数字比色分析的教学方法、系统及样品室技术方案

本发明专利技术涉及数字比色分析教学技术领域，尤其涉及数字比色分析的教学方法、系统及样品室。包括：获取一系列不同浓度的标准样品；获取样品浓度与R、G、B值的标准曲线方程；设置并检测未知样品获得相对应的未知样品的浓度；根据检测误差作为判定学生成绩的主要依据。本发明专利技术进行图像采集，并选点进行R、G、B值分析，再建立标准曲线方程的方式进行浓度确定，可以获得重现性高、稳定性好的浓度数据；通过将未知样品R、G、B值代入标准曲线方程的方式可以极快地获取浓度数据，处理过程非常快速，大大提高了教学效率，本发明专利技术通过开设实验将学术研究成果介绍给学生，增进他们对科学研究的了解，激发创新意识。新意识。新意识。

【技术实现步骤摘要】
数字比色分析的教学方法、系统及样品室


[0001]本专利技术涉及数字比色分析教学
，尤其涉及数字比色分析的教学方法、系统及样品室。

技术介绍

[0002]在对某些无色的检测对象(比如水溶液中的铅离子)进行测量的时候，将其通过一定的手段(比如显色反应)转变成有色物质进行检测是一种常用的、更为灵敏的方法。光度分析常用于有色溶液或者固体物质的颜色的量化表征。常用的光度分析仪器为紫外－可见分光光度计。对于有色物质来讲，它们在可见光区具有明显的吸收。紫外可见分光光度计通过测量有色物质对可见光的吸收程度来测定该物质的含量(浓度)，其定量的依据为朗伯比尔定律。该方法被广泛应用于环境、生化、食品等分析检测领域。
[0003]紫外－可见分光光度计的基本组成为光源、单色器、样品池、检测器和显示装置。光源一般采用氘灯和卤钨灯分别提供紫外和可见光。单色器包括狭缝和分光器件(光栅或棱镜)。样品池根据检测物质的不同分别采用石英或者玻璃材质。检测器通常为光电倍增管。显示装置一般为电子计算机。由此可见，紫外可见分光光度计需要精密、稳定的器件和专业的操作软件。此外，紫外可见分光光度计体积大，搬动仪器需要专门的仪器工程师。在分别检测液体物质和固体物质的吸光度值时，紫外可见分光光度计需要对样品室进行拆卸，更换不同的配件来满足检测的需要。在使用紫外可见分光光度计前，需要对操作人员进行专业的技术培训。总的来说，紫外可见分光光度计适于精密检测，但对安放和工作的环境要求高，仪器维护要求高，购置和使用费用昂贵(二十万元左右)；在仪器运行的过程中，开机预热需30分钟，自检、基线校正等环节比较耗时，一般完成一组检测需要1个小时左右。这些特点给一些实际应用带来了问题：不适于一些现场检测(比如环境急性污染)或者测量要求不高但测量样品量大(比如快速质检)的场合。
[0004]近年来，在科学研究领域发展出了数字比色法。其基本原理是：电子设备对所采集、存储和输出的图片色彩进行定量描述，即用不同的数值的定义不同的颜色。智能手机在拍摄图片时，对所获得的画面的每个像素点的颜色均通过其红、绿和蓝(R、G和B)三个不同分量的多少来完成相应赋值。在8位二进制编码下，R、G、B三个数值分别取0
‑
255之间的整数。此外，还有多种描述色彩的模式，比如CMKY(青、红、黄、黑)等。当一个伴随有表观颜色变化的化学反应发生时，通过智能手机或其他电子设备拍摄照片，然后直接在手机上采用某个应用程序(APP)或将图片转入电脑用图像分析软件(比如photoshop)对颜色进行分析，从而可以获得其RGB值或/和CMKY值。在此基础上，根据化学反应的实质，可对与显色程度(RGB值等)相关的分析对象(比如浓度)进行量的检测。
[0005]数字比色法由于其具有数据采集速度快，成本低廉的显著特点而被认为在现场检测、便携式检测等方面具有应用前景。
[0006]在大学化学专业的仪器分析课程中，光度分析方法、相关仪器及其应用是教学重点，围绕该方法进行与前沿科学研究相关的技术、应用拓展是教学的必要考量，因此将数字
比色法引入到大学化学专业学生的教学中对于贯通学生知识、拓宽学生视野、激发学生创新意识很有意义。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供基于数字比色分析的检测方法，用于解决现有技术问题：现有的对于数字比色分析的教学中，图片的RGB值受到环境(光影等)影响很大，容易出现数据极不稳定的情况；拍摄照片、读取RGB值和标准曲线建立不能在一台设备上完成，数据的传送麻烦，不利于快速获得结果；指导教师对学生实验过程的把握程度不够，对学生实验成绩的评定依据单一或较为随意，不能基于整个实验过程的预习、实验、学习、完成情况客观的评定。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0009]基于数字比色分析的检测方法，包括以下步骤：
