CN109781944A - 一种用于液体样品的智能化学分析***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于液体样品分析技术领域，公开了一种用于液体样品的智能化学分析***及方法，所述用于液体样品的智能化学分析***包括：PH检测模块、色谱图采集模块、质量检测模块、稳定性检测模块、主控模块、振荡模块、移液模块、数据存储模块、显示模块。本发明通过质量检测模块只需对液体的图像进行分析处理，即可确定液体的质量，简化了液体质量检测的过程，提高了液体质量检测的速度，丰富检测方式；同时，通过稳定性检测模块将多次检测的大量样品的TSI分布概率与TSI值建立直方图直接计算出大量液体样品的TSI值分布状态，将不同时间所述液体样品的稳定性指数TSI值建立直观、清楚的雷达图，评价所述液体样品的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于液体样品分析技术领域，尤其涉及一种用于液体样品的智能化学分析***及方法。
背景技术
化学分析是指确定物质化学成分或组成的方法。根据被分析物质的性质可分为无机分析和有机分析。根据分析的要求，可分为定性分析和定量分析。根据被分析物质试样的数量，可分为常量分析、半微量分析、微量分析和超微量分析。工业上的原材料、半制品、成品、农业上的土壤、肥料、饲料以及交通运输上的燃料、润滑剂等，在研究、试制、生产或使用的过程中，都需要应用化学分析。化学分析根据其操作方法的不同，可将其分为滴定分析(titrimetry)和重量分析(gravimetry)。根据滴定所消耗标准溶液的浓度和体积以及被测物质与标准溶液所进行的化学反应计量关系，求出被测物质的含量，这种分析被称为滴定分析，也叫容量分析(volumetry)。利用溶液四大平衡：酸碱(电离)平衡、氧化还原平衡、络合(配位)平衡、沉淀溶解平衡。通过适当的方法如沉淀、挥发、电解等使待测组分转化为另一种纯的、化学组成的固定的化合物而与样品中其他组分得以分离，然后称其质量，根据称得到的质量计算待测组分的含量，这样的分析方法称为重量分析法。重量分析法适用于待测组分含量大于1％的常量分析，其特点是准确度高，因此此法常被用于仲裁分析，但操作麻烦、费时。然而，现有液体样品质量检测方式单一；同时，不能直观获取液体样品稳定性信息。
综上所述，现有技术存在的问题是：现有液体样品质量检测方式单一；同时，不能直观获取液体样品稳定性信息。现有酸度计测量的PH值误差较大，且利用色谱仪采集的色谱信号基线噪声大。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于液体样品的智能化学分析***及方法。
本发明是这样实现的，一种用于液体样品的智能化学分析方法，所述用于液体样品的智能化学分析方法包括：
第一步，利用配置电极斜率校正器的酸度计检测液体样品PH值；利用基于B样条的拉曼光谱基线校正方法校正的液相色谱仪采集液体样品色谱图像；检测液体样品质量数据；检测液体样品稳定性数据；
第二步，利用振荡器对液体样品进行振荡操作；利用械臂装备移液头对液体样品进行移动滴定试验操作；
第三步，利用存储器存储采集的PH值、色谱图像、液体质量、液体稳定性数据；利用显示器显示采集的液体样品的PH值、色谱图像、液体质量、液体稳定性数据。
进一步，所述第一步基于B样条的拉曼光谱基线校正方法包括：利用B样条拟合算法，通过循环迭代的方法，不断逼近光谱信号的基线；具体包括：
(1)输入原始液相色谱仪的色谱信号S0，m维向量，并令其作为被拟合信号u0的初始值，即u0＝S0；
(2)对u0进行B样条拟合，获得拟合曲线un；
(3)比较u0和un每一项的大小，求其最小值并赋予u0；
(4)计算un对u0的相对误差，若大于门限ζ，则返回步骤(2)，继续循环；否则结束循环，获得基线un；
(5)将基线un从原始色谱信号S0中减去，获得校正后的色谱信号Scorrect。
