食品品质无损检测新技术ppt课件.ppt
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1、第六章第六章 其它快速检测新技术其它快速检测新技术 第一节第一节 气味(电子鼻)传感器的检测技术气味(电子鼻)传感器的检测技术 第二节第二节 生物传感器检测技术生物传感器检测技术 1篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统第六章 其它快速检测技术第一节第一节 气味(电子鼻)传感器的检测技术气味(电子鼻)传感器的检测技术 一、概述一、概述 烟、酒、饮料等多种食品的质量,目前大多依靠人的烟、酒、饮料等多种食品的质量,目前大多依靠人的感官来评定。对香味的分辨,更离不开人的感官。嗅觉在感官来评定。对香味的分辨,更离不开人的感官。嗅觉在
2、其中起着重要作用。虽然与其它动物相比,人类感觉器官其中起着重要作用。虽然与其它动物相比,人类感觉器官中嗅觉是最不灵敏的。人工感官鉴别工作通常需要训练有中嗅觉是最不灵敏的。人工感官鉴别工作通常需要训练有素、经验丰富的人员来完成。素、经验丰富的人员来完成。电子鼻能识别和检测复杂的嗅味和挥发性成分。电子电子鼻能识别和检测复杂的嗅味和挥发性成分。电子鼻是指由多个性能彼此重叠的气敏传感器和适当的模式分鼻是指由多个性能彼此重叠的气敏传感器和适当的模式分类方法组成的具有识别单一和复杂气味能力的装置。类方法组成的具有识别单一和复杂气味能力的装置。2篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因
3、此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统第六章 其它快速检测技术 第一节 气味(电子鼻)传感器的检测技术二、电子鼻的发展历程二、电子鼻的发展历程 19641964年根据气味在电极上发生氧化还原反应的原理创建年根据气味在电极上发生氧化还原反应的原理创建了第一个电子鼻。了第一个电子鼻。智能化学传感器阵列的概念近智能化学传感器阵列的概念近2020年才出现在英国年才出现在英国Warwick大学大学的的Persaud等人和日本日立公司的等人和日本日立公司的Ikegami等人的文章中。等人的文章中。19821982年,英国学者用年,英国学者用3 3个气体传感器模拟哺乳动物嗅觉系统个气体传感器模拟哺乳
4、动物嗅觉系统对戊基醋酸酯、乙醇、戊酸、柠檬油等挥发气进行了类别分析。对戊基醋酸酯、乙醇、戊酸、柠檬油等挥发气进行了类别分析。人类对化学传感器的探索最早可追溯到人类对化学传感器的探索最早可追溯到1919世纪末。世纪末。2020世纪中,化学传感器理论和应用均取得了长足进展。世纪中,化学传感器理论和应用均取得了长足进展。19611961年,年,Moncrieff制成了一种机械式的气味检测装置。制成了一种机械式的气味检测装置。19671967年,日本将金属氧化物半导体年,日本将金属氧化物半导体(SnO(SnO2 2)气体传感器商品化。气体传感器商品化。3篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来
5、决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统第六章 其它快速检测技术 第一节 气味(电子鼻)传感器的检测技术三、电子鼻工作原理三、电子鼻工作原理 电子鼻的工作原理是建立在模拟人的嗅觉形成过程基础上的。电子鼻的工作原理是建立在模拟人的嗅觉形成过程基础上的。人的嗅觉系统由嗅觉细胞、嗅觉神经网络和大脑组成。嗅感是人的嗅觉系统由嗅觉细胞、嗅觉神经网络和大脑组成。嗅感是挥发性物质释放出气体进入鼻腔,被嗅觉小胞中的嗅细胞吸附挥发性物质释放出气体进入鼻腔,被嗅觉小胞中的嗅细胞吸附到表面上,呈负电性的嗅细胞表面的部分电荷发生改变,产生到表面上,呈负电性的嗅细胞表面的部分电荷发生改变,产生电流,
