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基本信息
- 項目名稱：
- 基于圖像處理技術(shù)的集成式薄層色譜分析儀的設(shè)計制作及軟件開發(fā)
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 通過自行設(shè)計、制作安裝和基于圖像處理的計算機程序設(shè)計，完成了一種集熱風(fēng)干燥、圖像采集、分析計算、數(shù)字化編輯存儲等功能于一身的新型薄層色譜分析儀和實用軟件。本儀器點樣準(zhǔn)確，薄層板可恒溫烘干，層析圖像實現(xiàn)了在線采集、編輯存儲，薄層色譜數(shù)據(jù)（Rf值）自動計算；軟件嵌入了薄層色譜數(shù)據(jù)庫，方便數(shù)據(jù)查詢和實驗結(jié)果比對。該儀器結(jié)構(gòu)合理，成本較低，實用性強，可廣泛用于藥物鑒別、有機化合物及生物樣品的定性分析。
- 詳細(xì)介紹：
- 薄層色譜又稱為薄層層析（Thin Layer Chromatography，簡稱TLC），是一種吸附薄層色譜分離法，該方法所需樣品量少，分析快速，分析成本低，被廣泛用于化學(xué)分析、中藥鑒別、生物醫(yī)學(xué)、食品加工等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的薄層色譜分析方法是外部點樣，薄層板展開完成后，在外部吹干或晾干，再將薄層板置于相應(yīng)波長紫外燈下或可見光下，肉眼觀察和測量斑點位置。這就存在以下問題：1、點樣點難以準(zhǔn)確定位，烘干過程較繁瑣且難以觀察部分溫敏藥物的顏色變化，無法觀察需加熱顯色樣品的薄層斑點；2、紫外燈發(fā)射出的光線對人眼及皮膚傷害較強；3、薄層板的顏色、斑點和圖像數(shù)據(jù)不能被保存；4、手工測量精度差。近年來，不少學(xué)者提出并研究了基于圖像處理的薄層色譜分析技術(shù)，也出現(xiàn)了類似的進口設(shè)備，但這些儀器都是針對薄層照片進行處理的，都沒有實現(xiàn)圖像的在線采集，也沒有實現(xiàn)Rf值的自動計算和樣品的定性分析及數(shù)據(jù)比對。為解決傳統(tǒng)薄層層析技術(shù)中存在的以上不足，我們制作出一種集熱風(fēng)干燥、圖像在線采集，數(shù)字化編輯存儲等功能于一身的新型薄層色譜分析儀，并編制了配套實用軟件。 本新型薄層色譜分析儀，采用暗箱式設(shè)計，包括箱體、攝像裝置、可見光源、254nm紫外光源、365nm紫外光源、底部點樣光源、點樣臺、觀察窗、取樣窗、開關(guān)和電線；其特征在于：還包括熱風(fēng)烘干器、進風(fēng)口、出風(fēng)口、USB接口和標(biāo)尺；攝像裝置、可見光源、254nm紫外光源和365nm紫外光源固定在頂板上，熱風(fēng)烘干器和標(biāo)尺固定在點樣板上，點樣光源和電路元器件固定在底板上，進風(fēng)口設(shè)置在儀器箱體左側(cè)，出風(fēng)口設(shè)置在儀器箱體右側(cè)，帶有活動門的取樣窗設(shè)置在儀器正面；頂板、點樣板和底板分別內(nèi)置在儀器箱體的頂部、中部取樣窗下方和底部，與箱體之間抽拉式活動連接。