食用油掺假检测
食用油的掺假

五、掺入米汤的食用油
化学鉴别方法:油样5毫升,置于试管中,加入碘试剂1~2滴,油
样呈蓝色反应的,说明油中对掺入了米汤。
碘试剂的配制是,取碘化钾10克,碘5克,溶于100毫升的蒸馏水食油中对一定比例的盐水,以增加油的重量。
化学鉴别方法:取油样107毫升,置于分液漏斗中,用蒸馏水30毫升, 20毫升、10毫升萃取,和并水相,再用少量石油醚洗水相,将水相移 人瓷蒸发器中,加入5%的铬酸钾溶液1毫升,用0.1mol/L硝酸银溶液 滴定,求出氧化钠的含量。同时取同种未掺盐水的食油作空白对照,
以确定掺入盐水是多少。
二、掺入青油或亚麻仁油的鉴别
①原理:青油(榨油、柏子油),亚麻仁油含有高级不饱和脂肪酸,
能与溴生成不溶性六溴化合物沉淀,从而检出青油与亚麻仁油。
②化学鉴别法:操作方法:取2mL油样于试管中,加5mL乙醚溶解,
缓缓滴入溴试液至混合液保持明显红色为止,摇匀后置15℃以下水 浴 中静置15分钟,如产生沉淀,则表示掺入青油或亚麻仁油。
三、掺入矿物油的食用油
化学鉴定方法:取油样1 毫升, 置于锥形瓶中, 加氢氧 化钾溶液1毫升和乙醇25毫升,再将锥形瓶接上空气冷 凝管回流皂化,约经5分钟(在皂化时应加震荡使加热 均匀)后,加沸水25 毫升,摇匀观察, 如果油样浑浊, 说明食油中掺入了矿物油。
四、掺入巴豆油的食用油
①原理:巴豆油是一种剧毒的非食用油,把 巴豆油与氢氧化钾溶液混合后加热,在两液交 界处会产生红棕色的环,根据这一特殊的现象, 可确定巴豆油的存在。
食用油掺假检测

食用油掺假检测1 引言食用油市场发展迅速,品种繁多,掺假掺杂情况普遍,尤其是高端食用油的违法勾兑现象较严重,损害了消费者的利益,同时也干扰了市场秩序。
目前已有一些物理或化学方法常用于油脂掺假的检测,大多都基于光谱学、同位素分析以及色谱分析( 气相色谱法,液相色谱法) 等。
这些方法原理不同,各具优缺点,在食品鉴伪中适用范围也不同。
例如光谱法操作简单,可以实现无损检测,但该方法容易受样品加工程度、固形物含量等多种因素影响; 色谱法基于对食用油脂肪酸组成的识别,可以确定目标组分,进行定性和定量检测,但需要复杂的样品前处理过程; 同位素分析法尤其适合产地溯源研究,但仪器价格昂贵,不适用于大多数实验室的日常检测。
针对上述方法的特点,在食用油的检测中需要一种既直接反映不同品种食用油组分特点,成本又低,操作简便快速的方法,来满足口岸查验、市场抽查或生产质控的需求。
2 电子鼻系统电子鼻是 20 世纪 90 年代诞生的一种人工嗅觉技术( 也称传感器阵列技术) ,利用气敏传感器阵列测定样品中所有挥发性成分的整体综合信息,再用化学计量学的统计学方法,进行定性定量分析。
既可以对不同样品的气味进行比较区分,也可以通过预先采集标准样品信息,建立数据库对未知样进行判断。
由于不同的食用油,挥发性成分的种类及含量都有一定差异,通过电子鼻对其所有挥发性成分的测定,得到每种油的指纹图谱,从而达到迅速区分食用油的目的。
在电子鼻特别是便携式电子鼻的研制中,气敏传感器及其阵列的选择和应用是关键因素,合适的传感器阵列对提高整个系统的性能至关重要。
气敏传感器的关键部分是活性材料,不同的活性材料可构成不同的气敏传感器。
传感器阵列一般是由具有广谱响应特性、较大的交叉灵敏度以及对不同气体具有不同灵敏度的气敏传感器组成。
电子鼻主要包括传感器阵列、信号预处理和模式识别系统三部分。
如图所示。
图2.1电子鼻的结构框图2.1采样方式食用油的挥发性物质主要是一些醇、醛、酮类,不同品种食用油所含的风味成分种类及含量不同。
油脂的的掺假识别