6、使神经末梢接受刺激而兴奋,最后,兴奋信号传到大脑电流,使神经末梢接受刺激而兴奋,最后,兴奋信号传到大脑的嗅区皮层产生嗅感。的嗅区皮层产生嗅感。人的嗅感产生过程框图4篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统第六章 其它快速检测技术 第一节 气味(电子鼻)传感器的检测技术四、电子鼻的基本组成四、电子鼻的基本组成 电子鼻系统主要由气敏传感器阵列、信号处理单元和模式电子鼻系统主要由气敏传感器阵列、信号处理单元和模式识别单元三大部分组成。图给出了人工嗅觉系统的结构框图。识别单元三大部分组成。图给出了人工嗅觉系统的结构框图。电子鼻的系统组
7、成5篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统第六章 其它快速检测技术 第一节 气味(电子鼻)传感器的检测技术1 1气敏传感器阵列气敏传感器阵列 气敏传感器阵列可以由多个分立气敏传感器元件组成,也气敏传感器阵列可以由多个分立气敏传感器元件组成,也可以采用集成工艺制作专门的传感器阵列。可以采用集成工艺制作专门的传感器阵列。气敏传感器有金属氧化物半导体传感器、声表面波传感气敏传感器有金属氧化物半导体传感器、声表面波传感器、导电有机聚合物膜传感器、石英晶体谐振传感器、电化器、导电有机聚合物膜传感器、石英晶体谐振传感器、电化学传感器、红
8、外光电传感器及学传感器、红外光电传感器及L-BL-B膜传感器等类型。膜传感器等类型。生物嗅觉系统中的单个嗅觉受体细胞的性能并不高,但是,生物嗅觉系统中的单个嗅觉受体细胞的性能并不高,但是,生物嗅觉系统的整体性能却令人惊叹不已。因此,不必刻意生物嗅觉系统的整体性能却令人惊叹不已。因此,不必刻意追求单个气敏传感器的性能。采用集成化嗅觉传感器阵列装追求单个气敏传感器的性能。采用集成化嗅觉传感器阵列装置已成发展趋势。置已成发展趋势。6篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统第六章 其它快速检测技术 第一节 气味(电子鼻)传感器的检测技
9、术2.2.信号处理单元信号处理单元 信号处理单元由信号处理单元由A/D转换、数据预处理与处理器组成。由转换、数据预处理与处理器组成。由传感器产生的电信号经电子线路放大及传感器产生的电信号经电子线路放大及A/DA/D转换为数字信号。转换为数字信号。被测嗅觉的强度既可采用每个传感器输出的绝对电压、电阻被测嗅觉的强度既可采用每个传感器输出的绝对电压、电阻或电导等信号来表示,也可用相对信号值,如归一化的电阻或电导等信号来表示,也可用相对信号值,如归一化的电阻或电导值,即它们的变化率来比较嗅味的性质。传感器阵列或电导值,即它们的变化率来比较嗅味的性质。传感器阵列输出的信号经由信号处理单元抽取出有效特征参
10、数,以便进输出的信号经由信号处理单元抽取出有效特征参数,以便进行模式识别。行模式识别。7篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统第六章 其它快速检测技术 第一节 气味(电子鼻)传感器的检测技术3.3.模式识别单元模式识别单元 模式识别单元相当于生物的大脑。它运用一定的算法完模式识别单元相当于生物的大脑。它运用一定的算法完成气味、气体的定性、定量辨识。目前常用的模式识别方法成气味、气体的定性、定量辨识。目前常用的模式识别方法有统计方法(主要有主成分分析法有统计方法(主要有主成分分析法(PCA)、偏最小二乘法、偏最小二乘法(PLS
11、)、聚类分析法、聚类分析法(CA)等)、人工神经网络等)、人工神经网络(ANN)方法以及模糊识别方法等等。方法以及模糊识别方法等等。8篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统第六章 其它快速检测技术 第一节 气味(电子鼻)传感器的检测技术五、五、电电子鼻的子鼻的应应用用 名名 称称传感器阵列类型传感器阵列类型主要应用主要应用生产厂商生产厂商气味监测仪气味监测仪 金属氧化物半导体金属氧化物半导体 测一般可燃气体测一般可燃气体美国公司智能鼻智能鼻Fox2000金属氧化物半导体金属氧化物半导体 测一般可燃气体测一般可燃气体法国香味扫
