数字图像比色法对胆红素检测的多种模型研究

数字图像比色法的关键在于建立适合的定量参数。已有多种颜色空间和数学模型用于定量参数的建立。本文以胆红素检测为例,利用智能手机采集图像,对HSV、L^(*)a^(*)b^(*)、CMYK以及RGB颜色空间的28种数学模型进行比较和分析,并考察了各模型在灵敏度、线性相关系数、抗干扰能力、重复性方面的表现。除IB外,其他27种数学模型的决定系数R^(2)均高于0.9。不同数学模型在灵敏度方面存在差异。RGB颜色空间中,选择与反应体系颜色呈互补色的颜色通道以及该通道衍生的数学模型定量,可以获得较高的灵敏度。L^(*)a^(*)b^(*)和CMYK颜色空间中,选择与反应体系颜色接近的颜色通道定量,能获得较高的灵敏度。抗干扰研究中,引入空白样本的数学模型能够实现更好的抗光强干扰效果。其中I_(R0)-I_(R)、I_(G0)-I_(G)、(I_(0)-I)_(total)、[(I-I_(blank))_(total)^(2)]^(0.5)、-lg(Gray/Gray_(up))模型的测试结果在不同光强下的绝对偏差小于4.59%。IG及其衍生数学模型的抗色温能力较强,其中I_(G)、255-I_(G)、I_(G)/(I_(R)+I_(G)+I_(B))模型在不同色温下的测试结果的绝对偏差小于5.84%。欧氏距离模型(I_(R)^(2)+I_(G)^(2)+I_(B)^(2))0.5对光强和色温均表现出较强的抗干扰能力。对28种模型进行检出限测试,吸光度模型、L^(*)、a^(*)模型的检出限均小于1.5μM,I_(G)及其色彩通道建立的数学模型所得检出限相对其他通道低。研究结果表明,图像比色法数学模型的选择,应根据定义颜色空间的特点选择最佳的颜色通道,并优化数学模型,可以提高检测性能。为提高模型的抗干扰能力,可采用欧式距离模型,或引入空白样本信号值。

数字图像比色技术快速测定室内空气中甲醛的含量

按照GB/T 18883-2002附录A的要求采集室内空气,采集的气体样品用0.05 g·L^(-1)酚试剂溶液吸收,将所得显色溶液倒入8个比色皿,并排放置于自制数字图像比色装置的木箱中。摄影灯被固定在木箱小孔上方,为比色测试提供面光源,色温为5 500 K、光照度为3 000 lx。智能手机被倒立固定在木箱外部,摄像头与比色皿距离23 cm,通过小孔对木箱内的显色溶液进行拍摄。采用Adobe Photoshop CS6图像处理软件处理智能手机拍摄的图片,通过提取“G(绿色)”通道G值来定量检测甲醛。结果显示:甲醛的质量浓度在0.10~0.60 mg·L^(-1)内和G值的对数转换值呈线性关系,检出限(3S/N)为0.04 mg·L^(-1),测定值的相对标准偏差(n=8)为2.0%;用不同智能手机拍摄,所得标准曲线的相关系数均不小于0.997 0,说明方法的普适性较好;按照标准加入法进行回收试验,回收率为101%~103%;方法用于两个实际测试场景室内空气中甲醛的分析,所得测定值和GB/T 18883-2002酚试剂分光光度法的相对误差绝对值小于5.0%。

基于视频与数字图像比色的甘薯多酚氧化酶活力检测

多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)是引起甘薯酶促褐变的主要原因,常用的PPO活力检测方法操作繁琐,建立一种简便快捷的检测方法意义重大。实验采用手机拍摄甘薯切片的褐变视频,提取视频图像RGB变化数据,建立了PPO活力预测模型。研究发现,0~30 s图像R值的变化量(ΔR)与PPO活力呈极强的正相关(相关系数0.946),G值与B值的变化量(ΔG和ΔB)与PPO活力呈中等强度正相关(相关系数分别为0.799和0.620)。采用多元线性回归模型对ΔR、ΔG、ΔB与PPO活力间的关系进行拟合,所得模型的拟合确定系数(R 2)达到0.903,模型的预测相关系数(r p)、预测均方误差和标准偏差比分别为0.956,2.079和3.459。结果表明,采用视频与数字图像比色快速检测甘薯多酚氧化酶活力是可行的。

超声萃取-数字图像比色法快速测定含油污泥含油率

以智能手机为测量仪器,将超声萃取的前处理方法与数字图像比色法相结合,建立了一种快速的含油污泥含油率的测量方法。该方法利用自制软件将数字图像转换为RGB值,最终通过插值法算出含油率。考察了超声时间、颜色通道、快门时间、插值方法等参数对含油率测定的影响,确定了最佳条件,并研究了溶剂的可回收性。结果表明:该方法检出限为0.07%,相对标准偏差为3.5%,回收率在92%~106%之间;测量产生的废液可回收继续使用。该方法用时远小于传统方法,测量过程几乎不产生环境污染,适用于含油污泥现场含油率快速检测分析。

