一种替代可见分光光度计的光谱分析方法技术

本发明专利技术公开了一种替代可见分光光度计的光谱分析方法，包括以下步骤：选取全光谱光源、显色器皿、白平衡色板，将白平衡色板置于含有显色标准溶液的显色器皿周围，使用图像传感器对准标准溶液和白平衡色板，采集图像信息获得标准溶液溶液颜色的准确RGB值；将标准溶液对应的准确RGB值，套入一阶计算公式或二阶计算公式，然后按照作图法获得该溶液的浓度系数的值；然后标准溶液替换为待测样品溶液，并获得待测样品溶液颜色的准确RGB值，代入已知浓度系数的一阶计算公式或二阶计算公式即可获得待测样品的浓度C。本方法对无需与外界光环境隔离，对待测样品溶液和器材的洁净度要求低，同时实验步骤简单，便于操作，精确度高。

A spectral analysis method for substitution of visible spectrophotometer

The invention discloses a spectral analysis method instead of a visible spectrophotometer, which comprises the following steps: selecting a full spectrum light source, a color developing vessel and a white balance color plate, placing the white balance color plate around a color developing vessel containing a color developing standard solution, aligning the standard solution and the white balance color plate with an image sensor, and collecting images. The exact RGB value of the standard solution color is obtained by information; the exact RGB value corresponding to the standard solution is inserted into the first-order formula or the second-order formula, and then the concentration coefficient of the solution is obtained by drawing method; then the standard solution is replaced by the sample solution to be measured, and the exact RGB value of the solution color of the sample to be measured is obtained. The concentration C of the sample to be measured can be obtained by substituting the first-order formula or the second-order formula of the known concentration coefficient. This method does not need to be isolated from the outside light environment, and requires low cleanliness of the sample solution and equipment. At the same time, the experimental steps are simple, easy to operate and high accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种替代可见分光光度计的光谱分析方法
本专利技术涉及光谱分析领域，具体的涉及一种替代可见分光光度计的光谱分析方法。
技术介绍
