李海燕，張校亮，李曉春*

(1.太原理工大學(xué) 新型傳感器與智能控制教育部與山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山西 太原 030024；2.太原理工大學(xué) 物理與光電工程學(xué)院,山西 太原 030024)

基于顏色主波長(zhǎng)與補(bǔ)色波長(zhǎng)的比色法定量檢測(cè)

李海燕1,2，張校亮1,2，李曉春1,2*

(1.太原理工大學(xué) 新型傳感器與智能控制教育部與山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山西 太原 030024；2.太原理工大學(xué) 物理與光電工程學(xué)院,山西 太原 030024)

利用sRGB(Standard RGB)顏色空間與國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)色度系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化關(guān)系以及CIE 1931色品圖的性質(zhì)，編寫MATLAB程序?qū)崿F(xiàn)了顏色的RGB信息到顏色主波長(zhǎng)或補(bǔ)色波長(zhǎng)的轉(zhuǎn)化，并將此程序用于分析面光源下采集到的顯色產(chǎn)物的圖片。利用顏色的主波長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)pH值的定量檢測(cè)，利用顏色的補(bǔ)色波長(zhǎng)完成了對(duì)亞硝酸根離子的定量檢測(cè)。當(dāng)pH值分別在4.0～7.0和7.5～10.0范圍內(nèi)，pH值均與其顯色產(chǎn)物顏色的主波長(zhǎng)呈線性變化；亞硝酸根離子濃度在10～40 mg/L范圍內(nèi)與其顯色產(chǎn)物顏色的補(bǔ)色波長(zhǎng)有良好的線性關(guān)系，通過結(jié)合圖片的G值分析，擴(kuò)大了傳統(tǒng)吸收光譜法的檢測(cè)范圍。

主波長(zhǎng)；程序；pH值；亞硝酸鹽；比色分析

比色法是以生成有色化合物的顯色反應(yīng)為基礎(chǔ)，通過比較或測(cè)量有色物質(zhì)溶液的顏色深度來確定待測(cè)組分含量的方法，廣泛用于生物、醫(yī)學(xué)、化學(xué)、環(huán)境等方面的檢測(cè)。常用的比色法有目視比色法、光電比色法以及數(shù)字圖片比色法。目視比色法的主要優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單和操作簡(jiǎn)便，但眼睛觀察存在主觀誤差，準(zhǔn)確度較低；而光電比色法如分光光度法消除了主觀誤差，提高了測(cè)量準(zhǔn)確度。

近年來，在快速檢測(cè)以及前期篩選的研究中，數(shù)字圖片比色法的應(yīng)用越來越廣泛，其原理包括圖像采集和圖片處理兩部分[1-3]。常用的圖像采集工具有掃描儀、CCD 或CMOS成像儀、數(shù)碼相機(jī)、智能手機(jī)等；而處理圖片則根據(jù)顯色產(chǎn)物的特點(diǎn)來選擇不同的顏色模型，并由專業(yè)的圖片處理軟件或開發(fā)相關(guān)的手機(jī)APP來完成。對(duì)于顯色色調(diào)單一的反應(yīng)，通常采用圖片處理軟件Photoshop來分析顏色。 在檢測(cè)中[4-5]先對(duì)樣本進(jìn)行成像，然后將圖片從RGB模式轉(zhuǎn)換為CMYK模式或灰度模式，建立Y值或灰度強(qiáng)度與待檢測(cè)物濃度之間的關(guān)系。這類反應(yīng)不需要進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換，直接分析顯色產(chǎn)物的RGB值即可完成定量檢測(cè)。而對(duì)于色調(diào)明顯變化的顯色反應(yīng)，此類方法不再適用。典型的如對(duì)pH值的檢測(cè)，Shen等[6]建立了不同pH值與其顯色產(chǎn)物的色品坐標(biāo)之間的三維關(guān)系，但該方法相對(duì)比較復(fù)雜。Yetisen等[7]使用CIE 1931色品圖，通過相關(guān)算法計(jì)算得到樣品的pH值。Devadhasan等[8]發(fā)現(xiàn)不同pH值溶液各色品點(diǎn)的歐幾里德距離與pH值之間呈一定的線性關(guān)系，但文中未直接給出歐幾里德距離與pH值之間的擬合直線。除此之外，部分比色分析基于金納米粒子，如Jing等[9]通過程序?qū)渭{米粒子的RGB信息經(jīng)CIE色度系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為顏色的波長(zhǎng)，進(jìn)而計(jì)算得到單個(gè)納米金粒子的直徑。但文獻(xiàn)的程序中只提及綠色的金納米粒子與其波長(zhǎng)的轉(zhuǎn)化，未說明程序的適用范圍。Cheng等[10]通過改變成像光源，使得紅移很小的金納米粒子之間的色差信號(hào)放大，從而大大降低了三聚氰胺的檢測(cè)限。

