[發(fā)明專利]一種基于智能手機(jī)的水中氟離子比色傳感器及其應(yīng)用

在審

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• 申請日: 2018-05-24
• 公開（公告）號: CN108387542A
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周小紅;邢云鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 關(guān)暢;王春霞

本發(fā)明公開了一種基于智能手機(jī)的水中氟離子比色傳感器及其應(yīng)用。它包括單色LED光源、散光板、樣品池、透鏡和手機(jī)；所述單色LED光源經(jīng)所述散光板后投射到所述樣品池上，在所述樣品池的透光一側(cè)放置所述透鏡，在所述透鏡的焦距位置放置所述手機(jī)件，且與所述手機(jī)的感光元件對準(zhǔn)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，成本低廉，具有較高的準(zhǔn)確度，能實(shí)現(xiàn)實(shí)際水體中氟化物低成本的現(xiàn)場即時(shí)定量檢測。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于智能手機(jī)的水中氟離子比色傳感器及其應(yīng)用，屬于環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域。

背景技術(shù)

氟是人體維持正常生理活動(dòng)所需微量元素之一，人體從外界攝入的氟過多或者不足都會(huì)影響健康。水中氟含量超標(biāo)(>1mg/L)是造成飲水型氟中毒的主要原因，這種情況在中國絕大部分地區(qū)都存在，特別是干旱和半干旱地區(qū)的淺層或深層地下水，因此開展氟化物檢測及去除研究意義重大。比色法和離子選擇性電極法是定量氟化物的主要手段，其中茜素磺酸鋯比色法因靈敏度高，方法簡單，響應(yīng)快速，特別適宜于地表水及地下水中氟化物的監(jiān)測。但傳統(tǒng)的氟化物比色測定法需要用分光光度計(jì)進(jìn)行吸收光譜的測量，最后根據(jù)朗伯-比爾定律進(jìn)行定量分析。常用的分光光度計(jì)包括臺(tái)式和便攜式，均表現(xiàn)出造價(jià)高、普及化程度低等缺點(diǎn)，難以滿足目前廣泛的水質(zhì)監(jiān)測需求。

隨著智能手機(jī)的日益普及，手機(jī)正逐漸成為人們生活中不可或缺的組成部分，普及化程度逐年升高。智能手機(jī)在硬件上集成了許多高性能的傳感器，比如光傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器，除此之外，還擁有精確的GPS定位功能、高速的數(shù)據(jù)處理能力、優(yōu)秀的人機(jī)交互界面、開放性的操作系統(tǒng)，還能提供完善的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)并具有強(qiáng)大的用戶普及率。這些集成的功能模塊及優(yōu)勢使智能手機(jī)有可能替代傳統(tǒng)比色檢測系統(tǒng)中獨(dú)立的傳感、命令輸入、數(shù)據(jù)分析、結(jié)果顯示等功能，使比色檢測系統(tǒng)小型化、便攜化，以達(dá)到現(xiàn)場、即時(shí)和智能檢測的目的，尤其在條件惡劣和偏遠(yuǎn)地區(qū)的水安全監(jiān)測中有望發(fā)揮重要的作用。基于智能手機(jī)的水質(zhì)組分分析技術(shù)在過去十幾年得到了快速發(fā)展，但目前主要集中在健康及食品安全領(lǐng)域。利用手機(jī)成像原理，結(jié)合茜素磺酸鉛鹽比色法對氟化物進(jìn)行定量的研究也有了一定的報(bào)道，但以往的研究均利用了手機(jī)內(nèi)置閃光燈，雖然減少了外置光源，但是不同手機(jī)閃光燈效果不一樣，較難統(tǒng)一推廣應(yīng)用，且均為白光光源，需要結(jié)合復(fù)雜的光路系統(tǒng)或后續(xù)顏色模型算法實(shí)現(xiàn)氟化物的定量分析。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于智能手機(jī)的水中氟離子比色傳感器及其應(yīng)用，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，成本低廉，具有較高的準(zhǔn)確度，能實(shí)現(xiàn)實(shí)際水體中氟化物低成本的現(xiàn)場即時(shí)定量檢測。

本發(fā)明提供的一種基于智能手機(jī)的水中氟離子比色傳感器，它包括單色LED光源、散光板、樣品池、透鏡和手機(jī)；

所述單色LED光源經(jīng)所述散光板后投射到所述樣品池上，在所述樣品池的透光一側(cè)放置所述透鏡，在所述透鏡的焦距位置放置所述手機(jī)件，且與所述手機(jī)的感光元件對準(zhǔn)。

上述的傳感器中，所述單色LED光源的波長可為560～580nm。

上述的傳感器中，所述光源光經(jīng)散光板后光束角為150～180°。

上述的傳感器中，制成所述散光板的材料包括玻璃、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、壓克力(PMMA)和丙烯酸(MMA)中的至少一種。

上述的傳感器中，所述透鏡為平凸透鏡。

上述的傳感器中，所述手機(jī)的感光元件為CMOS或CCD相機(jī)。

本發(fā)明傳感器中，所述手機(jī)感光元件的像素為市面上常見手機(jī)的像素均能達(dá)到，本發(fā)明實(shí)施例中圖片分析采用200*200pixel都能達(dá)到本發(fā)明目的。

本發(fā)明還提供了上述的傳感器在檢測水體中氟含量中的應(yīng)用。

上述的應(yīng)用中，所述水體具體包括湖泊、河流、水庫、再生水和自來水中的至少一種。