基本信息
- 项目名称：
- 水中氟、铁(II)和铬(VI)含量测定的新方法：数码成像比色法
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本研究以自然光为光源，以普通照相模式获得数码相片，并辅以使用Matlab软件，通过定量分析图像的RGB值，实现了数码成像比色法对水中氟离子、铁(II)和铬(VI)的测定。该法实验步骤简单，实用性强，是一种具有巨大应用前景的分析测试方法。
- 详细介绍：
- 根据分光光度法的显色方法对待测物质进行显色并拍摄数码相片，从数码相片中可以看出随着待测物质浓度的增加，显色后溶液的颜色加深。用Matlab6.5软件把数码成像的JPEG图片进行RGB分色分析，然后用Origin 8.0软件作图，数码成像中不同颜色的RGB经简单数学建模后的运算值与待测物质浓度呈线性关系。由此建立了数码成像比色(DIC)法测定水中氟、铁(II)和铬(VI)含量的新方法。根据红、绿、蓝(RGB)三基色原理探讨了数码成像比色法的原理，考察了数码成像比色法的影响因素，并成功用于标准样品中氟、铁(II)和铬(VI)含量的测定，其结果与分光光度法一致。
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撰写目的和基本思路
- 本研究的目的是开发一种灵敏度高、简单、便捷且易推广的分析监测方法。以氟、铬、铁为例，参考国标分光光度法进行显色，并将比色管成均匀间隔排成一排，利用普通数码相机在自然光情况下照相，之后用MATLAB软件把数码成像的JPEG格式转换成RGB格式，并对RGB三个值进行转换计算，以所得数值为纵坐标、物质含量为横坐标制做标准曲线。取标准样品，按上述方法显色并成像，根据其RGB值计算标准样品相应物质含量。
科学性、先进性及独特之处
- 科学性：基于RGB三色原理，在自然光下，利用数码成像方式模拟分光光度法完成水中氟离子、铁以及铬含量的测定，灵敏度高，显色稳定。 先进性：目前数码成像已经在药材的显微鉴定、土壤形态分析等领域得到了广泛应用。在化学领域，已成功实现了酸碱滴定终点的判断、双氧水分解动力方程的研究等。 独特之处：创新思路，以自然光代替单色光；仪器简单；成像快速便捷，样品和标准系列的测定可在一张数码照片上进行。
应用价值和现实意义
- 实验表明，该方法不仅具有传统分光光度法灵敏度高，显色稳定，干扰少等优点，而且仪器便于携带，方法简单、便捷，易推广。 在此基础上，将尝试使用数码摄像头进行图像采集，并通过编程自动取色、分析，并自动给出测定结果，从而实现整个过程的自动化。
学术论文摘要
- 根据分光光度法的显色方法对待测物质进行显色并拍摄数码相片，从数码相片中可以看出随着待测物质浓度的增加，显色后溶液的颜色加深。用Matlab6.5软件把数码成像的JPEG图片进行RGB分色分析，然后用Origin 8.0软件作图，数码成像中不同颜色的RGB经简单数学建模后的运算值与待测物质浓度呈线性关系。由此建立了数码成像比色(DIC)法测定水中氟、铁(II)和铬(VI)含量的新方法。根据红、绿、蓝(RGB)三基色原理探讨了数码成像比色法的原理，考察了数码成像比色法的影响因素，并成功用于环保部标准样品中氟、铁(II)和铬(VI)含量的测定，其结果与分光光度法一致。
获奖情况
- 2010年获得北京市教育委员会主办的第二届北京市大学生化学实验竞赛一等奖。
鉴定结果
- 符合事实。
参考文献
- [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 Reflectances [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]杨传孝, 孙向英, 刘斌. 数码成像比色法测定水样中的总磷 [J]. 分析化学,2005, 35(6): 850-853; 数码成像比色法测定空气中氮氧化物的日变化曲线[J]. 光谱学与光谱分析, 2009, 29(6): 1643-1646 （翻译见附件1）
同类课题研究水平概述
- 目前，数码成像技术在国内外科技领域得到广泛应用，如在药材的显微鉴定[1]、土壤形态分析及考古学[2]、食物颜色评价[3]等方面已经得到了较好的成就。此外，基于三基色(RGB)原理，Maleki[4]利用数码成像建立人工神经网络，成功实现了Al3+和Fe3+的同时测定。Gaiao等[5]在特制的塑料盒内用光源照射流通池，把数码相机作为检测器用于判断酸碱滴定终点，取得了理想的效果。Rodrigo等[6]利用CCD数码相机作为传感器实现了悬浊液中低浓度BaSO4的准确测定。基于灰度处理法，杨传孝等[7] [8]利用数码成像比色法(Digital Imaging Colorimetry，DIC)成功测定了水样中的总磷及空气中氮氧化物的含量。Brian Smits通过对RGB分色并进行光谱转化[9]，Koga等以此方法测定了酸碱指示剂的pKa[10]，研究了过氧化氢分解的动力学方程[11]。 （参考文献名称见附件2）