本文通過sRGB顏色空間與CIE色度系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換，以及CIE 1931色品圖的性質(zhì)，將圖片的RGB顏色信息轉(zhuǎn)化為顏色的主波長(zhǎng)(或補(bǔ)色波長(zhǎng))，并使用MATLAB軟件編寫程序?qū)崿F(xiàn)了轉(zhuǎn)化過程。同時(shí)，使用此程序處理LED面光源[11]下用智能手機(jī)采集到的顯色產(chǎn)物的圖片，從而利用顏色的主波長(zhǎng)完成了pH 4.0～10.0范圍的定量檢測(cè)，利用顏色的G值和補(bǔ)色波長(zhǎng)完成了濃度范圍為0～40 mg/L的亞硝酸根離子的定量檢測(cè)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

亞硝酸鈉(≥99.0%)、甲醇(≥99.5%)、無水乙醇(≥99.7%)、碳酸鈉(≥99.8%l)、碳酸氫鈉(≥99.5%)、溴百里香酚藍(lán)(變色范圍6.0～7.6)，均為分析純?cè)噭?gòu)于Kermel公司；磺胺(≥99%)、鹽酸萘基乙二胺(98%)，均為分析純?cè)噭?，?gòu)于Aladdin公司；檸檬酸(≥99.5%，ACS，Sigma-Aldrich公司)；無水磷酸氫二鈉(≥99.5%，分子生物學(xué)級(jí)，Aladdin公司)；甲基紅(變色范圍4.5～6.2)、百里酚藍(lán)(變色范圍1.2～2.8，8.0～9.6)、酚酞(變色范圍8.0～10.0)，購(gòu)于Kermel公司；氫氧化鈉(97%，ACS，Aladdin公司)；噴墨打印機(jī)專用連供墨水(廈門億色科技有限公司)；實(shí)驗(yàn)用水為去離子水(電阻率18.2 MΩ·cm)。

UV-3100PC紫外-可見分光光度計(jì)(上海美普達(dá)儀器有限公司)，pH計(jì)(奧豪斯STARTER 3100)，LED 面光源(18 cm×18 cm，20 W，佛山飛力照明科技有限公司)，智能手機(jī)(Coolpad Dazon F2)，電子天平(奧豪斯先行者)，Pipet-LiteXLS手動(dòng)單道移液槍(美國(guó)梅特勒托利多公司)，SK-1快速混勻器(金陵市科析儀器有限公司)，10 mm×4 mm玻璃比色皿(山西譽(yù)興盛實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司)，超純水儀(美國(guó)賽默飛世爾科技公司)。

1.2 MATLAB程序的編寫及驗(yàn)證

MATLAB程序主要包括：將采集到的圖片RGB信息轉(zhuǎn)化為D65照明體下CIE 1931色品圖的色品坐標(biāo)；通過色品坐標(biāo)計(jì)算各種顏色的主波長(zhǎng)(或補(bǔ)色波長(zhǎng))。

