城市湿地环境中微塑料来源的判定方法、系统、终端、介质

摘要

本发明属于湿地保护技术领域，公开了一种城市湿地环境中微塑料来源的判定方法、系统、终端、介质，利用取样程序对湿地中的水进行均匀搅拌；利用主控机控制各个模块正常运行；利用样本过滤程序对收集的水样本进行过滤；利用离心机对注入离心机的固态物质进行离心，去除固态物质中的残留水，收集离心机内的固态物质；利用显微图像采集程序进行微塑料显微镜下的成像，得到微塑料显微图像；利用微塑料种类确定程序对具有相同光谱信息的微塑料的种类进行确定，得到微塑料的来源。本发明实现水样中的微塑料的获取；通过微塑料的显微图像的获取实现对微塑料的初步分类，操作简单，能够实现有效判定，对城市湿地中微塑料治理提供途径。

说明书

技术领域

本发明属于湿地保护技术领域，尤其涉及一种城市湿地环境中微塑料来源的判定方法、系统、终端、介质。

背景技术

目前：湿地是陆地与水域全年或间歇地杯水淹没的土地，是陆生生态系统和水生生态系统之间的过渡带是一种复杂的生态系统。塑料及其制品由于其轻便、弹性好和耐用等特性已广泛应用在工业、农业及日常生活中。我国是世界上最大的塑料生产国和消费国，并且是产生海洋塑料垃圾最多的国家。塑料产品的广泛使用势必会造成大量的塑料垃圾进入到城市湿地中。直径小于5mm的微塑料是倍受国际关注的新型环境污染物，由于微塑料的持久性和普遍性，具有很高的迁移性，微塑料已经在城市湿地中普遍存在。我国关于微塑料的监测更多集中于海洋中，进行城市湿地中微塑料监测数据还很匮乏；并且进行城市湿地微塑料监测没有进行来源溯及，进行治理较困难。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：我国关于微塑料的监测更多集中于海洋中，进行城市湿地中微塑料监测数据还很匮乏；并且进行城市湿地微塑料监测没有进行来源溯及，进行治理较困难。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种城市湿地环境中微塑料来源的判定方法、系统、终端、介质。

本发明是这样实现的，一种城市湿地环境中微塑料来源的判定系统，所述城市湿地环境中微塑料来源的判定系统包括：

取样模块、样本过滤模块、超滤模块、中央控制模块、离心模块、低温干燥模块、显微图像采集模块、微塑料分类模块、成分分析模块、数据库构建模块、光谱信息对比模块、微塑料种类确定模块；

取样模块，与中央控制模块连接，用于通过取样程序对湿地中的水进行均匀搅拌，并使用试管取搅匀的湿地水，作为城市湿地环境中微塑料来源判定的水样本；

样本过滤模块，与中央控制模块连接，用于通过样本过滤程序对收集的水样本进行过滤，滤除水样本中粒径大于5mm的杂质，得到含有微塑料的待测定水样；

超滤模块，与中央控制模块连接，用于通过0.05mm的超滤膜进行含有微塑料的待测定水样的过滤，滤除粒径小于0.05mm的水，收集超滤膜上方的固态物质；

中央控制模块，与取样模块、样本过滤模块、超滤模块、离心模块、低温干燥模块、显微图像采集模块、微塑料分类模块、成分分析模块、数据库构建模块、光谱信息对比模块、微塑料种类确定模块连接，用于通过主控机控制各个模块正常运行；

离心模块，与中央控制模块连接，用于通过离心机对注入离心机的固态物质进行离心，去除固态物质中的残留水，收集离心机内的固态物质，即减水后的固态物质；

低温干燥模块，与中央控制模块连接，用于通过低温干燥机对减水后的固态物质进行低温干燥，蒸干水分，得到微塑料；

显微图像采集模块，与中央控制模块连接，用于通过显微图像采集程序进行微塑料显微镜下的成像，得到微塑料显微图像；

微塑料分类模块，与中央控制模块连接，用于通过微塑料分类程序依据微塑料显微图像进行分类，按照不同颜色、不同形态将微塑料分为不同类别；所述颜色包括白色、黑色、透明色、红色、黄色、蓝色，所述形态包括纤维状、颗粒状；

