CN212459423U

CN212459423U - 一种拍摄装置以及快速检测六价铬离子含量的设备

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Publication number: CN212459423U
Application number: CN202021176377.XU
Authority: CN
Inventors: 张娴; 张子兴; 王大鹏
Original assignee: Institute of Urban Environment of CAS
Current assignee: Institute of Urban Environment of CAS
Priority date: 2020-06-23
Filing date: 2020-06-23
Publication date: 2021-02-02
Anticipated expiration: 2030-06-23

Abstract

本实用新型属于六价铬离子检测领域，具体涉及一种拍摄装置以及快速检测六价铬离子含量的设备。所述拍摄装置包括玻璃壳体、LED灯、比色皿和摄像头，所述玻璃壳体上设置有推拉盖，所述LED灯固定设置于玻璃壳体内表面上，所述比色皿放置于玻璃壳体的内部空腔中，所述摄像头固定设置于玻璃壳体内侧壁上且正对比色皿。采用本实用新型提供的拍摄装置和检测设备不仅能够很好地排除基质干扰，稳定性和精密度均非常高，整个识别检测过程具有操作简便、快速实时、成本低的优点。

Description

一种拍摄装置以及快速检测六价铬离子含量的设备

技术领域

本实用新型属于六价铬离子检测领域，具体涉及一种拍摄装置以及快速检测六价铬离子含量的设备。

背景技术

六价铬化合物在电镀、制革、冶炼等工业领域应用广泛，相关工业生产活动中产生大量含铬工业废水，其中六价铬离子可通过废水的形式进入环境。六价铬离子难以被光解、水解和生物降解，具有强氧化性和剧毒性，因此，六价铬离子以废水形式进入环境中可直接损害水体环境，对人体健康造成极大威胁。

目前六价铬离子的检测方法主要包括可见光分光光度法、原子吸收光谱法、离子色谱法、高效液相色谱法和电感耦合等离子体光谱/质谱法。然而，上述方法必须在专业实验室中进行，操作过程耗时繁琐、使用试剂毒性较大，花费较高。因此，开发能在一般实验室甚至在野外现场实时定量测量设备是测定六价铬离子的一个发展方向，对六价铬离子的环境治理具有重要意义。

解决六价铬离子检测中前处理复杂、专业技能和仪器设备要求高的途径，是开发操作简便、性能稳定的可在采样现场快速完成的检测设备。基于颜色识别的图像比色法是一种新式的比色分析方法，主要通过数码拍摄设备对检测区拍照，然后对其颜色进行识别分析，推断样品浓度和颜色参数之间的关系，从而达到对待测样品定量检测的目的。开发基于颜色识别的六价铬离子快速检测设备和方法，可实现对水样中六价铬离子的快速便捷检测，解决目前六价铬离子检测耗时、不便利的缺点，具有显著的现实意义。然而，目前针对六价铬离子的图像比色法通常是以试纸作为显色载体，并且在后续数据处理过程中通常以R/G值构建标准曲线。然而，这种试纸需要采用特殊工艺制备得到，制作过程繁琐，并且试纸容易被氧化而失效，影响显色能力，造成结果不准确。

发明内容

本实用新型的目的是为了克服采用现有的基于颜色识别的图像比色法对铬离子含量进行检测时存在操作繁琐耗时且试纸容易被氧化失效从而导致测试结果不准确的缺陷，而提供一种新的拍摄装置以及快速检测六价铬离子含量的设备。

具体地，本实用新型提供了一种拍摄装置，其中，所述拍摄装置包括玻璃壳体、LED灯、比色皿和摄像头，所述玻璃壳体上设置有推拉盖，所述LED灯固定设置于玻璃壳体内表面上，所述比色皿放置于玻璃壳体的内部空腔中，所述摄像头固定设置于玻璃壳体内侧壁上且正对比色皿。

