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一種基于圖像分析的余液鉀離子的測定方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于圖像分析的余液鉀含量的測定方法。利用鉀離子與鈷亞硝酸鈉在中性或微酸環境中生產黃色懸濁液，黃色深度與鉀離子濃度高度相關。利用圖像分析軟件獲取余液及標樣的圖像平均黃色度，建立標樣的濃度與標樣的平均黃色度的線性方程，然后將待測余液的平均黃色度值帶入線性方程中，得到余液中鉀的濃度值。本發明操作簡單，能實現溫室栽培中余液鉀含量的在線、實時測定，可應用于余液的回收利用。
【專利說明】 一種基于圖像分析的余液鉀離子的測定方法
【技術領域】
[0001]本發明是采用圖像處理測定余液中鉀離子含量的方法。屬于設施園藝節能減排領域，具體涉及營養液管理技術。
【背景技術】
[0002]與傳統的土壤栽培方式相比，無土栽培的優點在于既可以生產廉價的無公害、綠色食品滿足人們的生活需求，又能提高水肥利用效率。我國無土栽培面積在2011年已超過3000公頃，全世界營養液栽培面積達到402981公頃。無土栽培面積的迅速增加帶來了一系列的問題，其中最嚴重的是余液的排放日益增多。排出的余液污染了土壤、地表水和地下水，直接排入河流的廢液弓I起河流和湖泊的富營養化，同時浪費了大量的水肥資源。荷蘭在2000年以法律的形式明文規定無土栽培的營養液必須回收利用。我國也于2003年7月I日起實施排污費征收使用管理條例，限制了無土栽培余液的隨意排放。鑒于此，研究營養液回收利用技術的研究勢在必行。
[0003]要對余液進行回收利用，首先要確定余液量中各離子濃度的多少。鉀離子是營養液中含量最多的離子之一，對植物的生長發育起著至關重要的作用。目前鉀離子的檢測方法主要有火焰光度計或原子吸收法或等離子體法和離子電極法。火焰光度計法等檢測方法無法在線實時檢測，且操作復雜。離子電極法雖然可以在線檢測，但這種方法受環境溫度的影響，且需要經常標定，且使用壽命短，價格昂貴。因此研究一種可以在線、實時檢測、操作簡單的鉀離子檢測方法，對我國余液回收技術具有十分重要的意義。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是提供一種余液中鉀離子濃度的檢測方法，其原理是依據鉀離子與鈷亞硝酸鈉反應后生產亮黃色懸濁液，在一定范圍內黃色懸濁液的深淺與濃度高度相關。
[0005]本發明的目的在于提供一種提供一種余液中鉀離子濃度的檢測方法，為溫室營養液回收化提供理論支持。具體技術方案如下:
一種基于圖像分析的余液鉀含量的測定方法，其特征在于包括以下步驟:
步驟一，將余液過濾至清澈無懸浮物后與鈷亞硝酸鈉試劑反應，形成黃色懸濁液，黃色深淺采用黃色度來表征；
步驟二，利用圖像分析軟件獲取標樣的圖像平均黃色度，由于標樣中鉀離子濃度已知，則可以得到鉀離子濃度與圖像平均黃色度之間的對應關系，利用這種對應關系建立所述標樣的濃度與標樣的平均黃色度的線性方程Y=ax+b ；Y為標樣濃度，χ為標樣的平均黃色度，a、b為常數；a代表的含義為所做標樣黃色度平均值變化的斜率，b代表的含義為標樣在沒加入鈷亞硝酸鈉時的平均黃色度；
步驟三，然后利用圖像分析軟件獲取余液的圖像平均黃色度，將余液的平均黃色度值代入所述線性方程中，計算得到余液中鉀的濃度值。
[0006]所述鈷亞硝酸鈉試劑的配制過程如下: 溶解23r亞硝酸鈉于50mL水中，加入6N的乙酸16.5mL以及六水合硝酸鈷靜置過夜即得鈷亞硝酸鈉試劑；濾過或沁取鈷亞硝酸鈉試劑后保存于深色容器中待用，隔4周后需依上述方法重配鈷亞硝酸鈉試劑。
[0007]所述標樣為鉀標樣，配制過程如下:
