[發明專利]一種用于弱電解質樣品區分檢測的智能化學分析系統及方法

有效

• 申請號: 201310144327.1
• 申請日: 2013-04-23
• 公開（公告）號: CN103267792A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發明（設計）人: 田師一;鄧少平;胡曉輝
• 申請（專利權）人: 浙江工商大學
• 主分類號: G01N27/48
• 分類號: G01N27/48
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 黎雙華

技術領域

本發明涉及一種用于弱電解質樣品區分檢測的智能化學分析系統及方法，能夠給出弱電解質溶液樣品的整體區分圖。

背景技術

如今，電化學方法已經越來越多的被人們用于液體樣品的整體綜合評價，并且在酒類、茶飲料、果汁、奶類樣品的區分辨識方面有了很大的突破。

本發明申請人于2007年申請的中國專利200710068869X公開了一種用于液體樣品的智能化學分析系統，采用多頻脈沖伏安法為信號激發采集模式，相比現有技術響應信號強，信噪音比高，信息量更豐富。

但是電化學方法也有一定的缺陷，對于弱電解質溶液，如純凈水、糖溶液等實際檢測效果不是很理想。原因是弱電解質溶液導電性很差，采集得到的信號很微弱，容易受環境噪聲的影響，并且隨著檢測時間的增加，溶液容易被空氣中的雜質及微生物污染。傳統的方法是在弱電解質溶液中加入一些性質穩定的強電解質溶液如氯化鉀、氯化鈉等或者從三電極傳感器考慮，縮小電極之間的距離。這些方法都能一定程度上改進弱電解質溶液的測試方法及條件，但是還是有一定的局限性，加入強電解質溶液一定程度上改變了弱電解質溶液本身的性質?？s短電極之間的距離也不能完全消除弱電解質溶液信號弱，易污染等特點。

發明內容

為解決弱電解質溶液區分檢測困難的問題，本發明提供了一種用于弱電解質樣品區分檢測的智能化學分析系統及方法，具有檢測效果好，應用范圍廣，對溶液性質影響小等優點。

為了實現上述技術目的，本發明采用了以下技術方案：

一種用于弱電解質樣品區分檢測的智能化學分析系統，其特征在于，所述智能化學分析系統主要由嵌入式模塊，恒電位儀，三電極傳感器組成；

嵌入式模塊包含處理器芯片、擴展接口、操作系統、數據智能分析軟件；

恒電位儀由運放芯片U1-U6、電阻R1-R4及數字電位器RF、獨石電容C1、C2，及模擬開關S組成；其中U1、U2是電壓跟隨器，R1和R2是比例電阻，U3、U4、U5以及C1、R3、R4組成了恒電位電路，U6、C2、數字電位器RF組成電流電壓轉換電路；模擬開關S控制疊加電壓信號是否導入，工作電極RE、對電極CE、參比電極WE構成三電極傳感器，IN和OUT端口連接嵌入式模塊的模擬輸入輸出端口。

進一步地，所述三電極傳感器中，工作電極WE為2mm直徑的圓柱鉑電極，對電極CE為2mm直徑的圓柱鉑電極，參比電極RE為銀-?氯化銀電極。

本發明還公開了一種用于弱電解質樣品區分檢測的智能化學分析方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）關閉模擬開關，嵌入式模塊對恒電位儀施加一組如圖2所示的階梯方波脈沖激發信號：從1.0?V開始，然后每次變化0.2V一直到-1.0?V，在兩個不同的頻率段之間插入5s時間間隔；激發的同時采集通過工作電極的電流電壓信號，得到溶液的掃描圖譜；

所述恒電位儀由運放芯片U1-U6、電阻R1-R4及數字電位器RF、獨石電容C1、C2，及模擬開關S組成；其中U1、U2是電壓跟隨器，R1和R2是比例電阻，U3、U4、U5以及C1、R3、R4組成了恒電位電路，U6、C2、數字電位器RF組成電流電壓轉換電路；模擬開關S控制疊加電壓信號是否導入，?RE、CE、WE構成三電極傳感器，IN和OUT端口連接嵌入式模塊的模擬輸入輸出端口；

（2）提取圖譜中的極值點和突變點信息，并進行線性擬合，取擬合直線的斜率值得到待測弱電解質溶液的電阻值；

（3）系統輸出數字量自動調節數字電位器以匹配待測弱電解質溶液的阻值信息，同時打開模擬開關將匹配的阻值所產生的電信號附加到恒電位儀的輸入端；

（4）嵌入式模塊對恒電位儀施加一組如圖4所示的正弦包絡激發信號，該信號是由1Hz和0.05Hz的正弦信號相乘得到的，所激發的包絡信號的三個頻率段為1Hz、10?Hz、100Hz；

（5）采集通過工作電極的電流電壓信號，得到溶液的掃描圖譜，將圖譜做實時傅里葉變換得到一組特征值，對這組特征值再做主成分分析，得到這一弱電解質物質對應主成分得分圖上的散點圖；

（6）依次測試不同種弱電解質物質，從主成分散點圖得到弱電解質物質的整體區分圖。

本發明在自研發的恒電位儀基礎上，結合嵌入式模塊，采用了二次激發采集的方式，通過第一次激發采集自動擬合出溶液電阻，并將電阻產生的電信號附加到第二次的激發信號中，再通過二次采集并結合實時傅里葉變換及主成分分析得到優化的弱電解質溶液整體區分圖。這一方法具有檢測效果好，應用范圍廣，對溶液性質影響小等優點。

附圖說明