溶液显色反应定量分析方法及其检测装置

摘要

本发明涉及一种溶液显色反应定量分析方法及其检测装置。该方法采用显色物质与显色剂发生反应的溶液透光特性，应用以色空间概念设计的计算模块，把透射光呈现的红、绿和蓝三基色转换为以明度、绿-红色、蓝-黄色品值表示的测量点，计算溶液的色调和靶色差，以多项式拟合色调、靶色差与显色物质浓度的标准曲线，由内插法计算实际样品的浓度。根据这一原理，设计的检测装置由用通信数据线(16)连接的上位机和下位机组成，包括下位机电路(5)、样品池(2)、LED光源(14)、上位机电路(18)、颜色采集系统、数据获取与处理系统、操作系统、工作程序。本发明结构简单，操作方便快捷，结果准确，可广泛用于溶液显色反应的定量检测。

主权项

一种溶液显色反应定量分析方法，其特征是：第一步，先将同样份量显色剂加入5～10个已经设定的不同浓度的被测溶液中，配制成5‑10个相应浓度的标准溶液，包括1个空白试验标准溶液，即因显色剂未参与反应而使被测溶液全部是显色剂的零浓度溶液；以及1个最高浓度的标准溶液，即因为显色剂与被测溶液完全反应而没有剩余显色剂的溶液，最高浓度标准溶液与零浓度标准溶液的浓度比是10～50：1，然后逐一测量各个标准溶液透射光的红、绿和蓝三基色；第二步，应用以色空间概念设计的计算模块，把红、绿和蓝三基色转换为透射光在色空间内以明度、绿‑红色品位、蓝‑黄色品位值表示的测量点；第三步，将与第一步同样份量显色剂加入未知浓度待测溶液中，接着测量待测溶液透射光的红、绿和蓝三基色；根据色空间概念设计的计算模块，把红、绿和蓝三基色转换为透射光在色空间内以明度、绿‑红色品位、蓝‑黄色品位值表示的测量点；第四步，将5～10个标准溶液和未知浓度待测溶液在色空间内对应测量点的绿‑红色品位和蓝‑黄色品位值，通过色调公式计算各个溶液在色空间内所对应的色调角度，其中，最高浓度标准溶液在色空间内所对应的色调称为目标物质色调；将5～10个标准溶液所得数据通过分段多项式拟合形成由色调角度与溶液浓度对应的标准曲线；通过色调公式计算未知浓度待测溶液所得色调角度数据，通过上述多项式内插计算得到待测溶液浓度，该方法称色调法，适用于溶液pH检测；或将5～10个标准溶液和未知浓度待测溶液在色空间内对应测量点的明度、绿‑红色品位、蓝‑黄色品位值，通过靶色差的计算公式计算各个溶液在色空间内所对应的靶色差，将5～10个标准溶液所得数据通过二次多项式拟合形成由靶色差与溶液浓度对应的标准曲线，未知浓度待测溶液所得靶色差数据，通过内插法计算得到待测溶液浓度；上述的靶色差包括两种方法，一种方法的靶色差是指空白试验溶液和待测溶液在色空间内对应的两个测量点(A，D)投影到最高浓度标准溶液在色空间L_e 明度平面内所对应的色调射线上的色差值OC，其计算公式是：此称靶色差C法，由于减小了明度变化的影响，更适合于增色反应体系的检测；另一种方法的靶色差是指空白试验溶液和待测溶液在色空间内对应测量点(A、D)投影到最高浓度标准溶液在色空间内所对应的测量射线上的色差值FG，其计算公式是：此称靶色差D法，由于增加了明度变化的影响，更适合于退色和浊度反应体系的检测；上述各符号意义是：α指最高浓度标准溶液在色空间内所对应测量点(E)的色调射线与其端点(O)到空白试验溶液在色空间内所对应测量点(A)形成的射线之间的夹角；β指最高浓度标准溶液在色空间内所对应测量点(E)的色调射线与其端点(O)到待测溶液在色空间内所对应测量点(D)形成的射线之间的夹角；γ指空白试验溶液在色空间内所对应测量点(A)的色调射线与其端点(F)到最高浓度标准溶液所对应测量点(E)形成的射线之间的夹角；δ指空白试验溶液在色空间内所对应测量点(A)的色调射线与其端点(F)到待测溶液在色空间内的所对应测量点(D)形成的射线之间的夹角；分别通过如下公式计算：α、β、γ、δ值范围均为0～π，其中：L₀、 a₀、b₀分别是空白试验溶液在色空间内对应的明度、绿‑红色品位、蓝‑黄色品位测量值，L_e、a_e、b_e分别是最高浓度标准溶液在色空间内对应的明度、绿‑红色品位、蓝‑黄色品位测量值，L、a、b分别是待测溶液在色空间内对应的明度、绿‑红色品位、蓝‑黄色品位测量值，其中：L₀、L_e、L取值范围50～100，c_t、d_t取值范围0～60。