溶液显色反应定量分析检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种溶液显色反应定量分析方法及其检测装置。该方法采用显色物质与显色剂发生反应的溶液透光特性，应用以色空间概念设计的计算模块，把透射光呈现的红、绿和蓝三基色转换为以明度、绿‑红色、蓝‑黄色品值表示的测量点，计算溶液的色调和靶色差，以多项式拟合色调、靶色差与显色物质浓度的标准曲线，由内插法计算实际样品的浓度。根据这一原理，设计的检测装置由用通信数据线(16)连接的上位机和下位机组成，包括下位机电路(5)、样品池(2)、LED光源(14)、上位机电路(18)、颜色采集系统、数据获取与处理系统、操作系统、工作程序。本发明专利技术结构简单，操作方便快捷，结果准确，可广泛用于溶液显色反应的定量检测。

【技术实现步骤摘要】
溶液显色反应定量分析检测装置
本专利技术涉及一种溶液显色反应定量分析检测装置，具体是一种通过显色反应和电子颜色分析技术进行溶液物质浓度定量分析的方法，并且用该方法设计了的一种定量分析检测装置，属于分析检测

技术介绍
颜色分析法应用于化学物质分析历史悠久，通过检测被测物质对光的反射或透射信号来分析被测物质的光学特征或溶液中的物质含量(浓度)。常见测量装置包括色差计和分光光度计。色差计是一种颜色偏差测试仪器，即制作一块模拟与人眼感色灵敏度相当的分光特性的滤光片，用它对样板进行测光，通过电脑软件自动比较样板与被测物之间的颜色差异分析色差值，提供配色方案。色差计主要通过对平面、颗粒、粉末、糊状、溶液等样品呈现的颜色进行精确测量，应用于相关行业，但色差计不适用于液体物质浓度的测量。分光光度计是依据溶液中被测物质因加入选定显色剂发生显色反应，因此产生透射光谱的现象特征，调节分光棱镜，测定在其特征吸收峰值下的透光率，和预先制定的标准曲线比较，获得溶液被测物质的浓度数据。分光光度计在水和废水监测分析工作中应用十分广泛。美国水和废水标准检验方法中分光光度法占37.4％，我国水和废水监测分析方法中分光光度法占35％；在饮用水和食品分析方法中，近50％的检验是由分光光度法完成。几乎所有的无机离子和有机化合物都可以直接或间接地用此法进行测定。但是，分光光度计的关键部件之一是“单色器”，含滤光片、棱镜和光栅。滤光片需人工选用，棱镜转动和光栅移动都需要马达带动。而且显色剂本身往往具有较深颜色，测量时会干扰测量波长下的产物的光吸收，必须借助于双波长法、或导数法等进行背景干扰校正。因此仪器结构复杂，制造精密，使用和维护条件苛刻，操作费时费力。众所周知，近年内国内各类突发性、灾难性事故频繁发生，包括地质灾害、环境污染、食物中毒、疾病爆发等等，严重影响了人们正常的生活和身体健康。而我国现有的检测机构和专业人员、检测手段和检测方法尚不能在事故中及时、准确和完整地获取所需要的数据，从而耽误对灾难的有效处理。再者，在偏僻的山区、农村、高原、海岛等，由于分析检测条件的限制，也无法及时、准确获取所需要的检测数据。虽然，目前市场上出现了多款便携式分光光度计，包括PF-12(德国)、PHOTOFLEX(美国)、UKBS-AquaGem(英国)、CMC1(美国)等，但都是采用传统的测量原理和结构，如微处理控制的单光束滤光片，操作较为烦琐，必须由专业技术人员使用，设备价格昂贵，维护条件苛刻。
技术实现思路
本专利技术的目的是公开一种溶液显色反应定量分析方法，本专利技术的另外一个目的是用该方法设计一种定量分析检测装置。为了达到上述目的，本专利技术根据国际照明协会提出的色空间概念，事先将已经确定的不同浓度的被测溶液，利用颜色传感器技术，检测显色剂和被测溶液发生显色反应后剩余显色剂和产物混合液的颜色特征，通过设定模块计算，获得和储存颜色特征和被测物质浓度之间的关系，作为标准曲线。在进行实际测量时，同样应用颜色传感器技术，检测实际样品溶液显色反应后的相关颜色特征，通过已经设计和安装的软件模块，根据标准曲线，获得和显示被测物质的浓度。按照上述方法设计的检测装置，不需要分光棱镜技术，因此结构简单，自动检测，操作方便快捷。实际应用表明，该装置检测结果准确可靠。