CN115420704B - 一种基于微流控盘芯片空白计算零浓度的估算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于微流控盘芯片空白计算零浓度的估算方法，需要根据以下步骤进行：通过已知浓度的化学试剂标样，建立浓度曲线；带入空白值的采样值，计算出空白值在浓度曲线中的吸光度值；得到不同检测片在不同波长光照的零浓度值与空白值数据；通过数据拟合法把零浓度值与空白值建立数学关系；用未知空白值的盘芯片试剂计算零浓度估计；计算出该未知空白检测池中存储试剂的浓度值，该基于微流控盘芯片空白计算零浓度的估算方法能够解决现有微流控设备在标定零点的过程中，无需额外消耗盘芯片做零点定位，通过检测空白值，计算出零浓度的估值，减少了对盘芯片耗材的消耗，降低了检测成本。

Description

一种基于微流控盘芯片空白计算零浓度的估算方法
技术领域
本发明涉及微流控技术领域，具体为一种基于微流控盘芯片空白计算零浓度的估算方法。
背景技术
传统的在线式水质检测仪设备或者便携式水质检测设备，在检测化学试剂的过程中都存在一个非常重要的步骤：定期标定零浓度或者测量待测试剂之前完成标零步骤。
根据现有技术如中国专利文件CN202021267559.8所述的一种基于微流控芯片的微生物浓度检测系统，所公开的技术方案，其通过探测系统利用不同物质对红外光的吸收波长和吸收强度不一样，借此用以检测浓度。但是该方案中进行标零步骤时会给操作者造成了一定不便，对于微流控水质检测设备来说，它运用的载体是盘芯片，盘芯片中为提前预置的显色试剂，每一张盘芯片在使用完后，因检测池已被污染，就无法重复应用。因此对于微流控水质检测设备来说，一次标零的过程就会消耗一张盘芯片的耗材，如果操作人员为了保证每次仪器的检测精度，在每次检测前都完成标零的动作，则需要花费大量的盘芯片耗材。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种基于微流控盘芯片空白计算零浓度的估算方法，以解决上述背景技术中提出的问题,本发明计算出零浓度的估值时不需要额外消耗盘芯片，降低了检测成本。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种基于微流控盘芯片空白计算零浓度的估算方法，根据以下步骤进行：(1)通过已知浓度的化学试剂标样，建立浓度曲线；(2)带入空白值的采样值，计算出空白值在浓度曲线中的吸光度值；(3)得到不同检测片在不同波长光照的零浓度值与空白值数据；(4)通过数据拟合法把零浓度值与空白值建立数学关系；(5)用未知空白值的盘芯片试剂计算零浓度估计；(6)计算出该未知空白检测池中存储试剂的浓度值。
进一步的，在步骤(1)中建立浓度曲线时，需要包含零浓度标液。
进一步的，最终微流控设备在盘芯片中可以得到两个数值，包括空白信号值和浓度信号值。
进一步的，所述空白值是当盘芯片被放入微流控设备后，在什么都不运行的时候，得到的最初值。
进一步的，所述空白值通过光电检测得到的信号值，且此时化学试剂还未转移到盘芯片中的检测池中。
进一步的，步骤(3)中检测片的零浓度值与空白值数据需要在不同工艺材料PMMA和石英片盘芯片下，不同波长的光照下，做多次浓度曲线进行计算。
进一步的，浓度信号值通过将化学试剂在经过消解加法，离心混合，恒温显色之后得到的最终值。
进一步的，得到了浓度信号值时，此时化学试剂已经流入到检测池中。
进一步的，在更换检测片的状态下，重复前期的检测步骤多次。
进一步的，计算出该未知空白检测池中存储试剂的浓度值的过程中，在完成试剂加载，消解加热，离心转移之后，通过光电检测法以检测出该未知浓度的信号值。
本发明的有益效果：
1.该基于微流控盘芯片空白计算零浓度的估算方法能够解决现有微流控设备在标定零点的过程中，无需额外消耗盘芯片做零点定位，通过检测空白值，计算出零浓度的估值。
2.该基于微流控盘芯片空白计算零浓度的估算方法不需要花费大量的盘芯片耗材，降低了检测成本，流程简单快捷，便于普及应用。
附图说明
