[发明专利]基于三维轮廓链码与亮斑周长比值的微塑料检测装置及方法

说明书

本发明提供了一种基于三维轮廓链码与亮斑周长比值的微塑料检测装置及方法，该装置包括依次连接的光源组件、通光孔组件、光传播组件、微流控芯片、图像采集组件、图像处理组件；本发明方法利用同轴无透镜数字全息显微系统记录微塑料的全息图像，对全息图像进行数值重建以恢复微塑料样品中的三维真实形貌；利用三维真实形貌获得微塑料最大直径所对应的三维轮廓，计算相邻像元间在轮廓处的斜率，并将斜率转换为8‑链码，通过计算斜率链码串总和与全息图中心亮斑周长的比值对微塑料进行检测与区分。本发明具有结构简单、便携、操作简单的特点。本发明的技术方案解决了现有技术中微塑料检测困难、装置结构复杂及使用不便的问题。

技术领域

本发明涉及对海洋中微塑料进行检测与区分的技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于全息图的三维轮廓链码与中心亮斑周长比值的微塑料检测装置及方法

背景技术

微塑料(Microplastic)一般指的是直径小于5毫米的塑料颗粒或碎片。来自日常生活微塑料的数量和种类繁多，带有磨砂颗粒的牙膏、洗面奶、洗衣粉，按摩性沐浴露等都含有微塑料。随着洗衣机废水流出的超细纤维也是微塑料，而合成纤维材质的衣服，产生的微塑料就更多了。微塑料通过各种途径进入海洋，例如工业使用的米粒大小的塑料颗粒原料、大块塑料垃圾在海洋中经物理作用形成的塑料碎屑、各种添加物和抛光料等。科学调查显示，海洋中常见的微塑料有聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、透明塑料、有色塑料、玻璃纤维等。据估算每年生产的塑料产品中约有10％流入海洋。这些难以降解的物质冒然地侵袭海洋，给海洋带来严重的生态污染和危船舶压载水指为控制船舶横倾、纵倾、吃水、稳性或应力而加载到船上的水及悬浮物质。

我国拥有漫长的海岸线和丰富的海洋资源，但目前我国对海洋微塑料污染的研究较少，近几年的调查研究表明我国很多海域已经出现了不同程度的微塑料污染的情况，微塑料由于具有更大的比表面积、能吸附更多的污染物以及更容易进入生物体等特殊的性质,对海洋环境造成的影响远大于大型塑料垃圾，所以海洋中的微塑料的检测就变得极其重要。

在针对微塑料的研究中,共同面临的一个难点在于:从环境介质中分离得到的样品是一个包含了多种物质的混合物,难以从中将微塑料分辨出来。目前微塑料的检测方法有光学显微镜、电子显微镜、红外光谱、拉曼光谱、热分析法等。光学显微镜只能识别尺寸在百微米以上的微塑料，并且容易高估或低估样品的丰度。电子显微镜要求样品必须是固体且不能区分添加剂和吸附物质，此外仪器造价昂贵并且分析耗时较长。红外光谱法需要人工将粒子分类，且可能遗漏粒径小、数量少的微塑料。拉曼光谱可以弥补这一缺陷但会低估样品中微塑料的丰度。

综合以上分析，现有海洋微塑料的检测方法不适合现场快速检测，具有难以识别低粒径的微塑料、耗时长、价格昂贵、不易操作等缺点，所以海洋微塑料的检测方法与装置仍然是急需解决的问题。

发明内容

根据上述提出现有检测装置及方法不适合现场快速检测，具有难以识别低粒径的微塑料、耗时长、价格昂贵、不易操作等缺点，本发明提供了一种基于全息图的三维轮廓链码与中心亮斑周长比值的微塑料检测装置可以实现微塑料的现场快速检测、操作过程简单、成本低廉且可以有效识别低粒径的微塑料。

本发明采用的技术手段如下：

一种基于三维轮廓链码与亮斑周长比值的微塑料检测装置，包括依次连接的光源组件、通光孔组件、光传播组件、微流控芯片、图像采集组件、图像处理组件；

所述图像采集组件采集微流控芯片检测区域在光束作用下生成的全息图像，所述全息图像被送至与所述图像采集组件相连接的图像处理组件进行图像分析，得到微塑料形成的全息图像中心亮斑周长的比值。

进一步地，所述光源组件包括电源供电器件、光源固定结构以及与所述通光孔组件紧密贴合的发光二极管，所述发光二极管发出的光束经所述通光孔组件变成球面波，并经过所述光传播组件照射所述微流控芯片，由图像采集组件采集成像，得到微塑料的全息图。