PM2.5水溶性离子成分的红外光谱定量分析方法研究

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大气颗粒物PM2.5由于粒径小、比表面积大、易携带有毒有害物质,在大气中存在时间长、输送距离远、污染范围广等特性给环境及人体健康都带来了一定的影响,水溶性离子作为其主要化学成分,对大气环境污染及人类健康影响贡献显著,已经成为全球颗粒物污染的研究重点。  国内外对PM2.5水溶性离子组分的检测方法主要有离子色谱技术、红外光谱技术等,傅里叶变换红外光谱技术作为一种光学检测方法,由于其具有频带宽、通量大、可多组分同时测量等优势,国外已经开展利用FTIR光谱技术对大气颗粒物PM2.5化学组成的研究工作,且近几年随着化学计量学的不断发展,该技术也相应的得到了快速发展,但是国内尚鲜有报道。  本文采用傅里叶变换红外光谱技术对大气颗粒物PM2.5样品中SO42-、NO3-和NH4+三种水溶性离子进行定量分析研究。首先,研究SO42-、NO3-和NH4+三种水溶性离子的红外光谱特征,采用单变量线性最小二乘法和多元变量PLS法对单组分和多组分三种待测离子进行定量分析;采用标准加入法研究大气颗粒物PM2.5样品中三种水溶性离子的定量分析方法,消除颗粒物中背景基体的干扰,分别采用线性最小二乘法和PLS多元变量算法对三种待测离子的定量分析结果进行研究,并研究三种离子的定量分析过程对外界环境湿度的敏感性,研究不同外界环境湿度条件下三种离子的定量分析结果。  其次,研究去除颗粒物PM2.5样品中非水溶性物质的未知干扰后三种水溶性离子的红外光谱特征,将三种离子的红外透射光谱数据与IC法测量得到的含量化学值相关联,采用多元变量算法PLS法建立了三种待测离子的定量分析模型,研究颗粒物PM2.5样品中SO42-、NO3-和NH4+三种水溶性离子的含量,并研究不同光谱预处理方法、参与模型建立的不同光谱波段范围及不同平滑点数对定量分析模型预测精度的影响。  再次研究存在背景基体干扰时大气颗粒物PM2.5样品中SO42-、NO3-和NH4+三种待测目标离子的FTIR-ATR光谱特征,采用IC技术测量其三种水溶性离子的含量化学值,采用PLS多元变量算法将三种待测离子的红外光谱数据与含量化学值相关联建立定量分析模型,利用所建立的定量分析模型对未知颗粒物PM2.5样品中三种水溶性离子进行预测,计算其含量;研究不同光谱预处理方法、参与模型的建立的不同波段范围及不同平滑点数对模型预测精度的影响。  最后,采用建立的PLS定量分析模型对河南省郑州市的大气颗粒物PM2.5中三种水溶性离子的含量进行预测分析,并将预测结果与IC法测量结果进行对比,研究所建立的定量分析模型的预测准确度;通过研究三种离子的浓度序列分析了其污染特性并对其来源进行初步解析。
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