本发明专利技术提供一种基于试剂显色差异的光声酸碱度成像方法及装置。该方法包括如下步骤：将酸碱指示剂溶解于纯乙醇溶液中作为光声酸碱检测试剂；利用光声测量系统将酸碱检测试剂在不同ｐＨ值下的光声信号强度记录下来，描绘光声酸碱检测标准曲线；将被测物体用光声酸碱检测试剂染色，利用光声技术测量被测物体染色前和染色后的光声信号强度，通过计算处理光声信号，对照标准曲线可得出被测物体的酸碱度，采用反投影算法重建反映酸碱度分布的光声图像。实现此方法的装置由激光发射组件、超声探测组件、数据采集传输组件、计算机及图像处理软件构成。本发明专利技术方法和装置灵敏度高，除可测量液态物质外，还能够用于测量半固体或固体物质的酸碱度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉一种PH测量技术，特别涉及一种基于试剂显色差异的光声酸 碱度成像方法及装置，属于探测
技术介绍
目前，对溶液的酸碱度的测量方法大多是采用手工方法，利用PH试纸或 指示剂进行量度，但试纸和指示剂的变色范围是靠人眼来观察判断，造成这 种测量方法的准确性不高，特别是对于要分别pH值在0.5以下的变化时，靠 人眼判断颜色的分辨就相当困难。而一些以电极为敏感部件的pH值测量仪， 虽然对于溶液pH值的测量较为准确，而且体积小、便于携带，但这些测量仪 都不能直接测量固态的物体，如离体肉类、水果、土壤等。PH值的测量对于 判断肉类、水果的新鲜度，判断土壤是否适合栽种等都有重要的意义。因此， 专利技术可用于测量固态物质的酸碱度的方法，特别是将物体的酸碱度分布区分 显示出来是非常实用和有市场需求的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种新型的利用试 剂显色差异的光声酸碱度成像方法来实现溶液或固态物质的酸碱度检测技 术。本专利技术的另一 目的在于提供一种实现上述方法的装置。本专利技术的目的通过下述技术方案实现 一种基于试剂显色差异的光声酸 碱度成像方法，包括如下步骤-(1)光声酸碱检测试剂的制备将酸碱指示剂溶解于纯乙醇溶液中作为 光声酸碱检测试剂；4(2) 光声酸碱度标准曲线的测定调节光声酸碱检测试剂的酸碱度，调 制成相同摩尔浓度、不同PH值的光声酸碱检测试剂溶液；采用两个波长的 脉冲激光照射上述光声酸碱检测试剂溶液，激发产生光声信号，收集并记录 光声信号强度；计算两个波长的脉冲激光照射不同PH值的光声酸碱检测试剂溶液产生的光声信号的幅值比值；以pH值为横坐标，以不同pH值的光声 酸碱检测试剂的光声信号的幅值比值为纵坐标，获得光声酸碱度标准曲线图(如图3所示)；(3) 酸碱度差异的光声信号测量将被测物体用步骤(1)所得光声酸 碱检测试剂染色；将被测物体在染色前和染色后分别用光声检测系统测量并 记录两个波长的脉冲激光照射产生的光声信号强度，存储于计算机中；(4) 酸碱度的计算计算步骤(3)所记录的两个波长的脉冲激光照射被测物体产生的光声信号的幅值比值，与步骤(2)所得光声酸碱度标准曲线图进行比较，得到被测物体的酸碱度。(5) 酸碱度差异的光声成像利用步骤(4)所得被测物体的酸碱度，采用反投影算法重建出以黑白灰度或伪彩区分酸碱度的光声图像。步骤(1)所述光声酸碱检测试剂的pH值为7. 0，其吸收光谱随pH值的 不同而改变，酸性时其吸收光谱峰值为455-465咖，碱性时其吸收光谱峰值 为530-550亂步骤(1 )所述酸碱指示剂是由中性红(C,5CIHnN4)和甲基蓝(C3晶美Na209S3) 按质量比h l混合而成。步骤(2)所述不同pH值是pH二4.0 10.0。步骤(2)和(3)中所述两个波长的脉冲激光分别为460nm和532nm的、、、 一种实现上述方法的装置，其特征在于包括激光发生组件、超声探测 器、超声采集组件、样品扫描平台、计算机及信号处理图像重建组件；所述 激光发生组件包括依次连接的激光器、镀膜反射镜和聚光透镜；所述超声采 集组件包括依次电连接的超声探头、信号放大器/示波器、信号采集卡和计 算机。所述超声探测器是中空圆环型的陶瓷材料的压电探测器；激光器发射的 激光经聚光透镜聚焦后的焦点与超声探测器的探测超声焦点重合，构成共焦 扫描系统；超声探测器前端用透明聚乙烯薄膜严密包裹，里面充满超声耦合 液，用于耦合样品的光声信号。所述样品扫描平台为三维扫描平台。所述样品扫描平台由计算机控制步进驱动器驱动，能升降及旋转。所述计算机及信号处理图像重建组件包含计算机、1/0卡、数据传输卡、 LABVIEW软件和mat lab软件。本专利技术的原理是光声酸碱度测量方法是利用酸l^指示剂中性红与甲基 蓝的混合溶液作为光声测量试剂。该试剂的吸收光谱会随着PH值的变化而改 变；当该试剂遇酸性物质时其吸收光谱的峰值在460nm附近，酸性越强峰值 越大，当该试剂遇碱性物质时吸收光谱的峰值在532nm附近，碱性越强在该 处峰值越大；而该试剂本显中性pH值为7，此时其吸收光谱在460nm和532nm 处的吸收系数基本相同(如图2所示)；光声效应是光吸收体吸收光能后转化 为超声的现象，光声信号与吸收系数直接相关。