Îðãàíèçàöèÿ ðàáîòû ñ èñòî÷íèêàìè èîíèçèðóþùåãî èç-

ëó÷åíèÿ

Èîíèçèðóþùåå (ðåíòãåíîâñêîå) èçëó÷åíèå ÿâëÿåòñÿ âðåäíûì ïðîèçâîä-

ñòâåííûì ôàêòîðîì ïðè èñïîëüçîâàíèè â ðàáîòå ìîíèòîðîâ íà ýëåêòðîííî-

ëó÷åâûõ òðóáêàõ (ÝËÒ). Îäíàêî ìîíèòîðû íà ÝËÒ óæå ïðàêòè÷åñêè ïîë-

íîñòüþ âûòåñíåíû æèäêîêðèñòàëëè÷åñêèìè ìîíèòîðàìè (ÆÊÈ), â êîòî-

ðûõ îòñóòñòâóåò èîíèçèðóþùåå èçëó÷åíèå. Òàêèì îáðàçîì, ïî ïðè÷èíå èñ-

ïîëüçîâàíèÿ ïðè âûïîëíåíèè äèïëîìíîé ðàáîòû ïåðñîíàëüíîãî êîìïüþ-

òåðà ñ ÆÊÈ-ìîíèòîðîì èîíèçèðóþùåå èçëó÷åíèå áûëî èñêëþ÷åíî è íå

104

îêàçûâàëî âðåäíîãî âîçäåéñòâèÿ íà îïåðàòîðà.

Ñîãëàñíî [85], ìîíèòîð ÏÝÂÌ äîëæåí îòâå÷àòü ñëåäóþùèì òðåáîâàíè-

ÿì:

1. Êîëè÷åñòâî öâåòîâ íå ìåíåå 256. Ðàçìåð çåðíà íå áîëåå 0,28 ìì ×à-

ñòîòà ðåãåíåðàöèè íå ìåíåå 75 Ãö. Âîçìîæíîñòü ðåãóëèðîâêè ÿðêîñòè

è êîíòðàñòíîñòè èçîáðàæåíèÿ.

2. Ìîíèòîð äîëæåí íàõîäèòüñÿ íà ðàññòîÿíèè íå ìåíåå 0,5 ì îò ãëàç

îïåðàòîðà (ðàññòîÿíèå âûòÿíóòîé ðóêè), åãî âåðõíÿÿ òî÷êà äîëæíà

íàõîäèòüñÿ íå íèæå ëèíèè ïðÿìîãî âçãëÿäà.

3. Îñâåùåíèå ðàáî÷åãî ìåñòà íå äîëæíî âûçûâàòü áëèêè íà ýêðàíå ìî-

íèòîðà.  òî æå âðåìÿ îíî äîëæíî áûòü äîñòàòî÷íûì, äëÿ òîãî ÷òîáû

õîðîøî âèäåòü îñòàëüíûå ïðåäìåòû, êîòîðûå èñïîëüçóþòñÿ ïðè ðà-

áîòå.

Ìîíèòîð Viewsonic VA703B-3 ïåðñîíàëüíîãî êîìïüþòåðà, íà êîòîðîì

îñóùåñòâëÿëîñü âûïîëíåíèå íàñòîÿùåé äèïëîìíîé ðàáîòû, îòâå÷àåò âû-

øåïåðå÷èñëåííûì òðåáîâàíèÿì:

- âðåìÿ îòêëèêà 8 ìñ;

- ÿðêîñòü LCD-ìàòðèöû � 280 êä/ì2;

- êîíòðàñòíîñòü LCD-ìàòðèöû � 600:1;

- êîíòðàñòíîñòü LCD-ìàòðèöû � 600:1;

- óãîë îáçîðà LCD-ìàòðèöû 170◦ ïî ãîðèçîíòàëè, 155◦ ïî âåðòèêàëè;

- ìîíèòîð ðàñïîëàãàåòñÿ íà ðàññòîÿíèè 0,6 ì îò ãëàç îïåðàòîðà;

- âåðõíÿÿ òî÷êà ìîíèòîðà íàõîäèòñÿ íà óðîâíå ïðÿìîãî âçãëÿäà;

- áëèêè íà ýêðàíå ìîíèòîðà ïðàêòè÷åñêè îòñóòñòâóþò.

Ìåòåîðîëîãè÷åñêèå óñëîâèÿ

Ìåòåîðîëîãè÷åñêèå óñëîâèÿ â ïðîèçâîäñòâåííûõ ïîìåùåíèÿõ çàâèñÿò

îò ðÿäà ôàêòîðîâ:

105

- êëèìàòè÷åñêîãî ïîÿñà è ñåçîíà ãîäà;

- õàðàêòåðà òåõíîëîãè÷åñêîãî ïðîöåññà è âèäà èñïîëüçóåìîãî îáîðóäî-

âàíèÿ;

- óñëîâèé âîçäóõîîáìåíà;

- ðàçìåðîâ ïîìåùåíèÿ;

- ÷èñëà ðàáîòàþùèõ ëþäåé è ò. ï.

Ñîâîêóïíîñòü ìåòåîðîëîãè÷åñêèõ ïîêàçàòåëåé (òåìïåðàòóðà, âëàæíîñòü,

ñêîðîñòü äâèæåíèÿ âîçäóõà è ò. ä.), õàðàêòåðíûõ äëÿ äàííîãî ïðîèçâîä-

ñòâåííîãî ó÷àñòêà, íàçûâàåòñÿ ïðîèçâîäñòâåííûì ìèêðîêëèìàòîì [86]. Ìèê-

ðîêëèìàò â ïðîèçâîäñòâåííîì ïîìåùåíèè ìîæåò ìåíÿòüñÿ íà ïðîòÿæåíèè

âñåãî ðàáî÷åãî äíÿ.  ñîîòâåòñòâèè ñ [87] ïàðàìåòðàìè, õàðàêòåðèçóþùèìè

ìèêðîêëèìàò ÿâëÿþòñÿ:

- òåìïåðàòóðà âîçäóõà;

- òåìïåðàòóðà ïîâåðõíîñòåé (ó÷èòûâàåòñÿ òåìïåðàòóðà ïîâåðõíîñòåé

îãðàæäàþùèõ êîíñòðóêöèé (ñòåíû, ïîòîëîê, ïîë), óñòðîéñòâ (ýêðàíû

è ò. ï.), à òàêæå òåõíîëîãè÷åñêîãî îáîðóäîâàíèÿ èëè îãðàæäàþùèõ

åãî óñòðîéñòâ);

- îòíîñèòåëüíàÿ âëàæíîñòü âîçäóõà;

- ñêîðîñòü äâèæåíèÿ âîçäóõà;

- èíòåíñèâíîñòü òåïëîâîãî îáëó÷åíèÿ.

Îòíîñèòåëüíî êàòåãîðèè ñëîæíîñòè, ðàáîòà íà êîìïüþòåðå îòíîñèòñÿ

ê ðàçðÿäó ëåãêèõ ôèçè÷åñêèõ ðàáîò, ò. å. ðàáîò, ïðîèçâîäèìûõ ñèäÿ, ñòîÿ

èëè ñâÿçàííûõ ñ õîäüáîé, íî íå òðåáóþùèõ ñèñòåìàòè÷åñêîãî ôèçè÷åñêîãî

íàïðÿæåíèÿ èëè ïîäíÿòèÿ è ïåðåíîñêè òÿæåñòåé. Ñîãëàñíî [88], äàííîé êà-

òåãîðèè ðàáîò ñîîòâåòñòâóþò ñëåäóþùèå óñëîâèÿ ïðîèçâîäñòâåííîãî ìèê-

ðîêëèìàòà:

- îïòèìàëüíàÿ òåìïåðàòóðà äëÿ õîëîäíîãî ïåðèîäà ãîäà 20 � 23◦Ñ, äî-

ïóñòèìàÿ 19 � 25◦Ñ;

106

- îïòèìàëüíàÿ îòíîñèòåëüíàÿ âëàæíîñòü 40�60%, äîïóñòèìàÿ � 75%;

- îïòèìàëüíàÿ ñêîðîñòü äâèæåíèÿ âîçäóõà 0,1 ì/ñ, äîïóñòèìàÿ � 0,2 ì/ñ.

