CN113588630A - 一种比色法检测器及其检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种比色法检测器及其检测方法，所述比色法检测器包括发光板、暗盒、检测箱、样品架和观测孔；所述检测箱内部设有暗盒和样品架；所述发光板设置在所述暗盒的内壁上，所述暗盒正对所述发光板的位置设有透光口；所述发光板、透光口和样品架在一条直线上；所述检测箱正对样品架位置设有观测孔；所述发光板与电源电性连接。本发明还给出了基于所述比色法检测器的检测方法。本发明所述的比色法检测器结构简单、成本低、使用简单快捷，具有实用性；配合能够获得色彩参数的设备对待测样品进行比色分析，快速、准确的分析出待测样品浓度，且误差在5%以内。

Description

一种比色法检测器及其检测方法
技术领域
本发明属于检测设备技术领域，具体涉及一种比色法检测器及其检测方法。
背景技术
比色分析法是利用被测溶液本身的颜色，或加入试剂侯呈现的颜色，用眼睛或目测比色计观察、比较溶液颜色深度，或用光电比色计进行测量以确定溶液中被测物质的方法。包括目视比色法和光电比色法。光是一种电磁波，自然光是由不同波长的电磁波按一定比例组成的混合光，可分解为各种颜色相连续的可见光谱，当两种光以适当比例混合而产生白光时，这两种光的颜色互为互补色。当白光通过溶液时，如果溶液对各种波长的光都不吸收，溶液就没有颜色；如果吸收了其中一部分波长的光，则溶液呈现出剩余部分光的颜色。
朗博—比尔定律是光吸收的基本定律，适用于所有的电磁辐射和所有的吸光物质，朗博—比尔定律表明：吸光度A与浓度C成正比，A=bC，b是溶液对对波长久的吸收系数，仅由媒质分子决定。
光电比色法借助于光电比色计来测量一系列标准溶液的吸光度，绘制工作曲线，然后根据被测试液的吸光度，从工作曲线上求得其浓度或含量。
Color Grab能通过手机摄像头来实时获得色彩参数（RGB值和HSV值），RGB值可以通过红（R）绿（G）蓝（B）三个颜色通道的变化得到样品的颜色，并转化为HSV值。HSV值包含色调（H）、饱和度（S）、明暗度（V），可以更好的反映出颜色的变化情况，便于建立联系，进行颜色比对分析。
发明内容
本发明的目的是提供一种比色法检测器及其检测方法。比色法检测器结构简单、成本低、使用简单快捷，配合能够获得色彩参数的设备对待测样品进行比色分析，快速、准确的分析出待测样品浓度。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种比色法检测器，包括发光板、暗盒、检测箱、样品架和观测孔；
所述检测箱内部设有暗盒和样品架；所述发光板设置在所述暗盒的内壁上，所述暗盒对应所述发光板的位置设有透光口；所述发光板、透光口和样品架在一条直线上；所述检测箱对应样品架的位置设有观测孔；所述发光板与电源电性连接。
进一步的，所述发光板和透光口周围设有纯黑色的磨砂板；所述磨砂板的磨砂面与所述发光板和透光口相接；所述检测箱内表面及暗盒外侧铺设有纯黑色毛绒吸光布。
进一步的，所述透光口位置覆盖有与透光口大小相同的单面磨砂石英板。
进一步的，所述样品架包括支撑架和支撑板，所述支撑架一端连接在检测箱上，另一端与支撑板铰接。
进一步的，支撑板底端设有样品托槽。
进一步的，所述检测箱右侧设有滑槽式的操作门。
进一步的，所述发光板为纯白色光源。
本发明还提供了基于所述比色法检测器的检测方法，所述检测方法包括以下步骤：
（1）溶液配制：配制待测溶液和一系列已知浓度的梯度浓度标准溶液；
（2）制备传感器：传感器共五层，第三层为吸水纸，其余四层为定量滤纸，将定量滤纸和吸水纸剪成同样大小的圆纸片，将圆纸片叠合到一起，吸水纸置于第三层，压紧制成传感器；
