RGB顏色空間下數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，溶液由無色變為橙黃色。用安卓智能手機搭載免費的取色軟件Color Grab在自制測試盒拍攝待測溶液，獲得RGB 顏色空間數值進行定量分析。在最佳實驗條件下，探討不同數學模型對實驗測定結果的影響。該方法具有較高的靈敏度、選擇性和重現性，手機測試盒攜帶方便，易于實現快速現場測定需求。

關鍵詞：肌氨酸? 手機? RGB? 比色法

1 引言

氨基酸作為生物功能大分子蛋白質的基本組成單位，是構成動物營養所需蛋白質的基本物質，具有各種功能性側鏈基團的小分子，由于其結構，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，是反映腎小球濾過功能的指標之一，頗受臨床醫生重視。本研究的目的是開發一種快速、簡單、靈敏、實時檢測肌氨酸的方法。

基于數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值，建立色彩參數值與待測物濃度的定量關系。常用的拍攝裝置有網頁攝像頭、數碼相機、手機等。本研究采用自行設計的密閉手機測試盒，搭載安卓手機軟件Color Grab 拍攝顯色后的肌氨酸溶液，提取色彩參數值，然后通過Excel 等軟件處理，建立與肌氨酸濃度的定量關系。

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，阿拉丁化學試劑公司），肌氨酸（分析純，阿拉丁化學試劑公司），氫氧化鈉（分析純，天津市凱通化學試劑有限公司），硼酸（分析純，天津市凱通化學試劑有限公司），實驗室用水為二次蒸餾水。

2.1.2 儀器與設備

智能手機華為暢玩 4X（型號 Che1-CL10;攝像頭像素：1300 萬），紫外可見分光光度計（U-T6新世紀，北京普析通用儀器有限責任公司），pH酸度計（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（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（實驗室自制），Color Grab軟件。

2.2 實驗方法

將一定量的氧化石墨烯置于比色管中，在超聲器中超聲 5個小時。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，待顯色穩定后進行拍照取色（圖1）。手機取色軟件Color Grab 來獲取溶液顏色的不同的色彩參數，在微軟 Excel 2007上進行數據處理。

3 結果與討論

3.1 pH 的影響

實驗研究了pH從3.0-12.0之間對測定結果的影響，結果如圖2 所示。結果表明，色彩參數R值的變化很小，基本不變，而色彩參數G、B值在pH為10時達到最低值。因此，本研究采用pH值為10.0進行后續的實驗。

3.2 氧化石墨烯用量的影響

實驗研究了氧化石墨烯用量對實驗結果的影響，結果如圖3所示。結果表明，色彩參數R值的變化很小，而當用量達到20μg/mL 時，色彩參數G、B值達到最低值。因此，在后續的實驗中選取20μg/mL的氧化石墨烯用量。

3.3 干擾氨基酸測定

實驗研究了谷氨酸，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，結果顯示，只有與肌氨酸反應在486nm處出現強吸收峰，測定結果如表1所示。

3.4 RGB色彩空間下不同數學模型對測定結果的影響

在RGB顏色空間中，整理以下式1-7的數學模型，探討不同數學模型與肌氨酸濃度的定量關系，結果列于表2中。

測定結果表明，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三個數值比較得到，AG的檢測范圍最寬，最低檢出限低。綜合比較測定結果， Itotal、|IG-IGblank|、|IB-IBblank|、AG這幾種數學模型可以應用于實際定量測定。

4 結論

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，本試驗通過智能手機數字圖像比色分析，研究了肌氨酸的濃度與RGB色彩模式下建立的不同數學模型的定量關系。該方法便捷，設備裝置簡單、成本花費較少，可以實現肌氨酸的實時監測。

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本文由重慶文理學院塔尖計劃項目（P2019HH07）資助

作者簡介

陳國榕，（1992年—），女、寧夏石嘴山人、助理實驗師、主要從事數字圖像比色分析技術應用。通訊作者：胡靖，E-mail：9986hujing@163.com。