 ïîìåùåíèè êîìïüþòåðíîãî êëàññà, ãäå âûïîëíÿëàñü äèïëîìíàÿ ðà-

áîòà, ìåòåîðîëîãè÷åñêèå óñëîâèÿ ñîîòâåòñòâîâàëè äîïóñòèìûì íîðìàì.

Âåíòèëÿöèÿ

Ñèñòåìû îòîïëåíèÿ è ñèñòåìû êîíäèöèîíèðîâàíèÿ ñëåäóåò óñòàíàâëè-

âàòü òàê, ÷òîáû íè òåïëûé, íè õîëîäíûé âîçäóõ íå íàïðàâëÿëñÿ íà ëþäåé.

Ðåêîìåíäóåòñÿ ñîçäàâàòü äèíàìè÷åñêèé êëèìàò ñ îïðåäåëåííûìè ïåðåïà-

äàìè ïîêàçàòåëåé. Òåìïåðàòóðà âîçäóõà ó ïîâåðõíîñòè ïîëà è íà óðîâíå

ãîëîâû íå äîëæíà îòëè÷àòüñÿ áîëåå ÷åì íà 5 ãðàäóñîâ [82].  ïðîèçâîä-

ñòâåííûõ ïîìåùåíèÿõ ïîìèìî åñòåñòâåííîé âåíòèëÿöèè ïðåäóñìàòðèâàþò

ïðèòî÷íî-âûòÿæíóþ âåíòèëÿöèþ. Îñíîâíûì ïàðàìåòðîì, îïðåäåëÿþùèì

õàðàêòåðèñòèêè âåíòèëÿöèîííîé ñèñòåìû, ÿâëÿåòñÿ êðàòíîñòü îáìåíà, ò. å.

êîëè÷åñòâî çàìåùåíèé â ÷àñ âîçäóõà â ïîìåùåíèè.  ïîìåùåíèÿõ, ïðåäíà-

çíà÷åííûõ äëÿ êóëüòóðíî-ìàññîâûõ ìåðîïðèÿòèé, îòäûõà, ó÷åáíûõ è ñïîð-

òèâíûõ çàíÿòèé, äàííûé ïîêàçàòåëü äîëæåí ñîñòàâëÿòü 1 ÷àñ−1 [89].

Àóäèòîðèè è ó÷åáíûå êëàññû ÿâëÿþòñÿ ñïåöèôè÷åñêèìè ïîìåùåíèÿìè

� áîëüøàÿ ðàáî÷àÿ çîíà, âûñîêèå ïîòîëêè, çíà÷èòåëüíîå êîëè÷åñòâî ëþ-

äåé. Âåíòèëÿöèÿ ïîäîáíûõ ïîìåùåíèé òðåáóåò îñîáîãî ïîõîäà. Êîìïüþ-

òåðíûé êëàññ ÐÕÒÓ èì. Ä.È. Ìåíäåëååâà ïîäêëþ÷åí ê îáùåîáìåííîé âû-

òÿæíîé âåíòèëÿöèè ó÷åáíîãî êîðïóñà.

Îáùåîáìåííàÿ âåíòèëÿöèÿ ïðåäíàçíà÷åíà äëÿ âîçäóõîîáìåíà âî âñåì

ïîìåùåíèè ëèáî â çíà÷èòåëüíîé åãî ÷àñòè. Îáåùåîáìåííûå âûòÿæíûå ñè-

ñòåìû ðàâíîìåðíî óäàëÿþò âîçäóõ èç ïîìåùåíèÿ, â òî âðåìÿ êàê îáùå-

îáìåííàÿ ïðèòî÷íàÿ âåíòèëÿöèÿ îáåñïå÷èâàåò ïîäà÷ó ñâåæåãî âîçäóõà è

ðàâíîìåðíîå åãî ðàñïðåäåëåíèå ïî âñåìó îáúåìó ïðîñòðàíñòâà ïîìåùåíèÿ.

Ïðîñòåéøèé òèï îáùåîáìåííîé âûòÿæíîé âåíòèëÿöèè � ýòî îáû÷íûå

âåíòèëÿòîðû, êàê ïðàâèëî, îñåâîãî òèïà, êîòîðûå ðàñïîëàãàþòñÿ â îêîííîì

ïðîåìå, ôîðòî÷êå èëè â îòâåðñòèè ñòåíû. Òàêàÿ âåíòèëÿöèÿ ñïîñîáíà óäà-

ëÿòü âîçäóõ èç çîíû ðàñïîëîæåííîé íåïîñðåäñòâåííî âîçëå âåíòèëÿòîðà è

îñóùåñòâëÿåò îáùèé âîçäóõîîáìåí.

Îáùåîáìåííàÿ âûòÿæíàÿ âåíòèëÿöèÿ îáåñïå÷èâàåò áëàãîïðèÿòíûå è

107

êîìôîðòíûå óñëîâèÿ äëÿ îïåðàòîðà ÏÝÂÌ â ïðîöåññå âûïîëíåíèÿ äèïëîì-

íîé ðàáîòû â ïîìåùåíèè êîìïüþòåðíîãî êëàññà.

Îñâåùåíèå

Îñâåùåíèå ïðè ðàáîòå ñ ÏÝÂÌ èìååò ñâîè îñîáåííîñòè. Ýòî ñâÿçàíî

ñ òåì, ÷òî çðèòåëüíûé àíàëèçàòîð (ãëàç) ïðè ðàáîòå çà êîìïüþòåðîì, êàê

ïðàâèëî, âîñïðèíèìàåò êàê îòðàæåííûé îò êëàâèàòóðû è äîêóìåíòîâ ñâå-

òîâîé ïîòîê, òàê è ïðÿìîé ñâåòîâîé ïîòîê ñ âèäåîìîíèòîðà.

Ïîìåùåíèÿ äëÿ ýêñïëóàòàöèè ÏÝÂÌ äîëæíû èìåòü åñòåñòâåííîå è èñ-

êóññòâåííîå îñâåùåíèå, ñîîòâåòñòâóþùåå òðåáîâàíèÿì äåéñòâóþùåé íîð-

ìàòèâíîé äîêóìåíòàöèè.

Îñâåùåíèå ïîìåùåíèÿ åñòåñòâåííûì ñâåòîì õàðàêòåðèçóåò êîýôôèöè-

åíò åñòåñòâåííîé îñâåùåííîñòè (ÊÅÎ). ÑÍèÏ 23-05-95 [90] óñòàíàâëèâà-

åò òðåáóåìóþ âåëè÷èíó ÊÅÎ â çàâèñèìîñòè îò òî÷íîñòè ðàáîò, âèäà îñâå-

ùåíèÿ è ãåîãðàôè÷åñêîãî ðàñïîëîæåíèÿ ïîìåùåíèÿ. ÊÅÎ îïðåäåëÿþò ïî

ôîðìóëå:

eI,II,III,IVí = eIIIí ·m · c,

ãäå m è ñ � êîýôôèöèåíòû ñâåòîâîãî è ñîëíå÷íîãî êëèìàòà ñîîòâåòñòâåí-

íî. Äëÿ çäàíèÿ, ðàñïîëîæåííîãî â íàøåì ñâåòîâîì êëèìàòå eIIIí = 0, 3%.

Ðàçðÿä çðèòåëüíûõ ðàáîò � IV.

Ðàñ÷åò åñòåñòâåííîãî îñâåùåíèÿ çàêëþ÷àåòñÿ â îïðåäåëåíèè ïëîùàäè

ñâåòîâûõ ïðîåìîâ äëÿ ïîìåùåíèÿ. Ïðè áîêîâîì îñâåùåíèè ïîìåùåíèé ðàñ-

÷åò ïðîèçâîäèòñÿ ïî ôîðìóëå:

S0

Sï=

eí ·Kç · η0τ0 · τ1

·Kçä,

ãäå S0 � ïëîùàäü ñâåòîâûõ ïðîåìîâ (â ñâåòó) ïðè áîêîâîì îñâåùåíèè, ì2;

Sï � ïëîùàäü ïîëà ïîìåùåíèÿ, ðàâíàÿ Sï = 113, 5 ì2; eí � íîðìèðîâàí-

íîå çíà÷åíèå ÊÅÎ ïðè áîêîâîì îñâåùåíèè eí = 0, 3%; Êç � êîýôôèöèåíò

çàïàñà, Êç = 1, 2 − 2, 0; η0 � ñâåòîâàÿ õàðàêòåðèñòèêà îêíà, η0 = 2; Êçä �

êîýôôèöèåíò, ó÷èòûâàþùèé çàòåíåíèå îêîí ïðîòèâîñòîÿùèìè çäàíèÿìè,

ðàâíûé 1; τ1 � êîýôôèöèåíò ñâåòîïðîïóñêàíèÿ (ñîãëàñíî [90] òàáë. 28 ðàâíî

0,8); τ0 � îáùèé êîýôôèöèåíò ñâåòîïðîïóñêàíèÿ:

τ0 = τ1 · τ2 · τ3 · τ4 = 0, 8 · 0, 6 · 1 · 1 = 0, 48,

108

ãäå τ2 � êîýôôèöèåíò, ó÷èòûâàþùèé ïîòåðè ñâåòà â ïåðåïëåòàõ ðàìû äå-

ðåâÿííîé, äâîéíîé, ðàçäåëüíîé è ðàâíûé 0,6; τ3 � êîýôôèöèåíò, ó÷èòû-

âàþùèé ïîòåðè ñâåòà â íåñóùèõ êîíñòðóêöèÿõ (ïðè áîêîâîì îñâåùåíèè

ðàâåí 1); τ4 � êîýôôèöèåíò, ó÷èòûâàþùèé ïîòåðè ñâåòà â ñîëíöåçàùèòíûõ

óñòðîéñòâàõ (τ4 = 1).

