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【儀器網(wǎng) 行業(yè)應用】電子舌是一種由交互敏感傳感器陣列、信號調理電路以及模式識別算法構成的智能分析儀器。就是應用於分辨液體中味道判定及成份分析的儀器?，F(xiàn)代科學對液體中的味道分成酸、苦、甜、咸、鮮等五種基本味道。
發(fā)展與應用現(xiàn)狀
電子舌經(jīng)歷了一段較長的發(fā)展歷程。近些年來，由于應用前景廣闊，電子舌得到了很大發(fā)展。
1、多通道電極味覺傳感器
這種傳感器是基于非特定傳感器方法的液體分析多傳感器系統(tǒng)，雖是1990年由Toko等人研制的，但它現(xiàn)在仍然是具有選擇性和廣泛使用的味覺傳感器。
這種傳感器由8個含有類脂膜的電極組成，類脂膜用類脂物質組成。類脂膜把味覺物質的信息轉換為電信號。每個類脂膜被安裝在帶一個洞的塑料管上，這樣柱體內部就與外界隔離。管的末端用一個塞子封住，在塞子上安有Ag/Agcl電極。管子盛有3mol/L的KC1溶液。8個檢測電極被分成兩組，并與2個電極夾連接。電極由機械手控制。
味覺物質使類脂膜的電位發(fā)生變化，輸出電信號。這個電信號是味覺物質味道的性質和強度，而不是味覺物質的數(shù)量。產(chǎn)生不同味覺特征的物質的響應模式不同，因此，可以很容易區(qū)分每一種味道。因為標準偏差小于1%，所以，復檢性非常高。另一方面，味覺傳感器具有與同一味覺組相似的響應模式，例如：酸物質的樣本HC1、檸檬酸和醋酸具有類似的響應模式。NaCI，KC1，KBr這些咸物質，也具有類似的響應模式。對于其它味覺物質，如苦味、甜味和鮮昧，也適用。味覺傳感器能響應它對應的味道，味覺傳感器有對化學物質進行分子識別的能力。因此，使用多通道味覺傳感器可以輕易地區(qū)分不同的飲料。
從多通道味覺傳感器對33個品牌的啤酒的響應特征曲線的PCA結果可以看出：通過PCA數(shù)據(jù)處理后，di一主元與啤酒味道的濃烈度和清淡度有關，第二主元與啤酒的柔和度和強烈度有關。味覺傳感器的優(yōu)點就是不用對任何食物進行預處理，將飲料一倒進杯子就能檢測出味道，使用味覺傳感器能檢測出味道隨時間的變化。這種傳感器也能用來分析膠狀或固體食物，如西紅柿，可以先用攪拌機碾碎它們；也可用來檢測工廠排水的污染情況，許多污染物如CN一，F(xiàn)e“，cu“，可以在幾分鐘之內檢測出來。使用多樣回歸分析可以選擇性地檢測氰hua物。
多通道電極味覺傳感器對味覺物質的識別，實質上是基于類脂膜的。具有關文獻介紹，味覺傳感器系統(tǒng)的類脂膜具有典型的長期漂移的特征，這個長期漂移的特征依賴膜的成份和電勢起伏現(xiàn)象。
2、伏安法電子舌
伏安法電子舌由一組貴金屬的工作電極陣列組成，取代了傳統(tǒng)方法中的單一電極。有兩種伏安法：小振幅脈沖伏安法(SAPV)和大振幅脈沖伏安法(LAPV)。電子舌的應用選擇了LAPV。用15～100mV的不同的電壓值，每個電極收集了一些數(shù)據(jù)點。在數(shù)據(jù)處理過程中，選擇起關鍵作用的數(shù)據(jù)點用來校準和識別。
使用有2個工作電極(鉑和金)的電子舌檢測不同飲料：9個品牌的桔子汁、兩種類型的橙子汁軟飲料、蘋果汁和巴氏滅菌牛奶，發(fā)現(xiàn)這種電子舌能夠區(qū)分不同種類的飲料，通過PCA來處理數(shù)據(jù)。用這種電子舌也能夠檢測飲料的老化、氧化等變化。
用有5個工作電極(鉑、金、銥、鈀、銠)的電子舌，來檢測牛奶發(fā)酵和細菌滋生。檢測牛奶的11個樣本，打開包裝要立即進行，然后，每隔30min得一個大值。在2個牛奶樣本中加入抑菌劑(*)來防止細菌滋生。借助于dip.slide試驗，每2h檢測牛奶樣本中的細菌菌落，然后，用參考值來校準。通過局部小二乘(PLS)回歸算法和借助于反向傳播人工神經(jīng)網(wǎng)絡(BPNN)來進行多變量校正。