過程一，稱取Hg氯化鉀溶于IOOOml蒸餾水中得氯化鉀標準液；
過程二，將氯化鉀標準液0.5暈升、1.0暈升、1.5暈升、2.0暈升、2.5暈升、3.0暈升、
3.5暈升、4.0暈升、4.5暈升、5.0暈升、5.5暈升、6.0暈升、6.5暈升、7.0暈升,依次分另丨撤入20毫升容量的不同的各試管中，依次在試管中分別加入蒸餾水6.5毫升、6.0毫升、5.5暈升、5.0暈升、4.5暈升、4.0暈升、3.5暈升、3.0暈升、2.5暈升、2.0暈升、1.5暈升、1.0暈升、0.5毫升、O毫升的蒸餾水，得各試管中鉀離子濃度依次為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、
0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1.0%、1.1%、1.2%、1.3%、1.4% ；
過程三，在所述各試管中分別加入3毫升鈷亞硝酸鈉試劑；
過程四，獲取標準曲線時需要測定的樣品即標樣至少5個；
過程五，將所述各試管放于試管架上，以白紙板為背景。
[0008]所述步驟一中余液過濾時的過濾材料為定性濾紙。
[0009]本發明具有有益效果。
[0010]本發明提出了一種余液中鉀離子濃度的檢測方法。與傳統的檢測方法相比，本發明具有以下幾個方面的優勢:
傳統的火焰光度計法無法現場測定，本發明提供的圖像法可以現場測定。將數碼相機拍攝的圖像，通過無線傳輸的方式傳到計算機或直接輸入筆記本電腦就可以獲取分析數據，實現現場檢測。
[0011]本發明的圖像分析法可以重復多次進行，解決了火焰光度計法或離子電極法測定是由于系統不穩定而造成重復性差的問題。
【具體實施方式】
[0012]下面結合實施例對本發明的技術方案做進一步詳細說明。
[0013]實施例一:測定江蘇大學溫室中番茄的余液中鉀離子含量
步驟I，標準液和鈷亞硝酸鈉溶液的配制:溶解23r亞硝酸鈉于50mL水中，加入6N的乙酸16.5mL以及六水合硝酸鈷3g靜置過夜。每隔4周必須重配，試劑保存于棕色瓶中。稱取14g氯化鉀溶于IOOOml蒸懼水中。
[0014]步驟2，分別吸取氯化鉀標準液 0.5,1.0,1.5,2.0,2.5,3.0,3.5,4.0,4.5,5.0、
5.5>6.0>6.5>7.0暈升依次放入20暈升試管中，在所述試管中依次分別加入6.5>6.0>5.5、
5.0,4.5,4.0,3.5,3.0,2.5,2.0,1.5,1.0,0.5、0毫升的蒸餾水，則所述各試管中鉀離子濃度分別為 0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1.0%、1.1%、1.2%、1.3%、
1.4%。；然后在每個試管中加入3毫升配制好的鈷亞硝酸鈉；放置于試管架上，以白紙板為背景，保持物距在50cm，利用像素為500萬的佳能數碼相機正面水平對放有標樣的試管架進行拍攝，獲取圖像；在上述圖像上，選取每根試管上正面同一高度的黃色區域，利用圖像分析軟件SigmaScan Pro5對這些區域進行分析,獲取標準樣的平均黃色度；建立標樣濃度與平均黃色度之間的線性方程Y=-0.4502Xx+12.5206 ;系數的確定過程如下:通過SigmaScan Pro5確定不同試管的平均黃色度分別為12.48、12.43、12.39、12.34、12.3,12.25,12.21,12.16,12.11,12.05,12.03,11.98,11.94,11.89，以平均黃色度為縱坐標，以各試管中鉀離子濃度為橫坐標，作圖，求取趨勢線方程，則趨勢線方程中的常數即為