S0 =0, 003 · 2 · 20, 48 · 0, 8

· 1 · 113, 5 = 3, 55 ì2

Èñêóññòâåííîå îñâåùåíèå ïðåäóñìàòðèâàåòñÿ â ïîìåùåíèÿõ, â êîòîðûõ

íåäîñòàòî÷íî åñòåñòâåííîãî ñâåòà, èëè äëÿ îñâåùåíèÿ ïîìåùåíèÿ â ÷àñû

ñóòîê, êîãäà åñòåñòâåííàÿ îñâåùåííîñòü îòñóòñòâóåò. Èñêóññòâåííîå îñâå-

ùåíèå â ïîìåùåíèè îáùåå. Â êîìíàòå òàêæå èñïîëüçóåòñÿ èñêóññòâåííîå

îñâåùåíèå. Â ñèñòåìå îñâåùåíèÿ ïðèñóòñòâóþò ëàìïû äíåâíîãî ñâåòà, êî-

òîðûå ñîçäàþò â ïîìåùåíèè ñâåò, ïðèáëèæàþùèéñÿ ê åñòåñòâåííîìó. Îíè

íàèáîëåå ýêîíîìè÷íû â ñðàâíåíèè ñ äðóãèìè ëàìïàìè, íå òðåáóþò ÷àñòîé

çàìåíû, êàê ëàìïû íàêàëèâàíèÿ, è áëàãîïðèÿòíû ñ ãèãèåíè÷åñêîé òî÷êè

çðåíèÿ. Ê ïðåèìóùåñòâàì òàêèõ ëàìï îòíîñèòñÿ èõ áîëüøîé ñðîê ñëóæáû

(10000 ÷àñîâ) è âûñîêàÿ ñâåòîâàÿ îòäà÷à. Íèçêàÿ òåìïåðàòóðà ïîâåðõíî-

ñòè êîëáû (îêîëî 25◦ Ñ) äåëàåò ëàìïó îòíîñèòåëüíî ïîæàðîáåçîïàñíîé. Ê

íåäîñòàòêàì ýòèõ ëàìï ìîæíî îòíåñòè èõ îòíîñèòåëüíóþ äîðîãîâèçíó.

Äëÿ èñêóññòâåííîãî îñâåùåíèÿ íîðìèðóåìûé ïàðàìåòð �� îñâåùåííîñòü.

Ñîãëàñíî [90] óñòàíàâëèâàåòñÿ ìèíèìàëüíûé óðîâåíü îñâåùåííîñòè ðàáî-

÷èõ ïîâåðõíîñòåé â çàâèñèìîñòè îò òî÷íîñòè çðèòåëüíîé ðàáîòû, êîíòðàñòà

îáúåêòà è ôîíà, ÿðêîñòè ôîíà, ñèñòåìû îñâåùåíèÿ è òèïà èñïîëüçóåìûõ

ëàìï. Ñîãëàñíî òàáëèöå, îñâåùåííîñòü ðàáî÷èõ ïîâåðõíîñòåé, ãäå ïðîâîäè-

ëàñü ðàáîòà, äîëæíà ñîîòâåòñòâîâàòü 300 ëê.

Ðàññ÷èòàåì íîìèíàëüíîå êîëè÷åñòâî ñâåòèëüíèêîâ ïî ñëåäóþùåé ôîð-

ìóëå [90]:

n =E · S · z · kF · V ·m

,

ãäå n � êîëè÷åñòâî ñâåòèëüíèêîâ, øò.; E � íîìèíàëüíàÿ îñâåùåííîñòü; S

� ïëîùàäü ïîìåùåíèÿ, ì2; z � ïîïðàâî÷íûé êîýôôèöèåíò (1,1-1,2); k �

êîýôôèöèåíò, ó÷èòûâàþùèé ñíèæåíèå îñâåùåííîñòè; F � ñâåòîâîé ïîòîê

ëþìèíåñöåíòíîé ëàìïû; V � êîýôôèöèåíò èñïîëüçîâàíèÿ; m � êîëè÷åñòâî

ëàìï â ñâåòèëüíèêå, øò.;

n =300 · 113, 5 · 1, 2 · 1, 2

2100 · 0, 55 · 4= 10, 6 ≈ 11

109

Òàêèì îáðàçîì, â ïîìåùåíèè êîìïüþòåðíîé àóäèòîðèè äîëæíû áûòü

óñòàíîâëåíû 11 ñâåòèëüíèêîâ ïðÿìîãî ñâåòà. Ôàêòè÷åñêè óñòàíîâëåíî 12

ñâåòèëüíèêîâ, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò íîðìå îñâåùåííîñòè ïîìåùåíèÿ äëÿ çðè-

òåëüíûõ ðàáîò IV ðàçðÿäà è îáåñïå÷åíèÿ áåçîïàñíîñòè òðóäà.

Çàùèòà îò øóìà è âèáðàöèè

Ïðîÿâëåíèå âðåäíîãî âîçäåéñòâèÿ øóìà íà îðãàíèçì ÷åëîâåêà âåñüìà

ðàçíîîáðàçíî. Íàèáîëåå îïàñíî äëèòåëüíîå âîçäåéñòâèå èíòåíñèâíîãî øó-

ìà íà ñëóõ ÷åëîâåêà, êîòîðîå ìîæåò ïðèâåñòè ê ÷àñòè÷íîé èëè ïîëíîé ïîòå-

ðå ñëóõà. Ìåäèöèíñêàÿ ñòàòèñòèêà ïîêàçûâàåò, ÷òî òóãîóõîñòü â ïîñëåäíèå

ãîäû âûõîäèò íà âåäóùåå ìåñòî â ñòðóêòóðå ïðîôåññèîíàëüíûõ çàáîëå-

âàíèé è íå èìååò òåíäåíöèè ê ñíèæåíèþ. Âîçäåéñòâèå øóìà ìîæåò âûçû-

âàòü íåãàòèâíûå èçìåíåíèÿ ýìîöèîíàëüíîãî ñîñòîÿíèÿ ÷åëîâåêà, âïëîòü äî

ñòðåññîâûõ. Âñå ýòî ñíèæàåò ðàáîòîñïîñîáíîñòü ÷åëîâåêà è åãî ïðîèçâîäè-

òåëüíîñòü, êà÷åñòâî è áåçîïàñíîñòü òðóäà. Óñòàíîâëåíî, ÷òî ïðè ðàáîòàõ,

òðåáóþùèõ ïîâûøåííîãî âíèìàíèÿ, ïðè óâåëè÷åíèè óðîâíÿ çâóêà îò 70

äî 90 äÁÀ ïðîèçâîäèòåëüíîñòü òðóäà ñíèæàåòñÿ íà 20%. Ïîýòîìó âàæíî

çíàòü îñîáåííîñòè âîñïðèÿòèÿ çâóêà ÷åëîâåêîì, äîïóñòèìûå ñ òî÷êè çðå-

íèÿ îáåñïå÷åíèÿ çäîðîâüÿ, âûñîêîé ïðîèçâîäèòåëüíîñòè è êîìôîðòíîñòè

óðîâíè øóìà, à òàêæå ñðåäñòâà è ñïîñîáû áîðüáû ñ øóìîì.

