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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于圖像處理技術(shù)的集成式薄層色譜分析儀的設(shè)計(jì)制作及軟件開(kāi)發(fā)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 通過(guò)自行設(shè)計(jì)、制作安裝和基于圖像處理的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)，完成了一種集熱風(fēng)干燥、圖像采集、分析計(jì)算、數(shù)字化編輯存儲(chǔ)等功能于一身的新型薄層色譜分析儀和實(shí)用軟件。本儀器點(diǎn)樣準(zhǔn)確，薄層板可恒溫烘干，層析圖像實(shí)現(xiàn)了在線采集、編輯存儲(chǔ)，薄層色譜數(shù)據(jù)（Rf值）自動(dòng)計(jì)算；軟件嵌入了薄層色譜數(shù)據(jù)庫(kù)，方便數(shù)據(jù)查詢和實(shí)驗(yàn)結(jié)果比對(duì)。該儀器結(jié)構(gòu)合理，成本較低，實(shí)用性強(qiáng)，可廣泛用于藥物鑒別、有機(jī)化合物及生物樣品的定性分析。
- 詳細(xì)介紹：
- 薄層色譜又稱為薄層層析（Thin Layer Chromatography，簡(jiǎn)稱TLC），是一種吸附薄層色譜分離法，該方法所需樣品量少，分析快速，分析成本低，被廣泛用于化學(xué)分析、中藥鑒別、生物醫(yī)學(xué)、食品加工等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的薄層色譜分析方法是外部點(diǎn)樣，薄層板展開(kāi)完成后，在外部吹干或晾干，再將薄層板置于相應(yīng)波長(zhǎng)紫外燈下或可見(jiàn)光下，肉眼觀察和測(cè)量斑點(diǎn)位置。這就存在以下問(wèn)題：1、點(diǎn)樣點(diǎn)難以準(zhǔn)確定位，烘干過(guò)程較繁瑣且難以觀察部分溫敏藥物的顏色變化，無(wú)法觀察需加熱顯色樣品的薄層斑點(diǎn)；2、紫外燈發(fā)射出的光線對(duì)人眼及皮膚傷害較強(qiáng)；3、薄層板的顏色、斑點(diǎn)和圖像數(shù)據(jù)不能被保存；4、手工測(cè)量精度差。近年來(lái)，不少學(xué)者提出并研究了基于圖像處理的薄層色譜分析技術(shù)，也出現(xiàn)了類似的進(jìn)口設(shè)備，但這些儀器都是針對(duì)薄層照片進(jìn)行處理的，都沒(méi)有實(shí)現(xiàn)圖像的在線采集，也沒(méi)有實(shí)現(xiàn)Rf值的自動(dòng)計(jì)算和樣品的定性分析及數(shù)據(jù)比對(duì)。為解決傳統(tǒng)薄層層析技術(shù)中存在的以上不足，我們制作出一種集熱風(fēng)干燥、圖像在線采集，數(shù)字化編輯存儲(chǔ)等功能于一身的新型薄層色譜分析儀，并編制了配套實(shí)用軟件。 本新型薄層色譜分析儀，采用暗箱式設(shè)計(jì)，包括箱體、攝像裝置、可見(jiàn)光源、254nm紫外光源、365nm紫外光源、底部點(diǎn)樣光源、點(diǎn)樣臺(tái)、觀察窗、取樣窗、開(kāi)關(guān)和電線；其特征在于：還包括熱風(fēng)烘干器、進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口、USB接口和標(biāo)尺；攝像裝置、可見(jiàn)光源、254nm紫外光源和365nm紫外光源固定在頂板上，熱風(fēng)烘干器和標(biāo)尺固定在點(diǎn)樣板上，點(diǎn)樣光源和電路元器件固定在底板上，進(jìn)風(fēng)口設(shè)置在儀器箱體左側(cè)，出風(fēng)口設(shè)置在儀器箱體右側(cè)，帶有活動(dòng)門(mén)的取樣窗設(shè)置在儀器正面；頂板、點(diǎn)樣板和底板分別內(nèi)置在儀器箱體的頂部、中部取樣窗下方和底部，與箱體之間抽拉式活動(dòng)連接。(專利申請(qǐng)?zhí)枺?01120201692.8，申請(qǐng)日：2011-6-15) 本新型薄層色譜分析儀采用一種非明火加熱的鼓引風(fēng)平掃式薄層板烘干器，特征在于：由鼓風(fēng)風(fēng)扇、電加熱板、導(dǎo)流罩、溫度顯示控制儀、溫度探頭和引風(fēng)風(fēng)扇組成，并按鼓風(fēng)風(fēng)扇、導(dǎo)流罩、引風(fēng)風(fēng)扇次序在同一軸線上排列；鼓風(fēng)風(fēng)扇緊貼導(dǎo)流罩安裝在導(dǎo)流罩的進(jìn)風(fēng)口端，電加熱板固定在導(dǎo)流罩內(nèi)的進(jìn)風(fēng)口端，溫度探頭固定在導(dǎo)流罩的出風(fēng)口處，在導(dǎo)流罩出風(fēng)口跨過(guò)薄層板放置區(qū)安裝引風(fēng)風(fēng)扇。