本发明专利技术公开了一种基于智能设备的显色反应定量检测装置和方法，利用图像传感器自带的白光LED灯作为原始宽带光源，利用滤光片转盘产生所需特定波长的窄带光，窄带光分别入射至比色皿转盘上的空白样品、显色后标准品和待测样品溶液，透射光经反射镜反射至图像传感器，通过智能设备控制图像传感器采集透射光图片，并通过智能设备计算程序得到各个样品的吸光度，建立标准品浓度与吸光度关系的标准工作曲线，根据标准工作曲线，得到待测样品的实际浓度值。本检测装置和方法中，利用智能设备为图像传感器及其LED灯等提供电源，无需额外电源；智能设备无需固定于装置上，成本低，灵敏度高，便于操作，应用于医疗诊断、食品安全检测、环境监测领域。
【技术实现步骤摘要】
一种基于智能设备的显色反应定量检测装置和方法
本专利技术涉及生化检测领域，尤其涉及一种基于智能设备的显色反应定量检测装置和方法。
技术介绍
显色反应可以将样品中待测生物分子、离子等组分转变为有色化合物，通过测量该有色化合物的含量就可以实现待测组分的定量检测，该反应广泛应用于生物、化学、医学、环境等领域。显色反应的分析方法主要有比色分析法和基于吸收光谱的分光光度法。传统比色法操作简单，但难以准确定量；基于吸收光谱的分光光度法需要大型的分光光度计。随着智能手机等智能设备的功能日益强大以及广泛普及，人们开始将智能手机等智能设备结合比色分析法、分光光度法相结合，进行生化检测。在比色分析方面，2014年Hong等人利用智能手机拍摄样品数字图片，通过对图片的颜色分析，实现了尿液试纸条的定量分析，但该类分析方法易受到外界光照的影响，需进行光照控制（J.I.Hong,B.Y.Chang,Developmentofthesmartphone-basedcolorimetryformulti-analytesensingarrays,LabChip,2014,14,1725）；2013年Coskun等人利用两个外置的LED灯垂直照射测试管和对照管，利用智能手机获取图像，通过分析吸光度与分析物浓度的关系实现了食物过敏原的定量检测(A.F.Coskun,J.Wong,D.Khodadadi,etal.,Apersonalizedfoodallergentestingplatformonacellphone,LabChip,2013,13,636-640）。2017年Liu等人利用外置的三色LED照射比色皿，结合智能手机获取透射光图片，实现了链霉素的定量检测（Z.G.Liu,Y.L.Zhang,S.J.Xu,etal.,A3Dprintedsmartphoneoptosensingplatformforpoint-of-needfoodsafetyinspection,Anal.Chim.Acta,2017，966，81-89）。但上述方法都采用的是外置的LED灯，并需要配置单独的电源供电，当检测对象改变时，需要拆卸、更换不同的LED。在基于吸收光谱的分光光度法方面：2013年，Gallegos等人通过外置白光光源、衍射光栅和智能手机开发了光谱分析装置，利用抗原抗体特异性结合引起光子晶体的禁带偏移的原理，通过分析光子晶体的禁带的移动实现了对猪免疫球蛋白的免标记定量检测(D.Gallegos,K.D.Long,H.Yu,etal.LabChip,2013,13,2124-2132)。2014年，Long等人以卤素灯为光源，采用准直透镜组和商用衍射光栅，结合智能手机摄像头，搭建了可用于ELISA反应的光谱分析装置(K.D.Long,H.Yu,B.T.Cunningham.BiomedicalOpticsExpress,2014,5,3792-3806.)。2016年Wang等人以氙灯和外置LED为光源，以DVD光盘中具有周期沟槽结构的聚碳酸酯层作为衍射光栅，搭建了基于智能手机的简易光谱分析装置，通过对溶液透射光谱的分析，实现了罗丹明溶液和神经毒素对氧磷的定量检测(L.J.Wang,Y.C.Chang,X.Ge,etal.,SmartphoneOptosensingPlatformUsingaDVDGratingtoDetectNeurotoxins,ACSSensors,2017,1,366-373)，2017年Ozdemir等人以手机自带LED灯为光源，分别以PMMA塑料光纤和商用光栅为导光介质和分光元件，结合智能手机实现了废水中染料污染物的定量检测。该类检测方法需要相应的光栅，但每次只能检测一个比色皿(G.K.Ozdemir,A.Bayram,V.Kilic,etal.,Smartphone-baseddetectionofdyesinwaterforenvironmentalsustainability,Anal.Methods,2017,9,579-585)。现有的上述技术中，大多使用的是外置的单色LED或白光LED，需要配置单独的电源供电；每次只能检测一个比色皿。此外，智能手机与装置固定在一起，当智能手机拆卸下重新装上，或者更换手机、或者检测过程中手机发生移动时，均需要重新校准光路。
技术实现思路