进一步，所述第一步的配置电极斜率校正器对酸度计校正的具体方法包括：在使用时，用两个标准溶液对酸度计灵敏度进行校正，使酸度计的每一个px刻度与离子选择性电极每一个px值的实际电位数相对应起来；电极系数的校正利用调节酸度计放大器的闭环放大倍数力Af来实现，通常采用逐次逼近法；先测定第一种标准溶液，调节“***”，使酸度计示值为该标准溶液的实际px值；再测定第二种标准溶液，调节“电极系数较正器”使酸度计示值为第二种标准溶液的pX值，循环多次，最终实现对酸度计的校正。
本发明的另一目的在于提供一种执行所述用于液体样品的智能化学分析方法的用于液体样品的智能化学分析***，所述用于液体样品的智能化学分析***包括：
PH检测模块，与主控模块连接，用于通过酸度计检测液体样品PH值；
色谱图采集模块，与主控模块连接，用于通过液相色谱仪采集液体样品色谱图像；
质量检测模块，与主控模块连接，用于检测液体样品质量数据；
稳定性检测模块，与主控模块连接，用于检测液体样品稳定性数据；
主控模块，与PH检测模块、色谱图采集模块、质量检测模块、稳定性检测模块、振荡模块、移液模块、数据存储模块、显示模块连接，用于通过单片机控制各个模块正常工作；
振荡模块，与主控模块连接，用于通过振荡器对液体样品进行振荡操作；
移液模块，与主控模块连接，用于通过械臂装备移液头对液体样品进行移动滴定试验操作；
数据存储模块，与主控模块连接，用于通过存储器存储采集的PH值、色谱图像、液体质量、液体稳定性数据；
显示模块，与主控模块连接，用于通过显示器显示采集的液体样品的PH值、色谱图像、液体质量、液体稳定性数据。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述用于液体样品的智能化学分析方法的液体样品分析平台。
本发明的优点及积极效果为：本发明通过质量检测模块只需对液体的图像进行分析处理，即可确定液体的质量，简化了液体质量检测的过程，提高了液体质量检测的速度，丰富检测方式；同时，通过稳定性检测模块将多次检测的大量样品的TSI分布概率与TSI值建立直方图直接计算出大量液体样品的TSI值分布状态，将不同时间所述液体样品的稳定性指数TSI值建立直观、清楚的雷达图，评价所述液体样品的稳定性。酸度计配置电极斜率校正器可有效校正酸度计的误差，提高酸度计的测量精度；基于B样条的拉曼光谱基线校正方法能够对色谱信号的基线进行拟合，从而消除基线漂移，提高信号的精度，消除基线噪声。
附图说明
图1是本发明实施例提供的用于液体样品的智能化学分析***结构示意图；
图2是本发明实施例提供的用于液体样品的智能化学分析方法流程图；
图中：1、PH检测模块；2、色谱图采集模块；3、质量检测模块；4、稳定性检测模块；5、主控模块；6、振荡模块；7、移液模块；8、数据存储模块；9、显示模块。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的用于液体样品的智能化学分析***包括：PH检测模块1、色谱图采集模块2、质量检测模块3、稳定性检测模块4、主控模块5、振荡模块6、移液模块7、数据存储模块8、显示模块9。
PH检测模块1，与主控模块5连接，用于通过酸度计检测液体样品PH值；
色谱图采集模块2，与主控模块5连接，用于通过液相色谱仪采集液体样品色谱图像；
质量检测模块3，与主控模块5连接，用于检测液体样品质量数据；
稳定性检测模块4，与主控模块5连接，用于检测液体样品稳定性数据；
主控模块5，与PH检测模块1、色谱图采集模块2、质量检测模块3、稳定性检测模块4、振荡模块6、移液模块7、数据存储模块8、显示模块9连接，用于通过单片机控制各个模块正常工作；
振荡模块6，与主控模块5连接，用于通过振荡器对液体样品进行振荡操作；
移液模块7，与主控模块5连接，用于通过械臂装备移液头对液体样品进行移动滴定试验操作；
