有机地球化学特征（通用9篇）
有机地球化学特征 篇1
1 区域地质概况
松辽盆地白垩纪地层分布广,沉积厚度大,地层发育齐全,是我国研究陆相白垩纪地层的最理想地区之一。茂206井位于松辽盆地中央坳陷区古龙凹陷敖南鼻状构造,地理位置为黑龙江省大庆市肇源县超等乡窝拉泉村西北1.0 km,大地坐标为X:5 049 724.5 m,Y:21 630 437.5 m(图1)。茂206井青山口组全取心井段为(1 285.91～1 782.93) m,累计取心长度为497.02 m,取心收获率为100%,全部岩心直径的三分之一经剖切后用胶体密闭,保存在大庆油田有限责任公司勘探开发研究院岩心资料室。
青山口组是松辽盆地白垩纪生物大量爆发性繁盛期之一,生物多样化特点鲜明,化石门类及属种繁多,计有介形类、叶肢介、双壳类、腹足类、鱼类、轮藻、藻类、植物等十余个门类。据已有文献[6,7,8,9],青山口组一段建立了多门类微体古生物化石组合,介形类为Triangulicypris torsuosus— Triangulicypris torsuosus var. nota 组合,藻类Kiokansium—Dinogymniopsis组合带,孢粉Cicatricosisporites-Cyathidites-Pinuspollenites组合,化石指示其时代为晚白垩世。介形类组合中,泉头组上部发育的Cypridea, Mongolocypris,Candona等部分化石属种可上延至青山口组一段下部的油页岩、页岩之下,页岩、油页岩沉积之后,上述化石属种绝灭。代之而起的是Triangulicypris属的种繁盛,尤其是以Triangulicypris torsuosus为主,其数量极其丰富,常富集成层产出(介形类钙质层);藻类组合也是如此,属种分异度不高,但单个属种丰度很高,总体表现为介形类、藻类等湖生微体生物的极度繁盛为突出特点,成为松辽盆地主力烃源岩层的主要贡献者[10]。
2 青山口组有机地球化学特征
从茂206井采取的青山口组一段样品中选择61块进行了有机碳、干酪根碳同位素、饱和烃色谱-质谱等检测(表1)。从检测结果来看,青山口组一段暗色泥岩有机碳含量较高,大部分数据大于2.0%,最大值达9.076%。在临近泉头组与青山口组界线附近(1 782.93 m处为二者分界线),有机碳为一个相对低值点(1 782.92 m,Toc值为0.694%),其后有机碳含量迅速增大,泥岩颜色变深。泉头组/青山口组界线之上大约10 m左右,出现第一组有机碳含量相对高值区,对应于盆地内广泛分布的第一套黑色页岩、油页岩标志层,其有机碳含量大于5.00%;第二套黑色页岩、油页岩位于第一套页岩、油页岩之上约10 m左右,有机碳含量最高达9.076%;第三套黑色页岩、油页岩在该地区岩石地层学特征不明显,但茂206井1 753.63 m上下可能为其分布层位,黑色泥岩的有机碳含量最高可达8.010%(图2)。
从茂206井所获得的青山口组一段27个源岩干酪根碳稳定同位素分析结果来看(图2),其数值具有两头大,中间小的特点。(1 756.43～1 782.72) m井段12个干酪根碳稳定同位素数据,其值都大于-29.00‰;(1 711.27～1 753.63) m井段9个碳稳定同位素数据,其值一般都小于-29.00‰;(1 702.27～ 1 710.27) m井段6个碳稳定同位素数据,其值都大于-29.00‰。值得重点注意的是在黑色泥岩夹页岩、油页岩沉积时间窗口(茂206井对应于1 759.16 m～1 771.52 m井段沉积时期),源岩的干酪根碳稳定同位素出现了一个显著的正向偏移,从1 770.46 m处的-28.95‰迅速上升到1 764.46 m处的-26.68‰,正向偏移量达2.27‰。这与黄清华等[5]在松辽盆地东部朝阳沟阶地所获得的青山口组一段源岩干酪根碳稳定同位素正向偏移具可比性。
从茂206井烃源岩饱和烃色谱-质谱分析检测结果来看,青山口组一段泥岩中具低的重排甾烷含量(图3)。侯读杰等[4]在研究松辽盆地青山口组一段和嫩江组一段烃源岩时指出:无论源岩的成熟度的高低,重排甾烷和重排藿烷的含量均较低,这是处于缺氧环境和还原环境的一个重要特征[11],即:可能是由于环境缺氧,抑制了重排甾烯的形成所致。
茂206井青山口组一段源岩中普遍存在着伽马蜡烷标志物(图4),伽马蜡烷是代表原生动物生源的生物标志物,它主要来源于四膜虫醇。四膜虫醇被认为是在某些原生动物、具光合作用的细菌中出现。但是大量的伽马蜡烷常与沉积环境的盐度有关,如高盐度环境沉积的烃源岩和原油中常富含有伽马蜡烷。最近的研究表明,伽马蜡烷的形成同时也与水体的分层有关 [4]。在松辽盆地青山口组一段源岩中普遍存在着伽马蜡烷标志物,这可能指示了当时的沉积水体分层与古湖泊环境缺氧的某种关联性。
3 古湖泊缺氧事件的海陆响应
Schlanger和Jenkyns[12,13]最早发现在白垩纪古海洋中,存在多期次的富有机质沉积物大范围甚至是全球性同时沉积的现象,并提出了“大洋缺氧事件(OAE)”来加以解释。随后又根据白垩纪富有机质沉积物分布的事件,进一步划分出Aptian—Albian缺氧事件(OAE1)、Cenomanian—Turonian界线缺氧事件(OAE2)和Coniacian—Santonian缺氧事件(OAE3)。
白垩纪时期处于海平面总体上升期,尤其是在晚白垩世Cenomanian-Turonian期海侵规模最大,全球具等时性,并在温室效应共同作用下造成了全球性的海洋缺氧事件的发生[14,15]。也已证实:发现大洋缺氧事件一般具有如下特征:(1)形成富含有机质黑色页岩,有机碳含量最高可达30%以上;(2)缺氧事件期间出现碳同位素的显著正向偏移;(3)海洋微体生物发生不同程度更替和绝灭。据现有资料,Cenomanian-Turonian期界限大洋缺氧事件至少在特提斯大陆边缘、欧洲陆棚区、北美、南美、非洲边缘海湾和太平洋盆地均有记录,变现为生物、碳稳定同位素和总有机碳含量的异常,其中最引人注目的是碳稳定同位素的正向偏移[16]。
通常认为碳同位素正偏是由于富含轻碳的有机质在沉积圈中的大量埋藏,造成在大气—海洋体系中富集重碳的结果。在世界各地OAE2缺氧事件层内,无一例外地全岩碳酸盐碳同位素出现了不同程度的正偏,偏幅约2‰[17]。不言而喻,茂206井青山口组有机碳及干酪根碳稳定同位素所表现出来的显著的正向偏移特征(图2:1 760 m～1 771 m井段),也应该是白垩纪温室效应时间窗内古湖泊对古海洋缺氧事件的响应。
4 结论
青山口组是松辽盆地地质演化进程中第一次大规模湖侵时期作用的产物,茂206井青山口组为一种典型的湖相沉积,它具有相对高的有机碳,干酪根碳同位素正偏和重排甾烷含量低的特点,存在伽马蜡烷等生物标志物,表征为白垩纪中期全球温室效应时间窗内古湖泊缺氧事件的产物。而青山口组底部出现的一些具有重要时代意义的被子植物花粉,也证实了青山口阶底界已属Turonian期,而非Cenomanian期。
摘要：松辽盆地白垩纪青山口组下部分布一套富含有机碳的黑色泥岩、页岩和油页岩沉积,是全盆地划分泉头组与青山口组的一级标志。茂206井青山口组黑色泥岩、页岩的地球化学特征研究表明:它具有相对高的有机碳、干酪根碳同位素正偏、重排甾烷含量低,普遍存在伽玛蜡烷生物标志化合物等有机地球化学特征,表征为白垩纪温室效应时间窗内古湖泊缺氧事件的产物。而青山口组底部出现的一些具重要时代意义的被子植物花粉,也证实了青山口组底界已属Turonian期,而非Ceno-manian期。
关键词：黑色页岩,有机地球化学,青山口组,松辽盆地
有机地球化学特征 篇2
在先进的污水处理厂，实现高水平的氮去除，多达三分之一的出水中是有机物，以下简称出水有机氮。虽然我们知道，无机氮是非常不稳定，目前还不清楚哪些部分的生物有效性。在这项研究中，我们证明了实用的方法，可以用来研究反应的自然水体，更好地了解生态系统的反应和潜在的生物利用度。该技术是适合分析在自然水域的极性有机物；与耦合电喷雾傅立叶变换质谱。生物测定的样品进行了收集，从污水处理厂实现了先进的脱氮。对样品进行浓缩，再加入少盐的杰姆斯河天然水样品（主要支流乞沙比克湾）。我们的研究结果表明，部分的污水溶解有机质（其中一些含有氮）是保守的，有很大一部分的脂肪族和芳香族化合物含有氮（79-100）并在孵化中被删除。此外，两种废水表现的差异退化的程度和降解的类型与双方采用的不同污水处理厂和戏剧性的差异类型有联系。这些结果表明，生物利用度在自然环境和简单的化简检查净消费或者生产大量有机氮池中是高度反应的。
1、引言
在过去的一个世纪，人类活动已经大大改变了全球养分的循环，其结果对人的类的健康和地球的动力系统造成影响（格鲁伯和加洛韦，2008；施莱辛格，2009）。特别是富营养化造成大量的氮流向海洋系统（英格利特等人。2011；perakis和斯文赫定，2002）。富营养化最严重的地区被认为是河口地区。例如;：乞沙比克湾地区的恢复费用估计用了180亿美元。（乞沙比克湾委员会，2010）。
在许多水生环境中污水处理厂是氮存在的一个重要点源，包括乞沙比克湾。目前在海湾中，废水源性氮占总氮的19%（乞沙比克湾资源库，2009）。在敏感的河口地区，比如乞沙比克湾河口，为了满足日益严格的氮排放标准，要求污水处理厂采用更为先进的治愈方法；在某些情况下，这将需要出水总氮浓度低于3毫克/升。在先进的脱氮处理系统中，有机氮的比例高达总氮的1/3。
而我们知道，现在许多浮游植物占用有机氮（马尔霍兰和洛马斯，2008），并且很少有一些关于生物利用读的数据。一些研究机构已经调查确定了一些微生物培养或者种子的培养。其他研究通过长时间监测养分元素在自然水域微生物群落的浓度变化审查了生物利用度（布朗克等人，2010；菲利皮诺等人，2011）或者通过监测处理厂的微生物（帕金森和麦卡蒂，1981）。而生物测定可以测量出有机氮的净变化，但是在环境中的生物利用度不能完全测量出，这是因为有机物都采取了放在瓶子中卵化，并且因为微生物多样性自然系统中是巨大的。
目前，我们对出水有机氮和溶解有机氮的分子组成知之甚少。这种材料的复杂性和高级性并随着存在的无机盐，其中一些是氮盐而遇到的分析挑战（麦卡锡和布朗克，2008），使它很难利用标准的技术获得分子水平信息。事实上，大部分光谱技术，如紫外可见、红外和核磁共振提供了复杂混合物的功能组信息，如废水排放不能提供分子水平信息。
