基本信息
- 项目名称：
- 基于图像处理技术的集成式薄层色谱分析仪的设计制作及软件开发
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 通过自行设计、制作安装和基于图像处理的计算机程序设计，完成了一种集热风干燥、图像采集、分析计算、数字化编辑存储等功能于一身的新型薄层色谱分析仪和实用软件。本仪器点样准确，薄层板可恒温烘干，层析图像实现了在线采集、编辑存储，薄层色谱数据（Rf值）自动计算；软件嵌入了薄层色谱数据库，方便数据查询和实验结果比对。该仪器结构合理，成本较低，实用性强，可广泛用于药物鉴别、有机化合物及生物样品的定性分析。
- 详细介绍：
- 薄层色谱又称为薄层层析（Thin Layer Chromatography，简称TLC），是一种吸附薄层色谱分离法，该方法所需样品量少，分析快速，分析成本低，被广泛用于化学分析、中药鉴别、生物医学、食品加工等领域。传统的薄层色谱分析方法是外部点样，薄层板展开完成后，在外部吹干或晾干，再将薄层板置于相应波长紫外灯下或可见光下，肉眼观察和测量斑点位置。这就存在以下问题：1、点样点难以准确定位，烘干过程较繁琐且难以观察部分温敏药物的颜色变化，无法观察需加热显色样品的薄层斑点；2、紫外灯发射出的光线对人眼及皮肤伤害较强；3、薄层板的颜色、斑点和图像数据不能被保存；4、手工测量精度差。近年来，不少学者提出并研究了基于图像处理的薄层色谱分析技术，也出现了类似的进口设备，但这些仪器都是针对薄层照片进行处理的，都没有实现图像的在线采集，也没有实现Rf值的自动计算和样品的定性分析及数据比对。为解决传统薄层层析技术中存在的以上不足，我们制作出一种集热风干燥、图像在线采集，数字化编辑存储等功能于一身的新型薄层色谱分析仪，并编制了配套实用软件。 本新型薄层色谱分析仪，采用暗箱式设计，包括箱体、摄像装置、可见光源、254nm紫外光源、365nm紫外光源、底部点样光源、点样台、观察窗、取样窗、开关和电线；其特征在于：还包括热风烘干器、进风口、出风口、USB接口和标尺；摄像装置、可见光源、254nm紫外光源和365nm紫外光源固定在顶板上，热风烘干器和标尺固定在点样板上，点样光源和电路元器件固定在底板上，进风口设置在仪器箱体左侧，出风口设置在仪器箱体右侧，带有活动门的取样窗设置在仪器正面；顶板、点样板和底板分别内置在仪器箱体的顶部、中部取样窗下方和底部，与箱体之间抽拉式活动连接。(专利申请号：201120201692.8，申请日：2011-6-15) 本新型薄层色谱分析仪采用一种非明火加热的鼓引风平扫式薄层板烘干器，特征在于：由鼓风风扇、电加热板、导流罩、温度显示控制仪、温度探头和引风风扇组成，并按鼓风风扇、导流罩、引风风扇次序在同一轴线上排列；鼓风风扇紧贴导流罩安装在导流罩的进风口端，电加热板固定在导流罩内的进风口端，温度探头固定在导流罩的出风口处，在导流罩出风口跨过薄层板放置区安装引风风扇。解决了现有技术中的薄层板干燥温度不可控和存在安全隐患问题。（专利申请号：201120202060.3，申请日：2011-6-16） 由于本新型薄层色谱分析仪集成了摄像装置，通过USB接口实现与计算机的连接，可在计算机上观察薄层层析的相关情况，通过相关软件可记录图像、编辑和计算数据等，实现了薄层色谱分析的自动化计算和数字化存储，特别适合样品定性分析和鉴别；由于采用暗箱式设计，计算机上观察，减少了紫外线对人眼的伤害；本仪器集成了热风烘干器，实现了薄层板的在线恒温加热烘干，也解决了部分热敏性样品和需要加热显色样品的快速薄层色谱分析问题； 仪器在点样板上设有两根刻度标尺，使薄层照片的真实性和可信度大大增加；仪器所用原材料易得，减少了薄层色谱分析仪的成本，适合推广使用。 