数据存储模块8，与主控模块5连接，用于通过存储器存储采集的PH值、色谱图像、液体质量、液体稳定性数据；
显示模块9，与主控模块5连接，用于通过显示器显示采集的液体样品的PH值、色谱图像、液体质量、液体稳定性数据。
本发明实施例提供的质量检测模块3检测方法如下：
(1)通过摄像器采集液体样本图像；
(2)利用摄像镜头、闪光灯等图像采集装置获取待检测液体的至少一张图像；或获取待检测液体的样本，在样本中加入设定化学试剂后，通过图像采集装置获取待检测液体的样本的至少一张图像；
(3)当获取的图像为一张图像时对获取的图像进行图像识别，确定图像所包含的颜色信息；根据图像颜色信息，获得待检测液体的色度值，预估所述待检测液体中所含物质的类型；将色度值与预设色度值进行比对，确定所述待检测液体的污染级别；对图像进行图像识别和边缘增强处理，确定待检测液体中可见颗粒物的类型浓度信息；根据类型浓度信息，确定所述待检测液体的浑浊度信息；
当获取的图像为连续两张或两张以上图像时，通过人工智能模型，对每张图像进行时序分析，确定待检测液体中所含物质的运动信息；根据运动信息，确定待检测液体中的活物信息；对图像进行分光光度分析，获得对应的吸收光谱曲线；根据吸收光谱曲线，确定待检测液体中所含物质的类型信息。
本发明实施例提供的稳定性检测模块4检测方法如下：
1)启动光检测器，配置检测参数，对液体样品进行检测，获取所述液体样品的浓度值α、高度值h、样品粒子平均直径d；
2)通过光检测器扫描检测近红外光源射入液体样品的光强值，液体样品至少为2ml，光检测器扫描检测的液体样品的高度为h，液体样品的总高度为H，h不大于H；
3)根据预设时间的扫描次数为n内，所有相邻两次扫描的光强的变化值之和与液体样品总高度H之比计算液体样品稳定性指数TSI的值；建立包括样品种类与浓度、不同TSI值对应的概率的关联关系等数据的样品数据库；样品数据库设置不同样品种类的两个或两个以上的TSI概率阈值，根据TSI概率阈值判断所述液体样品的优劣；
步骤2)中，本发明实施例提供的光强值为近红外光源射入液体样品后通过背散射光检测器检测的背散射光强值BS或通过透射光检测器检测的透射光强值T，所述液体样品置于样品池。
如图2所示，本发明实施例提供的用于液体样品的智能化学分析方法包括以下步骤：
S101，利用配置电极斜率校正器的酸度计检测液体样品PH值；利用基于B样条的拉曼光谱基线校正方法校正的液相色谱仪采集液体样品色谱图像；检测液体样品质量数据；检测液体样品稳定性数据；
S102，利用振荡器对液体样品进行振荡操作；利用械臂装备移液头对液体样品进行移动滴定试验操作；
S103，利用存储器存储采集的PH值、色谱图像、液体质量、液体稳定性数据；利用显示器显示采集的液体样品的PH值、色谱图像、液体质量、液体稳定性数据。
S101中，本发明实施例提供的基于B样条的拉曼光谱基线校正方法包括：
利用B样条拟合算法，通过循环迭代的方法，不断逼近光谱信号的基线；
其基本步骤如下：
(1)输入原始液相色谱仪的色谱信号S0(m维向量)，并令其作为被拟合信号u0的初始值，即u0＝S0；
(2)对u0进行B样条拟合，获得拟合曲线un；
(3)比较u0和un每一项的大小，求其最小值并赋予u0；
(4)计算un对u0的相对误差，若大于门限ζ，则返回步骤(2)，继续循环；否则结束循环，获得基线un；
(5)将基线un从原始色谱信号S0中减去，获得校正后的色谱信号Scorrect。
S101中，本发明实施例提供的配置电极斜率校正器对酸度计校正的具体方法包括：在使用时，用两个标准溶液对酸度计灵敏度进行校正，使酸度计的每一个px刻度与离子选择性电极每一个px值的实际电位数相对应起来；电极系数的校正利用调节酸度计放大器的闭环放大倍数力Af来实现，通常采用逐次逼近法；先测定第一种标准溶液，调节“***”，使酸度计示值为该标准溶液的实际px值；再测定第二种标准溶液，调节“电极系数较正器”使酸度计示值为第二种标准溶液的pX值，循环多次，最终实现对酸度计的校正。