有6個工作電極(鉑、金、銥、鈀、銠和錸)、2個離子選擇電極(pH和氯化物)、二氧化物電極和導電率的結合了伏安法的合成電子舌，與溫度傳感器一起用來識別發(fā)酵牛奶樣本，用PCA和BPNN(反向人工神經(jīng)網(wǎng)絡)來處理數(shù)據(jù)，BPNN用來分類。已經(jīng)證明：伏安法、電勢分析法和電導分析法的結合，可改善電子舌的識別能力。
伏安法具有高敏感性、多功能性、簡單性和魯棒性，所以，伏安法成為廣泛使用的分析技術。但這種方法還存在一些問題，如發(fā)生在不同貴金屬電極上的化學反應的差別還不清楚；伏安法電子舌對細菌的敏感特性不清楚。
3、生物傳感器生物傳感器由敏感元件和信號處理裝置組成。敏感元件又分為分子識別元件和換能器兩部分，分子識別元件一般由生物活性材料，如酶、微生物及DNA等構成。依據(jù)換能器介質的不同，生物傳感器可分為電化學生物傳感器、光生物傳感器及壓電生物傳感器[6；也可按活性材料的不同劃分。生物傳感器可用于對氣體或液體的檢測，這里介紹的是幾種用于液體檢測的生物傳感器(電子舌)。
生物傳感器可用于食品中殘留農(nóng)藥的檢測，如有一種生物傳感器，使用人造酶為活性材料，利用有機磷殺蟲劑水解酶，對硝基酚和二乙基酚的測定極限為10～mol，在4|D℃以下測定只需4min，可用于測定食品中殘留的有機磷殺蟲劑。
在現(xiàn)代醫(yī)學，生物學大分子檢測已成為臨床診斷的重要手段，人們開始探索用生物傳感器檢測生物學大分子，其中，石英諧振式生物傳感器是近年發(fā)展起來的用于生物學大分子檢測的一種新型生物傳感器’。這種生物傳感器是利用石英晶體的壓電效應來實現(xiàn)能量轉換和信號傳感的。它通過分子識別元件感知樣品中是否含有或含有多少待測生物學大分子靶序列，換能器將感知的信號轉換為可觀察的信號。石英諧振式生物傳感器的研制，起源于1959年Sauerbrey等人的研究。這種傳感器的優(yōu)點是能動態(tài)、定量地監(jiān)測對象，在液體中可直接獲取信息，可實現(xiàn)單樣本多指標或多樣本單指標的檢測。石英諧振式生物傳感器為臨床上病原性微生物的檢測以及多種疾病的早期診斷提供了一種全新的方法。
微電極陣列電化學生物傳感器，也是近年來受到關注的一種生物傳感器。這種傳感器以電導、半導體或離子導電的材料構成電極，上涂有一層生物化學薄膜作為敏感膜，如，YonHin和ZhuJian—zhong等人在微電極上固定葡萄糖氧化酶制作了微型葡萄糖傳感器J。Kim等人用MEMS技術制作了用于全血分析的微型生物傳感器，這種傳感器的工作電極由30×30的微陣列電極構成，單個電極的直徑為6m。
生物傳感器大量應用于臨床和食品檢測上，也可用于環(huán)境水質檢測。據(jù)文獻介紹，一種尿素酶生物傳感器_l，可以檢測水中的重金屬離子，其原理是重金屬離子會抑制酶的活性。這種傳感器把脲酶固定在對氨離子敏感的FET表面，形成了尿素酶場效應管(LlI~aenzymeFET)。把尿素酶生物傳感器浸入1.0×10。mol/L尿素溶液中，等到輸出電壓信號穩(wěn)定后，向尿素溶液中加入汞離子溶液，濃度逐漸增大。試驗結果表明：加入汞離子，會迅速對固定酶產(chǎn)生抑制(t=5min)，測量的電信號也隨之下降。當汞離子濃度逐漸增大到10mol/L時，酶的剩余活性幾乎全部被抑制，檢測的下限為5×10一mol/L。檢測汞離子的試驗，證明了尿素酶生物傳感器應用于水質監(jiān)測的可能性。
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