图1为本发明一种基于微流控盘芯片空白计算零浓度的估算方法的逻辑流程图；
图2为本发明中一元线性回归方程P＝a*A+b的数学关系图；
图3为本发明中V0与Vk建立的数学关系图；
图4为本发明一种基于微流控盘芯片空白计算零浓度的估算方法的实测数据；
图5为本发明一种基于微流控盘芯片空白计算零浓度的估算方法的实测数据；
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
请参阅图1至图5，本发明提供一种技术方案：基于微流控盘芯片空白计算零浓度的估算方法，其步骤包括(1)通过已知浓度的化学试剂标样，建立浓度曲线；(2)带入空白值的采样值，计算出空白值在浓度曲线中的吸光度值；(3)在不同工艺材料PMMA和石英片盘芯片下，不同波长的光照下，做多次浓度曲线，得到不同检测片在不同波长光照的零浓度值与空白值数据；(4)通过数据拟合法把零浓度值与空白值建立数学关系；(5)用未知空白值的盘芯片试剂计算零浓度估计；(6)计算出该未知空白检测池中存储试剂的浓度值。
本实施例，通过已知浓度的化学试剂标样，建立浓度曲线，在此步骤中必须包含零浓度标液。以氨氮试剂为例：选用已知浓度P＝[0 0.05 0.1 0.2 0.5 1.0 1.5 2.0 3.04.0 5.0]其中P为浓度数据组；对应P的信号采样值为V＝[4050 3950 3860 3670 31052374 1841 1367 810 455 260]其中V为信号采集值数据组；对V值做吸光度值转换：A＝lg(V[0] /V[i])，
其中V[0]为P[0]时对应的V值
V[i]为所有的P对应的V值(包含P[0])
A为计算出的吸光度值，得
如图2所示，用一元线性回归方程P＝a*A+b，拟合，其中P为浓度值， A为吸光度值，[a,b]为系数,R2是指拟合优度,R2越接近于1，表示拟合度越接近取样点。
本实施例，带入空白值的采样值V[N]，得到一组关于空白值，零浓度值，系数a，b的数据。标记为Y＝[V0,Vk,a,b]，其中V0为零浓度信号值； VK为盘芯片空白值；a，b为吸光度曲线系数。
本实施例，更换检测片并重复上述检测步骤M次，能够得到M组Y值。可表示成：按照从小到大排序Vk
Y(1)＝[V0(1),Vk(1),a(1),b(1)]
Y(2)＝[V0(2),Vk(2),a(2),b(2)]
......
Y(m)＝[V0(m),Vk(m),a(m),b(m)]
其中m∈[1,M]表示次数,V0(1)...V0(m)为不同盘芯检测出的零浓度值。
Vk(1)...Vk(m)为不同盘芯片检测出的空白值
a(1)...a(m)为不同盘芯片对应的系数a
b(1)...b(m)为不同盘芯片对应的系数b。
本实施例，如图3所示，通过数据拟合把V0与Vk建立数学关系。令： V0＝f(Vk)，产生系数C1,C2,...,CL。其中C1,C2,...,CL为f()的函数系数。图片中是L＝1次方拟合，L＝2次方拟合，L＝3次方拟合，L＝4次方拟合。拟合级数越高，越能够接近真实曲线。
本实施例，用未知空白值的盘芯片试剂计算零浓度估计：取未知空白值的盘芯片Vkx，代入上式f公式，计算出V0x＝f(Vkx)，其中:
Vkx为未知空白值的盘芯片；
V0x为该空白值计算出来的零浓度值。
V0x∈[V0(1),V0(m)]为有效值，如果则不适用于该方法；在V0(1),V0(2),...,V0(m)中，查找到：V0(m`)<＝V0x<＝V0(m` +1)，其中1<＝m`<＝x<＝m`+1<＝M；在|V0x-V0(m`)|与|V0x-V0(m`+ 1)|中选择绝对值最小的V0(m``)，如果|V0x-V0(m`)|最小，则m``＝m`，如果|V0x-V0(m`+1)|最小，则m``＝m`+1。
本实施例，计算出该空白检测池中存储试剂的浓度值：完成试剂加载，消解加热，离心转移之后，通过光电检测法能够检测出该未知浓度的信号值 Vx；通过已知的m``参数，调用出最适合的Y系数，Y(m``)＝[V0(m``), Vk(m``),a(m``),b(m``)]。其中:V0(m``)、Vk(m``)a(m``),b(m``)为m`` 选择出来的Y系数组成；
