RGB颜色空间下数字图像比色分析测定肌氨酸的研究

陈国榕　 胡靖　朱琴

摘要：在碱性条件下，氧化石墨烯与1，2-萘醌-4-磺酸钠作用，随后和肌氨酸反应，溶液由无色变为橙黄色。用安卓智能手机搭载免费的取色软件Color Grab在自制测试盒拍摄待测溶液，获得RGB 颜色空间数值进行定量分析。在最佳实验条件下，探讨不同数学模型对实验测定结果的影响。该方法具有较高的灵敏度、选择性和重现性，手机测试盒携带方便，易于实现快速现场测定需求。

关键词：肌氨酸  手机  RGB  比色法

1 引言

氨基酸作为生物功能大分子蛋白质的基本组成单位，是构成动物营养所需蛋白质的基本物质，具有各种功能性侧链基团的小分子，由于其结构，决定了氨基酸在生理过程中作用的多样性。因此，采用新型方法测定氨基酸的含量在人体健康、疾病诊断和治疗方面显得尤为重要。肌氨酸，简称肌酐，作为氨基酸的一种，是反映肾小球滤过功能的指标之一，颇受临床医生重视。本研究的目的是开发一种快速、简单、灵敏、实时检测肌氨酸的方法。

基于数字图像比色分析的原理是通过拍摄装置获得待测物的图像信息，将获得的图像信息基于图像处理软件处理，后获得待测物的色彩参数值，建立色彩参数值与待测物浓度的定量关系。常用的拍摄装置有网页摄像头、数码相机、手机等。本研究采用自行设计的密闭手机测试盒，搭载安卓手机软件Color Grab 拍摄显色后的肌氨酸溶液，提取色彩参数值，然后通过Excel 等软件处理，建立与肌氨酸浓度的定量关系。

2 材料与方法

2.1 仪器和试剂

2.1.1 试剂

氧化石墨烯（分析纯，北京材料有限公司），1，2-萘醌-4-磺酸钠盐（分析纯，阿拉丁化学试剂公司），肌氨酸（分析纯，阿拉丁化学试剂公司），氢氧化钠（分析纯，天津市凯通化学试剂有限公司），硼酸（分析纯，天津市凯通化学试剂有限公司），实验室用水为二次蒸馏水。

2.1.2 仪器与设备

智能手机华为畅玩 4X（型号 Che1-CL10;摄像头像素：1300 万），紫外可见分光光度计（U-T6新世纪，北京普析通用仪器有限责任公司），pH酸度计（PHS-3C，北京分析仪器有限公司），加热板（DB-1，上海电器有限公司），离心机（80-1，上海电器有限公司），超声波清洗器（KH-500TDB，北京分析仪器有限公司），密闭测试盒（实验室自制），Color Grab软件。

2.2 实验方法

将一定量的氧化石墨烯置于比色管中，在超声器中超声 5个小时。随之加入一定体积的 1，2-萘醌-4-磺酸钠工作液，稀释至8 mL，将超声好的氧化石墨烯加入其中，充分振荡。随后加入肌氨酸溶液和3.0 mL 2mol/L pH为10的氢氧化钠-硼酸缓冲溶液，定容至15.0 mL，放置20 min，待显色稳定后进行拍照取色（图1）。手机取色软件Color Grab 来获取溶液颜色的不同的色彩参数，在微软 Excel 2007上进行数据处理。

3 结果与讨论

3.1 pH 的影响

实验研究了pH从3.0-12.0之间对测定结果的影响，结果如图2 所示。结果表明，色彩参数R值的变化很小，基本不变，而色彩参数G、B值在pH为10时达到最低值。因此，本研究采用pH值为10.0进行后续的实验。

3.2 氧化石墨烯用量的影响

实验研究了氧化石墨烯用量对实验结果的影响，结果如图3所示。结果表明，色彩参数R值的变化很小，而当用量达到20μg/mL 时，色彩参数G、B值达到最低值。因此，在后续的实验中选取20μg/mL的氧化石墨烯用量。

3.3 干扰氨基酸测定

实验研究了谷氨酸，酪氨酸，苯丙氨酸、色氨酸、甘氨酸、天门冬氨酸、苏氨酸对肌氨酸测定的干扰。在紫外可见光度法法中，结果显示，只有与肌氨酸反应在486nm处出现强吸收峰，测定结果如表1所示。

3.4 RGB色彩空间下不同数学模型对测定结果的影响

在RGB颜色空间中，整理以下式1-7的数学模型，探讨不同数学模型与肌氨酸浓度的定量关系，结果列于表2中。

测定结果表明，Itotal、的线性范围比IG、IB宽，最低检出限也更低; 从斜率来看，IB的斜率绝对值比 IG大，反映出IB的灵敏度高。在去除试剂空白的影响，IG、IB的检测范围变宽，最低检出限降低，而Itotal、的最低检出限增大。AG、AB、Atotal三个数值比较得到，AG的检测范围最宽，最低检出限低。综合比较测定结果， Itotal、|IG-IGblank|、|IB-IBblank|、AG这几种数学模型可以应用于实际定量测定。

4 结论

基于肌氨酸与1，2-萘醌-4-磺酸钠以及氧化石墨烯的显色反应，本试验通过智能手机数字图像比色分析，研究了肌氨酸的濃度与RGB色彩模式下建立的不同数学模型的定量关系。该方法便捷，设备装置简单、成本花费较少，可以实现肌氨酸的实时监测。

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本文由重庆文理学院塔尖计划项目（P2019HH07）资助

作者简介

陈国榕，（1992年—），女、宁夏石嘴山人、助理实验师、主要从事数字图像比色分析技术应用。通讯作者：胡靖，E-mail：9986hujing@163.com。