阅读说明：本技术 一种液体浓度检测方法 (Liquid concentration detection method ) 是由 赵然 鲁骎 其他发明人请求不公开姓名 于 2018-05-29 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种液体浓度检测方法,将已知浓度的某种液体用显色剂进行显色反应,并对显色反应的结果进行拍摄采集,将采集到的图片分解为一个RGB格式的像素矩阵,每个像素点位包含红绿蓝三个不同颜色的色彩强度值。针对不同颜色,分别求得图片上所有对应像素点位色彩强度的均值,会得到三个不同的平均值。通过重复该方法,并对得到的三种色彩强度均值进行拟合,选择出一种拟合度最高即决定系数R<Sup>2</Sup>最趋向于1时的一条线,即为一条该种液体的浓度与显色反应色彩强度的标准曲线。通过将待测液体在显色反应之后的结果求得的色彩强度平均值代入所述标准曲线,就能得出所对应的浓度。本发明操作简单、成本低廉、检测精度准确,是一种简单、有效的检测方法。(the invention provides a liquid concentration detection method, which comprises the steps of carrying out color development reaction on certain liquid with known concentration by using a color developing agent, shooting and collecting the result of the color development reaction, decomposing the collected picture into a pixel matrix in an RGB format, wherein each pixel point comprises three color intensity values of red, green and blue with different colors. And respectively solving the average value of the color intensity of all corresponding pixel points on the picture aiming at different colors, and obtaining three different average values. By repeating the method and fitting the obtained three color intensity mean values, a line with the highest fitting degree, namely the determination coefficient R2, which is the most trend to 1 is selected, namely a standard curve of the concentration of the liquid and the color intensity of the color reaction. And substituting the average value of the color intensity obtained by the result of the liquid to be detected after the color reaction into the standard curve to obtain the corresponding concentration. The invention has simple operation, low cost and accurate detection precision, and is a simple and effective detection method.)

一种液体浓度检测方法

技术领域

本发明涉及一种检测方法，特别涉及一种基于显色反应的液体浓度检测方法，属于化学成分检测技术领域。

背景技术

显色反应的本质是待测液体与试剂之间发生的一个或一组化学反应，生成另一种呈现特定颜色的新物质的过程。当前，通过显色反应来确定待测液体的浓度范围是生物、化学等领域常用的方法之一，比如脂肪、蛋白质、糖类的检测，亚硝酸盐、氨根离子和磷酸根离子的检测等，都是十分常见的检测对象。区别于现行的色谱法、电泳法和分光光度法等来说，通过显色反应的结果检测液体浓度的方法操作简单，对人员和仪器的要求都比较低、维护成本和检测成本都低很多。但时，基于显色反应检测液体浓度也存在一定的问题，比如对结果的界定一般采用比色卡比对等方式，误差比较大，对结果可能产生人为影响。

发明内容

本发明所要解决的问题是针对上述现有技术的不足而提供的一种操作简单、成本低廉、性能优越的基于显色反应的液体浓度检测方法，其检测精度准确，操作简单，成本低，是一种简单、有效的检测方法。

本发明主要通过如下技术方案解决上述技术问题：

本发明提供的一种液体浓度检测方法，能够将待测液体与浓度标准曲线自动比对并生成结果。通过计算机控制已知溶液与显色试剂融合反应，并通过照相机拍摄显色反应结果上传至计算机进行处理。通过将已知浓度的某种液体与显色试剂进行显色反应，并对显色反应的结果进行拍摄采集，将采集到的图片分解为一个RGB格式的像素矩阵，每个像素点位包含红绿蓝三个不同颜色的色彩强度值。针对不同颜色，分别求得图片上所有对应像素点位色彩强度的均值，会得到三个不同的平均值。通过重复该方法，并对得到的三种色彩强度均值进行拟合，选择出一种拟合度最高即决定系数R²最趋向于1时的一条线，即为一条该种液体的浓度与显色反应色彩强度的标准曲线。通过将待测液体在显色反应之后的结果求得的色彩强度平均值代入所述标准曲线，就能得出所对应的浓度。由于通过计算机自动采集、计算、比对，该方法能够准确得出待测液体的浓度。

步骤1：制作已知液体的浓度与显色反应色彩强度的标准曲线；

步骤1.1：对已知液体采用显色试剂进行显色反应；

步骤1.2：对显色反应结果进行拍摄采集，将采集到的图片分解为一个RGB格式的像素矩阵，每个像素点位包含红绿蓝三个不同颜色的色彩强度值。针对不同颜色，分别求得图片上所有对应像素点位色彩强度的均值，会得到三个不同的平均值。

步骤1.3：对各种浓度的已知液体重复步骤1.1至步骤1.2的操作，对得到的三种色彩强度均值进行拟合，选择出一种拟合度最高即决定系数R²最趋向于1时的一条线，即为一条该种液体的浓度与显色反应色彩强度的标准曲线。所述对各种浓度的已知液体重复步骤1.1至步骤1.2的操作的过程中，重复次数必须在5次及以上。

