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基本信息

項(xiàng)目名稱:
水中氟、鐵(II)和鉻(VI)含量測定的新方法:數(shù)碼成像比色法
小類:
能源化工
簡介:
本研究以自然光為光源,以普通照相模式獲得數(shù)碼相片,并輔以使用Matlab軟件,通過定量分析圖像的RGB值,實(shí)現(xiàn)了數(shù)碼成像比色法對水中氟離子、鐵(II)和鉻(VI)的測定。該法實(shí)驗(yàn)步驟簡單,實(shí)用性強(qiáng),是一種具有巨大應(yīng)用前景的分析測試方法。
詳細(xì)介紹:
根據(jù)分光光度法的顯色方法對待測物質(zhì)進(jìn)行顯色并拍攝數(shù)碼相片,從數(shù)碼相片中可以看出隨著待測物質(zhì)濃度的增加,顯色后溶液的顏色加深。用Matlab6.5軟件把數(shù)碼成像的JPEG圖片進(jìn)行RGB分色分析,然后用Origin 8.0軟件作圖,數(shù)碼成像中不同顏色的RGB經(jīng)簡單數(shù)學(xué)建模后的運(yùn)算值與待測物質(zhì)濃度呈線性關(guān)系。由此建立了數(shù)碼成像比色(DIC)法測定水中氟、鐵(II)和鉻(VI)含量的新方法。根據(jù)紅、綠、藍(lán)(RGB)三基色原理探討了數(shù)碼成像比色法的原理,考察了數(shù)碼成像比色法的影響因素,并成功用于標(biāo)準(zhǔn)樣品中氟、鐵(II)和鉻(VI)含量的測定,其結(jié)果與分光光度法一致。

作品圖片

  • 水中氟、鐵(II)和鉻(VI)含量測定的新方法:數(shù)碼成像比色法
  • 水中氟、鐵(II)和鉻(VI)含量測定的新方法:數(shù)碼成像比色法
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作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

本研究的目的是開發(fā)一種靈敏度高、簡單、便捷且易推廣的分析監(jiān)測方法。以氟、鉻、鐵為例,參考國標(biāo)分光光度法進(jìn)行顯色,并將比色管成均勻間隔排成一排,利用普通數(shù)碼相機(jī)在自然光情況下照相,之后用MATLAB軟件把數(shù)碼成像的JPEG格式轉(zhuǎn)換成RGB格式,并對RGB三個(gè)值進(jìn)行轉(zhuǎn)換計(jì)算,以所得數(shù)值為縱坐標(biāo)、物質(zhì)含量為橫坐標(biāo)制做標(biāo)準(zhǔn)曲線。取標(biāo)準(zhǔn)樣品,按上述方法顯色并成像,根據(jù)其RGB值計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)樣品相應(yīng)物質(zhì)含量。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

科學(xué)性:基于RGB三色原理,在自然光下,利用數(shù)碼成像方式模擬分光光度法完成水中氟離子、鐵以及鉻含量的測定,靈敏度高,顯色穩(wěn)定。 先進(jìn)性:目前數(shù)碼成像已經(jīng)在藥材的顯微鑒定、土壤形態(tài)分析等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在化學(xué)領(lǐng)域,已成功實(shí)現(xiàn)了酸堿滴定終點(diǎn)的判斷、雙氧水分解動力方程的研究等。 獨(dú)特之處:創(chuàng)新思路,以自然光代替單色光;儀器簡單;成像快速便捷,樣品和標(biāo)準(zhǔn)系列的測定可在一張數(shù)碼照片上進(jìn)行。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

實(shí)驗(yàn)表明,該方法不僅具有傳統(tǒng)分光光度法靈敏度高,顯色穩(wěn)定,干擾少等優(yōu)點(diǎn),而且儀器便于攜帶,方法簡單、便捷,易推廣。 在此基礎(chǔ)上,將嘗試使用數(shù)碼攝像頭進(jìn)行圖像采集,并通過編程自動取色、分析,并自動給出測定結(jié)果,從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)過程的自動化。

