一種基于圖像分析的余液鈣離子的測定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于圖像分析的余液鈣含量的測定方法。利用鈣離子與偶氮胂Ⅲ在微酸環(huán)境中生產(chǎn)藍(lán)色絡(luò)合物，其藍(lán)色深度與鈣離子濃度高度相關(guān)。利用圖像分析軟件獲取余液及標(biāo)樣的圖像平均藍(lán)色度，建立標(biāo)樣的濃度與標(biāo)樣的平均藍(lán)色度的線性方程，然后將待測余液的平均藍(lán)色度值帶入線性方程中，求取余液中鈣的濃度值。本發(fā)明操作簡單，能實現(xiàn)溫室栽培中余液鈣含量的在線、實時測定，可應(yīng)用于余液的回收利用。
【專利說明】一種基于圖像分析的余液鈣離子的測定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是采用圖像處理測定余液中鈣離子含量的方法。屬于設(shè)施園藝節(jié)能減排領(lǐng)域，具體涉及營養(yǎng)液管理技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]與傳統(tǒng)的土壤栽培方式相比，無土栽培的優(yōu)點(diǎn)在于既可以生產(chǎn)廉價的無公害、綠色食品滿足人們的生活需求，又能提高水肥利用效率。我國無土栽培面積在2011年已超過3000公頃，全世界營養(yǎng)液栽培面積達(dá)到402981公頃。無土栽培面積的迅速增加帶來了一系列的問題，其中最嚴(yán)重的是余液的排放日益增多。排出的余液污染了土壤、地表水和地下水，直接排入河流的廢液弓I起河流和湖泊的富營養(yǎng)化，同時浪費(fèi)了大量的水肥資源。荷蘭在2000年以法律的形式明文規(guī)定無土栽培的營養(yǎng)液必須回收利用。我國也于2003年7月I日起實施排污費(fèi)征收使用管理條例，限制了無土栽培余液的隨意排放。鑒于此，研究營養(yǎng)液回收利用技術(shù)的研究勢在必行。
[0003]要對余液進(jìn)行回收利用，首先要確定余液量中各離子濃度的多少。鈣離子是營養(yǎng)液中含量最多的離子之一，對植物的生長發(fā)育起著至關(guān)重要的作用。目前鈣離子的檢測方法主要有原子吸收法或等離子體法。原子吸收法無法在線實時檢測，且操作復(fù)雜。因此研究一種可以在線、實時檢測、操作簡單的鈣離子檢測方法，對我國余液回收技術(shù)具有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種余液中鈣離子濃度的檢測方法，其原理是依據(jù)鈣離子與偶氮胂III試劑反應(yīng)后生產(chǎn)藍(lán)色絡(luò)合物，在一定范圍內(nèi)藍(lán)色絡(luò)合物的深淺與濃度高度相關(guān)。
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種提供一種余液中鈣離子濃度的檢測方法，為溫室營養(yǎng)液回收化提供理論支持。具體技術(shù)方案如下:
[0006]一種基于圖像分析的余液鈣含量的測定方法，其特征在于包括以下步驟:
[0007]步驟一，將余液過濾至清澈無懸浮物后與偶氮胂III試劑反應(yīng)，形成藍(lán)色絡(luò)合物，藍(lán)色深淺采用藍(lán)色度來表征；
[0008]步驟二，利用圖像分析軟件獲取標(biāo)樣的圖像平均藍(lán)色度，由于標(biāo)樣中鈣離子濃度已知，則可以得到鈣離子濃度與圖像平均藍(lán)色度之間的對應(yīng)關(guān)系，利用這種對應(yīng)關(guān)系建立所述標(biāo)樣的濃度與標(biāo)樣的平均藍(lán)色度的線性方程Y=ax+b ；Y為標(biāo)樣濃度，X為標(biāo)樣的平均藍(lán)色度，a、b為常數(shù)；&代表的含義為所做標(biāo)樣藍(lán)色度平均值變化的斜率，b代表的含義為標(biāo)樣在沒加入偶氮胂III時的平均藍(lán)色度；