(專利申請?zhí)枺?01120201692.8，申請日：2011-6-15) 本新型薄層色譜分析儀采用一種非明火加熱的鼓引風(fēng)平掃式薄層板烘干器，特征在于：由鼓風(fēng)風(fēng)扇、電加熱板、導(dǎo)流罩、溫度顯示控制儀、溫度探頭和引風(fēng)風(fēng)扇組成，并按鼓風(fēng)風(fēng)扇、導(dǎo)流罩、引風(fēng)風(fēng)扇次序在同一軸線上排列；鼓風(fēng)風(fēng)扇緊貼導(dǎo)流罩安裝在導(dǎo)流罩的進風(fēng)口端，電加熱板固定在導(dǎo)流罩內(nèi)的進風(fēng)口端，溫度探頭固定在導(dǎo)流罩的出風(fēng)口處，在導(dǎo)流罩出風(fēng)口跨過薄層板放置區(qū)安裝引風(fēng)風(fēng)扇。解決了現(xiàn)有技術(shù)中的薄層板干燥溫度不可控和存在安全隱患問題。（專利申請?zhí)枺?01120202060.3，申請日：2011-6-16） 由于本新型薄層色譜分析儀集成了攝像裝置，通過USB接口實現(xiàn)與計算機的連接，可在計算機上觀察薄層層析的相關(guān)情況，通過相關(guān)軟件可記錄圖像、編輯和計算數(shù)據(jù)等，實現(xiàn)了薄層色譜分析的自動化計算和數(shù)字化存儲，特別適合樣品定性分析和鑒別；由于采用暗箱式設(shè)計，計算機上觀察，減少了紫外線對人眼的傷害；本儀器集成了熱風(fēng)烘干器，實現(xiàn)了薄層板的在線恒溫加熱烘干，也解決了部分熱敏性樣品和需要加熱顯色樣品的快速薄層色譜分析問題； 儀器在點樣板上設(shè)有兩根刻度標(biāo)尺，使薄層照片的真實性和可信度大大增加；儀器所用原材料易得，減少了薄層色譜分析儀的成本，適合推廣使用。 為了提高薄層色譜（薄層層析）技術(shù)自動化程度和樣品薄層色譜分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，開發(fā)了該薄層色譜分析儀配套實用軟件---薄層色譜測試系統(tǒng)（TLC V3.2）。本軟件采用C++語言編寫，使用Visual Studio 2010的MFC(Microsoft Foundation Class)的Dialogbased類型構(gòu)建主程序框架，以及VFW(Video For Windows)技術(shù)實現(xiàn)攝像頭采集數(shù)據(jù)。該薄層色譜測試系統(tǒng)（TLC V3.2）軟件可以通過攝像頭采集數(shù)據(jù)和導(dǎo)入薄層圖片兩種方式對薄層進行分析，利用CDC類的成員函數(shù)得出水平線之間的距離，進而通過Rf值計算公式得出樣品和對照品的Rf值，并可以將實驗信息和最終結(jié)果保存為文本文檔格式。軟件中自帶可擴展的薄層色譜數(shù)據(jù)庫，能與實驗數(shù)據(jù)進行比對，實現(xiàn)薄層數(shù)據(jù)的定性分析。（軟件版權(quán)登記申請流水號：2011R11L068169，申請日：2011-6-13） 本新型薄層色譜分析儀（含軟件）結(jié)構(gòu)合理，成本較低，實用性強，可廣泛用于中藥鑒別、有機化合物及生物樣品的定性分析。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 本發(fā)明的目的在于提供一種集成式薄層色譜分析儀、配套軟件及儀器的制作方法，以解決現(xiàn)有薄層色譜儀存在的諸多不足，通過圖紙設(shè)計、材料選擇、外殼加工、實用軟件設(shè)計及安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)，制作出一種集熱風(fēng)干燥、圖像在線采集，Rf值自動計算和數(shù)據(jù)編輯存儲等功能于一身的新型薄層色譜分析儀，并編制了配套實用軟件。 