一种调节盘式芯片光反射角度增大吸光度的水质检测方法与流程

本发明属于水质分析检测，具体涉及一种调节盘式芯片光反射角度增大吸光度的水质检测方法。

背景技术：

1、微流控技术已经在生物、医疗行业广泛运用，但是在水质分析行业还是比较新颖。这重点的技术屏障就是如何在提取的微量水液中，也能有效地进行水质检测化学含量分析。微流控技术最主要的技术手段就是采样微流，因此形成的废液污染也是微流。

2、对水质分析检测的方法中，光电检测法是最普遍使用的方法。通过特定波长的光照射待检试剂水样，然后在对面的接收光处安置接收传感器（光电二极管pd），通过pd接收到光照度的强弱，把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。根据电信号变化计算出其吸光度值，计算方法为a=lg(v0/vi)，其中a为吸光度值，v0为水样本底值，vi为待测水样值。把a值带入标定的曲线中p=a*a + b，其中a、b为浓度拟合曲线系数，能够计算出水样的真实浓度值。

3、从上面的计算方法中可以得知，如果a值越大，曲线系数a就可以越小，得到的浓度值p的分辨率则越高。而根据朗伯比尔定律：a = kbc，其中k为吸光系数，与pd材料有关为恒定值；b为光程，与被测试剂的液体厚度有关，c为试剂浓度，当待测试剂选定后，c值也恒定。因此光程b值是最直接影响吸光度a变化范围的参数。

4、微流控行业设备中，一般采用盘式芯片作为检测载体，其厚度一般为3-5mm，对比常规的15mm试剂瓶光程直径，很难准确的计算出低浓度水样的吸光度值。公开号为cn104849222a的发明专利公开了一种基于光度检测的旋转碟式微流控浓度测量装置与方法，其通过已知光程与最佳浓度产生吸光度的对应关系，乘以稀释比例反推待检测液的精确浓度，可以在一定程度上补偿光程固定所引起检测误差，但是无法增大低浓度水样的吸光度。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了一种调节盘式芯片光反射角度增大吸光度的水质检测方法，用于解决现有技术无法通过调节光程来增大低浓度水样的吸光度。

2、本发明公开一种调节盘式芯片光反射角度增大吸光度的水质检测方法，所述方法包括：

3、获取本底液或0浓度标液试剂在不同光源入射角度下的光照信号值，建立第一光照信号值表；

4、获取不同浓度的试剂在不同光源入射角度下的光照信号值，建立第二光照信号值表；

5、根据所述第一信号值表建立不同光源入射角度对应的0浓度光照信号值曲线；

6、基于第二光照信号值表，分别以所述不同浓度的试剂浓度为满量程浓度，拟合出不同光源入射角度下对应的浓度曲线系数，得到不同光源入射角度对应的量程浓度范围；

7、采集待测水样在符合其量程浓度范围的最大光源入射角度位置下的光电信号值，并计算待测试剂的吸光度值；

8、获取符合待测水样量程浓度范围的最大光源入射角度位置下对应的浓度曲线系数，结合吸光度值计算待测水样的真实浓度值。

9、在以上技术方案的基础上，优选的，所述盘式芯片的光源选用led特定波长光源，光源与pd在同一水平位置，方向均朝下，检测池底部涂镜面膜反射材料，用于反射光源信号，pd每次以角度θ1水平移动，每移动一次对应一个的光源入射角度，所述光源入射角度为光源射入检测池的光线与法线的夹角。在以上技术方案的基础上，优选的，所述获取本底液或0浓度标液试剂在不同光源入射角度下的光照信号值和获取不同浓度的试剂在不同光源入射角度下的光照信号值的过程中，以检测池的法线处为起始角度，以电平变化大于100mv的角度为终点角度。