解決了現(xiàn)有技術(shù)中的薄層板干燥溫度不可控和存在安全隱患問(wèn)題。（專利申請(qǐng)?zhí)枺?01120202060.3，申請(qǐng)日：2011-6-16） 由于本新型薄層色譜分析儀集成了攝像裝置，通過(guò)USB接口實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的連接，可在計(jì)算機(jī)上觀察薄層層析的相關(guān)情況，通過(guò)相關(guān)軟件可記錄圖像、編輯和計(jì)算數(shù)據(jù)等，實(shí)現(xiàn)了薄層色譜分析的自動(dòng)化計(jì)算和數(shù)字化存儲(chǔ)，特別適合樣品定性分析和鑒別；由于采用暗箱式設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)上觀察，減少了紫外線對(duì)人眼的傷害；本儀器集成了熱風(fēng)烘干器，實(shí)現(xiàn)了薄層板的在線恒溫加熱烘干，也解決了部分熱敏性樣品和需要加熱顯色樣品的快速薄層色譜分析問(wèn)題； 儀器在點(diǎn)樣板上設(shè)有兩根刻度標(biāo)尺，使薄層照片的真實(shí)性和可信度大大增加；儀器所用原材料易得，減少了薄層色譜分析儀的成本，適合推廣使用。 為了提高薄層色譜（薄層層析）技術(shù)自動(dòng)化程度和樣品薄層色譜分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，開(kāi)發(fā)了該薄層色譜分析儀配套實(shí)用軟件---薄層色譜測(cè)試系統(tǒng)（TLC V3.2）。本軟件采用C++語(yǔ)言編寫(xiě)，使用Visual Studio 2010的MFC(Microsoft Foundation Class)的Dialogbased類型構(gòu)建主程序框架，以及VFW(Video For Windows)技術(shù)實(shí)現(xiàn)攝像頭采集數(shù)據(jù)。該薄層色譜測(cè)試系統(tǒng)（TLC V3.2）軟件可以通過(guò)攝像頭采集數(shù)據(jù)和導(dǎo)入薄層圖片兩種方式對(duì)薄層進(jìn)行分析，利用CDC類的成員函數(shù)得出水平線之間的距離，進(jìn)而通過(guò)Rf值計(jì)算公式得出樣品和對(duì)照品的Rf值，并可以將實(shí)驗(yàn)信息和最終結(jié)果保存為文本文檔格式。軟件中自帶可擴(kuò)展的薄層色譜數(shù)據(jù)庫(kù)，能與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，實(shí)現(xiàn)薄層數(shù)據(jù)的定性分析。（軟件版權(quán)登記申請(qǐng)流水號(hào)：2011R11L068169，申請(qǐng)日：2011-6-13） 本新型薄層色譜分析儀（含軟件）結(jié)構(gòu)合理，成本較低，實(shí)用性強(qiáng)，可廣泛用于中藥鑒別、有機(jī)化合物及生物樣品的定性分析。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 本發(fā)明的目的在于提供一種集成式薄層色譜分析儀、配套軟件及儀器的制作方法，以解決現(xiàn)有薄層色譜儀存在的諸多不足，通過(guò)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、材料選擇、外殼加工、實(shí)用軟件設(shè)計(jì)及安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)，制作出一種集熱風(fēng)干燥、圖像在線采集，Rf值自動(dòng)計(jì)算和數(shù)據(jù)編輯存儲(chǔ)等功能于一身的新型薄層色譜分析儀，并編制了配套實(shí)用軟件。 