目前水质污染物分析的准确手段，大多是基于光谱分析中的分光光度法或比色法。比色法同时包括目视比色法或光电比色法，精确度没有分光光度法高，因此采用分光光度计的分光光度法应用最为广泛，分光光度法是采用一个可以产生多个波长的光源，通过系列分光装置，从而获得特定波长的单色光源，单色光辐射穿过被测物质溶液时，被该物质吸收的量与该物质的浓度和液层的厚度(光路长度)成正比。物质对光的选择性吸收波长，以及相应的吸收系数是该物质的物理常数。当已知某纯物质在一定条件下的吸收系数后可用同样条件将该供试品配成溶液，测定其吸收度,即可由上式计算出供试品中该物质的含量。但是上述方法存在下列缺陷：1、容易受外界光环境的干扰，光感原件必须与外界光源完全隔离，并且必须使用专有光源；2、必须有复杂的透镜或反光镜组成比较光路以消除光强度变化的干扰；3、对比色皿等显色器皿的透光一致性与洁净度要求高，甚至比色皿的摆放位置偏差都会对检测结果带来较大的干扰；4、对待测溶液的透明度、洁净度要求较高，易受待测样的沉淀物颗粒物影响；5、实验仪器分析步骤繁琐，技术程度高，需要专业的化验人员操作和进行维护。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种不受外界光环境干扰、无需复杂透镜，对待测溶液的透明度、洁净度无要求，对比色皿无特殊要求并且操作简便的一种替代可见分光光度计的光谱分析方法。本专利技术采用的技术方案是：S1、选取全光谱光源、显色器皿、白平衡色板，将白平衡色板置于所述显色器皿周围，使全谱光光源照射显色器皿与白平衡色板；S2、将标准溶液与显色剂混合显色，将混合后的溶剂倒入显色器皿内；S3、使用图像传感器对准标准溶液和白平衡色板，采集图像信息获得标准溶液的初始RGB值和白平衡色板的RGB值；然后将标准溶液的初始RGB值和白平衡色板的RGB值用计算机做白平衡修正后，获得标准溶液溶液颜色的准确RGB值；S4、按照S1-S3的步骤得出各种浓度下标准溶液对应的准确RGB值，套入一阶计算公式或二阶计算公式，然后按照作图法获得该溶液的浓度系数的值，所述浓度系数包括一阶计算公式中的系数斜率K1、斜率K2、截距M或二阶计算公式中的系数斜率K、截距M。S5、将S1-S3步骤中的标准溶液替换为待测样品溶液，并获得待测样品溶液颜色的准确RGB值，代入已知浓度系数的一阶计算公式或二阶计算公式即可获得待测样品的浓度C。进一步的，所述步骤S4和S5中的一阶计算公式为C＝K1(R/B)+K2(G/B)+MC＝K1(R/G)+K2(B/G)+MC＝K1(B/R)+K2(B/R)+M二阶计算公式为：C＝K(R/G)/B+MC＝K(R/B)/G+MC＝K(B/G)/R+M进一步的，所述步骤S2中显色器皿采用比色皿，以用于反应和观测药液色彩变化。进一步的，所述步骤S1中全谱光光源采用自然光、荧光管、LED全谱灯之中的任意一种作为光源。进一步的，所述步骤S1中照射方式包括背面透射照射、侧面漫射照射、正面反射照射，或者任何同时照亮标准白平衡色板和药液的照射方式。进一步的，所述图像传感器采用CCD传感器或CMOS传感器之中的任意一种。本专利技术的有益效果：本专利技术将常用的分光光度计测量特定光波长的单色光吸光光度值的方法更改为测量吸收待测物漫射光的色彩特性的变化；通过图像传感器读取待测样品溶液颜色的RGB值，使用自然环境光或任意发出全光谱光源的灯光装置即可作为光源，因此不需要特定波长的光源、无需与外界光环境隔离、不受外界光环境影响；同时不需要特殊光元件的比较光路以消除光强度变化的干扰。因为不同于分光光度法测量待测样品溶液对于单色光的吸收度，因此本方法中对于盛放待测样品溶液的显色器皿的透光一致性、洁净度和摆放位置要求低，同时对待测样品溶液的透明度、洁净度要求低；因此本方法大大减少了对于实验环境和器皿精度的要求，同时直接通过图像传感器获得待测样品溶液颜色的RGB值，然后代入一阶计算公式或二阶计算公式即可获得实验数据，步骤简单，对实验人员的技术水平要求低。并且本专利技术方法比分光光度法的实验结果精密度较高。附图说明图1为本专利技术替代可见分光光度计的光谱分析方法的流程图；图2为本专利技术的实施例3中根据铜标准液的准确RGB值代入一阶计算公式按照作图法得出的线性图。具体实施方式下面将结合具体实施例对本专利技术进一步详细说明。实施例一S1、使用自然光作为光源，比色皿为显色和反应器具，一小块标准的白平衡色卡，该白平衡色卡贴在比色皿的后方。S2、取氨氮标准液浓度为0mg/L，2mg/L，5mg/L，7mg/L，10mg/L的标准样品，按照国标的方法与纳氏试剂显色。S3、将CMOS传感器或CCD传感器放置于正对比色皿与白平衡色卡的方向，获得浓度为0mg/L，2mg/L，5mg/L，7mg/L，10mg/L的标准样品的初始RGB值，经过白平衡处理后，获得准确的各标准溶液显色后的RGB值。S4、将以上RGB值计算出R/G,R/B,或G/R,G/B或B/R,B/G。