Bosin+cTongue+電子舌系統(tǒng)cTongue 是由上海保圣結(jié)合高校十多年科研積累研制開發(fā)的一種新型電子舌系統(tǒng)，也是第五套商品化的電子舌產(chǎn)品。目前，電子舌已經(jīng)成功應(yīng)用于飲料、白酒、干紅葡萄酒、乳制品以及龍井茶等多類食品的品質(zhì)控制、真?zhèn)伪孀R當中，并且與多家單位正式合作。

Bosin+cTongue+電子舌系統(tǒng)以原創(chuàng)性的組合脈沖弛豫譜為技術(shù)核心，利用不同性質(zhì)的貴金屬電極優(yōu)化組合成傳感器陣列，結(jié)合特定的智能自學(xué)習(xí)、自辨識模式識別算法構(gòu)建的一類新型電子舌系統(tǒng)。它由三個結(jié)構(gòu)部分組成：（1）傳感器陣列（2）組合脈沖弛豫譜信號激發(fā)與接收裝置（3）智能模式識別軟件系統(tǒng)。（電子舌系統(tǒng)見圖1）

源于生物味覺感受

交互敏感的傳感器陣列/信號激發(fā)采集模塊/模式識別

交互敏感的傳感器陣列相當于生物體的舌頭，不同的傳感器相當于舌頭上四處分布的味蕾。負責采集不同味覺物質(zhì)的響應(yīng)信號；信號激發(fā)采集模塊發(fā)射-激發(fā)能量作用于傳感器陣列，觸使傳感器陣列能夠采集味覺物質(zhì)的響應(yīng)信號；模式識別和多元統(tǒng)計分析方法相當于人類的大腦，分析采集的信號，給出物質(zhì)區(qū)分辨識或感官性質(zhì)的信息。

二、電子舌系統(tǒng)的來源

  Bosin+cTongue+電子舌設(shè)計思想源自于生物感受味覺的機制。電子舌系統(tǒng)中的傳感器陣列即相當于生物系統(tǒng)中的舌頭，感受不同的化學(xué)物質(zhì)，采集各種不同的信號信息輸入電腦，電腦代替了生物系統(tǒng)中的大腦功能，通過軟件進行分析處理,針對不同的物質(zhì)進行區(qū)分辨識，后給出各個物質(zhì)的感官信息。傳感器陣列中每個獨立的傳感器仿佛舌面上的味蕾一樣，具有交互敏感作用，即一個獨立的傳感器并非只感受一種化學(xué)物質(zhì)，而是感受一類群化學(xué)物質(zhì)，并且在感受某類特定的化學(xué)物質(zhì)的同時，還感受另一部分其它性質(zhì)的化學(xué)物質(zhì)。

 傳統(tǒng)的電子舌設(shè)計思路往往集中在如何設(shè)計具有特殊交互敏感的傳感器陣列，大量的研究者將工作重心放在了傳感器脂質(zhì)敏感膜的修飾當中。然而，由于修飾傳感器本身重現(xiàn)性、穩(wěn)定性、使用環(huán)境和壽命等問題，大大限制了電子舌的發(fā)展。電子舌利用組合脈沖弛豫技術(shù)，以電位作為脈沖的物理形式，以響應(yīng)電流作為組合弛豫譜，使得非修飾惰性金屬傳感器在檢測溶液中體現(xiàn)交互敏感信息。由于非修飾惰性金屬傳感器——穩(wěn)定性、重現(xiàn)性好，耐腐蝕試用面廣等特點，*的拓展了電子舌系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域。

三、組合弛豫脈沖弛豫譜

        脈沖弛豫是指一個特定體系受到某種瞬時物理脈沖作用后，除有一種對應(yīng)的瞬時物理響應(yīng)之外，還存在著一個隨時間延滯體系恢復(fù)到原初狀態(tài)的弛豫過程。不同物理體系中不同物質(zhì)成份，對同一種瞬時物理脈沖作用表現(xiàn)的弛豫行為是不同的。脈沖實現(xiàn)的物理形式和技術(shù)方法可以多種多樣，利用不同形式的物理脈沖及其組合，得到特定體系*的復(fù)雜信息，從而構(gòu)成了一種新的智能分析的科學(xué)思想和技術(shù)方法，稱之為組合脈沖弛豫譜。