溶液显色反应定量分析方法的具体工艺步骤如下：第一步，先将同样份量显色剂加入5～10个已经设定的不同浓度的被测溶液中，配制成5-10个相应浓度的标准溶液，包括1个空白试验溶液，即因显色剂未参与反应而使被测溶液全部是显色剂的零浓度溶液；以及1个最高浓度的标准溶液，即因为显色剂与被测溶液完全反应而没有剩余显色剂的溶液，最高浓度标准溶液与零浓度标准溶液的浓度比是10～50：1，然后逐一测量各个标准溶液透射光的红、绿和蓝三基色；第二步，应用以色空间概念设计的计算模块，把红、绿和蓝三基色转换为透射光在色空间内以明度、绿-红色品位、蓝-黄色品位值表示的测量点；第三步，将与第一步同样份量显色剂加入未知浓度待测溶液中，接着测量待测溶液透射光的红、绿和蓝三基色；根据色空间概念设计的计算模块，把红、绿和蓝三基色转换为透射光在色空间内以明度、绿-红色品位、蓝-黄色品位值表示的测量点；第四步，将5～10个标准溶液和未知浓度待测溶液在色空间内对应测量点的绿-红色品位和蓝-黄色品位值，通过色调公式计算各个溶液在色空间内所对应的色调角度，其中，最高浓度标准溶液在色空间内所对应的色调称为目标物质色调；将5～10个标准溶液所得数据通过分段多项式拟合形成由色调角度与溶液浓度对应的标准曲线；通过色调公式计算未知浓度待测溶液所得色调角度数据，通过上述多项式内插计算得到待测溶液浓度，该方法称色调法，适用于溶液pH检测；或将5～10个标准溶液和未知浓度待测溶液在色空间内对应测量点的明度、绿-红色品位、蓝-黄色品位值，通过靶色差的计算公式计算各个溶液在色空间内所对应的靶色差，将5～10个标准溶液所得数据通过二次多项式拟合形成由靶色差与溶液浓度对应的标准曲线，未知浓度待测溶液所得靶色差数据，通过内插法计算得到待测溶液浓度；上述的靶色差包括两种方法，一种方法的靶色差是指空白试验溶液和待测溶液在色空间内对应的两个测量点(A，D)投影到最高浓度标准溶液在色空间Le明度平面内所对应的色调射线上的色差值OC，其计算公式是：此称靶色差C法，由于减小了明度变化的影响，更适合于增色反应体系的检测；另一种方法的靶色差是指空白试验溶液和待测溶液在色空间内对应测量点(A、D)投影到最高浓度标准溶液在色空间内所对应的测量射线上的色差值FG，其计算公式是：此称靶色差D法，由于增加了明度变化的影响，更适合于退色和浊度反应体系的检测；上述各符号意义是：α指最高浓度标准溶液在色空间内所对应测量点(E)的色调射线与其端点(O)到空白试验溶液在色空间内所对应测量点(A)形成的射线之间的夹角；β指最高浓度标准溶液在色空间内所对应测量点(E)的色调射线与其端点(O)到待测溶液在色空间内所对应测量点(D)形成的射线之间的夹角；γ指空白试验溶液在色空间内所对应测量点(A)的色调射线与其端点(F)到最高浓度标准溶液所对应测量点(E)形成的射线之间的夹角；δ指空白试验溶液在色空间内所对应测量点(A)的色调射线与其端点(F)到待测溶液在色空间内的所对应测量点(D)形成的射线之间的夹角；分别通过如下公式计算：α、β、γ、δ值范围均为0～π，其中：L0、a0、b0分别是空白试验溶液在色空间内对应的明度、绿-红色品位、蓝-黄色品位测量值，Le、ae、be分别是最高浓度标准溶液在色空间内对应的明度、绿-红色品位、蓝-黄色品位测量值，L、a、b分别是待测溶液在色空间内对应的明度、绿-红色品位、蓝-黄色品位测量值，其中：L0、Le、L取值范围50～100，ct、dt取值范围0～60。一种溶液显色反应定量分析装置，包括上位机、下位机、电源，下位机包括置于下位机壳体内的下位机电路板以及带盖板的样品槽，样品槽内设有样品池，样品槽一侧设有透光板和LED光源，样品槽另一侧设有颜色传感器，LED光源通过连接线和下位机电路板上的LED接口连接；颜色传感器安装在与下位机壳体固结的传感器支架上，通过传感器数据线将颜色传感器和下位机电路上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种溶液显色反应定量分析方法，其特征是：第一步，先将同样份量显色剂加入5～10个已经设定的不同浓度的被测溶液中，配制成5‑10个相应浓度的标准溶液，包括1个空白试验标准溶液，即因显色剂未参与反应而使被测溶液全部是显色剂的零浓度溶液；以及1个最高浓度的标准溶液，即因为显色剂与被测溶液完全反应而没有剩余显色剂的溶液，最高浓度标准溶液与零浓度标准溶液的浓度比是10～50：1，然后逐一测量各个标准溶液透射光的红、绿和蓝三基色；第二步，应用以色空间概念设计的计算模块，把红、绿和蓝三基色转换为透射光在色空间内以明度、绿‑红色品位、蓝‑黄色品位值表示的测量点；第三步，将与第一步同样份量显色剂加入未知浓度待测溶液中，接着测量待测溶液透射光的红、绿和蓝三基色；根据色空间概念设计的计算模块，把红、绿和蓝三基色转换为透射光在色空间内以明度、绿‑红色品位、蓝‑黄色品位值表示的测量点；第四步，将5～10个标准溶液和未知浓度待测溶液在色空间内对应测量点的绿‑红色品位和蓝‑黄色品位值，通过色调公式计算各个溶液在色空间内所对应