（3）滴样：将传感器置于载玻片上，取等量的标准溶液或待测溶液滴到传感器上，待溶液全部被吸收后，获得标准溶液或待测溶液的样品；将载有所述样品的载玻片放置到所述比色法检测器的样品架上；
（4）样品检测：用能够获得色彩参数的设备通过所述检测箱上的观测孔对样品架上的样品进行分析；
（5）更换样品，重复所述步骤（3）和（4），直至样品全部分析完毕；
（6）结果分析：以标准溶液的浓度对饱和度值建立标准曲线，将待测样品的饱和度值代入标准曲线方程中，通过计算得出待测样品的浓度。
进一步的，所述能够获得色彩参数的设备为能够摄像的手机，所述手机具有获得色彩参数的软件。
进一步的，所述色彩参数为饱和度。
进一步的，所述色彩参数为RGB值或HSV值。
进一步的，所述步骤（1）配制溶液时，标准溶液大于等于5个，所述标准溶液和待测溶液的唯一变量为待测成分的浓度。
进一步的，所述步骤（1）中无色或浅色的所述标准溶液和待测溶液中还具有显色剂。
进一步的，所述步骤（6）的标准曲线的R2大于等于0.99。
与现有技术相比，本发明的优点和有益效果是：
（1）本发明所用材料简单易得，组装简单，生产成本低。
（2）本发明的光源为发光板光源，隔绝其它光源避免对测定造成影响，发光板采用LED灯条或灯珠，连接220V交变电流，发光情况稳定，波动性小，内表面铺有纯黑色毛绒吸光布，能将照射到箱壁上的光吸收，避免光的反射对样品测定造成影响。
（3）本发明的使用只需将样品溶液滴在传感器上放入样品架，用手机软件即可进行测定，用Excel，Origin等软件即可进行数据分析，操作简单，使用方便，分析速度快，结果处理简单，可广泛应用于实验室等多种场景，对样品进行初步分析。
附图说明
图1是比色法检测器的正面结构示意图；
图2是比色法检测器的侧面结构示意图；
其中，1、发光板；2、暗盒，3、检测箱；4、样品架；5、线路孔；6、操作门；7、透光口；8、磨砂板；9、观测孔；10、支撑架；11、支撑板；12、样品托槽。
具体实施方式
下述实施方式更好地说明本发明内容。但本发明不限于下述实施例。
实施例1：比色法检测器的结构
本发明所述的比色法检测器结构如图1~2所示，包括发光板1、暗盒2、检测箱3、样品架4和观测孔9；所述检测箱3内部顶端中间和底端中间分别设有暗盒2和样品架4；所述发光板1卡接在所述暗盒2的顶部的内壁上，所述暗盒2正对所述发光板1的底部位置开设有透光口7；所述发光板1、透光口7和样品架4在一条直线上；所述检测箱3正面底部正对样品架4的位置开设有观测孔9；用于测定时手机摄像头正对样品进行检测，观测孔9大小适应摄像头拍摄即可；所述发光板1与电源电性连接。发光板1发出的光能够通过透光口7进入检测箱3。暗盒2中的发光板1、透光口7和样品架4在一条直线即可，暗盒2与样品架4亦可分别设置在检测箱3内部的左右两侧等。样品架4正对透光口7位置，使透过的光能够照射到样品上，使其发光或显色。
所述发光板1与透光口7周围设有纯黑色的磨砂板8。所述透光口7与发光板1大小相同；所述磨砂板8的磨砂面与所述发光板1与透光口7的边缘相接。所述透光口7位置覆盖有与透光口7大小相同的单面磨砂石英板，所述石英板的磨砂面正对发光板1；发光板1发出的光在石英板和磨砂板8的磨砂面上发生漫反射，使得进入检测箱的光源更加均匀、稳定。
所述检测箱3内表面及暗盒2底部外侧铺设有纯黑色毛绒吸光布；用来吸收反射到检测箱3内壁上和暗盒2底部的光，避免对测定结果造成影响。
所述发光板1为纯白色光源。由LED灯条或灯珠紧密均匀排布组成发光板1，灯条或灯珠线路设于暗盒内连接为一条总线路，总线路连接220V交变电流，这样可使光源发光稳定，波动小。暗盒2右侧开设有线路孔5，供发光板1的线路通过。
所述检测箱3右侧设有滑槽式的操作门6；用于放置样品和换样品。