在高磁场中，电喷雾电离（离子）技术结合傅立叶变换离子回旋共振质谱原理为环境样品分子研究提供了一个重大突破。因为它的超高分辨率和高质量的准确性，在一个单一的复杂样品的溶解有机质中能够确切的确定质量为数以千记的分子。（基姆等人，2003；kujawinski等人，2002）。对于每一个组织，质量进度是足够的并允许分配一个独特的分子公式（斯滕森等人，2003）。最近，esi-ft-icr-ms一直被用来描述在水环境，包括海洋水域（美烟草公司等，2006；sleighter等人，2008）、淡水（基姆等人，2006）。此外，这项技术已被证明是研究生物降解的得力工具（基姆等人，2006）。目前，esi-ft-icr-ms是进行溶解有机质分子鉴定的最强大分析工具，它可以通过分配来明确单一公式的每个峰的质量谱。
作为一个评价废水处理厂生物测定评估反应的综合性研究（布朗克等人，2010；菲利皮诺等人，（2011），esi-ft-icr-ms是用来确定污水处理厂不同的处理工艺中的污水分子组成。结果，加上测定的生物数据而发布在其他的地方（布朗克等人，2010），让我们更好地了解出水有机氮样品测试的不稳定性。
这项研究的结果表明，结合先进的化学分析评估技术而得到的生物测定数据是对生物利用度的最好解释。这项研究成果将为我们理解的接收水域的出水有机氮提供新的更为深入的了解，并且可能影响我们确定污水处理厂的水生系统的负载程度。
2、材料与方法
2.1污水源
用于本研究的生物反应器废水是从两个污水处理厂经过采用强化脱氮除磷以后得到的废水。这些植物被选中是因为含有相对于溶解无机氮的高浓度废水（pagilla等人，2006）；众所周知，高浓度的标准刺激在自然中生长的微生物群落（马尔霍兰和洛马斯，2008），当然也可以降低生物活性的有机组织部分的灵敏度（布朗克等人，2010）。废水被指定EON4和EON5（布朗克等人，2010）。EON4从一个小型污水处理厂配备的膜生物反应器系统中收集（< 50000加仑/天），并在被排放在乞沙比克湾流域前有20到30天的固体停留时间。
表1—总溶解氮（TDN）,溶解有机碳（DOC），和溶解有机氮（DON）的数据分析样品（含盐量0）通过傅立叶变换 离子回旋共振高端质谱.确定的百分比分配公式在研究范围的200-700m/z.样本 JR water T0 JR water Tf(EON5+JR)(EON5+JR)Tf(EON4+JR)T0(EON4+JR)Tf a 詹姆士河的水.b 从EON5污水处理厂.C 从EON4污水处理厂,T0:0时间，经过Tf48小时的人工培养。cba[DOC](uM C)362.6±1.6 372.2 +2.5 604.3+3.4 600.0+3.7 528.9+2.9 547.5 +2.4
[TDN](uM N)28.8 +0.1 22.6+0.4 55.5+0.7 43.1+0.6 59.6+0.6 38.6+0.6
[DON](uM N)21.3+0.1 22.4 +0.4 47.6 +0.7 42.7 +0.6 38.5+0.6 38.1+0.6
比例分配公式 86% 89% 92% 92% 84% 92% 这个厂流入的存在变化的水含有污水和腐败物，还有利用生物总氮去除工艺影响均衡之前的四阶段Bardenpho工艺其次是紫外线消毒过程。EON5的分离是从国内大型污水处理厂（40000000加仑/天），它位于位于美国干旱的西部。该设备采用了先进的多工位系统，能够使固体物质保留时间为3天。该系统包括一个厌氧/好氧（A/O）生物除磷过程，硝化/反硝化过程，并最终氯化消毒过程。EON4样本收集的样本，放置在冷却器，在同一天可以运送到欧道明大学（欧道明大学位于弗吉尼亚州的诺福克）。污水在收集之前应该按步骤进行消毒，因为处理厂应用越来越多的紫外线消毒和我们想要的具有代表性的结果都是非氯化废水。因为EON5采样点仍然含有大量的微生物生物量来自于处理系统本身,所以在包装及运输到欧道明大学之前用冰对样品进行了筛选过滤。到达欧道明大学，两种废水过滤通过一个0.2毫米的聚砜滤芯过滤器（5分钟后可以取出水）进行过滤，然后集中从270毫升到13升的EON4和从450毫升到19升的eon5使用旋转式蒸发器系统，保持在低温（<35℃）为尽量减少有机物的降解。此外，大多数挥发性物质一般有质核比（质量和电荷的比）小于200，并低于质量范围，傅立叶变换、离子回旋共振高端质谱可以分析出来。污水浓缩使总氮的两个出水有机氮增加大约相等，增加一个小体积EON浓缩成JR水，从而避免“稀释”自然中微生物，并检测增加的DON。2.2 采样地点和生物活性测定试验
水中含有微生物的生物测定对象是盐度在0.9（认为淡水）的杰姆斯河（弗吉尼亚州东南部，美国），依据以前布朗克等人的描述（2010）。简单地，现场采集在Niskin采水瓶，并转移至0.5升苯二甲酸乙二醇酯瓶,在实验室对它进行酸洗。瓶子被分为三组。第一组没有收到任何污水（控制），第二瓶是作为改良的369ugNL-1（终浓度）集中EON5（DON代表97.5%的总溶解氮），第三瓶收集427ugNL-1（终浓度）集中EON4（其中不代表56%的总溶解氮）。
图1-比较杰姆斯河天然水，EON5，和EON4建立回旋共振宽带质谱。
图2-比较杰姆斯河天然水，EON5，和EON4的组合物。van Krevelen图分别是詹姆斯河自然水(A),EON5(B)EON4(C),颜色编码的强调了存在的何种类型的化合物每个的示例:绿色代表CHO,蓝色CHSO，深红色CHNO和黄色代表为其他的。黑色圆圈相对应的是主要生化类化合物，在溶解的有机物质是可以预期的。条形图显示贡献的主要类别是三个样本的。
所有样品的培养环境厅是在佛吉尼亚海洋科学研究所（VIMS，格洛斯特，弗吉尼亚州），他们提供了一个13.5 / 10.5小时光/暗周期和保持在一个恒定的温度25℃。在初始化后48小时的潜伏期，通过玻璃纤维过滤器过滤预燃烧（孔径为0.7微米，GF/F）等分试样的20毫升的实验治处理，然后分配到预燃烧硼硅玻璃瓶和对被冻结的进行质谱分析。溶解有机碳(DOC)和总溶解氮浓度测定，分成三份，利用高温催化燃烧法（岛津TOC-5000）和过硫酸氧化法，对过滤后的样品的病毒去除。溶解有机氮（DON）浓度减去计算浓度的铵离子(NH4+)，硝酸根离子(NO3-)和亚硝酸根离子(NO2-)，从总溶解氮（TDN）中(表1)。2.3 脱盐试验
盐可以干扰的 ESIFT-ICR-MS 分析使分离器堵塞，从而减轻电离，或形成不必要的峰值，并竞争电荷，从而抑制有机成分的样品的信号。因此，样品脱盐是强制性的质谱分析。主要是路易斯碱，氮在溶解有机氮DON中很容易质子化，使用传统的提取方法使其脱离几乎不可能，酸化后，使酸性大分子中性。直到现在，大约50%的溶解有机氮库仍脱羧酶。研究至此，寻找最有效的方法隔离DON。通过固相萃取（C18,PPL），并对出水进行超滤作用，能成功地分离溶解的有机物质，但是不会产生或产生很难回收的溶解有机氮（Mopper等人，2007；Simjouw等人，2005）。到目前为止，最有效的技术是电渗析（ED）；已成功地从淡水和海洋水域采用分离溶解的有机物质的最高回收率（> 85%），无任何污染或分馏（koprivnjaket等人，2006，2009；Vetter等，2007）。解冻后，集中使用5倍样本利用旋转式蒸发器及使用小型电渗析脱盐（ED）系统（哈佛仪器，以下简称为mini-ed）。每个样本被指控为聚四氟乙烯样品室（1.5毫升）两国之间的乙酸纤维素膜（截留分子量达500）。解冻后，集中使用5倍样本利用旋转式蒸发器及使用小型电渗析脱盐（ED）系统（哈佛仪器，以下简称为mini-ed）处理。每个样本在两个醋酸纤维素薄膜（截留分子量达500)中间放进聚四氟乙烯样品室（1.5毫升）。把这个样品室插入哈佛仪器室中，然后用新鲜的超纯水完全包围，为的是在样品和哈佛仪器室之间保持一个盐梯度。
图3e反应性的EON培养。负离子质谱扩大在标称质量339(A)詹姆斯河(JR)T0,(B),(C)EON5DJR EON5在T0,(D)EON5DJR在特遣部队。山峰添加的詹姆斯河的水是有坚实的恒星,山峰添加的废水和固体三角形显示,山峰在孵化显示产生与固体圈。
完全包围新鲜超纯水为了维持一个盐梯度之间的样品和室。盐去除发生转移盐通过膜由电场和需要好几天的两周。这种技术促进去除绝大多数的盐而保留的样品室w55%DOC在样品室。测量并回收效率是不实际在这一点上,因为可靠的方法并没有现成可用来测量大量的有机N在我们的样品中(w1 5毫升)。我们假定溶解有机氮恢复不同的溶解有机碳恢复。在在我们的实验室，我们能够证明这种mini-ed表现相当好，没有选择性分离溶解的有机物质，但回收率低比观察更大，价值85%以上的。我们使用500膜可能有助于低回收率。这种技术可重复性进行了评估使用模拟eon5脱盐分析在相同条件下使用相同的质谱参数作为剩余的生物测定样本。这项技术显示一个高水平的再现性(数据没有显示)。质谱光谱都模拟了几乎相同的盐源峰被删除。观察大约83%的溶解有机质山峰都模拟和它们的相对规模占总数97%的相同峰值幅度都被模拟。大多数的不匹配之间的模拟是由于一体化和非一体化的小峰，这是出于信噪比（信噪比）的设置。这给了我们很大的信心，重现性好，单一的质谱测量足以描述分配峰。所有的分析仪器是在大学科学学院进行的主要仪表使用阿波罗二世电喷雾离子源耦合到Bruker Daltonics 12 Tesla Apex Qe FT-ICR-MS.分析之前,该仪器是外部校准用聚乙二醇。第一次被稀释样品和LC / MS年级50:50的甲醇(v / v)甲醇:水,然后掺入0.1%氢氧化铵(增加pH值8)就在介绍了应急服务国际公司增加电离效率。样品流速保持使用注射泵设定为120毫升/ h和应急服务国际公司为每个样本维持电压为3.4伏特的喷雾盾牌和4.1 kV在毛细管在200 C为了保持一致的离子电流进入毛细管到MS。所有的样品分析负离子模式来减少并发症钠加合物的形成。通过使用负离子模式、多功能的一部分被分析物,附属于EON 可以有效电离没有给予复杂的加合物的信号。此外,氰化物和硝酸盐/亚硝酸盐功能可以电离在负离子模式(Sleighter和孵卵器,2011)。电喷雾质谱参数电压和维持恒定在所有的实验。