进一步的，所述玻璃壳体的外表面为黑色且内表面为白色。

进一步的，所述玻璃壳体的形状为正方体或长方体。

进一步的，所述玻璃壳体为边长8-50cm的正方体有机玻璃盒。

进一步的，所述摄像头为50-500万像素的OTG摄像头。

进一步的，所述摄像头与比色皿之间的距离为2-8cm。

进一步的，所述LED灯的色温为4000-8000K，亮度为600-1000lm。

进一步的，所述LED灯固定设置于玻璃壳体内侧顶部。

此外，本实用新型还提供了一种快速检测六价铬离子含量的设备，其中，该设备包括上述拍摄装置以及与拍摄装置中的摄像头连接的计算机；所述拍摄装置用于对比色皿中的六价铬离子显色标样或显色试样进行图像拍摄，得到标样显色图像或试样显色图像；所述计算机用于对由拍摄装置所拍摄的标样显色图像或试样显色图像进行红绿蓝三个通道色彩强度识别，根据标样显色图像构建标准曲线或函数公式，根据试样显色图像与标准曲线或函数公式计算试样中的六价铬离子浓度。

六价铬离子在酸性溶液中能够与二苯碳酰二肼反应生成紫红色化合物，其色度与六价铬离子的浓度成正比。本实用新型提供的拍摄装置利用摄像头直接对盛有六价铬离子显色溶液的比色皿进行图像拍摄，所获得的显色图像能够非常直观地反映溶液中六价铬离子的含量。进一步地，针对以这种方式获得的显色图像，以绿色通道吸光度值log(G₀/G')对六价铬离子浓度构建标准曲线，拟合相关系数非常高，能够很好地排除基质干扰，稳定性和精密度均非常高。

本实用新型针对试纸图像比色法对六价铬离子含量检测存在操作繁琐耗时且试纸容易被氧化失效从而导致测试结果不准确的缺陷，采用溶液颜色识别的方法成功实现了水样中六价铬离子的定性定量检测，该检测设备不仅能够很好地排除基质干扰，稳定性和精密度均非常高，而且无需采用繁琐的工艺制备试纸，简化了检测操作，降低了检测成本，解决了六价铬离子检测耗时不便利的缺点，在环境现场快速检测的场合具有广阔的应用前景，整个识别检测过程具有操作简便、快速实时、成本低的优点。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为本实用新型提供的拍摄装置的结构示意图。

附图标记说明

1-玻璃壳体；2-LED灯；3-比色皿；4-摄像头；5-推拉盖。

具体实施方式

以下对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右、底、顶”通常是指本实用新型的拍摄装置在工作情况下的方向。

如图1所示，本实用新型提供的拍摄装置包括玻璃壳体1、LED灯2、比色皿3和摄像头4，所述玻璃壳体1上设置有推拉盖5，所述LED灯2固定设置于玻璃壳体1内表面上，所述比色皿3放置于玻璃壳体1的内部空腔中，所述摄像头4固定设置于玻璃壳体1内侧壁上且正对比色皿3。六价铬离子在酸性条件下能够与二苯碳酰二肼反应生成紫红色化合物，其色度与六价铬离子的浓度成正比。利用摄像头拍照，并识别读取紫红色溶液的颜色，最后将其转换为六价铬离子的浓度。当工作时，将采用二苯碳酰二肼显色反应后的六价铬离子溶液置于比色皿3中，通过推拉盖5放入拍摄装置中，打开LED灯2并利用摄像头4对比色皿3中的溶液进行图像拍摄。

所述玻璃壳体1的外表面为黑色且内表面为白色。此时，虽然存在一定的光线反射，但是却恰好能够将显色溶液中的紫红色化合物更清楚真实地呈现出来，针对以这种方式获得的显色图像，以绿色通道吸光度值log(G₀/G')对六价铬离子浓度构建标准曲线，拟合相关系数非常高，能够很好地排除基质干扰，稳定性和精密度均非常高。