成分分析模块，与中央控制模块连接，用于通过光谱分析仪进行不同类别的微塑料的成分的分析，得到微塑料成分分析结果；

数据库构建模块，与中央控制模块连接，用于通过数据库构建程序进行微塑料信息数据库的构建，所述微塑料信息数据库中包括微塑料种类以及对应的光谱信息；

光谱信息对比模块，与中央控制模块连接，用于通过光谱信息对比程序进行微塑料成分分析结果与微塑料信息数据库中光谱信息的对比，得到相同的光谱信息；

微塑料种类确定模块，与中央控制模块连接，用于通过微塑料种类确定程序对具有相同光谱信息的微塑料的种类进行确定，即水样中微塑料的种类，得到微塑料的来源。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述城市湿地环境中微塑料来源的判定系统的城市湿地环境中微塑料来源的判定方法，所述城市湿地环境中微塑料来源的判定方法包括以下步骤：

步骤一，通过取样模块利用取样程序对湿地中的水进行均匀搅拌，并使用试管取搅匀的湿地水，作为城市湿地环境中微塑料来源判定的水样本；通过中央控制模块利用主控机控制各个模块正常运行；

步骤二，通过样本过滤模块利用样本过滤程序对收集的水样本进行过滤，滤除水样本中粒径大于5mm的杂质，得到含有微塑料的待测定水样；通过超滤模块利用0.05mm的超滤膜进行含有微塑料的待测定水样的过滤，滤除粒径小于0.05mm的水，收集超滤膜上方的固态物质；

步骤三，通过离心模块利用离心机对注入离心机的固态物质进行离心，去除固态物质中的残留水，收集离心机内的固态物质，即减水后的固态物质；通过低温干燥模块利用低温干燥机对减水后的固态物质进行低温干燥，蒸干水分，得到微塑料；

步骤四，通过显微图像采集模块利用显微图像采集程序进行微塑料显微镜下的成像，得到微塑料显微图像；

步骤五，通过微塑料分类模块利用微塑料分类程序依据微塑料显微图像进行分类，按照不同颜色、不同形态将微塑料分为不同类别；所述颜色包括白色、黑色、透明色、红色、黄色、蓝色，所述形态包括纤维状、颗粒状；

步骤六，通过成分分析模块利用光谱分析仪进行不同类别的微塑料的成分的分析，得到微塑料成分分析结果；

步骤七，通过数据库构建模块利用数据库构建程序进行微塑料信息数据库的构建，所述微塑料信息数据库中包括微塑料种类以及对应的光谱信息；通过光谱信息对比模块：利用光谱信息对比程序进行微塑料成分分析结果与微塑料信息数据库中光谱信息的对比，得到相同的光谱信息；

