智能手機(jī)三原色光譜解析法在分析化學(xué)中的應(yīng)用研究.pdf

1、在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中追求分析設(shè)備的簡(jiǎn)單化和小型化，符合綠色分析化學(xué)的時(shí)代要求。以小型的手持設(shè)備如數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)等工具為分析手段，便捷地解決某些定量分析化學(xué)問(wèn)題已成為可能。這種分析方法不僅保留了目視比色法靈活方便的優(yōu)點(diǎn)，也克服了目視比色法難以完成定量測(cè)定的缺點(diǎn)，在分光光度計(jì)不能使用或不便使用的場(chǎng)所，起到對(duì)分光光度計(jì)的一個(gè)補(bǔ)充作用。這方面的研究在一定程度上為便攜式檢測(cè)發(fā)展起到了積極的推動(dòng)作用。
　　數(shù)碼成像比色法因其簡(jiǎn)單的設(shè)備、靈活的操作等優(yōu)

2、點(diǎn)，越來(lái)越受到人們的關(guān)注。今年，Talanta期刊上登載了此方面的較為系統(tǒng)的綜述。作為數(shù)碼成像比色分析法的一個(gè)典型例子，不得不提起2014年瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院 Kai Johnsson和他同事發(fā)表在 Nature Chemical Biology上的論文。他們用數(shù)碼照相機(jī)成功測(cè)定了30位病人的甲氨蝶呤濃度，結(jié)果與熒光偏振免疫測(cè)定法相當(dāng)接近。這種手持設(shè)備大大降低了檢測(cè)成本，在未來(lái)的研究中將會(huì)發(fā)揮更大的作用表明應(yīng)用小型數(shù)碼設(shè)備在時(shí)時(shí)藥物檢測(cè)領(lǐng)

3、域存在廣闊的應(yīng)用前景。
　　由于智能手機(jī)不僅擁有方便的攝像功能，也能為很多軟件提供運(yùn)行的環(huán)境，所以將智能手機(jī)應(yīng)用到的分析化學(xué)領(lǐng)域中越來(lái)越多的受到關(guān)注。在已經(jīng)發(fā)表的文章中，最初的研究者是利用待測(cè)物的顏色變化即灰度值的變化進(jìn)行定量檢測(cè)。灰度是最簡(jiǎn)單的顏色分析模式，它是一系列從黑色到白色的過(guò)度顏色，即是用亮度衡量顏色的不同。有人采用RGB顏色模型進(jìn)行分析測(cè)定。RGB是由紅（Red）、綠(Green)、藍(lán)(Blue)三原色的顏色相加混合成

4、的一種顏色模型，通過(guò)RGB值可以對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分析。還有人應(yīng)用CMYK、XYZ、LAB、HSV顏色模型進(jìn)行一些分析測(cè)定，但是這些測(cè)量除了與待測(cè)物濃度有一定關(guān)系外，還會(huì)受到拍攝距離、燈光強(qiáng)度等實(shí)驗(yàn)條件的嚴(yán)重影響。為了解決這一問(wèn)題，人們普遍采用了拍攝箱來(lái)嚴(yán)格拍攝條件，但這仍然不90能很好地解決測(cè)量數(shù)據(jù)精密度差的問(wèn)題，并且還損害了便攜式工具檢測(cè)的方便性。
　　為了進(jìn)一步解決上述問(wèn)題，本文借鑒了色譜定量的歸一化法，提出了 RGB三原色歸一化法

5、，期望使測(cè)量數(shù)據(jù)的精密度得以提高。為了驗(yàn)證這一設(shè)想，本文以普遍使用的智能手機(jī)為定量測(cè)定工具，在免費(fèi)手機(jī)上下載的RGB color picker顏色分析軟件的輔助下，將待分析物質(zhì)在特殊化學(xué)環(huán)境下發(fā)生的顏色變化，定量解析為紅、綠、藍(lán)三原色的數(shù)值，并將這些數(shù)值與所測(cè)化合物的濃度相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了湖水和衣物中甲醛、復(fù)方氨基酸（18AA-Ⅴ）中半胱氨酸的定量測(cè)定。本文共分為以下4部分：
　　第1部分：緒論。該部分總結(jié)了近年來(lái)應(yīng)用數(shù)碼成像法在化學(xué)

6、中的應(yīng)用，其中涉及到使用的拍照設(shè)備、拍攝環(huán)境、處理圖片的工具、應(yīng)用到的領(lǐng)域等。論述了本文應(yīng)用智能手機(jī)進(jìn)行處理，操作簡(jiǎn)單、快速、準(zhǔn)確，最后結(jié)合實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作對(duì)應(yīng)用此方法的準(zhǔn)確性等進(jìn)行驗(yàn)證。
　　第2部分：該部分建立了一種基于智能手機(jī)測(cè)定水溶液中甲醛的新方法。為了實(shí)現(xiàn)玻璃比色皿中水溶液穩(wěn)定可靠的拍攝效果，自制了一種輕型便攜式的拍攝盒。當(dāng)變色酸和濃硫酸加入到甲醛溶液中，溶液變?yōu)樽仙Ｖ悄苁謾C(jī)可方便地記錄下這種顏色的變化，通過(guò)軟件的解析可獲

7、得R、G、B的數(shù)值。分別考察了單獨(dú)的R、G、B值以及它們的不同代數(shù)組合與甲醛濃度間的線性關(guān)系。當(dāng)甲醛濃度在0.25-6.0μg/mL之間時(shí)R、G、B值的測(cè)量量或 R、G、B值之間的組合與甲醛濃度存在較好的線性關(guān)系。此方法成功應(yīng)用于湖水和衣物中甲醛的測(cè)定，回收率在80.3％和120.1%之間。
　　第3部分：該部分建立了基于膠狀金納米粒子聚沉手機(jī)比色檢測(cè)L-半胱氨酸的新方法。當(dāng)把Tween-20穩(wěn)定化的金納米粒子溶液加入到L-半胱氨

8、酸溶液中時(shí)，溶液顏色發(fā)生變化。金納米粒子溶液的顏色的變化是由于半胱氨酸的巰基與金納米粒子的快速共價(jià)結(jié)合所引起金納米粒子聚集的結(jié)果。在實(shí)驗(yàn)中選用 Tween-20對(duì)金納米粒子進(jìn)行穩(wěn)定，可以防止金納米粒子在貯存過(guò)程中的聚集，以及阻止其它物質(zhì)與金納米粒子的非共價(jià)鍵的非特異性結(jié)合。Tween-20穩(wěn)定的金納米粒子溶液本身為紅顏色，但當(dāng)結(jié)合一定量的半胱氨酸分子時(shí)溶液變?yōu)樗{(lán)色（或紫色）。智能手機(jī)可方便地記錄下這種顏色的變化，通過(guò)軟件的解析可獲得溶液

9、的R、G、B數(shù)值。本文分別考察了單獨(dú)R、G、B值及它們的不同代數(shù)組合與半胱氨酸濃度間的線性關(guān)系。
　　本文將金納米粒子與手機(jī) RGB歸一化法有機(jī)的結(jié)合在一起，將金納米粒子檢測(cè)L-半胱氨酸的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了可視化，這樣就可以方便、快捷地測(cè)定氨基酸注射液中的 L-半胱氨酸。方法成功地用于復(fù)方氨基酸（18AA-Ⅴ）中的L-半胱氨酸的測(cè)定，回收率在81.2%和127.3%之間。
　　第4部分：總結(jié)與展望。該部分對(duì)智能手機(jī)與RGB歸一化法的