電子舌原理及其研究進展

1、電子舌原理及其研究進展電子舌原理及其研究進展匯報人匯報人: :張東星張東星電子舌的定義電子舌的定義電子舌（electronic tongue）是一種利用傳感陣列感測液體樣品的特征響應(yīng)信號，通過信號模式識別處理以及專家系統(tǒng)學(xué)習(xí)識別，對樣品進行定性或定量分析的一類新型分析測試設(shè)備。三個主要組成部分 傳感器陣列 專家數(shù)據(jù)庫 人工智能識別電子舌的設(shè)計理念電子舌的設(shè)計理念Comparison & Statistical AnalysisData treatmentAcquisition這個配方這個配方我喜歡我喜歡大腦分析大腦分析感官指紋判定感官指紋判定味味 蕾蕾傳感器傳感器電腦軟件分析電腦軟件分

2、析電子指紋判定電子指紋判定-2-1012ZZBABBCAGAHAJB人類的感官人類的感官感知模式感知模式電子舌的感電子舌的感官分析模式官分析模式電子舌原理與傳統(tǒng)分析差異電子舌原理與傳統(tǒng)分析差異A.V. Legin et al. /Sensors and Actuators B 58 (1999) 464468交互敏感原理模式識別分析方法模式識別分析方法主成分分析主成分分析 (Principal Component Analysis,(Principal Component Analysis,PCAPCA) )簇類的獨立軟模式簇類的獨立軟模式 (Soft Independent Modeling

3、 of Class (Soft Independent Modeling of Class Analogy/Statistical Isolinear MultiCategory Analogy/Statistical Isolinear MultiCategory Analogy,Analogy,SIMCASIMCA）最小偏二乘法最小偏二乘法 (Partial Least Squares,(Partial Least Squares,PLSPLS) )人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析 (Artificial Neural Networks,(Artificial Neural Network

4、s,ANNsANNs) ) 電子舌類型電子舌類型電子舌類型 主要課題組 主要特點 用途電勢型電子舌 法國法國Alpha M.O.SAlpha M.O.S公司公司日本日本K. Toko課題課題小組小組俄羅斯A. Legin課題小組比較容易提取溶液的感官屬性，但是信號響應(yīng)弱，傳感器壽命短(法國采用的是晶體場效應(yīng)電極;日本采用的是選擇性膜電極)此類型電子舌可以應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)的領(lǐng)域伏安型電子舌 瑞典F.Winquist課題小組中國鄧少平教授中國鄧少平教授課題小組課題小組 電極陣列容易構(gòu)建，并且電極穩(wěn)定,使用壽命長,但信息量相當(dāng)大，數(shù)據(jù)處理要求高此類型的電子舌可以用于飲料類食品的品質(zhì)控制阻抗譜型電子舌

5、巴西A. Riul Jr. 課題小組 電子舌響應(yīng)靈敏度很高，但對電極修飾膜制作要求較高 此類型的電子舌由于電極制作難度相當(dāng)大,所以世界上還沒有相應(yīng)的整機ASTEREE ELECTRONIC TONGUEASTEREE ELECTRONIC TONGUE法國法國ALPHA-MOSALPHA-MOS公司的電子舌公司的電子舌味蕾的結(jié)構(gòu)及對致味分子的敏感性。電子舌傳感器的腔狀結(jié)構(gòu)及化學(xué)選擇性區(qū)域效應(yīng)有機脂生物膜。Cross selective or selective sensors :CHEMSFET (chemical-Selective Field Effect Transistor) Step

6、 1 在空白溶液中達到平衡Step 2 傳感器上不同官能團及生物膜與致味物質(zhì)發(fā)生發(fā)應(yīng)。Step 3 該發(fā)應(yīng)引起傳感器電勢的變化，傳感器電勢的變化作為原始信號輸出。ConnectorChip傳感器束檢測方法 : 電勢變化 味道味覺的基本 檢測低限 (M)物質(zhì) 人舌電子舌甜Sucrose10-21 x 10-6苦Caffeine0.7 x 10-31.5 x 10-6酸Citric Acid9 x 10-41.9 x 10-6主味的基本物質(zhì)主味的基本物質(zhì) : 甜甜: sucrose 苦苦: caffeine 咸咸: NaCl 酸酸: Acetic Acid 鮮鮮: Mono-Sodium Glut

7、amate 傳感器響應(yīng)值傳感器響應(yīng)值RADAR PLOT 電子指紋圖：電子指紋圖：直觀比較直觀比較不同味覺不同味覺Principal Component Analysis (PCA) and Discriminant Factorial Analysis (DFA)主成分分析：主成分分析：數(shù)據(jù)探索數(shù)據(jù)探索聚類分析聚類分析: :建立數(shù)據(jù)庫建立數(shù)據(jù)庫Partial Least Square (PLS)最小線性回歸定量分析：最小線性回歸定量分析：建建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，未知樣定量立標(biāo)準(zhǔn)曲線，未知樣定量 Statistical Quality Control (SQC)質(zhì)量監(jiān)控圖：質(zhì)量監(jiān)控圖：在線品控在線品控

8、ASTEREE ELECTRONIC TONGUE ASTEREE ELECTRONIC TONGUE 特點特點優(yōu)點：優(yōu)點：儀器集成性較好軟件系統(tǒng)比較完善缺點：缺點：儀器清洗校正時間長傳感器價格高，壽命短用途：用途： 此種類型的電子舌可以應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)的過程中Kiyoshi TokoKiyoshi Toko日本九州大學(xué)日本九州大學(xué)TOKOTOKO教授開發(fā)的電子舌教授開發(fā)的電子舌重要部件重要部件功能實現(xiàn)功能實現(xiàn)ToKoToKo電子舌系統(tǒng)特點電子舌系統(tǒng)特點優(yōu)點：優(yōu)點： 儀器硬件部分集成性較好 傳感器人味覺相關(guān)性較好 外觀漂亮缺點：缺點： 傳感器非常脆弱 傳感器價格高、使用壽命短 軟件需要改進完善用途用途： 此種類型的電子舌可以應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)智舌智舌浙江工商鄧少平教授課題組智舌的組成部分智舌的組成部分非修飾傳感器陣列 多頻脈沖伏安法 智能化數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)多頻脈沖伏安法原理多頻脈沖伏安法原理智舌特點智舌特點優(yōu)點：優(yōu)點： 傳感器清洗方便（12 分鐘） 傳感器穩(wěn)定、價格低廉、使用壽命長 檢測速度快（15 分鐘） 特別適用于品控的電子舌系統(tǒng) 傳感器適用范圍廣（包括油脂類、酒類等樣品） 信息量豐富缺點：缺點： 軟件需要改進完善 系統(tǒng)集成度稍差用途：用途： 此類型電子舌可以應(yīng)用于飲品類食品的品質(zhì)管控應(yīng)用前景總結(jié)應(yīng)用前景總結(jié)根據(jù)不同類型的電子舌自身的特點,其應(yīng)用領(lǐng)域可以分為:一、