课件电子舌原理和应用

第五节电子舌技术一、电子舌定义(IUPAC)电子舌是一种由低选择性、非特异性的交互敏感传感器阵列，配以合适的模式识别方式/多元统计方法的定性定量分析的现代化分析检测仪器。Yu.Vlasov,etal./PureandAppliedChemistry77,1965-1983味细胞味神经味物质电响应大脑味觉感受生物味觉系统electronictongue响应信号电脑传感器阵列模式识别2.电子舌原理3.电子舌传感器原理与特点4.电子舌基本结构传感器阵列非特异性传感器具有一定的特异性，同时具有一定交互感应信号激发采集系统与传感器阵列的设计有关与被测对象的性质相关多元数理统计系统PCA（基于线性模型）PLS（基于线性模型）、ANNs（基于非线性模型）Yu.Vlasov,etal./PureandAppliedChemistry77,1965-19835.电子舌特点由多通道非特异性传感器阵列组成需要配合模式识别以及专家数据库检测对象为溶液化样品；样品无需前处理采集的信号为溶液特性的总体响应强度信号，而非某个特定组分浓度等单一参数能够区分不同被测对象的属性差异；6.电子舌的由来Yu.Vlasov,etal./PureandAppliedChemistry77,1965-19831982年，Persaud,Dodd:电子鼻（electronicnose）1992年，Toko:味觉传感系统（tastesensor）1995年，Vlasov,Legin,D’Amico:电子舌（electronictongue）7.电子舌分类根据信号激发采集方式分类：电位型电子舌伏安型电子舌阻抗谱型电子舌根据设计原理分类：五种味觉（或四种）角度出发（Toko、Riul）检测电化学性质角度出发（Winquist）检测所含离子角度出发（Legin）K.Toko课题组KyushuUniversity,JapanA.Legin课题组St.PetersburgUniversity，RussiaF.Winquist课题组LinkōpingUniversity，SwedenMaríaL.Rodríguez-Méndez课题组ValladolidUniversity,SpainA.RiulJr.课题组SP,Brazil二、目前五大主要的电子舌研究课题组⒈

K.Toko课题组KyushuUniversity,Japan（电位型）以PVC作为载体，修饰不同的脂质物质作为敏感膜，通过检测敏感膜的膜电位反映修饰的不同活性物质与酸、甜、苦、咸、鲜五种味觉之间的相互作用强度，区分不同的味物质为基础，再结合数理统计方法整体评价食品的感官性质的电位型电子舌。Toko课题组的电位型电子舌K.Toko./SensorsandActuatorsB64

(2000)

205–215KHayashietal./SemorsandActtutorsB23(1995)55-61⒉A.Legin课题组St.PetersburgUniversity，Russia(电位型)俄罗斯A.Legin课题组研究了以硫属玻璃作为载体(AgI-Sb2S3,Ag2S-As2S3,GeS-GeS2-Ag2S,Ge-Sb-Se-Ag)的非特异性化学传感器组成传感器阵列，采用开路电位法采集溶液中离子与传感器敏感膜之间的电位强度信号，结合化学计量学的统计方法，同时得到定量离子浓度或溶液整体性质特征。C.DiNataleetal./SensorsandActuatorsB34(1996)539-542J.Schubertetal./SensorsandActuatorsB76(2001)327-330⒊

F.Winquist课题组LinkōpingUniversity，Sweden（伏安型）通过5～6个铂、金、铱、铑、钯等具有一定交互感应的贵金属裸电极组合成一个特殊的传感器阵列，利用LAPV、SWV等多电位伏安法，通过传感器阵列激发检测溶液组分的氧化还原性质，采集对应的电流信号，再结合多元统计方法，提取各种溶液整体质量/感官特征区分不同液体化物质的伏安型电子舌。F.Winquist课题组伏安型电子舌模型F.Winquist,etal./MeasurementSci.Technol.9(1998)1937.⒋

MaríaL.Rodríguez-Méndez课题组ValladolidUniversity,Spain(伏安型)通过化学修饰分子体积比较大、带电荷量多、能够表现出多个氧化还原峰的酞菁染料、杂多酸、卟啉等以金属元素为中心的复杂化合物构建传感器，进而组成传感器阵列，结合循环伏安法和方波伏安法，设计的一类新型电子舌A.A.Arrietaetal./SensorsandActuator,B95(2003)357–365⒌

A.RiulJr.课题组SP,Brazil（阻抗谱型）巴西A.RiulJr.