油脂的的掺假识别一、大豆油的掺假识别1、浓硫酸反应法取浓硫酸数滴开场白瓷反应板上,加入待检油样2滴,反应后看表面的颜色变化,显棕褐色的为大豆油。
2、显色反应取油样5ml于试管中,加入2ml三氯甲及3ml2%硝酸钾溶液,剧烈振摇,使完全呈乳浊液呈柠檬黄公,即表明是豆油。
3、冬季掺米汤的检验其检查方法如下:将油熔化估,油与米汤处自然分层,或用碘-碘化钾试剂检查,如加米汤则呈蓝色。
二、花生油的掺假识别⑴深硫酸反应法取浓硫酸数滴开场白瓷反应板上,加入待检油样2滴,反应后看表面的颜色变化,显棕褐色的花生油。
⑵冷冻试验法将待检油样倒入试管至其高度的2/3处,干冰箱10℃放臵4小时后,取出观察,如凝固并稍有流动花生油。
⑶沉淀反应取油样1ml,臵50ml具塞试管中,加入1.5mol/l氢氧化钾乙醇液5ml,在90-95℃水浴上加热5分钟,加入70%乙醉50ml及盐酸1.5ml,摇匀,溶解所有沉淀物(必要时加热),试管臵于11-12℃水中冷却20分钟,应发生大量浑浊或沉淀。
⑷花生油中掺入棕油、猪油的检查A、纯花生油具有正常花生油的色香味,280℃加热结果正常,3℃冷却8分钟成糊状,酸价5mgKOH/g。
B、纯棕榈油具有正常棕榈油色泽和气味,在白色容器中外观为黄橙色,无粘性,用手磨擦后有轻微香味。
280℃加热,色素明显退去,无香味,成液体,酸价为3mg/KOH/g.3℃冷冻8分钟成固体,常温下15-22℃成固体,23-30℃下层呈固体。
C、猪油加热轾150-180℃时产生刺激哈味,3℃冷冻8分钟成固体。
三、菜籽油的掺假识别1、浓硫酸反应法取浓硫酸数滴于白瓷反应板上,加入待检油样2滴,然后看颜色变化,菜籽油显棕。
2、冷冻试验法将待检试样倒入试客至其高度2/3处,于冰箱中10℃入臵4小时后,取出观察,油样澄清为菜籽油,如与豆油等区分不开,可嗅其气味以区别。
3、掺入棕榈油的检查(1)菜籽油本身固点低(-10-20℃),而棕榈本身凝固点高(27-30℃),特性明显,当菜籽油中掺入15%的棕榈油,在冰箱中3℃条件下,3小时后,混合油开始变混浊,30小时后将凝固成糊状物,并伴有白色颗粒析出,掺杂比例越大,凝固时间越短越明显。
食用油掺假鉴别法及其危害性

食用油掺假鉴别法及其危害性一、鉴别掺假花生油:掺假后透明度下降,把油从瓶中快速倒入杯内,观察泛起的油花,纯花生油的油花泡沫大,周围有很多小泡沫且不易散落,当掺有棉清油或毛棉油时,油花泡沫略带绿黄色或棕黑色。
闻其气味可闻出棉籽油味。
掺有米汤、面汤等淀粉物的油,在其中加入几滴碘酒,就出现蓝紫色或蓝黑色。
或者放入透明杯中放置两天后再观察,必然会出现云状悬浮物。
掺假小磨香油:掺假后颜色变深,如掺棉籽油呈黑红色,掺菜籽油呈深黄色。
另外,小磨香油本身无油花,倒油时出现的油花极易消失,如果油花泡沫消失很慢,表明掺假。
还可以用筷子蘸一滴,滴到平静水面上,纯小磨香油出现无色透明的薄薄大油花,掺假后会出现较厚的小油花。
二、油脂的变质:人们食用的油脂,储存一段时间后,很容易变质,产生令人不快的气味。
这是因为油脂会发生氧化,通过形成过氧化物而造成的酸败。
油脂的酸败不像食物腐败、霉变那样容易引起人们的注意。
当闻到不正常的气味时,油脂的过氧化物含量大约在0.4%,已经大大超过国家标准的数值了。
油脂氧化会产生很多的有毒氧化分解产物。
人如果长期摄入已劣化的油脂,会使细胞功能衰竭,诱发多种疾病。
日本曾因使用油脂的过氧化值达到7.5%,而造成集体急性中毒事件。
三、废弃油脂的危害:食用油经高温加热,营养价值会降低,原因是高温加热可使油中的维生素A、胡萝卜素、维生素E等被破坏。
同时,因氧化反应,必需脂肪酸也受到破坏。
经高温加热的油,其供热量只有未经高温加热油的三分之一左右,而且不易被机体吸收,且妨碍同时进食的其他食物的吸收。
当然,在一般烹调中,由于加热温度不很高,时间短暂,故对营养价值的影响不大,但反复经高温加热的食用油其营养价值的破坏就较大。
特别应当指出的是,反复高温加热食用油,不仅降低营养价值,而且这种油对人体有一定的毒性作用。
因为高温加热会使油脂中的脂肪酸聚合,反复高温加热食用油,产生很多脂肪酸聚合物。
脂肪酸聚合物可使肌体生长停滞,肝脏肿大,肝功能受损,甚至有致癌的危险。
食用油脂掺伪

