[发明专利]一种水中Cr(VI)离子的即时视觉传感检测系统及方法

权利要求书

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)内还设有与所述定位柱(116)扣接的定位筒(117)，所述拉杆(113)的前端与下底板(112)的后端面相连，所述拉环(114)连接在拉杆(113)的末端；便于固定试纸(12)，提高操作便捷性；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)；PP膜片(122)可以起到一定的边缘阻水作用，防止液体因扩散流失；试纸(12)的制备方法为：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；

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)；所述摄像室(22)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；所述限位机构(24)包括定位块(241)、第二磁片(242)、双轨道(243)，所述定位块(241)固定在所述摄像室(22)与所述通道(23)相对的内侧面上，所述第二磁片(242)设置在定位块(241)的前端面，所述双轨道(243)连接在所述通道(23)与定位块(241)之间，用于为所述夹持机构(11)进行导向；第二磁片(242)用于与夹持机构(11)的第一磁片(115)相吸附以达到定位的作用；所述LED照明灯(25)包括设置在所述摄像室(22)四个内顶角处的顶角照明灯(251)以及位于摄像室(22)底部且正对所述反应待测样区(13)的底部照明灯(252)；只需要在拍照的时候打开LED照明灯(25)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；所述取景器(28)包括取景筒(281)以及安装在取景筒(281)内的凸透镜片(282)，以及安装在凸透镜(282)片上方的减光镜片(283)，通过凸透镜片(282)可以放大反应待测样区(13)的颜色情况，而减光镜片可以减少光源干扰；

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.利用权利要求1所述的系统进行即时视觉传感检测水中Cr(VI)离子的方法，其特征在于，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(12)装夹在夹持机构(11)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(12)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(13)的标准试纸(12)；

S3：将所述标准试纸(12)连同夹持机构(11)从所述盒体(21)内的通道(23)送入摄像室(22)中，并利用限位机构(24)进行限位，打开控制LED照明灯(25)的开关(27)，将智能手机(32)的摄像头(31)对准所述取景器(28)，通过摄像单元(331)调取收集的拍照功能对标准试纸(12)的含有反应待测样区(13)进行拍照，得到标准图片；所述标准图片经颜色识别单元(332)选中区域的红绿蓝三种颜色；再经过标曲单元(333)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(12)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(13)的样品试纸(12)；重复S3步骤，得到样品图片，最后在样品单元(334)对样品图片进行识别，并根据所述函数公式自动计算出样品的Cr(VI)浓度。