土壤中铀检测方案(LIMS)

实验 结论 文 献 使用 TIBCO Spotfire 软件土壤无机元素仪表盘调查分析英国土壤质量 简介 在人类和环境健康的相互关系中， 土壤的质量状况扮演了非常重要的角色，它既与人类的长期生存密切相关，同时又非常容易受到人类活动的一些负面影响。土壤中含有大量高质量的营养物质供水果蔬菜和谷物等的生长。然而这些蔬菜等植物会通过根系吸收土壤中的无机重金属元素，使得食用这些蔬菜的消费者存在一定的健康风险。此外还有别的潜在的危险，比如儿童在院子或者公园里玩耍也会接触到可能含有重金属元素的土壤。先不管样品从哪里采集，我们认为真实数据的传递和沟通与数据的分析处理过程同样重要。不当的传递和沟通可能会让人们产生误解，认为本身没有危险的地方存在污染风险，从而导致昂贵的不必要的检测。TIBCO Spotfire 软件的土壤无机元素仪表盘可以通过将复杂数据可视化图像化，通过这种方式人们可以快速理解，规避不当的信息传递。本研究利用土壤无机元素仪表盘将从英国地质调查所下载的英国部分区域的土壤质量数据图形化可视化。通过比较这些测试结果建立基线数据，然后通过持续检查数据的正偏离和负偏离波动，来确定数据的变异是否是局部相互作用引起的。英国地质调查所从60年代末开始致力于环境地球化学基线的调查，每年在全英国的各个地方采集样品。这些从指定的城镇采集回来的样品在90年代末到2000年初分别测试完成并及完成统计工作。 此项分析的目的是将英国11个不同区域的土壤中无机元素进行测试，并将其相对浓度转化为图形化数据，然后找出哪种无机元素偏离基线浓度。总计有14种金属元素包含在此项测试中，包括锑、砷、、镉、、钴、铜、铅、镍、钼、锡、铀、钒、锌。采集到的这些元素的数据均是以下各个城市土壤中的平均浓度，包括加的夫、科比、唐卡斯特、林肯、曼斯菲尔德、斯肯索普、谢菲尔德、斯托克、斯温西、特尔福德、约克。TIBCO Spotfire 软件中的土壤无机元素仪表盘通过定制来显示这些结果数据。首先3D的散点图转化为了 2D 的散点图，同时将地图图表格式调整到适合观察经纬度标记。其次柱形图通过定制来查看每一个元素，并将基线数据登记进来，以检测是否指定的元素含量高于或者低于基线数据。图1显示未导入数据之前土壤无机元素仪表盘界面。图2导入新数据之后自动更新过的显示界面。图3是经过调整之后的界面，土壤数据显示会更直观。 结果 当上传新数据时，需要在默认的地方 SpotfirelnorganicSoilv1处上传，同时数据的类型也必须要与相应的列相对应。当数据格式化正确输入后，所有的合适的数据就都会显示出来了，这时候把表格的名称改为BGSDataUnitedKingdom。当载入新的数据替换老的数据表格时，表格的名称不能自动更新需要手动修改。分析处理过程中的这些变化我们可以通过图1~3观察到。原来的3D散点图用来设计查看集群数据。但是因为新的数据表格没有足够的数据点达到这种效果，所以重新设计为2D的散点图，见图4。X轴设定为元素名称。这种格式可以允许显示每个样区的标记。每个样区指定一种颜色作为标记。这种显示方式非常容易辨识且直观，比如我们很容易观察到斯温西地区的锌、铅、铜远远超过其他区域。以这种另辟蹊径的研究方式可以让我们得到一个初步的观察，进而再去深入研究为什么这种元素含量高、什么导致的它的含量偏离正常值。 因为经纬度坐标已经输入新数据表格，所以地图图表(如图5)，自动识别并更新标记。对于此项调查研究，我们还设定了颜色规则，对于高于镍基线数值的区域标记红色， 图1.导入新数据之前的土壤无机元素仪表盘界面 图2.直接导入英国地质调查所数据后的土壤无机元素仪表盘界面 图3.通过设置图形化显示之后的的土壤无机元素仪表盘界面 低于基线数值的标记为绿色。从图表我们可以很形象的看到斯温西是英国唯――个镍含量高于基线数据的城镇。这种方式结合其他的一些可能的处理办法使得可以非常容易发现某种趋势以及重要的数据点。颜色、尺寸、形状、以及标示物都可以通过一定的规则进行编辑来改变任何一列数据的显示。用于该分析的基线值是整个英国的的平均值，而不是为每个城镇的。高于基线数据的结果并不一定会对环境或者其人构成威胁。 无机元素的名称起初不显示在柱形图中(见图6)，，需要从表格中选择显示到这里，同时标签也被添加到柱形图的顶部来显示平均值。鉴于2D的散点图显示每一个元素每个区域的样品数据，柱形图作为补充显示样品的各个区域的平均值。 在分析结果的第二页，还有有加的2D 散点图来显示每一个元素的数据情况。这里英国地质调查所通常会设置一条参考线，通过比较可以很清晰的得到哪些区域的平均浓度高于了参考线。表格1是基线数据和样品数据的统计信息，其图形化处理后的结果显示在图7中。 图4.2D散点图每一个元素的样品数据，同时不同的颜色代表不同的区域。 图5.用带有标记的地图图表显示每个采样区域镍元素的平均值。 图6.柱形图显示每个无机元素的平均值(忽略采样区域)。 图7.2D 散点图显示每个元素在每个区域的的含量。