本儀器創(chuàng)新點：（1）本儀器集成了攝像裝置，實現(xiàn)與計算機的直接連接，在計算機上觀察薄層層析的相關(guān)情況，通過編制的實用軟件可記錄圖像、編輯和計算數(shù)據(jù)等，實現(xiàn)了薄層色譜分析的自動化計算和數(shù)字化存儲，并減少了紫外線對人眼的傷害；（2）本儀器集成了電加熱板、吹風(fēng)機、導(dǎo)流罩及控溫儀，實現(xiàn)了薄層板的在線恒溫加熱烘干，也解決了熱敏性樣品和需要加熱顯色樣品的快速薄層色譜分析問題；（3）編制的實用軟件嵌入了可擴展薄層色譜數(shù)據(jù)庫，可查找薄層層析條件，并方便了試驗樣品數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的比對。 技術(shù)關(guān)鍵：儀器中各集成單元的合理布局和基于圖像處理的Rf值自動計算。 技術(shù)指標(biāo)：可見光源、254nm紫外光源，365nm紫外光源可選，適用尺寸不大于10cm×10cm的各種薄層板，烘干溫度室溫至80℃可調(diào)，溫度偏差不大于3℃，采集的圖像質(zhì)量不小于200萬像素，軟件計算的Rf值誤差小于0.5%。
科學(xué)性、先進性
- 薄層色譜又稱薄層層析，是色譜法中的一種，廣泛應(yīng)用于石油、化工、醫(yī)藥、生化等行業(yè)，特別是中藥化學(xué)成分和有機合成化合物的定性檢測方面。傳統(tǒng)的方法是外部點樣，層析完成后外部吹干或晾干，再將薄層板置于相應(yīng)波長紫外燈下，肉眼去觀察并記錄相應(yīng)顏色反應(yīng)，手工測量數(shù)據(jù)，計算Rf值作樣品的定性分析。這樣做會帶來幾個重要的問題：1、點樣點難以準(zhǔn)確定位，烘干過程較繁瑣且難以觀察部分溫敏藥物的顏色變化，無法觀察需加熱顯色樣品的薄層斑點；2、紫外燈發(fā)射出的光線對人眼及皮膚傷害較強；3、薄層板的顏色、斑點和圖像數(shù)據(jù)不能被保存；4、手工測量精度差。近年來，不少學(xué)者提出并研究了基于圖像處理的薄層色譜分析技術(shù)，也出現(xiàn)了類似的進口設(shè)備，但這些儀器都是針對薄層照片進行處理的，都沒有實現(xiàn)圖像的在線采集，也沒有實現(xiàn)Rf值的自動計算和樣品的定性分析及數(shù)據(jù)比對。為解決傳統(tǒng)薄層層析技術(shù)中存在的以上不足，我們制作出一種集熱風(fēng)干燥、圖像在線采集，數(shù)字化編輯存儲等功能于一身的新型薄層色譜分析儀，并編制了配套實用軟件。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 制造出二代樣機，設(shè)計出第五版軟件。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 轉(zhuǎn)讓或合作開發(fā)
作品可展示的形式
- 實物、樣品 現(xiàn)場演示
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 使用說明：打開總電源，設(shè)置熱風(fēng)溫度，將計算機與儀器連接，將層析好的薄層板置于儀器的指定位置，熱風(fēng)干燥，打開薄層色譜測試系統(tǒng)，按軟件向?qū)нM行薄層圖像采集、數(shù)據(jù)處理及存儲。 