CN104597159B - 基于色谱法的污染预警方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明基于色谱法的污染预警方法及装置，通过获取色谱曲线，求取色谱曲线谱峰的峰面积，将峰面积与预先设定的预警阈值进行比较，当峰面积大于预警阈值时输出预警信号，解决了现有基于色谱法对环境污染进行检测时没有针对污染进行预警导致污染不断扩大和恶化造成不可挽回损失的技术问题，实现了利用色谱法对污染进行预警以及及早发现污染事件，从而避免了因污染不断扩大和恶化造成的不可挽回损失。

Description

基于色谱法的污染预警方法及装置

技术领域

本发明涉及污染预警技术领域，特别地，涉及一种基于色谱法的污染预警方法及装置。

背景技术

目前，我国环境面临的问题主要有两方面，一是人们对环境标准要求的不断提高；二是当今社会的环境污染现象越来越严重。如何有效改善环境已成为现代人们亟需解决的问题。而当今，关于环境污染预警的技术还是很少，因此当环境受到污染初期时，人们往往不能及时发现和处理，导致污染事件不断扩大和恶化，造成不可挽回的损失。由此可见，环境污染的早期发现与预警将是保障环境的最佳方式。

目前对环境进行检测的分析方法中，很多污染物的监测方法是采用色谱法。特别的，对水质、大气、土壤中有机物的检测基本上采用色谱法，应用色谱法进行污染物测定已经是相当成熟的技术，但是现有技术采用色谱法主要是对污染物进行测定和分析，并没有利用色谱分析法对污染物进行早期预警。而且，现有技术中采用标准曲线与色谱仪测出的样品色谱进行比较时，由于分离度的原因，标准曲线只可能添加有限个被测参数。所以，当样品中含有的污染物不在所含的被测参数内时，色谱仪是无法判定此污染物的浓度的，如果是在线色谱仪，就会因为没有浓度计算结果而忽略掉这个污染物。所以，亟需设计一种基于色谱法的能对环境污染进行早期预警的方法及装置。

发明内容

本发明提供一种基于色谱法的污染预警方法及装置，以解决现有基于色谱法对环境污染进行检测时没有针对污染进行预警导致污染不断扩大和恶化造成不可挽回损失的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种基于色谱法的污染预警方法，包括：