將青色、品紅色和黃色3種墨水以不同比例兩兩混合，形成一系列有梯度的顏色，通過以下兩種方法計(jì)算其主波長(zhǎng)(或補(bǔ)色波長(zhǎng))：①手機(jī)采集所有顏色的圖片，并用MATLAB程序計(jì)算顏色的主波長(zhǎng)(或補(bǔ)色波長(zhǎng))；②使用紫外-可見分光光度計(jì)得到溶液的吸光譜或透射譜，并根據(jù)公式⑴～⑹計(jì)算顏色的主波長(zhǎng)(或補(bǔ)色波長(zhǎng))。

1.3 溶液的配制

不同pH值溶液：0.1 mol/L檸檬酸溶液和0.2 mol/L磷酸氫二鈉溶液以不同比例混合得到pH值4.0～8.5(pH值間隔0.5)的溶液，0.1 mol/L碳酸氫鈉溶液和0.1 mol/L碳酸鈉溶液以不同比例混合后分別得到pH值為9.0，9.5，10.0的溶液。所有溶液的pH值均由pH計(jì)測(cè)定。

pH顯色劑：分別稱取百里酚藍(lán)0.01 g，甲基紅0.32 g，溴百里香酚藍(lán)1.20 g，酚酞1.20 g，混合并研勻后，用200 mL 濃度為95%的無水乙醇充分溶解，并加150 mL水稀釋。用0.1 mol/L氫氧化鈉溶液中和至剛好顯綠色，并加水定容至400 mL。

亞硝酸鈉溶液：稱取0.025 g亞硝酸鈉粉末，溶于25 mL水中，得到1 000 mg/L的亞硝酸鈉溶液。以此為母液，分別配制濃度為0，1，2，5，10，12，15，20，25，30，40 mg/L的亞硝酸鈉溶液。

顯色劑：稱取0.172 2 g磺胺、0.051 8 g鹽酸萘乙二胺和0.317 g檸檬酸，溶于20 mL甲醇中，于低溫下避光保存。

2 結(jié)果與討論

2.1 MATLAB程序可行性的驗(yàn)證研究

輸入設(shè)備(如掃描儀、數(shù)碼相機(jī))對(duì)顏色的響應(yīng)為RGB數(shù)字控制值；顯示設(shè)備(如顯示器)在RGB數(shù)字值的控制下會(huì)顯示一定的顏色，該顏色滿足sRGB顏色空間。而當(dāng)顏色信息從輸入設(shè)備傳遞到顯示設(shè)備時(shí)，先將滿足輸入設(shè)備特性的顏色值轉(zhuǎn)化為表征人眼視覺的CIE色度值，再轉(zhuǎn)化為滿足顯示設(shè)備特性的顏色值。因此，圖片在顯示器上顯示時(shí)，圖片的顏色信息既滿足sRGB顏色空間，也滿足sRGB顏色空間與CIE色度系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化關(guān)系。具體的轉(zhuǎn)化關(guān)系如下所示[12-15]：

在8位編碼的情況下，R，G，B取0～255整數(shù)，令：

(1)

當(dāng)R′,G′,B′≤0.040 45時(shí)：

(2)

而當(dāng)R′,G′,B′>0.040 45時(shí)：

(3)

則r,g,b3個(gè)因子與對(duì)應(yīng)形成的混合色光在D65照明體下的CIE XYZ色度值有如下關(guān)系：

(4)

且對(duì)應(yīng)的色品坐標(biāo)為：

(5)