为了提高薄层色谱（薄层层析）技术自动化程度和样品薄层色谱分析数据的准确性，开发了该薄层色谱分析仪配套实用软件---薄层色谱测试系统（TLC V3.2）。本软件采用C++语言编写，使用Visual Studio 2010的MFC(Microsoft Foundation Class)的Dialogbased类型构建主程序框架，以及VFW(Video For Windows)技术实现摄像头采集数据。该薄层色谱测试系统（TLC V3.2）软件可以通过摄像头采集数据和导入薄层图片两种方式对薄层进行分析，利用CDC类的成员函数得出水平线之间的距离，进而通过Rf值计算公式得出样品和对照品的Rf值，并可以将实验信息和最终结果保存为文本文档格式。软件中自带可扩展的薄层色谱数据库，能与实验数据进行比对，实现薄层数据的定性分析。（软件版权登记申请流水号：2011R11L068169，申请日：2011-6-13） 本新型薄层色谱分析仪（含软件）结构合理，成本较低，实用性强，可广泛用于中药鉴别、有机化合物及生物样品的定性分析。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 本发明的目的在于提供一种集成式薄层色谱分析仪、配套软件及仪器的制作方法，以解决现有薄层色谱仪存在的诸多不足，通过图纸设计、材料选择、外壳加工、实用软件设计及安装调试等环节，制作出一种集热风干燥、图像在线采集，Rf值自动计算和数据编辑存储等功能于一身的新型薄层色谱分析仪，并编制了配套实用软件。 本仪器创新点：（1）本仪器集成了摄像装置，实现与计算机的直接连接，在计算机上观察薄层层析的相关情况，通过编制的实用软件可记录图像、编辑和计算数据等，实现了薄层色谱分析的自动化计算和数字化存储，并减少了紫外线对人眼的伤害；（2）本仪器集成了电加热板、吹风机、导流罩及控温仪，实现了薄层板的在线恒温加热烘干，也解决了热敏性样品和需要加热显色样品的快速薄层色谱分析问题；（3）编制的实用软件嵌入了可扩展薄层色谱数据库，可查找薄层层析条件，并方便了试验样品数据与文献数据的比对。 技术关键：仪器中各集成单元的合理布局和基于图像处理的Rf值自动计算。 技术指标：可见光源、254nm紫外光源，365nm紫外光源可选，适用尺寸不大于10cm×10cm的各种薄层板，烘干温度室温至80℃可调，温度偏差不大于3℃，采集的图像质量不小于200万像素，软件计算的Rf值误差小于0.5%。
科学性、先进性
- 薄层色谱又称薄层层析，是色谱法中的一种，广泛应用于石油、化工、医药、生化等行业，特别是中药化学成分和有机合成化合物的定性检测方面。传统的方法是外部点样，层析完成后外部吹干或晾干，再将薄层板置于相应波长紫外灯下，肉眼去观察并记录相应颜色反应，手工测量数据，计算Rf值作样品的定性分析。这样做会带来几个重要的问题：1、点样点难以准确定位，烘干过程较繁琐且难以观察部分温敏药物的颜色变化，无法观察需加热显色样品的薄层斑点；2、紫外灯发射出的光线对人眼及皮肤伤害较强；3、薄层板的颜色、斑点和图像数据不能被保存；4、手工测量精度差。近年来，不少学者提出并研究了基于图像处理的薄层色谱分析技术，也出现了类似的进口设备，但这些仪器都是针对薄层照片进行处理的，都没有实现图像的在线采集，也没有实现Rf值的自动计算和样品的定性分析及数据比对。为解决传统薄层层析技术中存在的以上不足，我们制作出一种集热风干燥、图像在线采集，数字化编辑存储等功能于一身的新型薄层色谱分析仪，并编制了配套实用软件。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 制造出二代样机，设计出第五版软件。
