CN111351796A

CN111351796A - 基于智能手机的水环境分析系统及分析方法

Info

Publication number: CN111351796A
Application number: CN202010200830.4A
Authority: CN
Inventors: 马剑; 李杭茜; 方腾越; 陈钊英
Original assignee: Xiamen University
Current assignee: Xiamen University
Priority date: 2020-03-20
Filing date: 2020-03-20
Publication date: 2020-06-30

Abstract

基于智能手机的水环境分析系统及分析方法，涉及水环境分析技术。水环境分析系统由样品瓶、测定装置和智能手机组成；测定装置设有光源、样品位、拍摄通道和手机位。水环境分析方法：取1～100mL的环境水样加入样品瓶中，并将样品瓶置于测定装置中的样品位；将智能手机置于测定装置中的手机位进行拍照，得未显色样品照片；取显色剂加入样品瓶，充分混匀后置于样品位；用智能手机拍照得显色后的样品照片；通过手机取色软件提取显色前后照片中的RGB、灰度等信息；显色后的样品信息扣除显色前的样品信息得到样品中某一水环境参数的显色信息；将显色信息带入该环境参数的工作曲线即得到样品中该环境参数的浓度。装置简单、便携，结果准确。

Description

基于智能手机的水环境分析系统及分析方法

技术领域

本发明涉及一种水环境分析技术，尤其是涉及一种基于智能手机的水环境分析系统及分析方法。

背景技术

近年来，随着社会经济地不断发展，水环境污染问题也越来越受到人们的关注，高频率、大范围、高精度的水质监测对于全面了解我国水环境现状和开展水环境治理工作十分必要。目前大多数水环境参数的监测采用分光光度法进行测定([1]武汉大学.分析化学.6版.北京：高等教育出版社，2016.[2]国家环境保护总局.水和废水监测分析方法.4版.北京：中国环境科学出版社，2002.[3]奚旦立，孙裕生.环境监测.4版.北京:高等教育出版社，2010.)，样品前处理较为繁琐，且需要使用分光光度计等大型设备，对于现场监测或需要快速检测等情况不适用。发展一种操作简便、成本低廉、设备小巧便携的现场快速检测方法具有十分重要的意义。

随着数字通讯技术的发展，智能手机具有集成各种传感器、操作简单、通讯功能强大等优点非常适合智能技术应用。利用智能手机的摄像头、操作系统、取色软件、蓝牙、触摸屏等模块，起到光度检测、数据处理、信息储存、通讯传输等功能。运用智能手机作为检测设备，用于环境水体中营养盐、重金属、pH等参数现场监测和快速检测，不需要专业人员，操作简单，易于推广。结合智能手机GPS定位等通讯功能，可确定某时某地某污染物的浓度，形成大数据，具有一定污染普查的价值。

发明内容

本发明的目的是提供设备小巧便携，操作简便，可满足水环境现场监测、快速检测等要求的一种基于智能手机的水环境分析系统。

本发明的另一目的是提供具有光度检测、数据处理、信息储存、通讯传输等功能的一种基于智能手机的水环境分析方法。

所述基于智能手机的水环境分析系统由样品瓶、测定装置和智能手机三部分组成；所述测定装置设有光源、样品位、拍摄通道和手机位，光源和样品位设在测定装置内部可避免外部环境光对测定的影响，并提供光强可控的统一光源，拍摄通道设于测定装置前侧，手机位与拍摄通道可拼接相连，整个测定装置可通过拼接连为一个稳定的整体，样品位和手机位通过拍摄通道连接。

