紅外光譜法預(yù)測渭河陜西段沉積物中重金屬與有機(jī)質(zhì)含量的研究.pdf

1、隨著近年來經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,渭河重金屬污染問題日益嚴(yán)峻。重金屬進(jìn)入水體后,大多會(huì)富集在沉積物的礦物質(zhì)或有機(jī)質(zhì)上,并通過河流自身的沉淀以及絮凝作用,最終在沉積物中不斷累積,隨著外界條件的變化,被沉積物富集了的重金屬會(huì)重新釋放,進(jìn)而會(huì)對渭河水體形成第二次污染。同時(shí),由于其難降解、毒性強(qiáng)等特點(diǎn),使其成為人們矚目以及亟待解決的問題。而在渭河陜西段沉積物中,重金屬含量沒有達(dá)到光譜所能檢出的最低濃度,因此,本文主要對紅外光譜與重金屬、有機(jī)質(zhì)、礦物質(zhì)之

2、間的相關(guān)性進(jìn)行分析,達(dá)到預(yù)測渭河陜西段沉積物中有機(jī)質(zhì)、礦物質(zhì)含量的目的。同時(shí)對重金屬、有機(jī)質(zhì)、礦物質(zhì)三者之間的內(nèi)部相關(guān)性進(jìn)行分析,來實(shí)現(xiàn)利用紅外光譜法間接預(yù)測無光譜特征的重金屬含量的目的。本文的主要研究內(nèi)容如下:
　　 以渭河陜西段采集的23個(gè)沉積物樣品為研究對象,通過對樣品的可見光.近紅外(VNIR)以及中紅外(MIR)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,并利用偏最小二乘回歸(PLSR)法對樣品中Ni,Cr,Cu,Zn,Pb、Cd等6種重金屬

3、元素以及有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行了預(yù)測,探討了光譜預(yù)測重金屬含量以及有機(jī)質(zhì)含量的效果。同時(shí)利用PLSR法對不同范圍的光譜數(shù)據(jù)預(yù)測有機(jī)質(zhì)含量的效果進(jìn)行分析,分析不同范圍的波段對預(yù)測結(jié)果的影響。最終探討了重金屬、有機(jī)質(zhì)、礦物質(zhì)三者之間的內(nèi)部相關(guān)性,以及利用有機(jī)質(zhì)、礦物質(zhì)含量預(yù)測重金屬含量的效果進(jìn)行了分析。分析結(jié)果表明:
　　 (1)重金屬含量沒能達(dá)到光譜檢出的最低濃度,其與光譜數(shù)據(jù)間所建立的PLSR模型R2在0.1附近,且RMSEP(預(yù)測均方

4、根誤差)很大,模型均無有效性,因此,利用紅外光譜不能達(dá)到預(yù)測重金屬含量的目的。
　　 (2)VNIR光譜經(jīng)過基線校準(zhǔn)、平滑處理以及一階微分求導(dǎo)預(yù)處理后,其1849-1940nm范圍的波段與有機(jī)質(zhì)含量間所建立的PLSR模型R2為0.96,RMSE值很小,且經(jīng)過交叉驗(yàn)證后R2能夠達(dá)到0.90,RMSEP值與RMSEC值十分接近,模型有效,即具有很好的預(yù)測效果。
　　 (3)MIR經(jīng)過基線校準(zhǔn)、平滑處理預(yù)處理后,其769.23

5、～1218.03cm-1范圍內(nèi)的波段與有機(jī)質(zhì)含量間所建立的PLSR模型R2為0.88,RMSE值很小,且經(jīng)過交叉驗(yàn)證后R2能夠達(dá)到0.81,RMSEP值與RMSEC值十分接近,模型有效,也具有很好的預(yù)測效果。
　　 (4)礦物元素Fe含量與VNIR光譜中473mn的單波長建立的模型有效,Si與MIR光譜中的1438.86cm-1建立的模型有效。說明礦物元素與光譜之間具有很好的相關(guān)性。而礦物元素中Fe含量與重金屬含量無相關(guān)性,Si