zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2026-92-6-24-33zldm-2855Research ArticleАНАЛИЗ ВЕЩЕСТВАSUBSTANCES ANALYSISБинарная цветометрия в химическом анализе питьевых, природных и сточных вод: сопоставление с фотометриейBinary colorimetry in chemical analysis of drinking, natural, and waste water: comparison with photometryАрасланкинС. В.AraslankinS. V.

Сергей Валерьевич Арасланкин

603022, г. Нижний Новгород, просп. Гагарина, д. 23; 431448, г. Рузаевка, ул. Станиславского, д. 26А. 

Sergei V. Araslankin 

23, prosp. Gagarina, Nizhny Novgorod, 603022; 26A, ul. Stanislavskogo, Ruzaevka, 431448

araslankin@bk.ruНипрукО. В.NiprukO. V.

Оксана Валентиновна Нипрук

603022, г. Нижний Новгород, просп. Гагарина, д. 23

Oksana V. Nipruk 

23, prosp. Gagarina, Nizhny Novgorod, 603022, Russia

ГоловинаЕ. Н.GolovinaE. N.

катерина Николаевна Головина

431440, г. Рузаевка, ул. Титова, д. 16, стр. 1.

Ekaterina N. Golovina

16 bld. 1, ul. Titova, Ruzaevka, 431440

Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского; ООО «Экспонента»РоссияLobachevsky Nizhny Novgorod National Research State University; «Exponenta» LLCRussian FederationНациональный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н. И. ЛобачевскогоРоссияLobachevsky Nizhny Novgorod National Research State UniversityRussian FederationАО «Рузхиммаш»Россия«Ruzkhimmash» JSCRussian Federation2026040720269262433Copyright © Арасланкин С.В., Нипрук О.В., Головина Е.Н., 20262026Арасланкин С.В., Нипрук О.В., Головина Е.Н.Araslankin S.V., Nipruk O.V., Golovina E.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/2855

Представлены результаты сравнительного исследования возможностей методов бинарной цветометрии и фотометрии для химического анализа питьевых, природных и сточных вод на примере определения железа (II, III), никеля (II) и меди (II). Пробоподготовка идентична для обоих рассматриваемых методов. Цифровую съемку анализируемых растворов проводили с использованием мобильного устройства в контролируемых условиях. Оценка влияния рассеянного света показала отсутствие значимого вклада в результаты цветометрических измерений. Полученные изображения обрабатывали с помощью специализированного программного средства и переводили в бинарный формат с последующим определением уровня бинаризации, используемого в качестве аналитического сигнала. Установлено, что относительные стандартные отклонения результатов, полученных методами бинарной цветометрии и фотометрии, не превышают 0,12 и 0,06 соответственно. Двухфакторный дисперсионный анализ не выявил статистически значимых различий в точности рассматриваемых методов, однако показано различие точности результатов анализа растворов с разным уровнем концентраций Fe, Ni и Cu. Установлено, что на уровне концентраций 0,10 – 2,00 мг/л Fe, 0,02 – 0,10 мг/л Ni и 0,25 – 1,50 мг/л Cu характеристики чувствительности бинарной цветометрии ожидаемо уступают фотометрии. Показано, что для цветометрического определения Fe (II, III), Ni (II) и Cu (II) на уровне концентраций, близких к пределам обнаружения указанных ионов, анализируемую воду следует концентрировать. Результаты проведенного исследования свидетельствуют о том, что бинарная цветометрия может рассматриваться в качестве доступной альтернативы в условиях отсутствия фотометра для определения Fe (II, III), Ni (II) и Cu (II) в воде.