温度一定的情况下，脉冲光 声信号的幅值是与物体所在光激发波长处的吸收系数成比例，吸收系数越 大，光声信号越强；因此，利用波长为460nm和532nm激光对光声测量试剂进行光声信号的测量，则若光声测量试剂是中性的，那么两个波长所产生的光 声信号比值应该为l，若光声测量试剂是酸性的，那么460nm产生的光声信号 与532nm产生的光声信号比值应大于l，若光声测量试剂是碱性的，那么比值 应小于l。分别对不同PH值的光声测量试剂进行两个波长的光声信号测量，而后经 计算就可得不同PH值对应两波长信号比值的曲线图(如图3所示)。此图可作 为其他物体光声酸碱度检测的标准对应图。实际测量时，由于被测物体本身 也会产生光声信号，所以被测物体在添染光声检测试剂前应先将物体进行两 个检测波长的光声信号探测，记录作为本底，染色后重复两个波长的光声信 号测量，将染色后的光声信号减去染色前对应的光声信号，所得的就是两个 波长光声测量试剂贡献的光声信号。利用以下公式计算<formula>formula see original document page 6</formula>得出被测物体的两个波长光声信号的比值(PA⑨532和PA⑨460是染色前测得的 光声信号；PA 、⑨532和PA 、 @460是染色后测得的光声信号)，最后与标准信 号比值曲线图对照便可知所测物体的酸碱度。 ，本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果(1)本专利技术方法采用指示剂的吸收光谱随酸碱度的变化而改变的原理，利用光声信号幅值与 吸收系数的正比例关系，将酸碱度定量计算出来，对比肉眼判断颜色变化，更为准确可靠；(2)本专利技术可对被测样品进行扫描采集，成像显示样品的酸 碱度分布，更真实细致地反映样品表面或内部的酸碱分布情况；(3)本专利技术 方法不但可以进行液体的酸碱度检测，还适用于对固态物质进行检测，如肉 类、水果、土壤等物质，扩展PH测量技术的应用范围。附图说明图1是本专利技术利用试剂显色差异的光声酸碱度成像装置的结构示意图，其中激光器l-l;镀膜反射镜1-2;汇聚透镜1-3;三维样品平台2; 超声耦合薄膜3-1;圆环压电超声换能器3-2;信号放大器4-l;示波器4-2; 信号采集卡4-3;计算机5。图2是光声酸碱测量试剂在不同酸碱度下的吸收光谱图。图3是光声酸碱度测量标准曲线。图4是工业废水在波长为532nm激光激发的光声信号图，其中虚线为 纯工业废水的光声信号，实线为加入光声酸碱检测试剂后测得的光声信号。图5是工业废水在波长为460nm激光激发的光声信号，其中虚线为纯工 业废水的光声信号，实线为加入光声酸碱检测试剂后测得的光声信号。图6是变坏的肉沫的酸碱度差异的光声成像图，其中肉沫的酸碱度分 布情况可由图右方的显色标注得到。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述，但本专利技术的实施方式不 限于此。实施例l一种基于试剂本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于试剂显色差异的光声酸碱度成像方法，其特征在于包括如下步骤： （１）光声酸碱检测试剂的制备：将酸碱指示剂溶解于纯乙醇溶液中作为光声酸碱检测试剂； （２）光声酸碱度标准曲线的测定：调节光声酸碱检测试剂的酸碱度，调制成相同摩尔 浓度、不同ｐＨ值的光声酸碱检测试剂溶液；采用两个波长的脉冲激光照射上述光声酸碱检测试剂溶液，激发产生光声信号，收集并记录光声信号强度；计算两个波长的脉冲激光照射下，不同ｐＨ值的光声酸碱检测试剂溶液产生的光声信号的幅值比值；以ｐＨ值为横坐标，以不同ｐＨ值的光声酸碱检测试剂的光声信号的幅值比值为纵坐标，获得光声酸碱度标准曲线图； （３）酸碱度差异的光声信号测量：将被测物体用步骤（１）所得光声酸碱检测试剂染色；将被测物体在染色前和染色后分别用光声检测系统测量并记录两个波长的脉 冲激光照射产生的光声信号强度，存储于计算机中； （４）酸碱度的计算：计算步骤（３）所记录的两个波长的脉冲激光照射被测物体产生的光声信号的幅值比值，与步骤（２）所得光声酸碱度标准曲线图进行比较，得到被测物体的酸碱度。 （５）酸碱度 差异的光声成像：利用步骤（４）所得被测物体的酸碱度，采用反投影算法重建出以黑白灰度或伪彩区分酸碱度的光声图像。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨思华，邢达，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]
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