技術(shù)特點和優(yōu)勢：儀器采用了可見光、254nm和365nm紫外光三種光源，并獨立控制，可用于多種樣品的薄層色譜分析；集成了USB攝像裝置，實現(xiàn)了薄層圖像的在線采集；集成了恒溫?zé)犸L(fēng)干燥裝置，實現(xiàn)了薄層板的在線恒溫加熱烘干，解決了熱敏性樣品和需加熱顯色樣品的快速薄層色譜分析問題；編制了薄層色譜分析軟件，實現(xiàn)了樣品定性分析（Rf值的自動計算）、薄層圖片和相關(guān)實驗數(shù)據(jù)的數(shù)字化編輯存儲；軟件嵌入了可擴展的薄層數(shù)據(jù)庫，方便了相關(guān)樣品的薄層色譜條件查詢和Rf值比對；本儀器成本相對于同類儀器售價具有極大優(yōu)勢。 適應(yīng)范圍：產(chǎn)品屬于實驗儀器，適用于醫(yī)藥、生化、化工、食品等行業(yè)的實驗室研究。 市場分析和經(jīng)濟效益預(yù)測：按年銷售量1000臺，單價8000元/臺計算，單品種可實現(xiàn)銷售額800萬元，實現(xiàn)年毛利500萬元。
同類課題研究水平概述
- 現(xiàn)有技術(shù)的薄層色譜分析儀及優(yōu)缺點： 1、普通三用紫外燈，其優(yōu)點是價格相對較低，易操作，實驗室常用于紫外分析；缺點是難以消除可見光干擾，不能保存試驗圖片，裸露在外的紫外燈對人體傷害較大。 2、暗箱式紫外分析儀，其優(yōu)點是相對減少了紫外線對人體的傷害，消除了可見光的干擾，但不能進行數(shù)據(jù)及圖片的存儲與編輯。 3、搭載數(shù)碼相機的紫外分析儀，其優(yōu)點是減少紫外線對人體的傷害，實現(xiàn)了相關(guān)薄層圖片的存儲。但其價格較昂貴，且數(shù)據(jù)不能在線采集、編輯和計算，也沒有干燥裝置。 4、薄層掃描色譜儀（含分析軟件），其優(yōu)點是實現(xiàn)相關(guān)實驗樣品的定量分析及實驗數(shù)據(jù)的編輯存儲。但其價格昂貴，無法直接拍照，對需特定波長光源顯色的樣品無能為力，測量速度慢，操作復(fù)雜，精度不高，而且沒有干燥裝置。 近年來，也有不少學(xué)者提出并研究了基于圖像處理的色譜分析技術(shù)，其中大多集中在定量分析，如中國專利CN200510115774.X通過對薄層圖像進行預(yù)處理，再對背景圖像像素點進行亮度歸一化，再進行灰度積分，以期實現(xiàn)樣品的定量分析。但這些研究都是基于已有圖像，并不能實現(xiàn)在線圖像采集，未見薄層色譜的定性分析報道及相關(guān)軟件。 薄層層析過程中，薄層板一般用電吹風(fēng)機吹干或空氣中自然晾干，自然晾干耗時較長，斑點易褪色；用電吹風(fēng)機吹干，難以控制和顯示熱風(fēng)溫度，易造成部分熱敏性成分的分解，也不能觀察需加熱顯色樣品的薄層色譜情況，其最大的問題在于電吹風(fēng)機采用電阻絲加熱，而層析后的薄層板本身及化學(xué)實驗室存在大量的易燃有機溶劑，有點燃有機溶劑的巨大安全隱患。有關(guān)薄層色譜分析過程中的溫度控制問題，相關(guān)研究開發(fā)主要集中在薄層板展開步驟，如中國專利200520020739.5和200910081467.2；有關(guān)熱風(fēng)烘干機的研究開發(fā)主要集中在用于大量物料干燥的大型烘干器（如中國專利94245945.8）和用于家庭生活用品的干燥器（如中國專利95239063.9）。薄層板干燥的特點是表層干燥，要求干燥速度快，無明火，目前，適用于薄層板干燥裝置的研究開發(fā)很少有報道。 因此，設(shè)計一種非明火加熱的鼓引風(fēng)平掃式薄層板烘干器， 有望解決現(xiàn)有技術(shù)中的薄層板干燥溫度不可控和存在安全隱患問題。并且，將圖像采集、在線恒溫烘干和數(shù)據(jù)計算等功能集成起來，形成新型薄層色譜分析儀和實用軟件，將大大提高薄層色譜的效率和準(zhǔn)確度，具有一定的科學(xué)意義和實用價值。