The article presents the results of a comparative study on the applicability of binary colorimetry versus photometry in the chemical analysis of drinking, natural, and waste waters for iron (II, III), nickel (II), and copper (II) contents. Sample preparation was identical for both methods under consideration. For digital photography of the solutions analised a mobile device under controlled conditions was used. To minimize external light interference, photography was conducted in a darkened room. An assessment of the influence of scattered light showed no significant contribution to the colorimetric measurement results. The obtained images were processed using specialized software and converted to a binary format, subsequently determining the binarization threshold, which was used as the analytical signal. It was found that the relative standard deviations of the results obtained by binary colorimetry and photometry do not exceed 0.12 and 0.06, respectively. Two-way analysis of variance revealed no statistically significant differences in the accuracy of the methods under consideration. However, their difference was demonstrated at different concentration levels of Fe, Ni, and Cu. It was established that in the concentration ranges of 0.10 – 2.00 mg/L Fe, 0.02 – 0.10 mg/L Ni, and 0.25 – 1.50 mg/L Cu, the sensitivity characteristics of binary colorimetry are predictably inferior to those of photometry. It was shown that for the colorimetric determination of Fe (II, III), Ni (II), and Cu (II) at concentration levels close to the detection limits of these ions, the analyzed water sample should be preconcentrated. The results of the conducted study indicate that binary colorimetry can be considered an accessible alternative in the absence of a photometer for the determination of Fe (II, III), Ni (II), and Cu (II) in water.