所述玻璃壳体的形状可以是规则的，也可以是不规则的，优选为正方体或长方体，特别优选为边长8-50cm的正方体有机玻璃盒。此外，所述玻璃壳体优选为有机玻璃壳体。

所述玻璃壳体上设置有推拉盖，以便于比色皿放入和取出。具体地，所述推拉盖可以设置于玻璃壳体的顶部，也可以设置于玻璃壳体的任意侧壁上。此外，所述推拉盖的大小可以占据玻璃壳体的顶部或者任意侧壁的一部分，也可以占据玻璃壳体的整个顶部或者整个任意侧壁，只要能够实现比色皿的顺利放入和取出即可。

所述LED灯用于提供照明，在需要拍照的时候打开LED灯进行补光，可保证各个样品在同样的光线条件下进行拍照，避免因环境差导致照片的颜色误差过大。所述LED灯可以固定设置于玻璃壳体内表面的任意位置，例如，可以设置于玻璃壳体的内侧壁、内侧顶部或者内顶角处，优选设置于玻璃壳体的内侧顶部。此外，所述LED灯的色温优选为4000-8000K，亮度优选为600-1000lm，此时具有补光充足、拍摄照片色彩识别稳定的优势。

所述比色皿放置于玻璃壳体的内部空腔中，为了便于拍照并避免光线造成的不利影响，通常放置于玻璃壳体底部的正中央。当工作时，将装有显色六价铬离子溶液的比色皿通过推拉盖放入玻璃壳体的内部空腔中，拍照完毕后，将该比色皿通过推拉盖取出。

所述摄像头优选为50-500万像素的OTG摄像头，此时具有摄像头像素选择范围宽、拍摄照片分辨率对检测结果影响小的优势。所述摄像头正对比色皿设置，两者之前的距离优选为2-8cm。当距离小于2cm时或大于8cm时，存在拍摄阴影干扰检测结果的问题。因此，将摄像头与比色皿之间的距离控制在2-8cm更有利于提高检测精度。需要说明的是，所述摄像头固定设置于玻璃盒的内侧，在图像拍摄过程中，所述摄像头与比色皿之间并无玻璃盒体的遮挡。

此外，本实用新型还提供了一种快速检测六价铬离子含量的设备，其中，该设备包括上述拍摄装置以及与拍摄装置中的摄像头连接的计算机；所述拍摄装置用于对比色皿中的六价铬离子显色标样或显色试样进行图像拍摄，得到标样显色图像或试样显色图像；所述计算机用于对由拍摄装置所拍摄的标样显色图像或试样显色图像进行红(R)绿(G)蓝(B)三个通道色彩强度识别，根据标样显色图像构建标准曲线或函数公式，根据试样显色图像与标准曲线或函数公式计算试样中的六价铬离子浓度。

采用计算机进行红绿蓝三个通道色彩强度识别以及构建标准曲线和函数公式的方式可以采用现有的常规方式进行，例如，可以按照CN110907441A中公开的方式进行。

在一种优选实施方式中，红绿蓝三个通道色彩强度识别可以采用Photoshop软件进行。

在一种优选实施方式中，所述标准曲线或函数公式以绿色通道吸光度值A_G作为纵坐标并以六价铬离子浓度作为横坐标，A_G＝log(G₀/G')，G₀和G'分别为空白样和不同六价铬离子浓度显色标样的绿色通道色彩强度值。其中，所述六价铬离子标准水样的数量优选为5-15种，所述六价铬离子标准水样的相邻浓度差优选为0.02-0.5mg/L。根据一种具体实施方式，所述六价铬离子标准水样的数量为8种，所述六价铬离子标准水样的浓度分别为0.02mg/L、0.05mg/L、0.1mg/L、0.2mg/L、0.4mg/L、0.6mg/L、0.8mg/L和1.0mg/L。此外，所述空白样为纯水。

在一种优选实施方式中，根据试样显色图像与标准曲线或函数公式计算试样中的六价铬离子浓度可以采用excel软件进行。

当采用本实用新型提供的设备进行六价铬离子含量检测时，包括以下步骤：

(1)构建标准曲线：配制浓度不同的六价铬离子标准水样，分别将这些六价铬离子标准水样在酸性条件下采用二苯碳酰二肼进行显色处理得到紫红色显色标样，将紫红色显色标样装入比色皿中，再将盛有紫红色显色标样的比色皿通过推拉盖置于玻璃壳体的内部空腔中，采用拍摄装置正对比色皿进行图像拍摄，得到标样显色图像；