Íà ðàáî÷åì ìåñòå îïåðàòîðà ÏÝÂÌ èñòî÷íèêàìè øóìà, êàê ïðàâè-

ëî, ÿâëÿþòñÿ òåõíè÷åñêèå ñðåäñòâà: êîìïüþòåð, ïðèíòåð, âåíòèëÿöèîííîå

îáîðóäîâàíèå, à òàêæå âíåøíèé øóì. Îíè èçäàþò äîâîëüíî íåçíà÷èòåëü-

íûé øóì, ïîýòîìó â ïîìåùåíèè äîñòàòî÷íî èñïîëüçîâàòü çâóêîïîãëîùåíèå.

Óìåíüøåíèå øóìà, ïðîíèêàþùåãî â ïîìåùåíèå èçâíå, äîñòèãàåòñÿ óïëîò-

íåíèåì ïî ïåðèìåòðó ïðèòâîðîâ îêîí è äâåðåé. Ïîä çâóêîïîãëîùåíèåì ïî-

íèìàþò ñâîéñòâî àêóñòè÷åñêè îáðàáîòàííûõ ïîâåðõíîñòåé óìåíüøàòü èí-

òåíñèâíîñòü îòðàæåííûõ èìè âîëí çà ñ÷åò ïðåîáðàçîâàíèÿ çâóêîâîé ýíåð-

ãèè â òåïëîâóþ. Çâóêîïîãëîùåíèå ÿâëÿåòñÿ äîñòàòî÷íî ýôôåêòèâíûì ìå-

ðîïðèÿòèåì ïî óìåíüøåíèþ øóìà. Íàèáîëåå âûðàæåííûìè çâóêîïîãëî-

ùàþùèìè ñâîéñòâàìè îáëàäàþò âîëîêíèñòî-ïîðèñòûå ìàòåðèàëû: ôèáðî-

ëèòîâûå ïëèòû, ñòåêëîâîëîêíî, ìèíåðàëüíàÿ âàòà, ïîëèóðåòàíîâûé ïîðî-

ïëàñò, ïîðèñòûé ïîëèâèíèëõëîðèä è äð. Ê çâóêîïîãëîùàþùèì ìàòåðèàëàì

îòíîñÿòñÿ ëèøü òå, êîýôôèöèåíò çâóêîïîãëîùåíèÿ êîòîðûõ íå íèæå 0,2.

110

Äîïóñòèìûå óðîâíè øóìà íà ðàáî÷èõ ìåñòàõ îïðåäåëÿþòñÿ [91]. Óðîâíè

çâóêà è ýêâèâàëåíòíûå óðîâíè çâóêîâîãî äàâëåíèÿ â ïîìåùåíèÿõ, ãäå ðàáî-

òàþò îïåðàòîðû ÝÂÌ, íå äîëæíû ïðåâûøàòü 50 äÁÀ. Óêàçàííûå óðîâíè

äîëæíû áûòü ñíèæåíû íà 5 äÁÀ ïðè âûïîëíåíèè íàïðÿæåííîé ðàáîòû, à

òàêæå ïðè äëèòåëüíîñòè ñìåíû áîëåå 8 ÷àñîâ. Ïîìåùåíèå êîìïüþòåðíîãî

êëàññà òóøèíñêîãî êîðïóñà ÐÕÒÓ èì. Ä.È. Ìåíäåëååâà îòâå÷àåò ñàíèòàð-

íûì íîðìàì.  àóäèòîðèè íåò èñòî÷íèêîâ ïîâûøåííîãî øóìà è âèáðàöèè.

Âîäîñíàáæåíèå, êàíàëèçàöèÿ, îòîïëåíèå

Âîäîñíàáæåíèå. Èñòî÷íèê âîäîñíàáæåíèÿ òóøèíñêîãî êîðïóñà ÐÕÒÓ

èì. Ä.È. Ìåíäåëååâà � öåíòðàëèçîâàííàÿ ãîðîäñêàÿ ñèñòåìà âîäîñíàáæå-

íèÿ. Ïî íàçíà÷åíèþ âîäîñíàáæåíèå õîçÿéñòâåííî-ïèòüåâîå. Îíî îáåñïå÷è-

âàåò ïîäà÷ó äîáðîêà÷åñòâåííîé âîäû äëÿ õîçÿéñòâåííî-áûòîâîãî ïîòðåáëå-

íèÿ. Â êîìïüþòåðíîì êëàññå âîäîñíàáæåíèå îòñóòñòâóåò.

Êàíàëèçàöèÿ. Ñèñòåìà êàíàëèçàöèè òóøèíñêîãî êîðïóñà ÐÕÒÓ èì. Ìåí-

äåëååâà ÿâëÿåòñÿ ÷àñòüþ ãîðîäñêîé îáùåé ñèñòåìû êàíàëèçàöèè.

Îòîïëåíèå. Ñèñòåìà îòîïëåíèÿ â êîìïüþòåðíîì êëàññå � öåíòðàëüíàÿ,

âîäÿíàÿ. Òåìïåðàòóðà â ïîìåùåíèè çèìîé 21�25◦ Ñ, ëåòîì 22�26◦ Ñ [92].

Áåçîïàñíîñòü ïðè ðàáîòå ñ èñòî÷íèêàìè ýëåêòðîìàã-

íèòíîãî èçëó÷åíèÿ

Ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå êàê îòå÷åñòâåííûõ, òàê è çàðóáåæíûõ èñ-

ñëåäîâàòåëåé ñâèäåòåëüñòâóþò î âûñîêîé áèîëîãè÷åñêîé àêòèâíîñòè ýëåê-

òðîìàãíèòíûõ ïîëåé âî âñåõ ÷àñòîòíûõ äèàïàçîíàõ. Ïðè îòíîñèòåëüíî íèç-

êîì óðîâíå ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ (ê ïðèìåðó, äëÿ ðàäèî÷àñòîò âûøå

300 ÌÃö ýòî ìåíåå 1 ìÂò/ñì2) ïðèíÿòî ãîâîðèòü î íåòåïëîâîì èëè èí-

ôîðìàöèîííîì õàðàêòåðå âîçäåéñòâèÿ íà îðãàíèçì. Ìåõàíèçìû äåéñòâèÿ

ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ â ýòîì ñëó÷àå åùå ìàëî èçó÷åíû.

Ñîãëàñíî ÑàíÏèí [83,84] ïðè ðàáîòå ñ ÏÝÂÌ óñòàíîâëåíû ïðèâåäåííûå

111

â òàáëèöå íîðìû ýëåêòðîìàãíèòíîãî èçëó÷åíèÿ:

Íàèìåíîâàíèå ïàðàìåòðîâ ÂÄÓ ÝÌÏ

Íàïðÿæåííîñòü ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ

 äèàïàçîíå ÷àñòîò 5 Ãö � 2 êÃö 25 Â/ì

 äèàïàçîíå ÷àñòîò 2 êÃö � 400 êÃö 2,5 Â/ì

Ïëîòíîñòü ìàãíèòíîãî ïîòîêà

 äèàïàçîíå ÷àñòîò 5 Ãö � 2 êÃö 250 íÒë

 äèàïàçîíå ÷àñòîò 2 êÃö � 400 êÃö 25 íÒë

Ýëåêòðîñòàòè÷åñêèé ïîòåíöèàë ýêðàíà âèäåîìîíèòîðà 500 Â

Óðîâåíü ýëåêòðîìàãíèòíîãî èçëó÷åíèÿ îò ïåðñîíàëüíîãî êîìïüþòåðà

î÷åíü íèçîê, äàæå ïî ñðàâíåíèþ ñî ìíîãèìè áûòîâûìè ýëåêòðîïðèáîðàìè.

Òåõíèêà áåçîïàñíîñòè

Ðàáîòà â õèìè÷åñêèõ è äðóãèõ ëàáîðàòîðèÿõ è àóäèòîðèÿõ ñâÿçàíà ñ

øèðîêèì ïðèìåíåíèåì ðàçëè÷íûõ ýëåêòðîóñòàíîâîê.  ýòîé ñâÿçè áîëüøîå

çíà÷åíèå â îáùåé ñèñòåìå èíæåíåðíî-ýêîëîãè÷åñêèõ ìåðîïðèÿòèé ïðèîáðå-

òàþò âîïðîñû îáåñïå÷åíèÿ ýëåêòðîáåçîïàñíîñòè.