基于智能手机的数字图像比色法快速测定水中氨氮

建立基于智能手机与自制比色装置的数字图像比色法完成对水中氨氮的快速测定。以水杨酸钠为显色剂,三聚氰酸二氯钠为氧化剂,亚硝基铁氰化钠为催化剂,在碱性条件下与水中氨氮反应生成蓝色化合物,通过正交试验对反应条件进行优化。通过自制数字图像比色装置对显色溶液进行手机拍照分析,将经过色彩选择器(color picker)软件获得的RGB值和空白值基础上计算得出的欧氏距离D值应用于图片比色,对氨氮进行定量测定。氨氮质量浓度在0.05~2.0 mg/L与D值呈线性关系,相关系数(r)为0.998,检出限为0.03 mg/L,测定下限为0.12 mg/L。以空白水样为基体进行加标回收试验,氨氮回收率为98.7%~106.0%,测定结果的相对标准偏差为1.1%~7.4%(n=6)。实际样品该法分析结果与分光光度法基本一致。该方法可用于水样中氨氮的现场快速测定。

针式滤器固相微萃取-酶抑制-数字图像比色法测定毒死蜱残留

为解决食品中毒死蜱残留检测过程中步骤繁琐,灵敏度低的问题,采用高富集因子的针式滤器固相微萃取结合高灵敏度的酶抑制-数字图像比色法对毒死蜱进行快速检测。该研究以石墨烯纳米片作为固相吸附剂装入针式滤器,随后通过注射器重复抽打针式滤器的方法实现样品中毒死蜱的富集。酪氨酸酶能够将邻氨基苯酚和氯化铁体系氧化为黄色,毒死蜱会抑制酪氨酸酶的活性,从而会间接影响邻氨基苯酚和氯化铁体系的显色,通过数字图像比色法实现毒死蜱的定量分析。结果表明:毒死蜱在0.005~0.1 mg/L范围内线性良好,R^(2)>0.99。在矿泉水、茶水和果汁中的测定下限为0.005 mg/L。样品加标后的萃取率为86.6%~92.5%,相对标准偏差为3.2%~6.9%。该方法有助于开发农药的快速前处理和检测技术。

数字图像比色法测定水样中的六价铬

在125mL分液漏斗中,加入水样50mL、50%(体积分数)硫酸溶液0.5mL、50%(体积分数)磷酸溶液0.5mL、2.0g·L^-1二苯碳酰二肼(DPCI)显色剂溶液2.0mL,摇匀,静置5min,加入5.0g·L^-1十二烷基硫酸钠溶液2 mL、正丁醇2 mL,摇匀,加入5 mL三氯甲烷,剧烈振摇2min,形成微乳液,静置分层,使DPCI和六价铬在酸性条件下生成的紫红色络合物可以被萃取到三氯甲烷中。将底层的三氯甲烷相转移到样品比色皿中,利用自搭数字图像比色装置进行数字图像比色分析。该装置采用智能手机采集检测区域照片,通过Color Grab软件获取待测物照片R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)值中的G值来对水样中的六价铬进行定量。结果显示:六价铬质量浓度在0.010~0.160 mg·L^-1范围内与三氯甲烷层G值呈线性关系,方法检出限(3s/k)为0.008mg·L^-1。将该方法用于水样中六价铬的测定,测定值的相对标准偏差(n=10)为1.0%~4.2%,加标回收试验结果为95.0%~97.5%。按此方法分析了加标水样,本方法与国家标准方法得到的结果一致。

酶抑制-数字图像比色法检测和鉴别食品中二硫代氨基甲酸酯、氨基甲酸酯和有机磷类农药残留

目的建立一种酶抑制-数字图像比色法检测和鉴别食品中二硫代氨基甲酸酯、氨基甲酸酯和有机磷类农药残留的分析方法。方法采用简单的胶带黏贴剥离方式,结合低共熔溶剂洗脱对食品样品中的农药进行高效提取。基于二硫代氨基甲酸酯、氨基甲酸酯和有机磷类农药对酪氨酸酶的抑制活性,使酪氨酸酶对酚类物质的氧化能力降低,进而影响酚类物质与氯化铁生成有色物质的反应,建立酪氨酸酶、酚类物质和氯化铁的比色阵列传感器,实现农药的残留分析,并结合主成分分析实现多种农药的区分。结果本研究建立的酶抑制-数字图像比色法对番茄、苹果和玉米中福美锌残留在0.008~8.000mg/kg的范围内线性良好,检出限为0.003 mg/kg,定量限为0.008 mg/kg,回收率为75.2%~94.9%,相对标准偏差小于5.0%。结论本研究建立的酶抑制-数字图像比色法绿色环保、简单高效,且易于推广,适用于蔬菜、水果和谷物等食品样品中农药残留的检测,并且在多种农药的残留分析方面有良好的应用前景。

