基于智能设备的现场快速pH高精度定量检测装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于PH值检测领域，提出了一种基于智能设备的现场快速PH高精度定量检测装置和方法。该装置包括智能设备和给智能设备拍照采集图片提供均匀光照的光学硬件装置，所述智能设备通过所述光学硬件装置对标准溶液和待测溶液在pH试纸上的显色区域进行拍照，所述智能设备上设置有拍照程序，校正方程建立程序，以及pH值计算程序；所述校正方程建立程序用于得到pH试纸条的校准方程λ=f（x）；所述pH值计算程序用于计算得到待测溶液的显色区域在CIE1931色品图中对应的波长值，并结合校正方程建立程序得到的校准方程λ=f（x），计算得到待测溶液的pH值。本发明专利技术可以通过pH试纸快速精确检测pH值，可以广泛应用于水质监测、生物医学等领域。

【技术实现步骤摘要】
基于智能设备的现场快速pH高精度定量检测装置和方法
本专利技术属于pH值检测领域，具体涉及一种基于智能设备的现场快速PH高精度定量检测装置和方法。
技术介绍
pH值的测量是化学工业、环境监测和生物医学等领域重要的检测指标之一，例如，世界卫生组织规定饮用水的pH范围为6.5～8.5；水产养殖业对水域pH值的要求也很严格，鱼类的安全生存pH值范围为6.0～9.0，超出这个pH值范围会导致鱼类的大量死亡；人体体液的pH值为7.35～7.45之间，医学领域可以通过检测人体体液pH值的变化来判断人体是否患有疾病，等等，可见各个领域都对pH值有严格的规定，所以对pH值的高精度定量检测是非常重要的。传统的pH值的测定方法有pH试纸法、电位法等，pH试纸是将溶液显色剂加入其中制成的，将待测液滴上后，通过试纸条颜色的变化与标准颜色对比得出pH值，此方法虽然操作简便成本低，但存在较大的测量误差，尽管市面上已经出现了测量精度为0.2的精密pH试纸，但是一些主观因素人眼的视力等的因素会严重影响测量结果，因此pH试纸条法只适用于粗略测定不能用于高精度定量检测；电位法是利用pH计测量溶液的pH值，虽然此方法测量结果比较准确，但是一般的测量精度高的pH计都比较大不方便携带，而且测量的时候需要将pH计的电极完全浸没在溶液中需要的待测溶液的用量比较大，因此，这些方法都不适用于实时快速的对pH值进行高精度定量检测。由于以上方法的局限性，国内外的很多课题组提出了一些可以精确测量pH值的方法，如Lopez-Ruiz等人(N.Lopez-Ruiz,V.F.Curto,M.M.Erenas,Smartphone-BasedsimultaneouspHandnitritecolorimetricdeterminationforpapermicrofluidicdevices.AnalyticalChemistry,2014,86(19):9554-9562)利用智能手机对滤纸上微通道内的显色产物进行图片采集，将颜色信息转换到HSV颜色空间从而实现对pH定量检测，但该方法操作比较复杂，需要自己配置显色剂，反应时间最少需要15分钟，并且得到的工作曲线是非线性的。Devadhasan等人(J.P.Devadhasan,SanghyoKim,AnultrasensitivemethodofrealtimepHmonitoringwithcomplementarymetaloxidesemiconductorimagesensor.AnalyticaChimicaActa858(2015):55–59)将不同pH值的溶液滴在凝胶膜上形成不同的颜色，利用智能手机App分析各颜色点与空白点在色品图中的欧几里德距离，指出欧几里德距离会随着pH值的变化而变化，但是欧几里德距离与pH值的具体关系曲线文中没有明确给出。