一种基于图像分析的余液钾离子的测定方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于图像分析的余液钾含量的测定方法。利用钾离子与钴亚硝酸钠在中性或微酸环境中生产黄色悬浊液，黄色深度与钾离子浓度高度相关。利用图像分析软件获取余液及标样的图像平均黄色度，建立标样的浓度与标样的平均黄色度的线性方程，然后将待测余液的平均黄色度值带入线性方程中，得到余液中钾的浓度值。本发明操作简单，能实现温室栽培中余液钾含量的在线、实时测定，可应用于余液的回收利用。
【专利说明】 一种基于图像分析的余液钾离子的测定方法
【技术领域】
[0001]本发明是采用图像处理测定余液中钾离子含量的方法。属于设施园艺节能减排领域，具体涉及营养液管理技术。
【背景技术】
[0002]与传统的土壤栽培方式相比，无土栽培的优点在于既可以生产廉价的无公害、绿色食品满足人们的生活需求，又能提高水肥利用效率。我国无土栽培面积在2011年已超过3000公顷，全世界营养液栽培面积达到402981公顷。无土栽培面积的迅速增加带来了一系列的问题，其中最严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，直接排入河流的废液弓I起河流和湖泊的富营养化，同时浪费了大量的水肥资源。荷兰在2000年以法律的形式明文规定无土栽培的营养液必须回收利用。我国也于2003年7月I日起实施排污费征收使用管理条例，限制了无土栽培余液的随意排放。鉴于此，研究营养液回收利用技术的研究势在必行。
[0003]要对余液进行回收利用，首先要确定余液量中各离子浓度的多少。钾离子是营养液中含量最多的离子之一，对植物的生长发育起着至关重要的作用。目前钾离子的检测方法主要有火焰光度计或原子吸收法或等离子体法和离子电极法。火焰光度计法等检测方法无法在线实时检测，且操作复杂。离子电极法虽然可以在线检测，但这种方法受环境温度的影响，且需要经常标定，且使用寿命短，价格昂贵。因此研究一种可以在线、实时检测、操作简单的钾离子检测方法，对我国余液回收技术具有十分重要的意义。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种余液中钾离子浓度的检测方法，其原理是依据钾离子与钴亚硝酸钠反应后生产亮黄色悬浊液，在一定范围内黄色悬浊液的深浅与浓度高度相关。
[0005]本发明的目的在于提供一种提供一种余液中钾离子浓度的检测方法，为温室营养液回收化提供理论支持。具体技术方案如下:
一种基于图像分析的余液钾含量的测定方法，其特征在于包括以下步骤:
步骤一，将余液过滤至清澈无悬浮物后与钴亚硝酸钠试剂反应，形成黄色悬浊液，黄色深浅采用黄色度来表征；
步骤二，利用图像分析软件获取标样的图像平均黄色度，由于标样中钾离子浓度已知，则可以得到钾离子浓度与图像平均黄色度之间的对应关系，利用这种对应关系建立所述标样的浓度与标样的平均黄色度的线性方程Y=ax+b ；Y为标样浓度，χ为标样的平均黄色度，a、b为常数；a代表的含义为所做标样黄色度平均值变化的斜率，b代表的含义为标样在没加入钴亚硝酸钠时的平均黄色度；
步骤三，然后利用图像分析软件获取余液的图像平均黄色度，将余液的平均黄色度值代入所述线性方程中，计算得到余液中钾的浓度值。
[0006]所述钴亚硝酸钠试剂的配制过程如下: 溶解23r亚硝酸钠于50mL水中，加入6N的乙酸16.5mL以及六水合硝酸钴静置过夜即得钴亚硝酸钠试剂；滤过或沁取钴亚硝酸钠试剂后保存于深色容器中待用，隔4周后需依上述方法重配钴亚硝酸钠试剂。
[0007]所述标样为钾标样，配制过程如下:
过程一，称取Hg氯化钾溶于IOOOml蒸馏水中得氯化钾标准液；
