本發(fā)明屬于空氣質(zhì)量管理，尤其涉及一種基于有機(jī)分子標(biāo)志物在線觀測的有機(jī)氣溶膠源解析方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、大氣污染來源解析是大氣污染物的來源定量識(shí)別，提出針對性大氣污染防治方案的重要前提。目前，大氣pm2.5源解析方法通常包括基于水溶性無機(jī)離子、無機(jī)元素或大類的有機(jī)物的pmf(positive?matrix?factorization)受體模型法，及排放清單法、源擴(kuò)散模型法。然而現(xiàn)有的源解析方法(包括pmf受體模型)中并沒有一個(gè)方法能夠?qū)⒂袡C(jī)氣溶膠作精確到單一化合物的精細(xì)化信息的源解析，同時(shí)缺乏多種類、高時(shí)間分辨率的有機(jī)氣溶膠濃度的源解析，這在一定程度上限制了人們對大氣有機(jī)氣溶膠來源的認(rèn)識(shí)，也進(jìn)一步阻礙了政府對大氣污染防控的科學(xué)化和精準(zhǔn)化的發(fā)展。

2、隨著大氣污染防控工作的持續(xù)深化，因此，對作為大氣pm2.5中重要組成的有機(jī)氣溶膠開展精細(xì)化、實(shí)時(shí)在線源解析的需求越來越迫切。將有機(jī)氣溶膠有機(jī)分子標(biāo)志物的高時(shí)間分辨率率在線實(shí)時(shí)測量的濃度數(shù)據(jù)，用于提升有機(jī)氣溶膠源解析的科學(xué)性和精準(zhǔn)度，做到精準(zhǔn)溯源，可為大氣污染防控和空氣質(zhì)量管理提供更加科學(xué)和精準(zhǔn)的依據(jù)。

3、通過上述分析，現(xiàn)有源解析技術(shù)存在的問題及缺陷為：

4、(1)現(xiàn)有有機(jī)氣溶膠源解析技術(shù)缺乏將定量化的有機(jī)氣溶膠單一化合物濃度數(shù)據(jù)作為輸入，參與到大氣污染物的受體模型源解析中。

5、(2)現(xiàn)有源解析技術(shù)缺乏包含多類氣溶膠有機(jī)化合物、高時(shí)間分辨率的有機(jī)氣溶膠的有機(jī)分子標(biāo)志物的在線實(shí)時(shí)觀測的濃度信息。

6、解決以上技術(shù)問題及缺陷的難度為：有機(jī)氣溶膠種類繁多，而且有機(jī)氣溶膠在大氣中持續(xù)經(jīng)歷著化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致一般儀器和技術(shù)很難捕捉到有機(jī)氣溶膠分子級(jí)的精準(zhǔn)測量信息，這也是國際上通用的難點(diǎn)，此外，現(xiàn)有的pm2.5及有機(jī)氣溶膠的源解析技術(shù)中缺乏高分辨率實(shí)時(shí)測量的有機(jī)氣溶膠的有機(jī)分子的濃度信息，導(dǎo)致無法對有機(jī)氣溶膠的來源進(jìn)行精準(zhǔn)源解析。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種基于有機(jī)分子標(biāo)志物在線觀測的有機(jī)氣溶膠源解析方法及系統(tǒng)。

2、本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于有機(jī)分子標(biāo)志物在線觀測的有機(jī)氣溶膠源解析方法包括：

3、步驟1，搭建主要包括熱脫附氣溶膠氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀、高純氦氣輸出裝置以及采樣頭等在內(nèi)的有機(jī)氣溶膠高時(shí)間分辨率在線監(jiān)測系統(tǒng)裝置；

4、步驟2，配制定性和定量各類有機(jī)分子標(biāo)志物所需的溶劑、內(nèi)標(biāo)溶液、外標(biāo)溶液以及衍生化試劑；

5、步驟3，基于熱脫附氣溶膠氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀對目標(biāo)有機(jī)分子標(biāo)志物作小時(shí)分辨率連續(xù)在線觀測；

6、步驟4，對有機(jī)分子標(biāo)志物濃度在線小時(shí)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，結(jié)合pm2.5常規(guī)組分濃度數(shù)據(jù)，通過pmf受體模型，獲得有機(jī)氣溶膠的源解析結(jié)果。