цветометриясмартфонбинаризацияхимический анализводаcolorimetrysmartphonebinarizationchemical analysiswaterReferencesZolotov Yu. A. Methodological aspects of analytical chemistry / J. Anal. Chem. 2021. Vol. 76. No. 1. P. 1 – 14. DOI: 10.1134/s1061934821010160Zolotov Yu. A. Methodological aspects of analytical chemistry / J. Anal. Chem. 2021. Vol. 76. No. 1. P. 1 – 14. DOI: 10.1134/s1061934821010160Lurye Yu. Yu. Analytical chemistry of industrial wastewater. — Moscow: Khimiya, 1984. — 448 p. [in Russian].Lurye Yu. Yu. Analytical chemistry of industrial wastewater. — Moscow: Khimiya, 1984. — 448 p. [in Russian].Zolotov Yu. A. The general methodology of analytical environmental control / J. Anal. Chem. 2010. Vol. 65. No. 3. P. 221 – 222. DOI: 10.1134/s1061934810030019Zolotov Yu. A. The general methodology of analytical environmental control / J. Anal. Chem. 2010. Vol. 65. No. 3. P. 221 – 222. DOI: 10.1134/s1061934810030019Monogarova O. V., Oskolok K. V., Apyari V. V. Colorimetry in chemical analysis / J. Anal. Chem. 2018. Vol. 73. No. 11. P. 1076 – 1084. DOI: 10.1134/s1061934818110060Monogarova O. V., Oskolok K. V., Apyari V. V. Colorimetry in chemical analysis / J. Anal. Chem. 2018. Vol. 73. No. 11. P. 1076 – 1084. DOI: 10.1134/s1061934818110060Ivanov V. M., Monogarova O. V., Oskolok K. V. Capabilities and prospects of the development of a chromaticity method in analytical chemistry / J. Anal. Chem. 2015. Vol. 70. No. 10. P. 1165 – 1178. DOI: 10.1134/s1061934815100111Ivanov V. M., Monogarova O. V., Oskolok K. V. Capabilities and prospects of the development of a chromaticity method in analytical chemistry / J. Anal. Chem. 2015. Vol. 70. No. 10. P. 1165 – 1178. DOI: 10.1134/s1061934815100111Shults E. V., Monogarova O. V., Oskolok K. V. Digital colorimetry: analytical possibilities and prospects of use / Moscow Univ. Chem. Bull. 2019. Vol. 74. P. 55 – 62. DOI: 10.3103/S002713141902007xShults E. V., Monogarova O. V., Oskolok K. V. Digital colorimetry: analytical possibilities and prospects of use / Moscow Univ. Chem. Bull. 2019. Vol. 74. P. 55 – 62. DOI: 10.3103/S002713141902007xChaplenko A. A., Monogarova O. V., Oskolok K. V., et al. Digital colorimetry in chemical and pharmaceutical analysis / Moscow Univ. Chem. Bull. 2022. Vol. 77. P. 61 – 67. DOI: 10.3103/s002713142202002xChaplenko A. A., Monogarova O. V., Oskolok K. V., et al. Digital colorimetry in chemical and pharmaceutical analysis / Moscow Univ. Chem. Bull. 2022. Vol. 77. P. 61 – 67. DOI: 10.3103/s002713142202002xApyari V. V., Gorbunova M. V., Isachenko A. I., et al. Use of household color-recording devices in quantitative chemical analysis / J. Anal. Chem. 2017. Vol. 72. No. 11. P. 1127 – 1137. DOI: 10.1134/s106193481711003xApyari V. V., Gorbunova M. V., Isachenko A. I., et al. Use of household color-recording devices in quantitative chemical analysis / J. Anal. Chem. 2017. Vol. 72. No. 11. P. 1127 – 1137. DOI: 10.1134/s106193481711003xShogah Z. A. C., Bolshakov D. S., Amelin V. G. Using smartphones in chemical analysis / J. Anal. Chem. 2023. Vol. 78. No. 4. P. 426 – 449. DOI: 10.1134/s1061934823030139Shogah Z. A. C., Bolshakov D. S., Amelin V. G. Using smartphones in chemical analysis / J. Anal. Chem. 2023. Vol. 78. No. 4. P. 426 – 449. DOI: 10.1134/s1061934823030139Domasev M. V., Gnatyuk S. P. Color, color management, color calculations and measurements. — St. Petersburg: Piter, 2009. — 224 p. [in Russian].Domasev M. V., Gnatyuk S. P. Color, color management, color calculations and measurements. — St. Petersburg: Piter, 2009. — 224 p. [in Russian].Shapiro L., Stockman J. Computer vision. — Moscow: Matematika, 2013. — 752 p. [in Russian].Shapiro L., Stockman J. Computer vision. — Moscow: Matematika, 2013. — 752 p. [in Russian].Lozhkarev A. S., Timofeev I. A. Investigation of the process of binarization of images using local values of the threshold / Prikl. Informatika. 2021. Vol. 16. No. 6. P. 54 – 65 [in Russian]. DOI: 10.37791/2687-0649-2021-16-6-54-65Lozhkarev A. S., Timofeev I. A. Investigation of the process of binarization of images using local values of the threshold / Prikl. Informatika. 2021. Vol. 16. No. 6. P. 54 – 65 [in Russian]. DOI: 10.37791/2687-0649-2021-16-6-54-65Gonzalez R., Woods R. Digital image processing. — Moscow: Tekhnosfera, 2012. — 1104 p. [in Russian].Gonzalez R., Woods R. Digital image processing. — Moscow: Tekhnosfera, 2012. — 1104 p. [in Russian].Araslankin S. V., Shchankin M. V., Golovina E. N., et al. Evaluation of the degree of starch pyrodextrinization using binary digital image colorimetry / Inorg. Mater. 