Ýëåêòðîáåçîïàñíîñòü

Ñîãëàñíî [93] ýëåêòðîáåçîïàñíîñòü � ñèñòåìà îðãàíèçàöèîííûõ ìåðî-

ïðèÿòèé è òåõíè÷åñêèõ ñðåäñòâ, ïðåäîòâðàùàþùèõ âðåäíîå è îïàñíîå âîç-

äåéñòâèå íà ðàáîòàþùèõ ýëåêòðè÷åñêîãî òîêà è ýëåêòðè÷åñêîé äóãè.

Âûïîëíåíèå äèïëîìíîé ðàáîòû îñóùåñòâëÿåòñÿ íà ïåðñîíàëüíîì êîì-

ïüþòåðå.  ïîìåùåíèè êîìïüþòåðíîãî êëàññà èñïîëüçóåòñÿ èñòî÷íèê ïå-

ðåìåííîãî ýëåêòðè÷åñêîãî òîêà íàïðÿæåíèåì 220  è ÷àñòîòîé 50 Ãö Ïî

íàëè÷èþ óñëîâèé, ïîâûøàþùèõ îïàñíîñòü ïîðàæåíèÿ ÷åëîâåêà ýëåêòðè-

÷åñêèì òîêîì, àóäèòîðèÿ îòíîñèòñÿ ê ïîìåùåíèÿì áåç ïîâûøåííîé îïàñ-

íîñòè: â êîìïüþòåðíîì êëàññå îòñóòñòâóåò ñûðîñòü èëè òîêîïðîâîäÿùàÿ

ïûëü, ïîëû ïîêðûòû ëèíîëåóìîì (èçîëèðîâàíû), íåò èñòî÷íèêîâ âûñîêîé

òåìïåðàòóðû, îòñóòñòâóåò õèìè÷åñêè àêòèâíàÿ èëè îðãàíè÷åñêàÿ ñðåäà,

ðàçðóøàþùàÿ òîêîèçîëÿöèþ è òîêîâåäóùèå ÷àñòè îáîðóäîâàíèÿ, èñêëþ-

÷åíà âîçìîæíîñòü îäíîâðåìåííîãî ïðèêîñíîâåíèÿ ÷åëîâåêà ê èìåþùèì

112

ñîåäèíåíèÿ ñ çåìëåé ìåòàëëîêîíñòðóêöèÿì çäàíèé, òåõíîëîãè÷åñêèì àï-

ïàðàòàì, ìåõàíèçìàì è ò. ä., ñ îäíîé ñòîðîíû, è ê ìåòàëëè÷åñêèì ÷àñòÿì

ýëåêòðîîáîðóäîâàíèÿ � ñ äðóãîé [94]. Çàùèòíîé ìåðîé îò ïåðåõîäíîãî íà-

ïðÿæåíèÿ ïðè ïîâðåæäåíèè èçîëÿöèè â ëàáîðàòîðèè ÿâëÿåòñÿ çàçåìëåíèå.

Çàçåìëåíèå êîðïóñà ÏÝÂÌ îáåñïå÷åíî ïîäâåäåíèåì çàçåìëÿþùåé æèëû ê

ïèòàþùèì ðîçåòêàì [95].

Ïî ñòåïåíè äîïóñòèìîé îïàñíîñòè êîíñòðóêöèÿ êîìïüþòåðà ñîîòâåò-

ñòâóåò òðåáîâàíèÿì ÃÎÑÒîâ [96,97] ê ïåðåäâèæíîìó ýëåêòðîîáîðóäîâàíèþ

ñ çàùèòîé îò ïîðàæåíèÿ ýëåêòðè÷åñêèì òîêîì êëàññà III.  îáëàñòè, äî-

ñòóïíîé îïåðàòîðó, èñïîëüçóåòñÿ íàïðÿæåíèå êëàññà ÑÍÍ (äî 42 Â). Ñîïðî-

òèâëåíèå ìåæäó çàçåìëÿåìûìè ÷àñòÿìè è êîíòàêòîì çàçåìëåíèÿ íå áîëåå

0,1 Îì. Ñîïðîòèâëåíèå èçîëÿöèè (ïðè èñïûòàòåëüíîì íàïðÿæåíèè 500 Â

ïîñòîÿííîãî òîêà) íå ìåíåå, â íîðìàëüíûõ óñëîâèÿõ, 20 Îì.

Êîíñòðóêöèÿ ÏÝÂÌ ïðè ñîáëþäåíèè ýëåìåíòàðíûõ ìåð áåçîïàñíîñòè

îáåñïå÷èâàåò íàäåæíóþ çàùèòó îïåðàòîðà îò ïîðàæåíèÿ ýëåêòðè÷åñêèì

òîêîì è èñêëþ÷àåò âîçìîæíîñòü âîçíèêíîâåíèÿ ïîæàðà.

Ïîæàðíàÿ ïðîôèëàêòèêà

Êàòåãîðèðîâàíèå ïðîèçâîäñòâåííûõ ïîìåùåíèé ïî ïî-

æàðîâçðûâîîïàñíîñòè

Ïðàâèëà óñòðîéñòâà ýëåêòðîóñòàíîâîê (ÏÓÝ) [94] ïðåäóñìàòðèâàþò êëàñ-

ñèôèêàöèþ ïîìåùåíèé è íàðóæíûõ óñòàíîâîê ïî âçðûâîîïàñíûì è ïîæà-

ðîîïàñíûì çîíàì.

Ïîìåùåíèÿ, â êîòîðûõ óñòàíîâëåíû ÏÝÂÌ, ïî ïîæàðíîé îïàñíîñòè

îòíîñÿòñÿ ê êàòåãîðèè Â [98] è äîëæíû óäîâëåòâîðÿòü òðåáîâàíèÿì ïî

ïðåäîòâðàùåíèþ è òóøåíèþ ïîæàðà [99].

Çàùèòà îò ñòàòè÷åñêîãî ýëåêòðè÷åñòâà

Ñðåäñòâîì çàùèòû îò ñòàòè÷åñêîãî ýëåêòðè÷åñòâà ÿâëÿåòñÿ çàçåìëåíèå.

Ñîïðîòèâëåíèå çàçåìëÿþùåãî óñòðîéñòâà íå ïðåâûøàåò, ñîãëàñíî ÏÓÝ [94],

100 Îì, è îíî îáúåäèíÿåòñÿ ñ çàçåìëÿþùèì óñòðîéñòâîì äëÿ ýëåêòðîîáî-

ðóäîâàíèÿ.

113

Ñðåäñòâà ïîæàðîòóøåíèÿ

 îáùåì êîðèäîðå ó÷åáíîãî êîðïóñà ðÿäîì ñ êîìïüþòåðíûì êëàññîì

ðàñïîëîæåí ïîæàðíûé êðàí � ýëåìåíò âíóòðåííåãî ïîæàðíîãî âîäîïðîâî-

äà, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò íîðìàì ïîæàðíîé áåçîïàñíîñòè.

Íàëè÷èå ïîæàðíîé ñâÿçè è ñèãíàëèçàöèè

Òåëåôîí â êîìïüþòåðíîì êëàññå îòñóòñòâóåò. Áëèæàéøèé ê àóäèòîðèè

òåëåôîí íàõîäèòñÿ â ñîñåäíåì ïîìåùåíèè � ïðåïîäàâàòåëüñêîé êîìíàòå.

Ïîæàðíàÿ ñèãíàëèçàöèÿ â àóäèòîðèè (ÑÎÓÝ, ñèñòåìà îïîâåùåíèÿ è óïðàâ-

ëåíèÿ ýâàêóàöèåé) ñîîòâåòñòâóåò òèïó 3 [100].

114

Ëèòåðàòóðà

1. McHugh, M. A. Supercritical Fluid Extraction: Principles and Practice /

M. A. McHugh, V. J. Krukonis; Ed. by H. Brenner. Chemical Engeneer-

ing. � 2 edition. � Newton, MA: Butterworth-Heinemann, 1994. � P. 514.

2. Ãàëêèí, À. À. Âîäà â ñóá- è ñâåðõêðèòè÷åñêèõ ñîñòîÿíèÿõ - óíèâåð-

ñàëüíàÿ ñðåäà äëÿ õèìè÷åñêèõ ðåàêöèé / À. À. Ãàëêèí, Â. Â. Ëóíèí //

Óñïåõè õèìèè. � 2005. � Ò. 74, � 1. � Ñ. 24�40.

