一种水中Cr（VI）离子的即时视觉传感检测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种水中Cr(VI)离子的即时视觉传感检测系统及方法，所述系统包括反应模块、取像模块和应用模块，反应模块采用含有Cr(VI)离子显示剂的试纸替代现配的显示剂溶液，具有携带方便易于保存的优点；取像模块配合试纸能够为拍照提供一个固定光线环境条件，应用模块中含有摄像头以及可搭载处理软件的手机，能够对照片的颜色进行识别，然后根据R/G值对Cr(VI)浓度的线性关系，利用标曲计算出的函数公式即可对水中的Cr(VI)浓度进行实时定量检测。总之，本发明专利技术不需要任何实验仪器，具有成本低廉、携带方便、快速实时、简单易行的优点。

A real-time vision sensing detection system and method for Cr (VI) in water

【技术实现步骤摘要】
一种水中Cr(VI)离子的即时视觉传感检测系统及方法
本专利技术属于重金属离子检测
，具体涉及一种水中Cr(VI)离子的即时视觉传感检测系统及方法。
技术介绍
铬作为一种致命的有毒物质，由于其在不锈钢、汽车零件、皮革制品和其他工业产品中的广泛使用而受到广泛关注。废水中所含的铬可能直接通过被污染的地下水被人类吸收，也可能通过鱼类等水生生物被间接吸收。Cr(VI)具有高度致癌性和致突变性，可导致遗传缺陷、过敏反应和各种类型的癌症。现有对于Cr(VI)检测的技术方案包括：电化学方法、原子吸收分光光度法(AAS)、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)和分光光度法。但是上述方法存在以下缺点：缺点一：成本高，需要依靠相应的仪器才能进行检测。缺点二：无法快速实时检测，需要将样品带回实验室才能进行检测。缺点三：操作复杂，需要学会相应仪器的使用方法才能进行检测。因此，设计一种成本低廉、快速实时且简单易行的Cr(VI)检测方法，对于实时监测水体中的铬污染有重要的环境意义。
技术实现思路
为了解决上述存在的技术问题，本专利技术提供一种水中Cr(VI)离子的即时视觉传感检测系统及方法，具有成本低廉、快速实时、简单易行的优点。本专利技术的技术方案为：一种水中Cr(VI)离子的即时视觉传感检测系统，包括反应模块、取像模块和应用模块，反应模块包括夹持机构和固定在夹持机构内的含有Cr(VI)离子显示剂的试纸，在试纸上滴加待测水样进行反应，形成含有反应待测样区的试纸；取像模块包括盒体，以及设置在盒体内的摄像室和连接在摄像室与盒体外部之间的通道，将夹持有试纸的夹持机构从通道的外端口插入并向内推送，直至试纸的反应待测样区到达摄像室内，在摄像室内设有用于固定夹持机构的限位机构，用于补光的LED照明灯，以及设置在摄像室外顶部并正对反应待测样区的取景器，盒体上还设有为LED照明灯供电的内置电池和控制LED照明灯的开关；应用模块包括带有摄像头的智能手机以及安装在智能手机内的处理软件，处理软件包括：摄像单元，摄像单元用于将智能手机的摄像头对准取景器后调用智能手机的拍照功能对反应待测样区进行拍摄，通过选择拍摄标曲、拍摄样品选项能够得到标准图片、样品图片；颜色识别单元，颜色识别单元用于识别标准图片或样品图片选中区域的红绿蓝三种颜色；标曲单元，标曲单元用于通过标准图片生成R/G值对Cr(VI)浓度的标准曲线图和函数公式；样品单元，样品单元用于对样品图片进行识别，并根据函数公式自动计算出样品的Cr(VI)浓度。进一步地，试纸包括位于中心的混合纤维素酯膜片和用于对混合纤维素酯膜片通过热压包边的PP膜片，PP膜片上设有定位孔，PP膜片可以起到一定的边缘阻水作用，防止液体因扩散流失。进一步地，含有Cr(VI)离子显示剂的试纸的制备方法包括以下步骤：A1：异辛基三乙氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、盐酸、去离子水以1:0.2:0.5:50摩尔比混合，并采用机械搅拌30-45min，40℃水温下继续水解2-3h，得到有机硅溶胶；A2：称取二苯碳酰二肼与质量分数为95％的丙酮按照2mg/ml搅拌溶解，得到二苯碳酰二肼溶液；A3：将二苯碳酰二肼溶液、有机硅溶胶、质量分数为2％的纯透明质酸水溶液按照体积比为1:15-20:3-5混合后，得到Cr(VI)离子显示剂溶胶，存储于棕色瓶中；二苯碳酰二肼作为一种显色剂，在酸性条件下可与Cr(VI)发生作用，反应生成紫红色配合物，该颜色肉眼可见；A4：在硝酸-醋酸混合纤维素酯膜的周边采用热压包边的PP膜片，并预留出反应检测区域，在该反应检测区域的表面上喷洒0.1M的盐酸溶液进行润湿处理，然后再均与涂抹Cr(VI)离子显示剂溶胶，在避光条件以及氮气保护下室温干燥，即得到含有Cr(VI)离子显示剂的试纸最后避光密封保存。