计算出Vx的吸光度值，Ax＝lg(V0(m``)/Vx)。其中:
Ax为该未知空白池装载化学试剂后的吸光度值，
V0(m``)为最接近的空白值对应的零浓度值，
Vx为未知浓度的检测信号值；
计算出其浓度值：Px＝a(m``)*Ax+b(m``)。其中:
Px为计算出的浓度值，
a(m``)为Y数据矩阵中的系数a
b(m``)为Y数据矩阵中的系数b
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种基于微流控盘芯片空白计算零浓度的估算方法，其特征在于根据以下步骤进行：（1）通过已知浓度的化学试剂标样，建立浓度曲线；（2）带入空白值的采样值，计算出空白值在浓度曲线中的吸光度值；（3）得到不同检测片在不同波长光照的零浓度值与空白值数据；（4）通过数据拟合法把零浓度值与空白值建立数学关系；（5）用未知空白值的盘芯片试剂计算零浓度估计；（6）计算出未知空白检测池中存储试剂的浓度值；
通过已知浓度的化学试剂标样，建立浓度曲线，在此步骤中必须包含零浓度标液，选用已知浓度P = [0 0.05 0.1 0.2 0.5 1.0 1.5 2.0 3.0 4.0 5.0]其中P为浓度数据组；对应P的信号采样值为V = [4050 3950 3860 3670 3105 2374 1841 1367 810 455 260 ]其中V为信号采集值数据组；对V值做吸光度值转换：A = lg( V[0] / V[i] )，
其中V[0]为P[ 0 ]时对应的V值，
V[i] 为所有的P对应的V值（包含P[0]），
A为计算出的吸光度值，得
A = [0 0.013228265733755 0.015472686656207
0.027450049987775 0.109998386815363
0.22657927670939 0.337006202823948
0.46629147676014 0.693574972449313
0.94404859467085 1.187086643357144]，
用一元线性回归方程P=a*A+b，拟合，其中P为浓度值，A为吸光度值，[a , b]为系数,R²是指拟合优度,R²越接近于1，表示拟合度越接近取样点；
带入空白值的采样值V[N]，得到一组关于空白值，零浓度值，系数a，b的数据，标记为Y= [V0, Vk, a, b]，其中V0 为零浓度信号值；VK为盘芯片空白值；a，b为吸光度曲线系数，
更换检测片并重复上述检测步骤M次，能够得到M组Y值，可表示成：按照从小到大排序Vk，
Y(1) = [V0(1), Vk(1), a(1), b(1)]
Y(2) = [V0(2), Vk(2), a(2), b(2)]
......
Y(m) = [V0(m), Vk(m), a(m), b(m)]
其中 m∈[1,M]表示次数, V0(1) ... V0(m)为不同盘芯检测出的零浓度值，
Vk(1)...Vk(m)为不同盘芯片检测出的空白值，
a(1)...a(m)为不同盘芯片对应的系数a，
b(1)...b(m)为不同盘芯片对应的系数b，
通过数据拟合把V0与Vk建立数学关系，令：V0 = f(Vk)，产生系数C1,C2,...,CL，其中C1,C2,...,CL为f()的函数系数，是L = 1次方拟合，L = 2次方拟合，L = 3次方拟合，L =4次方拟合，拟合级数越高，越能够接近真实曲线，
用未知空白值的盘芯片试剂计算零浓度估计：取未知空白值的盘芯片Vkx，代入上式f公式，计算出V0x = f(Vkx)，其中:
Vkx为未知空白值的盘芯片；
V0x为该空白值计算出来的零浓度值，
V0x∈[V0(1) , V0(m)]为有效值，如果V0x∉[V0(1) , V0(m)]，则不适用于该方法；在V0(1), V0(2), ... ,V0(m)中，查找到：V0(m` )<= V0x <= V0(m` + 1)，其中1<= m` <= x<= m`+1 <= M；在|V0x - V0(m` )|与|V0x -V0(m` + 1)|中选择绝对值最小的V0(m` `)，如果|V0x - V0(m` )|最小，则m` ` = m` ，如果|V0x -V0(m` + 1)|最小，则m`` = m`+1，