7、進(jìn)一步，搭建能夠測量特定有機(jī)分子的小時(shí)高時(shí)間分辨率原位儀器，即熱脫附氣溶膠色譜質(zhì)譜聯(lián)用系統(tǒng)，及高純氦氣輸出裝置在內(nèi)的有機(jī)氣溶膠在線監(jiān)測系統(tǒng)裝置，高時(shí)間分辨率在線觀測儀器的連接方式包括通氣/液管路連接和控制線路連接。

8、進(jìn)一步，小時(shí)高時(shí)間分辨率測量的各類有機(jī)分子標(biāo)志物的濃度。這些有機(jī)分子包括糖類、正構(gòu)烷烴、含氧酸、芳香酸、多環(huán)芳烴、二元酸、脂肪酸、藿烷以及二次有機(jī)氣溶膠示蹤物等。具體有機(jī)分子標(biāo)志物包括但不限于正十九～正三十四烷、αβ-藿烷、αβ-降藿烷、17α(h)-22,29,30-三降藿烷、芴、菲、蒽、熒蒽、芘、1,2-苯并[a]蒽、(1,2,5,6-二苯并萘)、苯并(b)熒蒽、苯并(k)熒蒽、苯并(a)芘、二苯并[a.h]蒽、苯并(g,h,i)苝、茚并(1,2,3-cd)芘、膽固醇、油酸/十八烯酸、十六烷酸/棕櫚酸/軟脂酸、十八烷酸/硬脂酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、左旋葡聚糖、甘露醇、蔗糖、甘露聚糖、d-無水葡萄糖、甘油(丙三醇)、對苯二甲酸、鄰苯二甲酸、間苯二甲酸、丁香酸、4-羥基苯甲酸、3-三羥基苯甲酸、蘋果酸、酒石酸、2-甲基甘油酸、3-甲基-1,2,3-丁基三羧酸、2,3-二羥基-4-氧代戊酸、蒎酸、蒎酮酸這61種物質(zhì)。

9、進(jìn)一步，將有機(jī)分子標(biāo)志物高時(shí)間分辨率實(shí)時(shí)在線觀測并分析得到的濃度數(shù)據(jù)，與pm2.5常規(guī)組分濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，一起作為輸入數(shù)據(jù)，進(jìn)行pmf受體模型模擬，獲得大氣有機(jī)氣溶膠的精準(zhǔn)和科學(xué)的源解析結(jié)果的方法。

10、進(jìn)一步，所述步驟1搭建主要包括熱脫附氣溶膠氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀、高純氦氣輸出裝置以及采樣頭等在內(nèi)的有機(jī)氣溶膠在線監(jiān)測系統(tǒng)裝置，連接方式包括通氣/液管路連接和控制線路連接。

11、進(jìn)一步，所述步驟2定性和定量的各類有機(jī)分子標(biāo)志物為糖類、正構(gòu)烷烴、含氧酸、芳香酸、多環(huán)芳烴、二元酸、脂肪酸、藿烷以及二次有機(jī)氣溶膠；

12、配制定性和定量的各類有機(jī)分子標(biāo)志物所需的溶劑為將乙腈與二氯甲烷以體積比1：4混合所得；

13、將高濃度糖類、正構(gòu)烷烴、含氧酸、芳香酸、多環(huán)芳烴、二元酸、脂肪酸、藿烷以及二次有機(jī)氣溶膠示蹤物內(nèi)標(biāo)試劑作稀釋處理，通常稀釋至500～1000ppm左右；

14、將高濃度糖類、正構(gòu)烷烴、含氧酸、芳香酸、多環(huán)芳烴、二元酸、脂肪酸、藿烷以及二次有機(jī)氣溶膠標(biāo)志物溶解或稀釋至所需質(zhì)量濃度；

15、配制定性和定量的各類有機(jī)分子標(biāo)志物所需的衍生化試劑為n-甲基-n-(三甲基硅烷)三氟乙酰胺。

16、所述步驟3包括通過帶有不同粒徑切割頭的旋風(fēng)分離器采集環(huán)境空氣顆粒物樣品到熱脫附氣溶膠氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀；通過多通道碳脫除器有效地去除氣相化合物，確定氣相與顆粒相的分離；環(huán)境空氣樣品通過加濕和慣性碰撞的方法收集到熱解吸室中；樣品被熱解吸后隨氦氣轉(zhuǎn)移到氣相色譜柱；用四極質(zhì)譜儀和火焰離子化檢測器進(jìn)行檢測得到初始觀測數(shù)據(jù)。

