一种大气重金属颗粒物实时在线监测和源解析联用的方法技术

本发明专利技术公开了一种大气重金属颗粒在线监测和源解析联用的方法，属于对大气重金属颗粒进行在线定量和溯源的技术领域。将气溶胶质谱仪与X射线荧光光谱仪结合使用，同时从定性与定量的角度，快速分析待测点位大气重金属颗粒物的含量、时间变化趋势、化学组成、混合状态等，并在X射线荧光仪中融入重金属颗粒质量浓度设限系统，一旦有重金属颗粒质量浓度超标，即可通过信息传导系统使气溶胶质谱仪即刻接收到超标重金属的信息，气溶胶质谱仪接收到重金属超标信号后，即刻启动在线溯源系统，能更快更省力地在线解析待测点位大气中超标重金属的来源情况，具有重要的意义和良好的产业化应用前景。

A Method for Real-time On-line Monitoring and Source Analysis of Heavy Metal Particles in the Atmosphere

【技术实现步骤摘要】
一种大气重金属颗粒物实时在线监测和源解析联用的方法
本专利技术涉及对大气重金属进行在线定量和溯源的
，特别涉及一种大气重金属颗粒物实时在线监测和源解析联用的方法。
技术介绍
随着社会经济的快速发展和工业化、城市化进程的加速，含有重金属的污染物通过各种途径进入环境大气。大气重金属污染成为困扰世界环境与发展的严重环境污染之一，其主要污染源来自化石燃料燃烧、金属冶炼、机械加工、采矿、印染、农药和刹车磨损等。对铅、汞、镉、铬、铜等多种危害极大的重金属及类金属进行全面的监测，对于直接判断环境空气对人体健康的危害、评价城市大气环境质量、制定防治对策具有重要的现实意义。当前对大气重金属污染的主流分析方法是实验室取样分析，如电感耦合等离子体质谱法、原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、电感耦合等离子体原子发射光谱法、中子活化分析法、火花源质谱法等，这些分析方法都需要先进行取样、制样、化验等一系列过程，往往需要数小时甚至数天才能获得检测结果，这种间隔采样的方法只能反映一些很短时间段的大气中重金属颗粒的含量，而且采样和处理会使其偏离实际样品状况而产生检测误差。因此传统源解析方法具有采样程序繁琐、分析成分高、时间分辨率低等问题，此外，由于获取的数据量有限，传统方法在应用范围有一定的局限性。随着人们对环境质量越来越重视，实时快速在线监测大气中重金属的技术和方法就成了新的趋势。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种大气重金属颗粒在线监测和源解析联用的方法，本专利技术提供的方法不仅能更快更省力地获取一定时间段内重金属超标信息，同时可以在线解析大气中超标重金属的来源情况，具有重要的意义和良好的产业化应用前景。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种大气重金属颗粒在线监测和源解析联用的方法，包括以下步骤：(1)根据目标点位大气重金属的排放情况和组成特征，确定目标点位大气重金属典型排放源类型；对目标点位大气重金属典型排放源进行采样，将所得样品使用气溶胶质谱分析，得到目标点位重金属典型排放源中每种重金属颗粒的粒径分布和质谱信息；建立包括每种重金属颗粒粒径分布和质谱信息的目标点位大气重金属典型排放源的源谱库；(2)采用气溶胶质谱仪对待测点位大气进行在线监测，得到待测点位大气中各颗粒的数浓度、混合状态、粒径分布和质谱特征；气溶胶质谱仪基于各颗粒的在线监测数据，基于ART-2a法，将待测点位大气中的颗粒分为n类；再基于元素示踪法，将n类颗粒的具体类型进行确认，得到n类颗粒的具体类别；(3)同步采用X射线荧光光谱仪测定待测点位大气中各重金属颗粒的质量浓度；在X射线荧光光谱仪上设定各重金属颗粒的质量浓度排放限值，当X射线荧光光谱仪检测到某种重金属颗粒的质量浓度超过排放限值时，即将该重金属颗粒的信息传递给气溶胶质谱仪；(4)气溶胶质谱仪基于X射线荧光光谱仪传递过来的信息与n类颗粒的具体类别匹配，并视为目标溯源物；基于气溶胶质谱仪所得的目标溯源物的在线监测数据和源谱库，采用相似度算法，得出待测点位大气中目标溯源物的来源解析结果。