过程二，将氯化钾标准液0.5晕升、1.0晕升、1.5晕升、2.0晕升、2.5晕升、3.0晕升、
3.5晕升、4.0晕升、4.5晕升、5.0晕升、5.5晕升、6.0晕升、6.5晕升、7.0晕升,依次分另丨撤入20毫升容量的不同的各试管中，依次在试管中分别加入蒸馏水6.5毫升、6.0毫升、5.5晕升、5.0晕升、4.5晕升、4.0晕升、3.5晕升、3.0晕升、2.5晕升、2.0晕升、1.5晕升、1.0晕升、0.5毫升、O毫升的蒸馏水，得各试管中钾离子浓度依次为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、
0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1.0%、1.1%、1.2%、1.3%、1.4% ；
过程三，在所述各试管中分别加入3毫升钴亚硝酸钠试剂；
过程四，获取标准曲线时需要测定的样品即标样至少5个；
过程五，将所述各试管放于试管架上，以白纸板为背景。
[0008]所述步骤一中余液过滤时的过滤材料为定性滤纸。
[0009]本发明具有有益效果。
[0010]本发明提出了一种余液中钾离子浓度的检测方法。与传统的检测方法相比，本发明具有以下几个方面的优势:
传统的火焰光度计法无法现场测定，本发明提供的图像法可以现场测定。将数码相机拍摄的图像，通过无线传输的方式传到计算机或直接输入笔记本电脑就可以获取分析数据，实现现场检测。
[0011]本发明的图像分析法可以重复多次进行，解决了火焰光度计法或离子电极法测定是由于系统不稳定而造成重复性差的问题。
【具体实施方式】
[0012]下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。
[0013]实施例一:测定江苏大学温室中番茄的余液中钾离子含量
步骤I，标准液和钴亚硝酸钠溶液的配制:溶解23r亚硝酸钠于50mL水中，加入6N的乙酸16.5mL以及六水合硝酸钴3g静置过夜。每隔4周必须重配，试剂保存于棕色瓶中。称取14g氯化钾溶于IOOOml蒸懼水中。
[0014]步骤2，分别吸取氯化钾标准液 0.5,1.0,1.5,2.0,2.5,3.0,3.5,4.0,4.5,5.0、
5.5>6.0>6.5>7.0晕升依次放入20晕升试管中，在所述试管中依次分别加入6.5>6.0>5.5、
5.0,4.5,4.0,3.5,3.0,2.5,2.0,1.5,1.0,0.5、0毫升的蒸馏水，则所述各试管中钾离子浓度分别为 0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1.0%、1.1%、1.2%、1.3%、
1.4%。；然后在每个试管中加入3毫升配制好的钴亚硝酸钠；放置于试管架上，以白纸板为背景，保持物距在50cm，利用像素为500万的佳能数码相机正面水平对放有标样的试管架进行拍摄，获取图像；在上述图像上，选取每根试管上正面同一高度的黄色区域，利用图像分析软件SigmaScan Pro5对这些区域进行分析,获取标准样的平均黄色度；建立标样浓度与平均黄色度之间的线性方程Y=-0.4502Xx+12.5206 ;系数的确定过程如下:通过SigmaScan Pro5确定不同试管的平均黄色度分别为12.48、12.43、12.39、12.34、12.3,12.25,12.21,12.16,12.11,12.05,12.03,11.98,11.94,11.89，以平均黄色度为纵坐标，以各试管中钾离子浓度为横坐标，作图，求取趋势线方程，则趋势线方程中的常数即为
