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Data-driven, explainable machine learning model for predicting volatile organic compounds¿ standard vaporization enthalpy

Título
Data-driven, explainable machine learning model for predicting volatile organic compounds¿ standard vaporization enthalpy
Tipo
Artigo em Revista Científica Internacional
Ano
2024
Autores
Ferraz Caetano, J
(Autor)
FCUP
Teixeira, F
(Autor)
Outra
A pessoa não pertence à instituição. A pessoa não pertence à instituição. A pessoa não pertence à instituição. Ver página do Authenticus Sem ORCID
Natalia N D S Cordeiro
(Autor)
FCUP
Revista
Título: ChemosphereImportada do Authenticus Pesquisar Publicações da Revista
Vol. 359
ISSN: 0045-6535
Editora: Elsevier
Indexação
Outras Informações
ID Authenticus: P-010-E5Z
Abstract (EN): The accurate prediction of standard vaporization enthalpy (¿vapHm°) for volatile organic compounds (VOCs) is of paramount importance in environmental chemistry, industrial applications and regulatory compliance. To overcome traditional experimental methods for predicting ¿vapHm° of VOCs, machine learning (ML) models enable a high-throughput, cost-effective property estimation. But despite a rising momentum, existing ML algorithms still present limitations in prediction accuracy and broad chemical applications. In this work, we present a data driven, explainable supervised ML model to predict ¿vapHm° of VOCs. The model was built on an established experimental database of 2410 unique molecules and 223 VOCs categorized by chemical groups. Using supervised ML regression algorithms, the Random Forest successfully predicted VOCs' ¿vapHm° with a mean absolute error of 3.02 kJ mol¿1 and a 95% test score. The model was successfully validated through the prediction of ¿vapHm° for a known database of VOCs and through molecular group hold-out tests. Through chemical feature importance analysis, this explainable model revealed that VOC polarizability, connectivity indexes and electrotopological state are key for the model's prediction accuracy. We thus present a replicable and explainable model, which can be further expanded towards the prediction of other thermodynamic properties of VOCs. © 2024 The Authors
Idioma: Inglês
Tipo (Avaliação Docente): Científica
Documentos
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