專利名稱:有毒化學(xué)品的毒害效果度量方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及有毒化學(xué)品的毒性估計方法,屬于化學(xué)品毒理與防護(hù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
毒性是有毒物質(zhì)對人、動物機(jī)體產(chǎn)生毒害作用的能力,它是有毒(物質(zhì)的重要特 性之一。有毒物質(zhì)對人的毒性數(shù)據(jù)是較難得到的,尤其是軍用毒劑。歷次戰(zhàn)爭中使用過的 毒劑,可根據(jù)敵方人員中毒效果進(jìn)行分析,取得毒性數(shù)據(jù);對正在研制中的毒劑,可通過偶 爾中毒事故,得到一些有關(guān)的毒性資料,但都很不完整,也很不精確。所以獲得毒劑的毒性 數(shù)據(jù),主要的途徑是通過對動物的多次試驗,并進(jìn)行必要的處理,推算出對人體毒害的毒性 數(shù)據(jù)。動物試驗求得的數(shù)據(jù)只是近似值,因為毒性取決于一系列的因素,其中包括動物的種 類、性別和年齡,以及健康和營養(yǎng)狀況。另外,只有知道以何種中毒途徑測得的數(shù)據(jù),才有實 際意義。法西斯主義者為了獲得他們所需要的毒性數(shù)據(jù),滅絕人性地對人直接進(jìn)行試驗。 早在日本法西斯侵略我國期間,就用活人做試驗。希特勒德國的一些研究機(jī)構(gòu)所獲取的某 些致死性數(shù)據(jù),也是用人做試驗得到的。根據(jù)毒劑對機(jī)體的毒害作用特性和在戰(zhàn)斗中不同 的使用目的及所要求的殺傷效果,可采用不同的毒劑戰(zhàn)斗狀態(tài)和中毒途徑,并以此確定毒 劑的使用量。但是,不同條件下的毒劑使用量,是以毒性為依據(jù)的。毒劑的毒性根據(jù)使用者 的需要,有各種各樣的計量方法。對于民用有毒有害物質(zhì),通常的毒性數(shù)據(jù)是針對影響人的 健康和環(huán)境的,對人體的毒傷作用評估需要的毒性數(shù)據(jù)可以根據(jù)常規(guī)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換得到,這些 間接毒性數(shù)據(jù)可以反映物質(zhì)對人體毒傷作用的基本狀況。有毒化學(xué)品的毒害效果與諸多因素有關(guān),如何來描述或度量有毒化學(xué)品的毒害效 果呢?陳金周、陳海平等在《化學(xué)武器效應(yīng)及銷毀》一書中定義毒害劑量與某一毒害劑量級 的比值為毒害劑量數(shù),毒害劑量數(shù)可用式(1)或(2)表示ρ ο,c(x,少,t^dt(1)式Rd是某一劑量等級,如致死劑量、失能劑量等,c (x, y, t)指某一平面上(通常 為地面)t時刻的濃度,χ、y為平面坐標(biāo)。若1/Rd用符號ξ表示,式(1)和(2)只對t值 較小時才成立,若人員長時間受毒劑云團(tuán)作用,則式⑴中的1/Rd和c都將隨t而變,故應(yīng) 改成下式Pn O, ^)= { ξ( )ο{χ, y, t)dt ( 3 )大量的實戰(zhàn)或試驗結(jié)果表明,殺傷率或傷害率與毒害劑量數(shù)有密切的關(guān)系。圖1給出了沙林、梭曼蒸氣由呼吸道吸入中毒時,毒害劑量數(shù)與殺傷率之間的關(guān) 系。橫坐標(biāo)為半致死毒害劑量數(shù),縱坐標(biāo)為殺傷率。從圖1可知,當(dāng)半致死毒害劑量數(shù)大于0. 4時,幾乎所有的人都會受到輕度以上傷 害,當(dāng)半致死毒害劑量數(shù)小于0. 3時,中度傷害以上的概率很小。