【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于有机物监测领域，具体涉及一种森林生态系统天然源挥发性有机物监测方法。
技术介绍
1、天然源挥发性有机物是臭氧和二次有机气溶胶的重要前体物，其排放量大、化学活性强，能与众多化学物质发生反应，在大气光化学反应过程中具有重要作用。因此，测算天然源挥发性有机物在大气环境中的浓度，对大气环境治理具有重要意义。森林生态系统作为一种广泛分布的生态系统类型，其分布面积大、生物量高，是天然源挥发性有机物的主要来源，探明其排放特征可以为大气污染控制政策制定及大气环境质量改善提供有效的数据支撑。
2、目前常用的挥发性有机物监测方法大多是在个体水平开展的，主要为吸附式采集法。顶空采样法是最为常用的吸附式采集方法，根据采集过程中采集腔内气流的流动情况可分为静态顶空采样法和动态顶空采样法。静态顶空采样法是在封闭的采集腔中对植物组织挥发出的挥发性有机物进行采集，具有采样速度快、灵敏度高、操作方法简便等优点，但是该方法萃取效果受目标物浓度的影响较大，且难以对不明确的痕量挥发物组分进行结构判别。动态顶空采集法具有连续进气的气流系统，能够为挥发性有机物的富集提供足够的气体交换时间，同时减少水汽积聚带来的额外影响。但是，已有的监测方法多是在个体植株水平开展的，利用密闭容器将整棵植株或者枝条罩住，通过采集装置中的采集腔循环采样，监测某个具体植株的排放速率。然而植物排放的挥发性有机物进入空气后会迅速与其他化学物质发生反应，导致其浓度及化学成分均会发生变化，采用上述方法难以反映林内空气中的挥发性有机物浓度的真实情况。目前，针对生态系统水平的挥发性
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了森林生态系统天然源挥发性有机物监测方法，能够准确检测挥发性有机物的准确浓度。包括：
2、步骤1：根据目标区域植被分布特征，确定需要监测的森林生态系统植被类型，划定挥发性有机物采样区域的范围；
3、步骤2：在采样区域内布设挥发性有机物采集点和采集装置，所述采集装置布设位置应保证在预设半径范围内没有植物枝叶和植物主干并在采集期间避免被太阳直射；所述采集装置为开敞空间气体采集装置，其包括气泵、采样管、吸附管和连接管，其中将气泵与采样管连接，直接使用开敞空间作为虚拟采集腔，所述开敞空间气体采集装置不设置采集腔；
4、步骤3：对所述采集装置进行预处理并选择采样材料；
5、步骤4：选择合适的天气条件及环境条件通过所述开敞空间气体采集装置直接对环境大气中的气体样本进行采集，反映林内空气中挥发性有机物的真实浓度；
6、步骤5：对挥发性有机物进行定性分析，确定挥发性有机物种类，并对采集样品中的挥发性有机物进行定量分析；
7、步骤6：根据所述定量分析的结果，确定在所述森林生态系统中布设所述采集装置之间的相关度，根据所述相关度判断其布设位置是否合理，若不合理则调整所述采集装置的布设位置，重新确定挥发性有机物种类并进行定量分析。
8、特别地，所述步骤3中对所述采集装置进行预处理包括：每次采样前使用解析管处理器对所述吸附管进行活化，活化后将所述吸附管两端封严，用锡纸包裹好后放于低温、干燥、密闭的容器内待用；采样后对所述气路连接软管和采样袋用甲醇、乙酸乙酯和正己烷进行浸泡，并于通风、遮光环境中晾干至无味，封装备用。
9、特别地，所述步骤4中选择合适的天气条件及环境条件包括：样品的采集选择在植物生长旺盛期进行，并选择采集前几天及当天晴朗无风的天气。
10、特别地，所述步骤5中使用gcmssolution软件对得到的气相色谱质谱数据进行分析；对总离子流图中峰高大于基线噪声峰高3倍的色谱峰进行逐一筛选检索，根据对质谱图数据库的匹配检索确定化合物的种类。
11、特别地，所述步骤5中采用峰面积归一化方法对各采样管中不同组分含量百分比进行计算，计算公式为：
12、
13、其中，wai为采样管a中第i个挥发性有机物的相对含量，sai表示采样管a中第i个挥发性有机物的峰面积，sa表示该采样管a所有出峰物质的峰面积之和。
14、特别地，所述步骤5中森林生态系统林内空气中挥发性有机物的浓度表示为采集时间段内流经采样管气体中挥发性有机物的质量浓度，计算公式如下：
15、其中，pi为空气中挥发性有机物i的质量浓度，di为采样管富集到的物质i的质量，v为气泵的气体流速，t为采样时间点。
16、特别地，所述步骤5中采用以下公式根据多个采集装置的采集结果计算考虑位置效应后的挥发性有机物浓度：
17、
18、其中p′i，m表示第m个采集装置测量得到的考虑位置效应后的第i个挥发性有机物的质量浓度；g表示映射函数，用于综合各采集装置的效应；σ求和符号，表示对各采集装置的结果进行叠加；wm表示第m个采集装置的位置权重系数，可根据各采集装置与目标区域植被的水平距离设置权重系数，距离植被越近的采集装置，能够采集到的植物释放挥发性有机物的浓度越高，因此可以设置较大的位置权重，权重系数取值为0到1之间的小数，0表示无权重，1表示最大权重；pi，m表示第m个采集装置原始测量得到的第i个挥发性有机物的质量浓度；h为对原始浓度pi，m进行的映射转换函数，h＝(pi，m-pmin)/(pmax-pmin)；其中pmax和pmin分别为全样本的最小和最大浓度；映射函数g为多元回归方程，其可表示为w0为常数项，w1到wk为各阶项的回归系数，回归系数取值范围为0到1之间；映射转换函数h为归一化函数。