[0009]步驟三，然后利用圖像分析軟件獲取余液的圖像平均藍(lán)色度，將余液的平均藍(lán)色度值代入所述線性方程中，計算得到余液中鈣的濃度值。
[0010]所述偶氮胂III試劑的配制過程如下:
[0011]溶解0.1g偶氮胂III于IOOmL水中，保存；[0012]所述標(biāo)樣為鈣標(biāo)樣，配制過程如下:
[0013]過程一，精確稱量11.1g氯化鈣固體放入燒杯中，用600毫升蒸餾水溶解，然后轉(zhuǎn)移如IL容量瓶中定容，則標(biāo)樣濃度為0.lmol/L ；
[0014]過程二,將氯化|丐標(biāo)準(zhǔn)液I暈升、2暈升、4暈升、6暈升、8暈升、10暈升依次分別放入20毫升容量的不同的各試管中，依次在試管中分別加入蒸餾水9毫升、8毫升、6毫升、4毫升、2毫升、O毫升的蒸餾水，得各試管中鈣離子濃度依次為0.01,0.02,0.04,0.06,0.08、0.lmol/L ；
[0015]過程三，在所述各試管中分別加入3毫升偶氮胂III試劑；
[0016]過程四，獲取標(biāo)準(zhǔn)曲線時需要測定的樣品即標(biāo)樣至少5個；
[0017]過程五，將所述各試管放于試管架上，以白紙板為背景。
[0018]所述步驟一中余液過濾時的過濾材料為定性濾紙。
[0019]本發(fā)明具有有益效果。
[0020]本發(fā)明提出了一種余液中鈣離子濃度的檢測方法。與傳統(tǒng)的檢測方法相比，本發(fā)明具有以下幾個方面的優(yōu)勢:
[0021]傳統(tǒng)的原子吸收法無法現(xiàn)場測定，本發(fā)明提供的圖像法可以現(xiàn)場測定。將數(shù)碼相機(jī)拍攝的圖像，通過無線傳輸?shù)姆绞絺鞯接嬎銠C(jī)或直接輸入筆記本電腦就可以獲取分析數(shù)據(jù)，實現(xiàn)現(xiàn)場檢測。
[0022]本發(fā)明的圖像分析法可以重復(fù)多次進(jìn)行，解決了原子吸收法測定是由于系統(tǒng)不穩(wěn)定而造成重復(fù)性差的問題。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0024]實施例一:測定江蘇大學(xué)溫室中番茄的余液中鈣離子含量
[0025]步驟I，標(biāo)準(zhǔn)液和偶氮胂III溶液的配制:溶解0.1g偶氮胂III于IOOmL水中，保存。
[0026]精確稱量11.1g氯化鈣固體放入燒杯中，用600毫升蒸餾水溶解，然后轉(zhuǎn)移如IL容量瓶中定容，則標(biāo)樣濃度為0.lmol/L。
[0027]步驟2,將氯化|丐標(biāo)準(zhǔn)液I暈升、2暈升、4暈升、6暈升、8暈升、10暈升依次分別放入20毫升容量的不同的各試管中，依次在試管中分別加入蒸餾水9毫升、8毫升、6毫升、4毫升、2毫升、O毫升的蒸餾水，得各試管中鈣離子濃度依次為0.01,0.02,0.04,0.06,0.08、
0.lmol/L ;然后在每個試管中加入3毫升配制好的偶氮胂III ;放置于試管架上，以白紙板為背景，保持物距在50cm，利用像素為500萬的佳能數(shù)碼相機(jī)正面水平對放有標(biāo)樣的試管架進(jìn)行拍攝，獲取圖像；在上述圖像上，選取每根試管上正面同一高度的藍(lán)色區(qū)域，利用圖像分析軟件SigmaScanPro5對這些區(qū)域進(jìn)行分析,獲取標(biāo)準(zhǔn)樣的平均藍(lán)色度；建立標(biāo)樣濃度與平均藍(lán)色度之間的線性方程Y=0.0022Xx+-0.2631 ;系數(shù)的確定過程如下:
[0028]通過SigmaScanPro5確定不同試管的平均藍(lán)色度分別為120、126、138、145、153、160，以平均藍(lán)色度為縱坐標(biāo)，以各試管中鈣離子濃度為橫坐標(biāo)，作圖，求取趨勢線方程，則趨勢線方程中的常數(shù)即為a、b的取值
