CN103592299A - 一种基于图像分析的余液钙离子的测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于图像分析的余液钙含量的测定方法。利用钙离子与偶氮胂Ⅲ在微酸环境中生产蓝色络合物，其蓝色深度与钙离子浓度高度相关。利用图像分析软件获取余液及标样的图像平均蓝色度，建立标样的浓度与标样的平均蓝色度的线性方程，然后将待测余液的平均蓝色度值带入线性方程中，求取余液中钙的浓度值。本发明操作简单，能实现温室栽培中余液钙含量的在线、实时测定，可应用于余液的回收利用。

Description

一种基于图像分析的余液钙离子的测定方法

技术领域

本发明是采用图像处理测定余液中钙离子含量的方法。属于设施园艺节能减排领域，具体涉及营养液管理技术。

背景技术

与传统的土壤栽培方式相比，无土栽培的优点在于既可以生产廉价的无公害、绿色食品满足人们的生活需求，又能提高水肥利用效率。我国无土栽培面积在2011年已超过3000公顷，全世界营养液栽培面积达到402981公顷。无土栽培面积的迅速增加带来了一系列的问题，其中最严重的是余液的排放日益增多。排出的余液污染了土壤、地表水和地下水，直接排入河流的废液引起河流和湖泊的富营养化，同时浪费了大量的水肥资源。荷兰在2000年以法律的形式明文规定无土栽培的营养液必须回收利用。我国也于2003年7月1日起实施排污费征收使用管理条例，限制了无土栽培余液的随意排放。鉴于此，研究营养液回收利用技术的研究势在必行。

要对余液进行回收利用，首先要确定余液量中各离子浓度的多少。钙离子是营养液中含量最多的离子之一，对植物的生长发育起着至关重要的作用。目前钙离子的检测方法主要有原子吸收法或等离子体法。原子吸收法无法在线实时检测，且操作复杂。因此研究一种可以在线、实时检测、操作简单的钙离子检测方法，对我国余液回收技术具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种余液中钙离子浓度的检测方法，其原理是依据钙离子与偶氮胂Ⅲ试剂反应后生产蓝色络合物，在一定范围内蓝色络合物的深浅与浓度高度相关。

本发明的目的在于提供一种提供一种余液中钙离子浓度的检测方法，为温室营养液回收化提供理论支持。具体技术方案如下：

一种基于图像分析的余液钙含量的测定方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，将余液过滤至清澈无悬浮物后与偶氮胂Ⅲ试剂反应，形成蓝色络合物，蓝色深浅采用蓝色度来表征；

步骤二，利用图像分析软件获取标样的图像平均蓝色度，由于标样中钙离子浓度已知，则可以得到钙离子浓度与图像平均蓝色度之间的对应关系，利用这种对应关系建立所述标样的浓度与标样的平均蓝色度的线性方程Y=ax+b；Y为标样浓度，x为标样的平均蓝色度，a、b为常数；a代表的含义为所做标样蓝色度平均值变化的斜率，b代表的含义为标样在没加入偶氮胂Ⅲ时的平均蓝色度；

步骤三，然后利用图像分析软件获取余液的图像平均蓝色度，将余液的平均蓝色度值代入所述线性方程中，计算得到余液中钙的浓度值。

所述偶氮胂Ⅲ试剂的配制过程如下：

溶解0.1g偶氮胂Ⅲ于100mL水中，保存；

所述标样为钙标样，配制过程如下：

过程一，精确称量11.1g氯化钙固体放入烧杯中，用600毫升蒸馏水溶解，然后转移如1L容量瓶中定容，则标样浓度为0.1mol/L；

过程二，将氯化钙标准液1毫升、2毫升、4毫升、6毫升、8毫升、10毫升依次分别放入20毫升容量的不同的各试管中，依次在试管中分别加入蒸馏水9毫升、8毫升、6毫升、4毫升、2毫升、0毫升的蒸馏水，得各试管中钙离子浓度依次为0.01、0.02、0.04、0.06、0.08、0.1mol/L；

过程三，在所述各试管中分别加入3毫升偶氮胂Ⅲ试剂；

过程四，获取标准曲线时需要测定的样品即标样至少5个；

过程五，将所述各试管放于试管架上，以白纸板为背景。

所述步骤一中余液过滤时的过滤材料为定性滤纸。

本发明具有有益效果。

本发明提出了一种余液中钙离子浓度的检测方法。与传统的检测方法相比，本发明具有以下几个方面的优势：

传统的原子吸收法无法现场测定，本发明提供的图像法可以现场测定。将数码相机拍摄的图像，通过无线传输的方式传到计算机或直接输入笔记本电脑就可以获取分析数据，实现现场检测。

本发明的图像分析法可以重复多次进行，解决了原子吸收法测定是由于系统不稳定而造成重复性差的问题。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。