步骤八，通过微塑料种类确定模块利用微塑料种类确定程序对具有相同光谱信息的微塑料的种类进行确定，即水样中微塑料的种类，得到微塑料的来源。

进一步，步骤一中，所述水样本为悬浊液。

进一步，步骤三中，所述通过离心模块利用离心机对注入离心机的固态物质进行离心，包括：

(1)对离心机进行清理，并将固态物质注入离心机中；

(2)设定离心转速为600～900r/min，开启离心机，进行2～5min离心，得到初次离心产物；

(3)设定离心转速为1000～1200r/min进行再次离心，再次离心的时间为10～15min；

(4)再次离心结束后，收集离心机内的固态物质，即减水后的固态物质。

进一步，步骤三中，所述通过低温干燥模块利用低温干燥机对减水后的固态物质进行低温干燥，包括：

(1)对干燥箱进行清理并灭菌；

(2)将减水后的固态物质置于干燥箱中；

(3)设定干燥温度为25～30℃，干燥时间为1～3h，进行预干燥；

(4)预干燥结束后，设定干燥温度为20～40℃，干燥时间为2～5h，进行再次干燥，得到干燥产物。

进一步，步骤四中，所述微塑料显微图像的分辨率为1.0μm。

进一步，步骤六中，所述光谱分析仪为激光拉曼光谱仪。

进一步，步骤六中，所述通过成分分析模块利用光谱分析仪进行不同类别的微塑料的成分的分析，包括：

(1)使用激光拉曼光谱仪产生激发光束的激发光源；

(2)激发光路，将激发光束导向微塑料样品，产生拉曼散射光；

(3)收集拉曼散射光的散射光收集光路；

(4)接收各检测频率或子频段的拉曼散射光信号并转换成电信号进行分析；

(5)收集拉曼散射光，形成拉曼散射光谱。

进一步，所述各检测频率或子频段的拉曼散射光信号是使用色散装置形成。

进一步，步骤八中，所述通过微塑料种类确定模块利用微塑料种类确定程序对具有相同光谱信息的微塑料的种类进行确定，包括：进行数据库中光谱信息对应的微塑料种类的关联。

本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述城市湿地环境中微塑料来源的判定方法。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述城市湿地环境中微塑料来源的判定方法。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明通过对城市湿地中的水样进行采集，对水样进行过滤、离心以及干燥等操作，实现水样中的微塑料的获取；通过微塑料的显微图像的获取实现对微塑料的初步分类，并通过光谱分析进行精细分类，得到的分类结果更准确，进行微塑料的种类确定的准确性更好。本发明的城市湿地环境中微塑料来源的判定方法操作简单，能够实现有效判定，对城市湿地中微塑料治理提供途径。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的城市湿地环境中微塑料来源的判定系统结构框图。

图2是本发明实施例提供的城市湿地环境中微塑料来源的判定方法流程图。

图3是本发明实施例提供的通过离心模块利用离心机对注入离心机的固态物质进行离心流程图。

图4是本发明实施例提供的通过低温干燥模块利用低温干燥机对减水后的固态物质进行低温干燥流程图。

图5是本发明实施例提供的通过成分分析模块利用光谱分析仪进行不同类别的微塑料的成分的分析流程图。

图1中：1、取样模块；2、样本过滤模块；3、超滤模块；4、中央控制模块；5、离心模块；6、低温干燥模块；7、显微图像采集模块；8、微塑料分类模块；9、成分分析模块；10、数据库构建模块；11、光谱信息对比模块；12、微塑料种类确定模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种城市湿地环境中微塑料来源的判定方法、系统、终端、介质，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的城市湿地环境中微塑料来源的判定系统包括：

取样模块1、样本过滤模块2、超滤模块3、中央控制模块4、离心模块5、低温干燥模块6、显微图像采集模块7、微塑料分类模块8、成分分析模块9、数据库构建模块10、光谱信息对比模块11、微塑料种类确定模块12；

取样模块1，与中央控制模块4连接，用于通过取样程序对湿地中的水进行均匀搅拌，并使用试管取搅匀的湿地水，作为城市湿地环境中微塑料来源判定的水样本；

样本过滤模块2，与中央控制模块4连接，用于通过样本过滤程序对收集的水样本进行过滤，滤除水样本中粒径大于5mm的杂质，得到含有微塑料的待测定水样；

超滤模块3，与中央控制模块4连接，用于通过0.05mm的超滤膜进行含有微塑料的待测定水样的过滤，滤除粒径小于0.05mm的水，收集超滤膜上方的固态物质；

中央控制模块4，与取样模块1、样本过滤模块2、超滤模块3、离心模块5、低温干燥模块6、显微图像采集模块7、微塑料分类模块8、成分分析模块9、数据库构建模块10、光谱信息对比模块11、微塑料种类确定模块12连接，用于通过主控机控制各个模块正常运行；

离心模块5，与中央控制模块4连接，用于通过离心机对注入离心机的固态物质进行离心，去除固态物质中的残留水，收集离心机内的固态物质，即减水后的固态物质；

低温干燥模块6，与中央控制模块4连接，用于通过低温干燥机对减水后的固态物质进行低温干燥，蒸干水分，得到微塑料；

显微图像采集模块7，与中央控制模块4连接，用于通过显微图像采集程序进行微塑料显微镜下的成像，得到微塑料显微图像；

微塑料分类模块8，与中央控制模块4连接，用于通过微塑料分类程序依据微塑料显微图像进行分类，按照不同颜色、不同形态将微塑料分为不同类别；所述颜色包括白色、黑色、透明色、红色、黄色、蓝色，所述形态包括纤维状、颗粒状；