a、b的取值步驟3，吸取過濾后的余液4毫升，加入3毫升配制好的鈷亞硝酸鈉，放置于試管架上，以白紙板為背景，保持物距在50cm，利用像素為500萬的佳能數碼相機正面水平對放有標樣的試管架進行拍攝，獲取圖像；在上述圖像上，選取每根試管上正面同一高度的黃色區域，利用圖像分析軟件SigmaScan Pro5對這些區域進行分析,獲取余液的平均黃色度，將余液的平均黃色度代入線性方程，計算出鉀元素的含量，見表1。同時采用火焰光度計法測定余液中鉀離子含量作為比較
實施例二:測定江蘇大學溫室黃瓜余液中鉀離子濃度 步驟1，按實施例1中步驟I進行
步驟2，按實施例1中步驟2進行，最后建立標樣濃度與平均黃色度之間的線性方程Y=-0.2502Xx+110.5206 ;步驟3，按實施例1中步驟3進行，具體鉀含量見表1。同時采用火焰光度計法測定余液中鉀離子含量作為比較。
[0015]表1.采用火焰光度計法與圖像法測定余液中鉀離子含量比較(平均值土標準差，n=5)
【權利要求】
1.一種基于圖像分析的余液鉀含量的測定方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟一，將余液過濾至清澈無懸浮物后與鈷亞硝酸鈉試劑反應，形成黃色懸濁液，黃色深淺采用黃色度來表征； 步驟二，利用圖像分析軟件獲取標樣的圖像平均黃色度，由于標樣中鉀離子濃度已知，則可以得到鉀離子濃度與圖像平均黃色度之間的對應關系，利用這種對應關系建立所述標樣的濃度與標樣的平均黃色度的線性方程Y=ax+b ；Y為標樣濃度，X為標樣的平均黃色度，a、b為常數；a代表的含義為所做標樣黃色度平均值變化的斜率，b代表的含義為標樣在沒加入鈷亞硝酸鈉時的平均黃色度； 步驟三，然后利用圖像分析軟件獲取余液的圖像平均黃色度，將余液的平均黃色度值代入所述線性方程中，計算得到余液中鉀的濃度值。
2.根據權利要求1所述的基于圖像分析的余液鉀含量的測定方法，其特征在于所述鈷亞硝酸鈉試劑的配制過程如下: 溶解23g亞硝酸鈉于50mL水中，加入6N的乙酸16.5mL以及六水合硝酸鈷3g靜置過夜即得鈷亞硝酸鈉試劑；濾過或沁取鈷亞硝酸鈉試劑后保存于深色容器中待用，隔4周后需依上述方法重配鈷亞硝酸鈉試劑。
3.根據權利要求1所述的基于圖像分析的余液鉀含量的測定方法，其特征在于所述標樣為鉀標樣，配制過程如下: 過程一，稱取Hg氯化鉀溶于IOOOml蒸餾水中得氯化鉀標準液； 過程二，將氯化鉀標準液0.5暈升、1.0暈升、1.5暈升、2.0暈升、2.5暈升、3.0暈升、3.5暈升、4.0暈升、4.5暈升、5.0暈升、5.5暈升、6.0暈升、6.5暈升、7.0暈升,依次分另丨撤入20毫升容量的不同的各試管中，依次在試管中分別加入蒸餾水6.5毫升、6.0毫升、5.5暈升、5.0暈升、4.5暈升、4.0暈升、3.5暈升、3.0暈升、2.5暈升、2.0暈升、1.5暈升、1.0暈升、0.5毫升、O毫升的蒸餾水，得各試管中鉀離子濃度依次為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1.0%、1.1%、1.2%、1.3%、1.4% ； 過程三，在所述各試管中分別加入3毫升鈷亞硝酸鈉試劑； 過程四，獲取標準曲線時需要測定的樣品即標樣至少5個； 過程五，將所述各試管放于試管架上，以白紙板為背景。
4.根據權利要求1所述的基于圖像分析的余液鉀含量的測定方法，其特征在于:所述步驟一中余液過濾時的過濾材料為定性濾紙。
【文檔編號】G01N21/78GK103592297SQ201310562701
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月14日 優先權日:2013年11月14日
【發明者】倪紀恒, 付為國, 高建民, 毛罕平, 陳大鵬 申請人:江蘇大學