2024. Vol. 60. No. 3. P. 359 – 366. DOI: 10.1134/s002016852470033xAraslankin S. V., Shchankin M. V., Golovina E. N., et al. Evaluation of the degree of starch pyrodextrinization using binary digital image colorimetry / Inorg. Mater. 2024. Vol. 60. No. 3. P. 359 – 366. DOI: 10.1134/s002016852470033xHasenplaugh W. C., Neifeld M. A. Image binarization techniques for correlation-based pattern recognition / Opt. Eng. 1999. Vol. 38. No. 11. P. 1907 – 1917. DOI: 10.1117/1.602241Hasenplaugh W. C., Neifeld M. A. Image binarization techniques for correlation-based pattern recognition / Opt. Eng. 1999. Vol. 38. No. 11. P. 1907 – 1917. DOI: 10.1117/1.602241Otsu N. A threshold selection method from gray-level histograms / IEEE Trans. Syst., Man Cybern. 1979. Vol. 9. No. 1. P. 62 – 66. DOI: 10.1109/tsmc.1979.4310076Otsu N. A threshold selection method from gray-level histograms / IEEE Trans. Syst., Man Cybern. 1979. Vol. 9. No. 1. P. 62 – 66. DOI: 10.1109/tsmc.1979.4310076Sauvola J., Pietikäinen M. Adaptive document image binarization / Pattern Recognit. 2000. Vol. 33. No. 2. P. 225 – 236. DOI: 10.1016/s0031-3203(99)00055-2Sauvola J., Pietikäinen M. Adaptive document image binarization / Pattern Recognit. 2000. Vol. 33. No. 2. P. 225 – 236. DOI: 10.1016/s0031-3203(99)00055-2Gatos B., Pratikakis I., Perantonis S. J. Adaptive degraded document image binarization / Pattern Recognit. 2006. Vol. 39. No. 3. P 317 – 327. DOI: 10.1016/j.patcog.2005.09.010Gatos B., Pratikakis I., Perantonis S. J. Adaptive degraded document image binarization / Pattern Recognit. 2006. Vol. 39. No. 3. P 317 – 327. DOI: 10.1016/j.patcog.2005.09.010Saleh L. O. A., Khlopin S. V., Chernenkaya L. V., et al. Algorithm for determining the concentration of impurities in a liquid from optical data / Izv. TulGU. Tekhn. Nauki. 2023. No. 1. P. 247 – 256 [in Russian]. DOI: 10.24412/2071-6168-2023-1-247-256Saleh L. O. A., Khlopin S. V., Chernenkaya L. V., et al. Algorithm for determining the concentration of impurities in a liquid from optical data / Izv. TulGU. Tekhn. Nauki. 2023. No. 1. P. 247 – 256 [in Russian]. DOI: 10.24412/2071-6168-2023-1-247-256Mehlig J. Colorimetric determination of copper with ammonia / Ind. Eng. Chem. Anal. Ed. 1941. Vol. 13. No. 8. P. 533 – 535. DOI: 10.1021/i560096a006Mehlig J. Colorimetric determination of copper with ammonia / Ind. Eng. Chem. Anal. Ed. 1941. Vol. 13. No. 8. P. 533 – 535. DOI: 10.1021/i560096a006Lazarev A. I., Kharlamov I. P., Yakovlev P. Ya., et al. Handbook for analytical chemists. — Moscow: Metallurgiya, 1976. — 184 p. [in Russian].Lazarev A. I., Kharlamov I. P., Yakovlev P. Ya., et al. Handbook for analytical chemists. — Moscow: Metallurgiya, 1976. — 184 p. [in Russian].Schneider C. A., Rasband W. S., Eliceiri K. W. NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis / Nat. Methods. 2012. Vol. 9. No. 7. P. 671 – 675. DOI: 10.1038/nmeth.2089Schneider C. A., Rasband W. S., Eliceiri K. W. NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis / Nat. Methods. 2012. Vol. 9. No. 7. P. 671 – 675. DOI: 10.1038/nmeth.2089Akhnazarova S. L., Kafarov V. V. Methods for optimizing an experiment in chemical technology: a textbook for chemical engineering specialties of universities. — Moscow: Vysshaya shkola, 1985. — 327 p. [in Russian].Akhnazarova S. L., Kafarov V. V. Methods for optimizing an experiment in chemical technology: a textbook for chemical engineering specialties of universities. — Moscow: Vysshaya shkola, 1985. — 327 p. [in Russian].Doerffel K. Statistics in analytical chemistry. — Moscow: Mir, 1994. — 268 p. [in Russian].Doerffel K. Statistics in analytical chemistry. — Moscow: Mir, 1994. — 268 p. [in Russian].Eksperiandova L. P., Belikov K. N., Khimchenko S. V., Blank T. A. Once again about determination and detection limits / J. Anal. Chem. 2010. Vol. 65. P. 223 – 228. DOI: 10.1134/s1061934810030020Eksperiandova L. P., Belikov K. N., Khimchenko S. V., Blank T. A. Once again about determination and detection limits / J. Anal. Chem. 2010. Vol. 65. P. 223 – 228. DOI: 10.1134/s1061934810030020Dvorkin V. I. Metrology and quality assurance of quantitative chemical analysis. — Moscow: Tekhnosfera, 2019. — 318 p. [in Russian].Dvorkin V. I. Metrology and quality assurance of quantitative chemical analysis. — Moscow: Tekhnosfera, 2019. — 318 p. [in Russian].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.