主波長(zhǎng)是指某一種光譜色的波長(zhǎng)，用符號(hào)λd表示，通過色品坐標(biāo)可以計(jì)算顏色的主波長(zhǎng)(或補(bǔ)色波長(zhǎng))。如圖1所示，對(duì)于顏色點(diǎn)S1的主波長(zhǎng)，可由白點(diǎn)O(如CIE標(biāo)準(zhǔn)光源D65)與S1連線的延長(zhǎng)線與光譜軌跡的交點(diǎn)L代表的光譜色波長(zhǎng)所決定。但并不是所有顏色都有主波長(zhǎng)，色品圖中連接白點(diǎn)與光譜軌跡兩端點(diǎn)所形成的三角形區(qū)域內(nèi)，各色品均無主波長(zhǎng)，這是因?yàn)檫B接光譜軌跡兩端點(diǎn)直線上所有的色光色，均由400 nm的藍(lán)光和700 nm的紅光混合而成。對(duì)于這部分顏色的波長(zhǎng)可由其補(bǔ)色波長(zhǎng)表示，用符號(hào)-λd或λc表示。 例如，對(duì)于三角形區(qū)域內(nèi)的顏色點(diǎn)S2，其補(bǔ)色波長(zhǎng)由點(diǎn)O與點(diǎn)S2連線的反向延長(zhǎng)線與光譜軌跡的交點(diǎn)Q點(diǎn)代表的光譜色波長(zhǎng)來決定。綜上所述，具有相同波長(zhǎng)的兩個(gè)顏色點(diǎn)(如S1和L)或兩個(gè)互補(bǔ)顏色點(diǎn)(如S2和Q)，連接白點(diǎn)與這兩個(gè)顏色點(diǎn)直線的斜率相同。對(duì)于色品圖內(nèi)所有的樣品顏色點(diǎn)，可通過公式(6)[16]計(jì)算斜率，而光譜軌跡上所有光譜色的波長(zhǎng)與斜率一一對(duì)應(yīng)并且已知，因此計(jì)算出樣品點(diǎn)的斜率，再通過查表方可求得該樣品點(diǎn)的波長(zhǎng)。

(6)

公式(6)中,x,y為樣品點(diǎn)(如S1和S2)的色品坐標(biāo)，xn，yn為白點(diǎn)O(如D65照明體)的色品坐標(biāo)。

基于以上，編寫了MATLAB程序，實(shí)現(xiàn)了顏色RGB信息到顏色主波長(zhǎng)(或補(bǔ)色波長(zhǎng))的轉(zhuǎn)化。為驗(yàn)證程序計(jì)算顏色主波長(zhǎng)的準(zhǔn)確性，與公式法計(jì)算顏色主波長(zhǎng)(或補(bǔ)色波長(zhǎng))的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。由于程序以D65照明體為標(biāo)準(zhǔn)光源(即白點(diǎn))，而紫外-可見分光光度計(jì)內(nèi)部使用的可見光源是鹵鎢燈，屬于A類照明體。不同的光源會(huì)影響樣本的色品，所以，需通過紫外-可見分光光度計(jì)結(jié)合公式(7)計(jì)算出D65照明體下的三刺激值，進(jìn)而計(jì)算色品坐標(biāo)與顏色主波長(zhǎng)(或補(bǔ)色波長(zhǎng))。

當(dāng)被測(cè)物體是非自發(fā)光物體時(shí)，透明體在D65照明體下的三刺激值計(jì)算公式如下[16]：

(7)

因此，通過一組不同顏色的樣本溶液(圖2A)，將MATLAB程序計(jì)算的顏色主波長(zhǎng)(或補(bǔ)色波長(zhǎng))與公式法計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如圖2所示。圖2B為樣本溶液(除第7個(gè)樣本外)顏色主波長(zhǎng)的對(duì)比結(jié)果，圖2C為樣本溶液(除第4個(gè)樣本外)補(bǔ)色波長(zhǎng)的對(duì)比結(jié)果。由于第7個(gè)樣本溶液的顏色色品位于圖1中紅色三角形區(qū)域內(nèi)，因此它沒有主波長(zhǎng)，只能計(jì)算其補(bǔ)色波長(zhǎng)。而第4個(gè)樣本溶液的補(bǔ)色色品位于圖1中紅色三角形區(qū)域內(nèi)，因此它只有主波長(zhǎng)，沒有補(bǔ)色波長(zhǎng)。從圖2B和圖2C可以看出，不管是樣本溶液顏色的主波長(zhǎng)還是補(bǔ)色波長(zhǎng)，通過兩種方法計(jì)算的波長(zhǎng)結(jié)果基本吻合。因此，本研究證實(shí)了程序計(jì)算顏色主波長(zhǎng)(或補(bǔ)色波長(zhǎng))的準(zhǔn)確性，以及程序用于提取圖片波長(zhǎng)信息的可行性。

