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《陕西科技大学》 2012年
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红外光谱法预测渭河陕西段沉积物中重金属与有机质含量的研究

党楠  
【摘要】:随着近年来经济的迅速发展,渭河重金属污染问题日益严峻。重金属进入水体后,大多会富集在沉积物的矿物质或有机质上,并通过河流自身的沉淀以及絮凝作用,最终在沉积物中不断累积,随着外界条件的变化,被沉积物富集了的重金属会重新释放,进而会对渭河水体形成第二次污染。同时,由于其难降解、毒性强等特点,使其成为人们瞩目以及亟待解决的问题。而在渭河陕西段沉积物中,重金属含量没有达到光谱所能检出的最低浓度,因此,本文主要对红外光谱与重金属、有机质、矿物质之间的相关性进行分析,达到预测渭河陕西段沉积物中有机质、矿物质含量的目的。同时对重金属、有机质、矿物质三者之间的内部相关性进行分析,来实现利用红外光谱法间接预测无光谱特征的重金属含量的目的。本文的主要研究内容如下: 以渭河陕西段采集的23个沉积物样品为研究对象,通过对样品的可见光-近红外(VNIR)以及中红外(MIR)光谱数据进行预处理,并利用偏最小二乘回归(PLSR)法对样品中Ni,Cr,Cu, Zn,Pb、Cd等6种重金属元素以及有机质含量进行了预测,探讨了光谱预测重金属含量以及有机质含量的效果。同时利用PLSR法对不同范围的光谱数据预测有机质含量的效果进行分析,分析不同范围的波段对预测结果的影响。最终探讨了重金属、有机质、矿物质三者之间的内部相关性,以及利用有机质、矿物质含量预测重金属含量的效果进行了分析。分析结果表明: (1)重金属含量没能达到光谱检出的最低浓度,其与光谱数据间所建立的PLSR模型R2在0.1附近,且RMSEP(预测均方根误差)很大,模型均无有效性,因此,利用红外光谱不能达到预测重金属含量的目的。 (2)VNIR光谱经过基线校准、平滑处理以及一阶微分求导预处理后,其1849-1940nm范围的波段与有机质含量间所建立的PLSR模型R2为0.96,RMSE值很小,且经过交叉验证后R2能够达到0.90,RMSEP值与RMSEC值十分接近,模型有效,即具有很好的预测效果。 (3)MIR经过基线校准、平滑处理预处理后,其769.23~1218.03cm~(-1)范围内的波段与有机质含量间所建立的PLSR模型R2为0.88,RMSE值很小,且经过交叉验证后R~2能够达到0.81,RMSEP值与RMSEC值十分接近,模型有效,也具有很好的预测效果。 (4)矿物元素Fe含量与VNIR光谱中473nm的单波长建立的模型有效,Si与MIR光谱中的1438.86cm~(-1)建立的模型有效。说明矿物元素与光谱之间具有很好的相关性。而矿物元素中Fe含量与重金属含量无相关性,Si含量虽与有相关性,但不能很好的预测Pb、Ni的含量。即不能利用矿物元素的含量来预测重金属含量的目的。 (5)有机质含量与Cu、Cr、Zn三种重金属含量有很好的相关性,同时可以很好的预测Cu、Cr、Zn的含量,因此可以基于红外光谱预测有机质含量的模型,达到间接预测重金属含量的目的。
【学位授予单位】:陕西科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:X832;O657.33

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