以此为纵坐标，浓度为横坐标作图获得一阶计算公式的K1,K2,M值。S5、将浓度约为1mg/L,5mg/L，10mg/L的样品溶液按照1～3步骤获得RGB值，代入一阶计算公式，获得待测污染物浓度C测。S6、将待测样品按照国标HJ535-2009《水质氨氮的测定纳氏试剂分光光度法》的分光光度法测定获得比较值C比。S7、重复步骤5～6共5次，获得C测1，C测2，C测3，C测4，C测5；C比1，C比2，C比3，C比4，C比5，浓度如下表：S8、比较计算结果的平均值，相对误差，相对标准偏差。综上可得：方法一中，本方法与分光光度法比较，重现性较好，精密度较高。方法二中，本方法与分光光度法比较，重现性和精密度接近。方法三中，本方法与分光光度法比较，重现性和精密度接近。实施例二S1、本实施例使用自然光作为光源，比色皿为显色器皿，一小块标准的白平衡色卡，该白平衡色卡贴在比色皿的后方。S2、取总磷标准液浓度为0.0mg/L，0.5mg/L，1.0mg/L，1.5mg/L，2.0mg/L的标准样品，按照国标的方法与钼酸铵显色。S3、将CMOS传感器或CCD传感器放置于正对比色皿与白平衡色卡的方向，获得浓度为0.0mg/L，0.5mg/L，1.0mg/L，1.5mg/L，2.0mg/L的标准样品的初始RGB值，经过白平衡处理后，获得准确的各标准溶液显色后的RGB值。S4、将以上RGB值计算出R/G,R/B,或G/R,G/B或B/R,B/G。以此为纵坐标，浓度为横坐标作图获得一阶计算公式的K1,K2,M值。S5、将标准样浓度为1.0mg/L，5.0mg/L,10mg/L的标准溶液按照1～3步骤获得RGB值，代入一阶计算公式，获得待测污染物浓度C测。S6、将1.0mg/L，5.0mg/L,10mg/L标准溶液按照国标GB11893-89《总磷的测定钼酸铵分光光度法》的分光光度法测定获得比较值C比。S7、重复步骤5～6共5次，获得C测1，C测2，C测3，C测4，C测5；C比1，C比2，C比3，C比4，C比5，浓度如下表：S8、比较计算结果的平均值，相对误差，相对标准偏差本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种替代可见分光光度计的光谱分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、选取全光谱光源、显色器皿、白平衡色板，将白平衡色板置于所述显色器皿周围，使全谱光光源照射显色器皿与白平衡色板；S2、将标准溶液与显色剂混合显色，将混合后的溶剂倒入显色器皿内；S3、使用图像传感器对准标准溶液和白平衡色板，采集图像信息获得标准溶液的初始RGB值和白平衡色板的RGB值；然后将标准溶液的初始RGB值和白平衡色板的RGB值用计算机做白平衡修正后，获得标准溶液溶液颜色的准确RGB值；S4、按照S1‑S3的步骤得出各种浓度下标准溶液对应的准确RGB值，套入一阶计算公式或二阶计算公式，然后按照作图法获得该溶液的浓度系数；S5、将S1‑S3步骤中的标准溶液替换为待测样品溶液，并获得待测样品溶液颜色的准确RGB值，代入已知浓度系数的一阶计算公式或二阶计算公式即可获得待测样品的浓度C。

【技术特征摘要】
1.一种替代可见分光光度计的光谱分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、选取全光谱光源、显色器皿、白平衡色板，将白平衡色板置于所述显色器皿周围，使全谱光光源照射显色器皿与白平衡色板；S2、将标准溶液与显色剂混合显色，将混合后的溶剂倒入显色器皿内；S3、使用图像传感器对准标准溶液和白平衡色板，采集图像信息获得标准溶液的初始RGB值和白平衡色板的RGB值；然后将标准溶液的初始RGB值和白平衡色板的RGB值用计算机做白平衡修正后，获得标准溶液溶液颜色的准确RGB值；S4、按照S1-S3的步骤得出各种浓度下标准溶液对应的准确RGB值，套入一阶计算公式或二阶计算公式，然后按照作图法获得该溶液的浓度系数；S5、将S1-S3步骤中的标准溶液替换为待测样品溶液，并获得待测样品溶液颜色的准确RGB值，代入已知浓度系数的一阶计算公式或二阶计算公式即可获得待测样品的浓度C。2.根据权利要求1所述的一种替代可见分光光度计的光谱分析方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯延辉，刘茵，
申请(专利权)人：珠海市华泰环保科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44