伏安型電子舌脈沖響應(yīng)信號(hào)充電電流數(shù)學(xué)解析與應(yīng)用研究.pdf

1、與常規(guī)電分析化學(xué)技術(shù)常常將充電電流作為一種氧化還原電流的干擾信號(hào)進(jìn)行屏蔽處理不同，伏安型電子舌技術(shù)往往將充電電流作為一種重要的有效信號(hào)進(jìn)行采集與應(yīng)用，充電電流的有效性是伏安型電子舌應(yīng)用能力的一個(gè)重要因素。本研究以課題組前期研制開發(fā)的多頻大幅脈沖伏安型電子舌（智舌）為基礎(chǔ)，針對(duì)電子舌脈沖響應(yīng)信號(hào)的充電電流信息，根據(jù)數(shù)學(xué)原理進(jìn)行解析與應(yīng)用，以期電子舌對(duì)食品樣品的整體品質(zhì)特征獲得更高的區(qū)分能力。論文在以下方面展開了系統(tǒng)研究:
　　(1)

2、充電電流的獲取與數(shù)學(xué)反演算法研究
　　針對(duì)頂點(diǎn)中混有氧化還原電流信號(hào)導(dǎo)致電子舌區(qū)分能力受限的問題，論文中設(shè)計(jì)了脈沖信號(hào)為3mv，50ms的等效電路設(shè)計(jì)方法，對(duì)純凈充電電流進(jìn)行采集，并通過比較加入等濃度、不同濃度、未加硝酸鉀的鐵氰化鉀溶液的充電電流的定量分析結(jié)果，包括充電電流最大值與濃度、電量與濃度的相關(guān)性分析，結(jié)果顯示R2大于0.9，p值遠(yuǎn)小于0.05（顯著水平為0.05時(shí)），表明等效電路設(shè)計(jì)方法能夠有效地采集純凈充電電流。最后，

3、根據(jù)充電電流理論公式和溶液等效電路分析將采集的充電電流轉(zhuǎn)換為矩陣形式，通過數(shù)學(xué)反演算法對(duì)其進(jìn)行解析，優(yōu)化并比較SIRT、SVD-SIRT、新型SVD算法后確定新型SVD算法為最佳數(shù)學(xué)反演算法。
　　(2)充電電流弛豫曲線解析參數(shù)應(yīng)用性研究
　　針對(duì)電子舌充電電流解析結(jié)果簡(jiǎn)單問題，論文對(duì)充電電流解析參數(shù)從離子移動(dòng)速度、電導(dǎo)和濃度的相關(guān)性方面進(jìn)行研究，其中，離子移動(dòng)速度通過反演結(jié)果在橫坐標(biāo)上的弛豫范圍進(jìn)行表征，且推導(dǎo)得到電導(dǎo)G和

4、濃度c的理論相關(guān)表達(dá)式為G=k1*c-k2*c2/2+ε，設(shè)計(jì)單一、混合物質(zhì)兩類研究對(duì)象，結(jié)果表明:離子移動(dòng)速度大小排序結(jié)果與理論結(jié)果相同，即硫酸鈉與檸檬酸混合＞硫酸鈉與酒石酸混合＞硫酸根離子＞檸檬酸根離子＞酒石酸根離子;而G與c的R2＞0.9，p值遠(yuǎn)小于0.05（顯著水平為0.05時(shí)）也驗(yàn)證了二者良好的相關(guān)性，表明充電電流數(shù)學(xué)解析參數(shù)不僅能對(duì)不同溶液的離子移動(dòng)速度進(jìn)行評(píng)價(jià)區(qū)分，且能提取電導(dǎo)和濃度相關(guān)性參數(shù)進(jìn)行應(yīng)用研究。
　　(3

5、)充電電流弛豫曲線數(shù)學(xué)解析參數(shù)應(yīng)用驗(yàn)證研究
　　論文中對(duì)于解析參數(shù)應(yīng)用驗(yàn)證主要從兩方面進(jìn)行研究，其一，解析參數(shù)與離子移動(dòng)速度、電導(dǎo)的相互關(guān)系;其二，反演解析參數(shù)特征值與頂點(diǎn)特征值在食品樣品中采用PCA和DI值進(jìn)行比較區(qū)分。設(shè)計(jì)兩類食品樣品為研究對(duì)象，即不同類型:混合果蔬、油水混合物、純牛奶;同類型不同品牌:伊利純牛奶、光明純牛奶、蒙牛純牛奶。結(jié)果表明:根據(jù)食品樣品的充電電流數(shù)學(xué)解析結(jié)果的弛豫范圍預(yù)測(cè)得到的離子移動(dòng)速度大小為:光明純

6、牛奶＞油水混合物＞混合果蔬＞伊利純牛奶＞蒙牛純牛奶;且根據(jù)G與c良好的相關(guān)性分析結(jié)果，如R2＞0.85，p值遠(yuǎn)小于0.05（顯著水平為0.05時(shí)），提取擬合系數(shù)作為解析參數(shù)特征值，其與頂點(diǎn)特征值均能對(duì)食品樣品進(jìn)行有效區(qū)分，但前者在不同和同種食品類型中的DI值分別為99.0306、82.8982，較大于后者的91.6608、71.07。表明數(shù)學(xué)解析參數(shù)特征值具有更高的區(qū)分能力，彌補(bǔ)了頂點(diǎn)中混有氧化還原電流的不足。
　　綜上所述，本論