電子舌原理|產(chǎn)品百科

發(fā)布日期：2023-06-13      瀏覽次數(shù)：2121

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，感測未知液體樣品的整體特征響應信號，應用化學計量學方法，對樣品進行模式識別和定性定量分析的檢測技術。電子舌主要由味覺傳感器陣列、信號采集系統(tǒng)和模式識別系統(tǒng)3部分組成；味覺傳感器陣列模擬生物系統(tǒng)中的舌頭，對不同“味道"的被測溶液進行感應，其主要由味覺傳感器陣列、信號采集系統(tǒng)和模式識別系統(tǒng)3部分組成；信號采集系統(tǒng)模擬神經(jīng)感覺系統(tǒng)采集，被激發(fā)的信號傳遞到電腦模式識別系統(tǒng)中；模式識別系統(tǒng)即發(fā)揮生物系統(tǒng)中大腦的作用對信號進行特征提取，建立模式識別模型，并對不同被測溶液進行區(qū)分辨識。因此，電子舌也稱為智能味覺仿生系統(tǒng)，是一類新型的分析檢測儀器。

味覺傳感器陣列的研究與設計

味覺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。國內(nèi)外研究較多的味覺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傳感器和非特異性硫屬玻璃傳感器陣列兩種，基本原理均為測量膜兩端電極的電勢，通過分析電勢差來研究樣品的特性。多通道類脂膜味覺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。當某種樣品離子能夠通過類脂敏感膜，則會引起膜電位的變化而被檢測出來。硫屬玻璃傳感器陣列采用硫屬玻璃作為工作電極，配以PVC薄膜實現(xiàn)電位檢測。

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。基本原理借助電化學伏安法的思想，將多傳感器陣列置于待測溶液中，在工作電極上加入階躍電勢，通過檢測不同待測溶液產(chǎn)生極化電流大小的不同來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。以伏安型傳感器構建的電子舌系統(tǒng)常采用三電極結構：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。基本原理為以電化學阻抗譜法為基礎，在貴金屬電極上覆以導電聚合薄膜，通過測量系統(tǒng)阻抗譜不同來對樣品進行定性和定量分析。以阻抗譜型傳感器構建的電子舌系統(tǒng)常采用二電極結構：工作電極和參比電極。通過味覺傳感器陣列、信號采集和模式識別構成的電子舌系統(tǒng)可以簡單、方便、快速無損地在線檢測未知液體的整體特征，因此，電子舌技術在一些應用領域得到廣泛的研究和一定的實際應用。但是要想電子舌技術擴大它的應用領域和進一步走向實用化，還有許多問題需要研究。電子舌技術由于受傳感器陣列的局限，不可能對所有檢測對象均有很強的響應信號，可適時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)對激發(fā)電勢信號進行了擴充和改進，大大擴充了檢查信息量，為模式識別系統(tǒng)提供更多的有效數(shù)據(jù)信息。

電子舌在食品檢測中的應用

電子舌技術在食品領域的應用研究已非常廣泛，主要應用于食品溯源、食品新鮮度、食品品質(zhì)分級和食品生產(chǎn)過程中的質(zhì)量監(jiān)控等方面。日本九州大學設計的多通道類脂膜味覺傳感器能有效鑒別啤酒、日本米酒、牛乳等多種食品。國內(nèi)研發(fā)了一種設計了一種基于多頻率大幅脈沖作為激發(fā)掃描信號，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)，結合合適的數(shù)據(jù)分析方法可對葡萄酒、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)量評價的重要手段，期內(nèi)肉質(zhì)變化進行了區(qū)分，顯示了電子舌在禽肉中的應用潛力。

電子舌在環(huán)境檢測中的應用

應用基于硫化電極的電位型電子舌系統(tǒng)成功檢測水質(zhì)中重金屬Pb2+、Cd2+、Ti+、Cu2+的離子濃度，結果給出了不同材料電極對離子濃度的檢測限以及對各種離子濃度的預測誤差；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；應用基于多通道類脂膜電位型電子舌系統(tǒng)對不同水質(zhì)中的堿性離子進行檢測，并結合神經(jīng)網(wǎng)絡模型對湖水和飲用水中的堿性離子進行預測；基于光學離子傳感器陣列的電子舌系統(tǒng)，結合主成分分析與偏最小二乘法等數(shù)據(jù)分析方法對船載海洋環(huán)境中鋅、鎘、鉛、銅等9種重金屬離子濃度進行自動檢測，設計一種基于差分脈沖溶出伏安法的電子舌系統(tǒng)對水體中重金屬離子進行實時檢測；基于電化學微電極陣列，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對電極。

電子舌檢測油脂

在大多數(shù)電子舌應用系統(tǒng)中，檢測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電性。對于高黏度、低導電性以及無能力溶解足夠數(shù)量的標準電解質(zhì)的那些檢測樣品，電子舌檢測技術的應用難度大大增加。例如對油脂品質(zhì)進行伏安法原理檢測必須尋找到合適的疏水性支持電解質(zhì)。法國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)可直接檢測植物油樣品，成功區(qū)分不同地理來源、不同品質(zhì)的玉米油和初榨橄欖油。