電子舌技術

電子舌是模擬人的舌頭對待測樣品進行分析、識別和判斷，用多元統計方法對得到的數據進行處理，快速地反映出樣品整體的質量信息，實現對樣品的識別和分類。是一種利用多感測陣列為基礎，感知樣品的整體特徵回響信號，對樣品進行模擬識別和定量定性分析的一種檢測技術。主要由味覺感測器陣列、信號採集系統和模式識別系統3 部分組成。

基本介紹

• 中文名：電子舌技術
• 外文名：Electronic tongue technique
• 功能：食品檢測
• 別名：智慧型味覺仿生系統

電子舌的基本原理及系統構成

電子舌是一種利用低選擇性、非特異性、互動敏感的多感測陣列為基礎，感測未知液體樣品的整體特徵回響信號，套用化學計量學方法，對樣品進行模式識別和定性定量分析的檢測技術。電子舌主要由味覺感測器陣列、信號採集系統和模式識別系統3部分組成；味覺感測器陣列模擬生物系統中的舌頭，對不同“味道”的被測溶液進行感應，其主要由味覺感測器陣列、信號採集系統和模式識別系統3部分組成；信號採集系統模擬神經感覺系統採集，被激發的信號傳遞到電腦模式識別系統中；模式識別系統即發揮生物系統中大腦的作用對信號進行特徵提取，建立模式識別模型，並對不同被測溶液進行區分辨識。因此，電子舌也稱為智慧型味覺仿生系統，是一類新型的分析檢測儀器。

味覺感測器陣列的研究與設計

味覺感測器陣列是電子舌系統的核心組成部分，由感測器陣列工作原理的不同可分為電位型、伏安型、阻抗譜型、光定址型、物理型以及生物感測器等種類。目前國內外研究較多的味覺感測器陣列主要為電位型、伏安型與阻抗譜型。

電位型感測器

電位型感測器主要採用多通道類脂膜味覺感測器和非特異性硫屬玻璃感測器陣列兩種，基本原理均為測量膜兩端電極的電勢，通過分析電勢差來研究樣品的特性。多通道類脂膜味覺感測器採用不同類脂類物質作為敏感膜組成多通道感測系統，工作電極採用類脂膜電極，Ag/AgCl電極作為參比電極。當某種樣品離子能夠通過類脂敏感膜，則會引起膜電位的變化而被檢測出來。硫屬玻璃感測器陣列採用硫屬玻璃作為工作電極，配以PVC薄膜實現電位檢測。

伏安型感測器

伏安型感測器常使用的工作電極為金屬裸電極或修飾電極等。基本原理藉助電化學伏安法的思想，將多感測器陣列置於待測溶液中，在工作電極上加入階躍電勢，通過檢測不同待測溶液產生極化電流大小的不同來定性和定量分析樣品的特性。伏安型感測器所加的階躍電勢主要有循環伏安、常規大幅脈衝和多頻脈衝伏安法等。以伏安型感測器構建的電子舌系統常採用三電極結構：工作電極、參比電極和輔助電極。

阻抗譜型感測器

阻抗譜型感測器常使用的工作電極為貴金屬電極或碳電極。基本原理為以電化學阻抗譜法為基礎，在貴金屬電極上覆以導電聚合薄膜，通過測量系統阻抗譜不同來對樣品進行定性和定量分析。以阻抗譜型感測器構建的電子舌系統常採用二電極結構：工作電極和參比電極。通過味覺感測器陣列、信號採集和模式識別構成的電子舌系統可以簡單、方便、快速無損地線上檢測未知液體的整體特徵，因此，電子舌技術在一些套用領域得到廣泛的研究和一定的實際套用。但是要想電子舌技術擴大它的套用領域和進一步走向實用化，還有許多問題需要研究。電子舌技術由於受感測器陣列的局限，不可能對所有檢測對象均有很強的回響信號，可適時研究一些專用的電子。多頻脈衝電子舌系統，是一種基於非修飾貴金屬電極感測器陣列的電子舌系統，這類電子舌系統對激發電勢信號進行了擴充和改進，大大擴充了檢查信息量，為模式識別系統提供更多的有效數據信息。

