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受限计算环境下的化工实验室安全检测模型

安全与环境学报 2024年

作者：许云峰雷海龙韩永辉崔建升河北科技大学信息科学与工程学院河北科技大学环境科学与工程学院河北省固体废弃物资源化技术创新中心

为了利用人工智能和目标检测技术实现对化工实验室的智能安全防控，提出了基于改进YOLOv8的化工实验室安全检测模型，旨在检测试验人员不规范行为和异常目标。首先，利用分组混洗卷积（Group Shuffle Convolution，GSConv）重构YOLOv8的... 详细信息

为了利用人工智能和目标检测技术实现对化工实验室的智能安全防控，提出了基于改进YOLOv8的化工实验室安全检测模型，旨在检测试验人员不规范行为和异常目标。首先，利用分组混洗卷积（Group Shuffle Convolution，GSConv）重构YOLOv8的C2f结构和特征融合部分的下采样模块，降低模型的参数量与计算量；其次，设计基于分组卷积的轻量化检测头替换原有检测头，进一步降低计算复杂度；最后，构建面向化工实验室安全检测的图像数据集，用于训练模型。试验结果表明，经过改进的模型在不牺牲过多检测精度的情况下，参数量和计算量分别降低了48%和54%。改进模型在性能和轻量化之间取得了良好的平衡，不仅适用于在计算资源受限的化工实验室环境下部署，也具有在其他需要轻便高效安全监控的场景中广泛应用的潜力。

关键词：安全工程化工实验室目标检测轻量化 YOLOv8

华北典型区域地下水重金属来源解析及健康风险识别

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中国环境监测 2024年

作者：常帅宋圆梦陈慧赵鑫宇崔建升张璐璐河北省污染防治生物技术实验室河北科技大学环境科学与工程学院

科学评估地下水重金属健康风险，识别主要风险因子，对保障地下饮用水安全和开展地下水风险管控具有重要意义。选取华北典型区域地下水作为研究对象，根据地势和地下水流向选定了14个采样点，于2017—2019年采集了122个地下水样品，并... 详细信息

科学评估地下水重金属健康风险，识别主要风险因子，对保障地下饮用水安全和开展地下水风险管控具有重要意义。选取华北典型区域地下水作为研究对象，根据地势和地下水流向选定了14个采样点，于2017—2019年采集了122个地下水样品，并对样品中的Cr6+、Cd、As、Mn、Fe、Cu、Hg、Se和Zn进行了检测，以多元统计分析和健康风险评价模型相结合的方式，明晰了地下水重金属的来源和主要风险因子。结果表明：①研究区域地下水中重金属的浓度均值排序为ρ(Fe)＞ρ(Zn)＞ρ(Mn)＞ρ(As)＞ρ(Se)＞ρ(Cu)。根据综合污染评价结果，研究区地下水整体水质较好。②就空间分布而言，S12采样点处的As(5.04 μg/L)、Mn(4.36 μg/L)、Fe(18.52 μg/L)和Cu(0.38 μg/L)浓度最高，Se在S5采样点(0.52 μg/L)处浓度最高，Zn在S4采样点(12.88 μg/L)处浓度最高。③多元统计分析结果显示，As、Cu、Fe和Mn可能来源于工业活动，Se可能来源于地质环境。④健康风险评价结果显示，儿童面临的风险高于成人，饮水是主要的重金属暴露途径，潜在风险主要来源于As。为保障居民地下饮用水安全，应当将As作为今后加强地下水保护的优先控制物质。

关键词：华北地下水重金属空间分布多元统计分析健康风险

瓶装水中微塑料与邻苯二甲酸酯的含量及健康风险

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环境科学 2024年

作者：梁潇戈郭睿瑶苏梦飞杨雪晶姚波崔建升河北科技大学环境科学与工程学院

为研究瓶装水中微塑料(MPs)和邻苯二甲酸酯(PAEs)的含量及健康风险.采用玫瑰孟加拉红染色法-立体显微镜对MPs进行定量分析，使用气相色谱串联三重四极杆质谱(GC-MS/MS)对7种PAEs进行定性及定量检测，对MPs日摄入量进行了估计，并运用健... 详细信息

