消毒副產物數據庫網絡平臺的構建和使用

謝繼道，李子漪，馬艷飛，樊 容，周 磊，楊澤彪，楊小秋*，2，鄭 琦

（1. 江漢大學 a. 化學與環(huán)境工程學院，b. 教育學院，c. 智能制造學院，湖北 武漢 430056；2. 武漢大學 化學與分子科學學院，湖北 武漢 430072）

0 引言

為了消滅源水中的病原微生物，需要進行消毒來保證飲用水及娛樂用水的安全性。然而消毒劑可以與源水中存在的天然有機物、環(huán)境污染物等發(fā)生化學反應生成消毒副產物（disinfection by?products，DBPs）［1］。流行病學及毒理學研究表明，使用氯消毒的飲用水與膀胱癌、直腸癌及結腸癌的發(fā)病率之間存在潛在相關性［2］。

隨著分析技術的發(fā)展，越來越多的新型DBPs 被鑒定出來。Li 等［3］使用二維氣相色譜質譜對3 種消毒劑（次氯酸鈉、氯胺、臭氧）生成的DBPs 進行了非目標性篩選，共鑒定出170 種DBPs，不過 只 有25 種 出 現 在Susan Richardson 在2011 年 所 作 的DBPs 名 單 中。Zhang 等［4］使 用ESI FT?ICR MS 來鑒定未知DBPs，通過精確的分子量及溴的同位素模式鑒定出478 種含溴DBPs，不過由于找不到合適的對比數據，除分子式外，并沒有給出這些DBPs 的更多信息。由上可知，數據庫的缺乏，為DBPs 的發(fā)現和鑒定帶來了一定的困難。2011 年Richardson［5］將已有的DBPs 信息進行了整理分析，包括108 種已經在實際水樣中定量測出的DBPs，以及600 多種按照消毒方式分類的DBPs。另外，Richardson 等［6?8］和Cuthbertson 等［9］在《Analytical Chemistry》也發(fā)表了多篇關于DBPs 分析鑒定及毒理研究的綜述。然而現有的DBPs 信息依舊比較分散且不便于查找。網絡數據庫則能夠將分散的紙質或者電子資源整合在一起，實現資源的便捷共享和利用［10］。

本研究利用網絡資源，將已有的DBPs 信息進行分析匯總，構建了一個數據庫網絡查詢平臺，該平臺可以實現DBPs 的快速查詢與分析，為DBPs 的研究提供參考。

1 材料與方法

DBPs 信息來源于Web of Science 數據庫中的論文檢索。從科研論文中得到DBPs 的基本信息后，再利用Chemspider、愛化學等網站搜索DBPs 物質相對應的物理化學性質等信息?；拘畔R總于EXCEL 數據庫，得到最初的離線數據庫。

網絡平臺使用Vue 與Spring Boot 框架進行開發(fā)制作，將收集整理的DBPs 物質信息內容上傳至網絡平臺，構建出DBPs 網絡數據庫。

2 結果與討論

2.1 數據庫網絡查詢平臺的構建

2.1.1 數據庫的建立DBPs 數據庫目前的信息主要來源于已經發(fā)表的DBPs 綜述論文。如2011 年Richardson［5］在《Encyclopedia of Environmental Health》中 撰 寫 的“Disinfection by?prod?ucts：formation and occurrence in drinking water”以 及2019 年Yang 等［11］發(fā) 表 在 期 刊《Water Re?search》上 的Application of（LC/）MS/MS precursor ion scan for evaluating the occurrence，forma?tion and control of polar halogenated DBPs in disinfected waters：a review 等。在數據庫建立的過程中，首先把這些論文中提供的DBPs 信息分類在EXCEL 表格中列出，然后再利用網絡資源（Chemspider、愛化學等）補全其他信息，如物質的CAS（chemical abstracts service）編號、測定方法、生成該物質的消毒方式等。當然，由于新型DBPs 的不斷發(fā)現，數據庫也需要隨之不斷更新。

2.1.2 平臺系統(tǒng)的構建本平臺的開發(fā)目標是實現對DBPs 信息的集中管理和查詢，結構劃分為兩部分，如圖1 所示。①管理員平臺，該系統(tǒng)能夠實現管理員對于網頁及數據庫信息的維護，包括錄入、刪除、編輯、更新等操作。②一般用戶界面，主要為用戶提供有關DBPs 的信息，包括物質名稱、CAS 號、化學式、測定方法、生成方式等。