获取色谱曲线；

求取色谱曲线谱峰的峰面积；

将峰面积与预警阈值进行比较，当峰面积大于预警阈值时输出预警信号。

进一步地，预警阈值为多个，多个预警阈值与色谱曲线的保留时间区间一一对应。

进一步地，求取色谱曲线谱峰的峰面积包括：

搜索色谱曲线的谱峰；

根据色谱曲线的上升斜率变化判断谱峰的起点；

根据色谱曲线的下降斜率变化判断谱峰的终点；

求取由谱峰的起点、谱峰的终点以及色谱曲线构成的封闭图形的面积，并将封闭图形的面积作为色谱曲线谱峰的峰面积。

进一步地，将峰面积与预警阈值进行比较，当峰面积大于预警阈值时输出预警信号包括：

启动计数器；

将峰面积与预警阈值进行比较，当峰面积大于预警阈值时，计数器加1；

判断计数器的值是否大于最大报警次数，若是则输出预警信号并将计数器清零，若否则返回子程序并保持计数器的值不变。

进一步地，预警信号至少包括：

峰面积值、与峰面积值对应的峰高值以及与峰面积值对应的保留时间值。

根据本发明的另一方面，还提供了一种基于色谱法的污染预警装置，该装置包括：

色谱曲线获取装置，用于获取色谱曲线；

峰面积求取装置，用于求取色谱曲线谱峰的峰面积；

预警信号输出装置，用于将峰面积与预警阈值进行比较，当峰面积大于预警阈值时输出预警信号。

进一步地，预警信号输出装置中的预先设定的预警阈值为多个，多个预警阈值与色谱曲线的保留时间区间一一对应。

进一步地，峰面积求取装置包括：

谱峰搜索装置，用于搜索色谱曲线的谱峰；

起点确定装置，用于根据色谱曲线的上升斜率变化判断谱峰的起点；

终点确定装置，用于根据色谱曲线的下降斜率变化判断谱峰的终点；

封闭图形面积求取装置，用于求取由谱峰的起点、谱峰的终点以及色谱曲线构成的封闭图形的面积，并将封闭图形的面积作为色谱曲线谱峰的峰面积。

进一步地，预警信号输出装置包括：

初始化单元，用于启动计数器；

计数单元，用于将峰面积与预警阈值进行比较，当峰面积大于预警阈值时，计数器加1；

最终输出单元，用于判断计数器的值是否大于最大报警次数，若是则输出预警信号并将计数器清零，若否则返回子程序并保持计数器的值不变。

进一步地，预警信号输出装置输出的预警信号至少包括：峰面积值、与峰面积值对应的峰高值以及与峰面积值对应的保留时间值。

本发明具有以下有益效果：

本发明基于色谱法的污染预警方法及装置，通过获取色谱曲线，求取色谱曲线谱峰的峰面积，将峰面积与预先设定的预警阈值进行比较，当峰面积大于预警阈值时输出预警信号，解决了现有基于色谱法对环境污染进行检测时没有针对污染进行预警导致污染不断扩大和恶化造成不可挽回损失的技术问题，实现了利用色谱法对污染进行预警以及及早发现污染事件，从而避免了因污染不断扩大和恶化造成的不可挽回损失。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的基于色谱法的污染预警方法流程示意图；

图2是本发明优选实施例的基于色谱法的污染预警装置示意图；

图3是本发明优选实施例色谱分析仪输出的色谱曲线示意图。

附图标记说明：

1、色谱曲线获取装置；2、峰面积求取装置；3、预警信号输出装置。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参照图1，本发明的优选实施例提供了一种基于色谱法的污染预警方法，该方法包括：

步骤S101，获取色谱曲线；

步骤S103，求取色谱曲线谱峰的峰面积；

步骤S105，将峰面积与预先设定的预警阈值进行比较，当峰面积大于预警阈值时输出预警信号。

本实施例基于色谱法的污染预警方法，通过获取色谱曲线，求取色谱曲线谱峰的峰面积，将峰面积与预先设定的预警阈值进行比较，当峰面积大于预警阈值时输出预警信号，解决了现有基于色谱法对环境污染进行检测时没有针对污染进行预警导致污染不断扩大和恶化造成不可挽回损失的技术问题，实现了利用色谱法对污染进行预警以及及早发现污染事件，从而避免了因污染不断扩大和恶化造成的不可挽回损失。

可选地，基于色谱法的污染预警方法可以用于气体污染预警，也可以用于水质污染预警领域，本实施例主要应用于水质污染预警，色谱分析仪先采集水样。一般来讲，水样进入色谱分析仪需要经过吹扫-捕集前处理，将水中的被测组分转化为气态形式；当被测组分进入色谱柱后即被分离，在分析时间周期内，各组分依次进入检测器；组分进入检测器后，检测器按其浓度或质量变化转化成相应的电信号，并记录电信号随时间的变化趋势，绘制成色谱曲线供后续分析使用，本实施例采用色谱分析仪输出的色谱曲线如图3所示。

可选地，步骤S105，将峰面积与预先设定的预警阈值进行比较，当峰面积大于预警阈值时输出预警信号。本实施例的预警阈值为多个，多个预警阈值与色谱曲线的保留时间区间一一对应。采用多个预警阈值是由于本实施例在进行水样检测时，可能出现水样某种物质在仪器上的响应值会特别灵敏，或者水样中含有某种或多种特有的有机物。这样在进行峰面积与预警阈值比较时就需要单独处理，为了避免水体中固有的一些物质峰和某些响应非常灵敏的物质峰对预警系统干扰而造成误报警。所以，在进行分析前，可以对不同的保留时间区间设置与之对应的峰面积预警阈值。从图1所示的色谱曲线可以看出，在色谱形成的初始保留时间，色谱曲线出现多个干扰谱峰，所以本实施例在两个保留时间区间分别设置了预警阈值，具体为：第一段保留时间区间为[0min，6min]，与第一段保留时间区间对应的第一阈值为50000uV；第二段保留时间区间为[6min，20min]，与第二段保留时间区间对应的第二阈值为80000uV；采样多个预警阈值在进行峰值比较时，软件会根据保留时间区间的不同选择不同的预警值与其对比，从而减小干扰谱峰对预警的影响，进而降低了误报警概率。

可选地，步骤S103，求取色谱曲线谱峰的峰面积，包括：

搜索色谱曲线的谱峰，本实施例采用求极限的方法，针对本实施例获取的色谱分析仪输出的色谱曲线，共搜索出13个谱峰。

根据色谱曲线的上升斜率变化判断谱峰的起点；根据色谱曲线的下降斜率变化判断谱峰的终点；求取由谱峰的起点、谱峰的终点以及色谱曲线构成的封闭图形的面积，并将封闭图形的面积作为色谱曲线谱峰的峰面积。针对本实施例搜索出来的一个谱峰，求取到谱峰的起点对应的保留时间为14.9600min，谱峰的终点对应的保留时间为15.6533min，谱峰的峰面积为926281.47uV。