图4 e三维van Krevelen图的EON4和EON5培育。三维van Krevelen图的修改詹姆士河的水与EON5和EON4在T0(A和C)和在48 hr孵化Tf(B和D),颜色编码的强调了类型的化合物存在于每个示例:绿色,蓝色CHSO赵承熙,红色和黄色CHNO为其他公式。
离子积累在六极期为3秒之前转移电感-电容-电阻。这种积累的时间被认为是最佳的，因为短；离子积累时间导致整数峰值低信噪比，而较长的时间，导致贫乏的结果。每个样品，在300时域瞬变获得（在4M），零填补一次，正弦贝尔切趾，然后傅立叶转化到布鲁克数据分析软件，并且全面分析的时间约40分钟。2.5。质量校准和分子式方法
一般质量分布的化合物，离子在所有样本范围200e700质核比，这是一致的以前的随机研究使用esi-ft-icr-ms.因为低/峰（< 200）有非常高的激励频率，激励需要增加的离子半径到足够的幅度，被检测的检测板更难以产生。此外离子低于200被歧视的四极离子，其中一个广泛的指定质核比范围允许通过之前积累的六极，再转移到电感-电容-电阻。我们的样本进行了分析，宽带模式，意义我们用一个非常宽米/范围（质核比100e2000），然而峰只检测和观察范围200e700米质核比。最终的损失峰质核比高于700可以归因于空间电荷效应在民事细胞，可导致减少分子量较高的信号。
所有获得的光谱进行内部校准与土著脂肪酸，提供质量精度百万分之1或更少的大众的利益范围。分子式被分配到峰值信噪比“3在大规模范围200e700质核比通过一个公式的计算器程序（基奥v 1 0ª1998 nhmfl）是发达国家在国家高磁场实验室在塔拉哈西，佛罗里达州。在我们的研究中，绝大部分的公式，明确分配在质核比为 500，因为我们只允许最多0.5百万分之一误差分配正确的分子式。什么时候多任务存在一个单一的米/值，那么正确的公式的基础上分配的基本规则，功能组的关系，和模式和同源序列，详细描述以前的文献。
3.结果与讨论
3.1 EON5和EON4化学特征
图5的EON5培育。解决图,显示了消费,产生耐药,初始的和最终的公式(CHNO,CHO,CHSO)公式在EON5DJR样本。深绿色EON5点代表的山峰在孵化(消耗)消失了,点红色代表EON5山峰,持平(耐药),并指出在蓝色表示新高峰出现在孵化(生产)。图表显示百分比贡献的消耗,耐药,在EON5产生公式在时刻0(T0)和培养后(Tf)。
符合的模式观察到其他溶解有机质的研究使用ft-icr-ms，光谱获得每个脱盐样本集包含经常观察到复杂图案的多个峰在共同体的大规模的研究范围（质核比 200e700）。包括在本组的山峰是无关的峰与剩余的盐，其中许多是相当激烈的，有一个明显的质量缺陷，因为分开的多峰。电渗析除盐并非100%有效，所以我们不会显示一个比较原始光谱数据的质量范围，盐衍生的峰可能占主导地位。相反，我们集中在这里的光谱数据，重建直方图的多峰已分配数据处理后的分子式。基本上这是一个重组质谱由外来盐衍生的峰已被去除。重建质谱天然杰姆斯河（JR）水，浓缩eon4 和eon5，如图1所示。JR和eon5重建质谱显示模式与以往的随机研究，在峰一般分布在大范围的200e700 m/z，最大范围在420e450m/z；不包括激烈的高峰，主要是脂肪酸。然而，在eon4谱显示了独特的模式，峰值强度均匀分布的范围200e700m/ Z。差异的废水很可能由于多种因素，包括：不同的治疗过程中使用的污水处理厂；独特的混合酒生态各厂；和不同进水特点。最高峰是指定一个独特的分子式（84%-92%的峰值在每个谱，数据如表1所示）。这些公式将帮助研究元素之间的关系，根据其元素组成，峰值在同一样本和样本之间的不同。将这些这些公式可分分类。因此,所有的公式可以分为CHO分子,CHNO分子,和CHSO分子(图2)公式仅包含C,H和O占据了三个光谱,然而EON5和EON4样本包括更多的CHNO化合物(分别为19%和9%)比JR水(2%),这是符合事实，废水中含有丰富的有机化合物的加氮奥氏体系。
图6 e化学特性的EON5孵化。EON5+JR图表显示了化学表征所消耗的,耐药,产生分子在三个主要子组(CHNO,曹,CHSO)在培育后。
范克雷维纶（VK）地块，这显示摩尔氢/碳和氧碳比个别高峰，集群的基本公式，根据其功能群组成为主要生化化合物类具有特色的氢/碳和氧碳比（图2；化合物的种类与黑圈）。众所周知，一个点的位置在唯图涉及到具体的化合物的种类，以及有兴趣的读者参考文献的更多细节（霍克蒂等人。，2009；大野等人。，2010；利是美公司，2009；sleighter和孵化器，2011；范克雷维纶，1950）。这些化合物的种类包括脂肪族结构（区1），羧基丰富脂分子样结构[CRAM（hertkorn等人。，2006）]或木质素类的结构（区2），稠环芳香结构[（科赫和迪特摩尔，2006）（区3）]，单宁（区4），碳水化合物类结构（区 5），和血脂（区六）。EON5似乎更多样的组成比和小eon4天然水，例如，eon5包含多个公式在各地区的唯图尤其是氮肥品种的脂肪和补习或木质素等区域比较小eon4和天然水（图2）。
图7 e反应性的EON4孵化。负离子质谱扩大在标称质量353(A)控制在T0,(B),(C)EON4DJR EON4在T0,(D)EON4DJR在特遣部队。山峰添加的詹姆斯河的水是有坚实的恒星,山峰添加的废水和固体三角形显示,山峰在孵化显示产生与固体圈。
图8 e解决图的EON4孵化。解决图显示了消费,产生耐药,初始的和最终的公式(CHNO,曹,CHSO)公式在EON4DJR样本。深绿色EON4点代表的山峰在孵化(消耗)消失了,点红色代表EON4山峰,持平(耐药),并指出在蓝色表示新高峰出现在孵化(生产)。酒吧图表显示百分比贡献的消耗,耐药,在EON4产生公式在时刻0(T0)和培养后(Tf)。
3.2 生物降解废水经修订的詹姆斯河的水 3.2.1EON5 污水的改进
3.2.1.1 EON5的反应。经过48小时潜伏期、峰值观察到被添加到JR水与EON改进中(用固体三角形)要么完全消失或改变他们的相对强度比山峰,主要源于小的水(用坚实的明星),这可能是因为(无花果生命体和非生命体的改变发生在48 hr孵化(图3 c和D)。这个失踪或减少在相对强度表明减少这些化合物的相对浓度,这表明它们是不稳定的。
作为一个例子,是观察到的质量范围检查中,我们展示了一个大规模地与保守（峰值保留）公式绘制后48小时孵化（因子）在VK图相对样本收集时间为零（T 0）（图5）。峰值归因于JR DOM不被绘制为突出的效果，由于改变出水多只在48小时的潜伏期。约79%的CHNO，36%的CHO，和39%的CHSO 在图5公式中各自消耗（图5，条形图）。然而，54%的CHNO，42%的CHO，和33%CHSO公式在各自的过程中产生的48小时孵化。这些结果证实，而图5的一些部分是不稳定的，生产新型化学化合物中的生物可以混淆评估生物利用度的基础上净变化DON浓度(布朗克等人。，2010）。生产新的化合物可能是由于部分消化的消费或生产大教堂新的化合物，由于微生物或生物转化。值得注意的是，以上的估计改建是保守的估计，因为他们没有包括峰值强度增加或减少高峰期间的生物活性。只有峰值消失完全新的后出现的48小时孵化期被认为在这种分析。
图9化学特性的eon4。eon4djr条形图显示的化学表征消耗，抗性，并产生分子中的三个主要分组（CHO，CHNO，和chso）培育后。
3.2.1.2 图5化学表征培育
3.2.1.2.1 DOM消耗的大于生产的。消费，新生的，和抗性分子隔离根据主要群体的生化化合物中存在的（图6）。这些群体包括：我）脂肪族，二）补习或木质素类分子，三）芳烃，和四）分子从其他的VK图。EON5-CHO公式进行排序到这些不同的群体使用先前建立的规则（（hertkorn等人。，2006；科赫和迪特摩尔，2006；杜，1984））。我们扩展这些规则适用于中、chso公式。寻找中或chso高峰在这四个地区是指化合物定义这些地区被取代或硫化。一般来说，eon5表明高水平的反应（化合物消费）为CHO 和chso分子，主要从区域（31%；54%）和二区（16%；29%），分别为（图6）。与此相反，消费的中分子主要是从二区（23%）和第3区（52%）。新产生的化合物主要是由于二区，在92%，57%，和25%的CHNO，CHO，和CHSO分子CRAM或木质素样类分子。3.2.1.2.2 耐性的 DOM。在5的一小部分，约21%的CHNO，64%的CHO，和61%的CHSO公式中各自不退化的过程中，我们培养试验（图5，条形图）。耐火材料部分eon5策划主要在CRAM或木质素类的结构域，其中约56%的CHNO，51%的CHO，和38%的CHSO分子各自在是由于二区（图6）。这些结果是一致的建议坚硬的CRAM和木质素分子（hertkorn等人，2006；Opsahl and Benner,1997）。3.2.2 EON4 污水
3.2.2.1.EON4的反应。孵化后eon4呈显着的生产新的化合物相比，eon5培育瓶在48小时生物活性实验。当类似的名义大规模区域的小水，eon4和eon4þ小样本比较前（T 0）和孵化后（因子），一个重要的生产新的峰值（指由实心圆丙）观察到的几乎每一个名义质量（图7）。此外，eon4显着退化；高峰从质谱归因于eon4加法（:）或者完全消失或显着降低相对强度比较小固定的DOM。一个三维唯阴谋的eon4þ小之前和之后的48小时孵化表明重大生产化合物在所有类别（CHO，CHNO，和CHSO分子）（图一和四）。约100%的CHNO，86%的CHO，和66%的CHSO公式各自是化合物的过程中产生的孵化（图8）。100%的CHNO，77%的CHO，和58%的CHSO初步的分子各自完全消失后，48小时培育（图8）。总的来说，eon4和eon5质谱不同，培养自然修正eon4与eon5产生不同的结果与净生产新的化合物在eon4-amended培育。3.2.2.2.EON4的化学表征培育。
3.2.2.2.1 新生的DOM。在新生的eon4，新产生的公式中主要集中在第二区（29%），和第3区（36%），而新的CHO和CHSO集中在一区（35%）和第二区（45%）。总的来说，eon4展出的生产在所有主要生化体VK图绘制。