本儀器創(chuàng)新點(diǎn)：（1）本儀器集成了攝像裝置，實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的直接連接，在計(jì)算機(jī)上觀察薄層層析的相關(guān)情況，通過(guò)編制的實(shí)用軟件可記錄圖像、編輯和計(jì)算數(shù)據(jù)等，實(shí)現(xiàn)了薄層色譜分析的自動(dòng)化計(jì)算和數(shù)字化存儲(chǔ)，并減少了紫外線對(duì)人眼的傷害；（2）本儀器集成了電加熱板、吹風(fēng)機(jī)、導(dǎo)流罩及控溫儀，實(shí)現(xiàn)了薄層板的在線恒溫加熱烘干，也解決了熱敏性樣品和需要加熱顯色樣品的快速薄層色譜分析問(wèn)題；（3）編制的實(shí)用軟件嵌入了可擴(kuò)展薄層色譜數(shù)據(jù)庫(kù)，可查找薄層層析條件，并方便了試驗(yàn)樣品數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的比對(duì)。 技術(shù)關(guān)鍵：儀器中各集成單元的合理布局和基于圖像處理的Rf值自動(dòng)計(jì)算。 技術(shù)指標(biāo)：可見(jiàn)光源、254nm紫外光源，365nm紫外光源可選，適用尺寸不大于10cm×10cm的各種薄層板，烘干溫度室溫至80℃可調(diào)，溫度偏差不大于3℃，采集的圖像質(zhì)量不小于200萬(wàn)像素，軟件計(jì)算的Rf值誤差小于0.5%。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 薄層色譜又稱薄層層析，是色譜法中的一種，廣泛應(yīng)用于石油、化工、醫(yī)藥、生化等行業(yè)，特別是中藥化學(xué)成分和有機(jī)合成化合物的定性檢測(cè)方面。傳統(tǒng)的方法是外部點(diǎn)樣，層析完成后外部吹干或晾干，再將薄層板置于相應(yīng)波長(zhǎng)紫外燈下，肉眼去觀察并記錄相應(yīng)顏色反應(yīng)，手工測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算Rf值作樣品的定性分析。這樣做會(huì)帶來(lái)幾個(gè)重要的問(wèn)題：1、點(diǎn)樣點(diǎn)難以準(zhǔn)確定位，烘干過(guò)程較繁瑣且難以觀察部分溫敏藥物的顏色變化，無(wú)法觀察需加熱顯色樣品的薄層斑點(diǎn)；2、紫外燈發(fā)射出的光線對(duì)人眼及皮膚傷害較強(qiáng)；3、薄層板的顏色、斑點(diǎn)和圖像數(shù)據(jù)不能被保存；4、手工測(cè)量精度差。近年來(lái)，不少學(xué)者提出并研究了基于圖像處理的薄層色譜分析技術(shù)，也出現(xiàn)了類似的進(jìn)口設(shè)備，但這些儀器都是針對(duì)薄層照片進(jìn)行處理的，都沒(méi)有實(shí)現(xiàn)圖像的在線采集，也沒(méi)有實(shí)現(xiàn)Rf值的自動(dòng)計(jì)算和樣品的定性分析及數(shù)據(jù)比對(duì)。為解決傳統(tǒng)薄層層析技術(shù)中存在的以上不足，我們制作出一種集熱風(fēng)干燥、圖像在線采集，數(shù)字化編輯存儲(chǔ)等功能于一身的新型薄層色譜分析儀，并編制了配套實(shí)用軟件。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 制造出二代樣機(jī)，設(shè)計(jì)出第五版軟件。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 轉(zhuǎn)讓或合作開(kāi)發(fā)
作品可展示的形式
- 實(shí)物、樣品 現(xiàn)場(chǎng)演示
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說(shuō)明：打開(kāi)總電源，設(shè)置熱風(fēng)溫度，將計(jì)算機(jī)與儀器連接，將層析好的薄層板置于儀器的指定位置，熱風(fēng)干燥，打開(kāi)薄層色譜測(cè)試系統(tǒng)，按軟件向?qū)нM(jìn)行薄層圖像采集、數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)。 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：儀器采用了可見(jiàn)光、254nm和365nm紫外光三種光源，并獨(dú)立控制，可用于多種樣品的薄層色譜分析；集成了USB攝像裝置，實(shí)現(xiàn)了薄層圖像的在線采集；集成了恒溫?zé)犸L(fēng)干燥裝置，實(shí)現(xiàn)了薄層板的在線恒溫加熱烘干，解決了熱敏性樣品和需加熱顯色樣品的快速薄層色譜分析問(wèn)題；編制了薄層色譜分析軟件，實(shí)現(xiàn)了樣品定性分析（Rf值的自動(dòng)計(jì)算）、薄層圖片和相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的數(shù)字化編輯存儲(chǔ)；軟件嵌入了可擴(kuò)展的薄層數(shù)據(jù)庫(kù)，方便了相關(guān)樣品的薄層色譜條件查詢和Rf值比對(duì)；本儀器成本相對(duì)于同類儀器售價(jià)具有極大優(yōu)勢(shì)。 