表1給出了沙林蒸氣吸入30s中毒后不同死亡率出現(xiàn)時間,當(dāng)致死毒害劑量數(shù)為2時,15分鐘之內(nèi)可以使95%的人員 致死。表1沙林蒸氣吸入30s中毒后不同死亡率出現(xiàn)時間 圖2給出了芥子氣蒸氣由呼吸道吸入中毒時,毒害劑量數(shù)與殺傷率之間的關(guān)系, 顯然,當(dāng)半致死毒害劑量數(shù)大于0. 1時,人員開始受到傷害,當(dāng)半致死毒害劑量數(shù)大于0. 9 時,所有人員將受到中度以上的傷害。圖3給出了氫氰酸蒸氣由呼吸道吸入中毒時毒害劑量數(shù)與殺傷率之間的關(guān)系,當(dāng) 半致死毒害劑量數(shù)大于1時,所有人員將受到中度以上的傷害,當(dāng)半致死毒害劑量數(shù)小于 0. 2時,人員將受到傷害的概率很小。圖4給出了梭曼蒸氣和氣溶膠在夏季無風(fēng)條件下由皮膚吸收中毒的殺傷率,當(dāng)半 致死毒害劑量數(shù)大于1時,所有人員將受到中度以上的傷害,當(dāng)半致死毒害劑量數(shù)小于0. 2 時,人員將受到傷害的概率很小,其分布與氫氰酸蒸氣的殺傷率與半致死毒害劑量數(shù)的數(shù) 量關(guān)系相當(dāng)。圖5給出了梭曼液滴經(jīng)夏季軍服被皮膚吸收中毒的殺傷率(液滴質(zhì)量為0. 1 IOmg),當(dāng)半致死毒害劑量數(shù)大于0. 3時,所有人員將受到輕度以上的傷害,當(dāng)半致死毒害 劑量數(shù)小于0.3時,人員將受到中度以上傷害的概率很小。根據(jù)對各種毒劑的大量實驗所得到的數(shù)據(jù),經(jīng)過整理后得出附圖6,橫坐標(biāo)為半致 死毒害劑量數(shù),縱坐標(biāo)為殺傷率。附圖6能近似地表示使用不同種類毒劑所造成有生力量 的殺傷率(%)與半致死毒害劑量數(shù)(Tct5tl或TD5tl)的關(guān)系。當(dāng)Tct5tl (或TD5tl)小于0.5時, 有生力量的致死率很小,接近于0,當(dāng)Tct5tl(或TD5tl)大于1.5時,致死率接近與100%。于 是,我們?nèi)“胫滤蓝竞┝繑?shù)0. 5和1. 5兩點(diǎn),畫一對角線,粗略地表示Tct5tl (或TD5tl)與致 死率(%)的關(guān)系。這樣,我們只要已知毒劑的半致死毒害劑量,就可以估算出具有任何毒 害劑量值時,可能造成的致死率。顯然,這樣的處理辦法是非常粗略的,為了更加準(zhǔn)確地表 達(dá)致死率與半致死毒害劑量數(shù)的數(shù)學(xué)關(guān)系,可以進(jìn)一步建立數(shù)學(xué)理論方程來實現(xiàn),以此對 有毒化學(xué)品的毒害效果進(jìn)行度量。
發(fā)明內(nèi)容
為了度量任意一種有毒有害化學(xué)物質(zhì)在各毒害劑量數(shù)下的傷害概率,本發(fā)明提出 基于數(shù)學(xué)擬合的度量方法,根據(jù)提出的傷害率方程計算任何毒害劑量數(shù)下得到的某一傷害 程度的傷害概率,即只要知道毒害劑量的分布就可以求出任何一種有毒有害化學(xué)品不同程 度的傷害概率分布。由此進(jìn)一步地根據(jù)傷害區(qū)域的人口密度,就可以計算傷亡狀況,本發(fā)明 為有毒化學(xué)品的毒害效果提供關(guān)鍵的定量信息。有毒化學(xué)品的毒害效果度量方法,技術(shù)方案如下
1.獲得待測有毒化學(xué)品的半致死毒害劑量數(shù);2.根據(jù)多種有毒化學(xué)品的殺傷率數(shù)據(jù)對傷害率方程中的參數(shù)進(jìn)行最優(yōu)擬合,確定 傷害率方程的參數(shù);3.根據(jù)待測有毒化學(xué)品的半致死毒害劑量數(shù),由步驟2確定的傷害率方程,得到 其傷害率。當(dāng)度量所述待測有毒化學(xué)品的致死率時,步驟2中所述的傷害率方程采用致死的 傷害率方程,即用半致死毒害劑量數(shù)的指數(shù)的復(fù)合函數(shù)或反正弦函數(shù)來描述有毒化學(xué)品的 致死率與半致死毒害劑量數(shù)的關(guān)系,表示為