3.2.2.2.2.EON4耐性的DOM与消耗DOM比较。不大抗降解过程中孵化和大比例的峰值出现在光谱的孵eon4þ小消失在孵化期间。只有约0%的CHNO和30%的CHO和42%的CHSO分子在最初的污水中各自坚持通过潜伏期（图8，条形图）。这些抵抗分子主要是属于第二区（图9）。在案件eon5，这些结果是一致的认为补习和木质素类化合物是难治（hertkorn等人，2006；Opsahland Benner，1997）。消费公式的主要原因是地区。大约33%的CHNO，82%的CHO和68%的CHSO公式，分别是脂肪族（图9）。这一优惠消费的脂肪分子更突出的是在eon4 eon5相比，只有9%，31%，和54%的消费CHNO，CHO和CHSO，分别是脂肪族。这种差异在退化的程度和类型的降解可能与两个不同的过程采用的污水处理厂和巨大的差异进水（污水收集系统eon5与一些收集系统，污水和频繁交易腐败物广泛不同的组成eon4）。而具体的属性，有助于不同年代不稳观察不能得出结论，不同的测量表明，进一步评价因素是必要的。
4.结论
污水中有机氮的污水处理厂排放到氮敏感的地区有可能成为一个重大的总氮负荷的主要贡献的。出于这个原因，重要的是发展的方法，使不稳定的自然水域待定。虽然生物测定方法已被用来了解影响废水微生物生长在接收流和河口（布朗克等人。，2010；菲利皮诺等人。，2011），我们表明，先进的化学分析可以表明反应条件下甚至在标准生物测定不。散装化学分析也在废水和生物测定表明，净消耗的有机氮的生物是可变的（布朗克等人。，2010；菲利皮诺等人。，2011），和，甚至可以有不净生产（研究）。然而，分子级化学表明，许多化合物是消费等过程中产生的培育与自然微生物群落，顽固的分数低，范围从0到21%。生产和消费的化合物在培养瓶和自然生态系统的生物利用度的掩盖了真正的环境中。自然的有机氮变化的基础上的治疗过程和废水处理收到的那些植物，从而影响其反应的环境。在这里，我们检查治疗过程作为一个点的示范如何脆弱的生物测定被误解的情况下并行分子化学分析。同时，我们先进的化学分析表明，处理后的污水在这里检查从非常不同的处理过程更反应比预计从净变化的大量不浓度在培育瓶。
我们的研究结果有重要影响的管理和建议，它可能不妥当的折扣从污水有机氮营养负荷估计；相反，它应该被计入养分分配的污水处理厂的排放对水生系统。更多的污水处理厂的污水应进行筛选，以确定如何在不稳定的一系列处理厂采用不同的处理工艺。此外，它不知道是否改变治疗技术，起源的影响，或操作可以用来减少的数额有机氮在污水或改变其成分使其更为顽固的环境，这是出水。进一步研究补救战略，解决这些问题是有道理。
鸣谢
有机地球化学特征 篇3
1 传统意义上有机化学的发展情况
Grinard是由法国著名的化学家Grinard于20世纪出发现的, 进而为有机合成中研究金属有机化合物提供了帮助, 并且, 将一种全新的应用防范研制了出来。所以, 在合成有机化学家的实验室内就会更好的完成有机镁化学的相关研究工作。在1850年之前, 很多有机化学研究人员主要是利用将全新的有机反应研究出来, 将金属有机化学不断的发展起来, 例如有一种有机锌化含物存在于Br Zn CH2COOR反应, 它是一种非常重要的试剂, 在有机的合成中, 烷堆铿试剂发挥着重要的作用。在二十世纪五十年代出, 合成出了二茂铁, 因为它自身具备与芳烃类似的性质, 并且, 其自身的结构也非常的特别, 所以就将一大类的新型化合物为过度金属开辟了出来。从此以后, 在近十几年来的理论与实践应用中, 过渡金属有机化学成为了其中的重要研究内容。很多研究人员认为, 近些年来, 金属有机化学能够获得这样的发展机会主要得益于这样几方面因素的支撑:
其一, 因为有着一定的活泼性存在于碳-金属键中, 因此, 能够有很多关键性的反应出现在其中。同时, 还能够当做有机反应的催化剂和试剂, 在合成金属有机化合物的时候, 其在其中发挥着关键性作用。
其二, 将金属的有机化合物通过不断的合成出来, 能够将很多关键的材料为价格键结构与化学键理论等提供出来, 进而推动人们更多更深刻的认识到化学的内在规律性。
其三, 还有很多别的具体用途存在于金属有机化合物中。金属有机化合物在具体的生活当中经常用来当作杀菌剂、抗震剂和塑料添加剂等材料。
2 现阶段有关金属有机化学的研究内容分析
通过传统以上金属有机化学的研究, 当代, 在全新研究理论的基础上对这方面的内容也在不断的进行更新与完善。
(1) 研究有机金属的物理化学性质及全新的结构因为原子结构在各种金属元素中都具备一定的特点, 因此, 就造成有偶相应的变化会不断的出现在所生成的金属有机化合物的价键结构中, 同时, 在将很多的金属有机化合物合成出来后, 对于化学键理论的发展也会提供丰富的理论和技术支撑。许多可以应用和信赖的资料能够被新增的有机化合物所提供出来。因为当前已经非常深入的认识和了解了金属有机化合物的相关内容, 进而在某种程度不断提升了传统化学键理论概念, 并且, 在某种程度上也在不断的变化着。在对金属有机化合物进行研究的过程中, 它们被有效的应用了进去, 进而大大的提升了人们认识物质结构的能力, 并且, 在此基础上, 将种种应用工具范围的深度也有效的加深了。
(2) 不断的发现金属有机新反应我们都知道, 金属的有机化合物即为有机合成中的试剂。在二十世纪五十年代之前, 非常广泛的应用了有机镁与机铿化合物。其中到了那个时代的中期, 烯烃的硼氢化反应和Witting馆反应开始出现, 在二十世纪七十年代末, Witting和Brown这两位反应的重要创作人, 在这个化学反应的基础上, 拿到了诺贝尔奖。这就有力的证明了在促进整个有机化学的发展中, 金属的有机试剂在其中所发挥的重要作用。比如, 烯烃复分解反应, 是现阶段十分活泼的研究方向。它在具体反映的时候, 主要是将烯烃双键切断, 从而将全新的双键生成出来, 对于这方面的内容, 过去的很多化学研究人员是难以想到的。
(3) 对金属有机反应的机理要深入的进行研究现阶段, 可以用四个基列反应将金属有机反应归纳总结出来:首先, 插入性反应状况, 逆反应不会被消除;其次, 在金属上面, 洛合配位反应物;再次, 加成氧化反应。最后, 重排反应。在上个世纪的七十年代中期, 对于全新的中间体, 卡宾进行了非常细致的探究。逐步的推动了金属杂环化合物与金属洛合物的发展。
3 结语
综上所述, 长期以来, 化学都是一门非常重要的学科, 在进行科研中离不开化学这门学科的支撑。因此, 对化学学科的研究成果也在不断加深。通过上述分析我们得知, 无机化学和有机化学是化学这门学科中的两大重要分支, 很长时间内, 对于二者之间的联系, 以及如何使二者之间能够有效的结合到一起, 都没给出一个合理的解释, 指导金属有机化学问世以后, 使有机化学和无机化学之间才有了全新的研究切入点。
参考文献
[1]古林莎·果依其巴依, 张锐, 燕红, 等.含碳硼烷金属有机化学研究进展.无机化学学报.2010, (08) :596-597.
[2]王绪绪, 龙金林.表面金属有机化学研究进展[C]//中国化学会第二十七届学术年会论文集, 2010.
有机化学 篇4
第二轮复习：大量做题，提高解题能力。10～11月做真题及对应学校的相关复习资料。最迟可以到12月中旬。
第三轮复习：最后冲刺，回顾基础内容。12～1月。以回顾基础知识为主，不要做太难的题目。
留出近两年真题，每轮复习结束后作为自测并评分。
三、第一轮复习：“珍珠项链”式复习法
复习与上新课不同。上新课重在打基础，复习则着重串连整合。并且经过一、二年级的学习，有机化学的基本知识我们都已经掌握，即使有所遗忘也能很快拣起。所以读书不要死抠，要先观大略，后抓细节。
有机化学知识体系虽然零碎，但还是有纵横两条主线可以掌握的。首先构建两条主线，然后把大大小小的知识点串到线上，一条“珍珠项链”就串成了！这就是“珍珠项链”式复习策略。
两条主线是：1.化合物知识体系；2.有机理论体系。
化合物知识体系：绝大多数的有机化学教材都是按照有机化合物分类的顺序编排的，这个顺序往往也是相关基团命名前后的顺序。
烃（烷、烯、炔与二烯、芳香、非芳香环烃）。
卤代烃。
醇、酚、醚、环氧化合物。
醛、酮。
羧酸及其衍生物。
含氮化合物（胺、腈、重氮）。
杂环。
生命物质［糖、氨基酸、蛋白质、核（苷）酸、脂肪］
萜与甾体
金属有机配合物。
我们需要明确：何种物质有何种结构、如何命名、什么理化性质、如何制备、如何应用，熟记每一个涉及到的人名反应！
有机理论体系：
基础理论（一般是绪论一章提及的，来自无机和物化的理论）。
立体化学及立体反应。
亲电反应（加成、取代）。
亲核反应（加成、取代）。
消除反应。
碳正离子反应、重排。
碳负离子反应、“三乙”的应用。
周环反应。
有机解谱方法与策略。
我们需要明确：每种反应的基本机理，何种物质可以进行该种反应，有没有例外。抓住这两条主线，就等于抓住了有机化学的命门！第一轮复习就是沿着这两条主线，扎扎实实地搭建好有机化学的基础知识框架，串出我们的“珍珠项链”。
具体的策略是跟着教材走，每章以小标题为单位阅读。看到小标题时先回顾一下过去所学内容，如果没忘，对应的内容略读，如果已经忘记或者这部分内容基本没学过，那就细细阅读，一字不漏。
读书的时候注意作提纲挈领式的读书笔记，总结该章纲要即可，但是建议一些重要的教材原文抄一遍以加深印象，这用来对付可能出现的简答题。
读完一个小标题后回顾。读完一节后回顾。读完一章后更要回顾。
读完一个小标题后回顾。读完一节后回顾。读完一章后更要回顾。
有机化学与其他化学学科最大的不同之处在于巨量的人名反应以及繁杂的反应机理。人名反应没什么好说的，见一个记一个，要做到见到反应名称就能写出反应式，看到反应式就能知道反应名称。建议把每个人名反应的机理了解一下，不仅要知道“是什么”，还要知道“为什么”，理解来龙去脉，可以帮助你更好地记忆，可以参考本文第一部分提到的那本《有机人名反应及机理》。不要把有机化学复习完了见到Reformatsky（瑞福马茨基）反应还来个“重新格式化天空”，那就被行家笑话了。
反应机理则比较简单，有机教材上给出机理的反应就那点，掌握亲电、亲核、重排、缩合基本就一切搞定。需要熟悉各类反应的表现形式，代表物质、反应特征。重现率较高的知识点有亲核取代与消除的竞争、碳正离子重排（含频哪醇重排）、羟醛缩合。