并在图中添加了英国地质调查所的基线数据作为比较。 表1.每个元素的样品测试数据及相应的基线数据的统计 Baseline Data Sample Data Element Mean Median Maximum Minimum Mean Median Maximum Minimum Arsenic 20.7 14.2 106.5 5.1 25.0 17.5 71.0 14.0 Barium 372.7 357 791 186 466.5 456.0 606 376 Cadmium 0.75 0.25 7.8 0.25 1.5 1.4 3.0 1.0 Cobalt 16.2 12.7 66.4 5.4 24.1 22.5 31.0 18.0 Chromium 126.51 117 312 69 88.9 86.5 117.0 70.0 Copper 31.36 30.6 65.1 16.9 66.7 50.5 225.0 23.0 Molybdenum 4.55 0.4 2967.6 0.4 3.0 2.9 4.3 1.7 Nickel 46.67 41.7 1527.4 16.1 34.4 31.5 54.0 24.0 Lead 41.69 33.9 1142.3 8.2 168.5 164.0 552.0 33.0 Antimony 0.60 0.5 15.0 0.5 3.4 3.0 10.0 1.0 Tin 4.73 3.9 114.4 0.4 22.1 12.0 67.0 5.0 Uranium 2.30 2.0 174.0 0.3 2.1 2.0 2.6 1.8 Vanadium 125.11 118 572.0 0.9 96.3 91.0 150.0 70.0 Zinc 137.69 121.6 1163.9 26.2 242.5 169.0 808.0 110.0 可视化图表可以将数据整理成表2的格式。在这个表中每个地方当某个平均含量高于基线数据时标记为“X”。表中，科比城镇只有铅和锌的数据，其他元素没有数据，使用灰色填充单元格。根据分析，铬和钼是仅有的两个元素，在所有区域都低于基线数据。从另外卜个角度看，除了科比所有元素都低于基线数据外，其他城镇均有高于基线数据的情况。 因为基线数据的样品采集自整个英国，其中有些环境非常好的乡村地区浓度值非常小，拉低了整个平均值。这次样品采集的区域均是人口比较密集的城镇，难免会受到人类居住的影响。这些区域金属元素浓度如此之高，非常有可能归咎于基础设施建设以及市政工程项目。如前所述，这些无机元素并不会单独对环境造成损害，但是需要进行监测以便当问题出现时快速确定原因。 表2.每个城镇中每项元素超过基线数据情况 Element Cardiff Corby* Doncaster Lincoln Mansfield Scunthorpe Sheffield Stoke- on-Trent Swansea Telford York Arsenic X X X X Barium X X X X X X X X X X Cadmium X X X X X X X X X X Cobalt X X X X X X X X X X Chromium Copper X X X X X X X Molybdenum Nickel X Lead X X X X X X X X X X Antimony X X X X X X X X X X Tin X X X X X X X X X X Uranium X X Vanadium Zinc X X X X X X X X 科比城镇只有铅和锌的数据 土壤无机元素仪表盘是模仿 Syngistix TM的一种数据输出格式。任何其他形式的数据可以在默认的SpotfirelnorganicSoilv1 表格中导入。使用 TIBCOSpotfire非常简单，仅需要将新表格中列的名称和数据格式与老表格的列名称和数据格式对应起来即可。然后可视化表格中的内容会自动更新。 在此项分析中，创建了两种可视化数据图表，一种是一种从数据本质上去比较，另一种结合背景情况去比较。通过观察地图图表、2D散点图、柱形图，我们可以相关数据中得到一些基础结论。另一方面通过2D散点图比较每一个元素与基线数据的情况，我们可以洞察到那种元素可能会危及当地的环境。如果新的数据持续不断地录入这样的系统，我就很容易的观测到哪种金属元素的含量在波动。进而很容易将这种波动与潜在的环境污染事件联系起来。统计计算同样可以在 TIBCO Spotfire 软件上进行，我们可以将样品数据和基线数据进行比较，并计算这两者的偏差是否具有统计学上的显著意义。每一项可视化图表可以单独拿来进行土壤的数据分析，另外多种可视化图表结合在一块可以进行无缝的多变量分析。 珀金埃尔默企业管理(上海)有限公司 地址：上海张江高科技技区张衡路1670号 ( 参考文献 ) ( 1 . 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