(4)也可以表示為
(5)式中,R1 (χ,y)——表示致死率;Pn(X,y)——半致死毒害劑量數(shù);α、β或ω、y——傷害率方程的參數(shù)。參數(shù)α、β、ω、Y根據(jù)最優(yōu)數(shù)學(xué)原理擬合得到,作為優(yōu)選,當(dāng)試驗值與式(4)或 式(5)的理論計算值的均方差最小時,所取得的參數(shù)α、β、ω、Υ為最優(yōu)。當(dāng)度量所述待測有毒化學(xué)品的其他不同程度傷害率時,步驟2中所述的傷害率方 程采用重度傷害、中度傷害、輕度傷害的傷害率方程。即用半致死毒害劑量數(shù)來近似地描述 重度傷害、中度傷害、輕度傷害的毒害效果,表達(dá)式為
_1] (6)式中,Ri——Rs表示重度傷害率、Rffl表示中度傷害率、Rt表示輕度傷害率;λ i—定義為傷害位移參數(shù),根據(jù)實驗數(shù)據(jù)擬合獲得。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果在于事實上,可以根據(jù)某一閾值的毒害劑量數(shù)計算不同程度的傷害概率(比如致死 率、失能傷害率等),對任何一種有毒有害化學(xué)品,它對應(yīng)的傷害效果客觀上是唯一確定的, 因此,只要知道毒害劑量的分布就可以求出任何一種有毒有害化學(xué)品不同程度的傷害概率 分布。如果知道傷害區(qū)域的人口分布狀況,那么就可以根據(jù)傷害概率分布得出傷亡狀況,為 應(yīng)急處置及醫(yī)學(xué)救治提供技術(shù)支持。
圖1-沙林、梭曼蒸氣由呼吸道吸入中毒時的殺傷率;圖2-芥子氣蒸氣由呼吸道吸入中毒時的殺傷率;圖3-氫氰酸蒸氣由呼吸道吸入中毒時的殺傷率;圖4-梭曼蒸氣和氣溶膠在夏季無風(fēng)條件下由皮膚吸收中毒的殺傷率;圖5-梭曼液滴經(jīng)夏季軍服被皮膚吸收中毒的殺傷率(液滴質(zhì)量為0. 1 IOmg);圖6-本發(fā)明提出的傷害率方程致死率與半致死毒害劑量數(shù)的關(guān)系;
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例,對本發(fā)明技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明。從附圖6可以看出,任何一條曲線均呈“S”型且通過點(diǎn)(1,0.5),可以用半致死毒 害劑量數(shù)的指數(shù)的復(fù)合函數(shù)或反正弦函數(shù)來描述它,應(yīng)用本發(fā)明所述的致死傷害率方程得 到的曲線同樣示于圖6中。本發(fā)明所述的致死傷害率方程表示為
(4)^ R1 (χ, y) = y arctan [ ω Pn (χ, y) - ω ] +0. 5(5)式中,R1——表示致死率;Pn(X,y)——半致死毒害劑量數(shù),計算方法見陳金周、陳海平等《化學(xué)武器效應(yīng)及 銷毀》;α、β或ω、y——傷害率方程的參數(shù)。對于式(4)或式(5),只要確定參數(shù)α、β或ω、Y,就可以給出傷害率方程的具 體表達(dá)式。根據(jù)最優(yōu)數(shù)學(xué)原理,當(dāng)試驗值與式⑷或式(5)的理論計算值的均方差最小時, 所取得的參數(shù)α、β或ω、Υ為最優(yōu)。