电容传感反演系统构建及其在食品胶性质方面初探

摘要

反演技术是低场核磁共振解谱中一种常用技术手段，低场核磁共振通过反演，将T2弛豫曲线广泛用于石油、食品和医药等领域，电化学中的平板电容充电电流响应曲线，非常相似于低场核磁共振弛豫谱。故，本研究利用反演解谱分析方法以及解谱后参数应用方法来解析电化学弛豫响应信号将其运用于食品样品的检测当中，设计了一套电容传感反演系统。本文通过以下几个方面进行系统研究:
　　(1)平板电容传感器的构建与优化
　　通过对比0.01 mol/L三种溶液（谷氨酸钠溶液、酒石酸溶液、氯化钠溶液），在铂片三电极体系、微管三电极体系、圆盘三电极体系，三种传感器搭建体系，四种电压(0.4V、0.7 V、1V、1.3 V)激发下获得电流曲线进行联合迭代(SIRT)算法反演的反演结果，从反演峰数量、反演峰面积变异系数、反演峰面积信号量大小评价三种电容传感器体系，四种电压下反演结果，筛选最佳传感器体系为铂片三电极体系，该传感器下最佳电压为1V。
　　(2)电容传感反演系统的优化与构建
　　利用最佳传感器以及最佳电压条件选择三种类型单一物质柠檬酸溶液、吐温-80溶液、黄原胶溶液进行电化学弛豫信号采集，对柠檬酸溶液这类电流信号末端基本衰减至零附近物质，采用原始数据进行反演分析，其算法优化结果为:对数布点，迭代次数为1000，（对吐温-80溶液、黄原胶溶液这类电流信号末端衰减不完全物质，采用差值数据进行反演分析，迭代次数为10000），反演结果呈现方式为纵坐标采用线性坐标，横坐标采用对数坐标。通过反演峰面积与浓度之间的相关性分析，其最佳算法优化条件以及原始或差值数据处理下，反演峰面积与溶液浓度有良好的相关性（黄原胶第二个峰面积除外）。
　　(3)电容传感反演系统的应用性初探
　　选择瓜尔豆胶、羟丙基甲基纤维素、刺槐豆胶为研究对象，采集电流信号，利用差值数据处理，联合迭代算法反演以及峰面积计算代码计算反演峰面积，对不同反演峰面积与浓度进行相关性方面研究，确定了解析参数在食品胶体这类样品中的应用价值。三种物质的前两个反演峰面积与浓度相关系数均大于0.9，说明其对应的反演峰面积与浓度在胶体类物质中表现出良好的相关性，表明能够利用峰面积和浓度模型参数对食品胶体进行浓度检测。在差值处理反演结果中，产生的新反演峰面积与浓度关系的研究中，可以通过峰面积大小的转折点来推算这类胶体溶液性质转变点，即从溶液当中分子链的分散状态，到重叠状态的转变点。为电化学深入的应用研究提供了参考价值。
　　综上所述，结合联合迭代算法反演的电容传感器系统，能够对食品胶体体系性质转变状态提供一定科学参考价值，并且为电化学弛豫信号的分析提供新的思路。

目录

摘要

1．1 经典的反演技术

1．1．1 反演算法在低场核磁共振技术中的应用

1．1．2 低场核磁共振技术中反演方法的介绍

1．2 电容传感器研究介绍

1．2．1 电容传感器研究现状

1．2．2 电容传感器的响应原理

1．2．3 电容信号弛豫曲线

1．3 研究内容

1．4 技术路线

2．1 引言

2．2 实验材料与设备

2．2．1 实验材料

2．2．2 样品制备

2．2．3 实验设备

2．3 实验方法

2．3．1 获取电流弛豫曲线的方法

2．3．2 实验步骤

2．4 数学反演算法

2．4．1 SIRT算法

2．4．2 反演峰面积的计算

2．5 实验结果与分析

2．5．1 不同电压下三种电极的数据采集

2．5．2 不同电压下三种电极的反演图结果分析

2．5．3 峰面积的变异系数与信号量大小比较分析

2．6 最佳传感器优化

2．7 本章小结

3．1 引言

3．2 实验材料与设备

3．2．1 实验材料

3．2．2 样品制备

3．2．3 实验设备

3．3 实验方法

3．3．1 实验步骤

3．4 实验结果与分析

3．4．1 电容传感原始信号与预处理信号比较分析

3．5 反演布点方式优化

3．6 反演结果呈现方式优化

3．7 反演迭代次数优化

3．8 反演峰面积与浓度相关性研究分析

3．9 本章小结

4．1 引言

4．2 实验材料与设备

4．2．1 实验材料

4．2．2 样品制备

4．2．3 实验设备

4．3 实验方法

4．3．1 电容传感器实验步骤

4．3．2 流变学性质测试步骤

4．4 结果与分析

4．4．1 电容传感器原始信号采集与预处理分析

4．4．2 SIRT反演结果分析

4．4．3 反演结果的应用性探索

4．4．4 流变学性质分析与反演峰面积值比较

4．5 本章小结

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

附录

致谢

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