溶液显色反应定量分析方法及其检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种溶液显色反应定量分析方法及其检测装置，具体是一种通过显色 反应和电子颜色分析技术进行溶液物质浓度定量分析的方法，并且用该方法设计了的一种 定量分析检测装置，属于分析检测技术领域。
【背景技术】
[0002] 颜色分析法应用于化学物质分析历史悠久，通过检测被测物质对光的反射或透射 信号来分析被测物质的光学特征或溶液中的物质含量（浓度）。常见测量装置包括色差计 和分光光度计。
[0003] 色差计是一种颜色偏差测试仪器，即制作一块模拟与人眼感色灵敏度相当的分光 特性的滤光片，用它对样板进行测光，通过电脑软件自动比较样板与被测物之间的颜色差 异分析色差值，提供配色方案。色差计主要通过对平面、颗粒、粉末、糊状、溶液等样品呈现 的颜色进行精确测量，应用于相关行业，但色差计不适用于液体物质浓度的测量。
[0004] 分光光度计是依据溶液中被测物质因加入选定显色剂发生显色反应，因此产生透 射光谱的现象特征，调节分光棱镜，测定在其特征吸收峰值下的透光率，和预先制定的标准 曲线比较，获得溶液被测物质的浓度数据。
[0005] 分光光度计在水和废水监测分析工作中应用十分广泛。美国水和废水标准检验方 法中分光光度法占37. 4 %，我国水和废水监测分析方法中分光光度法占35% ;在饮用水和 食品分析方法中，近50%的检验是由分光光度法完成。几乎所有的无机离子和有机化合物 都可以直接或间接地用此法进行测定。但是，分光光度计的关键部件之一是"单色器"，含滤 光片、棱镜和光栅。滤光片需人工选用，棱镜转动和光栅移动都需要马达带动。而且显色剂 本身往往具有较深颜色，测量时会干扰测量波长下的产物的光吸收，必须借助于双波长法、 或导数法等进行背景干扰校正。因此仪器结构复杂，制造精密，使用和维护条件苛刻，操作 费时费力。
[0006] 众所周知，近年内国内各类突发性、灾难性事故频繁发生，包括地质灾害、环境污 染、食物中毒、疾病爆发等等，严重影响了人们正常的生活和身体健康。而我国现有的检测 机构和专业人员、检测手段和检测方法尚不能在事故中及时、准确和完整地获取所需要的 数据，从而耽误对灾难的有效处理。再者，在偏僻的山区、农村、高原、海岛等，由于分析检测 条件的限制，也无法及时、准确获取所需要的检测数据。虽然，目前市场上出现了多款便携 式分光光度计，包括PF-12 (德国）、PH0T0FLEX(美国）、UKBS-AquaGem(英国）、CMC1 (美国） 等，但都是采用传统的测量原理和结构，如微处理控制的单光束滤光片，操作较为烦琐，必 须由专业技术人员使用，设备价格昂贵，维护条件苛刻。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是公开一种溶液显色反应定量分析方法，本发明的另外一个目的是 用该方法设计一种定量分析检测装置。
[0008] 为了达到上述目的，本发明根据国际照明协会提出的色空间概念，事先将已经确 定的不同浓度的被测溶液，利用颜色传感器技术，检测显色剂和被测溶液发生显色反应后 剩余显色剂和产物混合液的颜色特征，通过设定模块计算，获得和储存颜色特征和被测物 质浓度之间的关系，作为标准曲线。在进行实际测量时，同样应用颜色传感器技术，检测实 际样品溶液显色反应后的相关颜色特征，通过已经设计和安装的软件模块，根据标准曲线， 获得和显示被测物质的浓度。按照上述方法设计的检测装置，不需要分光棱镜技术，因此结 构简单，自动检测，操作方便快捷。实际应用表明，该装置检测结果准确可靠。
[0009] 溶液显色反应定量分析方法的具体工艺步骤如下：
[0010] 第一步，先将同样份量显色剂加入5~10个已经设定的不同浓度的被测溶液中， 配制成5-10个相应浓度的标准溶液，包括1个空白试验标准溶液，即因显色剂未参与反应 而使被测溶液全部是显色剂的零浓度溶液；以及1个最高浓度的标准溶液，即因为显色剂 与被测溶液完全反应而没有剩余显色剂的溶液，最高浓度标准溶液与零浓度标准溶液的浓 度比是10~50 :1，然后逐一测量各个标准溶液透射光的红、绿和蓝三基色；
[0011] 第二步，应用以色空间概念设计的计算模块，把红、绿和蓝三基色转换为透射光在 色空间内以明度、绿-红色品位、蓝-黄色品位值表示的测量点；
[0012] 第三步，将与第一步同样份量显色剂加入未知浓度待测溶液中，接着测量待测溶 液透射光的红、绿和蓝三基色；根据色空间概念设计的计算模块，把红、绿和蓝三基色转换 为透射光在色空间内以明度、绿-红色品位、蓝-黄色品位值表示的测量点；
[0013] 第四步，将5~10个标准溶液和未知浓度待测溶液在色空间内对应测量点的 绿-红色品位和蓝-黄色品位值，通过色调公式计算各个溶液在色空间内所对应的色调角 度，其中，最高浓度标准溶液在色空间内所对应的色调称为目标物质色调；将5~10个标准 溶液所得数据通过分段多项式拟合形成由色调角度与溶液浓度对应的标准曲线；通过色调 公式计算未知浓度待测溶液所得色调角度数据，通过上述多项式内插计算得到待测溶液浓 度，该方法称色调法，适用于溶液pH检测；或将5~10个标准溶液和未知浓度待测溶液在 色空间内对应测量点的明度、绿-红色品位、蓝-黄色品位值，通过靶色差的计算公式计算 各个溶液在色空间内所对应的靶色差，将5~10个标准溶液所得数据通过二次多项式拟合 形成由靶色差与溶液浓度对应的标准曲线，未知浓度待测溶液所得靶色差数据，通过内插 法计算得到待测溶液浓度；
[0014] 上述的靶色差包括两种方法，一种方法的靶色差是指空白试验溶液和待测溶液在 色空间内对应的两个测量点（A，D)投影到最高浓度标准溶液在色空间Le明度平面内所对
【主权项】
1. 一种溶液显色反应定量分析方法，其特征是： 第一步，先将同样份量显色剂加入5~10个已经设定的不同浓度的被测溶液中，配制 成5-10个相应浓度的标准溶液，包括1个空白试验标准溶液，即因显色剂未参与反应而使 被测溶液全部是显色剂的零浓度溶液；以及1个最高浓度的标准溶液，即因为显色剂与被 测溶液完全反应而没有剩余显色剂的溶液，最高浓度标准溶液与零浓度标准溶液的浓度比 是10~50 :1，然后逐一测量各个标准溶液透射光的红、绿和蓝三基色； 第二步，应用以色空间概念设计的计算模块，把红、绿和蓝三基色转换为透射光在色空 间内以明度、绿-红色品位、蓝-黄色品位值表示的测量点； 第三步，将与第一步同样份量显色剂加入未知浓度待测溶液中，接着测量待测溶液透 射光的红、绿和蓝三基色；根据色空间概念设计的计算模块，把红、绿和蓝三基色转换为透 射光在色空间内以明度、绿-红色品位、蓝-黄色品位值表示的测量点； 第四步，将5~10个标准溶液和未知浓度待测溶液在色空间内对应测量点的绿-红色 品位和蓝-黄色品位值，通过色调公式计算各个溶液在色空间内所对应的色调角度，其中， 最高浓度标准溶液在色空间内所对应的色