课题组研究了在电极上把聚吡珞（Ppy）以及聚苯胺（PAn）掺杂硬脂酸（SA）做成Langmuir-Blodgett膜，用阻抗谱（Impedancespectroscopy）的方法检测溶液中味物质与修饰物之间的离子作用强度，然后结合化学计量学的方法统计分析，得出溶液的整体性质。A.RiulJr.etal./SyntheticMetals132(2003)109–116智舌

以非修饰电极组成的传感器阵列为基础，应用多频大幅脉冲技术，结合特定模式识别系统，能对酒、饮料以及茶等液体类食品进行整体特征评价与检测的电子舌系统。1.多频脉冲电子舌原理S.Y.Tian,S.P.DengandZ.X.Chen/Sens.ActuatorsB:Chem.123(2007)1049多频脉冲电子舌2.智舌优点信息量丰富（分辨力提高）检测速度快（5－6分钟完成，其他电子舌10分钟以上）传感器使用寿命长（1年以上，其他电子舌3个月）清洗方便、迅速（1－2分钟，其他电子舌20－30分钟）智舌技术应用实例展示基本味物质区分蔗糖谷氨酸钠盐酸氯化钠盐酸苹果酸柠檬酸酒石酸醋酸氯化钙氯化铵氯化锂氯化钠氯化钾果糖蔗糖甘氨酸三氯蔗糖葡萄糖阿斯巴甜基本味物质浓度梯度区分a、b、分别代表Q-HCl、蔗糖ab浓度趋势c、d、e分别代表NaCl、HCl、MSG味觉物质智舌对不同浓度味觉物质的区分能识别味觉不同感受强度cde浓度趋势浓度趋势浓度趋势a、b分别代表Q-HCl、蔗糖，M点代表人的味觉阈值

基本味觉物质定量分析c、d、e分别代表NaCl、HCl、MSG味觉物质，M点代表人的味觉阈值

智舌检测限远低于人阈值，比人灵敏不同品牌牛奶区分智舌很好区分不同品牌及不同味的牛奶谷氨酸光明纯奶三鹿纯奶三鹿酸乳草莓味光明酸乳原味蒙牛酸乳草莓味三鹿酸乳原味白酒香型区分基本香型区分不同香型区分智舌很好区分不同香型应用于白酒行业不同产地龙井茶品质区分饮料品质稳定性与货架期存放时间增加变质样品a.水晶葡萄货架期评价

不同品牌纯净水区分不同品牌存在明显差异不同动物的肉类区分1：AA鸡；2：杜长大；3：金华猪；4：广西三黄鸡1:

Duroc×landrace×Yorkshirefinishingpigs;2:Jinhuafinishingpigs不同品种猪肉样品的主成分得分图（A）背最长肌；（B）半膜肌不同品种猪肉区分不同品种鸡肉样品的主成分得分图1:

AAchicken;2:GuangxiSanhuangchicken（A）胸肌；（B）腿肌不同品种鸡肉区分肉随储藏时间的变化不同储存时间猪肉样的主成分得分图（室温）（A）杜长大；（B）金华两头乌

不同储存时间猪肉样的主成分得分图（4℃）（A）杜大长；（B）金华两头乌不同部位鸡肉不同储藏时间腿肌肉的主成分得分图

不同储藏时间胸肌肉的主成分得分图

不同储藏时间鳙鱼的主成分得分图（储存1-3天；储存6-8天）不同储藏时间鲈鱼的主成分得分图（储存1-3天;储存6-8天）

不同品种鱼不同储藏时间马鲇鱼的主成分得分图

不同储藏时间小黄鱼的主成分得分图

原料不同的食用油区分同属（弧菌属）不同种细菌区分智舌可识别不同的致病弧菌适合水产品微生物检测水产品致病性弧菌区分不同类属细菌区分智舌可识别不同的致病细菌适合水产品微生物检测食源性致病细菌区分食源性致病菌的生长趋势金黄色葡萄球菌

大肠杆菌O157:H7枯草芽孢杆菌第六节电子鼻技术电子鼻的概念电子鼻（electronicnose）：也称人工嗅觉系统，由硬件传感器电路和模式识别算法构成。主要用来分析、识别和检测复杂嗅味和大多数挥发性化学成分。电子鼻结构传感器阵列非特异性传感器具有一定的特异性，同时具有一定交互感应信号激发采集系统与传感器阵列的设计有关与被测对象的性质相关多元数理统计系统PCA（基于线性模型）PLS（基于线性模型）、ANNs（基于非线性模型）电子鼻特点由多通道非特异性传感器阵列组成需要配合模式识别以及专家数据库检测对象为能够气化样品样品无需前处理采集的信号为样品对象的总体响应强度信号，而非某个特定组分浓度等单一参数能够区分不同被测对象的属性差异；电子鼻整体系统结构图电子鼻传统气室设计动态混气进样方式静态进样方式电子鼻传感器种类和特点智鼻系统厂家型号敏感成分费加罗TGS2201氮氧化物费加罗TGS826

胺类化合物费加罗TGS821氢气费加罗TGS842碳氢化合物组合费加罗TGS825硫化物费加罗TGS822酒精有机溶剂费加罗TGS4160二氧化碳费加罗T