为研究瓶装水中微塑料(MPs)和邻苯二甲酸酯(PAEs)的含量及健康风险.采用玫瑰孟加拉红染色法-立体显微镜对MPs进行定量分析，使用气相色谱串联三重四极杆质谱(GC-MS/MS)对7种PAEs进行定性及定量检测，对MPs日摄入量进行了估计，并运用健康风险评价模型对PAEs的致癌风险和非致癌风险进行了评价.结果表明，21种瓶装水中MPs丰度为48 ～216 n·L-1(中位数为88 n·L-1)；MPs形状大部分(72.1%)呈纤维状，碎片状仅占27.9%；小尺寸(10～50 μm)MPs的平均占比为33.9%，大尺寸MPs(＞500 μm)的平均占比为4.3%；大部分MPs为蓝色.21种瓶装水中ρ(ΣPAEs)为1.15～2.47 μg·L-1(平均值为1.62 μg·L-1)，其中邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、邻苯二甲酸二异丁酯(DIBP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)和邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)的检出率为100%，邻苯二甲酸丁酯(BBP)和邻苯二甲酸二正辛酯(DNOP)检出率较低.DBP、DEHP和DEP浓度均低于我国饮用水标准限值. 60℃ 10 d迁移条件下ρ(ΣPAEs)为0.61～2.04 μg·L-1(平均值为1.33 μg·L-1)，其中迁移出的DBP和DEHP含量均在允许范围内.7种PAEs在瓶身、瓶盖中均被检出，瓶身中DEHP的平均添加量最高，而瓶盖中DBP最高.估计人类不同年龄段通过饮用瓶装水的MPs摄入量(EDI)为：成人2.87 n·(kg·d)-1、儿童3.87 n·(kg·d)-1和婴儿5.85 n·(kg·d)-1.健康风险评价结果显示21种瓶装水样品及迁移试验条件下DEHP的致癌风险都小于最大可接受风险水平(1×10-6)，且PAEs的非致癌风险指数(HIs)均小于１，表明不会对人体产生非致癌风险，但婴儿、儿童的风险值高于成人.

关键词：瓶装水微塑料(MPs) 邻苯二甲酸酯(PAEs) 迁移健康风险

滹沱河流域地表水中荧光增白剂的污染特征及生态风险

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环境科学 2024年

作者：郭睿瑶梁潇戈苏梦飞孙瑞雪姚波崔建升河北科技大学环境科学与工程学院

荧光增白剂(FWAs)是一类具有显著增白效果的化学添加剂，广泛应用于洗涤剂、造纸、纺织品、塑料和涂料的生产.FWAs在我国的生产和使用历史已有60多年，而这类物质在环境水体中的赋存特征仍不明确，因此基于固相萃取-高效液相色谱-三重... 详细信息

荧光增白剂(FWAs)是一类具有显著增白效果的化学添加剂，广泛应用于洗涤剂、造纸、纺织品、塑料和涂料的生产.FWAs在我国的生产和使用历史已有60多年，而这类物质在环境水体中的赋存特征仍不明确，因此基于固相萃取-高效液相色谱-三重四极杆质谱(HPLC-MS/MS)建立了一种痕量测定地表水中11种非离子型FWAs的方法，并探究了滹沱河流域石家庄段地表水中11种非离子型FWAs的赋存特征和生态风险.发现11种FWAs在0.10～50.00 ng·L-1浓度范围内线性关系良好，相关系数(R2)＞0.99；方法检出限(LODs)为0.008～1.00 ng·L-1，定量限(LOQs)为0.01～5.00 ng·L-1；回收率为55.1%～105.0%，日内和日间相对标准偏差(RSDs)分别为1.3%～16.1%和1.5%～16.8%，方法的回收率和精密度均较好.滹沱河水体中FWAs的浓度均处于ng·L-1水平，总浓度高达182.25 ng·L-1；FWAs浓度呈现出水源地保护区＞开发利用区＞保留区＞缓冲区的空间分布规律，采样点7AFWAs浓度最高(35.92 ng·L-1)；FWA199和OB-2处于中高风险水平，所有点位RQsum＞1，表明各采样点FWAs对水生生物具有潜在的生态风险.

关键词：荧光增白剂(FWAs) 地表水固相萃取-高效液相色谱-三重四极杆质谱空间分布特征生态风险评价

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基于智能手机现场快速检测技术研究进展

分析试验室 2024年第1期43卷 128-138页

作者：唐博陈佳敏韩永辉崔建升刘大喜河北科技大学环境科学与工程学院石家庄050018 河北省固体废弃物资源化技术创新中心石家庄050018

作为一种便携式的功能性移动电子设备,智能手机的广泛应用为便携式检测提供了发展平台,并在临床诊断、食品安全分析和环境监测等领域表现出巨大的应用潜力。本文综述了2018~2022年,基于智能手机与比色法、荧光法、化学发光法、电化学分... 详细信息