实施例一：测定江苏大学温室中番茄的余液中钙离子含量

步骤1，标准液和偶氮胂Ⅲ溶液的配制:溶解0.1g偶氮胂Ⅲ于100mL水中，保存。

精确称量11.1g氯化钙固体放入烧杯中，用600毫升蒸馏水溶解，然后转移如1L容量瓶中定容，则标样浓度为0.1mol/L。

步骤2，将氯化钙标准液1毫升、2毫升、4毫升、6毫升、8毫升、10毫升依次分别放入20毫升容量的不同的各试管中，依次在试管中分别加入蒸馏水9毫升、8毫升、6毫升、4毫升、2毫升、0毫升的蒸馏水，得各试管中钙离子浓度依次为0.01、0.02、0.04、0.06、0.08、0.1mol/L；然后在每个试管中加入3毫升配制好的偶氮胂Ⅲ；放置于试管架上，以白纸板为背景，保持物距在50cm，利用像素为500万的佳能数码相机正面水平对放有标样的试管架进行拍摄，获取图像；在上述图像上，选取每根试管上正面同一高度的蓝色区域，利用图像分析软件SigmaScanPro5对这些区域进行分析，获取标准样的平均蓝色度；建立标样浓度与平均蓝色度之间的线性方程Y=0.0022×x+-0.2631；系数的确定过程如下：

通过SigmaScanPro5确定不同试管的平均蓝色度分别为120、126、138、145、153、160，以平均蓝色度为纵坐标，以各试管中钙离子浓度为横坐标，作图，求取趋势线方程，则趋势线方程中的常数即为a、b的取值

步骤3，吸取过滤后的余液4毫升，加入3毫升配制好的偶氮胂Ⅲ，放置于试管架上，以白纸板为背景，保持物距在50cm，利用像素为500万的佳能数码相机正面水平对放有标样的试管架进行拍摄，获取图像；在上述图像上，选取每根试管上正面同一高度的蓝色区域，利用图像分析软件SigmaScanPro5对这些区域进行分析，获取余液的平均蓝色度，将余液的平均蓝色度代入线性方程，计算出钙元素的含量,见表1。同时采用原子吸收法测定余液中钙离子含量作为比较

实施例二：测定江苏大学温室黄瓜余液中钙离子浓度

步骤1，按实施例1中步骤1进行

步骤2，按实施例1中步骤2进行，最后建立标样浓度与平均蓝色度之间的线性方程Y=0.0037×x-0.2919；步骤3，按实施例1中步骤3进行，具体钙含量见表1。同时采用原子吸收法测定余液中钙离子含量作为比较。

表1.采用火焰光度计法与图像法测定余液中钙离子含量比较（平均值±标准差，n=5）

从表1中可以看出，采用图像法得到的余液中钙含量的精度稍低于火焰光度计法，但二者相差不大，得到的结果完全可以接受。且图像法可以进行实时、在线检测，因此图像法的实用性更强。

Claims (4)

1.一种基于图像分析的余液钙含量的测定方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，将余液过滤至清澈无悬浮物后与偶氮胂Ⅲ试剂反应，形成蓝色络合物，蓝色深浅采用蓝色度来表征；

步骤二，利用图像分析软件获取标样的图像平均蓝色度，由于标样中钙离子浓度已知，则可以得到钙离子浓度与图像平均蓝色度之间的对应关系，利用这种对应关系建立所述标样的浓度与标样的平均蓝色度的线性方程Y=ax+b；Y为标样浓度，x为标样的平均蓝色度，a、b为常数；a代表的含义为所做标样蓝色度平均值变化的斜率，b代表的含义为标样在没加入钴亚硝酸钠时的平均蓝色度；

步骤三，然后利用图像分析软件获取余液的图像平均蓝色度，将余液的平均蓝色度值代入所述线性方程中，计算得到余液中钙的浓度值。

2.如权利要求1所述的一种基于图像分析的余液钙含量的测定方法，其特征在于所述钴亚硝酸钠试剂的配制过程如下：

    溶解0.1g偶氮胂Ⅲ于100mL水中，保存；

    精确称量11.1g氯化钙固体放入烧杯中，用600毫升蒸馏水溶解，然后转移如1L容量瓶中定容，则标样浓度为0.1mol/L。

3.如权利要求1所述的一种基于图像分析的余液钙含量的测定方法，其特征在于所述标样为钙标样，配制过程如下：

 精确称量11.1g氯化钙固体放入烧杯中，用600毫升蒸馏水溶解，然后转移如1L容量瓶中定容，则标样浓度为0.1mol/L；

过程二，将氯化钙标准液1毫升、2毫升、4毫升、6毫升、8毫升、10毫升依次分别放入20毫升容量的不同的各试管中，依次在试管中分别加入蒸馏水9毫升、8毫升、6毫升、4毫升、2毫升、0毫升的蒸馏水，得各试管中钙离子浓度依次为0.01、0.02、0.04、0.06、0.08、0.1mol/L；

过程三，在所述各试管中分别加入3毫升偶氮胂Ⅲ试剂；

过程四，获取标准曲线时需要测定的样品即标样至少5个；

过程五，将所述各试管放于试管架上，以白纸板为背景。

4.如权利要求1所述的一种基于图像分析的余液钙含量的测定方法，其特征在于：所述步骤一中余液过滤时的过滤材料为定性滤纸。