所述样品架4包括支撑架10和支撑板11，所述支撑架10底端固定在检测箱3上，顶端与支撑板11铰接。支撑板11底端设有样品托槽12。所述支撑架10固定样品架4位置，避免位置偏移对测定造成的影响；样品托槽12用来支撑样品，使其不会滑落；支撑板11与支撑架10铰接处可活动，便于调节支撑板11角度，获得最适于测定的样品角度。
实施例2：基于所述比色法检测器的检测方法
本实施例的快速简易的比色法检测器使用方法所用的装置为实施例1所述的快速简易的比色法检测器，测定装置为手机软件Color Grab。
本实施例的快速简易的比色法检测器使用方法包括以下步骤：
（1）溶液配制：配制待测溶液和一系列已知浓度的梯度浓度标准溶液；
取6个干净的小烧杯，编号1~6号，每个烧杯中分别加入5mg/ml普鲁士蓝溶液0.25ml、1mg/ml壳聚糖溶液0.4ml、3mg/ml TMB溶液0.8ml、3mg/ml过氧化氢酶0.4ml，1号烧杯不加葡萄糖作为背景，2~6号烧杯分别加入0.8g、0.9g、1.0g、1.1g、1.2g葡萄糖，将1~6号烧杯定容至10ml，放入超声机充分反应，作为背景溶液和标准溶液。再另取三个小烧杯，加入与标准溶液等量的普鲁士蓝溶液、壳聚糖溶液、TMB溶液和过氧化氢酶溶液，加入适当待测葡萄糖溶液定容至10ml，作为待测溶液。
（2）制备传感器：传感器共五层，第三层为吸水纸，其余四层为定量滤纸，将定量滤纸和吸水纸剪成同样大小、直径为1cm的圆纸片，将圆纸片叠合到一起，吸水纸置于第三层，压紧制成传感器。
（3）滴样：将传感器置于载玻片上，取等量的标准溶液或待测溶液滴到传感器上，待溶液全部被吸收后，获得标准溶液或待测溶液的样品；将载有所述样品的载玻片放置到所述比色法检测器的样品架4上；
取0.15ml 1号样品滴到传感器上，待溶液全部被吸收后，打开检测箱3右侧的操作门6，将载有传感器的载玻片放置到样品架4上，关闭操作门6。
（4）样品检测：采用红米K30手机装有Color Grab软件作为获得色彩参数的设备，用手机摄像头通过所述检测箱3上的观测孔9对样品架4上的样品进行分析。
Color Grab能通过手机摄像头来实时获得色彩参数（RGB值和HSV值），RGB值可以通过红（R）绿（G）蓝（B）三个颜色通道的变化得到样品的颜色，并转化为HSV值。
（5）更换样品，重复所述步骤（3）和（4），直至样品全部分析完毕；分析完毕后，打开比色法检测器的操作门6，取出1号样品，换2号样品重复步骤（3）、（4），后续标准样品和待测样品进行相同操作，直至样品全部分析完毕。
（6）结果分析：以标准溶液的浓度对饱和度值建立标准曲线，若待测样品的饱和度的平均值处于标准曲线线性范围内，将该值代入标准曲线方程中，通过计算得出待测样品的浓度。标准曲线R2大于等于0.99（若小于0.99需要重新配制标准溶液，重新建立标准曲线，以保障测定结果不会有较大误差）。
以2~6号标准溶液的浓度对饱和度值建立标准曲线，得到标准曲线R2值为0.9973，线性方程为y=10.2x-1.2，三个待测样品的饱和度值接近，将三个待测样品的饱和度值取平均值，将该平均值代入标准曲线方程中，通过计算可得出待测样品的浓度为96mg/ml（该待测样品实际浓度为95mg/ml）。用Excel，Origin等软件均可进行结果分析，可以根据实际情况选择。
上述步骤（1）配制溶液时，标准溶液至少5个，标准溶液除待测成分浓度不同，其余成分种类、含量、存在形式与待测样品一致，以控制唯一变量是待测成分浓度；若待测成分制得的待检溶液无色或显色，需加入适量显色剂使待测成分显色或颜色加深。
标准曲线的线性范围需根据待测样品的浓度、种类、饱和度值等提前计算，确保最终待测样品测定值在标准曲线线性范围内，否则测定结果不准。
实施例3：获得色彩参数的设备对检测结果的影响
按照实施例2的检测方法，将步骤（4）使用的红米K30手机换为华为手机进行检测，最终得到标准曲线R2值为0.9977，线性方程为y=10.2x-0.4，测得待测样品葡萄糖浓度为95mg/ml（该待测样品实际浓度为95mg/ml）。