3. Áóòëåðîâ, À. Ì. Î õèìè÷åñêîì ñòðîåíèè âåùåñòâ / À. Ì. Áóòëåðîâ. �

1861.

4. Ðàåâñêèé, Î. À. Äåñêðèïòîðû ìîëåêóëÿðíîé ñòðóêòóðû â êîìïüþòåð-

íîì äèçàéíå ÁÀÂ / Î. À. Ðàåâñêèé // Óñïåõè õèìèè. � 1999. � Ò. 6. �

Ñ. 555�576.

5. Çîðêèé, Ï. Ì. Î ôóíäàìåíòàëüíûõ ïîíÿòèÿõ õèìèè / Ï. Ì. Çîðêèé //

Ñîðîñîâñêèé îáðàçîâàòåëüíûé æóðíàë. � 1996. � Ò. 9. � Ñ. 47�56.

6. Crum-Brown, A. On changes produced by direct chemical addition of

physiological action of certain poisons / A. Crum-Brown, T. R. Fraser //

Trans. R. Soc. Edinburgh. � 1868. � Vol. 25. � P. 151.

7. Albert, A. Selective Toxicity: The Physicochemical Bases of Therapy /

A. Albert. � 7 edition. � London: Chapman and Hall, 1985. � P. 33.

8. Bell, P. H. A Theory of the Relation of Structure to Activity of Sulfanil-

amide Type Compounds / P. H. Bell, R. O. Roblin // J. Am. Chem.

Soc.� December 1942. � Vol. 64, no. 12. � Pp. 2905�2917.

9. Hammett, L. P. Some Relations between Reaction Rates and Equilibrium

Constants / L. P. Hammett // Chem. Rev.� 1935. � Vol. 17, no. 1. �

Pp. 125�136.

115

10. Taft, R. W. Polar and Steric Substituent Constants for Aliphatic and o-

Benzoate Groups from Rates of Esteri�cation and Hydrolysis of Esters /

R. W. Taft // J. Am. Chem. Soc.� June 1952. � Vol. 74, no. 12. �

Pp. 3120�3128.

11. Âîéòêåâè÷, Ñ. À. Ñâÿçü ìåæäó ñòðóêòóðîé õèìè÷åñêèõ âåùåñòâ è

èõ çàïàõîì / Ñ. À. Âîéòêåâè÷ // Æóðíàë Âñåñîþçíîãî õèìè÷åñêîãî

îáùåñòâà èì. Ä.È. Ìåíäåëååâà. � 1968. � Ñ. 196�208.

12. Hansch, C. Correlation of Biological Activity of Phenoxyacetic Acids with

Hammett Substituent Constants and Partition Coe�cients / C. Hansch,

P. P. Maloney, T. Fujita, R. M. Muir // Nature. � 14 April 1962. �

Vol. 194. � Pp. 178�180.

13. Hansch, C. Exploring QSAR // Fundamentals and Applications in Chem-

istry and Biology / Ed. by S. R. Heller. � Washington, DC: American

Chemical Society, 1995.

14. Hansch, C. Quantitative approach to biochemical structure-activity re-

lationships / C. Hansch // Acc. Chem. Res.� August 1969. � Vol. 2,

no. 8. � Pp. 232�239.

15. Free, S. M. A Mathematical Contribution to Structure-Activity Studies /

S. M. Free, J. W. Wilson // J. Med. Chem.� July 1964. � Vol. 7, no. 4. �

Pp. 395�399.

16. Fujita, T. Structure-activity study of phenethylamines as substrates of

biosynthetic enzymes of sympathetic transmitters / T. Fujita, T. Ban //

J. Med. Chem.� February 1971. � Vol. 14, no. 2. � Pp. 148�152.

17. Selassie, C. D. History of Quantitative Structure - Activity Relation-

ships / C. D. Selassie // Drug Discovery / edited byD. J. Abraham. �

6 edition. � John Wiley & Sons, 2003. � Vol. 1: Drug Discovery of Burg-

er`s Medicinal Chemistry and Drug Discovery. � Pp. 1�48.

18. Evaluation of Quantitative Structure - Activity Relationship Methods for

Large-Scale Prediction of Chemicals Binding to the Estrogen Receptor /

W. Tong, D. R. Lowis, R. Perkins, Y. Chen, W. J. Welsh, D. W. Goddette,

116

T. W. Heritage, D. M. Sleehan // J. Chem. Inf. Comput. Sci.� May

1998. � Vol. 38, no. 4. � Pp. 669�677.

19. Cho, S. J. Focus-2D: A New Approach to the Design of Targeted Com-

binatorial Chemical Libraries / S. J. Cho, W. Zheng, A. Tropsha // Pac.

Symp. Biocomput.� 1998. � Vol. 3. � Pp. 305�316.

20. Gao, H. Comparison of binary and 2D QSAR analyses using inhibitors of

human carbonic anhydrase II as a test case / H. Gao, J. Bajorath // J.

Mol. Diver.� 1999. � Vol. 4. � P. 115.

21. Gao, H. Binary Quantitative Structure - Activity Relationship (QSAR)

Analysis of Estrogen Receptor Ligands / H. Gao, C. Williams, P. Labute,

J. Bajorath // J. Chem. Inf. Comput. Sci.� 1999. � Vol. 39, no. 1. �

Pp. 164�168.

22. Charton, M. / M. Charton // Newsl. Int. QSAR Soc.� 1991. � Vol. 1. �

P. 3.

23. Hatch, F. T. Structural and quantum chemical factors a�ecting mutagenic

potency of aminoimidazo-azaarenes / F. T. Hatch, M. E. Colvin, E. T.

Seidl // Environ. Mol. Mutagen.� December 21 1996. � Vol. 27, no. 4. �

Pp. 314�330.

24. Inoue, A. The Simulated Binding of E2020 and Related Inhibitors to Free

and Acylated Acetylcholinesterases and Corresponding Structure - Activ-

ity Analyses / A. Inoue, T. Kawai, M. Iimura, H. Sugimoto, H. Kawaka-

mi // J. Med. Chem.� October 1996. � Vol. 39, no. 22. � P. 4460�4470.

25. Cronin, M. T. D. Structure-toxicity relationships for phenols to Tetrahy-

mena pyriformis / M. T. D. Cronin, T. W. Schultz // Chemosphere. �

April 1996. � Vol. 32, no. 8. � Pp. 1453�1468.

26. Cocchi, M. Theoretical versus empirical molecular descriptors in mono-

substituted benzenes. A chemometric study / M. Cocchi, M. C. Menziani,

P. G. De Benrdrtti, G. Cruciani // Chemometr. Intell. Lab. Syst.� April

1992. � Vol. 14, no. 1-3. � Pp. 209�224.

117

27. Tuppurainen, K. QSAR approach to molecular mutagenicity : A survey

and a case study: MX compounds / K. Tuppurainen // J. Mol. Struct.

(Theochem). � March 20 1994. � Vol. 306, no. 1. � P. 49.

28. Balasubramanian, B. Integration of Graph Theory and Quantum Chem-

istry for Structure-Activity Relationships / B. Balasubramanian // SAR

QSAR Environ. Res.� April 1994. � Vol. 2, no. 1-2. � Pp. 59�77.

29. Parr, R. G. Absolute hardness: companion parameter to absolute elec-

tronegativity / R. G. Parr, R. Pearson // J. Am. Chem. Soc.� 1983. �

Vol. 105, no. 26. � Pp. 7512�7516.

30. Raevsky, O. The QSAR Discriminant-Regression Model / O. Raevsky,

A. Sapegin, N. Ze�rov // Quantitative Structure-Activity Relationships. �

1994. � Vol. 13. � Pp. 412�418.

31. Raevsky, O. / O. Raevsky, N. Ze�rov, D. Kireev // J. Chim. Phys. Phys.

� Chim. Biol.� 1992. � Vol. 89. � P. 1747.

32. McFarland, J. W. On Identifying Likely Determinants of Biological

Activity in High Dimensional QSAR Problems / J. W. McFarland,

D. J. Gans // Quantitative Structure-Activity Relationships. � 1994. �

Vol. 13. � Pp. 11�17.

33. Raevsky, O. Computer-Aided Lead Finding and Optimization. Current

Tools For Medical Chemistry. / O. Raevsky / Ed. by G. Folkers H. Wa-

terbeemd, B. Testa. � Winheim: VCH, 1997. � P. 367.