應(yīng)用圖1-圖5所給出的致死率數(shù)據(jù),分別對式(4) 或式(5)的參數(shù)α、β或ω、Υ進(jìn)行最優(yōu)擬合,可得到式(7)或式⑶,即致死的傷害率方 程,其中式(7)的均方差σ = 0.0353,式(8)的均方差σ = 0.0361,式(7)略優(yōu)于式(8)。 式(7)式(8)的效果見附圖6。 R1 (X,y) = 0. 399arctan[2. 7Pn(x, y) -2. 7]+0. 5 (Pn 彡 0. 25,R1 = 0) (8)試驗表明,我們也可以用半致死毒害劑量數(shù)來近似地描述重度傷害、中度傷害、輕 度傷害的傷害率方程,其通用表達(dá)式(6) 式中,Ri——Rs表示重度傷害率、Rm表示中度傷害率、Rt表示輕度傷害率;λ i—定義為傷害位移參數(shù),根據(jù)實驗數(shù)據(jù)擬合獲得。根據(jù)上述原理,分別利用梭曼蒸氣、沙林和梭曼、氫氰酸蒸氣、芥子氣等蒸氣造成 的重度傷害的數(shù)據(jù),得重度傷害率曲線方程(9),其中均方差ο = 0.0440。
_8] 利用梭曼蒸氣、沙林和梭曼、氫氰酸蒸氣造成的中度傷害的數(shù)據(jù),得中度傷害率曲 線方程(10),其中均方差σ = 0.0336。 利用梭曼液滴、沙林和梭曼、芥子氣蒸氣造成的輕度傷害的數(shù)據(jù),得輕度傷害率曲 線方程(11),其中均方差σ = 0.0305。
(11)式(9) (11)中,Pn(x,y)均表示半致死毒害劑量數(shù)。必須指出,毒劑對人員作用的毒劑數(shù)據(jù),部分來自第一次世界大戰(zhàn),以及由于偶然 的中毒事故,總結(jié)歸納出來的。大量的毒性數(shù)據(jù),主要是靠動物試驗,即將動物試驗的結(jié)果, 經(jīng)過處理外推到人,用這種處理方法所獲得的毒性數(shù)據(jù),顯然只能供作參考,因為這些數(shù)據(jù) 直接受試驗動物的個體差異(如動物的身體結(jié)構(gòu)、健康、營養(yǎng)狀況、年齡、性別、以及機(jī)體的 代謝作用等)的影響,導(dǎo)致毒性數(shù)據(jù)各不相同。由于試驗條件的不同和試驗動物的個體差 異,導(dǎo)致毒性數(shù)據(jù)的不同,有時甚至?xí)泻艽蟮牟顒e。另一種情況是使用毒性數(shù)據(jù)的角度不 同,以致選用毒害劑量值的標(biāo)準(zhǔn)也就不同。例如,從使用毒劑的角度來說,為了達(dá)到使用毒 劑的可行性,往往把毒害劑量標(biāo)準(zhǔn)定得高一些。所以在資料中,往往出現(xiàn)為達(dá)到同一毒害程 度,而毒害劑量值卻不同,甚至有較大的差異。但是,無論是怎樣的情況,對于任何一種有毒有害化學(xué)品,它對應(yīng)的傷害客觀上是 唯一確定的,因此我們可以根據(jù)傷害率方程計算任何毒害劑量數(shù)下得到的某一傷害程度的 傷害概率,即只要知道毒害劑量的分布就可以求出任何一種有毒有害化學(xué)品不同程度的傷 害概率分布。進(jìn)一步地,作為本發(fā)明的一種應(yīng)用,如果知道傷害區(qū)域的人口密度,那么就可 以計算傷亡狀況。根據(jù)傷害區(qū)域的人口密度計算傷亡狀況的方法如下 其中ρ (x,y)為目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的人口密度,傷亡人數(shù)Nj =N1對應(yīng)死亡人數(shù)、N2對應(yīng)重 傷以上人數(shù)、N3為中度傷以上人數(shù)、N4為輕度傷以上人數(shù),據(jù)此重傷人數(shù)為(N2-N1),中度傷 人數(shù)為(N3-N2),輕傷人數(shù)為(N4-N3)。R(x, y)表示不同傷害程度的傷害概率=R1U, y)為致死率、Rs(x,y)表示重度傷害 率、Rm(x,y)表示中度傷害率、Rt(x,y)表示輕度傷害率。