一种烟叶中重金属含量地域性分布的可视化方法_2

文档序号:9215732阅读:来源:国知局
含的信息由两部分组成:一部分是各指标变异程度上的差异信息,由 方差大小反映;另一部分是指标间相互影响程度上的相关信息,由相关系数矩阵表现。
[0052] 传统的数据标准化处理方法(zscore)将各指标的均值变为0,方差变为1,体现不 出变异程度上的差异。为了尽可能体现全国各县级产区重金属综合水平的差异,本发明采 用极差变换法进行数据无量纲化。
[0053] 确定评价指标的权重是综合评价中的关键问题,准确地赋权是获得科学合理的评 价结果的基础。赋权的方法较多,但大致分为主观法和客观法两类,主观法通过人为主观上 对各评价指标的重视程度来实现,它很大程度上取决于人的经验、知识和偏好,例如Delphi 法、层次分析法和专家评分法;客观法直接根据指标的原始数据信息,采用数理统计方法处 理并获得权重,例如,熵权法、标准离差法和CRITC法。
[0054] 本发明在构建技术方案时,选择了层次分析法和熵权法进行比较,信息论中,熵值 被用作系统无序程度的度量,信息熵越小,表明指标变异程度越大,提供的信息量越多,所 对应的权重也就越大,反之亦然。
[0055] 各重金属的熵值eij定义如下:
[0057]式中:
[0, 1],114为县级产区的总数量。
[0058] 则重金属元素权重ws计算公式如下:
[0059]
7为重金属的种类总数;
[0060]权重向量^= [0? 062, 0? 085, 0? 198, 0? 135, 0? 117, 0? 249, 0? 154]'
[0061] 计算得到各下标分别代表不同的数据无量纲方法与权重分析法的 组合,dc为极差变换-层次分析法,ds为极差变换-熵权法,me均值化法-层次分析法,为 ms为均值化法-熵权法,)的变异系数分别为:0. 613,0. 487,0. 526,0. 453。
[0062] 通过变异系数,可以明显的看到CVdc>CVmc>CVds>CV ms,即权重确定方法对综合评价 指标的影响比数据无量纲化方法大,且极差变换-层次分析法确定的综合评价指标pd。变异 程度最大,数据的离散程度最高,表现出了最强的特异性。
[0063] 本发明提供的综合评价指标较为灵活,同样适用于蔬菜和水果等农产品中重金属 的地域性研宄,随着人们对烟草(或蔬菜、水果)重金属的进一步关注,铜(Cu)、锌(Zn)、锡 (Sn)、钴(Co)、锑(Sb)或铋(Bi)等重金属元素也可以引入该评价指标中,权重确定方法同 样可以使用三标度-层次分析法。
[0064] (4)分别绘制单项评价指标和综合评价指标的地统计学分布图,得到重金属元素 的地域分布图。
[0065] 采用ArcGIS地统计学分析在大尺度上绘制烟叶重金属的单项评价指标和综合评 价指标的地统计学分布图,采用Kriging插值方法进行空间插值拟合,从地统计学分布图 中可以直接观察得出哪些区域烟草重金属水平较高,哪些区域较低,方便原料采购人员和 叶组配方人员进行查询和判断。
[0066] 地统计学地图可以预测未来新采样地点处的重金属含量水平,随着新采样点的加 入,插值结果也更加接近真实值。
[0067] 还包括步骤(5),依据单项评价指标和综合评价指标制定各县级产区烟叶重金属 风险等级的划分标准,按照该划分标准,判定各县级产区重金属风险等级。通过重金属风险 等级可以直观地看到各县级产区中烟叶的重金属水平和超标情况。
[0068] 还包括步骤(6),依据单项评价指标和综合评价指标的地统计学分布图,预测下一 年度各地区烟叶中的重金属含量。
[0069] 步骤(5)和步骤(6)并无先后顺序之分,可以相互调换先后顺序,也可以根据需 要,仅进行其中之一。