为解决现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种基于智能设备的显色反应定量检测装置和方法，在检测过程中具有分析速度快、操作简便、灵敏度高的优点，并结合智能设备及嵌入白光LED的图像传感器，实现了快速定量的检测。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种基于智能设备的显色反应定量检测装置，包括智能设备、带有白光LED灯的图像传感器；圆形孔径光阑、针孔、准直透镜、可调光学衰减片、滤光片转盘、比色皿转盘、比色皿、第一平面反射镜、第二平面反射镜、透镜和数据线；其中，智能设备通过数据线连接图像传感器，圆形孔径光阑、针孔、准直透镜、可调光学衰减片、滤光片转盘、比色皿转盘、第一平面反射镜、第二平面反射镜、透镜依序排列设置形成光传输路径，白光LED灯所发出的光线沿光传输路径从透镜（11）射出进入图像传感器，由图像传感器接收并传送到智能设备上；所述智能设备用于控制图像传感器的图片采集和待测物浓度值计算。其中，白光LED灯用于为显色反应定量检测装置提供宽带光源。其中，滤光片转盘上嵌有指定波长的窄带滤光片，用于产生对应波长的窄带光。其中，比色皿转盘上放置多个比色皿，多个其比色皿分别用于盛放空白样品溶液、显后的标准品溶液和待测样品溶液。其中，图像传感器用于对比色皿转盘上的空白样品溶液、显色后的标准品溶液和待测样品溶液的透射光图像进行采集，所述智能设备连接图像传感器以提供电源。其中，图片采集用于控制图像传感器采集比色皿中样品的透射光图片；所述待测物浓度值计算过程包括以下步骤：S1.对采集的比色皿中样品的透射光图片进行分析，得到空白样品溶液、显后的标准品溶液和待测样品溶液的吸光度值；S2.根据标准品溶液浓度及其吸光度建立浓度-吸光度标准工作曲线；S3.根据标准工作曲线和待测样品溶液吸光度，确定各待测溶液中待测物相应浓度。其中，比色皿转盘用于放置29~32个比色皿，其中3个用于放置空白样品溶液，15~18个用于放置显色后的标准品溶液，11~14个用于放置显色后的待测溶液。其中，比色皿沿比色皿转盘周边环形非对称排列，使得白光LED灯的入射光正入射比色皿，且每次只经过多个比色皿中的一个；其中，所述比色皿为通用方形比色皿、微量比色皿、柱形比色杯中的一种。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种基于智能设备的显色反应定量检测方法，通过如前述的基于智能设备的显色反应定量检测装置进行测量，包括如下步骤：S1.配制显色剂、空白样品溶液和系列不同浓度的标准品溶液，将标准品溶液、待测样品溶液分别与显色剂按比例混合反应，得到不同浓度的显色产物溶液；S2.将空白样品溶液和显色后的不同浓度的标准品溶液、显色后的待测样品溶液按顺序依次加入到比色皿转盘上的各个比色皿中；S3.转动滤光片转盘，使得白光LED灯发出的白光透过指定的滤光片；S4.调节可调光学衰减片，使得图本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于智能设备的显色反应定量检测装置，其特征在于：包括智能设备（1）、带有白光LED灯（2‑1）的图像传感器（2）；圆形孔径光阑（3）、针孔（4）、准直透镜（5）、可调光学衰减片（6）、滤光片转盘（7）、比色皿转盘（8）、比色皿（8‑1）、第一平面反射镜（9）、第二平面反射镜（10）、透镜（11）和数据线（12）；其中，智能设备（1）通过数据线（12）连接图像传感器（2），圆形孔径光阑（3）、针孔（4）、准直透镜（5）、可调光学衰减片（6）、滤光片转盘（7）、比色皿转盘（8）、第一平面反射镜（9）、第二平面反射镜（10）、透镜（11）依序排列设置形成光传输路径，白光LED灯（2‑1）所发出的光线沿光传输路径从透镜（11）射出进入图像传感器（2），由图像传感器（2）接收并传送到智能设备（1）上；所述智能设备（1）用于控制图像传感器（2）的图片采集和待测物浓度值计算。
【技术特征摘要】
1.一种基于智能设备的显色反应定量检测装置，其特征在于：包括智能设备（1）、带有白光LED灯（2-1）的图像传感器（2）；圆形孔径光阑（3）、针孔（4）、准直透镜（5）、可调光学衰减片（6）、滤光片转盘（7）、比色皿转盘（8）、比色皿（8-1）、第一平面反射镜（9）、第二平面反射镜（10）、透镜（11）和数据线（12）；其中，智能设备（1）通过数据线（12）连接图像传感器（2），圆形孔径光阑（3）、针孔（4）、准直透镜（5）、可调光学衰减片（6）、滤光片转盘（7）、比色皿转盘（8）、第一平面反射镜（9）、第二平面反射镜（10）、透镜（11）依序排列设置形成光传输路径，白光LED灯（2-1）所发出的光线沿光传输路径从透镜（11）射出进入图像传感器（2），由图像传感器（2）接收并传送到智能设备（1）上；所述智能设备（1）用于控制图像传感器（2）的图片采集和待测物浓度值计算。2.根据权利要求1所述的基于智能设备的显色反应定量检测装置，其特征在于：所述白光LED灯（2-1）用于为显色反应定量检测装置提供宽带光源。3.根据权利要求1所述的基于智能设备的显色反应定量检测装置，其特征在于：所述滤光片转盘（7）上嵌有指定波长的窄带滤光片，用于产生对应波长的窄带光。4.根据权利要求1所述的基于智能设备的显色反应定量检测装置，其特征在于：所述比色皿转盘（8）上放置多个比色皿（8-1），多个其比色皿（8-1）分别用于盛放空白样品溶液、显后的标准品溶液和待测样品溶液。5.根据权利要求1所述的基于智能设备的显色反应定量检测装置，其特征在于：所述图像传感器（2）用于对比色皿转盘（8）上的空白样品溶液、显色后的标准品溶液和待测样品溶液的透射光图像进行采集，所述智能设备（1）连接图像传感器（2）以提供电源。6.根据权利要求1所述的基于智能设备的显色反应定量检测装置，其特征在于：所述图片采集是通过控制图像传感器（2）采集比色皿（8）中样品的透射光图片；所述待测物浓度值计算过程包括以下步骤：S1.对采集的比色皿（8）中样品的透射光图片进行分析，得到空白样品溶液、显后的标准品溶液...
【专利技术属性】
技术研发人员：张校亮，李晓春，陈小红，秦永乐，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
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