2.2pH值的檢測(cè)

在數(shù)字圖片分析中，最直接簡(jiǎn)便的是分析圖片顏色的RGB值，而對(duì)于色調(diào)發(fā)生明顯變化的顯色反應(yīng)，分析顏色的RGB值與被測(cè)量參數(shù)之間并無明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系。如pH值的檢測(cè)，圖3A為采集到的不同pH值(4.0～10.0)溶液中加入顯色劑后顯色產(chǎn)物的顏色照片。圖3B為pH值分別與其顯色產(chǎn)物顏色的R，G，B值之間的關(guān)系，可以看出，R，G或B值與pH值之間無明顯關(guān)系，因此，直接分析RGB值的方法對(duì)于這一類顯色反應(yīng)不適用。

將采集到的圖片利用程序計(jì)算其主波長(zhǎng)，主波長(zhǎng)值與pH值關(guān)系如圖4所示。圖4A顯示，在pH 4.0～7.0和7.5～10.0的范圍內(nèi)，pH值與其顯色產(chǎn)物顏色的主波長(zhǎng)均呈線性變化關(guān)系。但當(dāng)pH值從7.0變化到7.5時(shí)，顯色產(chǎn)物的顏色主波長(zhǎng)從560 nm左右下降到510 nm左右。主波長(zhǎng)驟降的原因可以用色品圖解釋。如圖4B所示，圖中紅點(diǎn)代表不同pH值溶液顯色后顏色的色品在CIE 1931色品圖上的位置，兩個(gè)箭頭所指的方向代表pH 7.0和pH 7.5時(shí)顯色產(chǎn)物的顏色對(duì)應(yīng)的主波長(zhǎng)。由于在色品圖上顏色分布的不均勻性，尤其綠色的顏色范圍較大，所以在此范圍內(nèi)，顏色變化很小時(shí)，波長(zhǎng)會(huì)有很大的變化。因此，pH值從7.0變化到7.5時(shí)顯色產(chǎn)物的顏色主波長(zhǎng)變化較大。

2.3 亞硝酸根離子濃度的檢測(cè)

亞硝酸根離子的比色分析是基于格里斯重氮化反應(yīng)，最后的顯色產(chǎn)物呈品紅色，且隨著亞硝酸根離子濃度的增加，顯色產(chǎn)物的顏色逐漸加深。因此，可使用RGB顏色模型或CMYK顏色模型來直接分析顯色產(chǎn)物。首先用稀釋不同倍數(shù)的品紅色墨水溶液模擬反應(yīng)。采集稀釋不同倍數(shù)的品紅色溶液的圖片，通過分析這些圖片的RGB值，可以得出品紅色墨水的稀釋比例分別與其顏色的R，G，B值之間的關(guān)系。結(jié)果顯示，隨著品紅色墨水溶液顏色的變化，G值的變化最大，且與品紅色墨水溶液的比例呈很好的線性關(guān)系。