17、所述步驟4包括利用gc/ms轉(zhuǎn)化器軟件將初始數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化為cdf格式；利用igorpro軟件處理cdf格式文件得到樣品峰面積；采用內(nèi)標(biāo)法建立校準(zhǔn)曲線；將實(shí)際觀測得到的樣品峰面積數(shù)據(jù)導(dǎo)入到校準(zhǔn)曲線得到分子標(biāo)志物濃度數(shù)據(jù)；

18、利用igorpro軟件處理cdf格式文件的方式為積分求解得到樣品峰面積；

19、采用內(nèi)標(biāo)法建立校準(zhǔn)曲線的方法為對不同量的外標(biāo)溶液和定量的內(nèi)標(biāo)溶液作分析處理，得到校準(zhǔn)曲線；

20、不同量的外標(biāo)溶液以外標(biāo)溶液的體積倍數(shù)劃分，例如1微升、2微升、3微升……；

21、將有機(jī)氣溶膠測量及分子標(biāo)志物小時(shí)濃度數(shù)據(jù)，與其他pm2.5常規(guī)組分濃度數(shù)據(jù)一起作為輸入數(shù)據(jù)，采用pmf受體模型進(jìn)行觀測站點(diǎn)的有機(jī)氣溶膠的源解析。

22、本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于有機(jī)分子標(biāo)志物在線觀測的有機(jī)氣溶膠源解析系統(tǒng)，包括：

23、搭建模塊，用于搭建主要包括熱脫附氣溶膠氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀、高純氦氣輸出裝置以及采樣頭等在內(nèi)的有機(jī)氣溶膠高時(shí)間分辨率在線監(jiān)測系統(tǒng)裝置；

24、配制模塊，用于配制定性和定量各類有機(jī)分子標(biāo)志物所需的溶劑、內(nèi)標(biāo)溶液、外標(biāo)溶液以及衍生化試劑；

25、觀測模塊，用于基于熱脫附氣溶膠氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀對目標(biāo)有機(jī)分子標(biāo)志物作小時(shí)分辨率連續(xù)在線觀測；

26、分析處理模塊，用于對有機(jī)分子標(biāo)志物濃度在線小時(shí)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，結(jié)合pm2.5常規(guī)組分濃度數(shù)據(jù)，通過pmf受體模型，獲得有機(jī)氣溶膠的源解析結(jié)果。

27、結(jié)合上述技術(shù)方案和解決的技術(shù)問題，本發(fā)明所要保護(hù)的技術(shù)方案所具備的優(yōu)點(diǎn)及積極效果為：

28、第一、本發(fā)明采用最新研制的國際上最先進(jìn)的熱脫附氣溶膠氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀用來氣溶膠有機(jī)分子標(biāo)志物的高分辨率在線實(shí)時(shí)濃度觀測的儀器，實(shí)現(xiàn)對有機(jī)氣溶膠分子標(biāo)志物濃度的高時(shí)間分辨率在線實(shí)時(shí)觀測測量。然后，在原有水溶性無機(jī)離子、無機(jī)元素等物質(zhì)的基礎(chǔ)上，通過增加這些具有高識(shí)別度的基于高時(shí)間分辨率在線實(shí)時(shí)觀測所獲得的有機(jī)氣溶膠有機(jī)分子標(biāo)志物的濃度數(shù)據(jù)，利用pmf受體模型對有機(jī)氣溶膠進(jìn)行來源解析，得到更加科學(xué)、精準(zhǔn)及豐富的定量源解析結(jié)果，為大氣環(huán)境質(zhì)量管理提出更加科學(xué)和精準(zhǔn)的防控建議。

29、本發(fā)明提供一種建立基于有機(jī)分子標(biāo)志物高時(shí)間分辨率在線觀測的有機(jī)氣溶膠源解析方法，通過采用國際上最新研制的最先進(jìn)的熱脫附氣溶膠氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，實(shí)現(xiàn)對有機(jī)氣溶膠分子標(biāo)志物濃度的高時(shí)間分辨率在線實(shí)時(shí)觀測測量的方法，通過在原有pm2.5常規(guī)組分濃度數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，增加這些具有高識(shí)別度的基于高時(shí)間分辨率在線實(shí)時(shí)觀測所獲得的有機(jī)氣溶膠有機(jī)分子標(biāo)志物的濃度數(shù)據(jù)，利用pmf受體模型，實(shí)現(xiàn)對有機(jī)氣溶膠進(jìn)行精準(zhǔn)和科學(xué)的來源解析的方法。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)對大氣有機(jī)氣溶膠來源的精準(zhǔn)識(shí)別，科學(xué)定量的源解析，得到更加科學(xué)、精準(zhǔn)及豐富的定量源解析結(jié)果，為大氣環(huán)境質(zhì)量管理提出更加科學(xué)和精準(zhǔn)的防控建議，為政府部門的大氣環(huán)境質(zhì)量管理提供重要的科技支撐。

