【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及环境气溶胶，尤其是涉及一种多组分大气颗粒物的混合结构参数分析方法。
技术介绍
1、环境气溶胶的来源、组分、形态等特征均具有多样性，气溶胶粒子的快速累积造成雾霾天气。在大气环境中，不同成分的气溶胶经过复杂的物理化学过程后往往呈现出多组分、非球形、不均匀的混合结构。为了正确评估多组分颗粒物的光学辐射特征和气候效应，有必要对其混合结构参数进行分析统计。
2、目前已有的颗粒物微观形貌分析方法在多组分混合结构特征提取方面存在明显不足。2021年安徽工业大学楚化强等人提出了一种基于imagej的碳烟颗粒粒径及面积的测量方法，利用photoshop去除tem图像的背景，针对燃烧产生的裸露碳烟颗粒的粒径、面积和分形参数进行统计。2022年合肥工业大学钱叶剑等人提出了一种碳烟积聚颗粒投影面积的测量方法，同样基于微观形貌图片分析裸露黑碳颗粒的投影面积，采用计算机程序实现了图片的自动分析处理，提高了大批量处理时的速度，但是采用分水岭算法导致图片边缘提取精度有所降低。2022年浙江大学李卫军等人针对被有机物或硫酸盐包裹的单个黑碳粒子的混合结构参数，基于tem图像分析提取包裹颗粒和黑碳核的体积当量比值(dp/dc)以及包裹物内黑碳体积分数(f)，但是此方法不适用于更多组分非均相混合的颗粒物分析。因此，发展一种能够对三种以上组分不均匀混合的大气颗粒物的混合结构参数进行分析并且能够标识每种组分在颗粒内的分布位置的分析方法对于气溶胶微观几何分析是十分必要的。
技术实现思路
1、本专利技术
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种多组分大气颗粒物的混合结构参数分析方法，包括以下步骤：
3、s1、利用气溶胶单颗粒采样器对大气颗粒物样品进行采集，通过把含有颗粒物的气流引入仪器中并附着到采样铜网上；
4、s2、通过透射电镜和x射线能谱仪对颗粒物进行分析，选择电镜观察视野内边界清晰的颗粒物，基于微观形态和化学成分对颗粒物进行分类，保存透射电镜结果图像；
5、s3、使用图像分析程序读取透射电镜结果图像，依据透射电镜结果图像中的标尺设置比例尺，选取由多种成分共同混合而成的颗粒物，对透射电镜结果图像进行裁剪，保存所有含有单个目标颗粒物的裁剪图片；
6、s4、读取任一裁剪图片，测量目标颗粒物的投影面积、面积等效直径、圆度、凸度、质心坐标形态参数；
7、s5、将目标颗粒物内部每一种化学成分分布相对聚集的区域视为一个颗粒碎片，记录目标颗粒物内颗粒碎片的数量，逐一测量每个颗粒碎片的投影面积、面积等效直径、圆度、凸度、质心坐标形态参数；
8、s6、若有某一颗粒碎片的尺度大于其他颗粒碎片，将其视为目标颗粒物的内核，将内核与整个目标颗粒物边界之间的包裹物视为外壳；
9、s7、对于内核，连接其质心坐标和目标颗粒物的质心坐标，以目标颗粒物的质心坐标点为极点、目标颗粒物的质心坐标点与颗粒内核的质心的坐标点的连线为极轴，建立极坐标系，得到内核的质心的极坐标点；
10、s8、对于尺度小于内核但大于其他颗粒碎片的第二颗粒碎片，连接其质心坐标和目标颗粒物的质心坐标；
11、s9、连接内核的质心、第二颗粒碎片的质心与目标颗粒物的质心构成三角形；
12、s10、以此类推，从第三颗粒碎片开始，重复步骤s9，逐一确定目标颗粒物的内部任一颗粒碎片质心的极坐标；
13、s11、对于颗粒碎片为黑碳的情形，通过分析长度和面积参数，依据分形定律对黑碳的形态参数进行分析；
14、s12、统计所有目标颗粒物的投影面积、面积等效直径、圆度、凸度、质心gi坐标形态参数以及每个目标颗粒物的内部各个颗粒碎片的投影面积、面积等效直径、圆度、凸度、质心坐标，分析颗粒碎片成分、数量、颗粒碎片分布位置随目标颗粒物的粒径的变化规律；
15、s13、依据目标颗粒物以及颗粒碎片的形貌和形态参数构建形貌符合真实目标颗粒物的形态模型。
16、优选的，所述步骤s7中内核的质心坐标与目标颗粒物的质心坐标两点之间的距离记为r1，即内核分布在以目标颗粒物的质心为圆心、以r1为半径的圆周上。
17、优选的，所述步骤s8中第二颗粒物的质心坐标与目标颗粒物的质心坐标两点之间的距离记为r2，即第二颗粒碎片分布在以目标颗粒物的质心为圆心、以r2为半径的圆周上。