34. Craig, P. N. Interdependence between physical parameters and selection

of substituent groups for correlation studies / P. N. Craig // J. Med.

Chem.� August 1971. � Vol. 14, no. 8. � Pp. 680�684.

35. Topliss, J. G. Utilization of operational schemes for analog synthesis in

drug design / J. G. Topliss // J. Med. Chem.� October 1972. � Vol. 15,

no. 10. � P. 1006�1011.

36. Topliss, J. G. A manual method for applying the Hansch approach to

drug design / J. G. Topliss // J. Med. Chem.� April 1977. � Vol. 20,

no. 4. � Pp. 463�469.

118

37. Bustard, Thomas M. Optimization of alkyl modi�cations by Fibonacci

search / Thomas M. Bustard // J. Med. Chem.� July 1974. � Vol. 17,

no. 7. � P. 777�778.

38. Darvas, Ferenc. Application of the sequential simplex method in designing

drug analogs / Ferenc Darvas // J. Med. Chem.� August 1974. � Vol. 17,

no. 8. � P. 799�804.

39. Magee, P. S. Pesticide Chemistry: Human Welfare and Environment /

P. S. Magee; edited byJ. Miyamoto, P. C. Kearney. � 1 edition. � Perga-

mon, Oxford, UK: Elsevier, 1983. � Vol. 1 of IUPAC Symposium Ser.�

P. 251.

40. Mitchell, T. J. An Algorithm for the Construction of D-optimal Experi-

mental Designs / T. J. Mitchell // Technometrics. � 1974. � Vol. 16. �

P. 203.

41. Moon, Taesung. Quantitative Structure-Activity Relationships (QSAR)

Study of Flavonoid Derivatives for Inhibition of Cytochrome P450 1A2 /

Taesung Moon, Myung Hwan Chi, Dong-Hyun Kim, Chang No Yoon,

Young-Sang Choi // Quant. Struct. - Act. Relat.� June 2000. � Vol. 19,

no. 3. � Pp. 257�263.

42. Baroni, Massimo. D-Optimal Designs in QSAR / Massimo Baroni, Ser-

gio Clementi, Gabriele Cruciani, Nouna Kettaneh-Wold, Svante Wold //

Quant. Struct. - Act. Relat.� 1993. � Vol. 12, no. 3. � Pp. 225�231.

43. Eriksson, Lennart. Cluster-based Design in Environmental QSAR /

Lennart Eriksson, Erik Johansson, Martin Muller, Svante Wold // Quant.

Struct. - Act. Relat.� September 19 1997. � Vol. 16, no. 5. � Pp. 383�

390.

44. Eriksson, Lennart. On the selection of the training set in environmental

QSAR analysis when compounds are clustered / Lennart Eriksson, Erik

Johansson, Martin Muller, Svante Wold // J. Chemom.� 2000. � Vol. 14,

no. 5. � Pp. 599�616.

45. Kubinyi, H. QSAR: Hansch Analysis and Related Approaches / H. Ku-

119

binyi / Ed. by R. Mannhold, P. Krogsgaard-Larsen, H. Timmerman. �

New York: VCH, 1993. � P. 91.

46. Franke, R. Theoretical Drug Design Methods / R. Franke / Ed. by

W. Th. Nautaand, R. F. Rekker. � Amsterdam/NewYork: Elsevier Sci-

ence, 1983. � P. 395.

47. Hansch, C. Structure Activity Relationships / C. Hansch / Ed. by C. J.

Cavallito. � Oxford, 1973. � Vol. 1. � P. 75.

48. Topliss, J. G. Chance factors in studies of quantitative structure-activity

relationships / J. G. Topliss, R. P. Edwards // J. Med. Chem.� October

1979. � Vol. 22, no. 10. � Pp. 1238�1244.

49. Çàëåïóãèí, Ä. Þ. Ðàçâèòèå òåõíîëîãèé, îñíîâàííûõ íà èñïîëüçîâà-

íèè ñâåðõêðèòè÷åñêèõ ôëþèäîâ / Ä. Þ. Çàëåïóãèí, Í. À. Òèëüêóíî-

âà, È. Â. ×åðíûøîâà, Â.Ñ. Ïîëÿêîâ // Ñâåðõêðèòè÷åñêèå ôëþèäû:

òåîðèÿ è ïðàêòèêà. � 2006. � Ò. 1, � 1. � Ñ. 27�51.

50. Smirnova, I. Synthesis of silica aerogels and their application as a drug

delivery system: Ph.D. thesis / Technical University of Berlin. � Berlin,

2002.

51. Ãóìåðîâ, Ô. Ì. Ñóá- è ñâåðõêðèòè÷åñêèå ôëþèäû â ïðîöåññàõ ïåðåðà-

áîòêè ïîëèìåðîâ / Ô. Ì. Ãóìåðîâ, À. Í. Ñàáèðçÿíîâ, Ã.È. Ãóìåðîâà. �

Êàçàíü: Ôýí, 2007. � Ñ. 336.

52. Saldana, M. D. A. Extracting of alkaloids from natural plants using su-

percritical �uids / M. D. A. Saldana, R. S. Mohamed // Extraction opti-

mization in food engineering / Ed. by C. Tzia, G. Lodakis. � New York:

Marcel Dekker, 2003.

53. Gonga, K. Supercritical �uid assisted impregnation of indomethacin into

chitosan thermosets for controlled release applications / K. Gonga, J. A.

Darra, I. U. Rehman // Int. J. Pharm.� June 2006. � Vol. 315, no. 1-2. �

Pp. 93�98.

54. Harper, N. Enhancement of Enzyme Activity in Supercritical Carbon

Dioxide via Changes in Acid-Base Conditions / N. Harper, S. Barreiros //

Biotechnol. Prog.� September 2002. � Vol. 18, no. 6. � Pp. 1451�1454.

120

55. Ashraf, S. Prediction of the Conditions for Supercritical Fluid Extraction

of Atrazine from Soil / S. Ashraf, K. D. Battle, A. A. Cli�ord, R. Moul-

der, M. W. Raynor, G. F. Shilstone // Analyst. � November 1992. �

Vol. 117. � Pp. 1697�1700.

56. Nalesnik, C. A. Solubility of pure taxol in supercritical carbon dioxide /

C. A. Nalesnik, B. N. Hansen, J. T. Hsu // Fluid Phase Equilib.� 1998. �

Vol. 146. � Pp. 315�323.

57. Gramatica, P. An Update of the BCF QSAR Model Based on Theoretical

Molecular Descriptors / P. Gramatica, E. Papa // QSAR Comb. Sci.�

2005. � Vol. 24, no. 8. � Pp. 953�960.

58. Katritzky, A. R. Structurally Diverse Quantitative Structure�Property

Relationship Correlations of Technologically Relevant Physical Proper-

ties / A. R. Katritzky, U. Maran, V. S. Lobanov, M. Karelson // J. Chem.

Inf. Comput. Sci.� 2000. � Vol. 40. � Pp. 1�18.

59. Engelhardt, H. L. Prediction of Supercritical Carbon Dioxide Solubility of

Organic Compounds from Molecular Structure / H. L. Engelhardt, P. C.

Jurs // J. Chem. Inf. Comput. Sci.� May 1997. � Vol. 37, no. 3. �

Pp. 478�484.

60. Codd, Edgar F. A relational model of data for large shared data banks /

Edgar F. Codd // Communications of the ACM. � June 1970. � Vol. 13,

no. 6. � Pp. 377�387.

61. Teorey, T. J. Database design / T. J. Teorey, S. Buxton, L. Fryman,

R. H. Guting. Know It All. � Burlington, MA: Morgan Kaufmann, 2009. �

P. 366.

62. Quinlan, J. Ross. Data mining tasks and methods: Classi�cation: decision-

tree discovery / J. Ross Quinlan, Ronny Kohavi // Handbook of data

mining and knowledge discovery / Ed. by Willi Klosgen, Jan M. Zytkow. �

Oxford University Press, 2002. � Pp. 267�276.

63. Áàðñåãÿí, À. À. Ìåòîäû è ìîäåëè àíàëèçà äàííûõ: OLAP è Data

Mining / À. À. Áàðñåãÿí, Ì. Ñ. Êóïðèÿíîâ, Â. Â. Ñòåïàíåíêî, È. È.

Õîëîä. � ÑÏá.: ÁÕÂ-Ïåòåðáóðã, 2004. � Ñ. 336.

