1 材料與方法

• 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：北京某電子有限公司生產(chǎn)車間的不同廢氣總排口進(jìn)口處及出口處排放（涂裝、噴涂、電鍍）的工業(yè)廢氣惡臭強(qiáng)度，廠界內(nèi)（頂樓排氣界限）、廠界外（工廠與馬路的交界西面、北面、南面廠界處）不同地點(diǎn)的環(huán)境惡臭污染程度實(shí)驗(yàn)檢測。

• 實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2011 年 1 月 24 日-27 日

• 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備與標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)

電子鼻系統(tǒng)，PEN3，德國 AIRSENSE 公司。該電子鼻含有 10 個不同的金屬氧化物傳感器，組成傳感器陣列。

檢測主要是依據(jù) GB/T14675-1993《空氣質(zhì)量 惡臭的測定 三點(diǎn)比較式嗅袋法》排污標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)為指紋模板評價(jià)，即 GB14554-1993《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》三級標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)時(shí)檢測數(shù)據(jù)與國標(biāo)指紋模板對比，直接得出檢測惡臭強(qiáng)度（OU）值，利用 LDA、PCA 方法識別分析出排污總體狀況。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

直接頂空吸氣法

直接將進(jìn)樣針頭插入采集廢氣或者環(huán)境空氣密封袋中，用德國 PEN3 便攜式電子鼻氣味分析儀進(jìn)行測定。電子鼻測定條件：采樣時(shí)間間隔為 1 秒/組；傳感器自清洗時(shí)間為 100 秒；傳感器歸零時(shí)間為 10 秒；樣品準(zhǔn)備時(shí)間為 3 秒；進(jìn)樣流量為 300 ml/min；試驗(yàn)分析測試時(shí)間為 60 秒。

1.5 數(shù)據(jù)處理

本實(shí)驗(yàn)在對每個樣品的數(shù)據(jù)采集過程中，通過查看每個傳感器響應(yīng)信號的變化曲線、每個時(shí)間點(diǎn)的信號值及星型雷達(dá)圖或柱狀指紋圖，可以清晰考察各個傳感器在實(shí)驗(yàn)分析過程中的響應(yīng)情況。并通過傳感器選擇設(shè)置可以查看在不同數(shù)量的傳感器情況下的響應(yīng)情況。由于每個傳感器對某一類特征氣體響應(yīng)劇烈，可以確定樣品分析過程中樣品主要揮發(fā)出了哪一類特征氣體。

對于樣品區(qū)分分析，本實(shí)驗(yàn)提取 10 個傳感器的特征值，然后采用主成分分析法(PCA)，線性判別法(LDA)和傳感器區(qū)別貢獻(xiàn)率分析法(Loadings)作為主要區(qū)別分析方法。在用 PCA 進(jìn)行分析時(shí)，可以查看在每個主成分下樣品區(qū)分的狀況，并可以分析樣品之間主要是由哪一類組分起主要區(qū)分作用；LDA 是 DFA(識別因子法)的*步，LDA 分析注重類別的分類以及各種組之間的距離分析；Loadings 分析法與 PCA 是相關(guān)的，它們都基于同一種算法，但不同的是，本實(shí)驗(yàn)中 Loadings 算法主要是對傳感器進(jìn)行研究，利用該方法可以確認(rèn)特定實(shí)驗(yàn)樣品下各傳感器對樣品區(qū)分的貢獻(xiàn)率大小，從而可以考察在這個樣品區(qū)分過程中哪一類氣體起了主要區(qū)分作用。

通過區(qū)別判定 DFA、歐氏距離 EUCLID、馬氏距離 MAHALANOBIS 和相關(guān)性分析 CORRELATION 等

方法，有效判定未知樣歸屬于哪一類，達(dá)到一個用電子鼻驗(yàn)證未知樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。并通過 PLS 偏zui小二乘法進(jìn)行 OU 值的定量預(yù)測。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 電子鼻對總排口廢氣的特征響應(yīng)圖

圖 1

電鍍

圖

2  噴

涂

圖 3  涂裝圖 4  廠界上風(fēng)處

圖 5  廠界下風(fēng)處 圖 6 廠界外-北

圖 7  廠界外-南

圖 8  廠界外-西

10  電鍍-出

圖 9  電鍍-進(jìn)圖

圖 11 噴涂-進(jìn)

圖 12 噴涂-出

圖 13 涂裝-進(jìn)

圖 14 涂裝-出圖 1 ~ 圖 14 分別是廢氣總排口和廠界內(nèi)外環(huán)境空氣的特征雷達(dá)圖，10 個傳感器對廢氣和環(huán)境空氣的

響應(yīng)曲線圖，各個傳感器對應(yīng)的 G/G0（或 G0/G）值。從以上 14 個圖我們可以清楚的看出，10 個傳感器的比值差異明顯。對于廢氣總排口和廠界環(huán)境空氣，10 個傳感器均有明顯的響應(yīng)，尤其是 2、4、5、7、9、號傳感器。其中 7 號和 9 號傳感器是針對惡臭氣體響應(yīng)明顯的，這種氣體例如含硫的成分及化學(xué)成分比較接近的惡臭氣體。

• PCA 分析（主成分分析）

3 / 14

圖 15 三個廢氣總排口的 PCA 主成分聚類分析

圖 16 三個廢氣總排口的 PCA 主成分聚類區(qū)分度分析

三個廢氣總排口的 PCA 分析結(jié)果如圖 15 和圖 16 所示，在 CORRELATION 相關(guān)性矩陣模式下：*主份區(qū)分貢獻(xiàn)率為 99.974%，第二主成分區(qū)分貢獻(xiàn)率為 0.02%，兩個主成分區(qū)分貢獻(xiàn)率和為 ，大于 90%，所以這兩個主成分已經(jīng)基本代表了樣品的主要信息特征。由以上兩圖可以看出，在*主成分上，三個廢氣總排口廢氣均區(qū)分明顯，并且區(qū)分度達(dá)到了驚人的 0.998，說明，三個廢氣總排口被*區(qū)分開來。

• LDA 分析（線性判別分析）

圖 17 LDA 線性判定分析圖

LDA 分析圖如圖 17 所示。從圖中我們可以清晰直觀的看出，涂裝二區(qū)的廢氣惡臭強(qiáng)度zui大，噴涂次之，電鍍較前二者比較弱。噴涂和涂裝二區(qū)的惡臭強(qiáng)度明顯要強(qiáng)于電鍍。這和環(huán)保部門的測評結(jié)果也是吻合的。

• LOADING 分析（傳感器區(qū)分貢獻(xiàn)率分析）

4 / 14

圖 18 LOADING 傳感器貢獻(xiàn)率分析圖

LOADING 分析 PCA 在 CORRELATION 相關(guān)性矩陣模式圖：2 號和 7 號傳感器對惡臭氣體分析貢獻(xiàn)率較大。8 號和 9 號傳感器次之。

• PLS 定量分析（偏zui小二乘法）

圖 19-1  電鍍廢氣 PLS 定量預(yù)測曲線圖 圖 19-2 電鍍廢氣 PLS 定量預(yù)測值