12、描仪香味扫描仪导电聚合物导电聚合物测食品、化妆品测食品、化妆品法国 鼻子鼻子聚合物传感器聚合物传感器监测啤酒监测啤酒英国口腔监测仪口腔监测仪金属氧化物金属氧化物测呼吸新鲜度测呼吸新鲜度日本9篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统第六章 其它快速检测技术 第一节 气味(电子鼻)传感器的检测技术六、六、电电子鼻子鼻发发展前景展前景存在问题存在问题:(1)(1)有些传感器对测试条件要求苛刻,必须严加控制,或者有些传感器对测试条件要求苛刻,必须严加控制,或者加以监测并进行参数补偿;加以监测并进行参数补偿;(2)(2)传感器本身的稳定
13、性差,因而易于中毒;传感器本身的稳定性差,因而易于中毒;(3)(3)阵列的校正和训练数据无法通用。阵列的校正和训练数据无法通用。研究方向:研究方向:(1)(1)能对微量分子瞬时敏感的不受环境影响或能对环境变化进行能对微量分子瞬时敏感的不受环境影响或能对环境变化进行自适应补偿的传感器阵列装置;自适应补偿的传感器阵列装置;(2)(2)能对信号进行处理的高精度处理器,将信号与噪声分离;能对信号进行处理的高精度处理器,将信号与噪声分离;(3)(3)能将人的感官感受相一致的感官评定指标的模式识别方法。能将人的感官感受相一致的感官评定指标的模式识别方法。10篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来
14、决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统第六章 其它快速检测技术第二节第二节 生物传感器检测技术生物传感器检测技术 按检测对象可以分成两大类:按检测对象可以分成两大类:物理传感器物理传感器和和化学传感器化学传感器。物理传感器是检测力、热、光、电、磁等物理量的传感器物理传感器是检测力、热、光、电、磁等物理量的传感器;化学传感器则是能检测化学量的传感器。化学传感器则是能检测化学量的传感器。从从20世纪世纪60年代起,化学传感器领域又增加了一个新年代起,化学传感器领域又增加了一个新的分支的分支生物传感器生物传感器。有人把生物传感器和物理传感器及化学传感器并列起有人把生物传感器和物
15、理传感器及化学传感器并列起来,看作是传感器的第来,看作是传感器的第3个类别。个类别。11篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统第六章 其它快速检测技术 第二节 生物传感器检测技术 一、生物传感器的一般知识一、生物传感器的一般知识 1.1.生物生物传传感器的定感器的定义义 用固定化的生物体成分(酶、抗体、抗原、激素)或用固定化的生物体成分(酶、抗体、抗原、激素)或生物体本身(细胞、细胞器、组织)作为敏感元件的传感生物体本身(细胞、细胞器、组织)作为敏感元件的传感器称为生物传感器。生物传感器既不是指专用于生物领域器称为生物传感器
16、。生物传感器既不是指专用于生物领域的传感器,也不是指被测量对象必须是生物量的传感器的传感器,也不是指被测量对象必须是生物量的传感器(尽管用它也能测定生物量),而是基于它的敏感材料来(尽管用它也能测定生物量),而是基于它的敏感材料来自生物体。自生物体。12篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统第六章 其它快速检测技术 第二节 生物传感器检测技术 2.2.生物生物传传感器的感器的组组成成 在生物在生物传传感器中除敏感感器中除敏感元件之外元件之外还还有信号有信号转换转换器器件,常用的信号件,常用的信号转换转换器有器有电电化学化学电
17、电极、离子敏极、离子敏场场效效应应晶体管、晶体管、热热敏敏电电阻及微阻及微光管等。生物光管等。生物传传感器的感器的组组成可形象地如成可形象地如图图所示。所示。生物传感器的基本构成示意图13篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统第六章 其它快速检测技术 第二节 生物传感器检测技术 生物生物传传感器的工作原理感器的工作原理 (2 2)将热变化转化成电信号)将热变化转化成电信号 大部分生物传感器均属于这种类大部分生物传感器均属于这种类型。以酶传感器为例,酶催化特定型。以酶传感器为例,酶催化特定底物发生反应,从而使特定生成物底物发生
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