另外，强烈建议在复习完每章后把本章给出的人名反应以及介绍的反应机理列在读书笔记后面！这样帮助你更好地牢记它们。
读完书以后立马做题！就做教材章后习题以及配套习题集上的题目。这些题目形式一定与真题大相径庭，没关系，这是给你打基础的必需步骤。只有通过这个步骤，你才能巩固知识，并且发现读书过程中的漏洞所在。
做完题以后对照答案订正，每一道题都要分析错因：
如果知识点没学透，回去再好好把把教材对应章节详细啃啃，假如教材写得也不详细，就把本文开头提到的四本Boss级教材翻出来查查。总有一本书上有你需要的内容。如果是因为粗心大意，那就好好反醒。
如果是题目本身太难，那就注意总结思路与解题技巧，最好把它抄到错题本上。
这样一道题一道题地练下去，你对基本知识点的掌握就越来越熟练了！
第一轮复习结束时，我们至少应该具有两个成果。
提纲挈领式的读书笔记。
错题本，或者从做题中总结到的解题技巧。
留着它们，以后还有大用处！
第一轮自测，看看你能考多少？考不高也没关系，因为你锻炼的是基础而不是能力，而考研真题中能力题比例不低。但如果你能拿到60～75%的分数，证明你的复习效果显著。
既然效果显著，那就开始第二轮复习吧！
四、第二轮复习：强调综合运用的专题复习
是否在上一轮自测中感到总是力不从心？那是因为你遇上了学科内综合题，尤其是全面综合考查化合物性质与反应的推断、合成题。
本轮复习不再按教材顺序复习，而是按专题顺序。重点训练跨章节综合题，尤其是推断与合成。
第二轮复习的参考书在市面上一般都有卖，其特点是彻底打乱教材顺序，按专题顺序（基础概念、综合命名、有机化合物基本性质与反应、结构推断、反应机理、合成技巧）编写，每个专题包含综合讲解、例题与习题等内容。习题以学科内综合型居多。考生只需按步就班地把每一个专题读通，例习题做好吃透即可。有不懂的内容一律查教材，参考书与教材冲突的地方一律以教材为准，因为命题老师是以教材为依据命题。
看书的时候要着重前后联系。尽管复习参考书已经重组了教材章节顺序，但综合程度还是不够，除了进行专题内的纵向联系以外，还要进行专题之间的横向联系，下面两项是重点中的重点：（1）牵涉多种碳架结构（顺、反、R、S……）与官能团的复杂有机物命名及表现出的化学性质，（2）不同类别化合物之间的相互转换。
与有机合成、有机推断有关的参考书我们可以看了。可以拿出一定时间全面阅读，也可以重点读部分章节，其余泛泛而过。这些书一定要看，做适宜的读书笔记！它们对我们提高分数有巨大的帮助！
历年真题在本轮复习派上了用场，开始做吧！首先确定有机化学是上午还是下午考，然后专在上午或下午做真题，每次掐准秒表，在规定时间内把一份试卷做完，再按照参考答案评分，看自己能得多少分。对于错题的处理同第一轮复习。
不仅要做报考院校的真题，外校的真题也可拿来练手，最好选北大、清华、复旦、中科院、中科大等名校（所）化学专业的题目，因为这类习题水平高而且没有专业侧重点。假如你考农学（中国农业大学）却去做药学（中国药科大学）的习题，专业侧重点的不同会使你做无用功！
就这样做到11月底（最晚不超过12月中旬），相信你解题的能力有了极大提高，第二轮复习自测，分数一定不比第一轮低，信心只会比第一轮更充足！
五、第三轮复习：回顾与总结
第三轮复习就不要再做大量试题。本轮复习的任务是：
查漏补缺。阅读第一轮复习时写下的读书笔记，尽力回顾每一个知识点，包括它的内涵与外延、常考题型、考试中的常用技巧。经过两轮复习的残酷磨练，相信你总结回顾起来毫不费力。
回顾试题。回顾做过的每一道错题、每一张真题试卷。确保85%以上的题目已经掌握，下次不再做错。确保已经适应了试卷结构和考试时间，能够把握做题节奏，在规定时间内得到最高的分数。
这个时候也可以做一些真题练练手，但不必过分纠缠于难题和分数，更不要因为一两道题做不出来而懊恼。因为你离上考场还有一步之遥，而许多竞争对手往往就是这一步没有跨出去，最终倒在了考场之前。走到这里不容易，所以一定要坚持！
考试前夜再回顾一下你的读书笔记，如果太多看不过来就改看教材目录。尽可能地把知识点回忆起来，第二天你就可以放心大胆地走进考场了！
七、结语
有机化学不难，有机考研复习不难。正如古人所说，狭路相逢勇者胜，那么，即将或已经踏上考研征途的朋友们，让我们全力以赴，高效率、高质量地完成有机化学的考研复习，信心满满地走向考场吧！
有机地球化学特征 篇5
有机化学的课堂教育也是十分重要的。在进行课堂教育的同时我们也在思考几个问题, 如何能让学生更好的理解所学的知识? 如何能让学生对这门课程更感兴趣? 如何能真正提升课堂教学效果? 由此我想到, 在进行有机化学的教育的同时将其化学发展史介绍给学生, 这样不仅可以加深学生对基础知识的理解和掌握, 还能够更好的激发学生学习的兴趣, 并且有助于培养学生的创新能力, 使学生对所学的知识能够有进一步地理解和应用。
有机化学的发展史大致可以分为三个阶段。首先是18世纪到19世纪中页的“萌芽”时期的有机化学。在这个时间段, 化学家们主要成就是分离并制备了许多有机化合物, 并建立了一些分析方法, 对有机化合物的组成进行定量分析, 以求得化合物的实验式。1805年, 德国人塞尔杜纳从鸦片中提取了吗啡, 法国科学家舍弗勒尔制得了丁酸、戊酸、己酸以及不纯净的油酸。这些科学家的科学实验成了有机化合物的分离制备的雏形。而在1781年, 由法国化学家拉瓦锡首次进行有机化合物的碳氧分析。他将有机化合物燃烧, 测定所产生的水和二氧化碳的量, 从而推算出其中的碳和氢的量。他的这种分析方法为有机化合物的定量分析奠定了基础。
接下来, 就是19世纪中页到20世纪初期的“经典”有机化学时期。德国化学家凯库勒和英国化学家库帕在收集了丰富的资料, 研究了多种有机化合物之后, 两人在1857年同时独立的得出如下两个重要的结论, 也就是有机分子结构的两条基本原则: 一是碳原子是四价的。凯库勒认为每一种原子都有一定的“结合力”, 他把这种结合力叫做价。由于在所有的已知化合物中, 一个氢原子只能与一个别的元素原子结合, 所以被选作了价的单位。他们除碳是四价的之外, 还注意到碳的四价是等同的。他们认为有机化合物分子中的原子是通过键结合而成的。二是碳原子可以互相结合, 且碳原子之间不仅可以单键结合, 还可以双键或者三键结合。库帕首先用一条短线表示键, 用这种容易理解的形式表达结构式。1865年, 凯库勒为苯确定了一个单双键交替的六个碳原子的平面环状结构。根据上述的基本原则, 已经可以解决多年来未解决的分子中各原子结合的问题, 也阐明了同分异构现象, 从而为解释有机化合物种类繁多打下了坚实的基础。这其中还有一个小故事, 就是关于凯库勒的分子结构理论和确定苯环平面结构的故事。凯库勒在1890年纪念苯的结构式问世25周年的大会上回忆说:“如果大家听到在我头脑中产生的极为轻率的联想是怎样形成这一有关概念的经过, 一定会感到有趣的。在我当年侨居伦敦期间, 曾有一度住在议会下院附近的克拉帕姆路。我常常去找住在这个城市另一端的一位朋友———谬拉, 一起度过夜晚时间。我们海阔天空的谈论各种问题, 其中大部分话题是关于化学的。一个晴朗的夏日夜晚, 喧嚣的城市已经沉睡了的时候, 我才乘最后的一班公共马车返回。我照例坐在车上, 不一会便陷入了沉思。这时, 我眼前浮现出原子在旋转。平时原子总是在我脑海中不停地运动着, 但未看出是什么模样。而这个夜晚小原子总是时而结合成对, 时而大原子拥抱两个小原子, 大原子一会儿捉住三个或四个小原子, 一会儿又似乎全部形成旋涡状而跳起华尔兹舞来。我还看见大原子排着队, 处于链的另一端的小原子被牵着走。那正是我的恩师—化学大师考普在他的著作《分子世界》中, 以他那引人入胜的笔调描绘世界。而这些我都是在他之前看到的。当马车乘服务员喊了一声: ‘克拉帕姆路到了’的时候, 才使我从幻想中惊醒。我回到寓所之后, 为了把这个幻影记下来, 至少耗费了这个晚上的一个时辰, 我的结构理论就这样诞生了。”“关于苯式理论的起源也是同样的。当我住在比利时的格恩, 我的书房面向狭窄的胡同, 一点阳光也透不进来, 这对于白天在实验室工作的我来说, 没有什么不方便。一天夜晚, 我执笔写着《化学教程》, 但是, 思维总是不时的转向别的问题, 写得很不顺利。于是, 我把椅子转向壁炉打起盹来。这时候, 在我的眼前又出现了一群原子旋转起来, 其中小原子群跟在后面。曾经体验过这种幻影的我, 对此敏感起来, 立即从中分辨出种种不同形状, 不同大小的形象以及多次浓密集结的长列。而这些像一群蛇一样, 互相缠绕, 边旋转边运动。除此以外, 我还看见仿佛其中一条蛇衔着自己的尾巴, 似乎在嘲弄我, 开始旋转起来。我想被电击一样猛醒起来。这一次, 我又为这一假说忙了剩余的夜晚。”这个故事对学生会有很大的启示作用。首先, 进行科学研究的时候一定要勤于思考, 只有多思考, 多动脑才会对问题有一些想法和见地, 这样才会对解决问题有帮助, 才会推动科学不断向前发展。其次, 它能够活跃学生们的思维, 激发学生们的科研兴趣, 学习其中的抽象科研方法, 这对学生们来说是受用无穷的。
最后, 就是从20世纪至今的“现代”有机化学时期。1916年, 德国物理学家柯塞尔和美国化学家路易斯在物理学家发现电子并阐明原子结构的基础上, 提出了价键电子理论。他们认为: 原子价可以分为电价和共价。电价是靠正负离子的静电引力而成, 共价是由两个原子共用电子对而形成的。原子得失电子或共有电子, 外层电子达到稀有气体的结构时最稳定。之后, 美国化学家兰米尔发展了路易斯的理论, 提出共用电子可由1个原子单方面提供的新观点, 后来被称为配位键。1923年, 路易斯首创用电子式直观简洁的表示一些无机化合物和有机化合物的结构, 称为路易斯式, 一直沿用至今。
化学史的介绍, 在化学教学过程中也起到了很重要的作用, 它不仅可以让学生们增长见识和智慧, 更让学生们了解到科学研究的艰辛和科学发展的艰难, 以此激励学生们进行科学研究的热情, 并激发学生们活跃的思维。所以, 化学教学时适当地引入化学史对课堂教育是具有重要意义的。
摘要：讲述了有机化学的发展史, 总结了在平时课堂教学时通过讲述化学史对课堂教学的影响。并通过实例证明, 将化学史穿插在课堂教学当中有利于学生对知识的掌握, 且能够很好地调动学生学习的积极性, 从而提高教学效果。
关键词：有机化学,化学史,课堂教学
参考文献
[1]潘华英, 叶国华.有机化学 (第一版) [M].化学工业出版社, 2010.