[0029]步驟3，吸取過濾后的余液4毫升，加入3毫升配制好的偶氮胂III，放置于試管架上，以白紙板為背景，保持物距在50cm，利用像素為500萬的佳能數(shù)碼相機(jī)正面水平對放有標(biāo)樣的試管架進(jìn)行拍攝，獲取圖像；在上述圖像上，選取每根試管上正面同一高度的藍(lán)色區(qū)域，利用圖像分析軟件SigmaScanPro5對這些區(qū)域進(jìn)行分析,獲取余液的平均藍(lán)色度，將余液的平均藍(lán)色度代入線性方程，計算出鈣元素的含量，見表1。同時采用原子吸收法測定余液中鈣離子含量作為比較
[0030]實施例二:測定江蘇大學(xué)溫室黃瓜余液中鈣離子濃度[0031 ] 步驟I，按實施例1中步驟I進(jìn)行
[0032]步驟2，按實施例1中步驟2進(jìn)行，最后建立標(biāo)樣濃度與平均藍(lán)色度之間的線性方程Y=0.0037XX-0.2919 ;步驟3，按實施例1中步驟3進(jìn)行，具體鈣含量見表1。同時采用原子吸收法測定余液中鈣離子含量作為比較。
[0033]表1.采用火焰光度計法與圖像法測定余液中鈣離子含量比較(平均值土標(biāo)準(zhǔn)差，n=5)
【權(quán)利要求】
1.一種基于圖像分析的余液鈣含量的測定方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟一，將余液過濾至清澈無懸浮物后與偶氮胂III試劑反應(yīng)，形成藍(lán)色絡(luò)合物，藍(lán)色深淺采用藍(lán)色度來表征； 步驟二，利用圖像分析軟件獲取標(biāo)樣的圖像平均藍(lán)色度，由于標(biāo)樣中鈣離子濃度已知，則可以得到鈣離子濃度與圖像平均藍(lán)色度之間的對應(yīng)關(guān)系，利用這種對應(yīng)關(guān)系建立所述標(biāo)樣的濃度與標(biāo)樣的平均藍(lán)色度的線性方程Y=ax+b ；Y為標(biāo)樣濃度，X為標(biāo)樣的平均藍(lán)色度，a、b為常數(shù)；a代表的含義為所做標(biāo)樣藍(lán)色度平均值變化的斜率，b代表的含義為標(biāo)樣在沒加入鈷亞硝酸鈉時的平均藍(lán)色度； 步驟三，然后利用圖像分析軟件獲取余液的圖像平均藍(lán)色度，將余液的平均藍(lán)色度值代入所述線性方程中，計算得到余液中鈣的濃度值。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于圖像分析的余液鈣含量的測定方法，其特征在于所述鈷亞硝酸鈉試劑的配制過程如下: 溶解0.1g偶氮胂III于IOOmL水中,保存； 精確稱量11.1g氯化鈣固體放入燒杯中，用600毫升蒸餾水溶解，然后轉(zhuǎn)移如IL容量瓶中定容，則標(biāo)樣濃度為0.lmol/L。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于圖像分析的余液鈣含量的測定方法，其特征在于所述標(biāo)樣為鈣標(biāo)樣，配制過程如下: 精確稱量11.1g氯化鈣固體放入燒杯中，用600毫升蒸餾水溶解，然后轉(zhuǎn)移如IL容量瓶中定容，則標(biāo)樣濃度為0.lmol/L ； 過程二，將氯化韓標(biāo)準(zhǔn)液I暈升、2暈升、4暈升、6暈升、8暈升、10暈升依次分別放入20暈升容量的不同的各試管中，依次在試管中分別加入蒸懼水9暈升、8暈升、6暈升、4暈升、2毫升、O毫升的蒸餾水，得各試管中鈣離子濃度依次為0.01,0.02,0.04,0.06,0.08、0.lmol/L ； 過程三，在所述各試管中分別加入3毫升偶氮胂III試劑； 過程四，獲取標(biāo)準(zhǔn)曲線時需要測定的樣品即標(biāo)樣至少5個； 過程五，將所述各試管放于試管架上，以白紙板為背景。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于圖像分析的余液鈣含量的測定方法，其特征在于:所述步驟一中余液過濾時的過濾材料為定性濾紙。
【文檔編號】G01N21/78GK103592299SQ201310585806
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月20日
【發(fā)明者】倪紀(jì)恒, 付為國, 高建民, 毛罕平, 陳大鵬 申請人:江蘇大學(xué)