化学品信息管理与环境保护

姚建华 徐雯丽 李佳 黄迎 凌敏 胡静 蒋舒仰 周红 高映新

1 中国科学院上海有机化学研究所 （上海 200032）

2 环保部环境研究总院新化学品登记中心 （北京 100012）

综述

化学品信息管理与环境保护

姚建华1徐雯丽1李佳1黄迎1凌敏1胡静1蒋舒仰1周红1高映新2

1 中国科学院上海有机化学研究所 （上海 200032）

2 环保部环境研究总院新化学品登记中心 （北京 100012）

随着人类社会的发展，人们对物质的种类需求越来越多、数量越来越大。由于已有的天然资源已不能满足这样的需求，必须使用大量的人造制品来弥补这样的空缺，而人造制品中的绝大部分是化学类物质。这些化学物质在极大地满足了人类社会需求的同时，也给人类赖以生存的环境造成了一定的污染。为此，必须应用有效的方法管理化学品，以保证人类能够安全有效使用化学品的同时确保生活环境的安全。随着计算机技术的发展，计算机信息管理系统几乎承担了所有领域的信息管理工作。目前，在化学领域，用于化学信息管理的系统有：SciFinder、ISIS/Base、ELN和CISOC-ChIMS等。化学品信息的有效管理，将对环境保护起到积极的作用。

信息管理 数据库系统 化学品 环境保护

0 前言

信息管理（Information management）是人类为了有效地开发和利用信息资源，以现代信息技术为手段，对信息资源进行计划、组织、领导和控制的社会活动。简单地说，信息管理是指在整个管理过程中，人们收集、加工、输入和输出信息的总称。信息管理是人类综合采用技术、经济、政策、法律和人文的方法和手段对信息流进行控制，以提高信息利用的效率，最大限度地实现信息使用价值为目的的一种活动。

化学品信息主要分为化学物质的化学信息以及媒体形式的化学信息。化学物质的化学信息是使用科学的原理和方法通过实际测量得到的关于化学成分的一些信息，包括化学物质的物理、化学性质，物质中各个成分的含量比例以及化合物的结构信息、分子间相互作用的关系、化学反应、对环境的影响、化合物的生物活性参数等内容。而媒体形式的化学信息则是指化学信息的记录形式，包括图书、期刊、数据库、专利等，通过对化学信息的传播使研究者能够共享测量的原理、方法以及结果等化学物质的化学信息。

目前，在环境保护领域，人们只关注已经被确定为污染物的化学品及其相关信息、该类化学品的检测、污染处理和控制方法。对于目前未被确定或未列入管控的化学品，并不关注。这是值得重视的现象。

随着合成方法和技术的发展，化合物数量的增长速度已有很大的提高。目前，在美国化学文摘社登记的化合物已多达8800万个。鉴于这样的数量，传统的人工管理方法已无法实现如此大量信息的有效管理。而计算机技术的发展，为实现化学品信息的高效管理和应用提供了有效的技术。在此，我们认为化学品的信息管理对环境保护具有积极的作用。

1 化学品信息管理

化学品信息的管理过程主要包括：化学品信息的采集；化学品信息的处理、加工；化学信息管理系统管理、信息的质量控制等。

1.1 化学品信息的采集

化学品信息的采集是化学品管理过程中的第一步。由于化学品信息内容的多样性和信息来源的多样性，我们需要对所需采集的化学品信息进行分析，设计信息采集方案。

首先，我们将需要采集的数据进行分析，查找已有的数据库确定哪些内容可以在现有的可得到的数据库中查到。现有数据库中没有的内容，可以分别通过互联网或者纸质载体进行数据查找。另外，也可以直接收集实验数据。

由于计算机的普及以及网络的发展，商业数据库是我们的首选，它提供了多样化的检索方式，并且提供的信息是经过校验和处理的，内容更可靠。而互联网上免费的大型搜索引擎例如谷歌、百度等通常提供大量的命中结果，当我们需要新的或者少见的化学品信息时，这些大型搜索引擎是很好的选择，但其信息的来源并不十分可靠，处理这部分信息时需要谨慎。相对于在计算机上进行的快速搜索，纸质出版物的查找显得费时又费力。而且由于纸质出版物出版条件的复杂，它所提供的信息比网络资源落后，并且有相当一部分的纸质出版物通过扫描、输入等方式被放在互联网上供人们在计算机上阅读，所以纸质载体的查询是不被人们所重视的。

虽然纸质载体的查询不方便，信息相对于网络较落后，但也有其存在的价值。由于它的出版是经过层层筛查的，所以纸质载体所携带的信息的可信度较高，其内容很多是对某一方面问题的总结、概述。当我们接触一个新的领域或事物时，可以通过书本来了解它的概况、发展情况等信息。对于所要查找的化合物信息来说，当一些内容无法通过计算机找到时，我们可以查找一些化合物的工具书。

书的查找和网络搜索是不同的，它不是通过关键词来进行查询的，而要根据学科的分类一层一层地缩小科目的范围来进行查询。这就需要我们掌握科目的分类系统，从而找到相关书籍。

实验数据价值众所周知，为此收集和管理实验数据的重要性显而易见。可见，利用已有的信息管理系统，建立相应的数据库，将有助于数据的管理，方便使用。

对于环境保护而言，化学品信息应该包括以下几类：化学品名称、CAS号、化学结构、相关物化性质、化学品稳定性、环境毒性和毒理学数据等。

1.2 化学品信息的处理、加工

由于查询的载体、信息的来源不同，采集到的信息的显示方式、储存形式也是多种多样的。所以我们需要对采集到的化学品信息进行处理、加工，去除多余的、重复的信息，将需要的信息进行编辑、转换成电脑可识别、处理的信息，以便于我们使用化学信息管理系统对化学品信息进行有效的管理。化学品信息的处理包括化合物结构的编辑、化合物性质的预处理以及数据的规范化处理。