基于数字图像比色法测定水中氟化物

在酸性溶液中,氟能破坏二甲酚橙锆显色体系,使溶液颜色从紫红色变为橙色或黄色,通过采集图像颜色信息构建3个特征颜色分量的多元线性回归模型,用以定量测定水中氟。该方法在0 mg/L~1.5 mg/L范围内线性良好,方法检出限为0.03 mg/L。两个质量浓度水平的氟化物标准溶液6次测定结果的RSD分别为1.4%和1.3%,相对误差分别为0.3%和1.7%。

基于数字图像比色纸基传感器检测Fe(Ⅲ)

基于亚铁氰化钾(K_(4)[Fe(CN)_(6)])与Fe(Ⅲ)反应快速生成普鲁士蓝(Fe_(4)[Fe(CN)_(6)]_(3))和数字图像比色原理,以聚乙烯亚胺作固定剂,将K_(4)[Fe(CN)_(6)]显色剂固定于棉质纤维滤纸上,制备了稳定便携的纸基传感器用于Fe(Ⅲ)的选择性检测。利用智能手机集成技术对清晰的蓝色信号进行颜色采集、识别和分析,通过RGB模型将颜色信号数字化。结果显示,RGB颜色模型的B值(Blue)与Fe(Ⅲ)浓度在0.025~0.30 g/L和0.40~1.50 g/L范围内呈良好线性关系,相关系数分别为0.9973和0.9953,方法检出限为0.02 g/L。所得结果与火焰原子吸收光谱法(GB 11911-1989)结果一致,本方法可用于准确快捷地检测Fe(Ⅲ)。

基于数字图像比色法快速检验可疑粉末中甲基苯丙胺

目的建立快速、轻便检测甲基苯丙胺的定量方法。方法利用顶部面光源和数码相机对不同浓度的标准样品和颜色与样品相近的内标溶液进行图像采集,通过Photoshop CS 8.0对数字图像进行处理分析。结果基于数字图像比色法得到相应的内标曲线,线性相关系数>0.99,精密度RSD<3%(n=6),回收率99.37%。对样品的检测结果与气相色谱法所测结果基本一致。结论本研究建立了基于数字图像比色法的甲基苯丙胺快速定量方法,为其分析检测提供了技术支持。

基于智能手机比色测定水环境中的六价铬

在酸性条件下,水样中的六价铬能够和显色剂二苯碳酰二肼反应生成紫红色络合物,该络合物溶液用自制的数字图像比色装置测定颜色值实现六价铬的现场快速检测。该方法在0.05 mg/L~1.00 mg/L范围内线性良好,方法检出限为0.02 mg/L,标准溶液10次测定结果的RSD为1.6%~7.9%,实际水样加标回收率为94.7%~102%。用该方法与国标法同时测定实际水样,结果无显著差异。

智能手机光学检测技术用于检测水体中污染物的研究

数字图像比色法(Digital Image Colorimetry,DIC)作为一种传感器方法具有简易、灵敏、成本低廉的优点,广泛应用于环境监测、化学及生物化学等领域。以LED面光源作为数字图像比色法的光源对六价铬水样进行了检测,显色反应后的溶液通过手机免费软件获取R(红)、G(绿)、B(蓝)颜色值。由于RGB模型为非均匀的颜色参数,故把R、G、B值转化为不同的数学模型,并比较各种数学模型所得出的标准曲线的线性相关性,其中灰度吸光度模型的线性相关系数最高(R 2=0.9992)。检测方法的线性范围为0.02~1.0 mg/L,检出限为0.006 mg/L,加标回收率为96.5%~107%,方法具有简便快捷、灵敏度高,适用于快速现场检测。

Colorimetric Titration App在中学化学实验中的应用——比色法测定补铁剂中铁的含量

Colorimetric Titration App(简称CTA)是一款免费的手机智能软件,将包含标准溶液和待测溶液的图片上传至该软件,可自动读取溶液的各种颜色参数值,并绘制颜色参数与浓度的拟合曲线,实现对待测溶液浓度的精确测定。介绍了该软件的主要界面,并以“比色法测定补铁剂中铁的含量”为例,探索利用CTA的数字图像比色法在中学化学实验中的应用。与其他方法相比,该方法操作简便,成本低廉,准确度高,测得铁含量的误差在2%以内,将其应用于高中化学实验,有助于促进信息技术与化学教学的深度融合。