技术转让方式
- 转让或合作开发
作品可展示的形式
- 实物、样品 现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：打开总电源，设置热风温度，将计算机与仪器连接，将层析好的薄层板置于仪器的指定位置，热风干燥，打开薄层色谱测试系统，按软件向导进行薄层图像采集、数据处理及存储。 技术特点和优势：仪器采用了可见光、254nm和365nm紫外光三种光源，并独立控制，可用于多种样品的薄层色谱分析；集成了USB摄像装置，实现了薄层图像的在线采集；集成了恒温热风干燥装置，实现了薄层板的在线恒温加热烘干，解决了热敏性样品和需加热显色样品的快速薄层色谱分析问题；编制了薄层色谱分析软件，实现了样品定性分析（Rf值的自动计算）、薄层图片和相关实验数据的数字化编辑存储；软件嵌入了可扩展的薄层数据库，方便了相关样品的薄层色谱条件查询和Rf值比对；本仪器成本相对于同类仪器售价具有极大优势。 适应范围：产品属于实验仪器，适用于医药、生化、化工、食品等行业的实验室研究。 市场分析和经济效益预测：按年销售量1000台，单价8000元/台计算，单品种可实现销售额800万元，实现年毛利500万元。
同类课题研究水平概述
- 现有技术的薄层色谱分析仪及优缺点： 1、普通三用紫外灯，其优点是价格相对较低，易操作，实验室常用于紫外分析；缺点是难以消除可见光干扰，不能保存试验图片，裸露在外的紫外灯对人体伤害较大。 2、暗箱式紫外分析仪，其优点是相对减少了紫外线对人体的伤害，消除了可见光的干扰，但不能进行数据及图片的存储与编辑。 3、搭载数码相机的紫外分析仪，其优点是减少紫外线对人体的伤害，实现了相关薄层图片的存储。但其价格较昂贵，且数据不能在线采集、编辑和计算，也没有干燥装置。 4、薄层扫描色谱仪（含分析软件），其优点是实现相关实验样品的定量分析及实验数据的编辑存储。但其价格昂贵，无法直接拍照，对需特定波长光源显色的样品无能为力，测量速度慢，操作复杂，精度不高，而且没有干燥装置。 近年来，也有不少学者提出并研究了基于图像处理的色谱分析技术，其中大多集中在定量分析，如中国专利CN200510115774.X通过对薄层图像进行预处理，再对背景图像像素点进行亮度归一化，再进行灰度积分，以期实现样品的定量分析。但这些研究都是基于已有图像，并不能实现在线图像采集，未见薄层色谱的定性分析报道及相关软件。 薄层层析过程中，薄层板一般用电吹风机吹干或空气中自然晾干，自然晾干耗时较长，斑点易褪色；用电吹风机吹干，难以控制和显示热风温度，易造成部分热敏性成分的分解，也不能观察需加热显色样品的薄层色谱情况，其最大的问题在于电吹风机采用电阻丝加热，而层析后的薄层板本身及化学实验室存在大量的易燃有机溶剂，有点燃有机溶剂的巨大安全隐患。有关薄层色谱分析过程中的温度控制问题，相关研究开发主要集中在薄层板展开步骤，如中国专利200520020739.5和200910081467.2；有关热风烘干机的研究开发主要集中在用于大量物料干燥的大型烘干器（如中国专利94245945.8）和用于家庭生活用品的干燥器（如中国专利95239063.9）。薄层板干燥的特点是表层干燥，要求干燥速度快，无明火，目前，适用于薄层板干燥装置的研究开发很少有报道。 因此，设计一种非明火加热的鼓引风平扫式薄层板烘干器， 有望解决现有技术中的薄层板干燥温度不可控和存在安全隐患问题。并且，将图像采集、在线恒温烘干和数据计算等功能集成起来，形成新型薄层色谱分析仪和实用软件，将大大提高薄层色谱的效率和准确度，具有一定的科学意义和实用价值。