第三节食用油脂的掺伪检验一、食用植物油的感官检验(1)透明度在一定温度下,静置一定时间后,用肉眼可以观察到的浑浊物质的程度。
影响透明度的主要有水分、磷脂、蛋白质等非甘油酯类物质。
质量好的油,温度在20℃静置24小时后应呈透明。
(2)油脂杂质油脂杂质多,不仅影响使用价值,而且对安全储藏也有影响。
杂质的测定(GB5529-85)植物油脂中的杂质为不溶于石油醚等有机溶剂的残留物。
如磷脂、蛋白、黏液、固醇、水等非油脂性物质(3)色泽:各种食用油由于加工方法不同色泽有深有浅,如热压出的油常比冷压生产出的油色深。
检验方法:取少量油放在50毫升比色管中,在白色背景下观察试样的颜色。
(4)透明度:沉淀物:食用植物油在20℃静置24小时后所能下沉的物质,称为沉淀物。
油脂的质量越高,沉淀物越少。
沉淀物少,说明油脂加工精炼程度高,包装质量好。
食用植物油理化指标(1)熔点----是指油脂由固态溶化成液态的温度,也就是固态和液态的蒸汽压相等时的温度,可了解该种油脂的纯度。
测定方法:试样在熔化前常发生软化状态,继续加热直至玻管内的试样完全变成透明的液体为止,立即读取当时的温度,即为油脂的熔点。
(2)凝固点----油脂由液态变为固态时的温度,各种油脂的凝固点都是一定的,所以测定油脂的凝固点,可用以衡量其纯度的高低。
(3)皂化价——中和 1 g 油脂中的全部脂肪酸(游离+ 结合的)所需氢氧化钾的质量(mg)。
皂化价可对油脂的种类和纯度进行鉴定。
(4)碘价--- 100 g 油脂所吸收的氯化碘或溴化碘换算成碘的质量(g)。
碘价直接表示油脂的不饱和程度。
油脂的不饱和程度取决于油脂中不饱和脂肪酸的性质与含量。
各种油脂中脂肪酸的含量都有一定范围,通过碘价的测定,有利于了解油脂的组分是否正常。
(5)酸价——中和 1 g 油脂中的游离脂肪酸所需氢氧化钾的质量(mg)。
酸价是反映油脂酸败的主要指标。
(6)过氧化值——滴定 1 g 油脂所需用(0.002 mol/L ) Na2S2O3 标准溶液的体积(mL)。
第三章食用油脂掺伪鉴别检验

