智舌脉冲弛豫响应信号的电化学特征值提取方法研究

摘要

智舌是本实验室自主研发的一种新型伏安型电子舌系统，由电化学传感器阵列、信号激发采集系统以及信号数据处理模块三部分组成。本论文在实验室前期研究基础上，以智舌为实验平台，系统研究了扩散控制分析、计时电量分析、溶液等效电路分析三种电化学方法，并将其用于智舌弛豫响应信号电化学特征值的提取。最后利用6种单一纯组分溶液，5种椰子粉、龙井茶以及巴氏杀菌牛乳系统考察了电化学特征值的稳定性与有效性。研究得出以下结论:
　　(1)扩散控制提取电化学特征值的研究
　　利用扩散控制提取电化学特征值时，确定了最佳前处理模式，即先利用陷波器然后结合Savitzky-Golay多项式平滑。根据扩散控制的适用条件，确定了最佳脉冲幅值范围为0.4V-1V，同时也确定了毫米级电极的最佳分析时域为0.5s-1s，微米级电极的最佳分析时域为0.1s-0.2s。最后通过6种单一纯组分溶液、5种椰子粉的验证实验结果表明，电化学特征值比原顶点拐点稳定性更好，同时有效性也有了显著提高。
　　(2)计时电量法提取电化学特征值的研究
　　利用计时电量法提取电化学特征值时，通过算法迭代，确定了正向脉冲弛豫响应信号的最佳拟合时域为0.2s-1s，反向脉冲弛豫响应信号的最佳拟合时域为0.001s-0.01s。最后通过6种单一纯组分溶液、5种椰子粉的验证实验结果表明，电化学特征值比原顶点拐点在稳定性与有效性上都有了一定的提高。
　　(3)等效电路分析法提取电化学特征值的研究
　　利用基于三种不同原理的等效电路模型来提取电化学特征值，实验结果显示正向弛豫信号的最佳分析时域为1.5ms-5ms，反向弛豫信号的最佳分析时域为0.2ms-2.5ms，求解Rs的拟合相关系数R2＞0.99，结合电导率仪验证了其正确性。最后通过6种单一纯组分溶液、5种椰子粉的验证实验结果表明，相比于原顶点拐点，其更能表征溶液的整体特性，稳定性也要更好。
　　(4)弛豫响应信号电化学特征值的应用研究
　　论文比较了三种电化学分析方法提取的特征值与原顶点拐点对样品整体质量品质的评价能力。实验结果表明，在不同品牌鲜奶的辨识上，电化学特征值对不同品牌鲜奶的整体特征识别能力更强;在鲜奶货架期品质变化的表征能力以及货架期时间的预测能力方面，电化学特征值效果更好;在不同品质龙井茶的辨识中，采用识别率DP值评判个体之间的差异，结果表明电化学特征值也要优于原顶点拐点。
　　综上所述，本文通过采用三种电化学分析法提取电化学特征值，提升了智舌检测的稳定性与有效性，为智舌的产业化奠定了基础。

目录

摘要

第1章 引言

1．1 电子舌简介

1．1．1 电子舌国内外研究进展

1．1．2 电子舌在食品上的应用

1．1．3 伏安型电子舌响应信号研究现状

1．1．4 智舌存在的问题

1．2 研究内容、目标与技术路线

1．2．1 研究内容

1．2．2 研究目标

1．2．3 技术路线

第2章 扩散控制提取电化学特征值的研究

2．1 引言

2．2 材料与实验仪器

2．2．1 主要试剂

2．2．2 主要仪器

2．3 实验方法

2．3．1 样品制备

2．3．2 操作流程

2．4 数据处理方法

2．4．1 信号的预处理

2．4．2 响应信号的分析

2．4．3 主成分分析与DI值

2．5 结果与分析

2．5．1 信号预处理分析

2．5．2 电压范围分析

2．5．3 最佳时域分析

2．5．4 稳定性与有效性评估

2．6 本章小结

第3章 计时电量法提取电化学特征值的研究

3．1 引言

3．2 材料与实验仪器

3．2．1 主要试剂

3．2．2 主要仪器

3．3 实验方法

3．3．1 样品制备

3．3．2 操作流程

3．4 数据处理方法

3．4．1 电流积分算法

3．4．2 正向弛豫信号拟合

3．4．3 反向弛豫信号拟合

3．4．4主成分分析与DI值

3．5 结果与分析

3．5．1 算法迭代优化

3．5．2 稳定性与有效性评估

3．6 本章小结

第4章 等效电路分析法提取电化学特征值的研究

4．1 引言

4．2 材料与实验仪器

4．2．1 主要试剂

4．2．2 主要仪器

4．3 实验方法

4．3．1 样品制备

4．3．2 操作流程

4．4 数据处理方法

4．4．1 信号的预处理

4．4．2 大幅脉冲电化学特征值

4．4．3 小幅脉冲电化学特征值

4．4．4 主成分分析与DI值

4．5 结果与分析

4．5．1 大幅脉冲时间区域分析

4．5．2 稳定性与有效性评估

4．6 本章小结

第5章 弛豫响应信号电化学特征值的应用研究

5．1 引言

5．2 材料与实验仪器

5．2．1 实验材料

5．2．2 实验仪器

5．3 实验方法

5．3．1 样品制备

5．3．2 实验操作

5．4 数据处理方法

5．4．1 鲜奶品牌区分

5．4．2 货架期品质评价

5．4．3 茶叶品质辨识

5．5 结果与分析

5．5．1 鲜奶品牌区分

5．5．2 鲜奶货架期品质的评价与货架期的预测

5．5．3 茶叶品质辨识

5．6 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

附录 符号说明

硕士期间发表的论文

致谢

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