19、特别地，所述步骤6中，根据所述定量分析的结果，计算采样装置之间的相关度，包括：通过如下公式计算任意两个采样装置之间的相关度：
20、
21、其中p′j，ma表示第j个挥发性有机物在第ma个采样装置的质量浓度，p′j，mb表示第j个挥发性有机物在第mb个采样装置的质量浓度；pma，mb表示任意两个采样装置ma和mb，在时间点t下的相关度；g表示第ma个采样装置和第mb个采样装置之间的相关性函数，fma和fmb分别表示采样装置ma和采样装置mb的特征向量，其可以作为各种有机物的浓度测量值向量；||fma||、||fmb||分别表示特征向量fma和fmb的模长，其分别表示为：
22、
23、
24、s表示时间点个数，n表示所述采样装置的个数；
25、相关性函数g中，|p′j，ma-p′j，mb|表示两点浓度测量值的差值，反映两点在该第j个挥发性有机物上的一致性；wtime(t)表示采样时间点t的权重，在0到1之间；可以给不同时间设置不同权重，数值越大表示时间点t越重要，σ表示控制衰减速率的带宽参数，反映了相关性衰减的速率，σ取值为0-1之间的小数，取值越小，相关性衰减越快；为指数衰减项，随本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种森林生态系统天然源挥发性有机物监测方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的森林生态系统天然源挥发性有机物监测方法，其特征在于，所述步骤3中对所述采集装置进行预处理包括：每次采样前使用解析管处理器对所述吸附管进行活化，活化后将所述吸附管两端封严，用锡纸包裹好后放于低温、干燥、密闭的容器内待用；采样后对气路连接软管和采样袋用甲醇、乙酸乙酯和正己烷进行浸泡，并于通风、遮光环境中晾干至无味，封装备用。
3.如权利要求1所述的森林生态系统天然源挥发性有机物监测方法，其特征在于，所述步骤4中选择合适的天气条件及环境条件包括：样品的采集选择在植物生长旺盛期进行，并选择采集前几天及当天晴朗无风的天气。
4.如权利要求1所述的森林生态系统天然源挥发性有机物监测方法，其特征在于，所述步骤5中使用GCMSsolution软件对得到的气相色谱质谱数据进行分析；对总离子流图中峰高大于基线噪声峰高3倍的色谱峰进行逐一筛选检索，根据对质谱图数据库的匹配检索确定化合物的种类。
5.如权利要求1所述的森林生态系统天然源挥发性有机物监测方法，其特征在于
6.如权利要求1所述的森林生态系统天然源挥发性有机物监测方法，其特征在于，所述步骤5中森林生态系统林内空气中挥发性有机物的浓度表示为采集时间段内流经采样管气体中挥发性有机物的质量浓度，计算公式如下：
7.如权利要求1所述的森林生态系统天然源挥发性有机物监测方法，其特征在于，所述步骤5中采用以下公式根据多个采集装置的采集结果计算考虑位置效应后的挥发性有机物浓度：
8.如权利要求7所述的森林生态系统天然源挥发性有机物监测方法，其特征在于，所述步骤6中，根据所述定量分析的结果，计算采样装置之间的相关度，包括：通过如下公式计算任意两个采样装置之间的相关度：
9.如权利要求8所述的森林生态系统天然源挥发性有机物监测方法，其特征在于，根据所述相关度判断其布设位置是否合理包括：计算所有所述采集装置之间的相关度R，组成相关性矩阵；对所述相关性矩阵进行统计分析，分别计算平均值、标准差、最大值或最小值，根据平均值、标准差、最大值或最小值之中的一种或几种组合判断所述采集装置之间布设位置是否合理。
...【技术特征摘要】
1.一种森林生态系统天然源挥发性有机物监测方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的森林生态系统天然源挥发性有机物监测方法，其特征在于，所述步骤3中对所述采集装置进行预处理包括：每次采样前使用解析管处理器对所述吸附管进行活化，活化后将所述吸附管两端封严，用锡纸包裹好后放于低温、干燥、密闭的容器内待用；采样后对气路连接软管和采样袋用甲醇、乙酸乙酯和正己烷进行浸泡，并于通风、遮光环境中晾干至无味，封装备用。
3.如权利要求1所述的森林生态系统天然源挥发性有机物监测方法，其特征在于，所述步骤4中选择合适的天气条件及环境条件包括：样品的采集选择在植物生长旺盛期进行，并选择采集前几天及当天晴朗无风的天气。
4.如权利要求1所述的森林生态系统天然源挥发性有机物监测方法，其特征在于，所述步骤5中使用gcmssolution软件对得到的气相色谱质谱数据进行分析；对总离子流图中峰高大于基线噪声峰高3倍的色谱峰进行逐一筛选检索，根据对质谱图数据库的匹配检索确定化合物的种类。
5.如权利要求1所述的森林生态系统天然源挥发性有机物监测方法，其特征在于，所述步骤5中...
【专利技术属性】
技术研发人员：张蔷，李令军，鹿海峰，刘保献，赵文慧，沈秀娥，陈韵如，李琪，王涵霖，
申请(专利权)人：北京市生态环境监测中心，
类型：发明
国别省市：
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