CN110044992B - 一种图像灰度法粒子Zeta电位分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种图像灰度法粒子Zeta电位分析方法，包括以下步骤：1)将被测样品在介质中混合均匀后，送入带有正负电极的样品池中；2)给样品池中的电极施加电压，产生规定强度的电场；3)带电的颗粒在电场的作用下定向移动；4)用光源、镜头、相机组成的成像系统拍摄样品池，在相机拍摄的图像上体现为图像灰度的变化；5)将相机拍摄的图像按固定时间间隔传给计算机进行处理分析。本发明方法不需要拍摄颗粒的真实图像，是根据图像灰度变化来计算颗粒的Zeta电位，可以实现微米级以下到纳米级颗粒的Zeta电位分析，解决了以往的显微图像法无法分析微米级以下到纳米级颗粒的不足。
Description
技术领域
本发明涉及一种粒子Zeta电位分析技术，具体为一种图像灰度法粒子Zeta电位分析方法。
背景技术
传统的粒子Zeta电位分析方法有激光多普勒方法、显微图像法等。激光多普勒方法光路结构比较复杂，而且需要专门的光学机构来判断电位的极性，成本较高，工艺复杂。显微图像法是要经过成像系统把颗粒的形貌拍摄出来，然后在电场通电的情况下观察颗粒的运动方向和计算运动速度来得出粒子的Zeta电位大小和方向，这种方法由于光学成像系统的分辨率限制，只能适用于微米级以上的颗粒。
发明内容
针对现有技术中粒子Zeta电位分析方法存在成本较高，工艺复杂以及适用范围有限等不足，本发明要解决的问题是提供一种成本低且可适用于微米级以下到纳米级的颗粒Zeta电位测量的图像灰度法粒子Zeta电位分析系统
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明一种图像灰度法粒子Zeta电位分析方法，包括以下步骤：
1)将被测样品在介质中混合均匀后，送入带有正负电极的样品池中；
2)给样品池中的电极施加电压，产生规定强度的电场；
3)带电的颗粒在电场的作用下定向移动；
4)用光源、镜头、相机组成的成像系统拍摄样品池，在相机拍摄的图像上体现为图像灰度的变化；
5)将相机拍摄的图像按固定时间间隔传给计算机进行处理分析。
步骤5)中，将相机拍摄的图像按固定时间间隔传给计算机进行处理分析，具体为：
501)每张灰度图像的时间间隔已知，用数字图像处理算法分析出灰度移动的距离，得到颗粒的运动速度；
502)颗粒的运动速度求出后，根据现有的Zeta电位公式计算出颗粒的Zeta电位数值；
503)用数字图像处理算法分析一系列灰度变化的图像，得出灰度运动的方向；
504)施加电场电压的正、负极是已知的，根据异性相吸、同性相斥的原理得出颗粒所带电位的符号，是正电位或负电位。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明方法不需要拍摄颗粒的真实图像，是根据图像灰度变化来计算颗粒的Zeta电位。
2.本发明方法可以实现微米级以下到纳米级颗粒的Zeta电位分析，解决了以往的显微图像法无法分析微米级以下到纳米级颗粒的不足。
附图说明
图1为本发明方法涉及的硬件结构示意图；
图2为本发明中样品池结构示意图。
其中，1为外接电源极，2为电极，3为样品池，4为光源，5为镜头，6为CCD相机，7为待测样品。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。
本发明一种图像灰度法粒子Zeta电位分析系统，包括以下步骤：
1)将被测样品在介质中混合均匀后，送入带有正负电极的样品池中；
2)给样品池中的电极施加电压，产生规定强度的电场；
3)带电的颗粒在电场的作用下定向移动；
4)用光源、镜头、相机组成的成像系统拍摄样品池，在相机拍摄的图像上体现为图像灰度的变化；
