電子舌原理|產(chǎn)品百科

發(fā)布日期：2023-06-13      瀏覽次數(shù)：1516

電子舌原理

電子舌是一種利用低選擇性、非特異性、交互敏感的多傳感陣列為基礎(chǔ)，感測(cè)未知液體樣品的整體特征響應(yīng)信號(hào)，應(yīng)用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法，對(duì)樣品進(jìn)行模式識(shí)別和定性定量分析的檢測(cè)技術(shù)。電子舌主要由味覺(jué)傳感器陣列、信號(hào)采集系統(tǒng)和模式識(shí)別系統(tǒng)3部分組成；味覺(jué)傳感器陣列模擬生物系統(tǒng)中的舌頭，對(duì)不同“味道"的被測(cè)溶液進(jìn)行感應(yīng)，其主要由味覺(jué)傳感器陣列、信號(hào)采集系統(tǒng)和模式識(shí)別系統(tǒng)3部分組成；信號(hào)采集系統(tǒng)模擬神經(jīng)感覺(jué)系統(tǒng)采集，被激發(fā)的信號(hào)傳遞到電腦模式識(shí)別系統(tǒng)中；模式識(shí)別系統(tǒng)即發(fā)揮生物系統(tǒng)中大腦的作用對(duì)信號(hào)進(jìn)行特征提取，建立模式識(shí)別模型，并對(duì)不同被測(cè)溶液進(jìn)行區(qū)分辨識(shí)。因此，電子舌也稱為智能味覺(jué)仿生系統(tǒng)，是一類新型的分析檢測(cè)儀器。

味覺(jué)傳感器陣列的研究與設(shè)計(jì)

味覺(jué)傳感器陣列是電子舌系統(tǒng)的核心組成部分，由傳感器陣列工作原理的不同可分為電位型、伏安型、阻抗譜型、光尋址型、物理型以及生物傳感器等種類。國(guó)內(nèi)外研究較多的味覺(jué)傳感器陣列主要為電位型、伏安型與阻抗譜型。

電子舌電位型傳感器

電位型傳感器主要采用多通道類脂膜味覺(jué)傳感器和非特異性硫?qū)俨Ａ鞲衅麝嚵袃煞N，基本原理均為測(cè)量膜兩端電極的電勢(shì)，通過(guò)分析電勢(shì)差來(lái)研究樣品的特性。多通道類脂膜味覺(jué)傳感器采用不同類脂類物質(zhì)作為敏感膜組成多通道傳感系統(tǒng)，工作電極采用類脂膜電極，Ag/AgCl電極作為參比電極。當(dāng)某種樣品離子能夠通過(guò)類脂敏感膜，則會(huì)引起膜電位的變化而被檢測(cè)出來(lái)。硫?qū)俨Ａ鞲衅麝嚵胁捎昧驅(qū)俨Ａё鳛楣ぷ麟姌O，配以PVC薄膜實(shí)現(xiàn)電位檢測(cè)。

電子舌伏安型傳感器

伏安型傳感器常使用的工作電極為金屬裸電極或修飾電極等?；驹斫柚娀瘜W(xué)伏安法的思想，將多傳感器陣列置于待測(cè)溶液中，在工作電極上加入階躍電勢(shì)，通過(guò)檢測(cè)不同待測(cè)溶液產(chǎn)生極化電流大小的不同來(lái)定性和定量分析樣品的特性。伏安型傳感器所加的階躍電勢(shì)主要有循環(huán)伏安、常規(guī)大幅脈沖和多頻脈沖伏安法等。以伏安型傳感器構(gòu)建的電子舌系統(tǒng)常采用三電極結(jié)構(gòu)：工作電極、參比電極和輔助電極。

電子舌阻抗譜型傳感器

阻抗譜型傳感器常使用的工作電極為貴金屬電極或碳電極?；驹頌橐噪娀瘜W(xué)阻抗譜法為基礎(chǔ)，在貴金屬電極上覆以導(dǎo)電聚合薄膜，通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)阻抗譜不同來(lái)對(duì)樣品進(jìn)行定性和定量分析。以阻抗譜型傳感器構(gòu)建的電子舌系統(tǒng)常采用二電極結(jié)構(gòu)：工作電極和參比電極。通過(guò)味覺(jué)傳感器陣列、信號(hào)采集和模式識(shí)別構(gòu)成的電子舌系統(tǒng)可以簡(jiǎn)單、方便、快速無(wú)損地在線檢測(cè)未知液體的整體特征，因此，電子舌技術(shù)在一些應(yīng)用領(lǐng)域得到廣泛的研究和一定的實(shí)際應(yīng)用。但是要想電子舌技術(shù)擴(kuò)大它的應(yīng)用領(lǐng)域和進(jìn)一步走向?qū)嵱没?，還有許多問(wèn)題需要研究。電子舌技術(shù)由于受傳感器陣列的局限，不可能對(duì)所有檢測(cè)對(duì)象均有很強(qiáng)的響應(yīng)信號(hào)，可適時(shí)研究一些專用的電子。多頻脈沖電子舌系統(tǒng)，是一種基于非修飾貴金屬電極傳感器陣列的電子舌系統(tǒng)，這類電子舌系統(tǒng)對(duì)激發(fā)電勢(shì)信號(hào)進(jìn)行了擴(kuò)充和改進(jìn)，大大擴(kuò)充了檢查信息量，為模式識(shí)別系統(tǒng)提供更多的有效數(shù)據(jù)信息。

