|
|
Электронный нос и язык. Electronic Noses and Tongues Applications for the Food and Pharmaceutical Industries Elizabeth A. Baldwin, Jinhe Bai, Anne Plotto, and Sharon Dea
Electronic Noses and Tongues: Applications for the Food and Pharmaceutical Industries
Elizabeth A. Baldwin, Jinhe Bai, Anne Plotto, and Sharon Dea
E-nose
- Электронный нос не разделяет отдельные компоненты, создающие запах, а реагирует на их совокупность в целом. Устройство состоит из приспособления для отбора проб воздуха, датчиков, и устройства обработки их сигналов.
- Основными частями устройства является пробоотборная система, блок детекторов и блок обработки сигналов.
- Для выявления состава компонент, образующих запах, используется группа датчиков, по-разному реагирующих как на одно и то же вещество при разных концентрациях, так и на разные вещества при одинаковых концентрациях.
- Разнородные сигналы датчиков, получающиеся при адсорбции молекул газов, отправляются в вычислительный блок, где они обрабатываются в соответствии со статистической моделью.
E-nose
Для электронных носов чаще всего используют:
- металло-оксидные полупроводники (MOSFET) — транзисторы, которые усиливают или подают/не подают электронные сигналы. Они работают за счёт того, что молекулы, попадающие в датчик, могут иметь или положительный, или отрицательный заряды, и это прямо влияет на электрическое поле внутри датчика. Попадание в детектор извне каждой дополнительной электрически заряженной частицы уникально влияет на транзистор, и меняет его сигнал так, что последний может быть обработан компьютером для распознавания воздействия. Фактически, каждая молекула выявляемого подобным устройством вещества даст свой неповторимый сигнал, который может быть обработан и распознан компьютером.
- электропроводящие полимеры — органические полимеры, которые могут пропускать электрический ток.
- полимерные композиционные материалы — они похожи на электропроводные полимеры, но изготавливаются из не электропроводных полимеров с добавлением электропроводных материалов (например — сажи).
- кварцевые микровесы — измерение поверхностной массы (массы на единицу площади) за счёт измерения частоты (колебаний) кварцевого кристаллического резонатора. Результаты измерений (для эталонных образцов) могут записываться, и затем использоваться для сравнения с новыми результатами.
- поверхностные акустические волны (SAW) — класс микроэлектромеханических систем (MEMS), использующих модуляцию поверхностных акустических волн для реагирования на внешнее физическое воздействие. В некоторых устройствах используются разные типы датчиков, объединённые в одно устройство, например — покрытые полимером кварцевые микровесы QCMs. Использование сигналов от разнородных датчиков позволяет повысить точность и чувствительность устройства.
В последние годы были разработаны электронные носы, использующие масс-спектрометрию или сверхбыструю газовую хроматографию для обнаружения молекул летучих соединений.
E-nose
График (PCA) распознавания цитрусовых соков на основе сигналов электронного носа. Наблюдения сгруппированы по типу сока: свежевыжатый апельсиновый сок (OJ), обработанный OJ, обработанный OJ из зараженных фруктов (HLB) и свежевыжатый мандариновый сок.
E-nose
Электронные носы Peres распознают более сотни летучих веществ в пищевых продуктах, определяя степень их свежести и чистоты.
Электронный нос Cyranose 320 изучался как средство обнаружения ХОБЛ, и других заболеваний а также в промышленности для контроля качества и обнаружения загрязнений.
E-tongue
- Электронный язык – это мультисенсорная система, которая состоит из некоторого количества низкоселективных сенсоров и использует математические операции для обработки сигнала, основываясь на распознавании паттернов и/или многомерном анализе данных.
- В электронном языке может быть задействовано множество различных сенсоров: электрохимические (потенциометрические или вольтамперометрические), оптические, пьезоэлектрические, а также сенсоры, основанные на применении импедансной спектроскопии и биомиметических материалов.
- Электронные языки использовались для получения данных о кислоте, горечи и терпкости пищевых продуктов. Исследования включали в себя обнаружение полифенолов и прогнозирование сенсорных характеристик горького, сладкого, кислого, фруктового, карамельного, искусственного, мясного и испорченного вкусов.
E-tongue
Оценка обученной сенсорной панели обработанного сока из апельсинов Хэмлина, собранных со здоровых или больных деревьев (HLB), включая сок из бессимптомных (нормального вида) и симптоматических фруктов (симптоматические для болезни: маленькие, зеленые и однобокие). Показатели здорового сока были значительно выше по аромату апельсина, свежему и сладкому вкусу, а сока HLB были выше по кислому, затхлому и соленому запахам.
E-nose and E-tongue systems for the Bacteria Detection in milk
Jeniffer K Carrillo Gómez, Cristhian M Durán Acevedo, Ramón Ovidio García Rico
Описание работы
- Целью данной работы является описание комбинации E-носа и E-языка, которые были оценены для обнаружения E. coli в разных концентрациях, а также их способности отличать эту бактерию от других, таких как Klebsiella pneumoniae и Salmonella enterica в пастеризованном молоке.
- В составе электронного языка были протестированы золотые и углеродные электроды.
- Для обработки данных измерений использовались методы многомерного анализа, такие как метод главных компонент (PCA) и линейного дискриминантного анализа (LDA).
- Для классификации данных использовались метод опорных векторов (SVM), алгоритмы радиальной базисной функции (RBF) и метод k-ближайших соседей (k-NN).
- При оценке способности обнаруживать и классифицировать E. coli, S. enterica и K. pneumoniae в пастеризованном молоке было отмечено, что электронный нос (датчик TGS 826) и электронный язык (золотой электрод) показали результаты с 94,7% и 92,5% успеха соответственно.
E-nose
- В разработке была использована матрица из 16 датчиков оксида металла типа TGS от производителя датчика Figaro.
- Измерительная камера была разработана из метакрилатного материала, с объемной емкостью 30 мл и двумя отверстиями для входа и выхода летучих соединений. Разъем использовался для входа напряжения 5 В постоянного тока и 16-канального выхода. На входе измерительной камеры был размещен шланг длиной 1/4 дюйма 30 см для подключения системы вытяжки летучих веществ с использованием разъемов. Для нагрева и последующего измерения с помощью датчиков требовалось 10 минут. После того, как соединения были измерены электронным носом, было установлено 5 минут для очистки камеры датчика, чтобы избежать эффекта памяти при следующем измерении.
- Для извлечения ЛОС из образцов молока для их анализа электронным носом использовались пробирки объемом 20 мл, в которые добавляли 10 мл образца. После того, как образец нагревали до температуры 50°C в течение 10 минут, газ извлекали из пробирки с помощью иглы и активировали электрический насос для подведения соединений к камере датчика. Во время прогрева контроль температуры осуществлялся с помощью карты сбора данных «Arduino UNO».
E-tongue
- Для работы электронного языка был использован двухканальный потенциостат.
- Для анализа образцов использовались два типа электродов: углеродный электрод (C110) и золотой электрод (220AT).
- Для получения сигналов параметры были настроены с помощью циклической вольтамперометрии.
E-nose
График PCA распознавания бактерий с помощью электронного носа.
Анализ образцов с помощью датчика TGS-826.
1) Стерильная вода,
2) K. pneumoniae, 3) E. coli,
4) S. enterica.
E-tongue
Золотой электрод
Углеродный электрод |
|
|
Скачать 1.23 Mb.