有机废气污染的特征与防治 篇6
1 有机废气污染物的来源与危害
有机废气污染物通常被定义为挥发性有机化合物, 其英文简称为VOCs, VOCs的来源主要包括三个方面, 分别是工业污染、汽车尾气和生活污染。
在工业密集区VOCs的浓度往往较高, 很多行业特别是化工、医药、机械、电子类企业在加工生产中都会产生一定的污染性有机废气。但不同的企业所排放的VOCs是有所区别的, 其包含的具体物质、浓度、污染方式等均有不同。
城市机动车辆的增多也带来了更多的汽车尾气污染, 尾气是天然气、汽油等的不完全燃烧, 所排放的有机废气已经成为很多城市大气污染的首要污染源, 其主要排放物为苯、甲苯、二甲苯、丙酮、丙烯、丙烷等。
生活中房屋装修与家具、烧饭取暖等也会带来一定的有机废气污染, 且因为在室内不容易排出, 对人体的危害较大。
有机废气污染物的危害主要包括如下几个方面:其一, 部分物质会在大气中进行光化合反应, 形成臭氧;其二, 促进二次气溶胶的合成, 该物质会长期在空中影响光线;其三, 部分物质具有极强的毒性和致癌性, 严重危害人体健康。
2 有机废气污染的特征分析
从组成、时间分布和空间分布来分析有机废气污染物的特征。
2.1 有机废气污染物组成特征
有机废气污染物, 通常为挥发性有机物, 现阶段符合这一定义的物质有300多种, 但常见的为30余种, 有烷烃、烯烃、芳香烃等, 具体包括甲苯、二甲苯、异戊烷、乙烷、乙苯、正丁烷、丙烷、苯、乙烯等。
2.2 有机废气污染物的时间分布
中东部地区是我国有机废气污染严重的区域, 在一年四季中, 多数城市都呈现出冬季污染最严重, 其次是秋季和春季, 污染最轻为夏季的特点。这与我国中东部多数地区属于温带、亚热带季风气候有关, 在冬季因为较为寒冷, 办公与生活取暖比较普及, 污染源增加, 同时冬季温度低, 光照也弱, 使得有机物反应慢, 不利于其消除, 而这也是冬季我国北方很多地区盛行雾霾天气的原因之一;在春秋季节, 因为不需要取暖, 光照也较强, 温度较高, 相对冬天其污染严重性降低;在夏季, 则经常有东南季风, 加上多雨的特点, 会对污染物进行及时地排除。当然这种季节性分布并不是稳定的, 近年来秸秆露天焚烧也使得不少地区在作物收获季节有机废气污染呈加重趋势。
而在一天中, 很多城市也呈现出上午8点左右与晚上19点污染物浓度最高, 中午12点污染物浓度为前两个时间点的一半左右, 而凌晨2点则是前两个时间点的1/5。分析认为, 是早晚交通高峰期在用汽车较多, 且堵车也增加了尾气排放, 因此相对其他时间段其有机废气污染最为严重;而白天无论是汽车尾气污染、工业污染还是生活污染活动都比晚间多, 因此晚间的污染最轻。
2.3 有机废气污染物的空间分布
有机废气污染物在空间上的分布主要呈现如下特点:
其一, 农村相对城市污染较轻。在工业较少的农村地区, 除非是秸秆集中焚烧时期, 很少出现有机废气污染现象;但城市因为各种污染活动的集中, 污染相对较为严重。
其二, 内陆地区相对沿海地区较重。这在夏季表现得尤为突出, 分析认为, 季风气候沿海地区污染物容易被海风吹散, 而内陆地区风力较小, 不容易使得污染物有效扩散。
其三, 工业发达区域相对工业欠发达地区较重。这与工业发达区域工业污染、人口集中导致的汽车尾气与生活污染都较多有直接的关系。不仅在全国范围内, 在一个城市不同的县区也同样有该分布特点。
其四, 北方相对南方较重。和气候、地形有一定的关系, 在冬季表现的极为明显。华北、东北地区在秋冬季节容易出现雾霾天气, 就是最好的佐证。
3 有机废气污染的防治
对于有机废气污染的治理, 不少学者认为可以利用化学反应等技术将污染物转化成非污染物质或少污染物质, 比如热破解、光分解、电分解等方法。有机废气污染治理要从源头抓起, 要对不同的污染源制定针对性的防治对策, 最大限度减少污染。
3.1 工业有机废气污染的防治
现阶段我国的大气污染防治法对有机废气污染的排放标准和超排惩治措施进行了明确的规定, 但特定工业集中区域依然有严重的污染现象, 这与地方执法力度和产业过度集中密切相关。主要举措包括:
其一, 进一步加强工业生产中有机废气污染物排放的整治力度, 做到经常检查, 长期摸底, 防止企业周期性排放和间断性排放的现象。对超排的企业依法处理, 加大执法力度, 杜绝超标排放、偷排与漏排等违法行为。
其二, 通过政策的引导, 将一些污染性产业集中的区域开展企业分流, 综合考虑社会各类环境因素, 进行广泛深入论证, 避免有机废气污染的叠加性和交叉性。
其三, 对工业有机废气污染物的排放标准进一步细化, 标准化作业有助于地方环保部门对污染情况的把握, 有助于对污染源进行细致化的分析, 以便做好预防与治理工作。
3.2 机动车尾气污染防治
居民生活水平的逐步提升给更多的家庭带来了机动车, 同时也增加了有机废气污染负担。对此有必要采用如下手段进行汽车尾气的防治:
其一, 鼓励居民乘坐公交、地铁出行。一方面, 加强宣传使人们意识到汽车尾气的危害性, 主动减少或放弃私家车使用而选择公交出行;另一方面, 优化城市公交服务网络, 提供更加优质的公交地铁线路, 体现公交出行的经济性与便捷性。
其二, 鼓励更多的城市建立自行车出行系统, 居民和游客都可以便捷地租车骑行, 实现市内出行零污染。
其三, 以税收等为途径, 对大排量机动车进行一定的限制, 以一定程度上降低汽车尾气的污染。
其四, 发展新能源汽车。新能源汽车对传统机动车进行替代是消灭汽车尾气污染的终极途径。新能源通常指清洁型能源, 包括风能、太阳能、潮汐能等, 以目前的技术和发展趋势, 新能源汽车最具可能性的发展方向是充电使用的电动车。对此, 可以着力于以下几个方面: (1) 鼓励新能源汽车技术的创新, 国家对特定的研发项目和企业予以一定的资金支持, 给新能源汽车产业 (包括锂矿、锂电池、整车企业) 进行政策鼓励和指引, 对购置新能源汽车的居民进行一定的资金补贴。 (2) 电动汽车的最大短板是电池的单次供电里程, 对此, 可以扶持一批重点企业, 为城市和公路沿途建立更多的充电桩, 为电动车的发展扫清障碍。 (3) 实现公交新能源化。为有效地推动新能源汽车对机动车的替代, 建议城市公交车逐步由新能源汽车替代。
3.3 生活有机废气污染防治
在生活中主要因为房屋装修、供暖、做饭等产生有机废气污染, 其中最为突出的污染源是房屋装修和家具使用。对此一方面要对装修材料的制造商与市场进行规范, 使其提供的产品符合国家标准;另一方面住户要选择正规的装修公司, 科学规范装修, 并使用清洁无污染的家具。同时, 对装修完工的房屋要进行污染物检测, 确保环境质量达标。
而对于秸秆、垃圾露天焚烧等污染, 则需要多部门齐抓共管, 加大宣传力度、加强执法管理、开展秸秆生态化应用新技术、完善垃圾收运体系和妥善处置等进行有效治理。
参考文献
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有机地球化学特征 篇7
洛川县苹果种植品种主要为红富士、秦冠、嘎啦、红星等。被调查的有机苹果种植面积达2146.5亩, 其中, 红富士种植面积占到88.63%, 秦冠、嘎啦以及红星等其他品种的种植面积之和不到12%。据果农反应:红富士的销售市场较好, 且该品种具有易储存, 保鲜时间较长等优势, 秦冠因多用于苹果深加工, 主要靠出口销售, 易受国际市场波动的影响, 目前是逐渐被淘汰的品种, 其他品种只是为与红富士之间传花授粉而选择零星种植。
在问及该部分果农选择有机苹果的动机时, 17户果农统一回答是因其果园所处地理位置较符合有机苹果种植条件, 政府主动找上门引导其选择该种植方式, 并承诺通过改善水利、道路等基础设施建设来大力支持果农的有机种植经营行为, 同时, 政府通过组织培训让该部分果农初步了解学习有机种植技术。可见, 该部分果农是被动改变种植方式, 并没有明显的主动学习行为。
2产中果农有机苹果经营行为特征
2.1劳动力投入 按有机苹果生产要求规范, 为了防止污染, 与普通种植方式相比, 果农在生产经营各环节中需加大用工力度, 以保证生产环境的清洁。从表1中可见, 有机苹果生产经营的劳动投入主要在提升苹果质量的套袋、摘袋、疏花/疏果环节和采摘、修枝拉枝、种草除草清园等日常管理方面。其中, 采摘环节的用工量最大, 其次为套袋、疏花/疏果、摘袋、施肥等。用工单价最高的为修剪环节, 为51.5元/日, 因此过程的技术含量较高, 自然灾害除外的情况下, 修剪的水平将决定下一年的挂果率。
另外, 因有机果园连片种植, 面积较大, 在套袋、摘袋和采摘三个主要用工环节, 易出现劳动力严重紧缺、用工单价不稳等现象, 从而限制有机苹果生产的精细化管理。
2.2肥料投入 按照有机苹果生产规范要求, 可使用的肥料主要是绿肥即植物肥以及农家肥。调查中的15户果农施用农家肥, 主要是沼液或沼渣、猪牛羊鸡粪和油渣。其中, 由于果园经营占据了果农家庭经营成本的90%以上, 无多余资金进行畜产品养殖, 加之劳动力成本的上升, 更多果农不愿把时间用来生产、运输农家肥, 故调查中有60%的果农表示自家的农家肥量不足, 需从外部购买, 而洛川县的畜牧业尚未发展起来, 无法满足当地对农家肥的需求, 果农必须从外地联系货源, 从而增加了肥料成本中的交易费用与运输费, 平均每斤农家肥要高出当地0.1元-0.5元不等。故有部分果农仍施用复合肥、尿素等含有化学成分的肥料。果农反映一方面由于肥源不足, 另一方面是农家肥的作用期在施用后的第二或者第三年, 为了防止出现明显的产量大小年, 果农会适当选择效果较好的化肥。
2.3农药投入 为了防止病虫害, 有机苹果种植规范要求中建议果农使用物理性防虫产品与技术, 如杀虫灯、诱虫带、粘虫板、扑食螨等;可使用的药剂主要是波尔多液与百草一号。据果农反应波尔多液是普通种植中较早使用且已逐渐被其他品牌农药替代, 而百草一号在农资市场上供应量较少。目前, 果农平均喷洒农药次数为3次/年, 单位面积喷洒农药的费用为159.97元。农药的来源主要是由延安果业集团公司统一采购, 果农根据需求可以公司进价购买。此外, 政府在生产初期为了引导果农积极采用有机种植方式, 根据果园面积大小相应地配备了少量的杀虫灯、诱虫带等物理防范设施。但调查中, 果农表示目前的物理防范措施远远不能满足需求, 而防虫效果最好的杀虫灯因成本较高, 果农自己无法承担。同时, 农药市场上针对有机苹果种植的防范病虫害产品种类较少, 若出现腐烂病、早期落叶等果树生长常见病, 果农将不得不使用普通种植中使用的药剂以保证果树的存活率, 这将会严重污染有机苹果种植环境。
2.4土地投入 为了满足有机苹果种植的自然条件要求以及一定的规模经济, 果农必须选择三面环沟的果园进行连片种植。而农户土地调整最晚于1998年完成, 选择有机苹果的果农必须租种土地, 其中有1385亩果园属于荒地开垦, 因所处地理不同, 租金在25元/亩-80元/亩之间, 且租赁期在10年到30年期间, 开垦后建园至调查日果树树龄在10年左右。此类土地的基础设施较为落后, 基本靠雨水灌溉, 机械化操作性小, 果树长势较差, 尚未到丰产期, 但该类果园面积较稳定。果树长势较好且基础设施相对完善的果园租金在225元/亩-864元/亩之间, 但果园租赁期限不稳定, 若果园出租方收回果园自己经营, 则承租方的前期投入将不能得到有效补偿。分析调查数据可得:15户果农有1亩到710亩不等的租种土地, 亩平均租金为95.54元。90%的果农表示因自然条件的限制, 果园面积无法扩张, 不能实现规模经营。
2.5农用物资投入 在生产中, 提升苹果质量的关键环节是按照时节及时进行套袋。有机苹果种植所用果袋种类主要有膜袋、膜袋+纸袋和双层三色袋, 其中双层三色袋是使用最多的果袋类型, 在调查果农中使用比例达到70%以上, 其次为膜袋+纸袋, 使用膜袋的果农很少, 仅占1%左右。摘袋后的光照是苹果着色的关键, 果农通过铺设反光膜来帮助苹果着色, 但因反光膜需要劳动力大量投入使其经营成本增加, 在所有被调查果农中, 使用反光膜的果农所占比仅为17.65%, 大部分果农选择自然光照着色。另外, 随着果农收入的提高, 其经营的机械化程度也有很大变化。被调查果农中有70.59%的果农购买了旋耕机、打药机及少量的割草机等农用机械。从调查数据分析可知, 机械折旧费用平均为4014.65元/年, 相同面积采用雇佣机械仅翻地这一环节平均成本高达4678元/年。果农表示机械化操作大大节省了其翻地、喷药等环节的劳动力成本与隐性成本。
3果农有机苹果销售行为特征
销售是有机苹果经营的重要环节。销售时间、地点、价格等直接影响着果农的苹果收入。目前, 因洛川县有机苹果种植处于转换期, 并未完全通过有机认证机构的认证, 不能按《有机食品苹果生产管理协议》统一交于延安果业集团公司销售。在销售市场上, 消费者尚不能直观地区分有机苹果与普通苹果, 所以, 在消费者无法识别的情况下, 有机苹果无法进入超市、卖场等高端市场, 果农可选择的销售方式只能是按普通苹果售于中低端市场。
销售前, 果农都有主动询价的行为, 其信息来源主要是上门收购的客商或者是附近的农民经纪人。其中, 只有2户果农将苹果售出, 大部分果农未出售的原因主要是认为价格有继续上涨的趋势, 即等价心理或者果子质量不能满足收购商要求。调查中, 88.23%的果农选择的销售地点是在田间地头或自家门口;有2户果农是自己运往外地进行销售。在苹果销售过程中, 70%以上的果农在苹果出售之前都未曾与收购商有交易, 64%以上的果农与收购商就销售价格、销售数量、采摘时间以及果品要求进行口头约定或签订书面协议, 待果农集中采摘后进行初步分级后, 收购商负责上门装运。需要强调的一点是, 苹果销售时间集中在每年的10月-11月之间, 期间收购价格变动频繁, 极其不稳定, 果农的销售行为是单独完成的。由于信息严重不对称, 收购商压价的现象普遍存在, 造成果农之间的恶性降价竞争, 导致局部区域内市场价格下滑, 果农收入降低。所以, 64.7%的被调查果农希望由村里或协会统一组织进行销售, 多渠道获取市场信息, 以增强销售谈判力, 使果农的经济利益得到有效保障。
参考文献
[1]高焰.延安市宜川县有机苹果现状调查研究[J].延安职业技术学院学报, 2011, 25 (6) .15～16.