18、优选的，所述步骤s9中，设内核的质心为g1，第二颗粒碎片的质心为g2，目标颗粒物的质心为g0，根据所构成的三角形g0g1g2，记g1g2长度为c2、∠g2g0g1为θ2由余弦定理可得：
19、
20、第二颗粒碎片的质心在极坐标系下的角度θ2由下式计算：
21、
22、确定第二颗粒碎片相对于内核的位置。
23、优选的，所述步骤s11具体步骤如下：
24、s11.1、识别组成黑碳颗粒碎片的具有清晰边界的黑碳主粒子，沿着每一个主粒子边界绘制其外接圆，测量外接圆的粒径dj以及面积sj。进一步计算所有主粒子外接圆的平均粒径和平均面积利用黑碳颗粒碎片投影面积ssoot计算投影中黑碳主粒子的个数：
25、
26、s11.2、测量黑碳颗粒碎片外接矩形的长边尺寸即最大跨度l，基于l与回转半径之间的经验关系得到黑碳颗粒碎片的回转半径rg：
27、
28、s11.3、黑碳颗粒碎片满足经典分形定律表达式：
29、
30、式中，k0为分形前因子，df为分形维数，对式(5)取对数并构建如下的目标函数δ：
31、
32、s11.4、k0和df的取值范围均设为1.00-3.00，步长均取0.01，构成k0-df取值空间，从k0＝1.00，df＝1.00开始，将不同的取值组合逐一带入式(6)中，当目标函数δ绝对值最接近0时，对应的k0和df即为所分析的黑碳颗粒碎片的分形参数。
33、优选的，所述步骤s12中，对于碎片为黑碳颗粒的情形，附加统计黑碳的k0、df、n以及黑碳主粒子的平均粒径和平均面积
34、因此，本专利技术采用上述的一种多组分大气颗粒物的混合结构参数分析方法，具有以下有益效果：
35、(1)针对三种以上组分不均匀混合的大气颗粒物的混合结构参数进行分析并且标识每种组分在颗粒内的分布位置；
36、(2)对于混合颗粒内部存在极少数黑碳颗粒碎片时，无法通过对大量数据进行统计分析获取分形参数，采用构建目标函数并遍历分形参数取值空间的方式获取所分析单一黑碳碎片的分形参数。
37、下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
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1.一种多组分大气颗粒物的混合结构参数分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种多组分大气颗粒物的混合结构参数分析方法，其特征在于：所述步骤S7中内核的质心坐标与目标颗粒物的质心坐标两点之间的距离记为R1，即内核分布在以目标颗粒物的质心为圆心、以R1为半径的圆周上。
3.根据权利要求1所述的一种多组分大气颗粒物的混合结构参数分析方法，其特征在于：所述步骤S8中第二颗粒碎片的质心坐标与目标颗粒物的质心坐标两点之间的距离记为R2，即第二颗粒碎片分布在以目标颗粒物的质心为圆心、以R2为半径的圆周上。
4.根据权利要求1所述的一种多组分大气颗粒物的混合结构参数分析方法，其特征在于，所述步骤S9中，设内核的质心为G1，第二颗粒碎片的质心为G2，目标颗粒物的质心为G0，根据所构成的三角形G0G1G2，记G1G2长度为c2、∠G2G0G1为θ2由余弦定理可得：
5.根据权利要求1所述的一种多组分大气颗粒物的混合结构参数分析方法，其特征在于，所述步骤S11具体步骤如下：
6.根据权利要求1所述的一种多组分大气颗粒
...【技术特征摘要】
1.一种多组分大气颗粒物的混合结构参数分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种多组分大气颗粒物的混合结构参数分析方法，其特征在于：所述步骤s7中内核的质心坐标与目标颗粒物的质心坐标两点之间的距离记为r1，即内核分布在以目标颗粒物的质心为圆心、以r1为半径的圆周上。
3.根据权利要求1所述的一种多组分大气颗粒物的混合结构参数分析方法，其特征在于：所述步骤s8中第二颗粒碎片的质心坐标与目标颗粒物的质心坐标两点之间的距离记为r2，即第二颗粒碎片分布在以目标颗粒物的质心为圆心、以r2为半径的圆周上。
4.根据权...
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