圖1 平臺的系統(tǒng)結構Fig.1 The system structure of DBPs database network platform

從系統(tǒng)網絡配合性以及與數據庫服務器的結合性分析，本平臺采用B/S（Browser/Server，瀏覽器/服務器）模式來實現系統(tǒng)的結構要求。B/S 模式是一個包含用戶訪問端、Web 服務器和數據庫服務器的3 層結構，即由客戶瀏覽端、Web 服務器和數據庫服務器3 部分組成，見圖2。該模式具有兩大優(yōu)點：①與軟硬件平臺的不關聯性；瀏覽器、Web Server、Java、HTML 以及數據庫資源都可以做到與軟、硬件平臺無關［12］。這樣的特點不會導致客戶訪問端越來越擁擠，大大降低了網絡負載。②多服務器的兼容性。從圖2 的B/S 結構可以看出，其Web 端連接的數據庫服務器可以是單個也可以擴展為多個，大大地增強了數據庫的靈活性，有利于數據庫系統(tǒng)以后的擴容發(fā)展。

圖2 B/S 模式的3 層結構Fig.2 The three-layer structure of the B/S model

2.1.3 系統(tǒng)功能的劃分本平臺的系統(tǒng)根據使用功能劃分為四大模塊：數據轉換模塊、數據查詢模塊、幫助模塊、打印模塊。數據轉換模塊具有兩大功能，即數據生成和輸出。數據生成模塊可以將EXCEL 數據庫中的文本屬性數據轉換成一個包含物質基本信息的表格，實現可視化查詢和分析。數據輸出則可以根據用戶需求，將數據庫的查詢結果生成數據文件，方便用戶進一步研究使用。數據查詢模塊則具有基本查詢和模糊查詢兩種方式?；静樵兛梢愿鶕镔|名稱、CAS 號、化學式來對DBPs 信息進行準確查詢；模糊查詢則可以通過輸入一些物質共有的詞語片段來搜索到這一類物質，如溴代DBPs 的名稱里一般有bromo 這個詞段，在搜索欄里輸入bromo，會自動鏈接到數據庫中所有含有bromo 詞段的物質并顯示出來，用戶再根據具體的物質名稱，點擊打開后查看該物質的具體信息。幫助模塊里有數據庫說明及本課題組的網絡聯系方式。用戶可以在此板塊查閱關于數據庫本身的一些說明資料，還可以通過QQ 獲得在線幫助。打印模塊則方便用戶進一步使用DBPs 數據庫中的資料，將查詢結果及相關的圖形資料打印輸出。

2.1.4 數據結構數據結構是計算機組織、存儲數據的方式，是某個系統(tǒng)包含的信息相互之間存在的特定關系的數據元素結合。一個優(yōu)秀的數據結構可以給系統(tǒng)帶來更完美的運行體驗和存儲效率。本系統(tǒng)包含的DBPs 查詢數據庫的結構如表1 所示，DBPs 查詢數據庫包含DBPs 的所有內容，數據庫以chemistry 命名，主表為cham，以ID 為主鍵。

表1 平臺的數據庫結構Tab.1 The database structure of the network platform

2.1.5 平臺制作技術本平臺主要是以Vue 與Spring Boot 框架進行開發(fā)，以前后端分離的技術標準制作成動態(tài)網站。采用關系型數據庫MySQL，服務器選用Tomcat。網頁設計是以Vue 單頁面進行設計，運行在Web 服務器Nginx 上，整個項目運行在以Linux 為操作系統(tǒng)的服務器上。開發(fā)工具使用的是Vs Code 和IEDA。Tomcat 屬于輕量級Web 應用服務器，Tomcat 運行時占用系統(tǒng)資源少，可以廣泛滿足Web 開發(fā)過程中常見的需求［13］。

1）平臺前端的制作及代碼。平臺前端是基于Vue 框架進行的網頁設計與開發(fā)，vue?router控制網站路由，vue?i18n 國際化網站，Axios 獲取后端接口數據以及其他功能（如用pdfjs?dist 現實PDF 文檔）。Vue 框架是現在流行的前端輕量級框架，采用MVVM 模式，支持雙向數據以及組件化，且Vue 的核心庫只關心視圖層。相對于其他重量級框架，Vue 能夠很好地幫助小型網站的前端開發(fā)，并且由于采用虛擬DOM，在運行處理數據時更快速。結合Axios 插件進行數據交互，以保證數據的持久化，且Axios 具有較好的瀏覽器兼容性。系統(tǒng)結構圖如圖3 所示。

