基于手机摄影实现微量血迹的化学发光检测

发表时间:2019/8/29   来源:《知识-力量》2019年10月40期   作者:姚夙 韦寿莲 朱哲瀚
[导读] 近年来随着手机摄影技术的逐渐发展和完善,手机正日益取代着数码相机甚至专业相机,成为人手一部的摄影器材。作为一种便携式的移动多媒体终端,用户可以利用手机快速获取有用的信息。借助手机的时效性,普及性和便捷性,将其引入到化学化工领域的实验中去,可以作为一种高效便捷,方便定量的传感器使用,一方面能激发学生的兴趣
(肇庆学院 食品与制药工程学院,526061)

 
            1.引言
            近年来随着手机摄影技术的逐渐发展和完善,手机正日益取代着数码相机甚至专业相机,成为人手一部的摄影器材。作为一种便携式的移动多媒体终端,用户可以利用手机快速获取有用的信息。借助手机的时效性,普及性和便捷性,将其引入到化学化工领域的实验中去,可以作为一种高效便捷,方便定量的传感器使用,一方面能激发学生的兴趣,另一方面也不增加实验的成本。实验者不仅能够清楚地掌握整个实验的过程,同时也能够反复地观察实验的细节,而且实验者可以将手机拍摄的实验记录分享给他人,并针对实验结果进行分析讨论。
            化学发光作为一种重要的分析检测手段,在环境检测、医学检测、药品检测等领域已经获得了广泛的应用。作为化学类专业的学生,有必要了解其原理。然而用于检测的化学发光较弱,肉眼不易观测,需要用到专门的检测仪器。而利用手机的长曝光拍照功能,可以以远超人眼的灵敏度对化学发光进行观察,并使得学生在本科阶段就可以亲手体验基于微弱发光检测技术的分析方法。
            鲁米诺别名发光氨,化学名为3-氨基邻苯二甲基酰肼。鲁米诺与H2O2组成的混合物在血红蛋白的催化下可以发射出蓝光,常被应用于血迹的检测[1-4]。该反应成本低廉,灵敏度较高,趣味性强,十分适合引入到本科教学中给学生培养对化学发光方法的初步认识。本文利用手机对这种化学发光进行观测,还可以对照片的曝光时间、感光度、亮度等信息进行分析,进而实现对化学发光的半定量分析。
            2.实验部分
            2.1 鲁米诺溶液的配制
            用电子分析天平准确称取无水碳酸钠5.00 g、柠檬酸钠0.05 g、鲁米诺0.10 g,将三种溶质溶于装有30 mL蒸馏水的50 mL烧杯中。用玻璃棒不断搅拌至溶质完全溶解后,置于100 mL容量瓶中待用。使用前取上述溶液1 mL,加入0.1 mL 3%过氧化氢配制成鲁米诺-过氧化氢试剂。以该溶液作为后期优化的基础。
            2.2 基于手机摄影图片阈值法的应用
            将手机相机曝光时间设置为2秒,ISO速度设置为50,WB值设置为5500 K并且关闭闪光灯。将一木盒内部喷黑漆作为自制暗盒。
            血液使用鸡血。在玻璃板上放置一张圆形滤纸,用10-100 μL注射枪吸取血液20 μL滴涂于滤纸正中央。将热风枪调至低挡,缓慢的把带血滤纸均匀吹干。待血液凝固变色后将滤纸连带玻璃片放置进自制暗盒内,调整位置使得血液正对拍摄孔,盖上暗盒。用10-100 μL注射枪吸取鲁米诺-过氧化氢试剂20 μL,从拍摄孔中均匀的滴涂在血迹正中央。用设置好的手机立即通过拍摄孔拍照,获得鲁米诺试剂与血液反应的光强图,如图2所示。
            用Photoshop软件打开手机拍摄图片,在左上角菜单里选择图像、调整、阈值。对阈值进行调整(如图1所示),通过调节阈值的方法找到图片中的最亮点后,读取该点RGB中的B值,分别读取三张图片B值的大小后进行数据整理,方便各种因素的优化。
 
            图1(A)鲁米诺试剂与血液反应的现象,(B)阈值调整为32的结果
            3.结果与讨论
            3.1 实验条件优化
            本文研究了鲁米诺-过氧化氢试剂中不同pH值,过氧化氢浓度、碳酸钠浓度、柠檬酸钠浓度对发光强度的影响。固定其它三个因素改变其中一个因素进行优化,按照相同的步骤与血液进行反应、拍照、读取B值,结果如图2所示。结果说明:当鲁米诺溶液调至pH=12、无水碳酸钠的浓度为10g/L、柠檬酸钠的浓度设置为2g/L、化学发光的B值最高,过氧化氢的浓度为0.20 mL以上时易自行分解产生泡沫,故浓度最后定为0.15 mL。本文采用该配方进行进一步检测。
 
            图2:不同pH值,过氧化氢浓度、碳酸钠浓度、柠檬酸钠浓度对发光强度的影响
            3.2 低浓度血液检测
            将稀释3倍、30倍、300倍、3000倍、10000倍的血液用上述方法进行检测。结果如图3所示。由图可见,即使是稀释10000倍的,肉眼无法看见血色的血液,在化学发光检测并调整阈值之后仍然可以呈现出明显的血迹斑点。由此可见,该方法对血液具有较好的灵敏度。
            4.结论
            本文基于手机拍摄,实现微量血迹的化学发光检测。最高可检测稀释10000倍后的血液。该实验效果明显,成本低廉,数据便于分析,适合加入化学化工类学生的实验课程。
 
            图3(A)稀释10000倍鸡血手机直接拍摄图,(B)阈值调整后的化学发光图
参考文献
[1]徐双娇.基于鲁米诺反应的化学发光新方法及其应用研究[D].西南大学,2015.
[2]崔琰希.鲁米诺显现血潜手印的缺陷[J].刑事技术,2007,(02):54-55.
[3]李重阳,李波阳.指纹显现技术发展综述[J].公安大学报,2003(3):23-27.
[4]苏芹,王顺霞,张玉婷,张敏.被洗织物上潜血痕迹发现方法的比较[J].刑事技术,2013,(03):28-29.
 
 
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