进一步地，夹持机构包括上底板、下底板、拉杆和拉环，上底板与下底板的一端铰接，下底板为透明塑料材质，且下底板沿水平方向的前端面设有第一磁片，下底板内设有定位柱，上底板为环状结构，用于露出试纸的反应待测样区，上底板内还设有与定位柱扣接的定位筒，拉杆的前端与下底板的后端面相连，拉环连接在拉杆的末端。便于固定试纸，提高操作便捷性。进一步地，摄像室的内壁涂有黑色吸光涂层，可以在进行打光时避免发生光反射影响拍摄结果。进一步地，限位机构包括定位块、第二磁片、双轨道，定位块固定在摄像室与通道相对的内侧面上，第二磁片设置在定位块的前端面，双轨道连接在通道与定位块之间，用于为夹持机构进行导向。第二磁片用于与夹持机构的第一磁片相吸附以达到定位的作用。进一步地，LED照明灯包括设置在摄像室四个内顶角处的顶角照明灯以及位于摄像室底部且正对反应待测样区的底部照明灯。只需要在拍照的时候打开LED照明灯进行补光，可保证各个样品在同样的光线条件下，避免因环境差异导致照片的颜色误差过大。进一步地，取景器包括取景筒以及安装在取景筒内的凸透镜片，以及安装在凸透镜片上方的减光镜片。通过凸透镜片可以放大反应待测样区的颜色情况，而减光镜片可以减少光源干扰。本专利技术还提供了一种利用上述系统进行即时视觉传感检测水中Cr(VI)离子的方法，包括以下步骤：S1：配制Cr(VI)离子浓度分别为0，1ppm，2ppm，4ppm，8ppm，10ppm的标准浓度液体；S2：将含有Cr(VI)离子显示剂的试纸装夹在夹持机构内，并分别取1-5滴S1中的标准浓度液体滴加在含有Cr(VI)离子显示剂的试纸上，随后滴加1-3滴0.1M的磷酸溶液，形成含有反应待测样区的标准试纸；S3：将标准试纸连同夹持机构从盒体内的通道送入摄像室中，并利用限位机构进行限位，打开控制LED照明灯的开关，将智能手机的摄像头对准取景器，通过摄像单元调取收集的拍照功能对标准试纸的含有反应待测样区进行拍照，得到标准图片；标准图片经颜色识别单元选中区域的红绿蓝三种颜色；再经过标曲单元将标准图片生成R/G值对Cr(VI)浓度的标准曲线图和函数公式，函数公式为y＝0.5856x+0.6887，其中，x为Cr(VI)浓度，单位为ppm，y为R/G值，即红绿分量比值；S4：将待测水样经过0.45μm的滤膜过滤后取样1-5滴滴加到含有Cr(VI)离子显示剂的试纸上，随后滴加1-3滴0.1M的磷酸溶液，形成含有反应待测样区的样品试纸；重复S3步骤，得到样品图片，最后在样品单元对样品图片进行识别，并根据函数公式自动计算出样品的Cr(VI)浓度。本专利技术的有益效果为：本专利技术的反应模块采用含有Cr(VI)离子显示剂的试纸替代现配的显示剂溶液，具有携带方便易于保存的优点，本专利技术的取像模块配合试纸能够为拍照提供一个固定环境条件，可防止多次拍照因为环境光线变化导致拍照的颜色误差较大，从而影响最终的检测结果。最后，本专利技术的应用模块中含有摄像头以及可搭载处理软件的手机，能够对照片的颜色进行识别，然后根据R/G值对Cr(VI)浓度的线性关系，利用标曲计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水中Cr(VI)离子的即时视觉传感检测系统，其特征在于，包括反应模块(1)、取像模块(2)和应用模块(3)，/n所述反应模块(1)包括夹持机构(11)和固定在所述夹持机构(11)内的含有Cr(VI)离子显示剂的试纸(12)，在所述试纸(12)上滴加待测水样进行反应，形成含有反应待测样区(13)的试纸(12)；/n所述取像模块(2)包括盒体(21)，以及设置在所述盒体(21)内的摄像室(22)和连接在摄像室(22)与盒体(21)外部之间的通道(23)，将所述夹持有所述试纸(12)的夹持机构(11)从所述通道(23)的外端口插入并向内推送，直至试纸(12)的所述反应待测样区(13)到达所述摄像室(22)内，在所述摄像室(22)内设有用于固定所述夹持机构(11)的限位机构(24)，用于补光的LED照明灯(25)，以及设置在摄像室(22)外顶部并正对反应待测样区(13)的取景器(28)，盒体(21)上还设有为所述LED照明灯(25)供电的内置电池(26)和控制LED照明灯(25)的开关(27)；/n所述应用模块(3)包括带有摄像头(31)的智能手机(32)以及安装在所述智能手机(32)内的处理软件(33)，所述处理软件(33)包括：/n摄像单元(331)，所述摄像单元(331)用于将智能手机(32)的摄像头(31)对准所述取景器(28)后调用智能手机(32)的拍照功能对反应待测样区(13)进行拍摄，通过选择拍摄标曲、拍摄样品选项能够得到标准图片、样品图片；/n颜色识别单元(332)，所述颜色识别单元(332)用于识别所述标准图片或样品图片选中区域的红绿蓝三种颜色；/n标曲单元(333)，所述标曲单元(333)用于通过所述标准图片生成R/G值对Cr(VI)浓度的标准曲线图和函数公式；/n样品单元(334)，所述样品单元(334)用于对所述样品图片进行识别，并根据所述函数公式自动计算出样品的Cr(VI)浓度。/n...