所述基于智能手机的水环境分析方法，包括以下步骤：

1)取1～100mL的环境水样加入样品瓶中，并将样品瓶置于测定装置中的样品位；

2)利用内置光源提供稳定光强的光源，将智能手机置于测定装置中的手机位进行拍照，获得未显色样品照片；

3)取一定体积的显色剂加入步骤1)中的样品瓶，充分混匀后置于样品位；

4)利用内置光源提供与步骤2)中相同光强的稳定光源，再次用智能手机拍照获得显色后的样品照片；

5)通过手机取色软件提取步骤2)和4)获得的显色前后照片中的RGB、灰度等信息；

6)将显色后的样品信息扣除显色前的样品信息可得到样品中某一水环境参数的显色信息；

7)将步骤6)获得的显色信息带入该环境参数的工作曲线即可得到样品中该环境参数的浓度。

在步骤1)中，所述环境水样包括淡水、海水等。

在步骤2)和4)中，所述光源可为光强可控的统一光源，且可以通过不同颜色光源的选择，改变检测的灵敏度。

在步骤6)中，所述水环境参数包括营养盐、重金属、pH等。

在步骤7)中，所述工作曲线采用RGB、灰度等多通道拟合。

本发明可实现数据获取、数据储存、数据传输和数据共享。与现有技术相比，本发明具有如下的特点：

1)测定装置简单、便携，只需将智能手机置于手机位，即可定量检测，无需大型仪器设备，且对智能手机的品牌、型号等无特殊要求，大大降低检测成本，易于推广；

2)分析方法操作步骤简单，无需专业人员操作，适用于各种操作环境；

3)样品无需过滤且不受基底盐度等的影响，可通过显色前样品照片或配制相同基底的工作曲线对测定结果进行校正；

4)采用RGB、灰度等多通道拟合，而非单通道拟合，测定结果更为准确；

5)本发明具有数据获取、储存、传输、共享功能，可形成共享数据库。

附图说明

图1为本发明实施例所述基于智能手机的水环境分析系统的结构示意图。

图2为本发明实施例所述基于智能手机的水环境分析系统的使用状态参考图。

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本发明做进一步的说明。

实施例1

运用本发明建立硝酸盐的工作曲线。

参见图1，本发明实施例由样品瓶、测定装置和智能手机三部分组成。测定装置设有光源、样品位、拍摄通道和手机位，其中光源置于样品位前端，样品位和手机位通过拍摄通道连接。

实验前，需预先配制不同浓度梯度的硝酸盐标准溶液S1～S6。进行工作曲线绘制的测定步骤为：(1)取25mL标准溶液S1加入样品瓶中，并将样品瓶置于测定装置中的样品位，参见图2；(2)将智能手机置于测定装置中的手机位(参见图2)进行拍照，获得未显色标准溶液S1的照片；(3)将硝酸盐的显色剂加入(1)中的样品瓶，充分混匀反应后置于样品位；(4)用智能手机拍照获得显色后的标准溶液S1的照片；(5)通过手机取色软件，(本发明实施例不限定取色软件，各种具有取色功能的软件都适用，如Android系统软件Color Grab)。提取步骤(2)和(4)获得的显色前后照片中的RGB、灰度K信息；(6)将显色后的GRB、K扣除显色前的可得到标准溶液S1中硝酸盐的显色信息。同理，将S2～S6标准溶液按照上述方式，进行测定。运用智能手机对硝酸盐显色信息中的RGB、K进行拟合，可获得硝酸盐工作曲线，如表1所示。

表1

实施例2

运用本发明测定海水中的硝酸盐含量。

采集厦门周边海域海水样品17个，测定其中硝酸盐的含量，测定步骤参照实施例1进行，海水样品中硝酸盐含量测定结果如表2所示。

表2

本发明系统由样品瓶、测定装置和智能手机三部分组成，测定装置设有光源、样品位、拍摄通道和手机位。智能手机作为检测器和处理器，具有光度检测、数据处理、信息储存、通讯传输等功能。设备小巧便携，操作简便，可满足水环境现场监测、快速检测等要求。对水样进行拍照，再利用智能手机将样品颜色信息转化成样品化学参数信息，从而对淡水、海水等环境水体中的营养盐、重金属、pH等参数进行测定。智能手机作为检测器和处理器，具有光度检测、数据处理、信息储存、通讯传输等功能。本发明测定装置小巧便携，操作简便，可满足水环境现场监测、快速检测等要求。

以上所述为本发明的典型实施例，但本发明不应该局限于该实施例所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims

1.基于智能手机的水环境分析系统，由样品瓶、测定装置和智能手机三部分组成；其特征在于所述测定装置设有光源、样品位、拍摄通道和手机位，光源和样品位设在测定装置内部用于避免外部环境光对测定的影响，并提供光强可控的统一光源，拍摄通道设于测定装置前侧，手机位与拍摄通道可拼接相连，整个测定装置通过拼接连为一个稳定的整体，样品位和手机位通过拍摄通道连接。

2.基于智能手机的水环境分析方法，其特征在于采用如权利要求1所述基于智能手机的水环境分析系统，所述水环境分析方法包括以下步骤：

3.如权利要求2所述基于智能手机的水环境分析方法，其特征在于在步骤1)中，所述环境水样包括淡水或海水。

4.如权利要求2所述基于智能手机的水环境分析方法，其特征在于在步骤2)和4)中，所述光源为光强可控的统一光源，且可通过不同颜色光源的选择，改变检测的灵敏度。

5.如权利要求2所述基于智能手机的水环境分析方法，其特征在于在步骤6)中，所述水环境参数包括营养盐、重金属、pH。

6.如权利要求2所述基于智能手机的水环境分析方法，其特征在于在步骤7)中，所述工作曲线采用RGB、灰度多通道拟合。