發(fā)布時間：2020-09-15 07:21

　　 環(huán)境廢水是當(dāng)前人類社會發(fā)展過程中不可避免的副產(chǎn)物,不同來源的環(huán)境廢水其中包含的污染物質(zhì)組成差異巨大,每種環(huán)境廢水中都包含著多種復(fù)雜化學(xué)物質(zhì)�？梢哉f,每一種環(huán)境廢水都是一種復(fù)雜化學(xué)體系。在復(fù)雜化學(xué)體系當(dāng)中,包含了大量的線性獨(dú)立反應(yīng)和非線性耦合反應(yīng),因此各物質(zhì)的組合關(guān)系非常復(fù)雜。在當(dāng)前的發(fā)展階段,社會公認(rèn)的方法是通過水質(zhì)指標(biāo)來評價環(huán)境廢水的水質(zhì)。以水質(zhì)高錳酸鹽指數(shù)為例,通過高錳酸鉀氧化法測定生活污水水質(zhì)化學(xué)需氧量,以氧化水質(zhì)中有機(jī)物所消耗的氧量來評價水質(zhì)受污染的程度�？梢酝ㄟ^常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)來判斷水質(zhì)質(zhì)量,但是不同來源、化學(xué)組分相差較大的環(huán)境廢水,也可能出現(xiàn)相似的水質(zhì)指標(biāo),這對于深入了解環(huán)境廢水的內(nèi)部信息,有著很大的局限。由于缺少適用的技術(shù)手段,對于這類復(fù)雜化學(xué)體系內(nèi)部的復(fù)雜化學(xué)關(guān)系幾乎無法開展符合其內(nèi)部化學(xué)特征的大數(shù)據(jù)信息的研究。目前關(guān)于復(fù)雜溶液的研究主要集中在兩個方向:一方面是通過簡化關(guān)系來模擬單個組分與某幾種組分之間的相互作用和影響,例如對環(huán)境廢水中的某種污染物質(zhì)與其他幾種化學(xué)物質(zhì)的反應(yīng)關(guān)系。另一方面是復(fù)雜溶液某一類指標(biāo)的檢測。例如針對環(huán)境廢水中COD指標(biāo)的測定。一般我們可以憑借化學(xué)知識對其中的某幾類主要包含物質(zhì)做化學(xué)反應(yīng)分析,但整體復(fù)雜溶液的綜合性質(zhì)是無法呈現(xiàn)的。例如:對于環(huán)境中污水或者大氣中污染物的研究,現(xiàn)在的先進(jìn)設(shè)備已經(jīng)可以做到對多種物質(zhì)精確地測定其含量,但實際上,仍然無法做到對環(huán)境中污染物化學(xué)性質(zhì)更精確的把握,其原因就在于環(huán)境中的污染物質(zhì)會受到介質(zhì)中復(fù)雜化學(xué)體系的影響。針對這種復(fù)雜化學(xué)體系問題,我們希望設(shè)計一種方法,既可以做到對復(fù)雜體系中的復(fù)雜反應(yīng)平衡關(guān)系進(jìn)行精確地內(nèi)部信息呈現(xiàn),又可以做到對這種內(nèi)部信息的呈現(xiàn)進(jìn)行記錄以進(jìn)行量化分析的可能,并嘗試將這種方法應(yīng)用于環(huán)境廢水的高錳酸鹽指數(shù)的指標(biāo)的測定上來。通過一系列的研究與探索,我們創(chuàng)立了一種方法�；诟咄康膶嶒炈枷肱c化學(xué)打印技術(shù),設(shè)計出一種化學(xué)芯片,通過化學(xué)芯片上復(fù)雜的化學(xué)擾動實驗,將負(fù)載于化學(xué)芯片的復(fù)雜溶液的內(nèi)部信息可視化呈現(xiàn)出來。通過高通量技術(shù)的思想與實驗方法,對可以與復(fù)雜溶液發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)擾動試劑進(jìn)行有規(guī)律的排布,并利用化學(xué)打印技術(shù)將這種排布組合打印在化學(xué)芯片上。