本发明工作时，首先，通过PH检测模块1利用酸度计检测液体样品PH值；通过色谱图采集模块2利用液相色谱仪采集液体样品色谱图像；通过质量检测模块3检测液体样品质量数据；通过稳定性检测模块4检测液体样品稳定性数据；其次，主控模块5通过振荡模块6利用振荡器对液体样品进行振荡操作；通过移液模块7利用械臂装备移液头对液体样品进行移动滴定试验操作；然后，通过数据存储模块8利用存储器存储采集的PH值、色谱图像、液体质量、液体稳定性数据；最后，通过显示模块9利用显示器显示采集的液体样品的PH值、色谱图像、液体质量、液体稳定性数据。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (5)
1.一种用于液体样品的智能化学分析方法，其特征在于，所述用于液体样品的智能化学分析方法包括：
第一步，利用配置电极斜率校正器的酸度计检测液体样品PH值；利用基于B样条的拉曼光谱基线校正方法校正的液相色谱仪采集液体样品色谱图像；检测液体样品质量数据；检测液体样品稳定性数据；
第二步，利用振荡器对液体样品进行振荡操作；利用械臂装备移液头对液体样品进行移动滴定试验操作；
第三步，利用存储器存储采集的PH值、色谱图像、液体质量、液体稳定性数据；利用显示器显示采集的液体样品的PH值、色谱图像、液体质量、液体稳定性数据。
2.如权利要求1所述的用于液体样品的智能化学分析方法，其特征在于，所述第一步基于B样条的拉曼光谱基线校正方法包括：利用B样条拟合算法，通过循环迭代的方法，不断逼近光谱信号的基线；具体包括：
(1)输入原始液相色谱仪的色谱信号S0，m维向量，并令其作为被拟合信号u0的初始值，即u0＝S0；
(2)对u0进行B样条拟合，获得拟合曲线un；
(3)比较u0和un每一项的大小，求其最小值并赋予u0；
(4)计算un对u0的相对误差，若大于门限ζ，则返回步骤(2)，继续循环；否则结束循环，获得基线un；
(5)将基线un从原始色谱信号S0中减去，获得校正后的色谱信号Scorrect。
3.如权利要求1所述的用于液体样品的智能化学分析方法，其特征在于，所述第一步的配置电极斜率校正器对酸度计校正的具体方法包括：在使用时，用两个标准溶液对酸度计灵敏度进行校正，使酸度计的每一个px刻度与离子选择性电极每一个px值的实际电位数相对应起来；电极系数的校正利用调节酸度计放大器的闭环放大倍数力Af来实现，通常采用逐次逼近法；先测定第一种标准溶液，调节“***”，使酸度计示值为该标准溶液的实际px值；再测定第二种标准溶液，调节“电极系数较正器”使酸度计示值为第二种标准溶液的pX值，循环多次，最终实现对酸度计的校正。
4.一种执行权利要求1所述用于液体样品的智能化学分析方法的用于液体样品的智能化学分析***，其特征在于，所述用于液体样品的智能化学分析***包括：
PH检测模块，与主控模块连接，用于通过酸度计检测液体样品PH值；
色谱图采集模块，与主控模块连接，用于通过液相色谱仪采集液体样品色谱图像；
质量检测模块，与主控模块连接，用于检测液体样品质量数据；
稳定性检测模块，与主控模块连接，用于检测液体样品稳定性数据；
主控模块，与PH检测模块、色谱图采集模块、质量检测模块、稳定性检测模块、振荡模块、移液模块、数据存储模块、显示模块连接，用于通过单片机控制各个模块正常工作；
振荡模块，与主控模块连接，用于通过振荡器对液体样品进行振荡操作；
移液模块，与主控模块连接，用于通过械臂装备移液头对液体样品进行移动滴定试验操作；
数据存储模块，与主控模块连接，用于通过存储器存储采集的PH值、色谱图像、液体质量、液体稳定性数据；
显示模块，与主控模块连接，用于通过显示器显示采集的液体样品的PH值、色谱图像、液体质量、液体稳定性数据。
5.一种应用权利要求1～3任意一项所述用于液体样品的智能化学分析方法的液体样品分析平台。
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