電子舌系統(tǒng)利用電化學(xué)方法，結(jié)合傳感器技術(shù)，以電壓為激發(fā)信號，電流為傳感器響應(yīng)信號，實現(xiàn)電化學(xué)組合脈沖弛豫譜。如圖2所示，當電子舌在傳感器上施加瞬間脈沖電壓（h）時，被檢測溶液中的所有組分由于電場的電離作用，快速的在溶液中移動或是在電極表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而相應(yīng)的產(chǎn)生瞬間尖峰電流（如圖中S1所示）。隨后脈沖電壓持續(xù)施壓一定時間（t1），對應(yīng)脈沖尖峰電流隨時間衰減，形成完整的脈沖弛豫（S1）。再配合另外兩個參數(shù)——脈沖時間間隔（t2）和基線漂移量（ρ），就能形成由多個脈沖弛豫（S1）組成的組合脈沖弛豫譜（S）。

圖2 組合脈沖馳豫譜技術(shù)原理示意圖

四、組合弛豫脈沖技術(shù)在電子舌中的數(shù)學(xué)表達形式

 從電子舌的技術(shù)實現(xiàn)上而言，初的設(shè)計模型來自于傳統(tǒng)分析化學(xué)的多傳感器多組分分析。這類特異性傳感器陣列多組分分析可以用以下數(shù)學(xué)式進行表達：假設(shè)某溶液中含有N個組分，并且每個組分的濃度分別為C1、C2、… 、CN，現(xiàn)在用由M個傳感器組成的傳感器陣列的電子舌系統(tǒng)對溶液進行測定，并且每個組分都會在傳感器得到響應(yīng)，以Si（1<i<M）作為第i個傳感器的信號強度。這樣，M個傳感器組成陣列可以得到如下方程：

S1＝A₁,₁ C₁+A₁,₂ C₂＋… ＋A_1,N C_N

S₂＝A_2,1 C1+A_2,2 C2＋… ＋A_2,NC_N                      

……

S_M＝A_M,1 C1+A_M,2 C2＋… ＋A_M,N C_N

 其中，由于每個傳感器都是特異性的，即只對溶液中某個獨立的組分起響應(yīng)，所以A_i,j是第i個傳感器響應(yīng)強度信號和第j個組分濃度之間的比例常數(shù)。從方程（2）可知，只要M≥N時，方程可以通過矩陣運算求出溶液中每個組分的濃度。

 電子舌技術(shù)與傳統(tǒng)的多傳感器多組分分析大的不同就是把生物味覺系統(tǒng)中味蕾的交互敏感原理和傳統(tǒng)的傳感器陣列多組分分析結(jié)合在一起，即用選擇性不是特別強，同時又具有一定交互敏感性的傳感器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的選擇性特別強的特異性傳感器組成傳感器陣列。這樣，方程（2）中的系數(shù)A_i,j變成與溶液中第j個組分濃度相關(guān)的一個非線性函數(shù)。此時，對方程（2）求解的時候，就要求使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等非線性的模式識別方式，首先對電子舌進行訓(xùn)練，建立自學(xué)習(xí)專家數(shù)據(jù)庫，建立Ai,j的標準形式，然后再進行計算。

五、小結(jié)及應(yīng)用領(lǐng)域

  電子舌作為一種新型的智能分析的核心技術(shù)，能夠在多種領(lǐng)域進行應(yīng)用、發(fā)展和推廣。電子舌核心技術(shù)——組合脈沖弛豫的大特點在于，能夠利用電化學(xué)的方法，使得分析檢測對象表現(xiàn)出物質(zhì)本質(zhì)屬性的脈沖弛豫現(xiàn)象，再結(jié)合對應(yīng)的多元統(tǒng)計分析技術(shù)，從弛豫時間與主導(dǎo)頻率入手，在線、實時、快速的利用指紋圖譜的形式智能表征分析對象的屬性特征。電子舌分析技術(shù)有望成為一種普遍的智能分析思想方法與技術(shù)途徑。