本实施例经过将峰面积与预先设定的预警阈值进行比较，得到一个峰面积大于阈值的污染信号。其谱峰的面积为926281.47uV，保留时间为15.1300min，其谱峰的峰面积数值大于与第二段保留时间区间[6min，20min]对应的第二阈值80000uV。由于系统检测到超过预警阈值的峰面积，故系统会启动预警，并将超出预警的信息通过网络传送给相关人员。本系统是采用GSM制式，将信息直接传到相关人员的手机上。

参照图3，本实施例的色谱曲线是电信号关于保留时间的函数，根据色谱分析仪的工作原理，各物质在色谱柱中的保留时间不一样，本实施例中色谱曲线的横坐标反映了各物质出现的保留时间。基于本实施例的主要思想是对超过污染标准的污染物进行预警，从而方便相关人员早期发现污染事件，同时采取相关的措施避免污染事件进一步扩大，所以可以通过设定一个相关的预警阈值实现预警。对于预先设定的预警阈值的选取可以从多方面考虑和设计，本实施例提供了一种基于色谱谱峰面积的预警阈值设计值。本实施例中，预警值的设定是参照《行标》上所有的被测物质在本仪器上最低的响应面积设定，这是因为当所测色谱中有谱峰面积大于《行标》上所有的被测物质在本仪器上最低的响应面积时，就能反映被测水样中存在被测物质超标，从而可以进行预警并通知相关人员采取避免污染进一步扩大的措施。

本实施例基于色谱法的污染预警方法，通过获取色谱曲线，求取色谱曲线谱峰的峰面积，将峰面积与预先设定的预警阈值进行比较，当峰面积大于预警阈值时输出预警信号，解决了现有基于色谱法对环境污染进行检测时没有针对污染进行预警导致污染不断扩大和恶化造成不可挽回损失的技术问题，实现了利用色谱法对污染进行预警以及及早发现污染时间，从而避免了因污染不断扩大和恶化造成的不可挽回损失。

可选地，步骤S105，将峰面积与预先设定的预警阈值进行比较，当峰面积大于预警阈值时输出预警信号，包括：

启动计数器；

将峰面积与预先设定的预警阈值进行比较，当峰面积大于预警阈值时，计数器加1；

判断计数器的值是否大于最大报警次数，若是则输出预警信号并将计数器清零，若否则返回子程序并保持计数器的值不变。

本实施例中设置“最大报警次数”参数是为了减小误报警概率。具体地，如果“最大报警次数”参数设置值是N，则在检测时，需要有N次检查都超出了检测值，才产生预警信息。显然，这样可以得到更加有效的预警信息且进一步减小了误报警概率。

可选地，预警信号至少包括：超过预警阈值的峰面积值、与峰面积值对应的峰高值以及保留时间值。本实施例中，预警信号除了输出超过预警阈值的峰面积值外，还会一同输出与峰面积值对应的峰高值以及保留时间值，以便于后续分析和使用。

可选地，本实施例可以通过远程软件调取现场色谱曲线谱图，然后进行谱图分析，最后判断是否有预警信息，如果有预警信息，则将预警信息传达给相关人员。可选地，现场仪器进行谱图分析，然后判断是否有预警信息。如果有预警信息，则将预警信息直接传达给相关人员。可选地，现场仪器进行谱图分析，然后判断是否有预警信息，如果有预警信息，则将预警信息传送远程软件，远程软件再传到相关人员。通过采用远程监控色谱曲线谱图，可以实现现场和远程对预警信息的有效处理。

