色谱和质谱联用的分析方法、装置、存储介质及电子设备与流程

本发明属于大气环境监测，具体涉及色谱和质谱联用的分析方法、装置、存储介质及电子设备。

背景技术：

1、随着城市化的加速发展，城市中的工业、交通和居民活动释放的污染物大大增加，导致空气质量每况愈下，为了准确了解大气空气状态，评估空气质量，及时警示人们有关健康风险，有必要进行空气质量监测。

2、由于工业发展和交通流量的增加导致了大气中污染物种类和来源的复杂性增加，这对空气质量监测的定性和定量要求提高，为了满足对空气质量监测的需求，现阶段一般采用色谱和质谱联用的方式进行监测，但现有技术的监测过程存在以下缺陷：1、利用色谱和质谱联用方式进行空气质量监测的首要操作就是对目标区域进行采样点布设，而现有技术中采样点选取为了追求采样点对目标区域的全覆盖一般会选取较高的高度进行采样点布设，忽略了气象状态对污染物的分布影响，导致采样点布设不合理，容易造成有些采样点的采样结果不能准确反映实际污染状况，进而对空气质量的整体分析结果引入较大误差，不利于空气质量的精准分析，同时维护和操作位于较高位置的空气采样也可能增加采样成本和操作难度。

3、2、在利用色谱和质谱联用方式进行空气组分显示时会由于仪器问题、样品制备不当或其他技术问题使空气质谱图谱中出现异常质谱峰，而现有技术在监测过程中未关注异常质谱峰，导致异常质谱峰未及时识别，这容易对监测结果的解释和数据的可靠性产生负面影响，除此之外，异常质谱峰可能是来自未知的污染源，如果不加以关注和处理，可能导致对真正污染源的误判或错过对环境污染源的有效监测。

技术实现思路

1、为此，本技术实施例的一个目的在于提供色谱和质谱联用的分析方法、装置、存储介质及电子设备，有效解决了背景技术提到的问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：本发明的第一方面提供色谱和质谱联用的分析方法，包括以下步骤：（1）在目标区域进行采样点布设，并在选取之后进行空气采样。

3、（2）将各采样点的空气样品进行预处理。

4、（3）将预处理后的空气样品通过进样口引入气相色谱仪进行气体组分分离，并在引入过程中调整气相色谱仪的工作温度。

5、（4）将被分离的气体组分通过色谱柱后进入质谱仪，生成各采样点对应空气样品的质谱图谱。

6、（5）将各采样点对应空气样品的质谱图谱与质谱数据库中的标准谱进行对比，得到各采样点对应空气样品中的气体组分信息和异常检测信息。

7、（6）利用各采样点对应空气样品中的气体组分信息分析各采样点的空气质量情况。

8、（7）基于各采样点对应空气样品中的异常检测信息分析空气质量检测异常情况。

9、（8）基于各采样点的空气质量情况确定目标区域的空气污染分布特征。

10、（9）将各采样点的空气质量情况、空气质量检测异常情况和目标区域的空气污染分布特征传输至环境监测中心，进行集中显示。

11、根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述在目标区域进行采样点布设的实施过程如下：定位目标区域所在位置，由此从目标区域所在位置的气象中心获取目标区域的当前气象条件，具体包括温度和风速。

12、将目标区域的当前气象条件结合参考库中常温和常态风速下污染物的参考滞留高度计算目标区域对应的当前污染物滞留高度，具体计算公式为，式中表示为目标区域对应的当前污染物滞留高度，、分别表示为目标区域的当前温度、当前风速，、分别表示为常温、常态风速，表示为常温和常态风速下污染物的滞留高度，表示为预设的温度权重因子。

13、将目标区域对应的当前污染物滞留高度进行等间距划分，得到各高度层，进而在各高度层所在平面均匀选取若干点，得到各采样点，并将各采样点按照预设的顺序进行编号。

14、根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述在引入过程中调整气相色谱仪的工作温度具体如下操作：从参考库中提取空气中各气体组分的适宜挥发温度区间，并将其进行交集处理，得到重叠适宜挥发温度区间。

15、统计重叠适宜挥发温度区间中存在的温度值数量，若温度值只有一个，则按照该温度值调整气相色谱仪的工作温度，若温度值不只一个，则将重叠适宜挥发温度区间进行温度划分，并将划分的温度节点按照由低到高的顺序进行排列。

16、按照温度节点的排列顺序调整气相色谱仪的工作温度，使其符合各温度节点，进而在调整之后观察色谱图中是否出现挥发物质，若在某温度节点时色谱图中未出现挥发物资，则提取该温度节点对应的下个温度节点进行工作温度调整，直至某温度节点下色谱图中出现挥发物质，停止对气相色谱仪的工作温度调整。

17、根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述气体组分信息包括气体成分种类及各成分气体的浓度，异常检测信息包括异常质谱峰的位置和强度，其中异常检测信息的获取过程如下：将各采样点对应空气样品的质谱图谱与质谱数据库中的标准谱按照质谱峰的形状进行匹配，进而在各采样点对应空气样品的质谱图谱标记出未匹配成功的质谱峰，记为异常质谱峰，进而提取异常质谱峰的位置和强度。

18、根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述各采样点的空气质量情况分析过程如下：将各采样点对应空气样品中的气体组分信息与参考库中空气中各气体组分的正常浓度进行对比，通过分析公式，得到各采样点的空气质量系数，式中表示为采样点的编号，，表示为第采样点对应空气样品中第种气体成分的浓度，表示为气体成分编号，，表示为气体成分的数量，表示为空气中第气体组分的正常浓度，表示为第气体组分对应空气质量的影响因子，表示为自然常数。