【技术特征摘要】
1.一种水中Cr(VI)离子的即时视觉传感检测系统，其特征在于，包括反应模块(1)、取像模块(2)和应用模块(3)，
所述反应模块(1)包括夹持机构(11)和固定在所述夹持机构(11)内的含有Cr(VI)离子显示剂的试纸(12)，在所述试纸(12)上滴加待测水样进行反应，形成含有反应待测样区(13)的试纸(12)；
所述取像模块(2)包括盒体(21)，以及设置在所述盒体(21)内的摄像室(22)和连接在摄像室(22)与盒体(21)外部之间的通道(23)，将所述夹持有所述试纸(12)的夹持机构(11)从所述通道(23)的外端口插入并向内推送，直至试纸(12)的所述反应待测样区(13)到达所述摄像室(22)内，在所述摄像室(22)内设有用于固定所述夹持机构(11)的限位机构(24)，用于补光的LED照明灯(25)，以及设置在摄像室(22)外顶部并正对反应待测样区(13)的取景器(28)，盒体(21)上还设有为所述LED照明灯(25)供电的内置电池(26)和控制LED照明灯(25)的开关(27)；
所述应用模块(3)包括带有摄像头(31)的智能手机(32)以及安装在所述智能手机(32)内的处理软件(33)，所述处理软件(33)包括：
摄像单元(331)，所述摄像单元(331)用于将智能手机(32)的摄像头(31)对准所述取景器(28)后调用智能手机(32)的拍照功能对反应待测样区(13)进行拍摄，通过选择拍摄标曲、拍摄样品选项能够得到标准图片、样品图片；
颜色识别单元(332)，所述颜色识别单元(332)用于识别所述标准图片或样品图片选中区域的红绿蓝三种颜色；
标曲单元(333)，所述标曲单元(333)用于通过所述标准图片生成R/G值对Cr(VI)浓度的标准曲线图和函数公式；
样品单元(334)，所述样品单元(334)用于对所述样品图片进行识别，并根据所述函数公式自动计算出样品的Cr(VI)浓度。


2.如权利要求1所述的一种水中Cr(VI)离子的即时视觉传感检测系统，其特征在于，所述试纸(12)包括位于中心的混合纤维素酯膜片(121)和用于对所述混合纤维素酯膜片(121)通过热压包边的PP膜片(122)，所述PP膜片(122)上设有定位孔(123)。


3.如权利要求1所述的一种水中Cr(VI)离子的即时视觉传感检测系统，其特征在于，所述夹持机构(11)包括上底板(111)、下底板(112)、拉杆(113)和拉环(114)，所述上底板(111)与下底板(112)的一端铰接，下底板(112)为透明塑料材质，且下底板(112)沿水平方向的前端面设有第一磁片(115)，下底板(112)内设有定位柱(116)，上底板(111)为环状结构，用于露出试纸(12)的所述反应待测样区(13)，上底板(111)内还设有与所述定...

【专利技术属性】
技术研发人员：付翯云，陈倍宁，周至城，李玉凡，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32