因此，將此方法用于亞硝酸根離子濃度的檢測(cè)。檢測(cè)了不同濃度亞硝酸根溶液在顯色劑作用下顯色產(chǎn)物的圖片，分析了這些圖片顏色的G值，結(jié)果如圖5A所示，從插圖中可以看出亞硝酸根離子濃度在0～10 mg/L范圍內(nèi)與G值存在較好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.977 0，但當(dāng)濃度超過10 mg/L后，G值達(dá)到飽和。由于顯色產(chǎn)物為品紅色，該顏色位于圖1色品圖中紅色三角形區(qū)域內(nèi)，因此使用程序計(jì)算這些顏色的補(bǔ)色波長(zhǎng)，并分析其與亞硝酸根離子濃度的關(guān)系。結(jié)果顯示，亞硝酸根離子濃度在10～40 mg/L范圍內(nèi)，顯色產(chǎn)物的波長(zhǎng)隨濃度增大而減小，并呈良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.989 6。在亞硝酸根離子濃度較小的范圍內(nèi)，顯色產(chǎn)物的補(bǔ)色波長(zhǎng)與亞硝酸根離子濃度間并無明顯關(guān)系，這也可以通過CIE 1931色品圖來解釋。如圖5B所示，品紅色的點(diǎn)代表不同濃度的亞硝酸鹽溶液顯色后顏色的色品在CIE 1931色品圖上的位置。隨著箭頭的方向，亞硝酸根離子的濃度依次增大。由計(jì)算顏色波長(zhǎng)的方法可知，在亞硝酸根離子濃度較小時(shí)，這些色品點(diǎn)與D65白點(diǎn)的連線幾乎在一條直線上，即波長(zhǎng)變化不明顯；而在濃度較大的范圍內(nèi)，色品點(diǎn)與白點(diǎn)連線的斜率開始有明顯變化，因此波長(zhǎng)也有明顯的區(qū)別。所以，在濃度較小的范圍內(nèi)，可使用G值分析亞硝酸鹽溶液的顯色產(chǎn)物，在濃度較大的范圍內(nèi)，使用波長(zhǎng)進(jìn)行分析。

與傳統(tǒng)的分光光度法對(duì)比的結(jié)果顯示，分光光度法在亞硝鹽濃度為0～15 mg/L范圍內(nèi)有較好的線性關(guān)系，而濃度大于15 mg/L時(shí)，吸光度值已趨于飽和。因此，本實(shí)驗(yàn)結(jié)合分析亞硝酸鹽顯色產(chǎn)物的G值與其顏色的補(bǔ)色波長(zhǎng)，增大了亞硝酸根離子的檢測(cè)范圍。

3 結(jié) 論

本文提出了基于顏色主波長(zhǎng)或補(bǔ)色波長(zhǎng)的比色分析方法。利用sRGB顏色空間與CIE色度系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化關(guān)系以及CIE 1931色品圖的性質(zhì)，編寫MATLAB程序，實(shí)現(xiàn)了利用顏色的主波長(zhǎng)或補(bǔ)色波長(zhǎng)進(jìn)行基于顯色反應(yīng)的物質(zhì)的定量檢測(cè)。通過分析顯色反應(yīng)的顏色主波長(zhǎng)和補(bǔ)色波長(zhǎng)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同色調(diào)的顯色反應(yīng)進(jìn)行線性的擬合，并利用該方法提高了同一色調(diào)顯色反應(yīng)的檢測(cè)范圍。以pH值和亞硝酸根檢測(cè)為例，驗(yàn)證了該方法的可行性與準(zhǔn)確性。

[1] Sumriddetchkajorn S,Chaitavon K,Intaravanne Y.Sens.ActuatorsB,2013,182：592-597.

[2] Lopez-Ruiz N,Curto V F,Erenas M M,Benito-Lopez F,Diomand D,Palma A J,Capitan-Vallvey L F.Anal.Chem.,2014,86(19)：9554-9562.

[3] Hong J I,Chang B Y.LabChip,2014,14(10)：1725-1732.

[4] Meng X J,Schultz C W,Cui C E,Li X C,Yu H Z.Sens.ActuatorsB,2015,215：577-583.

[5] Li X,Tian J F,Shen W.Anal.Bioanal.Chem.,2010,396(1)：495-501.

[6] Shen L,Hagen J A,Papautsky I.LabChip,2012,12(21)：4240-4243.