電子舌在食品檢測(cè)中的應(yīng)用

電子舌技術(shù)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用研究已非常廣泛，主要應(yīng)用于食品溯源、食品新鮮度、食品品質(zhì)分級(jí)和食品生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量監(jiān)控等方面。日本九州大學(xué)設(shè)計(jì)的多通道類脂膜味覺(jué)傳感器能有效鑒別啤酒、日本米酒、牛乳等多種食品。國(guó)內(nèi)研發(fā)了一種設(shè)計(jì)了一種基于多頻率大幅脈沖作為激發(fā)掃描信號(hào)，以金、銀、鉑等金屬裸電極為工作電極的伏安型電子舌系統(tǒng)，結(jié)合合適的數(shù)據(jù)分析方法可對(duì)葡萄酒、白酒、茶葉、肉類、牛乳等品質(zhì)區(qū)分以及食源性致病菌、農(nóng)藥的定性定量分析。電子舌技術(shù)還能夠快速區(qū)分雞肉品種、產(chǎn)品品質(zhì)，它將是雞肉及其產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)的重要手段，期內(nèi)肉質(zhì)變化進(jìn)行了區(qū)分，顯示了電子舌在禽肉中的應(yīng)用潛力。

電子舌在環(huán)境檢測(cè)中的應(yīng)用

應(yīng)用基于硫化電極的電位型電子舌系統(tǒng)成功檢測(cè)水質(zhì)中重金屬Pb2+、Cd2+、Ti+、Cu2+的離子濃度，結(jié)果給出了不同材料電極對(duì)離子濃度的檢測(cè)限以及對(duì)各種離子濃度的預(yù)測(cè)誤差；基于絲網(wǎng)印刷金屬電極和碳電極的阻抗型電子舌成功檢測(cè)出純水中的重金屬離子，并能將含不同重金屬的離子水區(qū)分開(kāi)；應(yīng)用基于多通道類脂膜電位型電子舌系統(tǒng)對(duì)不同水質(zhì)中的堿性離子進(jìn)行檢測(cè)，并結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)湖水和飲用水中的堿性離子進(jìn)行預(yù)測(cè)；基于光學(xué)離子傳感器陣列的電子舌系統(tǒng)，結(jié)合主成分分析與偏最小二乘法等數(shù)據(jù)分析方法對(duì)船載海洋環(huán)境中鋅、鎘、鉛、銅等9種重金屬離子濃度進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，設(shè)計(jì)一種基于差分脈沖溶出伏安法的電子舌系統(tǒng)對(duì)水體中重金屬離子進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)；基于電化學(xué)微電極陣列，是種用于環(huán)境中有毒痕量重金屬連續(xù)檢測(cè)的新型電子舌，每路傳感器正面為硅基底金微電極陣列，背面集成了Ag/AgCl參比電極和Pt對(duì)電極。

電子舌檢測(cè)油脂

在大多數(shù)電子舌應(yīng)用系統(tǒng)中，檢測(cè)的樣品溶液均為水介質(zhì)，如果汁、茶葉、酒或其他飲料。這些媒質(zhì)再加以支持電解質(zhì)就能夠提供充分良好的溶液導(dǎo)電性。對(duì)于高黏度、低導(dǎo)電性以及無(wú)能力溶解足夠數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)電解質(zhì)的那些檢測(cè)樣品，電子舌檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用難度大大增加。例如對(duì)油脂品質(zhì)進(jìn)行伏安法原理檢測(cè)必須尋找到合適的疏水性支持電解質(zhì)。法國(guó)AlphaAstree電子舌系統(tǒng)可區(qū)分出玉米油、葵花籽油、橄欖油和棕櫚油以及按不同比例的混合油。以鉑微電極為工作電極的二電極電子舌系統(tǒng)可直接檢測(cè)植物油樣品，成功區(qū)分不同地理來(lái)源、不同品質(zhì)的玉米油和初榨橄欖油。