在大多数情况下，我们通过信息采集收集到的化合物结构都是以图片的形式存储的，不能直接使用计算机进行计算、编辑，自然无法很好地利用这些信息进行管理。所以，要使用结构编码将化学结构转换成计算机可识别、计算的文件格式，以便在计算机中操作化学结构。用于储存分子结构信息的文件格式有很多，例如Molfile是应用较为广泛的连接表格式的文件（见表1）。

通过不同渠道采集的化学品性质的数据多种多样，不同实验条件下的结果不同。所以要对性质数据进行处理，尽量选取相同条件下的数据，并注明实验条件。除此以外，将不同来源的数据进行筛选、整理，最终得到较为准确、全面的数据。

在处理化学品的结构和性质时需要规范化的操作，包括统一的单位、制定选取数据的规则、统一的显示方式等。

1.3 化学信息管理系统

对于处理好的大量的信息最有效的管理方法就是数据库管理。在数据库中可以对信息进行输入、搜索、输出、编辑等操作。建立数据库需要使用化学信息管理系统。

SciFinder是最常用的数据库检索系统，用来访问CAS出版的系列数据库，其中Registry数据库是世界上最大最全更新最快的物质数据库。ISIS/Base是一个基于桌面的化学信息管理系统，利用ISIS/Base可以对化学结构及相关的科学数据进行存储、搜寻和检索等管理工作，也可以作为客户端应用程序通过网络访问服务端数据库，是工业标准级的化学信息管理系统。ELN是一种复合式的电子实验记录系统，主要用于实验过程及结果的存储、管理。CISOC-Ch IMS是中国科学院上海有机化学研究所自主研制并获得中国软件著作权的化学信息管理系统。它具有化学结构检索和文字检索两大检索功能，可以进行数据库的维护、中文处理、图形存贮，尤其是中文处理功能弥补了其他国外开发的化学信息管理系统在中文处理上的不足。

2 化学品与环境

2003年，以色列化学家Arnon Shani发表了一篇题为《化学无处不在》的文章。文章阐述了化学与社会的关系，化学品的作用、与人类及环境的关系。一个具有一定应用价值的化学品（如农药、医药、食品添加剂或颜料），同时也存在对人类健康不利或污染环境的可能性。有些化合物，可能在它刚刚出现时，是一种特殊功能的物质，人们只关注其功能，没有意识到它对环境和人类健康的危险性。如香兰素，哈尔曼博士和泰曼博士在1874年成功合成了该化合物，并被用作食品添加剂，联合国糖农组织/世界卫生组织（FAO/WHO）在1992年规定：用于方便食品的罐头、婴儿食品和谷类食品的最高允许用量为70mg/kg。直到2005年，才有实验报道，该化合物有致畸毒性。如溴代叔丁烷，在化学研究或化工生产中，是一种常用试剂，它的急性毒性为中低毒，但它有致畸和致癌毒性。

以上例子说明，化学品对人类健康和环境的不利影响，可能是在它被发现的若干年之后，才会被察觉和认识，化学品与环境和人类健康有着极为密切的关系。

3 结论

本文简要介绍了化学信息学方法和技术实现化学品信息管理的方法，以及现有化学信息系统的状况。目前，收录与环境保护相关信息的化学品信息管理系统建设还处于初始阶段，即主要以文字检索来实现信息检索，且系统中收录与环境保护相关的信息还不能满足环境保护工作的需求，如应急污染处理、修复信息不完整等。

使用化学信息管理系统建立的化学品信息管理系统，不仅可以用于信息查询和信息管理，另外，还是建立化学品相关性质预测系统不可缺失的信息资源。

目前，已建立的与环境相关的化学品性质的数据库有：化合物的酸碱离解常数数据库、化合物疏水常数数据库等。用户可以通过网络，输入提问结构或相关性质参数，查询对应的性质参数或化学结构。利用数据库中的数据资源与相关的数据分析技术，已经建立了化合物致癌毒性、致突变毒性、疏水常数预测和酸碱离解常数预测系统。用户只需提交需预测的化合物的结构，预测系统即在线返回预测结果。以上提及的系统，已在国家973项目和环保部的公益项目中体现出实际效应。

Management of Chemical Information and Protection of Environment

Yao Jianhua Xu Wenli Li Jia Huang Ying Ling Min Hu Jing Jiang Shuyang Zhou Hong Gao Yingxin

With the development of human society,people need more and more kinds of substances and the quantity also becomes larger.As the nature resources can'tmeet the demands,many artificialmaterials have been used tomake up for the vacancy and mostof them are chemical substances.When these chemical substancesmeet the needs of human society,they also make pollution.Therefore,we should take measures to manage the chemicals effectively to ensure the chemicals can be used safely,and to ensure the safety of the living environment.With the development of the computer technology,the computer information management system almost undertakes the information management of all fields.At present,in the chemical field,the database systems,such as SciFinder,ISIS'Base,ELN and CISOC-ChIMSetc.are used in management of chem ical information.The effectivemanagement of chemicals information will play an important role in environment protection.

Informationmanagement;Database system;Chemicals;Environment protection

（略）

TP 3

2014年6月

姚建华 女 1963年生 研究员 获法国巴黎第七大学博士学位 目前主要从事化学信息学及其应用工作