芯片上每個化學(xué)反應(yīng)點間相互獨(dú)立,將與均勻負(fù)載于化學(xué)芯片上的復(fù)雜溶液發(fā)生化學(xué)擾動反應(yīng),其中每個反應(yīng)單元的反應(yīng)是相互獨(dú)立的。通過負(fù)載基于酸堿反應(yīng)顯色原理可以使化學(xué)擾動劑顯色的顯色劑于化學(xué)芯片,可以將負(fù)載溶液的擾動反應(yīng)情況可視化呈現(xiàn)出來。通過對于圖案的收集、數(shù)字化處理,利用環(huán)境廢水復(fù)雜溶液進(jìn)行實驗設(shè)計,可以對環(huán)境廢水的內(nèi)部信息進(jìn)行可視化呈現(xiàn)與進(jìn)一步分析。同時,利用機(jī)器學(xué)習(xí)對收集到的圖案信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。我們以環(huán)境廢水復(fù)雜溶液的高錳酸鹽指數(shù)指標(biāo)為例,通過機(jī)器學(xué)習(xí)分析圖案的內(nèi)部信息特征,來創(chuàng)建一種新型的高錳酸鹽指數(shù)測定方法。主要結(jié)論:(1)對環(huán)境廢水復(fù)雜溶液的內(nèi)部信息的存儲方法的建立。通過利用高通量實驗思想與化學(xué)打印方法,將環(huán)境廢水復(fù)雜溶液的內(nèi)部信息通過化學(xué)擾動平衡反應(yīng)的形式以圖案的形式呈現(xiàn)在化學(xué)芯片,并對圖案進(jìn)行收集和記錄。(2)復(fù)雜溶液顯色反應(yīng)裝置的建立。首先通過有規(guī)律的排列組合方式確定環(huán)境廢水的加樣方法。利用超聲噴霧技術(shù)、數(shù)碼相機(jī)對圖案的記錄方式與黑暗反應(yīng)箱實驗方法,通過對環(huán)境廢水的超聲噴霧,實現(xiàn)環(huán)境廢水與化學(xué)芯片反應(yīng)的發(fā)生,從而實現(xiàn)對環(huán)境廢水的反應(yīng)內(nèi)部信息圖案的記錄。(3)實驗結(jié)果的數(shù)字化處理。對實驗結(jié)果的反應(yīng)圖案進(jìn)行RGB值的分析,并通過等高線繪制的方式對反應(yīng)圖案進(jìn)行數(shù)字化處理,實現(xiàn)反應(yīng)結(jié)果的記錄。通過對圖案像素數(shù)值的柵格疊置方式,將反應(yīng)結(jié)果圖與化學(xué)芯片原圖像素數(shù)值進(jìn)行疊減,利用等高線的方式將疊減后的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行記錄。(4)針對環(huán)境廢水復(fù)雜溶液的內(nèi)部信息初步探索。在數(shù)據(jù)收集與圖案數(shù)字化處理的過程中,針對不同環(huán)境廢水樣品,對各類樣品的化學(xué)擾動結(jié)果進(jìn)行分析與探討。(5)對水質(zhì)高錳酸鹽指數(shù)指標(biāo)的新型測定方法的建立。通過收集圖案數(shù)據(jù)與反應(yīng)樣品的水質(zhì)高錳酸鹽指數(shù)的對應(yīng)關(guān)系,利用機(jī)器學(xué)習(xí)的方式進(jìn)行圖案深度學(xué)習(xí),尋找一種數(shù)據(jù)圖案與水質(zhì)高錳酸鹽指數(shù)的變化關(guān)系公式。從而建立一種新型水質(zhì)高錳酸鹽指數(shù)指標(biāo)測定方式。
【學(xué)位單位】：陜西師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：X832
【部分圖文】：