a、b的取值步骤3，吸取过滤后的余液4毫升，加入3毫升配制好的钴亚硝酸钠，放置于试管架上，以白纸板为背景，保持物距在50cm，利用像素为500万的佳能数码相机正面水平对放有标样的试管架进行拍摄，获取图像；在上述图像上，选取每根试管上正面同一高度的黄色区域，利用图像分析软件SigmaScan Pro5对这些区域进行分析,获取余液的平均黄色度，将余液的平均黄色度代入线性方程，计算出钾元素的含量，见表1。同时采用火焰光度计法测定余液中钾离子含量作为比较
实施例二:测定江苏大学温室黄瓜余液中钾离子浓度 步骤1，按实施例1中步骤I进行
步骤2，按实施例1中步骤2进行，最后建立标样浓度与平均黄色度之间的线性方程Y=-0.2502Xx+110.5206 ;步骤3，按实施例1中步骤3进行，具体钾含量见表1。同时采用火焰光度计法测定余液中钾离子含量作为比较。
[0015]表1.采用火焰光度计法与图像法测定余液中钾离子含量比较(平均值土标准差，n=5)
【权利要求】
1.一种基于图像分析的余液钾含量的测定方法，其特征在于包括以下步骤: 步骤一，将余液过滤至清澈无悬浮物后与钴亚硝酸钠试剂反应，形成黄色悬浊液，黄色深浅采用黄色度来表征； 步骤二，利用图像分析软件获取标样的图像平均黄色度，由于标样中钾离子浓度已知，则可以得到钾离子浓度与图像平均黄色度之间的对应关系，利用这种对应关系建立所述标样的浓度与标样的平均黄色度的线性方程Y=ax+b ；Y为标样浓度，X为标样的平均黄色度，a、b为常数；a代表的含义为所做标样黄色度平均值变化的斜率，b代表的含义为标样在没加入钴亚硝酸钠时的平均黄色度； 步骤三，然后利用图像分析软件获取余液的图像平均黄色度，将余液的平均黄色度值代入所述线性方程中，计算得到余液中钾的浓度值。
2.根据权利要求1所述的基于图像分析的余液钾含量的测定方法，其特征在于所述钴亚硝酸钠试剂的配制过程如下: 溶解23g亚硝酸钠于50mL水中，加入6N的乙酸16.5mL以及六水合硝酸钴3g静置过夜即得钴亚硝酸钠试剂；滤过或沁取钴亚硝酸钠试剂后保存于深色容器中待用，隔4周后需依上述方法重配钴亚硝酸钠试剂。
3.根据权利要求1所述的基于图像分析的余液钾含量的测定方法，其特征在于所述标样为钾标样，配制过程如下: 过程一，称取Hg氯化钾溶于IOOOml蒸馏水中得氯化钾标准液； 过程二，将氯化钾标准液0.5晕升、1.0晕升、1.5晕升、2.0晕升、2.5晕升、3.0晕升、3.5晕升、4.0晕升、4.5晕升、5.0晕升、5.5晕升、6.0晕升、6.5晕升、7.0晕升,依次分另丨撤入20毫升容量的不同的各试管中，依次在试管中分别加入蒸馏水6.5毫升、6.0毫升、5.5晕升、5.0晕升、4.5晕升、4.0晕升、3.5晕升、3.0晕升、2.5晕升、2.0晕升、1.5晕升、1.0晕升、0.5毫升、O毫升的蒸馏水，得各试管中钾离子浓度依次为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1.0%、1.1%、1.2%、1.3%、1.4% ； 过程三，在所述各试管中分别加入3毫升钴亚硝酸钠试剂； 过程四，获取标准曲线时需要测定的样品即标样至少5个； 过程五，将所述各试管放于试管架上，以白纸板为背景。
4.根据权利要求1所述的基于图像分析的余液钾含量的测定方法，其特征在于:所述步骤一中余液过滤时的过滤材料为定性滤纸。
【文档编号】G01N21/78GK103592297SQ201310562701
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月14日 优先权日:2013年11月14日
【发明者】倪纪恒, 付为国, 高建民, 毛罕平, 陈大鹏 申请人:江苏大学