Эмпирические уравнения для прогнозирования газохроматографических индексов удерживания для неподвижной фазы DB-35MS

Аннотация

На данный момент большинство работ по прогнозированию индексов удерживания по структуре молекулы посвящены стандартным неподвижным фазам: полидиметилсилоксану, 5%-фенил-метилполисилоксану и полиэтиленгликолю. Информация об индексах удерживания на этих неподвижных фазах содержится в базе данных NIST, соответственно, доступен большой набор данных для обучения и возможно применение глубокого обучения. Это позволяет создать точные и универсальные модели для прогнозирования индексов удерживания. Однако другие неподвижные фазы также активно применяются в исследованиях при хромато-масс-спектрометрической идентификации компонентов сложных смесей. Создание алгоритмов прогнозирования индексов удерживания для этих неподвижных фаз также могло бы иметь большое значение. В данной работе рассматривается задача прогнозирования индексов удерживания для неподвижной фазы DB-35MS (35%-фенил-полидиметилсилоксан). Рассмотрен набор данных об удерживании 52 летучих органических соединений, содержащихся в бутонах сирени, для этой неподвижной фазы. Предложены эмпирические уравнения, в которые входят: вычисленный с помощью глубокого обучения индекс удерживания для неподвижной фазы DB-5 (5%-фенил-метилполисилоксан) и ряд молекулярных дескрипторов, рассчитанных с помощью фреймворка RDKit. Показано, что использование сложных топологических молекулярных дескрипторов, а так же величин рассчитанных с помощью методов квантовой химии, не дает сильного повышения точности по сравнению с наиболее простыми целочисленными молекулярными дескрипторами, такими как число связей, подверженных внутреннему вращению. В то же время применение индексов удерживания для неподвижной фазы DB-5, спрогнозированных с помощью глубокого обучения, в качестве молекулярного дескриптора, приводит к сильнейшему уменьшению ошибки прогнозирования по сравнению с применением только обычных молекулярных дескрипторов. Если вместо индексов удерживания, спрогнозированных для неподвижной фазы DB-5, использовать индексы удерживания, спрогнозированные для неподвижной фазы DB-624, то также можно достигнуть относительно высокой точности прогноза. В работе представлены линейные уравнения, которые могут быть использованы на практике для вычисления индексов удерживания летучих соединений растительного происхождения, содержащих углерод, водород и кислород, для неподвижной фазы DB-35MS и аналогичных неподвижных фаз. Представлено также менее точное, но более универсальное уравнение, содержащее в себе только спрогнозированный с помощью глубокого обучения индекс удерживания для неподвижной фазы DB-5 в качестве молекулярного дескриптора. Достигнутые значения среднеквадратичной ошибки, средней абсолютной ошибки и медианной абсолютной ошибки составили 28.9, 19.3 и 11.8 единиц соответственно.