圖3 系統(tǒng)結構圖Fig.3 System structure diagram

平臺前端部分代碼如下：

export const getAllData = params =>｛

return request({

url：’/getAllData’，

method：’get’，

params：params

})

}

2）平臺后端的制作及代碼。平臺的后端是基于Spring Boot 框架提供服務，采用mybatis 作為MySQL 數據庫的持久層框架，為數據庫操作提供數據映射功能，提供對底層數據訪問的封裝，提供DAO 框架等等。Spring Boot 是現在流行的后端框架，Mybatis 是現在流行的數據庫持久層框架，有著解除sql 與程序代碼的耦合，支持對象與數據庫的orm 字段關系映射，提供xml 標簽，支持編寫動態(tài)sql 的優(yōu)點?；诖藘?yōu)點，采用Spring Boot 框架能達到簡化系統(tǒng)的開發(fā)、有效地降低各層之間的耦合度、提高系統(tǒng)的可維護性的目的［14］。

后端部分代碼如下：

@RequestMapping（path = ″/getAllData″）

public List getAllData（）｛

return dataService.getAllData（）；

｝

/*************************************************************/

resultType=″com.example.demo.entity.chamistryEntity″>

select id，name，sort，cas，disMethod，assMethod，formula，remarks，iconUrl from cham

resultType=″com.example.demo.entity.chamistryEntity″ parameterType=″String″>

select distinct id，name，sort，cas，disMethod，assMethod，formula，remarks，iconUrl from cham where

name like concat（’%’，#{param}，’%’）or

sort like concat（’%’，#{param}，’%’）or

disMethod like concat（’%’，#{param}，’%’）

update cham set iconUrl = #｛iconUrl｝where id = #｛id｝

2.1.6 數據的上傳數據庫的數據分兩部分上傳至網絡平臺：Excel 文檔和DBPs 結構式圖片文件夾，其中結構式圖片以DBPs 的CAS 號命名。數據整理完成后，通過Navicat 和MySQL 平臺將其導入至網頁。此方法可以一次性大量地導入相應數據。由于每個DBPs 的CAS 號都是獨一無二的，即使將DBPs 文字信息與結構式分開上傳，也可以做到準確的一一對應。

2.2 數據庫網絡平臺的使用

本平臺可供單位或個人通過網頁網址或者掃描二維碼（圖4（a））訪問使用（http：∥dbps.com.cn/#/main），在主頁的上部分設有：Home、DBPs 庫、Regulatory rule、About 4 個功能分區(qū)，支持快捷訪問；中部以搜索欄為主體，支持基本查詢和模糊查詢；下部設NEWS 專欄，提供有關DBPs 最新的會議信息或者研究進展。DBPs 庫項目的內容為本系統(tǒng)內的DBPs 信息分類匯總，以便總覽查看。Regulatory rule 則包含有CHINESE、CANADIAN、EU、JAPANESE、AMERI?CAN 等5 個國家和組織的生活飲用水衛(wèi)生健康標準法律文件。用戶可以在線預覽，同時提供免費下載功能，用戶可以根據需求下載所需文檔。About 為系統(tǒng)的幫助板塊，當用戶訪問網站描述還有沒解決的問題時，或者對網站建設有好的建議，可以點擊“Here”訪問本網站在線客服進行反饋。

用戶可以使用Search 欄進行DBPs 的準確查詢與模糊查詢。本系統(tǒng)提供的DBPs 信息界面圖如圖4（b）所示（以二溴一氯甲烷為例）。NEWS 欄則展示不定時更新環(huán)境化學領域的一些最新進展，定期公布本查詢系統(tǒng)中DBPs 信息的補充、更新信息等。

圖4 （a）平臺網絡二維碼；（b）DBP 信息頁面顯示Fig.4 (a) The QR code of network platform; (b) The exhibition of DBP information on the search page

3 結語

DBPs 數據庫網絡查詢平臺的建立，可以給從事水處理研究方面的人員帶來極大的便利。目前該網絡數據庫已經收錄了900 多種DBPs，后續(xù)的工作中，在完善現有DBPs 信息的基礎上，會時刻關注DBPs 研究領域的最新進展，及時更新相關內容，以保證平臺信息的準確性和完整性。