水中金属污染物钒检测方案(LIMS)

实验 介绍 由于自然和人为因素，水中重金属的污染成为环境问题 已经很长一段时间了，而且新的问题也频繁出现。在2000年到2004年这期间，华盛顿饮用水中的铅含量水平上升到平均浓度，最终导致的悲剧是胎儿的死亡率增加。人类体内测量的平均含铅量是 70ug/天，有超过15%的人体内含铅量水平超过了256ug/天。我们来正确分析这些数值，美国环境保护境 (U.S.EPA) 规定最大的铅含量为 15ug/L，努力的目标是最高含量为 Oug/L。1，2这仅仅是生活中一个实例，我们需要一种监测环境问题的工具，比如 TIBCO Spotfire 软件来建立无机水仪表板，进而在问题发生之前帮助确定问题，协助制定预防措施。还能够作为一种快速检测实时危险的工具，很快地提供分析结果进而采取补救措施。无机水仪表板有利于任何实验室保持最新的当前技术。重新修改可视化方法很简单，主要是依据是否遵循新的法规或者实验室标准操作流程。这篇文章展示了使用 TIBCO Spotfire 软件的高效率，以建立的无机水仪表板来测定水中金属污染物为例展开说明。 这个研究的重点是为了测定相同水道的不同区域的水中含有问题的金属污染物进而来分析水质数据。将水中金属污染物的数据组以 excel 格式导入 TIBCO Spotfire 软件。水样从四个取样位置采集，分别是耕地、河、湖以及水管道。分别采集这些位置水样的下列元素：铝、、铍、镉、铬、钴、铜、铁、铅、锂、锰、钼、镍、锶、钒和锌，单位为 mg/L。可视化分析包括了地图图表、饼图、组合图和2D散点图。 结果 首先上传地图图表(图1)显示不同的采样位置。由于这些数据集没有 GPS的坐标，所以经度纬度需要手动输入。通过从黄色到红色渐变的颜色来表示结果增加的趋势，结果最小表现为黄色，结果处于中间值表现为橘色，结果接近最大值表现为红色。从数据表中可以看出，金属钡明显比其他金属在三个位置区域都占据最多。因此可以设置金属钡在每个位置的显示颜色应为平均水平。这种表示大小的方法也适用于标记铅在水中的含量。使用这种方法，一方面可以看出水管道中钡含量最少，铁含量次之。另一方面使用工具的提醒功能可以很简单的测定湖和河中钡含量是一样的，而河中含有铁的量最多。 为了更深入对比不同位置的数据，建立的饼图(图2)可以针对每个位置进行审查。每个扇区用颜色来区别。扇区的大小与每个浓度范围样品个数所占比例正正比。从可视化数据我们可以观察到湖和河中的钡含量的平均数值，两个位置都分别采集了17个水样。样品不同浓度范围的数据结果分类显示如表1. 图1.地图图表，越暗的颜色表示钡含量水平越高，标记尺寸增大表示铅含量升高。 表1.饼图中显示的不同浓度范围的样品分类数据结果如下表 0.0520-0.0780 0.0780-0.1040 0.1040≤x 总样品数 河 1 5 10 0 1 17 耕地 71 0 0 0 0 71 湖 0 8 5 4 0 17 水管道 0 5 1 2 0 8 为了找出引起每个位置环境问题的最主要的金属污染物，可以参照图3的组合图。每种金属的平均含量的结果对样品的位置的组合图。分析结果见表2。图中可以确定河、湖和水管道中钡含量是最高的，正如数据表 和地图表中推断的结果一致。这个组合图同样证明了铁、锶和锰是含量次之的，也是需要引起注意的金属污染物。 图3.组合图显示金属污染物对样品位置的趋势 表2.各种金属在每个位置的平均结果 污染物 样品位置浓度(mg/L) 耕地 河 湖 水管道 铝 0.0191 0.0000 0.0000 0.0000 钡 0.05781 0.0000 0.05781 0.05431 铍 0.0006 0.0000 0.0008 0.0007 镉 0.0010 0.0000 0.0010 0.0010 铬 0.0044 0.0000 0.0032 0.0035 钴 0.0028 0.0000 0.0017 0.0020 铜 0.0085 0.0000 0.0036 0.0078 铁 0.0292 0.0204 0.0236 0.0144 铅 0.0084 0.0000 0.0036 0.0078 锂 0.0040 0.0000 0.0000 0.0040 锰 0.0105 0.0133 0.0100 0.0140 钼 0.0089 0.0000 0.0042 0.0055 镍 0.0085 0.0000 0.0053 0.0061 锶 0.0375 0.0000 0.0000 0.0434 钒 0.0060 0.0000 0.0000 0.0060 锌 0.0122 0.0000 0.0031 0.0084 虽然前面的可视化图示回答了每个位置哪种污染物的浓度最大或者哪种污染物的浓度最小，但是并没有给出每种污染物单独的浓度图示。图4中的2D散点图可以用于定位超过美国环保署规定上限的数据点。本文测试的16种金属，其中6种是在美国EPA国家主要饮用水监管之内的；钡、铍、镉、铬、铜和铅。下面是这6种元素的2D散点图，数据显示样品结果都是在法规限度之内。每张图的X轴分等级设计可以显示感兴趣的位置，每幅图都标示着与各自位置的样品ID. 图 4.2D 元素散点图显示样品结果和污染物的含量限度。 结论 本文中用的数据表可以与 Syngistix TM共享为相同的导出文件格式，而且任何数据格式都可以重新导入进当前的数据表。TIBCO SpotfireQ软件所需要的最基本轻松的工作就是确保新数据导入时的纵列和旧数据的保持一致， 这样软件将自动更新已存在的可视化图表。彻底理解水质数据非常重要，这样才能足够清晰的去全面理解水质问题。正如 Rizak 和 Hrudey 所说，依据水质数据做出的决策既有潜在的好处也有坏处。3决策背后的数据应该是可论证的和直截了当的，而 TIBCO SpotfireQ软件正是这样的。本文水的仪表板通过各种类型的可视化图示提供数据的动态观测。然而单一的饼图和组合图提供的是仅仅是单方便的观测，2D散点图可以将这些数据与美国 EPA 法规相关联在一起。 ( 1 . Edwards， M arc， "Fe t al Death and Reduced Birth Ra t eAssociated with Exposure to Lead-Contaminated DrinkingWater"， Environmental Science & Technology 48， 1 (2013) 739-746， 3 Sept 2014 ) ( 2. "Drinking Water Contaminants： National Primary DrinkingWater Regulations"， U nited States Environmental Protection Agency， 3 Jun 2013， Web， 16 Sept 2014 ) ( 3. Rizak， Samantha N.， Hrudey， Steve E.， "M i s interpretation ofDrinking Water Quality Monitoring Data with Implications forRisk Management"， Environmental Science & Te c hnology 40， 17 (2006)5244-5250， 19 Aug 2014 ) www.perkinelmer.com.cn 要获取全球办事处的完整列表，请访问http：// www.perkinelmer.com.cn/AboutUs/ContactUs/ContactUs 版权所有 C2014， PerkinElmer， Inc. 保留所有权利。PerkinElmer@是PerkinElmer， Inc. 的注册商标。其它所有商标均为其各自持有者或所有者的财产。