[0070] 利用本发明提供的方法获得的烟叶重金属含量的地域分布图的稳定期为一年,即 认为某地烟叶中的重金属含量水平在一年内是稳定的。因此,对烟叶中重金属含量进行预 测时,选取邻近的上一年度的数据相对准确,即将上一年度的烟叶重金属含量作为本年度 的烟叶重金属含量,方便原料采购人员以及叶组配方人员进行烟叶产地的选择。
[0071] 本发明烟叶中重金属含量地域性分布的可视化方法,利用单项评价指标和综合评 价指标,构建了烟叶中重金属含量的地统计学分布图,为卷烟工业企业原料采购和叶组配 方提供必要参考,并可以预测未来新取样地点处的取值,达到生产重金属低风险卷烟的目 的。
【附图说明】
[0072] 图1为本发明烟叶中重金属含量地域性分布的可视化方法的流程图;
[0073] 图2为重金属Cr的单项评价指标的地统计学分布图;
[0074] 图3为重金属Ni的单项评价指标的地统计学分布图;
[0075] 图4为重金属As的单项评价指标的地统计学分布图;
[0076] 图5为重金属Cd的单项评价指标的地统计学分布图;
[0077] 图6为重金属Se的单项评价指标的地统计学分布图;
[0078] 图7为重金属Hg的单项评价指标的地统计学分布图;
[0079] 图8为重金属Pb的单项评价指标的地统计学分布图;
[0080] 图9为重金属的综合评价指标的地统计学分布图。
【具体实施方式】
[0081] 下面结合附图,对本发明烟叶中重金属含量地域性分布的可视化方法做详细描 述。
[0082] 如图1所示,一种烟叶中重金属含量地域性分布的可视化方法,包括以下步骤:
[0083] (1)在全国主要省份的烟叶种植区域内,以县级产区为单位,利用ICP-MS检测各 县级产区中烟叶的各种重金属元素含量;
[0084] 以2011~2012年常规采购样品为例,评价全国12个省(包括一个直辖市:重 庆)114个县级产区2280个烟叶样品的重金属水平,将每个县级产区的烟叶种植区域划分 为50个同质组,然后从中随机选取20个待测同质组,每个待测同质组中随机选取3株烤烟 (每个待测同质组中的3株烤烟对应为一个烟叶样品),3株烤烟分别为种植面积普遍较大 的云烟87、K326和云烟85三个品种,每株烤烟分别选取上部叶(B2F)、中部叶(C3F)和下 部叶(X2F)三个部位利用ICP-MS进行重金属元素含量的测定,以每种重金属元素含量的平 均值作为相应县级产区中烟叶的该种重金属元素含量。
[0085] 以Cr为例,每个待测同质组中选取3株烤烟,每株烤烟分别选取上部叶、中部叶和 下部叶三个部位利用ICP-MS进行重金属元素含量的测定,即共获得9个Cr含量测定值,这 9个Cr含量测定值的平均值即为相应县级产区中烟叶的Cr含量。
[0086] 本【具体实施方式】中,以Cr、Ni、As、Cd、Hg、Se、Pb这七种重金属元素为例,进行单项 评价指标和综合评价指标的计算。
[0087] 利用ICP-MS检测重金属含量时的样品处理过程如下:
[0088] 将烟叶样本去梗,40°C烘干2h,粉碎后过40目筛。准确称取试样0. 2500g,依次加 入5mL硝酸、2mL双氧水通过微波消解仪消解后,用超纯水定容至50mL后静置过夜,用同样 的方法制备试剂空白(不加烟叶)。待测液用电感耦合等离子体质谱仪分析测定,每个样 品做两个平行,并以国家有证标准物质(CEM)灌木枝叶(GBW07602)进行准确度和精密度监 控。
[0089] (2)计算每个县级产区中每种重金属元素含量的单项评价指标,单项评价指标的 计算方法如下:
[0091] 式
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