计算出该空白检测池中存储试剂的浓度值：完成试剂加载，消解加热，离心转移之后，通过光电检测法能够检测出该未知浓度的信号值Vx；通过已知的m``参数，调用出最适合的Y系数，Y(m``) = [V0(m``), Vk(m``), a(m``), b(m``)]；其中:V0(m``)、Vk(m``)a(m``),b(m``)为m``选择出来的Y系数组成；
计算出Vx的吸光度值，Ax = lg(V0(m``) / Vx)；其中:
Ax为该未知空白池装载化学试剂后的吸光度值，
V0(m``)为最接近的空白值对应的零浓度值，
Vx为未知浓度的检测信号值；
计算出其浓度值：Px = a(m``) * Ax + b(m``)；其中:
Px为计算出的浓度值，
a(m``) 为Y数据矩阵中的系数a，
b(m``) 为Y数据矩阵中的系数b。
2.根据权利要求1所述的一种基于微流控盘芯片空白计算零浓度的估算方法，其特征在于：最终微流控设备在盘芯片中可以得到两个数值，包括空白信号值和浓度信号值。
3.根据权利要求2所述的一种基于微流控盘芯片空白计算零浓度的估算方法，其特征在于：所述空白值是当盘芯片被放入微流控设备后，在什么都不运行的时候，得到的最初值。
4.根据权利要求3所述的一种基于微流控盘芯片空白计算零浓度的估算方法，其特征在于：所述空白值通过光电检测得到的信号值，且此时化学试剂还未转移到盘芯片中的检测池中。
5.根据权利要求1所述的一种基于微流控盘芯片空白计算零浓度的估算方法，其特征在于：步骤（3）中检测片的零浓度值与空白值数据需要在不同工艺材料PMMA和石英片盘芯片下，不同波长的光照下，做多次浓度曲线进行计算。
6.根据权利要求1所述的一种基于微流控盘芯片空白计算零浓度的估算方法，其特征在于：浓度信号值通过将化学试剂在经过消解加法，离心混合，恒温显色之后得到的最终值。
7.根据权利要求6所述的一种基于微流控盘芯片空白计算零浓度的估算方法，其特征在于：得到了浓度信号值时，此时化学试剂已经流入到检测池中。
8.根据权利要求5所述的一种基于微流控盘芯片空白计算零浓度的估算方法，其特征在于：在更换检测片的状态下，重复前期的检测步骤多次。
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Inventor before: Zhang Chunping

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GR01 Patent grant
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Inventor after: Zhang Zhenyang

Inventor after: Wu Zhiguo

Inventor after: Xiong Ziqian

Inventor after: Wang Jiachen

Inventor after: Ma Wei

Inventor after: He Qi

Inventor after: Zhang Chunping

Inventor before: Zhang Zhenyang

Inventor before: Wu Zhiguo

Inventor before: Chen Jun

Inventor before: Xiong Ziqian

Inventor before: Wang Jiachen

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Inventor before: He Qi

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