系统介绍

      电子显微镜与能谱联用（SEM-EDS及TEM-EDS）是最为简单快捷的单颗粒表征技术，在得到高分辨率的微区形貌和结构的同时，经过能谱分析可得到单颗粒物的代表性元素组成信息。该技术可直接识别区分颗粒物种类，对其来源类型做出直观和清晰的判断，并且根据颗粒物数目的统计给出源贡献率，得到不同粒径范围的颗粒物污染特征。
智能扫描电镜环境颗粒物分析系统（IntelliSEM EPAS），通过软、硬件的深度融合，实现对电子显微镜和能谱（SEM-EDS）的自动控制和颗粒物的智能识别，快速获取大量单颗粒的细节形貌和化学组分数据（数千个颗粒/小时）。弥补了传统人工电镜分析过程，耗时费力且分析颗粒物数过少的不足。
该系统技术特点：
1) 全自动无人值守，颗粒自动识别定位
2) 实现单颗粒快速分析（几千个颗粒物/小时）
3) 获取单颗粒的清晰图片和多种形貌参数
4) 快速获取单颗粒化学组分信息（H、He、Li、Be除外所有元素）
5) 真正实现颗粒物信息的大数据化

图  IntelliSEM-EPAS系统外观

图  IntelliSEM-EPAS（Environmental Particle Analysis System）系统组成

图  EPAS系统颗粒形貌、分布及能谱信息

单颗粒样品采集方法
 被动采样
可选用UNC-110型被动采样器及配套膜片。

图  颗粒物被动采样器及采样方式

优点：
安装方便、简单；
无需供电和人员值守；
便于网格化组网；
利于长期区域评估；
膜片可直接用于电镜分析。
 主动采样
可选用常规小流量采样器和特定过滤膜片采集环境颗粒物样品，也可以选择专用的单颗粒采样器。
优点：
针对污染过程可快速响应；
易于携带；
采样时间短；
适用于多种不同场景；
专用单颗粒采样器采集样膜可直接用于电镜分析。

图  单颗粒主动采样

除了采集粉末样品外，通过烟道稀释设备直接将烟气颗粒到采样膜片上，或者在排放源附近通过主动或者被动方式采集环境空气中的颗粒，用于代表污染源颗粒。

图  源样品采集和制备

图  单颗粒烟道稀释采样

      基于智能电镜分析得到的源样品单颗粒形貌和组分信息，对不同污染源排放的颗粒物进行颗粒类型识别，利用指标判别和K-means方法对颗粒进行全面聚类和分组，系统得到重点污染源样品中不同类型颗粒的占比、组成、特征和分布，最终形成基于颗粒类型占比的代表性的单颗粒源谱。

图  污染源单颗粒源谱建立方法路线

      为了进一步拓展源样品及其源谱信息的积累以及后续应用，针对颗粒物源样品，开发了对应的源样品采样及前处理技术，并建立了源样品库。在此基础上，进一步系统建立了相关单颗粒源谱数据库，结合全新建立的RX大数据机器学习模型，可以提供更加快速准确的特定污染源的精细化来源解析分析和相关服务产品。

图  颗粒源样品库

基于源谱AI机器学习的单颗粒精准溯源
      利用大量单颗粒的高清图像和能谱数据，可实现对单个颗粒物种类和来源的直观判别和精准定量，进而得到任意粒径区间颗粒物的浓度水平、形貌特征、组分含量和来源贡献率，为颗粒物污染溯源以及开展针对性污染防控措施提供了重要支撑。
      结合大量的单颗粒数据，全新开发建立了“基于大数据AI的单颗粒精细化溯源技术”，其中包括“基于扫描电镜能谱分析的人工智能单颗粒来源解析方法”，“基于形貌、粒径、成分的大气单颗粒来源识别方法”，“基于智能扫描电镜技术的单颗粒物源谱建立方法”等系统技术体系。

图  精细化、多维度单颗粒溯源框架

基于单颗粒精细溯源的工业企业颗粒物排放立体评估管控方法
      较大型的企业或者园区内，颗粒物排放环节复杂多样，既有固定高架点源排放，也有无组织排放。不同排放环节的排放量以及对环境的具体贡献和影响范围不清楚，就无法对企业开展针对性的精准管控。
这就需要对企业的不同工艺过程和排放环节进行全面掌握，进而建立更精细的源谱信息，结合单颗粒精细溯源技术，对企业不同过程环节的排放情况、环境贡献以及影响范围进行更进一步的溯源和解析，服务于企业大气污染防治的精准管控以及效果评估。
      基于无人机平台，搭载相关自动在线及颗粒物采样设备，同时结合固定点位样品采集，构建面向企业的颗粒物排放综合立体监测系统。对厂区的不同区域，不同工艺环节，不同排放环节和主要排口，开展颗粒物排放的三维立体实时监测，并采集颗粒物样品。结合单颗粒精细化溯源技术，有效掌握企业颗粒物排放的具体特征，不同环节或工艺过程的贡献占比、影响区域和范围。建立应急监测跟踪能力，对污染状况下，企业级颗粒物污染精细化管控和效果评估提供具体支撑。通过以上具体工作的开展，可实现以下几方面综合评估管控效果。
 企业颗粒物排放动态监控
 具体排放环节、工艺及区域确认
 建立企业代表性单颗粒源谱
 不同工艺及环节的贡献占比——排放清单
 评估对周边影响的范围和强度
 企业颗粒物排放精准管控措施

图  低空大气成分综合立体监测平台

图  无人机观测与定点采样相结合

图  结合气象条件设置采样点位