30、第二、本發(fā)明的技術(shù)方案主要針對現(xiàn)有技術(shù)中有機(jī)氣溶膠源解析過程中存在的問題進(jìn)行了改進(jìn)，并且取得了顯著的技術(shù)進(jìn)步，具體體現(xiàn)在以下方面：

31、現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題：

32、傳統(tǒng)的有機(jī)氣溶膠源解析方法通常依賴離線采樣和實(shí)驗(yàn)室分析，這些方法存在時(shí)間分辨率低(以天計(jì)的分辨率)、數(shù)據(jù)滯后、操作復(fù)雜等問題，難以捕捉到有機(jī)氣溶膠在環(huán)境中快速變化的動(dòng)態(tài)信息。此外，通過氣溶膠質(zhì)譜儀(ams)也可以進(jìn)行在線測量獲得有機(jī)氣溶膠數(shù)據(jù)進(jìn)而進(jìn)行源解析，但是它們的有機(jī)氣溶膠濃度數(shù)據(jù)是基于大類物質(zhì)混合體，例如(與生物質(zhì)燃燒有關(guān)的氣溶膠，與燃煤有關(guān)的氣溶膠等)，而不是基于分子級(jí)別的，無法對有機(jī)分子標(biāo)志物(分子級(jí)別)進(jìn)行定性和定量，影響源解析結(jié)果的精確性。同時(shí)，現(xiàn)有的監(jiān)測技術(shù)往往無法實(shí)時(shí)監(jiān)測分子級(jí)別的有機(jī)氣溶膠分子標(biāo)志物并解析有機(jī)氣溶膠的來源，缺乏對復(fù)雜大氣環(huán)境中紛繁復(fù)雜有機(jī)氣溶膠成分的有效識(shí)別。

33、技術(shù)方案取得的顯著進(jìn)步：

34、1、本發(fā)明通過引入高時(shí)間分辨率的在線監(jiān)測系統(tǒng)，顯著提升了有機(jī)氣溶膠源解析的時(shí)效性和精確性。該系統(tǒng)利用熱脫附有機(jī)氣溶膠氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，可以實(shí)現(xiàn)對有機(jī)氣溶膠的分子標(biāo)志物的連續(xù)小時(shí)分辨率在線觀測，捕捉到有機(jī)氣溶膠濃度的動(dòng)態(tài)變化。這種高時(shí)間分辨率的監(jiān)測方法避免了傳統(tǒng)離線分析的滯后性，確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和連續(xù)性，極大提高了源解析的準(zhǔn)確度。

35、2、通過優(yōu)化定性和定量試劑的配制方法，包括內(nèi)標(biāo)溶液、外標(biāo)溶液及衍生化試劑，本發(fā)明增強(qiáng)了對有機(jī)分子標(biāo)志物的檢測靈敏度和分辨率。內(nèi)標(biāo)和外標(biāo)的應(yīng)用不僅校正了分析過程中的誤差，還通過標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立確保了定量分析的精度。衍生化試劑的使用則提高了標(biāo)志物在氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀中的檢測性能，使得在復(fù)雜樣品基質(zhì)中的微量成分也能夠被準(zhǔn)確識(shí)別和量化。

36、3、本發(fā)明利用pmf(正定矩陣因子化)受體模型，結(jié)合pm2.5常規(guī)組分濃度數(shù)據(jù)，進(jìn)行有機(jī)氣溶膠的源解析。這種方法通過數(shù)據(jù)的多維度分析，能夠準(zhǔn)確識(shí)別出污染源并量化其貢獻(xiàn)率。相比傳統(tǒng)方法，本發(fā)明在復(fù)雜環(huán)境條件下提高了源解析的可靠性和科學(xué)性，為環(huán)境監(jiān)測和污染控制提供了更為準(zhǔn)確的依據(jù)。

37、綜上所述，本發(fā)明的技術(shù)方案有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中在線監(jiān)測精度低、難以獲取分子級(jí)別的有機(jī)氣溶膠來源信息、時(shí)間分辨率差、有機(jī)氣溶膠源解析不準(zhǔn)確等問題，顯著提升了有機(jī)氣溶膠源解析的效率和準(zhǔn)確度，為環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用提供了重要的技術(shù)進(jìn)步。