作为一种便携式的功能性移动电子设备,智能手机的广泛应用为便携式检测提供了发展平台,并在临床诊断、食品安全分析和环境监测等领域表现出巨大的应用潜力。本文综述了2018~2022年,基于智能手机与比色法、荧光法、化学发光法、电化学分析、免疫分析及微流控分析等技术联用的即时检测应用研究进展,并对其发展趋势和应用前景进行了展望。

关键词：智能手机即时检测综述

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全细胞生物传感器用于检测农药的研究进展

分析试验室 2024年第3期43卷 443-454页

作者：杨瑞张纪媛唐博刘大喜马小龙崔建升河北科技大学环境科学与工程学院石家庄050018 河北省污染防治生物技术实验室石家庄050018

农药残留以多种形式存在于自然环境中,并通过迁移、生物积累等方式对各种环境基质和人类健康造成不利影响。全细胞生物传感器(WCBs)是一种新型的污染物分析装置,因其操作简便、低成本、高灵敏度和选择性好被广泛应用于环境监测领域。本... 详细信息

农药残留以多种形式存在于自然环境中,并通过迁移、生物积累等方式对各种环境基质和人类健康造成不利影响。全细胞生物传感器(WCBs)是一种新型的污染物分析装置,因其操作简便、低成本、高灵敏度和选择性好被广泛应用于环境监测领域。本文综述了近年来基于藻类、细菌和真菌的全细胞生物传感器在检测环境中各类农药的应用进展,并展望了全细胞生物传感器未来的研究重点和发展趋势。

关键词：农药残留全细胞生物传感器光学测量电信号测量综述

石家庄城市和郊区河流沉积物可移动遗传元件时空差异与影响因素

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环境科学 2024年

作者：陈昊达高赛王琳静赵波卢梦淇宋圆梦崔建升张璐璐河北科技大学环境科学与工程学院河北省污染防治生物技术实验室

随着抗生素在医疗和农业中的广泛使用，环境中抗生素抗性基因(ARGs)的扩散已严重威胁生态平衡和人类健康，特别是其在促进多重抗药性病原体的兴起中所起的作用。河流环境作为ARGs和与之紧密相关的可移动遗传元件(MGEs)的主要传播途径，... 详细信息

随着抗生素在医疗和农业中的广泛使用，环境中抗生素抗性基因(ARGs)的扩散已严重威胁生态平衡和人类健康，特别是其在促进多重抗药性病原体的兴起中所起的作用。河流环境作为ARGs和与之紧密相关的可移动遗传元件(MGEs)的主要传播途径，其研究意义重大。MGEs通过促进ARGs在细菌群体中的水平转移，加剧了抗性基因的扩散。尽管已有研究探讨了MGEs与ARGs之间的相互作用，但关于河流中MGEs的时空分布差异及其驱动因素的研究仍相对不足。因此，选取石家庄内2条郊区河流(共6个采样点)和3条城市河流(共9个采样点)作为研究对象，于2020年12月及2021年4月分别采集沉积物样本。通过运用宏基因组测序技术，本研究深入比较和分析了城市与郊区河流沉积物中MGEs的时空分布特征及其影响因素。结果表明：①12月在城市和郊区河流中分别检出1738种(60572 RPKM)和1604种MGEs(26916 RPKM)；4月在城市和郊区河流中分别检出1790种(74354 RPKM)和1631种MGEs(32062 RPKM)；②城市河流MGEs种类和丰度>郊区河流MGEs种类和丰度，4月MGEs种类和丰度>12月MGEs种类和丰度；③在石家庄城市和郊区河流沉积物中ISPa38、IS26和tnpA是河流间差异最显著的典型MGEs；④PCoA和NMDS分析显示城市和郊区河流中MGEs均存在显著时空差异；⑤相关分析和共现结果表明，城市河流中MGEs丰度主要与抗生素浓度、工业企业、污水处理厂、总人口、畜牧业和水产养殖呈现显著正相关；郊区河流中MGEs丰度主要与抗生素浓度、畜牧业、水产养殖和总人口呈现显著正相关。总体而言，通过比较城市和郊区河流中MGEs的时空异质性，识别城市和郊区河流中MGEs的主要驱动因素，可为后续不同河流中抗生素抗性风险管控提供数据支撑。