[7] Yetisen A K,Martinez-Hurtado J L,Garcia-Melendrez A,Vasconcellos F D,Lowe C R.Sens.ActuatorsB,2014,196：156-160.

[8] Devadhasan J P,Kim S.Anal.Chim.Acta,2015,858：55-59.

[9] Jing C,Gu Z,Ying Y L,Li D W,Zhang L,Long Y T.Anal.Chem.,2012,84(10)：4284-4291.

[10] Cheng X D,Dai D G,Yuan Z Q,Peng L,He Y,Yeung E S.Anal.Chem.,2014,86(15)：7584-7592.

[11] Yang D D,Zhang X L,Cui C E,Tan K,Li X C.J.Instrum.Anal.(楊冬冬,張校亮,崔彩娥,譚慷,李曉春.分析測(cè)試學(xué)報(bào)),2015,34(10)：1179-1184.

[12] Katoh N,Deguchi T,Berns R S.Opt.Rev.,2001,8(5)：305-314.

[13] Katoh N,Deguchi T,Berns R S.Opt.Rev.,2001,8(5)：397-408.

[14] Xu Y F,Huang M,Jin Y.Chin.J.Liq.Cryst.Disp.(徐艷芳,黃敏,金楊.液晶與顯示),2008,23(6)：771-777.[15] Xu Y F.ColorManagementPrinciplesandApplications.Beijing：Printing Industry Press(徐艷芳.色彩管理原理與應(yīng)用.北京：印刷工業(yè)出版社),2011：1-91.

[16] Hu W J,Tang S Q,Zhu Z F.ModernColorScienceandApplication.Beijing：Beijing Institute of Technology Press(胡威捷,湯順青，朱正芳.現(xiàn)代顏色技術(shù)原理及應(yīng)用.北京：北京理工大學(xué)出版社),2007：31-97.

Colorimetric Analysis for Quantitative Detection Based on the Dominant Wavelength and the Complementary Wavelength of Colors

LI Hai-yan1,2,ZHANG Xiao-liang1,2,LI Xiao-chun1,2*

(1.Key Laboratory of Advanced Transducers and Intelligent Control System Ministry of Education and Shanxi Province,Taiyuan University of Technology,Shanxi Province,Taiyuan 030024；2.College of Physics and Optoelectronics,Taiyuan University of Technology,Shanxi Province,Taiyuan 030024,China)

According to the conversion of sRGB(Standard RGB) color space and CIE(Commission Internationale de L′Eclairage) colorimetric system and the character of the CIE 1931 chromaticity diagram,the MATLAB program was composed to achieve the conversion from the RGB information to the dominant wavelength or the complementary wavelength of one color,and then was utilized to analyze the images of the chromogenic products under the area light source.The quantitative detection of the pH value was realized with the color's dominant wavelength and the detection of the nitrite with the color's complementary wavelength.There are linear relationships between pH value and the color's dominant wavelength of its chromogenic products in the pH value ranges of 4.0-7.0 and 7.5-10.0,respectively.And there is a favorable linear relationship between concentration(10-40 mg/L) of nitrite and color's complementary wavelength of its chromogenic products.Combined with the Green value of the color,the range of detection by the traditional absorption spectrometry was enlarged.

dominant wavelength；program；pH value；nitrite；colorimetric analysis

2016-04-17；

2016-05-22

國(guó)家自然科學(xué)基金(21575098,21505098)；山西省國(guó)際合作項(xiàng)目(2015081019)；山西省回國(guó)留學(xué)人員科研資助項(xiàng)目(2013-038)；山西省高等學(xué)?？萍紕?chuàng)新項(xiàng)目(2015123)

10.3969/j.issn.1004-4957.2016.11.006

O657.3；O433.4

A

1004-4957(2016)11-1403-06

*通訊作者：李曉春，博士，教授，研究方向：光電生物分子檢測(cè)，Tel：0351-3176638，E-mail：lixiaochun@tyut.edu.cn