5)将相机拍摄的图像按固定时间间隔传给计算机进行处理分析。
步骤3)中，带电的颗粒在电场的作用下定向移动，颗粒带负电则往正极方向移动，颗粒带正电则往负极方向移动；
步骤4)中，由于颗粒移动从而产生了样品池一定区域内颗粒浓度的变化，在相机拍摄的图像上体现为图像灰度的变化；
步骤5)中，将相机拍摄的图像按固定时间间隔传给计算机进行处理分析，具体为：
501)每张灰度图像的时间间隔已知，用数字图像处理算法分析出灰度移动的距离，得到颗粒的运动速度；
502)颗粒的运动速度求出后，根据现有的Zeta电位公式计算出颗粒的Zeta电位数值；
503)用数字图像处理算法分析一系列灰度变化的图像，得出灰度运动的方向；
504)施加电场电压的正、负极是已知的，根据异性相吸、同性相斥的原理得出颗粒所带电位的符号，是正电位或负电位。
本发明方法是通过光学成像系统来拍摄颗粒在液体中悬浮的灰度图像，然后在液体电场中施加电压，产生一定强度的电场，带电粒子在电场的作用下开始运动，粒子带正电则往电场负极方向移动，粒子带负电则往电场正极方向移动，由于颗粒运动会产生图像灰度上的变化，灰度变化的快慢代表颗粒的运动速度，从而得到颗粒的Zeta电位的大小，灰度变化的方向则代表颗粒运动的方向，进一步得到颗粒Zeta电位的极性。
如图1所示，本发明方法采用的设备包括CCD相机6、镜头5、光源4、带电极2的样品池3以及计算机。样品池(如图2所示)中载有待测样品7，开启光源4、镜头5和CCD相机6，当控制指令给样品池3中的电极2通电产生电场，同时给CCD相机6下达拍摄指令，并按照设置好的拍照时间间隔进行连续的拍摄样品池3灰度图像，然后运行于计算机中的软件实时对灰度图像进行分析，由于带电颗粒受电场影响产生移动，从而使图像灰度产生变化，软件进行实时的灰度图像分析，得出实时颗粒运动速度和电位值，当电位值稳定或到达设置的测量时间后停止测试，并给出最终测试结果。
本发明方法适用于微米级以下到纳米级的颗粒Zeta电位测量，因为这部分颗粒的自由沉降速度非常慢，基本被颗粒自身的布朗运动所抵消，在不加外力的前提下颗粒在液体中长期处于稳定的悬浮状态，这对本方法的应用创造了有利的前提条件。
本发明方法不同以往显微图像法，不需要拍摄颗粒的真实图像，而是根据图像灰度变化来计算颗粒的Zeta电位，可以实现微米级以下到纳米级颗粒的Zeta电位分析，而以往的显微图像法无法分析如此微小的颗粒的。
Claims (1)
1.一种图像灰度法粒子Zeta电位分析方法，其特征在于：适用于微米级以下到纳米级的颗粒Zeta电位测量；利用颗粒运动产生的样品池图像灰度上的变化，灰度变化的快慢代表颗粒的运动速度，从而得到颗粒的Zeta电位的大小，灰度变化的方向则代表颗粒运动的方向，进一步得到颗粒Zeta电位的极性；具体包括以下步骤：
1）将被测样品在介质中混合均匀后，送入带有正负电极的样品池中；
2）给样品池中的电极施加电压，产生规定强度的电场；
3）带电的颗粒在电场的作用下定向移动；
4）用光源、镜头、相机组成的成像系统拍摄样品池，在相机拍摄的图像上体现为图像灰度的变化；
5）将相机拍摄的图像按固定时间间隔传给计算机进行处理分析；
步骤5）中，将相机拍摄的图像按固定时间间隔传给计算机进行处理分析，具体为：
501）每张灰度图像的时间间隔已知，用数字图像处理算法分析出灰度移动的距离，得到颗粒的运动速度；
502）颗粒的运动速度求出后，根据现有的Zeta电位公式计算出颗粒的Zeta电位数值；
503）用数字图像处理算法分析一系列灰度变化的图像，得出灰度运动的方向；
504）施加电场电压的正、负极是已知的，根据异性相吸、同性相斥的原理得出颗粒所带电位的符号，是正电位或负电位。
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