Rau′lGotor等人(RaúlGotor,PichandiAshokkumar,MandyHecht,KarinKeil,andKnutRurack,OpticalpHSensorCoveringtheRangefrompH0-14CompatiblewithMobile-DeviceReadoutandBasedonaSetofRationallyDesignedIndicatorDyes.)将不同pH值的溶液滴加在自制的荧光染料膜阵列中，利用智能手机对所得的荧光染料膜阵列进行拍摄得到其图片，智能手机应用程序识别不同的pH指标，评估荧光探针的发射强度或者H值，并通过亨德森-哈塞尔巴尔赫方程处理这些值来计算得出pH值。综上，说明现有技术中，针对现场快速pH高精度定量的检测技术还存在着诸多不便，因此，有必要提出一种现场快速PH高精度定量检测装置和方法。
技术实现思路
本专利技术克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于智能设备的现场快速PH高精度定量检测装置和方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：基于智能设备的现场快速pH高精度定量检测设备，包括：智能设备和给智能设备拍照采集图片提供均匀光照的光学硬件装置，所述智能设备通过所述光学硬件装置对标准溶液和待测溶液在pH试纸上的显色区域进行拍照，所述智能设备上设置有拍照程序，校正方程建立程序，以及pH值计算程序；所述拍照程序用于对标准溶液和待测溶液在pH试纸上的显色区域进行拍照得到显色图片以及显色图片的RGB值；所述校正方程建立程序用于根据拍照程序对校准溶液在pH试纸条上的显色区域拍照得到的显色图片的RGB值，计算得到各校准溶液的显色区域在CIE1931色品图中对应的波长值，并结合各校准溶液的pH值，得到pH试纸条的校准方程λ＝f(x)；所述pH值计算程序用于根据拍照程序对待测溶液在pH试纸条上的显色区域拍照得到的显色图片的RGB值，计算得到待测溶液的显色区域在CIE1931色品图中对应的波长值，并结合校正方程建立程序得到的校准方程λ＝f(x)，计算得到待测溶液的pH值。所述光学硬件装置包括：上部开口的壳体(1)，所述壳体(1)上部开口处设置有小型面光源(2)，所述壳体(1)底部设置有用于放入pH试纸条的试纸条卡槽(3)，所述小型面光源包括反光板(2-2)、反光板(2-2)下方设置有安装了LED灯(2-1)的电路板(2-3)，所述电路板(2-3)下方设置有导光板(2-4)，所述导光板(2-4)下方设置有光扩散板(2-5)。所述智能设备还用于通过所述光学硬件装置对标准白色和标准黑色进行拍照，得到标准白色和标准黑色的RGB值；所述智能设备上还设置有环境光校正程序，所述环境光校正程序用于根据RGB值校正公式来对标准溶液以及待测溶液在pH试纸上的显色区域对应的图片的RGB值进行校正，以减小环境光对智能设备拍照产生的影响；所述RGB值校正公式为：所述RW、RB和Rmeas分别表示智能设备通过光学硬件装置对标准白色，标准黑色和显色图片拍照得到的R值，所述GW、GB和Gmeas分别表示智能设备通过光学硬件装置对标准白色，标准黑色和显色图片拍照得到G值，所述BW、BB和Bmeas分别表示智能设备通过光学硬件装置对标准白色，标准黑色和显色图片拍照得到B值。所述光学硬件装置是通过3DMAX设计，并使用3D打印机打印得到，所述智能设备为智能手机。所述智能设备上设置有pH值显示界面，所述pH值显示界面与所述pH值计算程序连接，用于显示待测溶液的pH试纸的显色图片的波长以及待测溶液的pH值。