[2]诸文娟.影响生产者选择生产有机农产品的因素分析[D].南京:南京农业大学, 2007.
基于分类性能的掌纹特征有机融合 篇8
由于人体生物特征所具有的独特性,人们将生物特征识别技术[1]作为加强信息以及系统安全性的新方法。基于掌纹的身份识别主要依靠对手掌内表面上的各种纹线(乳突纹、皱纹和屈肌线)进行提取和比对来进行。掌纹的优势表现在:其主要特征比指纹的主要特征明显得多,而且提取这些主要特征时不易被噪声干扰;掌纹的主要特征比手形主要特征更稳定和更具分类性,掌纹识别系统的正确识别率远高于手形识别的正确识别率[2,3,4]。基于掌纹的特征识别具有采集设备简单、图像采集方便、不涉及个人隐私、人们在心理上更容易接受、可用低分辨率图像进行识别等优点。掌纹的信息量丰富,特征更具稳定性和独特性[5]。
在图像识别的过程中,选择合适的特征提取方法是极为关键的。研究人员在致力于寻找新特征提取方法的同时也试图改进现有的方法,然而想通过改进单一特征提取方法来提高识别率比较困难,因此,融合的思想成为图像识别研究中的新方向。目前,有四种不同阶层的融合方法:传感器级的融合方法,即利用两种或两种以上的采集设备对待测目标进行采集,然后对它们分别进行图像处理后再融合;特征级的融合,即对同一幅图像进行不同特征的提取,然后将特征数据进行融合;匹配数据级融合,即分别用多种特征计算各自的距离,然后将这些距离综合考虑;决策级融合,即利用不同的方法对待测图像的判别结果进行融合,最终得到图像的类别。这些融合方法从不同的模式识别阶段出发,实现了对待识别对象的多方面表达,通过增加信息量来完成更为准确的模式分类。
与其他阶层的融合方法相比,特征级融合具有显而易见的优势:单一方法所提取的掌纹图像的特征也是单一的,它不能把图像的特征体现得更完整,而特征级融合通过综合反映两种或两种以上的特征来增加信息量以及特征数,能够更加全面地反映出图像的整体特征;特征级融合只需要一种图像,对于采集设备的要求比较低;特征级融合只需要一种分类方法,给程序的编写和运行提供很大方便。基于上述优点,特征级融合成为融合方法中最受关注的研究方向之一。
目前的特征级融合方法主要有:利用图像的关键点特征和掌纹线特征作为掌纹的融合特征[6];提取了图像的Gabor、Liner detectors和PCA特征,然后将这些特征进行融合[7];将掌纹图像的主元特征、不变矩特征和线特征进行融合[8]提取图像的灰度特征、几何特征以及图像中蕴藏的其他特征,通过对这些特征进行K-L变换达到特征数据的压缩与融合[9]。这些方法只是将不同的特征串联在一起,然后对这些组合特征数据进行模式匹配,并没有对数据进行有效融合。
本文的意图在于有效地利用多种特征提取方法提取的多个特征的不同的特征分量所蕴含的不同信息,并在处理的过程中降低特征的维数,以便于后续的计算与分类识别。主要过程包括:特征选择、加权处理和降维处理。具体过程为:将两组特征数据进行数量级的调整后,串联成为一特征向量;构造判别函数,对每一特征分量进行取舍判别,实现特征的选择;然后构造权值函数,对特征的每一分量计算权值,进行加权处理;最后利用主成份分析法PCA(Principal Component Analysis)对特征进行降维处理。本文以改进的LBP算法和离散小波变换提取掌纹的两种特征,将提取的特征进行融合实验,结果表明了该方法的有效性。
1 融合算法
特征融合就是将不同的特征进行有机的结合,这种结合的有机性体现在其运算的过程中。首先要对图像提取两种或两种以上的特征,然后将其排列组合在一起,此时的组合特征比单一特征全面,但同时却也包含着一些对分类不起作用或起反作用的特征数据。因此,要对其进行特征选择,特征选择的作用在于保留对分类最有利的特征数据,将其它的特征数据做适当删减,最终可以得到分类性能较好的特征数据;然后要对保留下来的数据进行权值处理,其作用在于将具有不同分类效力的数据乘以不同权值,分类效力越大的数据乘以的权值也越大,以此实现对特征信息的加强或者减弱,使得变换后的数据具有更强的区分能力;最后,可以通过PCA的方法,实现对加权后特征数据的降维处理。
1.1 特征选择
特征选择的作用在于找出最有效和最有代表性的特征,一般可以依据专家的经验知识或者根据某种评价准则来进行挑选。
设注册库中的掌纹图像特征模式集为:{xi;i=1,2,…,M},其中共有c类掌纹,第j类一共包含了mj个模式,则该集合也可以表示为{x
注册库中所有掌纹图像的特征均值向量为:
令Q为第j类中第mj个模式的第A个数据值,其表达式如下:
Q=x
对于注册数据库中的第A列数据,令:
式中,μ
在经过上述计算后,由下式进行数据转换:
式中的D
通过对转换后数据的计算,由下式判别注册库数据中第A列数据的取舍:
其中,不等式的左边表示注册库中第A列经过数据变换后的数值之和;α为判定阈值,可以用实验测定其最适宜的值。
有利于分类的特征应该具有这样的特点:它与类内均值的距离应该尽量小于它与全部模式均值的距离。本节的算法依赖这个特点,通过计算注册库中每一个数据的判别属性,然后统计每列该类数据的数量,最终决定是否留下该位置的数据作为图像的特征。上述判别式的意义在于:当第A个特征数据的类内距离大于其与整体均值的距离时,说明其不具有较好的分类特性,因此需要将该值舍去,否则说明分类特性较好,应予以保留。
1.2 特征加权
在特征空间中,当特征数据满足类内距离较小,类间距离很大的条件时,就会具有很大的区分性。因此,需要建立能反应出类内和类间距离的准则函数,并将此函数的数值作为衡量选取特征集成功与否的依据。将衡量单个特征分类性能的准则函数值定义为J:
式(7)中,分子表示每个模式的第A个数据与其均值向量相应位置数据作差以后,所求得的这些差值的和;分母表示注册库中,每两类均值向量中第A个数据之差的总和。因此,对分类性能好的特征,分子越小越好,而分母则越大越好。从式(7)可以看出,当特征的类内分布较密集,不同特征之间距离较远时,准则函数的数值最小,该特征具有较好的分类性,因此应给其赋予较低的权值。这是因为,文中使用的分类方法为距离判别法,他将计算得到的最小距离所指向的类作为待测图像的类别。而具有较好分类性的特征,他们应该让权值尽量小。
J的大小只是对权值分配原则的定性分析,在计算时需引入的具体数值,应构造一个单调函数,使每个特征分类性能的相对关系映射到权值空间。由于幂函数具有此特性,因此本文选择幂函数作为映射函数,实现权值的变换。该幂函数的底即为J,通过实验可以得到最适宜的幂值。
1.3 特征降维
在对掌纹图像进行特征融合时,特征的维数会加大,这使得算法的计算时间变长,同时需要更大的数据存储空间。因此,需要对这些数据进行压缩和提取,来降低融合带来的消极影响。主成分分析法PCA就是一种典型的降低矩阵维数的方法[10]。其数学原理为:
设向量X∈Rn可用一组正交归一化的基向量ui(i=1,2,…,n)来表示:
用ui的转置ui′同乘式(8)两边得:
若仅用X中的d(d<n)个分量来估计X,则有:
那么X与
将式(9)代入式(11)中,得:
令S=XX′,则式(12)可以写成如下形式:
要使得ε最小,可使用拉格朗日乘数法,求得满足当j=i时,ui′uj=1,当j≠i时,ui′uj=0的uj(j=1,2,…,n)的解为:
(S-λjI)·uj=0 (14)
或者:
λj=uj′Suj (15)
式(14)中,I为单位矩阵,λj为S的特征根;uj为S的特征向量。
将式(15)带入式(13)中可得:
要使得
对两种特征的组合矩阵进行PCA变换,能够得到对分类有效的融合矩阵,在融合的过程中有效地降低特征维数,进而使得算法的运行速度变快,同时减少了存储空间。
2 特征提取算法
2.1改进的LBP算法
本节研究的改进LBP算法[11]是在普通LBP算法的基础上,通过设定判别阈值,以获得更适合于描述掌纹的图像特征,以图1中的矩阵为例:
设函数s的取值分布如下式:
其中,gc为该像素矩阵的中心点像素值,gi为周围像素点的灰度值。
式(17)中有一个设定的阈值N,用gi与gc相比,当差值大于N时,gi置1,否则为0。而普通的LBP算法,就是N=0的特殊情况。在计算得到gi的值后,通过乘以对应位置的权值,就可以得到改进LBP算法的值了:
变换N值的大小,可以得到不同的变换数据。实验表明:改进的LBP算法在保持特征维数不变的情况下,取N=0.005时,能够得到的最高识别率。
2.2 小波变换算法
图像的二维小波变换函数为:
Wf(a,bx,by)=∫
在数值计算中,需要对小波变换的尺度因子、位移因子进行离散化,令尺度因子为:
a=a
其中,a>0,b≠0,m,n为整数,小波基函数为:
图像处理中使用最多的是db小波,其传递函数h的系数是很明确、很简单的,令:
于是:
对一幅图像进行J级小波分解可以得到3J+1个子图像:[caJ,{cdj,chj,cvj}j=1,2,…,J],其中的caJ是低频近似子图像,其余各项是不同方向上的高频细节子图像。
3 实验结果及分析
实验所采用的掌纹图像来自香港理工大学的标准掌纹库[12],其中包括了各类人的左右手掌。试验时,随机挑选了来自100个手掌,每个手掌10幅的共1000幅掌纹图像作为试验对象。每幅图像的分辨率为75dpi,大小为384×284。预处理时,用手工进行裁剪,裁剪后图像大小变为170×180。每类10幅的图像中,选择5幅用来注册,5幅用来测试。
实验选择了两种特征数据进行特征融合:原图像经高斯高通滤波处理后,求其改进LBP变换值图,并将其分割成9小块,每小块的直方图统计数据排列在一起即为A;而特征B代表这样的数据:原图像的3级小波变换的九幅细节图像,每幅都分割成16小块,对每小块求其能量特征,排列起来就是数据B。将DWT和改进LBP变换得到的数据串联在一起以后,每个数据在掌纹识别中所起的作用显然不是完全相同的。为了获得更加有效地表示图像特征的数据,可以根据这些不同数据对掌纹识别的影响,来对特征进行信息加强或者减弱,从而使处理后的特征数据具有更高的分类能力。
对于上述两种方法提取得到的图像特征A和B,将其串联排放后的特征向量包含有两种特征值,即按照下式进行组合:
R1=[a,b] (26)
其中,R1为排列后的特征向量;a为特征向量A中的数据,b为特征向量B中的数据。将R1前两类中每类的前十个数据绘制成如图2的分布图。
由于每类掌纹都选择5幅图像用来注册,因此每类掌纹相应位置上的特征数据共有5个,上图中的两种形状的点分别表示两类掌纹图像的特征。从图中可以看出,对于这两类图像提取出来的特征,有些具有很强的区分能力,如位置为1、3、6、7和8的情况;有些则区分能力较弱,甚至是交错分布,如位置为2、4、5、9和10的情况。但这只能说明,该位置的某些数据在第一类和第二类之间的区分性较小,但是统观注册库中的100类掌纹图像,仍具有较高的分类效力。总体来说,这些数据能够对分类起到积极的作用,而实验也证实了这一点。
根据式(5),计算得到每列上置1的数据最多有234个,最少有49个;然后根据式(6)进行判别,实验得到当α取193,并将剩下的数据作为新的掌纹库时,能够在保证识别率提高的情况下,获得最低的特征维数。