采用本实施例的方法可以实现对污染物的监控更加全面，这是因为只要能够用色谱检测到的污染物，当达到一定阈值时都能被检测到，无论有没有在被测参数的范围内。

根据本发明的另一方面，还提供一种基于色谱法的污染预警装置，该装置包括：

色谱曲线获取装置1，用于获取色谱曲线；

峰面积求取装置2，用于求取色谱曲线谱峰的峰面积；

预警信号输出装置3，用于将峰面积与预先设定的预警阈值进行比较，当峰面积大于预警阈值时输出预警信号。

可选地，预警信号输出装置3中的预警阈值为多个，多个预警阈值与色谱曲线的保留时间区间一一对应。

可选地，峰面积求取装置2包括：

谱峰搜索装置，用于搜索色谱曲线的谱峰；

起点确定装置，用于根据色谱曲线的上升斜率变化判断谱峰的起点；

终点确定装置，用于根据色谱曲线的下降斜率变化判断谱峰的终点；

封闭图形面积求取装置，用于求取由谱峰的起点、谱峰的终点以及色谱曲线构成的封闭图形的面积，并将封闭图形的面积作为色谱曲线谱峰的峰面积。

可选地，预警信号输出装置3包括：

初始化单元，用于启动计数器；

计数单元，用于将峰面积与预警阈值进行比较，当峰面积大于预警阈值时，计数器加1；

最终输出单元，用于判断计数器的值是否大于最大报警次数，若是则输出预警信号并将计数器清零，若否则返回子程序并保持计数器的值不变。

可选地，预警信号输出装置3输出的预警信号至少包括：超过预警阈值的峰面积值、与峰面积值对应的峰高值以及与峰面积值对应的保留时间值。

上述基于色谱法的污染预警装置的工作原理和工作过程可参照基于色谱法的污染预警方法的工作原理和工作过程。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于色谱法的污染预警方法，其特征在于，包括：

获取色谱曲线；

求取所述色谱曲线谱峰的峰面积；

将所述峰面积与预先设定的预警阈值进行比较，当所述峰面积大于所述预警阈值时输出预警信号；

其中，所述色谱曲线是电信号关于保留时间的函数，根据色谱分析仪的工作原理，各物质在色谱柱中的保留时间不一样，所述预警阈值的设定是参照《行标》上所有的被测物质在本色谱分析仪上最低的响应面积设定；

所述预警阈值为多个，多个所述预警阈值与所述色谱曲线的保留时间区间一一对应，采用多个预警阈值在进行峰值比较时，软件会根据保留时间区间的不同选择不同的预警阈值与其对比，从而减少干扰峰谱对预警的影响，进而降低误报警概率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，求取所述色谱曲线谱峰的峰面积包括：

搜索所述色谱曲线的谱峰；

根据所述色谱曲线的上升斜率变化判断所述谱峰的起点；

根据所述色谱曲线的下降斜率变化判断所述谱峰的终点；

求取由所述谱峰的起点、所述谱峰的终点以及所述色谱曲线构成的封闭图形的面积，并将所述封闭图形的面积作为所述色谱曲线谱峰的峰面积。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述峰面积与所述预警阈值进行比较，当所述峰面积大于所述预警阈值时输出预警信号包括：

启动计数器；

将所述峰面积与所述预警阈值进行比较，当所述峰面积大于所述预警阈值时，计数器加1；

判断所述计数器的值是否大于最大报警次数，若是则输出预警信号并将计数器清零，若否则返回子程序并保持计数器的值不变。

4.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，所述预警信号至少包括：

所述峰面积值、与所述峰面积值对应的峰高值以及与所述峰面积值对应的保留时间值。

5.一种基于色谱法的污染预警装置，其特征在于，包括：

色谱曲线获取装置，用于获取色谱曲线；

峰面积求取装置，用于求取所述色谱曲线谱峰的峰面积；

预警信号输出装置，用于将所述峰面积与预先设定的预警阈值进行比较，当所述峰面积大于所述预警阈值时输出预警信号；

其中，所述色谱曲线是电信号关于保留时间的函数，根据色谱分析仪的工作原理，各物质在色谱柱中的保留时间不一样，所述预警阈值的设定是参照《行标》上所有的被测物质在本色谱分析仪上最低的响应面积设定；

所述预警信号输出装置中的预先设定的预警阈值多个，多个所述预警阈值与所述色谱曲线的保留时间区间一一对应，采用多个预警阈值在进行峰值比较时，软件会根据保留时间区间的不同选择不同的预警阈值与其对比，从而减少干扰峰谱对预警的影响，进而降低误报警概率。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述峰面积求取装置包括：

谱峰搜索装置，用于搜索所述色谱曲线的谱峰；

起点确定装置，用于根据所述色谱曲线的上升斜率变化判断所述谱峰的起点；

终点确定装置，用于根据所述色谱曲线的下降斜率变化判断所述谱峰的终点；

封闭图形面积求取装置，用于求取由所述谱峰的起点、所述谱峰的终点以及所述色谱曲线构成的封闭图形的面积，并将所述封闭图形的面积作为所述色谱曲线谱峰的峰面积。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，预警信号输出装置包括：

初始化单元，用于启动计数器；

计数单元，用于将所述峰面积与所述预警阈值进行比较，当所述峰面积大于所述预警阈值时，计数器加1；

最终输出单元，用于判断所述计数器的值是否大于最大报警次数，若是则输出预警信号并将计数器清零，若否则返回子程序并保持计数器的值不变。

8.根据权利要求5-7任一所述的装置，其特征在于，

所述预警信号输出装置输出的预警信号至少包括：所述峰面积值、与所述峰面积值对应的峰高值以及与所述峰面积值对应的保留时间值。