的色调角度，其中，最高浓度标准溶液在色空间内所对应的色调称为目标物质色调；将5～10个标准溶液所得数据通过分段多项式拟合形成由色调角度与溶液浓度对应的标准曲线；通过色调公式计算未知浓度待测溶液所得色调角度数据，通过上述多项式内插计算得到待测溶液浓度，该方法称色调法，适用于溶液pH检测；或将5～10个标准溶液和未知浓度待测溶液在色空间内对应测量点的明度、绿‑红色品位、蓝‑黄色品位值，通过靶色差的计算公式计算各个溶液在色空间内所对应的靶色差，将5～10个标准溶液所得数据通过二次多项式拟合形成由靶色差与溶液浓度对应的标准曲线，未知浓度待测溶液所得靶色差数据，通过内插法计算得到待测溶液浓度；上述的靶色差包括两种方法，一种方法的靶色差是指空白试验溶液和待测溶液在色空间内对应的两个测量点(A，D)投影到最高浓度标准溶液在色空间Le 明度平面内所对应的色调射线上的色差值OC，其计算公式是：此称靶色差C法，由于减小了明度变化的影响，更适合于增色反应体系的检测；另一种方法的靶色差是指空白试验溶液和待测溶液在色空间内对应测量点(A、D)投影到最高浓度标准溶液在色空间内所对应的测量射线上的色差值FG，其计算公式是：此称靶色差D法，由于增加了明度变化的影响，更适合于退色和浊度反应体系的检测；上述各符号意义是：α指最高浓度标准溶液在色空间内所对应测量点(E)的色调射线与其端点(O)到空白试验溶液在色空间内所对应测量点(A)形成的射线之间的夹角；β指最高浓度标准溶液在色空间内所对应测量点(E)的色调射线与其端点(O)到待测溶液在色空间内所对应测量点(D)形成的射线之间的夹角；γ指空白试验溶液在色空间内所对应测量点(A)的色调射线与其端点(F)到最高浓度标准溶液所对应测量点(E)形成的射线之间的夹角；δ指空白试验溶液在色空间内所对应测量点(A)的色调射线与其端点(F)到待测溶液在色空间内的所对应测量点(D)形成的射线之间的夹角；分别通过如下公式计算：α、β、γ、δ值范围均为0～π，其中：L0、 a0、b0分别是空白试验溶液在色空间内对应的明度、绿‑红色品位、蓝‑黄色品位测量值，Le、ae、be分别是最高浓度标准溶液在色空间内对应的明度、绿‑红色品位、蓝‑黄色品位测量值，L、a、b分别是待测溶液在色空间内对应的明度、绿‑红色品位、蓝‑黄色品位测量值，其中：L0、Le、L取值范围50～100，ct、dt取值范围0～60。...

【技术特征摘要】
1.一种溶液显色反应定量分析检测装置，其特征是：通过通信数据线(16)将上位机和下位机连接，下位机包括置于下位机壳体(1)内的用于溶液显色反应颜色信息获取与传输的下位机电路(5)以及带盖板(3)的样品槽(13)，样品槽(13)内放置样品池(2)，样品槽(13)一侧设有透光板(15)和LED光源(14)，通过LED光源电源线(10)将LED光源(14)和下位机电路(5)上的LED光源接口(9)连接；样品槽(13)另一侧设有颜色传感器(11)，颜色传感器(11)安装在传感器支架(12)上，传感器支架(12)与下位机壳体(1)固结，通过传感器数据线(8)将颜色传感器(11)的传感器接口电路(26)和下位机电路(5)上的传感器接口(6)连接；下位机电路(5)是由稳压电路(25)、传感器接口电路(26)、TTL电平和RS232转换电路(27)、单片机(28)、光源控制电路(29)和颜色传感器(11)组成；光源控制电路(29)包括DD311芯片(30)、光源调节器(31)及其附带电路，与LED光源接口(9)连接，实现光源的恒流控制；单片机(28)通过其附带电路与传感器接口(6)连接，负责读取颜色传感器(11)的红、绿和蓝三基色信号，将颜色信号进行处理，提取红、绿和蓝三基色数据，并对颜色数据分组打包和添加校验，负责下位机的整体控制，同时还通过TTL电平和RS232转换电路(27)实现TTL电平到RS232电平的转化，将颜色数据通过通信数据线(16)发送到上位机，以及接收上位机下发的握手指令；通过下位机程序下载接口(7)将下位机程序装入下位机的单片机(28)中，完成读取，处理，提取三基色数据和传输数据并将校验后的三基色数据上传给上位机；上位机包括置于上位机外壳(17)中的上位机电路(18)、触摸液晶屏(19)、上位机程序下载接口(20)、电源开关(21)、充电插口(22)、锂电池组(23)和上位机通信接口(24...

【专利技术属性】
技术研发人员：郜子蕙，郜子涵，刘升，郜洪文，
申请(专利权)人：上海绿帝环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31