当直接用R1作注册矩阵,对图像进行分类识别的时候,其注册矩阵的大小为500×2439,待测图像的特征数据大小为2439的一维行向量,实验得到的识别率为99.2%,高于单一方法的98.6%(2-D DWT)和98%(改进LBP)。而利用本节方法进行实验时,将对待测图像进行特征提取得到的数据D1,按照获得R2时对R1进行特征选择的相应位置,将D1中的有效数据提取出来,得到一个与R2具有相同列数一维行向量D2,通过计算D2与新掌纹库R2中数据的相似度,最终得到该算法的识别率为99.4%,高于特征提取之前的识别率,同时降低了特征维数,算法性能得到提升。本节利用1.1节中的方法,通过计算比较类内均值距离与注册库均值距离的大小,实现了对R1中特征的选择。
以注册库的第一列为例,与类内均值的距离大于整库均值的距离的数据共有96个,低于设定的阈值193,因此第一列应保留。同时,在计算待测图像的特征时,第一个数据也相应保留。经过统计,除去的列数共有48列,这些列的数据对分类判断具有不良影响,多半不能反应不同类别之间的差距和相同类别之间的相似。以第158列为例,数据分布如图3所示。
从图3中可以看出,数据分布较乱,同一类即相邻5个数据之间相对较离散,聚类性较差,因此不具有良好的分类特性,因此被除去。
图4为第58列数据分布图,显然此列的数据分布较为规整,具有一定的聚类性。
由以上数据可以得出:特征选择能够保留对分类最有利的数据组合,同时也具有降低特征维数的优点。
为了进一步提升算法的识别率,本节选用式(7)的方法来计算每个特征数据的权值,最终得到一个一行2391列的J值向量。他们所表征的是该位置数据的分类性能,但并不一定是最合适的权值。因此本节以J做底,设计了其幂指数从-1到3变化的一组实验,通过最高的识别率求得最适宜的幂值,实验结果如图5所示。
图中幂值为0的情况即是数据不加权的情况。实验结果表明:随着幂值的增加,识别率先增后减。这主要是因为当幂值加大时,优势特征被突出,弱势特征被弱化,但是当幂值大到一定程度以后,权值过于强调优势特征,弱势特征就相对地被忽略了,对相似度计算起作用的特征数据会越来越集中到某些位置上,从而导致特征利用率的下降,进而使算法的识别率下降。结果表明:当J的幂值取1的时候,识别率提升至99.8%,高于不加权算法的识别率99.4%。此时的注册库R3为R2乘以相应位置的权即J得到的,其大小为500×1951。
经过上述处理,算法识别率达到了较高的水平,之后进行降维处理的目的则在于降低R3的维数,使算法更加快速同时降低存储所需空间。PCA是对注册库矩阵求特征值,然后按照其大小对应排列其特征向量,接着通过计算排在前面的若干个特征值之和在特征值总和中的比重确定最终的变换矩阵。在尽量保证识别率的前提下,将比例设定为0.9,此时得到的实验结果为:识别率为99.8%,注册矩阵的大小降为:500×264。
将上述实验计算得到的数据归纳至表1所示。
表中实验1选用的数据为:直接将小波变换和改进LBP这两种方法得到的数据按顺序排列,并将其作为图像的特征,此时的注册库矩阵即为R1;实验2选用的数据是通过对实验1中的数据进行特征选择得到的,其注册库矩阵即为R2;实验3的数据是对实验2中的数据进行加权处理得到的,其对应的注册库矩阵即为R3;实验4的数据是对实验3中的数据进行降维处理得到的,其对应的注册库矩阵即为R4。从结果中可以看出,特征融合的方法能够逐步提升掌纹图像的识别率,而且随着算法的改进,每幅图像的特征维数是逐渐减小的,与理论分析相符。因此,本章使用的掌纹图像特征融合能够有效提升算法性能,使之在识别率提高的同时,降低特征维数,算法更具实用性。
4 结 语
本文详细研究了特征融合的三个步骤:特征选择、加权处理和降维处理。他们的作用分别是选出优势特征、对特征进行影响扩大化和降低特征的维数。文中对改进LBP算法进行研究,并与DWT 特征相结合,按照上述步骤实现了对两者的特征融合。改进的LBP算法从总体上把握图像的纹理特征,DWT则提取图像的细节特征,融合以后既能够发挥LBP抗光照干扰的优点,又能够发挥DWT提取不同频率尺度下图像特征的优点,形成了优势的互补,从而提高了掌纹图像的识别率。结果表明,对这两种特征进行融合,能够在识别率达到99.8%时,使特征维数仅为264。
参考文献
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崇州市土壤有机质分布特征研究 篇9
目前几乎所有从事农业地质背景方面研究的人员, 都将地球化学元素作为研究的主要对象, 地球化学元素在母岩-土壤-植物系统中的运动特征, 直接影响作物生长。土壤的有机质含量和全氮含量是土壤肥力诸因素中重要的2个因素, 土壤肥力的高低主要取决于有机质的含量高低[6,7,8,9]。已有资料表明, 水稻土耕层有机质量乘以换算系数0.065接近全氮量[10,11]。因此, 该研究在对土壤有机质分析的基础上, 进行与全氮含量的相关性分析, 以探明研究区土壤肥力状况。
1 研究区概况与研究方法
1.1 研究区概况
崇州市有“天府粮仓”之美誉, 主要农作物为水稻, 位于四川省岷江中上游川西平原西部 (东经103°7′~103°49′, 北纬30°30′~30°53′) 。面积1 090.17 km2。其中8个乡镇进行高标准农田建设 (图1) 。
崇州市属山地、丘陵、平原兼有的地貌类型, 西部为山地, 中部为丘陵, 东部为平原。地势从东南到西北逐渐升高, 西北部山地海拔多在2 000 m以上, 最高海拔为5 364 m;中东部丘陵和平原地区的平均海拔为560 m, 最低海拔仅为480 m。平原区土地利用类型为农作物种植区, 主要耕地类型为水田。
1.2 研究方法
1.2.1数据收集与处理。
试验分析根据崇州市农发局2012年耕地调查数据 (表1列出部分数据) , 全市共采集水田表层土壤样2 857件, 进行化学元素测试分析, 该试验对样品有机质含量数据进行分析。样品取样深度5 cm, 初始重量1 000 g, 每个采样点的取土深度及采样量均相同。高标准农田建设区位于崇州市西南角, 因此根据研究区乡镇所在范围大致将水田采集样品数据分为4组 (图1) , 其中A组为高标准农田建设区8个乡镇样品数据, B、C、D组为对照组。
1.2.2统计分析。
利用SPSS软件进行基本统计特征分析, 包括单因素方差分析和相关性分析, 方差分析 (ANOVA) 是平均数差异显著性检验的一种引伸, 可以同时判断多组数据平均数之间的差异显著性, 在数据收集和预处理的基础上采用单因素方差分析法, 分析崇州市不同农作物种植区有机质含量的差异[12], 在SPSS 16.0中实现。利用Arc GIS软件进行样点数据插值分析, 在地统计模块中进行反距离加权插值, 实现养分值由点到面等势线分析。
2 结果与分析
2.1 土壤有机质分析
土壤有机质基本统计值见表2。通过对4组试验数据进行统计分析, A组为高标准农田组, 4组有机质含量均值相近, 但数理统计值有差异, 为了精确寻找几组数据间的差异, 更准确地反应高标准农田与周围农田的异同, 需要进行方差分析来判断4组数据间的差异性。
利用SPSS软件对4组抽样样本有机质含量进行统计分析, 根据土壤有机质含量Q-Q分布图 (图2) 可得, 研究区样本有机质含量分布呈正态分布, 具备进行单因素方差分析条件, 可对不同组间有机质含量进行单因素方差法对比分析。
通过单因素方差分析, 由表3可知, F值为201.348, P值为0, 小于0.05, 因此4组样本土壤有机质含量均值在0.05水平下存在显著差异。
为了具体说明各组之间有机质含量的差异显著性, 利用S-N-K检验法对以上4组土壤有机质含量进行两两比较, 结果如表4所示, 分组按均数大小进行排列, 在表格的横向上被分成了若干个亚组, 不同亚组间的P值小于0.05, 而同一亚组内的各组均值比较的P值则大于0.05, A组与C组、D组土壤有机质含量不同, A组与B组测定结果相同 (P=0.058) , 即高标准农田组与其东部的C组、南部的D组土壤有机质含量显著不同, 且4组中, 高标准农田组土壤有机质含量平均最高。
2.2 有机质与全氮相关关系分析
已有资料表明, 水稻土耕层有机质量乘以换算系数0.065接近全氮量。因此对该研究区有机质与全氮量进行分析, 在SPSS软件中对试验样点有机质及全氮含量进行相关性分析, 基于Pearson相关分析双边检验, 结果如表5所示。Pearson相关系数为0.983, sig值=0<0.05, 通过双边检验, 土壤有机质含量与全氮含量相关性显著, 可进行后续线性拟合分析。
注:样本数均为285 6, **表示在0.01水平下显著相关。
根据土壤全氮与有机质关系散点分布特征, 对上述实验数据进行统计分析并进行线性拟合y=0.071x-0.111, 拟合度R2为0.966, 土壤有机质与全氮量呈极显著的正相关关系 (图3) 。土壤全氮量 (g/kg) ≈土壤有机质 (g/kg) ×0.071, 土壤全氮总量与土壤有机质含量的比值, 随着土壤所处的环境因素和利用状况而变化。总的看来, 水稻土耕层有机质量乘以换算系数0.071接近全氮量, 崇州地区土壤有机质一般约含氮7%左右。
利用Arc GIS对采样点进行差值分析, 得到研究区土壤有机质含量等值线图 (图4) 与全氮含量等值线图 (图5) 。图中颜色最深区域为含量最高区域, 颜色较浅区为含量最低区域, 有机质含量范围为12.318 9~50.076 9 g/kg, 全氮含量范围为0.440 1~4.568 5 k/kg, 崇州市有机质含量整体较丰富, 尤其以高标准农田地区的有机质含量丰富, 在白头镇—隆兴镇—桤泉镇一带有机质的含量极高;崇州市土壤全氮含量分布中部和西南部地区土壤全氮含量非常丰富, 仅局部北部的林区土壤中全氮含量较低。在崇州市的东部和东南部土壤全氮含量较丰富, 东南局部地方含量较低。总体上, 崇州市土壤有机质含量丰缺与土壤全氮含量丰缺一致, 土壤有机质与全氮含量高低值出现位置在地理空间分布一致。
3 结论与讨论
土壤有机质直接影响着土壤的耐肥性、保墒性、缓冲性、耕性、通气状况和土壤温度等。因此, 有机质含量是土壤肥力高低的重要指标之一。了解土壤的全氮含量, 不但可以作为施肥的参考, 而且可以判断土壤肥力, 据此拟定施肥增产措施。通过分析研究崇州市水稻田分布区土壤有机质含量及分布特征, 查明高标准农田建设区与周围区域土壤样本有机质含量差异性, 并通过分析全区土壤有机质含量与全氮含量的相关关系, 对研究区土壤肥力进行综合判断[13,14]。
(1) 研究区“高标准农田建设区”水稻田土壤有机质与周围水稻田区域有机质含量具有显著差异, 且均值含量最高达到34.63 g/kg, 通过多重对比分析得出, 高标准农田建设区 (A组) 显著高于其东部 (C组) 、南部 (D组) 的土壤有机质含量高标准农田建设区土壤有机质含量, 与北部 (B组) 差异不明显, 即B区域土壤有机质含量接近高标准农田建设区是下一步规划的理想区域。
(2) 研究得崇州市土壤中的全氮、有机质具有显著正相关相关系, 水稻土耕层有机质量乘以换算系数0.071接近全氮量。通过对全区土壤样本的有机质、全氮利用GIS方法进行差值分析生成的等值线图, 可见州市土壤有机质含量丰缺与土壤全氮含量丰缺一致, 土壤有机质与全氮含量高低值出现位置在地理空间分布一致。