121

64. Tang, Z. H. Data Mining with SQL Server 2005 / Z. H. Tang, J. MacLen-

nan. � Wiley Publishing Inc., 2005.

65. Patel, J. M. Semi-continuous countercurrent deca�eination process. US

Patent 3671263. � 06 1972.

66. Patel, J. M. Deca�eination process. US Patent 3671263. � 1972.

67. Katz, S. N. Deca�eination of co�ee / S. N. Katz // Co�ee technology /

Ed. by R. J. Clarke, R. Macraeeds. � London: Elsevier, 1988. � Vol. 2 of

Elsevier Applied Science. � Pp. 59�72.

68. Berry, N. E. Process of deca�einating co�ee. US Patent 2309902. � 1943.

69. Nutting, L. Continuous process for producing deca�einated beverage ex-

tract. US Patent 3361571. � 1968.

70. Zosel, K. Process for the deca�eination of co�ee. US Patent 4260639. �

1981.

71. Zosel, K. Process for the direct deca�eination of aqueous co�ee extract

solutions. US Patent 4348422. � 1982.

72. Zosel, K. Process for recovering ca�eine. US Patent 3806619. � 1974.

73. Zosel, K. Process for the deca�eination of co�ee. US Patent 4247570. �

1981.

74. Lack, A. Commercial scale deca�eination of co�ee and tea using super-

critical CO2 / A. Lack, H. Seidlitz // Extraction of Natural Products

Using Near-Critical Solvents / Ed. by M. B. King, T. R. Bott. � Glasgow:

Blackie Academic, 1993. � Pp. 101�139.

75. Sims, M. Deca�einating with carbon dioxide / M. Sims // Tea Co�ee

Trade Journal. � 09 1990.

76. Deca�eination with supercritical carbon dioxide / Ed. by R. A. Novak,

D. A. Linnig, W. E. Leyers; ASIC 14 Colloque. � San Francisco, 1991.

77. Òàðàñîâà, Í. Ï. Îõðàíà îêðóæàþùåé ñðåäû â äèïëîìíûõ ïðîåêòàõ /

Í. Ï. Òàðàñîâà, Á. Â. Åðìîëåíêî, Â. À. Çàéöåâ, Ñ. Â. Ìàêàðîâ. � Ì.:

ÐÕÒÓ èì. Ìåíäåëååâà, 2006. � Ñ. 220.

122

78. ÃÍ 2.1.5.1315-03. Ïðåäåëüíî äîïóñòèìûå êîíöåíòðàöèè (ÏÄÊ) õèìè-

÷åñêèõ âåùåñòâ â âîäå âîäíûõ îáúåêòîâ õîçÿéñòâåííî-ïèòüåâîãî è

êóëüòóðíî-áûòîâîãî âîäîïîëüçîâàíèÿ. � 2003.

79. Wijmans, J. G. Removal of Dissolved VOCs from Water with an Air

Stripper/Membrane Vapor Separation System / J. G. Wijmans, H. D.

Kamaruddin, S. V. Segelke, M. Wessling, R. W. Baker // Sep. Sci. Tech-

nol.� September 1997. � Vol. 32, no. 14. � Pp. 2267�2287.

80. Zhang, Lin. Remove volatile organic compounds (VOCs) with membrane

separation techniques / Lin Zhang, Huan xin Weng, Cong jie Gao, Huan

lin Chen // J. Env. Sci.� 2002. � Vol. 14, no. 2. � Pp. 181�187.

81. Ðûíäåâè÷, È. Æóðíàë "Ïîìîùíèê êàäðîâèêà". http://www.help-

hr.ru/catalog/likbez/element.php?ID=1329.

82. ÑàíÏèÍ 2.1.2.1331-03. Ãèãèåíè÷åñêèå òðåáîâàíèÿ ê êà÷åñòâó âîäû,

âîçäóõà, îñâåùåííîñòè è óðîâíþ øóìà.

83. ÑàíÏèÍ 2.2.2/2.4.1340-03. Ãèãèåíè÷åñêèå òðåáîâàíèÿ ê ïåðñîíàëüíûì

ýëåêòðîííî-âû÷èñëèòåëüíûì ìàøèíàì è îðãàíèçàöèè ðàáîòû.

84. ÑàíÏèÍ 2.2.4/2.1.8.055-96. Ýëåêòðîìàãíèòíûå èçëó÷åíèÿ ðàäèî÷à-

ñòîòíîãî äèàïàçîíà (ÝÌÈ Ð×).

85. ÍÐÁ-99. Íîðìû ðàäèàöèîííîé áåçîïàñíîñòè.

86. Ìàðèíèíà, Ë. Ê. Îõðàíà òðóäà â äèïëîìíûõ ïðîåêòàõ è ðàáîòàõ /

Ë. Ê. Ìàðèíèíà, À. ß. Âàñèí, Ë. Ð. Øàðèôóëëèíà, Ò. Å. Òðèôîíîâà,

Å. Á. Àíîñîâà. � Ì.: ÐÕÒÓ èì. Ìåíäåëååâà, 2009. � Ñ. 102.

87. ÑàíÏèÍ 2.2.4.548-96. Ãèãèåíè÷åñêèå òðåáîâàíèÿ ê ìèêðîêëèìàòó ïðî-

èçâîäñòâåííûõ ïîìåùåíèé.

88. ÃÎÑÒ 12.1.005-88. ÑÑÁÒ. Îáùèå ñàíèòàðíî-ãèãèåíè÷åñêèå òðåáîâàíèÿ

ê âîçäóõó ðàáî÷åé çîíû.

89. ÑÏ 2.2.1.1312-03. Ãèãèåíè÷åñêèå òðåáîâàíèÿ ê ïðîåêòèðîâàíèþ âíîâü

ñòðîÿùèõñÿ è ðåêîíñòðóèðóåìûõ ïðîìûøëåííûõ ïðåäïðèÿòèé.

90. ÑÍèÏ 23-05-95. Åñòåñòâåííîå è èñêóññòâåííîå îñâåùåíèå.

123

91. ÑÍ 2.2.4/2.1.8.562-96. Øóì íà ðàáî÷èõ ìåñòàõ, â ïîìåùåíèÿõ æèëûõ,

îáùåñòâåííûõ çäàíèé è íà òåððèòîðèè æèëîé çàñòðîéêè.

92. ÑÍèÏ 31-03-2001. Ïðîèçâîäñòâåííûå çäàíèÿ.

93. ÃÎÑÒ 12.1.009-76. ÑÑÁÒ. Ýëåêòðîáåçîïàñíîñòü. Òåðìèíû è îïðåäåëå-

íèÿ.

94. ÏÓÝ. Ïðàâèëà óñòðîéñòâà ýëåêòðîóñòàíîâîê. � 7 èçä. � Îìåãà-Ë,

2008. � Ñ. 268.

95. ÐÄ 34.21.122-87. Èíñòðóêöèÿ ïî óñòðîéñòâó ìîëíèåçàùèòû çäàíèé è

ñîîðóæåíèé. � 1987.

96. ÃÎÑÒ 12.2.007.0-75. Èçäåëèÿ ýëåêòðîòåõíè÷åñêèå. Îáùèå òðåáîâàíèÿ

áåçîïàñíîñòè.

97. ÃÎÑÒ Ð 50377-92 (ÌÝÊ 950-86). Áåçîïàñíîñòü îáîðóäîâàíèÿ èíôîð-

ìàöèîííîé òåõíîëîãèè, âêëþ÷àÿ ýëåêòðè÷åñêîå êîíòîðñêîå îáîðóäî-

âàíèå.

98. ÍÏÁ 105-03. Îïðåäåëåíèå êàòåãîðèé ïîìåùåíèé, çäàíèé è íàðóæíûõ

óñòàíîâîê ïî âçðûâîïîæàðíîé è ïîæàðíîé îïàñíîñòè.

99. ÃÎÑÒ 12.1.004-91. ÑÑÁÒ. Ïîæàðíàÿ áåçîïàñíîñòü. Îáùèå òðåáîâàíèÿ.

100. ÍÏÁ 104-03. Ñèñòåìû îïîâåùåíèÿ è óïðàâëåíèÿ ýâàêóàöèåé ëþäåé

ïðè ïîæàðàõ â çäàíèÿõ è ñîîðóæåíèÿõ.

124

Ïðèëîæåíèå A

Ñëàéäû ïðåçåíòàöèè

125