优选地，所述重金属颗粒的质谱信息包括特征离子的信号强度、特征离子信号强度之间的比值。优选地，所述各重金属颗粒的质量浓度排放限值是根据国家标准、地方标准、行业标准或实际需求进行设置的。优选地，所述ART-2a法输入的是每个颗粒的质谱数据，输出的是每一个颗粒所属的类别，所述ART-2a法的核心是权值矩阵WM(m×k)的动态形成；其中m是输入向量，即每个质谱数据的长度，k是输入向量的个数；权值矩阵的每一行称为权值向量，每一个权值向量都对应一个类的聚类中心，用来代表该类；具体如下：①从数据矩阵D中随机选择一个输入向量vi；②归一化输入向量；③计算输入向量与已存在的权重矩阵的点积，若当前权重矩阵为空，即当前向量是第一个选取的向量，则另外再随机选取一个向量作为权重向量；Pi＝Si*WM(m*k)；④若③中的计算结果比预先设定的相似系数大，将已存在的权重矩阵向着当前输入向量的方向修改；反之，若小于设定的相似系数，则建立一个新的类别；⑤将所有的颗粒重复上面的步骤，直到达到终止条件。优选地，所述元素示踪法包括以下步骤：计算目标物质的分子量，编写示踪命令，在ART-2a的分类结果中对目标物质的分子量进行检索，从而获得n类颗粒的具体类别。优选地，所述相似度算法包括：将气溶胶色谱仪获得在线监测数据中的每一个目标溯源物颗粒的质谱特征从最小质荷比到最大质荷比，以1m/z为间隔，每个质荷比取其质谱强度信号，组成n维的特征向量，所述质谱强度信号为峰面积、相对峰面积或峰高；在质谱特征的基础上加上目标溯源物颗粒的粒径信息，组成n+1维的特征向量；将所述源谱库中每个污染源作相同处理，组成n+1维的特征向量；将所述在线监测数据中获得的目标溯源物的多维特征向量与源谱库每个多维特征向量进行点积计算，取计算后所得点积最大值，当最大值大于设定的阈值时，说明目标溯源物与源谱库中的信息相似度高，将颗粒归入到与源谱库对应的源类别；当最大值小于设定的阈值，则标为其它。优选地，所述阈值为0.8～0.9。本专利技术提供了一种大气重金属颗粒在线监测和源解析联用的方法，包括以下步骤：(1)根据目标点位大气重金属的排放情况和组成特征，确定目标点位大气重金属典型排放源类型；对目标点位大气重金属典型排放源进行采样，将所得样品使用气溶胶质谱分析，得到目标点位重金属典型排放源中每种重金属颗粒的粒径分布和质谱信息；建立包括每种重金属颗粒粒径分布和质谱信息的目标点位大气重金属典型排放源的源谱库；(2)采用气溶胶质谱仪对待测点位大气进行在线监测，得到待测点位大气中各颗粒的数浓度、混合状态、粒径分布和质谱特征；气溶胶质谱仪基于各颗粒的在线监测数据，基于ART-2a法，将待测点位大气中的颗粒分为n类；再基于元素示踪法，将n类颗粒的具体类型进行确认，得到n类颗粒的具体类别；(3)同步采用X射线荧光光谱仪测定待测点位大气中各重金属颗粒的质量浓度；在X射线荧光光谱仪上设定各重金属颗粒的质量浓度排放限值，当X射线荧光光谱仪检测到某种重金属颗粒的质量浓度超过排放限值时，即将该重金属颗粒的信息传递给气溶胶质谱仪；(4)气溶胶质谱仪基于X射线荧光光谱仪传递过来的信息与n类颗粒的具体类别匹配，并视为目标溯源物；基于气溶胶质谱仪所得的目标溯源物的在线监测数据和源谱库，采用相似度算法，得出待测点位大气中目标溯源物的来源解析结果。本专利技术的方法将气溶胶质谱仪与X射线荧光光谱仪结合使用，同时从定性与定量的角度，快速分析待测点位大气中重金属颗粒物的含量、时间变化趋势、化学组成、混合状态，并在X射线荧光光谱仪中融入重金属颗粒质量浓度设限系统，一旦有重金属颗粒的质量浓度超标，即可通过信息传导系统使气溶胶质谱仪即刻接收到超标重金属的信息，气溶胶质谱仪接收到重金属超标信号后，即刻启动在线溯源系统，能更快更省力地在线解析待测点位大气中超标重金属的来源情况，具有重要的意义和良好的产业化应用前景。附图说明图1为本专利技术的大气重金属颗粒在线监测和源解析联用的方法流程图。