关键词：可移动遗传元件(MGEs) 时空分布宏基因组城市河流郊区河流社会经济因子

白洋淀沉积物中抗生素污染及其对微生物群落结构和功能基因时空变化的影响

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环境科学 2024年第8期45卷 4904-4914页

作者：宋圆梦董丽卢梦淇赵波王琳静陈昊达高赛崔建升张璐璐河北科技大学环境科学与工程学院石家庄050000 河北省生态环境科学研究院石家庄050037 河北省污染防治生物技术实验室石家庄050000

微生物群落在其湖泊水质调节和生物地球化学循环中发挥重要作用,其群落结构和功能受环境因素的影响.其中,抗生素会影响微生物群落的丰度、多样性、组成和功能.鉴于此,选取白洋淀为研究区域,共设置16个采样点,分别于2018年8月和2019年4... 详细信息

微生物群落在其湖泊水质调节和生物地球化学循环中发挥重要作用,其群落结构和功能受环境因素的影响.其中,抗生素会影响微生物群落的丰度、多样性、组成和功能.鉴于此,选取白洋淀为研究区域,共设置16个采样点,分别于2018年8月和2019年4月采集沉积物样品,运用超高效液相色谱-质谱联用(HPLC-MS/MS)方法测定沉积物中典型抗生素——喹诺酮类(QNs)含量,并利用高通量测序技术对沉积物中微生物群落结构及功能进行分析,探究其时空变化规律;运用冗余分析(RDA)识别微生物群落时空变化的主要影响因素.结果表明:①由2018年8月到2019年4月ω(QNs)平均值由3.91 ng·g^(-1)变为6.34 ng·g^(-1),噁喹酸(OXO)和总QNs含量季节差异显著(P升高趋势;属水平上,8月主要优势菌属为norank_f_Anaerolineaceae和硫杆菌属,4月优势菌属为不动杆菌属和aorank_f_Anaerolineaceae,且季节差异显著(P升高趋势,且季节差异显著(P<0.05);④就空间变化而言,各类COG功能基因无显著空间差异;就时间变化而言,能源生产和转换类、碳水化合物运输与代谢类、转录类、细胞壁/膜/包膜生物发生类和信号传导机制类功能基因季节差异显著(P<0.01和P<0.05);⑤微生物群落结构和功能基因与QNs含量呈现显著相关关系(P<0.01和P<0.05),且QNs是其主要的影响因子.因此,QNs作为白洋淀沉积物微生物群落结构和功能基因变化的主要因素,应进一步加强沉积物中抗生素污染的综合管控.

关键词：白洋淀沉积物抗生素污染微生物群落结构功能基因时空变化影响因素

华北典型区域地下水重金属来源解析及健康风险识别

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中国环境监测 2024年第4期40卷 172-182页

作者：常帅宋圆梦陈慧赵鑫宇崔建升张璐璐河北科技大学环境科学与工程学院河北石家庄050000 河北省污染防治生物技术实验室河北石家庄050000

科学评估地下水重金属健康风险并识别主要风险因子,对保障地下饮用水安全和开展地下水风险管控具有重要意义。选取华北典型区域地下水作为研究对象,根据地势和地下水流向选定了14个采样点,于2017—2019年采集了122个地下水样品,并对样... 详细信息

科学评估地下水重金属健康风险并识别主要风险因子,对保障地下饮用水安全和开展地下水风险管控具有重要意义。选取华北典型区域地下水作为研究对象,根据地势和地下水流向选定了14个采样点,于2017—2019年采集了122个地下水样品,并对样品中的Cr6+、Cd、As、Mn、Fe、Cu、Hg、Pb、Se和Zn进行了检测,以多元统计分析和健康风险评价模型相结合的方式,明晰了地下水重金属的来源和主要风险因子。结果表明:①研究区域地下水中重金属的浓度均值排序为ρ(Fe)>ρ(Zn)>ρ(Mn)>ρ(As)>ρ(Se)>ρ(Cu),其余元素未检出。根据综合污染评价结果,研究区地下水水质整体较好。②就空间分布而言,S12采样点处的As(5.04μg/L)、Mn(4.36μg/L)、Fe(18.52μg/L)和Cu(0.38μg/L)浓度最高,Se在S5采样点(0.52μg/L)处浓度最高,Zn在S4采样点(12.88μg/L)处浓度最高。③多元统计分析结果显示,As、Cu、Fe和Mn可能来源于工业活动,Se可能来源于地质环境。④健康风险评价结果显示,儿童面临的风险高于成人,饮水是主要的重金属暴露途径,潜在风险主要来源于As。为保障居民地下饮用水安全,应当将As作为今后加强地下水保护的优先控制指标。

关键词：华北地下水重金属空间分布多元统计分析健康风险