개시하다

The Royal Society of Chemistry 2016년부터 시작된 다음 논문
[1] T. Komatsu, et. al. "Image analysis for a microfluidic paper-based analytical L*a*b* color system".
본문:
https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2016/an/c6an01409g
supplemental materials:
https://www.rsc.org/suppdata/c6/an/c6an01409g/c6an01409g1.pdf

개요

μ카메라로 PAD의 색깔을 촬영하고 pH값과 같은 논문을 읽는다

ph의 추정 방법으로 CIE L*a*b* 공간에서 기준점과의 거리를 사용

기존의grayscale에서의 판별 방법에 비해 판단할 수 있는 pH의 범위가 확대

수법

다음 순서에 따라 진행하다

1. μPAD에 산도별 수용액과 pH를 측정하는 시약을 주입하다

아래와 같다μPAD를 사용합니다.

설명에도 detection zone은 4mm(φ) 、introduction zone은 12mm(φ).
비교적 넓은 범위에서 pH를 측정하기 위해 pH지시약은 로열블루(pKa1=1.7,pKa2=8.9,pH1.2~2.8,pH7.8~9.5),메틸레드(pKa=5.1,pH4.2~6.2),드라이어블루(pKa=7.1,pH6.0~7.6)를 혼합하여 사용한다.
우선, 주변의detectionzone에 산도별 수용액 0.5를 첨가한다μ총 0.5x8=4.0μmL).그리고 introductionzone에 pH 지시약 15종을 발랐어요.μmL.각 산성 수용액이 혼합되지 않아 introduction zone에 떨어지는 pH 지시약이 각 detection zone에 퍼지겠죠.

2. 카메라로 촬영해 다양한 색상 얻기

형광등 밑에서 디지털 카메라를 쓰다μPAD의 디지털 이미지를 촬영합니다.이때μPAD와 카메라의 거리는 약 20cm로 고정되어 있다.이미지 분석 소프트웨어(ImageJ ver.48)를 사용하여 색상 정보를 가져옵니다.
각 pH의 색상은 해당 영역의 평균값입니다.
다음은 pH에 대한 RGB 값의 변화입니다.

또한 다음은 기존의 방법으로 제기된grayscale이다.

pH의 범위가 매우 넓기 때문에 pH의 변화는 단조로운 증가(또는 단조로운 감소)가 없다.

3. CIE L*a*b* 공간상의 거리차를 계산하여 pH 추정

위에서 언급한 RGB 값,grayscale라면 함수는 어떤 형태로든 떨어지기 어렵다.거기서 CIEL*a*b* 공간에 빠졌어요.
다음은 L*세로방향, a*가로, b*에서 꺼낸 물건입니다.

또한 다음은 평면에 a*와 b*를 묘사한 그림이다.회전 각도가 단조롭게 변화하고 있어 비슷하다.

따라서 가로축:ph, 세로축:회전각 $\arctan{(b/a)}은 $입니다.

변화가 비교적 직선적이다.보다 적절한 함수를 얻고 CIE L*a*b* 공간에 있는 참조 값과의 유클리드 거리를 계산합니다.

\Delta E = \sqrt{(a_x - a_0)^2 + (b_x - b_0)^2 + (L_x - L_0)^2} \tag{1}

오른쪽 아래 백자는 0을 기준으로 한 값이고 이번에는 pH=2이다.오른쪽 아래 백자 x는 객체의 pH 값을 나타냅니다.
다음은 가로 pH, 세로 $\delta E$입니다.

sigmoid 함수로 비슷하면 $R^2=0.982달러입니다. 이것은 직선으로 위의 각도와 비슷하게 하는 것보다 더 적합한 것 같습니다.(알 수 없는 선 R2)

개인 소감

다음은 문외한이 읽은 소감.

pH-$\Delta E$관계식과 비슷한 sigmoid 함수를 사용하는 이유를 모르겠습니다

는 $\Delta E$pH-각도 관계보다 다른 단조로운 증가 함수로 표시하는 것이 좋다

우선 첫 번째에 대해서요.예를 들어 폐쇄된 공간에서 생물의 개수 N의 변화

\frac{dN}{dt} = rN \left( 1 - \frac{N}{K} \right)

위에서 말한 바와 같이 개체 수량과 환경 감소의 곱셈으로 개체 수량의 시간 변화를 나타낸다면 논리 함수(또는 명령 함수)로 표시하는 것이 합리적이다.
이번에 이런 이론적 배경이 있는지 없는지는 아직 분명하지 않다.우연히 단조로워지고 중앙 부근에서 아래에서 위로 튀어나오는 변곡점이 있기 때문에sigmoid?
두 번째에 관해서는본래 색상의 균등한 변화가 이상적이기 때문에 pH시약의 혼합비율을 조정해야 한다.이렇게 되면 pH-$\arctan{(b/a)}달러는 직선이 되겠죠.이게 더 시원해.