對(duì)乳液中油滴進(jìn)行模式識(shí)別分析
THE USE OF PATTERN RECOGNITION FOR OIL DROPLETS ANALYSIS IN EMULSIONS
Christian Godino, Vincent Chapeau, Godefroid Dislaire
本文的研究目的是在沒有任何樣品稀釋的情況下如何計(jì)算乳液中油滴的尺寸分布。
在液滴大小的測(cè)量中，面臨的一個(gè)主要問題就是是否必要對(duì)乳液進(jìn)行稀釋。乳濁液的穩(wěn)定性和油滴的大小嚴(yán)格依賴于測(cè)量條件。樣品的稀釋會(huì)影響液滴的尺寸分布，增加精確解釋一個(gè)穩(wěn)定測(cè)量過程的難度。
方法
該方法是基于由Occhio研發(fā)團(tuán)隊(duì)專門開發(fā)的一種新的圖像分析算法。該技術(shù)采用Occhio FC200S圖像法粒度分析儀，它是全電腦控制，包括連接到顯微鏡的數(shù)字工業(yè)相機(jī)和背光系統(tǒng)。未經(jīng)稀釋的乳液經(jīng)過位于成像裝置和光源之間的固定厚度的玻璃樣品池單元。光學(xué)系統(tǒng)與背景光源的配置使儀器系統(tǒng)的工作分辨率達(dá)到200納米。
在圖像采集過程中，保持樣品運(yùn)動(dòng)中的恒定流速是非常重要的。因此，F(xiàn)C200S配有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)注射泵，通過它可以創(chuàng)造穩(wěn)定的、重復(fù)的乳化液流動(dòng)條件。
目前，常規(guī)的粒度分析儀要求被測(cè)顆粒完全能分散開，并且樣品需要適當(dāng)稀釋。自1995年以來，圖像分析技術(shù)開始用于粒徑測(cè)量，圖像分析不僅能測(cè)量粒徑，還能分析被測(cè)物體的形狀。在表征液滴的特殊案例中，因?yàn)槲覀冎罋馀莸男螤睿@一特性可以用來檢測(cè)重疊的液滴對(duì)象。基于這樣的理念，Occhio 2010年開發(fā)出了在非稀釋的乳液中的模式識(shí)別技術(shù)，應(yīng)用該算法檢測(cè)和測(cè)量液滴，氣泡和泡沫。
對(duì)于圖像中的每一個(gè)點(diǎn)，軟件分配一個(gè)向量，這個(gè)向量被計(jì)算為n個(gè)向量的平均值。其目的是確定圖像中的某個(gè)點(diǎn)是否是一個(gè)氣泡。為了驗(yàn)證這個(gè)點(diǎn)，一系列模式識(shí)別試驗(yàn)應(yīng)用到該向量。這樣，與各個(gè)向量相關(guān)聯(lián)的得分可以指向該點(diǎn)是否是一個(gè)氣泡。模式識(shí)別試驗(yàn)是基于典型的泡沫形態(tài)和亮度參數(shù)。
結(jié)果
模式識(shí)別條件可以通過乳液圖像的直接評(píng)價(jià)進(jìn)行選擇。下面一組圖像取自一個(gè)給定產(chǎn)品的不同批次乳液。
如果定義了條件值，即可產(chǎn)生一個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程”（SOP），從而簡(jiǎn)單、快速并且可重復(fù)地測(cè)量油滴粒徑分布。
一個(gè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的乳液標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)質(zhì)量控制實(shí)驗(yàn)見下圖。批次“A”和“B”來自同一工廠的相同產(chǎn)品，采樣間隔為一個(gè)月。 
最后的驗(yàn)證是基于亮度分布（luminance distribution），其中的亮度定義為每個(gè)油泡的平均灰度級(jí)。模式識(shí)別有效性的設(shè)置是檢驗(yàn)亮度分布。
以下的比較顯示了一個(gè)不符合指標(biāo)的生產(chǎn)批次產(chǎn)品液滴粒徑產(chǎn)生重大降低。
結(jié)論:
模式識(shí)別算法可以對(duì)未經(jīng)稀釋的乳液進(jìn)行分析。該方法是穩(wěn)定的，并且減少了在分析期間外部環(huán)境的影響。其他添加劑可以添加到乳液中，它們不會(huì)改變油泡的識(shí)別。該技術(shù)采用非破壞性的流動(dòng)的條件，樣品測(cè)量的重現(xiàn)性好。