步骤2：通过所述步骤1.2的方法求出待测液体显色反应之后的色彩强度，将求得的色彩强度代入所述标准曲线，从而得出所对应的液体浓度。

所述已知液体为亚硝酸盐溶液，含有氨根离子的溶液和含有磷酸根离子的溶液；所述显色试剂是分别对应上述溶液的Griess试剂、纳氏试剂和钼酸铵-抗坏血酸溶液。

所述Griess试剂每升含有10毫升磷酸，40克磺胺，2克N-(1-萘基)-乙二胺盐酸盐，其余为去离子水，Griess试剂与待测样品的比例为1比50。

所述纳氏试剂每升中含有160克氢氧化钠，173克碘化汞钾，其余为去离子水。纳氏试剂与待测样品的比例为1比50。

所述钼酸铵-抗坏血酸溶液由钼酸盐试剂和抗坏血酸溶液组成，每升钼酸铵-抗坏血酸溶液中，钼酸盐试剂含有300毫升抗坏血酸，26克钼酸铵，0.7克酒石酸锑钾，其余为去离子水。抗坏血酸溶液为100克每升的水溶液。此两种试剂需与样品同时混合使用，其比例为：样品：抗坏血酸：钼酸铵=25:1:2。

所述方法的检测限度为亚硝酸盐浓度在0-0.6mg/L的范围内，氨根离子浓度在1-20 mg/L范围内，磷酸根离子浓度在0.8-5 mg/L范围内。

与现有技术相比，本发明所述的基于显色反应的液体浓度检测方法检测精度得到保证；不会对环境和分析人员产生二次伤害；同时，可以借助计算机实现实时监控、自主检测的效果；成本低、易维护，是一种值得推广的检测方法。

附图说明

图1是本发明亚硝酸盐-Griess试剂检测方法的浓度标准曲线。

图2是本发明氨根离子-纳氏试剂检测方法的浓度标准曲线。

图3是本发明磷酸根离子-钼酸铵-抗坏血酸溶液检测方法的浓度标准曲线。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步的阐述，本发明提供的一种基于显色反应的液体浓度检测方法，通过计算机控制已知溶液与显色试剂融合反应，并通过照相机拍摄显色反应结果上传至计算机进行处理。通过将已知浓度的某种液体通过显色试剂进行显色反应，并对显色反应的结果进行拍摄采集，将采集到的图片分解为一个RGB格式的像素矩阵，每个像素点位包含红绿蓝三个不同颜色的色彩强度值。针对不同颜色，分别求得图片上所有对应像素点位色彩强度的均值，会得到三个不同的平均值。通过重复该方法，并对得到的三种色彩强度均值进行拟合，选择出一种拟合度最高即决定系数R²最趋向于1时的一条线，即为一条该种液体的浓度与显色反应色彩强度的标准曲线。通过将待测液体在显色反应之后的结果求得的色彩强度平均值代入所述标准曲线，就能得出所对应的浓度。由于通过计算机自动采集、计算、比对，该方法能够准确得出待测液体的亚硝酸钠浓度。

具体步骤如下：

步骤1：制作已知液体的浓度与显色反应色彩强度的标准曲线；

步骤1.1：对已知液体采用显色试剂进行显色反应；

步骤1.2：对显色反应结果进行拍摄采集，将采集到的图片分解为一个RGB格式的像素矩阵，每个像素点位包含红绿蓝三个不同颜色的色彩强度值。针对不同颜色，分别求得图片上所有对应像素点位色彩强度的均值，会得到三个不同的平均值。

步骤1.3：对各种浓度的已知液体重复步骤1.1至步骤1.2的操作，对得到的三种色彩强度均值进行拟合，选择出一种拟合度最高即决定系数R²最趋向于1时的一条线，即为一条该种液体的浓度与显色反应色彩强度的标准曲线。所述对各种浓度的已知液体重复步骤1.1至步骤1.2的操作的过程中，重复次数必须在5次及以上。

步骤2：通过所述步骤1.2的方法求出待测液体显色反应之后的色彩强度，将求得的色彩强度代入所述标准曲线，从而得出所对应的液体浓度。

所述已知液体为亚硝酸盐溶液，含有氨根离子的溶液和含有磷酸根离子的溶液；所述显色试剂是分别对应上述溶液的griess试剂、纳氏试剂和钼酸铵-抗坏血酸溶液。

所述griess试剂每升含有10毫升磷酸，40克磺胺，2克N-(1-萘基)-乙二胺盐酸盐，其余为去离子水，griess试剂与待测样品的比例为1比50。

所述纳氏试剂每升中含有160克氢氧化钠，173克碘化汞钾，其余为去离子水。纳氏试剂与待测样品的比例为1比50。

所述钼酸铵-抗坏血酸溶液由钼酸盐试剂和抗坏血酸溶液组成，每升钼酸铵-抗坏血酸溶液中，钼酸盐试剂含有300毫升抗坏血酸，26克钼酸铵，0.7克酒石酸锑钾，其余为去离子水。抗坏血酸溶液为100克每升的水溶液。此两种试剂需与样品同时混合使用，其比例为：样品：抗坏血酸：钼酸铵=25:1:2。