逡逑來構(gòu)思的。如下圖２－１所示。逡逑％，逡逑Ａｃｉｄ邋ｃｈａｎｎｅｌ邐Ａｌｋａｌｉ邋ｃｈａｎｊｉｅｌ邐ｏｆｆｓｅｔ邋ｃｈａｎｎｅｌ逡逑圖２－１擾動劑打印模板逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ邋ａｇｅｎｔ邋ｐｒｉｎｔ邋ｔｅｍｐｌａｔｅ逡逑三種擾動劑分別沿著三個不同的方向按照0％－！00％－0％的方向排布，基于組合逡逑化學(xué)的原理，在化學(xué)芯片上每個反應(yīng)單元內(nèi)，擾動劑的配比各不相同，即每一個逡逑像素單元格都是一個配比不同的微小反應(yīng)器。同時保證擾動劑的配比范圍足夠?qū)�，逡逑可以對樣品的擾動反應(yīng)起到較好的結(jié)果顯示，保證了整個實驗信息的豐富性。逡逑２．４．２顯色劑模板的設(shè)計逡逑向化學(xué)芯片上負(fù)載的擾動劑可以與樣品發(fā)生擾動反應(yīng)，但是由于擾動劑與樣逡逑品本身的顏色較淺，無法對擾動結(jié)果進(jìn)行有效的顯示。通過選取顯色劑按照模板逡逑打印在化學(xué)芯片上

逡逑來構(gòu)思的。如下圖２－１所示。逡逑％，逡逑Ａｃｉｄ邋ｃｈａｎｎｅｌ邐Ａｌｋａｌｉ邋ｃｈａｎｊｉｅｌ邐ｏｆｆｓｅｔ邋ｃｈａｎｎｅｌ逡逑圖２－１擾動劑打印模板逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ邋ａｇｅｎｔ邋ｐｒｉｎｔ邋ｔｅｍｐｌａｔｅ逡逑三種擾動劑分別沿著三個不同的方向按照0％－！00％－0％的方向排布，基于組合逡逑化學(xué)的原理，在化學(xué)芯片上每個反應(yīng)單元內(nèi)，擾動劑的配比各不相同，即每一個逡逑像素單元格都是一個配比不同的微小反應(yīng)器。同時保證擾動劑的配比范圍足夠?qū)�，逡逑可以對樣品的擾動反應(yīng)起到較好的結(jié)果顯示，保證了整個實驗信息的豐富性。逡逑２．４．２顯色劑模板的設(shè)計逡逑向化學(xué)芯片上負(fù)載的擾動劑可以與樣品發(fā)生擾動反應(yīng)，但是由于擾動劑與樣逡逑品本身的顏色較淺，無法對擾動結(jié)果進(jìn)行有效的顯示。通過選取顯色劑按照模板逡逑打印在化學(xué)芯片上

３．３．１反應(yīng)裝置的搭建逡逑實驗設(shè)計需要將環(huán)境廢水復(fù)雜溶液可以定量、均勻地負(fù)載于化學(xué)芯片，實驗逡逑組根據(jù)實驗要求，自行搭建一套實驗反應(yīng)裝置。反應(yīng)裝置示意圖如下圖３－１所示。逡逑Ｍ邋／－■邋．逡逑Ｉ邐ＨＨｏｉ0邋ｔ邋0邋１１邋ｔ邋ｉｏｎ逡逑：１逡逑Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ邋ｂａｌａｎｃｅ逡逑圖３－１反應(yīng)裝置示意圖逡逑Ｆｉｇ．３－１邋Ｒｅａｃｔｉｏｎ邋ｄｅｖｉｃｅ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ逡逑２０逡逑

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 張莘民,高明慧;化學(xué)需氧量的分析[J];環(huán)境化學(xué);1989年02期

本文編號：2818680