[0010]本专利技术提供一种数字比色分析的教学方法，包括以下步骤：
[0011]S1.令学生将不同浓度的无色待测物标准品加入等量的显色剂，使之生成不同浓度的有色产物，得到一系列不同浓度的标准样品；
[0012]或者直接发放给学生一系列不同浓度的有色物质，作为标准样品；
[0013]S2.将标准样品装入比色皿中，并放入到样品室中，打开样品室光源，采用图像采集装置采集标准样品图像；
[0014]S3.选取标准样品图像显色部位的若干个点作为采样点，并采集这若干个采样点的R、G、B值并分别计算其平均值，将若干个采样点的R、G、B值的平均值作为标准样品的R、G、B值；
[0015]S4.建立出标准样品的浓度与R、G、B值的映射关系，并拟合出样品浓度与R、G、B值之间的三条标准曲线，并分别获取样品浓度与R、G、B值的标准曲线方程；
[0016]S6.设置一对于学生而言浓度未知的样品，记为未知样品，未知样品浓度教师事先知道；
[0017]让学生拍摄未知的样品照片，获取到未知样品照片的R、G、B值，并代入到各自事先获得的样品浓度与R、G、B值的标准曲线方程，获得三个相对应的未知样品的浓度，未知样品的浓度采用R、G、B值的标准曲线方程中线性相关系数最大的那一个作为最终浓度；
[0018]教师根据学生测得的标准曲线方程的线性相关系数及测得的未知样品浓度误差作为判定学生成绩的主要依据。
[0019]进一步地，所述图像采集装置为手机。
[0020]本专利技术还提供数字比色分析的教学系统，所述系统包括：
[0021]样品室，用于为需要拍摄的样品提供稳定统一的拍摄环境；
[0022]图像采集装置，用于拍摄样品图片；
[0023]云端服务器，包括有：色彩分析模块，用于根据图像采集装置拍摄的样品图片分析其R、G、B值；数据处理模块，用于根据样品图片的R、G、B值及其浓度值，拟合出样品浓度与R、G、B值之间的三条标准曲线，并建立出样品浓度与R、G、B值的标准曲线方程。
[0024]本专利技术还提供一种样品室，所述样品室的背部和底部均设置有朝向样品室内的光源；
[0025]所述样品室的顶面和四壁均采用白色的匀光板；
[0026]所述样品室的正面且位于非竖直中心线位置处开设有拍摄窗口；
[0027]所述样品室的侧面设置有可提拉的门。
[0028]进一步地，所述光源为圆盘形点光源阵列。
[0029]进一步地，所述拍摄窗口为4*4cm的正方形。
[0030]本专利技术至少具备以下有益效果：
[0031]1.本专利技术进行图像采集，并选点进行R、G、B值分析，再建立标准曲线方程的方式进行浓度确定，可以获得重现性高、稳定性好的浓度数据；通过将未知样品代入标准曲线方程的方式可以极快地获取浓度数据，并通过与实际浓度对比可以快速获得误差值，对学生成绩的评判速度明显提高，大大提高了教学效率。
[0032]2、本专利技术采用手机即可进行拍摄，且样品室构造简单，因此应用成本低，节省资金，且方便携带；
[0033]3、本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.数字比色分析的教学方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.令学生将不同浓度的无色待测物标准品加入等量的显色剂，使之生成不同浓度的有色产物，得到一系列不同浓度的标准样品；或者直接发放给学生一系列不同浓度的有色物质，作为标准样品；S2.将标准样品装入比色皿中，并放入到样品室中，打开样品室光源，采用图像采集装置采集标准样品图像；S3.选取标准样品图像显色部位的若干个点作为采样点，并采集这若干个采样点的R、G、B值并分别计算其平均值，将若干个采样点的R、G、B值的平均值作为标准样品的R、G、B值；S4.建立出标准样品的浓度与R、G、B值的映射关系，并拟合出样品浓度与R、G、B值之间的三条标准曲线，并分别获取样品浓度与R、G、B值的标准曲线方程；S6.设置一对于学生而言浓度未知的样品，记为未知样品，未知样品浓度教师事先知道；让学生拍摄未知的样品照片，获取到未知样品照片的R、G、B值，并代入到各自事先获得的样品浓度与R、G、B值的标准曲线方程，获得三个相对应的未知样品的浓度，未知样品的浓度采用R、G、B值的标准曲线方程中线性相关系数最大的那一...

【专利技术属性】
技术研发人员：隆异娟，郑鹄志，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：