所述方法的检测限度为亚硝酸盐浓度在0-0.6mg/L的范围内，氨根离子浓度在1-20mg/L范围内，磷酸根离子浓度在0.8-5mg/L范围内。

根据需要需用不同形式的方程对于得到的数据进行拟合，设得到的标准曲线的数据形态为y=y(x)，其中，x代表某一测定的色彩强度均值，y是与其对应的原始测量浓度。当得到的色彩强度均值拟合度最高即决定系数R²最趋向于1时的，该拟合结果就是一条该种液体的浓度与显色反应色彩强度的标准曲线。其中，各种拟合方式可以为：

一、线性拟合：

（1）设线性拟合公式为 y’=ax+b，y’为通过方程计算所得的已知溶液浓度。a，b为常数。

（2）通过随机抽取a值与b值代入线性拟合的公式，计算所得已知溶液浓度y’值与原始测量浓度y值之间误差平方的总和。

（3）通过excel或matlab等数学软件的帮助，可以找到所述误差平方的总和最小的时候所对应的a与b的数值；则标准曲线的方程可以得出。

二、对数拟合：

（1）设对数拟合的公式为y’=a*ln(x)+b，其中，a，b为常数。

（2）通过随机抽取a值与b值代入对数拟合的公式，计算所得已知溶液浓度y’值与原始测量浓度y值之间误差平方的总和。

（3）通过excel或matlab等数学软件的帮助，可以找到所述误差平方的总和最小的时候所对应的a与b的数值；则标准曲线的方程可以得出。

三、指数拟合：

（1）设指数拟合的公式为y’=a*e^bx，其中a，b为常数

（2）通过随机抽取a值与b值代入指数拟合的公式，计算所得已知溶液浓度y’值与原始测量浓度y值之间误差平方的总和。

（3）通过excel或matlab等数学软件的帮助，可以找到所述误差平方的总和最小的时候所对应的a与b的数值；则标准曲线的方程可以得出。

四、乘幂拟合：

（1）设乘幂拟合的公式为y’=a*x^b，其中a，b为常数

（2）通过随机抽取a值与b值代入乘幂拟合的公式，计算所得已知溶液浓度y’值与原始测量浓度y值之间误差平方的总和。

（3）通过excel或matlab等数学软件的帮助，可以找到所述误差平方的总和最小的时候所对应的a与b的数值；则标准曲线的方程可以得出。

实施例1：根据线性拟合公式y=-0.0044x+0.7303，当溶液中亚硝酸盐为0时，x=180，代入上面的公式，得到浓度y=-0.07，可近似约等于0。

实施例2：根据线性拟合公式y=-0.0044x+0.7303，当溶液中亚硝酸盐为0.2mg/L时，x=109.56, 代入上面的公式，得到浓度y= 0.24。

实施例3：根据线性拟合公式y=-0.0044x+0.7303，当溶液中亚硝酸盐为0.6mg/L时，x=45.21，代入上面的公式，得到浓度y=0.53。

实施例4根据指数拟合公式y=48.165e^-0.02x，当溶液中氨根离子为1毫克/升时，通过对图片的蓝色色彩强度分析，x=192，代入上面的公式，得到浓度y=1.035，与真实浓度仅相差3.5%。

实施例5根据指数拟合公式y=48.165e^-0.02x，当溶液中氨根离子为10 毫克/升时，通过对图片的蓝色色彩强度分析，x=75.57, 代入上面的公式，得到浓度y=10.625，与真实浓度仅相差6.25%。

实施例6根据指数拟合公式y=48.165e^-0.02x，当溶液中氨根离子为20毫克/升时，通过对图片的蓝色色彩强度分析，x=42.72，代入上面的公式，得到浓度y=20.496，与真实浓度仅相差2.5%。

实施例7根据乘幂拟合公式y=57.665x^-0.832, 当溶液中磷酸根离子为0.8毫克/升时，通过对图片的红色色彩强度分析，x=164, 代入上面的公式，得到浓度y=0.828，与真实浓度仅相差3.5%。

实施例8根据乘幂拟合公式y=57.665x^-0.832，当溶液中磷酸根离子为2毫克/升时，通过对图片的红色色彩强度分析，x=54，代入上面的公式，得到浓度y=2.087，与真实浓度仅相差4.36%。

实施例9根据乘幂拟合公式y=57.665x^-0.832，当溶液中磷酸根离子为2毫克/升时，通过对图片的红色色彩强度分析，x=19，代入上面的公式，得到浓度y=4.98，与真实浓度仅相差0.4%。

上述实施例仅为阐述本发明实际原理所用，不应当理解为这里的详细叙述是本发明保护范围的限制，任何可能的结构改变、装置改装和材料选择，只要能够通过本发明技术方案有限次的修改和原理应用能够实现的，都应理解为落入本发明的保护范围之中。