在食品檢測中的套用

電子舌技術在食品領域的套用研究已非常廣泛，主要套用於食品溯源、食品新鮮度、食品品質分級和食品生產過程中的質量監控等方面。日本九州大學設計的多通道類脂膜味覺感測器能有效鑑別啤酒、日本米酒、牛乳等多種食品。國內目前研發了一種設計了一種基於多頻率大幅脈衝作為激發掃描信號，以金、銀、鉑等金屬裸電極為工作電極的伏安型電子舌系統，結合合適的數據分析方法可對葡萄酒、白酒、茶葉、肉類、牛乳等品質區分以及食源性致病菌、農藥的定性定量分析。電子舌技術還能夠快速區分雞肉品種、產品品質，它將是雞肉及其產品質量評價的重要手段，期內肉質變化進行了區分，顯示了電子舌在禽肉中的套用潛力。

在環境檢測中的套用

套用基於硫化電極的電位型電子舌系統成功檢測水質中重金屬Pb2+、Cd2+、Ti+、Cu2+的離子濃度，結果給出了不同材料電極對離子濃度的檢測限以及對各種離子濃度的預測誤差；基於絲網印刷金屬電極和碳電極的阻抗型電子舌成功檢測出純水中的重金屬離子，並能將含不同重金屬的離子水區分開；套用基於多通道類脂膜電位型電子舌系統對不同水質中的鹼性離子進行檢測，並結合神經網路模型對湖水和飲用水中的鹼性離子進行預測；基於光學離子感測器陣列的電子舌系統，結合主成分分析與偏最小二乘法等數據分析方法對船載海洋環境中鋅、鎘、鉛、銅等9種重金屬離子濃度進行自動檢測，設計一種基於差分脈衝溶出伏安法的電子舌系統對水體中重金屬離子進行實時檢測；基於電化學微電極陣列，是種用於環境中有毒痕量重金屬連續檢測的新型電子舌，每路感測器正面為矽基底金微電極陣列，背面集成了Ag/AgCl參比電極和Pt對電極。

檢測油脂

在大多數電子舌套用系統中，檢測的樣品溶液均為水介質，如果汁、茶葉、酒或其他酒精飲料。這些媒質再加以支持電解質就能夠提供充分良好的溶液導電性。對於高黏度、低導電性以及無能力溶解足夠數量的標準電解質的那些檢測樣品，電子舌檢測技術的套用難度大大增加。例如對油脂品質進行伏安法原理檢測必須尋找到合適的疏水性支持電解質。法國AlphaAstree電子舌系統可區分出玉米油、葵花籽油、橄欖油和棕櫚油以及按不同比例的混合油。以鉑微電極為工作電極的二電極電子舌系統可直接檢測植物油樣品，成功區分
不同地理來源、不同品質的玉米油和初榨橄欖油。

電子舌技術的套用展望

通過味覺感測器陣列、信號採集和模式識別構成的電子舌系統可以簡單、方便、快速無損地線上檢測未知液體的整體特徵，因此，電子舌技術在一些套用領域得到廣泛的研究和一定的實際套用。但是要想電子舌技術擴大它的套用領域和進一步走向實用化，還有許多問題需要研究。電子舌技術由於受感測器陣列的局限，不可能對所有檢測對象均有很強的回響信號，可適時研究一些專用的電子舌系統以減小系統體積和檢測精度；電極陣列可向微、納感測器陣列發展，以降低電極電阻對檢測精度的影響；電子舌系統所得到的待測樣品信息有一定的局限性，採用電子舌和電子鼻相結合的系統會比單獨一種儀器獲得的樣品信息多，可提高檢測的準確性；電子舌系統自動化程度可進一步提高，目前流動注射、順序注射等技術已引入電子舌系統中，如果有的現場檢測環境比較惡劣，可實現技術人員遠程無線現場檢測以保障人員健康和安全等。