Цифровой цветометрический анализатор для определения состава веществ на основе полимерных оптодов

• Автор: Силушкин, Станислав Владимирович
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 126 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Состояние проблемы цифрового цветометрического анализа

(ЦЦА)

1 Л. Оптические методы количественного химического анализа

1ЛЛ. Спектрофотометрические методы анализа

1Л .2. Колориметрические методы анализа

1.2. Основы цифрового цветометрического анализа

1.2.1. Цветовая координатная система

1.2.2. Расчет цветовых координат

1.2.3. Преобразование и обработка цветовой информации

1.3. Выводы к главе
ГЛАВА 2. Реализация ЦЦА с применением прозрачных полимерных
оптодов
2.1. Шкала для измерения цвета на основе оптодов
2.1.1. Шкалы для измерений цвета
2.1.2. Прозрачные полимерные оптоды
2.1.3. Построение цветовой шкалы на основе оптодов
2.2. Метод определения количества анализируемого вещества по цветовой шкале
2.2.1. Определение цветового различия
2.2.2 Выбор системы представления цвета
2.2.3. Метод расчета концентрации веществ
2.3. Выводы к главе
ГЛАВА 3. Мобильный цветометрический комплекс для определения состава веществ
3.1. Аппаратная реализация ЦЦ-анализатора
3.1.1. Выбор 1ШВ-датчика
3.1.2. Структурная схема ЦЦ-анализатора
3.2.Программное обеспечение комплекса ЦЦ-анализатора
3.2.1. Графический пакет ГаЬУ1ЕУ
3.2.2. Управление микроконтроллером
3.2.3. Цифровой анализатор
3.3. Выводы к главе
ГЛАВА 4. Экспериментальные исследования ЦЦАс применением
прозрачных полимерных оптодов
4.1. Экспериментальная апробация ЦЦА
4.1.1. Определение количества серебра по цветовой шкале с использованием оптода на основе полиметакрилатной матрицы с иммобилизованным дитизоном
4.1.2. Оценка метода определения количества вещества по цветовой шкале в сравнение со спектрофотометрией на примере определения серебра
4.2. Практическая апробация ЦЦ-анализатора
4.2.1. Проверка правильности определения координат цвета с помощью разработанного виртуального прибора
4.2.2. Сравнение результатов цифрового цветометрического анализа и твердофазной спектрофотометрии: определение концентрации кобальта
4.2.3. Сравнение результатов цифрового цветометрического анализа и твердофазной спектрофотометрии: определение концентрации кобальта в стандартных образцах
4.2.4. Расчет метрологических характеристик результатов определения концентрации кобальта в цифровом цветометрическом анализе
4.2.5. Оценка инструментальных погрешностей
4.3. Выводы к главе
Заключение
Список литературы
Приложение. Акты внедрения результатов диссертационной работы
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Оперативный контроль состава веществ требуется в различных производственных процессах (например, водоочистка и водо-подготовка), в экологическом мониторинге, в биометрическом и биомедицинском анализе (например, анализ крови на содержание ионов лития, специфических белков, витаминов). Для этих целей, как правило, используются
оптические методы определения количеств веществ, имеющие наиболее широкое применение.
Наибольшее распространение получил спектрофотометрический метод количественного химического анализа, при котором определяется оптическая плотность исследуемых образцов с последующим их пересчетом в значения концентрации анализируемых компонентов. При таком методе получаемый оптический спектр может иметь сложный характер, что усложняет интерпретацию измеренных данных. Традиционные спектрофотометры обычно предназначены для химического анализа веществ в жидкой фазе и требуют обязательной пробоподготовки, а также высокой квалификации персонала. Эти приборы обладают неудовлетворительными, габаритными размерами и массой (5-8 кг), что ограничивает их применение для' организации экспресс-анализа, в частности, в полевых условиях.
Использование цветометрической информации в химическом анализе началось в 1960-е годы, когда были предложены индикаторы, изменяющие цвет в зависимости от присутствия того или иного вещества, например, индикаторы концентрации водородных ионов или индикаторы металлов. Однако эти аналитические методы по существу были и остаются качественными, а не количественными.
В последние десятилетия получил распространение новый оптический аналитический метод - цифровой цветометрический анализ (ЦЦА), в котором в качестве чувствительных элементов используются не кюветы с раствором, а химические сенсоры (хемосенсоры) в виде мембран, созданных из реа-
синего - голубой, а синий и красный - пурпурный. Если смешать одинаковые по количеству излучения всех трех цветов, то в результате получаем белый свет. Эти цвета называют аддитивными, а синтез цвета - аддитивным. Данная модель применима для описания цвета синтезированного в проходящем или излучаемом свете. Визуальное восприятие цвета по некоторым теориям, рассматриваемых в работах [8, 41, 66-69], также основано на модели 1ЮВ. Эту модель представляют в виде трехмерной системы координат, в которой каждая координата отражает вклад своей составляющей в результирующий цвет в диапазоне от нуля до максимального значения. Цветовое пространство 1ШВ, полученное таким образом, представляет собой куб, внутри которого и «находятся» все цвета, рис. 1.10 [79].
Рис. 1.10. Цветовая модель 1ШВ
Особенности этой модели:
— первая точка — начало координат (в этой точке все составляющие равны нулю, излучение отсутствует) - это точка черного цвета;
- вторая точка, где все составляющие имеют максимальное значение -белый цвет;