學(xué)術(shù)論文摘要

根據(jù)分光光度法的顯色方法對待測物質(zhì)進(jìn)行顯色并拍攝數(shù)碼相片,從數(shù)碼相片中可以看出隨著待測物質(zhì)濃度的增加,顯色后溶液的顏色加深。用Matlab6.5軟件把數(shù)碼成像的JPEG圖片進(jìn)行RGB分色分析,然后用Origin 8.0軟件作圖,數(shù)碼成像中不同顏色的RGB經(jīng)簡單數(shù)學(xué)建模后的運(yùn)算值與待測物質(zhì)濃度呈線性關(guān)系。由此建立了數(shù)碼成像比色(DIC)法測定水中氟、鐵(II)和鉻(VI)含量的新方法。根據(jù)紅、綠、藍(lán)(RGB)三基色原理探討了數(shù)碼成像比色法的原理,考察了數(shù)碼成像比色法的影響因素,并成功用于環(huán)保部標(biāo)準(zhǔn)樣品中氟、鐵(II)和鉻(VI)含量的測定,其結(jié)果與分光光度法一致。

獲獎情況

2010年獲得北京市教育委員會主辦的第二屆北京市大學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)競賽一等獎。

鑒定結(jié)果

符合事實(shí)。

參考文獻(xiàn)

[1]Gaiao E N, Martins V L, Lyra W S. Digital image-based titrations [J]. Anal Chim Acta, 2006, 570: 283-290. [2]Sena R, Soares M, Pereira M, et al. A Simple Method Based on the Application of a CCD Camera as a Sensor to Detect Low Concentrations of Barium Sulfate in Suspension [J]. Sensors, 2011, 11: 864-875 [3]B. Smits. An RGB to Spectrum Conversion for Re?ectances [J]. J Graphic Tools, 1999, 4(4): 11-22 [4]K. Sakamoto, S. Ishihara, N. Koga. Tracing of decomposition of hydrogen peroxide by absorption spectrometry with spectrum conversion analysis of digital image [J]. Chem Education, 2007, 55(10): 528-531. [in Japanese] [5]Seitaro I, Yuka S, Nobuyoshi K. Determinations of nitrite nitrogen (N-NO2) and chemical oxygen demand (COD) in environmental water using spectrum conversion from digital color images [J]. Chem. Education J. 2008, 11(2): 11-12. [6]楊傳孝, 孫向英, 劉斌. 數(shù)碼成像比色法測定水樣中的總磷 [J]. 分析化學(xué),2005, 35(6): 850-853; 數(shù)碼成像比色法測定空氣中氮氧化物的日變化曲線[J]. 光譜學(xué)與光譜分析, 2009, 29(6): 1643-1646 (翻譯見附件1)

同類課題研究水平概述

目前,數(shù)碼成像技術(shù)在國內(nèi)外科技領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,如在藥材的顯微鑒定[1]、土壤形態(tài)分析及考古學(xué)[2]、食物顏色評價(jià)[3]等方面已經(jīng)得到了較好的成就。此外,基于三基色(RGB)原理,Maleki[4]利用數(shù)碼成像建立人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),成功實(shí)現(xiàn)了Al3+和Fe3+的同時(shí)測定。Gaiao等[5]在特制的塑料盒內(nèi)用光源照射流通池,把數(shù)碼相機(jī)作為檢測器用于判斷酸堿滴定終點(diǎn),取得了理想的效果。Rodrigo等[6]利用CCD數(shù)碼相機(jī)作為傳感器實(shí)現(xiàn)了懸濁液中低濃度BaSO4的準(zhǔn)確測定?;诨叶忍幚矸?,楊傳孝等[7] [8]利用數(shù)碼成像比色法(Digital Imaging Colorimetry,DIC)成功測定了水樣中的總磷及空氣中氮氧化物的含量。Brian Smits通過對RGB分色并進(jìn)行光譜轉(zhuǎn)化[9],Koga等以此方法測定了酸堿指示劑的pKa[10],研究了過氧化氫分解的動力學(xué)方程[11]。 (參考文獻(xiàn)名稱見附件2)
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