通过计算机对标样显色图像进行红(R)绿(G)蓝(B)三个通道色彩强度识别，并根据公式log(G₀/G')计算绿色通道吸光度值A_G，G₀和G'分别为空白样和紫红色显色标样的绿色通道色彩强度值，以所得绿色通道吸光度值A_G作为纵坐标并以六价铬离子浓度作为横坐标构建标准曲线；

(2)测定六价铬离子含量：将待检测六价铬离子水样在酸性条件下采用二苯碳酰二肼进行显色处理得到紫红色显色试样，将紫红色显色试样装入比色皿中，再将盛有紫红色显色试样的比色皿通过推拉盖置于玻璃壳体的内部空腔中，采用拍摄装置正对比色皿进行图像拍摄，得到试样显色图像；

通过计算机对试样显色图像进行红绿蓝三个通道色彩强度识别，并根据公式log(G₀/G_i)计算试样绿色通道吸光度值A_Gi，G₀和G_i分别为空白样和紫红色显色试样的绿色通道色彩强度值，根据绿色通道吸光度值A_Gi以及标准曲线计算试样中六价铬离子的含量。

在一种优选实施方式中，标准曲线构建过程中和六价铬离子含量测定过程中显色处理以及图像拍摄的条件和方式相同。

在一种优选实施方式中，在显色处理过程中，相对于50mL六价铬离子标准水样或待检测六价铬离子水样，酸液的浓度为40-60vt％且用量为0.5-2mL，二苯碳酰二肼的浓度为1-3mg/mL且用量为1-3mL。其中，所述酸液可以选自硫酸、磷酸、盐酸和硝酸中的至少一种。

在一种优选实施方式中，所述标准曲线的函数公式为y＝0.3936x-0.0109，y为绿色通道吸光度值A_G，x为六价铬离子浓度。

在一种优选实施方式中，所述标准曲线的线性范围为0.02-1.00mg/L。

以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims

1.一种拍摄装置，其特征在于，所述拍摄装置包括玻璃壳体、LED灯、比色皿和摄像头，所述玻璃壳体上设置有推拉盖，所述LED灯固定设置于玻璃壳体内表面上，所述比色皿放置于玻璃壳体的内部空腔中，所述摄像头固定设置于玻璃壳体内侧壁上且正对比色皿。

2.根据权利要求1所述的拍摄装置，其特征在于，所述玻璃壳体的外表面为黑色且内表面为白色。

3.根据权利要求1所述的拍摄装置，其特征在于，所述玻璃壳体的形状为正方体或长方体。

4.根据权利要求1所述的拍摄装置，其特征在于，所述玻璃壳体为边长8-50cm的正方体有机玻璃盒。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的拍摄装置，其特征在于，所述摄像头为50-500万像素的OTG摄像头。

6.根据权利要求1-4中任意一项所述的拍摄装置，其特征在于，所述摄像头与比色皿之间的距离为2-8cm。

7.根据权利要求1-4中任意一项所述的拍摄装置，其特征在于，所述LED灯的色温为4000-8000K，亮度为600-1000lm。

8.根据权利要求1-4中任意一项所述的拍摄装置，其特征在于，所述LED灯固定设置于玻璃壳体内侧顶部。

9.一种快速检测六价铬离子含量的设备，其特征在于，该设备包括权利要求1-8中任意一项所述的拍摄装置以及与拍摄装置中的摄像头连接的计算机；所述拍摄装置用于对比色皿中的六价铬离子显色标样或显色试样进行图像拍摄，得到标样显色图像或试样显色图像；所述计算机用于对由拍摄装置所拍摄的标样显色图像或试样显色图像进行红绿蓝三个通道色彩强度识别，根据标样显色图像构建标准曲线或函数公式，根据试样显色图像与标准曲线或函数公式计算试样中的六价铬离子浓度。