以上所述的具體描述,對發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說 明,所應(yīng)理解的是,以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已,并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范 圍,凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi),所做的任何修改、等同替換和改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā) 明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
有毒化學(xué)品的毒害效果度量方法,其特征在于,步驟如下(1)獲得待測有毒化學(xué)品的半致死毒害劑量數(shù);(2)根據(jù)N種有毒化學(xué)品的殺傷率數(shù)據(jù)對傷害率方程中的參數(shù)進(jìn)行最優(yōu)擬合,確定傷害率方程的參數(shù);N種有毒化學(xué)品的殺傷率數(shù)據(jù)為已知;傷害率分為致死的傷害率和重度傷害、中度傷害、輕度傷害的傷害率當(dāng)度量所述待測有毒化學(xué)品的致死率時,步驟(2)中所述的傷害率方程采用致死的傷害率方程,表示為或者Rl(x,y)=γarctan(ωPn(x,y)-ω)+0.5其中,Rl(x,y)為致死率;Pn(x,y)為半致死毒害劑量數(shù);α、β、ω、γ為傷害率方程的參數(shù),根據(jù)最優(yōu)數(shù)學(xué)原理擬合得到;當(dāng)度量所述待測有毒化學(xué)品的其他不同程度傷害率時,步驟(2)中所述的傷害率方程采用重度傷害、中度傷害、輕度傷害的傷害率方程,表達(dá)式為式中,Rs表示重度傷害率、Rm表示中度傷害率、Rt表示輕度傷害率;λi為傷害位移參數(shù),根據(jù)實驗數(shù)據(jù)擬合獲得;(3)根據(jù)待測有毒化學(xué)品的半致死毒害劑量數(shù),由步驟2確定的傷害率方程,得到其致死率或傷害率。dest_path_FSB00000013582000011.tif,dest_path_FSB00000013582000012.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述有毒化學(xué)品的毒害效果度量方法,其特征在于,作為優(yōu)選,步驟 (2)中進(jìn)行擬合時,殺傷率數(shù)據(jù)與傷害率方程的理論計算值的均方差最小時,所取得的參數(shù) 為最優(yōu)°
全文摘要
本發(fā)明提出基于數(shù)學(xué)擬合的有毒化學(xué)品毒害效果度量方法,根據(jù)本發(fā)明所提出的傷害率方程計算任何毒害劑量數(shù)下得到的某一傷害程度的傷害概率,即只要知道毒害劑量的分布就可以求出任何一種有毒有害化學(xué)品不同程度的傷害概率分布,由此進(jìn)一步地可以根據(jù)傷害區(qū)域的人口分布狀況得出傷亡狀況,為應(yīng)急處置及醫(yī)學(xué)救治提供技術(shù)支持,本發(fā)明為有毒化學(xué)品的毒害效果提供關(guān)鍵的定量信息。
文檔編號G01N33/00GK101881760SQ20091009313
公開日2010年11月10日 申請日期2009年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月30日
發(fā)明者劉峰, 周學(xué)志, 石建華, 陳海平, 黃順祥 申請人:中國人民解放軍防化指揮工程學(xué)院