RGB顏色空間下數(shù)字圖像比色分析測定肌氨酸的研究

陳國榕　 胡靖　朱琴

摘要：在堿性條件下，氧化石墨烯與1，2-萘醌-4-磺酸鈉作用，隨后和肌氨酸反應(yīng)，溶液由無色變?yōu)槌赛S色。用安卓智能手機(jī)搭載免費(fèi)的取色軟件Color Grab在自制測試盒拍攝待測溶液，獲得RGB 顏色空間數(shù)值進(jìn)行定量分析。在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，探討不同數(shù)學(xué)模型對實(shí)驗(yàn)測定結(jié)果的影響。該方法具有較高的靈敏度、選擇性和重現(xiàn)性，手機(jī)測試盒攜帶方便，易于實(shí)現(xiàn)快速現(xiàn)場測定需求。

關(guān)鍵詞：肌氨酸? 手機(jī)? RGB? 比色法

1 引言

氨基酸作為生物功能大分子蛋白質(zhì)的基本組成單位，是構(gòu)成動物營養(yǎng)所需蛋白質(zhì)的基本物質(zhì)，具有各種功能性側(cè)鏈基團(tuán)的小分子，由于其結(jié)構(gòu)，決定了氨基酸在生理過程中作用的多樣性。因此，采用新型方法測定氨基酸的含量在人體健康、疾病診斷和治療方面顯得尤為重要。肌氨酸，簡稱肌酐，作為氨基酸的一種，是反映腎小球?yàn)V過功能的指標(biāo)之一，頗受臨床醫(yī)生重視。本研究的目的是開發(fā)一種快速、簡單、靈敏、實(shí)時(shí)檢測肌氨酸的方法。

基于數(shù)字圖像比色分析的原理是通過拍攝裝置獲得待測物的圖像信息，將獲得的圖像信息基于圖像處理軟件處理，后獲得待測物的色彩參數(shù)值，建立色彩參數(shù)值與待測物濃度的定量關(guān)系。常用的拍攝裝置有網(wǎng)頁攝像頭、數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)等。本研究采用自行設(shè)計(jì)的密閉手機(jī)測試盒，搭載安卓手機(jī)軟件Color Grab 拍攝顯色后的肌氨酸溶液，提取色彩參數(shù)值，然后通過Excel 等軟件處理，建立與肌氨酸濃度的定量關(guān)系。

2 材料與方法

2.1 儀器和試劑

2.1.1 試劑

氧化石墨烯（分析純，北京材料有限公司），1，2-萘醌-4-磺酸鈉鹽（分析純，阿拉丁化學(xué)試劑公司），肌氨酸（分析純，阿拉丁化學(xué)試劑公司），氫氧化鈉（分析純，天津市凱通化學(xué)試劑有限公司），硼酸（分析純，天津市凱通化學(xué)試劑有限公司），實(shí)驗(yàn)室用水為二次蒸餾水。

2.1.2 儀器與設(shè)備

智能手機(jī)華為暢玩 4X（型號 Che1-CL10;攝像頭像素：1300 萬），紫外可見分光光度計(jì)（U-T6新世紀(jì)，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司），pH酸度計(jì)（PHS-3C，北京分析儀器有限公司），加熱板（DB-1，上海電器有限公司），離心機(jī)（80-1，上海電器有限公司），超聲波清洗器（KH-500TDB，北京分析儀器有限公司），密閉測試盒（實(shí)驗(yàn)室自制），Color Grab軟件。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

將一定量的氧化石墨烯置于比色管中，在超聲器中超聲 5個(gè)小時(shí)。隨之加入一定體積的 1，2-萘醌-4-磺酸鈉工作液，稀釋至8 mL，將超聲好的氧化石墨烯加入其中，充分振蕩。隨后加入肌氨酸溶液和3.0 mL 2mol/L pH為10的氫氧化鈉-硼酸緩沖溶液，定容至15.0 mL，放置20 min，待顯色穩(wěn)定后進(jìn)行拍照取色（圖1）。手機(jī)取色軟件Color Grab 來獲取溶液顏色的不同的色彩參數(shù)，在微軟 Excel 2007上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

3 結(jié)果與討論

3.1 pH 的影響

實(shí)驗(yàn)研究了pH從3.0-12.0之間對測定結(jié)果的影響，結(jié)果如圖2 所示。結(jié)果表明，色彩參數(shù)R值的變化很小，基本不變，而色彩參數(shù)G、B值在pH為10時(shí)達(dá)到最低值。因此，本研究采用pH值為10.0進(jìn)行后續(xù)的實(shí)驗(yàn)。

3.2 氧化石墨烯用量的影響

實(shí)驗(yàn)研究了氧化石墨烯用量對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，結(jié)果如圖3所示。結(jié)果表明，色彩參數(shù)R值的變化很小，而當(dāng)用量達(dá)到20μg/mL 時(shí)，色彩參數(shù)G、B值達(dá)到最低值。因此，在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)中選取20μg/mL的氧化石墨烯用量。

3.3 干擾氨基酸測定

實(shí)驗(yàn)研究了谷氨酸，酪氨酸，苯丙氨酸、色氨酸、甘氨酸、天門冬氨酸、蘇氨酸對肌氨酸測定的干擾。在紫外可見光度法法中，結(jié)果顯示，只有與肌氨酸反應(yīng)在486nm處出現(xiàn)強(qiáng)吸收峰，測定結(jié)果如表1所示。

3.4 RGB色彩空間下不同數(shù)學(xué)模型對測定結(jié)果的影響

在RGB顏色空間中，整理以下式1-7的數(shù)學(xué)模型，探討不同數(shù)學(xué)模型與肌氨酸濃度的定量關(guān)系，結(jié)果列于表2中。

測定結(jié)果表明，Itotal、的線性范圍比IG、IB寬，最低檢出限也更低; 從斜率來看，IB的斜率絕對值比 IG大，反映出IB的靈敏度高。在去除試劑空白的影響，IG、IB的檢測范圍變寬，最低檢出限降低，而Itotal、的最低檢出限增大。AG、AB、Atotal三個(gè)數(shù)值比較得到，AG的檢測范圍最寬，最低檢出限低。綜合比較測定結(jié)果， Itotal、|IG-IGblank|、|IB-IBblank|、AG這幾種數(shù)學(xué)模型可以應(yīng)用于實(shí)際定量測定。

4 結(jié)論

基于肌氨酸與1，2-萘醌-4-磺酸鈉以及氧化石墨烯的顯色反應(yīng)，本試驗(yàn)通過智能手機(jī)數(shù)字圖像比色分析，研究了肌氨酸的濃度與RGB色彩模式下建立的不同數(shù)學(xué)模型的定量關(guān)系。該方法便捷，設(shè)備裝置簡單、成本花費(fèi)較少，可以實(shí)現(xiàn)肌氨酸的實(shí)時(shí)監(jiān)測。

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本文由重慶文理學(xué)院塔尖計(jì)劃項(xiàng)目（P2019HH07）資助

作者簡介

陳國榕，（1992年—），女、寧夏石嘴山人、助理實(shí)驗(yàn)師、主要從事數(shù)字圖像比色分析技術(shù)應(yīng)用。通訊作者：胡靖，E-mail：9986hujing@163.com。