具体实施方式本专利技术提供了一种大气重金属颗粒在线监测和源解析联用的方法，包括以下步骤：(1)根据目标点位大气重金属的排放情况和组成特征，确定目标点位大气重金属本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大气重金属颗粒在线监测和源解析联用的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)根据目标点位大气重金属的排放情况和组成特征，确定目标点位大气重金属典型排放源类型；对目标点位大气重金属典型排放源进行采样，将所得样品使用气溶胶质谱分析，得到目标点位重金属典型排放源中每种重金属颗粒的粒径分布和质谱信息；建立包括每种重金属颗粒粒径分布和质谱信息的目标点位大气重金属典型排放源的源谱库；(2)采用气溶胶质谱仪对待测点位大气进行在线监测，得到待测点位大气中各颗粒的数浓度、混合状态、粒径分布和质谱特征；气溶胶质谱仪基于各颗粒的在线监测数据，基于ART‑2a法，将待测点位大气中的颗粒分为n类；再基于元素示踪法，将n类颗粒的具体类型进行确认，得到n类颗粒的具体类别；(3)同步采用X射线荧光光谱仪测定待测点位大气中各重金属颗粒的质量浓度；在X射线荧光光谱仪上设定各重金属颗粒的质量浓度排放限值，当X射线荧光光谱仪检测到某种重金属颗粒的质量浓度超过排放限值时，即将该重金属颗粒的信息传递给气溶胶质谱仪；(4)气溶胶质谱仪基于X射线荧光光谱仪传递过来的信息与n类颗粒的具体类别匹配，并视为目标溯源物；基于气溶胶质谱仪所得的目标溯源物的在线监测数据和源谱库，采用相似度算法，得出待测点位大气中目标溯源物的来源解析结果。...

【技术特征摘要】
1.一种大气重金属颗粒在线监测和源解析联用的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)根据目标点位大气重金属的排放情况和组成特征，确定目标点位大气重金属典型排放源类型；对目标点位大气重金属典型排放源进行采样，将所得样品使用气溶胶质谱分析，得到目标点位重金属典型排放源中每种重金属颗粒的粒径分布和质谱信息；建立包括每种重金属颗粒粒径分布和质谱信息的目标点位大气重金属典型排放源的源谱库；(2)采用气溶胶质谱仪对待测点位大气进行在线监测，得到待测点位大气中各颗粒的数浓度、混合状态、粒径分布和质谱特征；气溶胶质谱仪基于各颗粒的在线监测数据，基于ART-2a法，将待测点位大气中的颗粒分为n类；再基于元素示踪法，将n类颗粒的具体类型进行确认，得到n类颗粒的具体类别；(3)同步采用X射线荧光光谱仪测定待测点位大气中各重金属颗粒的质量浓度；在X射线荧光光谱仪上设定各重金属颗粒的质量浓度排放限值，当X射线荧光光谱仪检测到某种重金属颗粒的质量浓度超过排放限值时，即将该重金属颗粒的信息传递给气溶胶质谱仪；(4)气溶胶质谱仪基于X射线荧光光谱仪传递过来的信息与n类颗粒的具体类别匹配，并视为目标溯源物；基于气溶胶质谱仪所得的目标溯源物的在线监测数据和源谱库，采用相似度算法，得出待测点位大气中目标溯源物的来源解析结果。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述重金属颗粒的质谱信息包括特征离子的信号强度、特征离子信号强度之间的比值。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述各重金属颗粒的质量浓度排放限值是根据国家标准、地方标准、行业标准或实际需求进行设置的。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述ART-2a法输入的是每个颗粒的质谱数据，输出的是每一个颗粒所属的类别，所述ART-2a法的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李梅，吴梦曦，成春雷，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东,44