基于数字图像技术的溶液PH值测定方法研究

胡肇烜 张凌雪

摘要：PH值测定在生物医学研究、医学临床诊断、工农业生产中具有重要应用价值。本文基于数字图像技术，设计并实现了一种应用手机APP进行溶液PH值测定方法。该方法方便、简洁，成功克服传统比色法中不同实验者主观判断差异的不利因素，并提高了比色法PH值测量精度。

关键词：图像处理；PH值测量；比色法

中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）08-0089-02

1 引言

PH值亦称氢离子浓度指数，是溶液中氢离子活度的一种标度，也就是通常意义上溶液酸碱程度的衡量标准。PH值测定在生物医学研究、医学临床诊断、工农业生产中具有重要应用价值。目前常用的测定方法[1-2]有两种：电极法和比色法。电极法从经典的玻璃电极到新型绝缘栅场效应管电极，其结构形式多种多样，但都存在内部阻抗高，易受外界干扰等问题，PH值测量结果会出现跳变、漂移等现象。比色法虽然不受到外界干扰，但标准比对色模板有限，造成测量值分辨率较低，且受检测人主观因素影响。本文将数字图像处理技术引入传统比色法中，应用Android系统手机采集图像数据，应用开发App软件分析并计算PH值。实验证明，该方法有效提高了比色法的测量精度。

2 测量方法

2.1 数字图像技术[3-5]

数字图像，又称数码图像或数位图像，可用数组或矩阵表示。像素是数字图像的基本元素，每个像素具有整数行（高）和列（宽）位置坐标，同时每个像素都具有整数灰度值或颜色值。数字图像可以用数码相机、扫描仪等获得，可分成二值图像、灰度图像、彩色图像。彩色图像是由三幅不同颜色的灰度图像组合而成，一个为红色，一个为绿色，另一个为蓝色。彩色图像可以转换成灰度图像，其转换关系如公式1所示。

本文就是基于彩色图像RGB值随着溶液PH值变化规律进行高分辨率PH值测定。

2.2 PH试纸标准色码

本文应用华为荣耀手机对PH试纸标准色码进行拍照，获取如图1所示的数码图像。对获取图像进行图像处理，读取不同色码一定区域像素RGB值平均值，并绘出图2所示的颜色变化曲线。其中红色曲线为R值，绿色曲线为G值，蓝色曲线为B值，黑色曲线为灰度值，计算公式为公式1。

由图2可见，在标准色卡之间RGB有一定间隔，且具有一定的变换规律，表明本文提出测量方法完全可行。

2.3 实验过程

本文采用饮料脉动作为测试溶液，通过加水稀释方法获得不同PH值。实验开始时，首先应用电极法，即购买的PH值电极测定仪测得脉动饮料溶液PH值；再应用吸管吸取测试溶液滴在PH测试试纸质上，1秒后，将测试试纸和标准色卡并排放置一起，这主要是解决光照非均匀、曝光时间等问题，打开华为荣耀手机上自己开发APP采集图像，并进行数据分析，计算出测试溶液PH值；对比电极测定仪和APP测定的脉动溶液PH值。加水稀释脉动饮料溶液，并按照如上所属过程进行实验。

2.4 实验结果

本文进行多次实验，测得不同浓度下脉动饮料PH值。图3为PH值为4.01的采集图像，左侧为标准色卡，右侧为试纸。图4为PH值为5.24的采集图像，左侧为标准色卡，右侧为试纸。应用本文提出方法测得结果分别为：4.15， 5.3。

3 结语

实验结果表明：基于数字圖像技术的PH测量值和电极法测量仪测定值基本吻合。实验误差可能主要来源于两个方面：即比色法的光照非均匀性、数字图像处理时感兴趣区域选择；作为溶液PH准确值的电极测量仪测量波动等几个方面。

参考文献

[1]张瑾.“用比色法探究pH对酶活性的影响”教学设计[J]. 生物学通报，2016，51（9）：22-24.

[2]王晓元，张校亮，谭慷，李晓春.利用智能手机和应用程序确定颜色主波长的pH比色法定量[J].分析试验室，2018，（3）：34-36.

[3] 朱莉玲.数字图像处理技术与应用研究[J].信息系统工程，2016，（4）：84-84.

[4]袁长斌.数字图像处理技术的发展现状与发展趋势探析[J].电子技术与软件工程，2016，（2）：101-102.

[5]董德磊，舒力，王德超，曹建明.数字图像处理技术在喷雾方面的应用[J].汽车实用技术，2017，（3）：3-4.