说明本发明的提供的检测方法具有稳定性，获取色彩参数的设备改变也能够保证检测结果的准确性。
实施例4：检测方法的误差分析
使用紫外分光光度计测定相同的待测样品，获得的结果与实施例2和实施例3基本一致，经过分析，误差在5%的误差允许范围内，实施例2和实施例3所耗时间更短。
根据检测结果及误差分析，本发明所述的比色法检测器具有实用性，配合获得色彩参数的设备使用，能够实现待测溶液的浓度检测，且误差在5%以内。本发明的比色法检测器及其检测方法具有操作简单、使用方便、分析速度快、结果处理简单的特点，且测定结果与使用手机的不同无关，测定结果与真值误差小，用于初步分析可忽略此误差，同时本发明的成本低，设备条件要求低，可广泛用于实验室等场景对有色样品进行初步分析，提升分析检测效率。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种比色法检测器，其特征在于：包括发光板、暗盒、检测箱、样品架和观测孔；
所述检测箱内部设有暗盒和样品架；所述发光板设置在所述暗盒的内壁上，所述暗盒对应所述发光板的位置设有透光口；所述发光板、透光口和样品架在一条直线上；所述检测箱对应样品架的位置设有观测孔；所述发光板与电源电性连接。
2.根据权利要求1所述的比色法检测器，其特征在于，所述发光板和透光口周围设有纯黑色的磨砂板；所述磨砂板的磨砂面与所述发光板和透光口相接；所述检测箱内表面及暗盒外侧铺设有纯黑色毛绒吸光布。
3.根据权利要求1所述的比色法检测器，其特征在于，所述透光口位置覆盖有与透光口大小相同的单面磨砂石英板。
4.根据权利要求1所述的比色法检测器，其特征在于，所述样品架包括支撑架和支撑板，所述支撑架一端连接在检测箱上，另一端与支撑板铰接。
5.根据权利要求1所述的比色法检测器，其特征在于，所述检测箱右侧设有滑槽式的操作门。
6.基于权利要求1所述比色法检测器的检测方法，所述检测方法包括以下步骤：
（1）溶液配制：配制待测溶液和一系列已知浓度的梯度浓度标准溶液；
（2）制备传感器：传感器共五层，第三层为吸水纸，其余四层为定量滤纸，将定量滤纸和吸水纸剪成同样大小的圆纸片，将圆纸片叠合到一起，吸水纸置于第三层，压紧制成传感器；
（3）滴样：将传感器置于载玻片上，取等量的标准溶液或待测溶液滴到传感器上，待溶液全部被吸收后，获得标准溶液或待测溶液的样品；将载有所述样品的载玻片放置到所述比色法检测器的样品架上；
（4）样品检测：用能够获得色彩参数的设备通过所述检测箱上的观测孔对样品架上的样品进行分析；
（5）更换样品，重复所述步骤（3）和（4），直至样品全部分析完毕；
（6）结果分析：以标准溶液的浓度对饱和度值建立标准曲线，将待测样品的饱和度值代入标准曲线方程中，通过计算得出待测样品的浓度。
7.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，所述能够获得色彩参数的设备为能够摄像的手机，所述手机具有获得色彩参数的软件。
8.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，所述色彩参数为饱和度。
9.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，所述步骤（1）配制溶液时，标准溶液大于等于5个，所述标准溶液和待测溶液的唯一变量为待测成分的浓度。
10.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，所述步骤（1）中无色或浅色的所述标准溶液和待测溶液中还具有显色剂。
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