19、根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述空气质量检测异常情况的分析过程如下：从异常检测信息中提取异常质谱峰的位置，由此将各采样点对应空气样品中异常质谱峰的位置进行重合对比，统计重合的异常质谱峰数量及重合异常质谱峰中各异常质谱峰的强度。

20、通过表达式计算出空气质量检测异常指数，式中表示为重合的异常质谱峰数量，表示为各采样点对应空气样品中异常质谱峰的总数量，、分别表示为重合异常质谱峰中的最高强度、最低强度，表示为重合异常质谱峰中各异常质谱峰的强度累和。

21、根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述空气污染分布特征包括空气污染程度、重点空气污染分布高度层，其中目标区域的空气污染分布特征确定过程如下：将各采样点的空气质量系数进行对比，从中选取最大空气质量系数和最小空气质量系数，利用表达式，

22、得到目标区域的空气质量分化度。

23、将目标区域的空气质量分化度与设置的限定分化度进行对比，若目标区域的空气质量分化度小于或等于限定分化度，则将各采样点的空气质量系数进行均值计算，进而将计算结果作为基础空气质量系数，反之则从各采样点的空气质量系数中选取中位空气质量系数作为基础空气质量系数。

24、以采样点的编号为横坐标，以空气质量系数为纵坐标，构建二维坐标系，由此针对各采样点的空气质量系数在所构建的二维坐标系中标注若干点，形成空气质量散点图，并对散点图进行回归线绘制，进而获取回归线的斜率。

25、将基础空气质量系数结合空气质量散点图对应回归线的斜率计算目标区域的空气污染程度，具体计算公式为，式中表示为基础空气质量系数，表示为空气质量散点图对应回归线的斜率。

26、将属于同一高度层的采样点进行归类，由此将各高度层对应所有采样点的空气质量系数进行均值计算，得到各高度层的平均空气质量系数，并进行相互对比，从中选取最小平均空气质量系数的高度层作为重点空气污染分布高度层。

27、本发明的第二方面提出色谱和质谱联用的分析装置，包括以下模块：空气采样模块，用于在目标区域进行采样点选取，并在选取之后进行空气采样。

28、空气样品预处理模块，用于将各采样点的空气样品进行预处理。

29、空气样品色谱分离模块，用于将预处理后的空气样品通过进样口引入气相色谱仪进行气体组分分离，并在引入过程中调整气相色谱仪的工作温度。

30、空气样品质谱图谱生成模块，用于将被分离的气体组分通过色谱柱后进入质谱仪，生成各采样点对应空气样品的质谱图谱。

31、气体组分识别模块，用于将各采样点对应空气样品的质谱图谱与质谱数据库中的标准谱进行对比，得到各采样点对应空气样品中的气体组分信息和异常检测信息。

32、空气质量分析模块，用于利用各采样点对应空气样品中的气体组分信息分析各采样点的空气质量情况。

33、空气质量检测异常分析模块，用于基于各采样点对应空气样品中的异常检测信息分析空气质量检测异常情况。

34、参考库，用于存储常温和常态风速下污染物的参考滞留高度，存储空气中各气体组分的适宜挥发温度区间，存储空气中各气体组分的正常浓度。

35、空气污染分布特征确定模块，用于基于各采样点的空气质量情况确定目标区域的空气污染分布特征。

36、分析显示终端，用于将各采样点的空气质量情况、空气质量检测异常情况和目标区域的空气污染分布特征在环境监测中心的显示终端显示。

37、本发明的第三方面提出一种存储介质，所述存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如本发明所述的色谱和质谱联用的分析方法中的步骤。

38、本发明的第四方面提出一种电子设备，所述设备包括处理器、存储器及通信总线，所述存储器上存储有可被所述处理器执行的计算机可读程序。

39、所述通信总线实现处理器与存储器之间的连接通信。

40、所述处理器执行所述计算机可读程序时实现如本发明所述的色谱和质谱联用的分析方法中的步骤。

41、与现有技术相比，本发明所具备的优点为：1、本发明通过从气象中心获取目标区域的当前气象条件，由此预测目前区域对应的当前污染物滞留高度，进而据此进行高度层划分和采样点选取，实现了空气采样点的合理布设，避免过度追求较高位置的空气采样，使得采样结果能够准确反映目标区域的实际污染状况，有利于空气质量的精准分析，同时也在一定程度上降低了采样成本和操作难度。

42、2、本发明在将采样的空气样品引入气相色谱仪和质谱仪得到质谱图谱时通过质谱图谱与标准谱进行对比，不仅能够识别出气体组分信息，还进行异常质谱峰识别，从而针对异常质谱峰分析空气质量监测异常情况，体现了对异常质谱峰的关注，大大降低了现有技术中因为及时识别异常质谱峰对监测结果可靠性产生的负面影响，同时还便于监测人员根据空气质量监测异常情况进行针对性处理，能够避免出现对真正污染源的误判，有利于保障环境污染源的及时有效监测。

43、3、本发明在将采样的空气样品引入气相色谱仪进行气体组分分离时，通过获取空气中各气体组分的适宜挥发温度区间，将其作为气相色谱仪工作温度的调节范围，使得工作温度的调节处于相对小的范围内，从而能够针对性调节气相色谱仪的工作温度，能够让气相色谱仪的工作状态快速达到最佳，有助于提高气体组分的分离效率，为后续的空气质量监测提供效率保障。

44、4、本发明在基于空气样品的气体组分信息分析空气质量情况后增加了空气污染分布特征的解析，能够让监测人员对目标区域的空气污染状态有一个整体性量化、直观地认识，有利于确定污染源分布位置，进而有助于制定更有针对性的污染治理策略，降低污染源对空气质量的贡献，具有较高的实用价值。