適應(yīng)范圍：產(chǎn)品屬于實(shí)驗(yàn)儀器，適用于醫(yī)藥、生化、化工、食品等行業(yè)的實(shí)驗(yàn)室研究。 市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)：按年銷售量1000臺(tái)，單價(jià)8000元/臺(tái)計(jì)算，單品種可實(shí)現(xiàn)銷售額800萬(wàn)元，實(shí)現(xiàn)年毛利500萬(wàn)元。
同類課題研究水平概述
- 現(xiàn)有技術(shù)的薄層色譜分析儀及優(yōu)缺點(diǎn)： 1、普通三用紫外燈，其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格相對(duì)較低，易操作，實(shí)驗(yàn)室常用于紫外分析；缺點(diǎn)是難以消除可見(jiàn)光干擾，不能保存試驗(yàn)圖片，裸露在外的紫外燈對(duì)人體傷害較大。 2、暗箱式紫外分析儀，其優(yōu)點(diǎn)是相對(duì)減少了紫外線對(duì)人體的傷害，消除了可見(jiàn)光的干擾，但不能進(jìn)行數(shù)據(jù)及圖片的存儲(chǔ)與編輯。 3、搭載數(shù)碼相機(jī)的紫外分析儀，其優(yōu)點(diǎn)是減少紫外線對(duì)人體的傷害，實(shí)現(xiàn)了相關(guān)薄層圖片的存儲(chǔ)。但其價(jià)格較昂貴，且數(shù)據(jù)不能在線采集、編輯和計(jì)算，也沒(méi)有干燥裝置。 4、薄層掃描色譜儀（含分析軟件），其優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)相關(guān)實(shí)驗(yàn)樣品的定量分析及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的編輯存儲(chǔ)。但其價(jià)格昂貴，無(wú)法直接拍照，對(duì)需特定波長(zhǎng)光源顯色的樣品無(wú)能為力，測(cè)量速度慢，操作復(fù)雜，精度不高，而且沒(méi)有干燥裝置。 近年來(lái)，也有不少學(xué)者提出并研究了基于圖像處理的色譜分析技術(shù)，其中大多集中在定量分析，如中國(guó)專利CN200510115774.X通過(guò)對(duì)薄層圖像進(jìn)行預(yù)處理，再對(duì)背景圖像像素點(diǎn)進(jìn)行亮度歸一化，再進(jìn)行灰度積分，以期實(shí)現(xiàn)樣品的定量分析。但這些研究都是基于已有圖像，并不能實(shí)現(xiàn)在線圖像采集，未見(jiàn)薄層色譜的定性分析報(bào)道及相關(guān)軟件。 薄層層析過(guò)程中，薄層板一般用電吹風(fēng)機(jī)吹干或空氣中自然晾干，自然晾干耗時(shí)較長(zhǎng)，斑點(diǎn)易褪色；用電吹風(fēng)機(jī)吹干，難以控制和顯示熱風(fēng)溫度，易造成部分熱敏性成分的分解，也不能觀察需加熱顯色樣品的薄層色譜情況，其最大的問(wèn)題在于電吹風(fēng)機(jī)采用電阻絲加熱，而層析后的薄層板本身及化學(xué)實(shí)驗(yàn)室存在大量的易燃有機(jī)溶劑，有點(diǎn)燃有機(jī)溶劑的巨大安全隱患。有關(guān)薄層色譜分析過(guò)程中的溫度控制問(wèn)題，相關(guān)研究開(kāi)發(fā)主要集中在薄層板展開(kāi)步驟，如中國(guó)專利200520020739.5和200910081467.2；有關(guān)熱風(fēng)烘干機(jī)的研究開(kāi)發(fā)主要集中在用于大量物料干燥的大型烘干器（如中國(guó)專利94245945.8）和用于家庭生活用品的干燥器（如中國(guó)專利95239063.9）。薄層板干燥的特點(diǎn)是表層干燥，要求干燥速度快，無(wú)明火，目前，適用于薄層板干燥裝置的研究開(kāi)發(fā)很少有報(bào)道。 因此，設(shè)計(jì)一種非明火加熱的鼓引風(fēng)平掃式薄層板烘干器， 有望解決現(xiàn)有技術(shù)中的薄層板干燥溫度不可控和存在安全隱患問(wèn)題。并且，將圖像采集、在線恒溫烘干和數(shù)據(jù)計(jì)算等功能集成起來(lái)，形成新型薄層色譜分析儀和實(shí)用軟件，將大大提高薄層色譜的效率和準(zhǔn)確度，具有一定的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。