成分分析模块9，与中央控制模块4连接，用于通过光谱分析仪进行不同类别的微塑料的成分的分析，得到微塑料成分分析结果；

数据库构建模块10，与中央控制模块4连接，用于通过数据库构建程序进行微塑料信息数据库的构建，所述微塑料信息数据库中包括微塑料种类以及对应的光谱信息；

光谱信息对比模块11，与中央控制模块4连接，用于通过光谱信息对比程序进行微塑料成分分析结果与微塑料信息数据库中光谱信息的对比，得到相同的光谱信息；

微塑料种类确定模块12，与中央控制模块4连接，用于通过微塑料种类确定程序对具有相同光谱信息的微塑料的种类进行确定，即水样中微塑料的种类，得到微塑料的来源。

如图2所示，本发明实施例提供的城市湿地环境中微塑料来源的判定方法包括以下步骤：

S101，通过取样模块利用取样程序对湿地中的水进行均匀搅拌，并使用试管取搅匀的湿地水，作为城市湿地环境中微塑料来源判定的水样本；通过中央控制模块利用主控机控制各个模块正常运行；

S102，通过样本过滤模块利用样本过滤程序对收集的水样本进行过滤，滤除水样本中粒径大于5mm的杂质，得到含有微塑料的待测定水样；通过超滤模块利用0.05mm的超滤膜进行含有微塑料的待测定水样的过滤，滤除粒径小于0.05mm的水，收集超滤膜上方的固态物质；

S103，通过离心模块利用离心机对注入离心机的固态物质进行离心，去除固态物质中的残留水，收集离心机内的固态物质，即减水后的固态物质；通过低温干燥模块利用低温干燥机对减水后的固态物质进行低温干燥，蒸干水分，得到微塑料；

S104，通过显微图像采集模块利用显微图像采集程序进行微塑料显微镜下的成像，得到微塑料显微图像；

S105，通过微塑料分类模块利用微塑料分类程序依据微塑料显微图像进行分类，按照不同颜色、不同形态将微塑料分为不同类别；所述颜色包括白色、黑色、透明色、红色、黄色、蓝色，所述形态包括纤维状、颗粒状；

S106，通过成分分析模块利用光谱分析仪进行不同类别的微塑料的成分的分析，得到微塑料成分分析结果；

S107，通过数据库构建模块利用数据库构建程序进行微塑料信息数据库的构建，所述微塑料信息数据库中包括微塑料种类以及对应的光谱信息；通过光谱信息对比模块利用光谱信息对比程序进行微塑料成分分析结果与微塑料信息数据库中光谱信息的对比，得到相同的光谱信息；

S108，通过微塑料种类确定模块利用微塑料种类确定程序对具有相同光谱信息的微塑料的种类进行确定，即水样中微塑料的种类，得到微塑料的来源。

步骤S101中，本发明实施例提供的水样本为悬浊液。

如图3所示，步骤S103中，本发明实施例提供的通过离心模块利用离心机对注入离心机的固态物质进行离心，包括：

S201，对离心机进行清理，并将固态物质注入离心机中；

S202，设定离心转速为600～900r/min，开启离心机，进行2～5min离心，得到初次离心产物；

S203，设定离心转速为1000～1200r/min进行再次离心，再次离心的时间为10～15min；

S204，再次离心结束后，收集离心机内的固态物质，即减水后的固态物质。

如图4所示，步骤S103中，本发明实施例提供的通过低温干燥模块利用低温干燥机对减水后的固态物质进行低温干燥，包括：

S301，对干燥箱进行清理并灭菌；

S302，将减水后的固态物质置于干燥箱中；

S303，设定干燥温度为25～30℃，干燥时间为1～3h，进行预干燥；

S304，预干燥结束后，设定干燥温度为20～40℃，干燥时间为2～5h，进行再次干燥，得到干燥产物。

步骤S104中，本发明实施例提供的微塑料显微图像的分辨率为1.0μm。

步骤S106中，本发明实施例提供的光谱分析仪为激光拉曼光谱仪。

如图5所示，步骤S106中，本发明实施例提供的通过成分分析模块利用光谱分析仪进行不同类别的微塑料的成分的分析，包括：

S401，使用激光拉曼光谱仪产生激发光束的激发光源；

S402，激发光路，将激发光束导向微塑料样品，产生拉曼散射光；

S403，收集拉曼散射光的散射光收集光路；

S404，接收各检测频率或子频段的拉曼散射光信号并转换成电信号进行分析；

S405，收集拉曼散射光，形成拉曼散射光谱。

本发明实施例提供的各检测频率或子频段的拉曼散射光信号是使用色散装置形成。

步骤S108中，本发明实施例提供的通过微塑料种类确定模块利用微塑料种类确定程序对具有相同光谱信息的微塑料的种类进行确定，包括：进行数据库中光谱信息对应的微塑料种类的关联。

以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。