10、在以上技术方案的基础上，优选的，设光源与检测池的距离为 h，则不同光源入射角度 b i为：

11、设光源与检测池的距离为 h，则不同光源入射角度为：

12、

13、

14、其中， i=1,2,…, n， n为测量总数， l i为光源入射角度对应的光程的一半， d为检测池光程厚度，不同光源入射角度组成数组。

15、在以上技术方案的基础上，优选的，所述以所述不同浓度的试剂为满量程浓度，根据所述0浓度光照信号值曲线拟合出不同光源入射角度下对应的浓度曲线系数具体包括：

16、根据第一光照信号值表和第二光照信号值表计算出不同浓度的试剂在不同光源入射角度下的吸光度值矩阵a；吸光度值矩阵a的不同行对应不同种浓度，不同列对应不同光源入射角度；

17、根据试剂浓度与吸光度值之间的转换关系，通过不同浓度的试剂的已知浓度矩阵p、不同光源入射角度下的吸光度值矩阵a进行线性回归，拟合出不同光源入射角度下对应的浓度曲线系数[ a m, b m]， m=1,2,…,m，m为吸光度值矩阵a的列数。

18、在以上技术方案的基础上，优选的，所述采集待测水样在符合其量程浓度范围的光源入射角度下的光电信号值，并计算待测试剂的吸光度值具体包括：

19、采集待测水样在检测池法线处的反射的光照信号值，确定符合待测水样量程浓度范围的最大光源入射角度，调整离心电机角度至符合待测水样量程浓度范围的最大光源入射角度位置，得到待测水样的光照信号值 v a ′；

20、根据0浓度光照信号值曲线获取所述符合待测水样量程浓度范围的光源入射角度位置下对应的0浓度光照信号值 v 0 ′，计算出待测水样的吸光度值 a a ′= lg( v 0 ′/ v a ′)。

21、在以上技术方案的基础上，优选的，所述确定符合待测水样量程浓度范围的最大光源入射角度，具体包括：

22、测定待测水样在任意一个光源入射角度下的吸光度值；

23、从吸光度值矩阵a中索引出与待测水样在任意一个光源入射角度下的吸光度值最接近的浓度值；

24、根据所述最接近的浓度值确定符合待测水样的量程浓度范围和对应的满量程浓度；

25、根据吸光度值矩阵a中不同光源入射角度对应的量程浓度范围确定该满量程浓度对应的光源入射角度中的最大角度。

26、在以上技术方案的基础上，优选的，所述计算待测水样的真实浓度值的公式为：

27、 p a = a′* a a ′+b′

28、其中， a′、 b′为光源入射角度下的浓度曲线系数， a a ′为待测水样的吸光度值。

29、本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

30、1）本发明通过调节光源入射角度来测试不同浓度的试剂在不同光源入射角度下的光照信号值，拟合出不同光源入射角度下对应的浓度曲线系数，得到不同光源入射角度对应的量程浓度范围以及不同浓度下的吸光度值，以此来定位符合待测水样的量程浓度范围且光源入射角度最大的角度位置，从而在其量程浓度范围内增大待测水样的光程，使其在该角度位置下的吸光度系数最大、检测浓度量程最低，且浓度分辨率最高，达到既能提高低浓度水样的吸光度值，也能满足中、高浓度的光强透射率的效果；

31、2）本发明根据第一光照信号值表和第二光照信号值表计算出不同浓度的试剂在不同光源入射角度下的吸光度值矩阵，根据试剂浓度与吸光度值之间的转换关系，通过线性回归，拟合出不同光源入射角度下对应的浓度曲线系数，可以适用于不同光源入射角度、不同浓度的待测水样的精细化计算，提高测量准确度；

32、3）本发明通过测定待测水样在任意一个光源入射角度下的吸光度值，从吸光度值矩阵中索引出与待测水样在任意一个光源入射角度下的吸光度值最接近的浓度值，从而确定符合待测水样的量程浓度范围和对应的满量程浓度，最后根据不同光源入射角度对应的量程浓度范围确定该满量程浓度对应的光源入射角度中的最大角度，可以快速定位出既符合待测水样的量程浓度范围、又使得光程最大、吸光度值最大的光源入射角度，提高测量效率。