本专利技术还提供了一种基于智能设备的现场快速pH高精度定量检测装置的检测方法，包括步骤：S1、建立不同pH值的溶液的pH值与其在pH试纸条上的显色颜色对应的主波长或补色波长的校准方程λ＝f(x)，所述x表示溶液的pH值，所述λ表示溶液在pH试纸条上的显色颜色对应的主波长值或补色波长的值；S2、将待测样品滴加到pH试纸条上，待pH试纸条显色均匀后，将pH试纸条放入光学硬件装置，通过智能设备和光学硬件装置对显色区域进行拍照，获取图片信息及图片的RGB值；S3、利用校准方程建立程序，通过图片的RGB值，计算得到该颜色在CIE1931色品图中的色品坐标C(x,y)，从CIE1931色品图中白点位置O点出发引出一条射线经过C(x,本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于智能设备的现场快速pH高精度定量检测设备，其特征在于，包括：智能设备和给智能设备拍照采集图片提供均匀光照的光学硬件装置，所述智能设备通过所述光学硬件装置对标准溶液和待测溶液在pH试纸上的显色区域进行拍照，所述智能设备上设置有拍照程序，校正方程建立程序，以及pH值计算程序；所述拍照程序用于对标准溶液和待测溶液在pH试纸上的显色区域进行拍照得到显色图片以及显色图片的RGB值；所述校正方程建立程序用于根据拍照程序对校准溶液在pH试纸条上的显色区域拍照得到的显色图片的RGB值，计算得到各校准溶液的显色区域在CIE1931色品图中对应的波长值，并结合各校准溶液的pH值，得到pH试纸条的校准方程λ＝f(x)；所述pH值计算程序用于根据拍照程序对待测溶液在pH试纸条上的显色区域拍照得到的显色图片的RGB值，计算得到待测溶液的显色区域在CIE1931色品图中对应的波长值，并结合校正方程建立程序得到的校准方程λ＝f(x)，计算得到待测溶液的pH值。

【技术特征摘要】
1.基于智能设备的现场快速pH高精度定量检测设备，其特征在于，包括：智能设备和给智能设备拍照采集图片提供均匀光照的光学硬件装置，所述智能设备通过所述光学硬件装置对标准溶液和待测溶液在pH试纸上的显色区域进行拍照，所述智能设备上设置有拍照程序，校正方程建立程序，以及pH值计算程序；所述拍照程序用于对标准溶液和待测溶液在pH试纸上的显色区域进行拍照得到显色图片以及显色图片的RGB值；所述校正方程建立程序用于根据拍照程序对校准溶液在pH试纸条上的显色区域拍照得到的显色图片的RGB值，计算得到各校准溶液的显色区域在CIE1931色品图中对应的波长值，并结合各校准溶液的pH值，得到pH试纸条的校准方程λ＝f(x)；所述pH值计算程序用于根据拍照程序对待测溶液在pH试纸条上的显色区域拍照得到的显色图片的RGB值，计算得到待测溶液的显色区域在CIE1931色品图中对应的波长值，并结合校正方程建立程序得到的校准方程λ＝f(x)，计算得到待测溶液的pH值。2.根据权利要求1所述的基于智能设备的现场快速pH高精度定量检测设备，其特征在于，所述光学硬件装置包括：上部开口的壳体(1)，所述壳体(1)上部开口处设置有小型面光源(2)，所述壳体(1)底部设置有用于放入pH试纸条的试纸条卡槽(3)，所述小型面光源包括反光板(2-2)、反光板(2-2)下方设置有安装了LED灯(2-1)的电路板(2-3)，所述电路板(2-3)下方设置有导光板(2-4)，所述导光板(2-4)下方设置有光扩散板(2-5)。3.根据权利要求1所述的基于智能设备的现场快速pH高精度定量检测设备，其特征在于，所述智能设备还用于通过所述光学硬件装置对标准白色和标准黑色进行拍照，得到标准白色和标准黑色的RGB值；所述智能设备上还设置有环境光校正程序，所述环境光校正程序用于根据RGB值校正公式来对标准溶液以及待测溶液在pH试纸上的显色区域对应的图片的RGB值进行校正，以减小环境光对智能设备拍照产生的影响；所述RGB值校正公式为：所述RW、RB和Rmeas分别表示智能设备通过光学硬件装置对标准白色，标准黑色和显色图片拍照得到的R值，所述GW、GB和Gmeas分别表示智能设备通过光学硬件装置对标准白色，标准黑色和显色图片拍照得到G值，所述BW、BB...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓春，李海琴，张校亮，于化忠，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14