第三章食用油脂掺伪鉴别检验概述食用油脂是人们日常生活中常见的必需品之一,因其易于操作、具有良好的烹饪性、味道鲜美等特点,受到广大消费者的喜爱。
然而,市场上存在一些假冒伪劣产品,掺杂了不健康的成分,对人体健康会产生重大危害。
因此,检验食用油脂的质量及真伪成为非常重要的任务。
食用油脂掺伪现象及其危害食用油脂掺假掺伪的现象食用油脂掺杂有许多非洲棕榈油、油酸钙、猪油、黄油、甜菜碱、石蜡油及比重小的机械油等,不但会降低食用油脂的营养价值、影响质量、消解品牌信誉,更加严重的是给消费者健康带来危害。
食用油脂掺假掺伪的危害1.容易对人体产生负面影响,长期食用可能造成慢性中毒。
2.对消费者造成经济损失,因为假冒伪劣产品通常价格低廉、质量不可靠。
3.持续购买假冒伪劣食用油脂可能会让消费者失去对市场公正公平的信任感,最终影响到整个市场经济的稳定。
食用油脂掺伪鉴别检验方法为了保护消费者健康和公正市场经济,需要对食用油脂进行真伪鉴别检验。
以下介绍常见的食用油脂鉴别检验方法。
物理化学鉴别方法1.外观判定法:可以通过直接观察油质状态和色泽,如色泽均匀、清亮,质感细腻,无异味等来判别油品质量。
2.低温测试法:通常可用室温下存放,若再不到0℃以下出现沉淀或混浊现象,就表明油品质量存在问题。
3.密度检测法:通过检测油品的密度是否与标准相符判定其质量。
4.烟点检测法:可通过对油品加热,当产生烟雾时烟点即为其质量参数。
化学成分分析法1.脂肪酸成分鉴别法:通过检测主要组成成分脂肪酸以及其含量是否符合标准来判断其质量。
2.表面活性剂鉴别法:含有大量表面活性剂的食用油脂,可以通过半微量测定方法进行鉴别。
3.其它物质成分鉴别法:可针对掺伪情况选择特定成分进行检测,如掺杂黄油可通过判定黄油酸值是否在规定范围内判断其是否被掺杂。
食用油脂质量的掺伪问题不仅仅影响人们日常生活质量,更对人体健康带来严重影响。
对于这一问题,我们应该不断加强检测技术,完善标准规定,加强监管和打击掺假行为,切实保障消费者的健康权益。
食用植物油脂掺伪鉴别检验方法

•11
(5)气味鉴别
良质花生油——具有花生油固有的香味(未经蒸炒直接 榨取的油香味较淡),无任何异味。
次质花生油——花生油固有的香味平淡,微有异味,如青 豆味、青草味等。
劣质花生油——有毒味、焦味、哈喇味等不良气味。
测定碘价,可以了解油脂脂肪酸的组成是否正常 ,有无掺假。
•23
原理:不饱和双键与碘发生加成反应。 CH3…CH2=CH2-COOH + ICl - …CHI-CHCl… Excessive KI was added to act with residual ICl, KI + ICl =KCl +I2
I2 was titrated by Na2S2O3 I2 + 2Na2S2O3—Na2S4O6 +2NaI
•油脂样品0.25g
•加入20ml环己烷和冰乙酸等体积混合液
•准确加入25ml韦氏碘液
•摇匀,置于黑暗处一定时间
•加入20mlKI、150mlH2O,用Na2S2O3滴定至浅黄色,加几滴淀粉指示剂继续滴定,至 •蓝色消失,同时做空白对照,计算消耗的Na2S2O3,并算出碘量。
食用植物油脂掺伪鉴别 检验方法
2020年4月30日星期四
第四章 食用植物油脂掺伪鉴别检
验
•2
第一节 食用植物油脂的种类
大豆油、花生油、芝麻油、菜子油、米糠 油、棉籽油、葵花籽油、棕榈油、玉米油 、茶籽油、等。
•3
第二节 食用植物油脂的质量标准
特征指标 质量指标 卫生指标 其它
•4
特征指标:脂肪酸组成、碘值、皂化价、 相对密度等。
第三章 食用油脂掺伪检验

①大豆油:主产东北和华北地区 产地不同,碘值差异较大 大豆油: 产地不同, ②菜籽油:南方 含有较多维生素E 胡萝卜素等 菜籽油: 含有较多维生素E
③葵花籽油:亚油酸含量达70%,能降低血清中的胆固醇,含 葵花籽油:亚油酸含量达70%,能降低血清中的胆固醇, 有较多的不饱和脂肪酸和较少的天然抗氧化剂, 有较多的不饱和脂肪酸和较少的天然抗氧化剂,储藏时不很稳 定 ④芝麻油:含维生素E和芝麻酚,耐储存。43%的油酸和43% 的油酸和43% 芝麻油:含维生素E和芝麻酚,耐储存。43%的油酸和 的亚油酸 水代法 ⑤棉籽油:毛油中含有棉酚,精炼除去后可以食用。 棉籽油:毛油中含有棉酚,精炼除去后可以食用。 ⑥花生油:含有一些高分子饱和脂肪酸,在夏季为透明体,冬 花生油:含有一些高分子饱和脂肪酸,在夏季为透明体, 季变得稠厚而不透明
二 食用油脂的概念
食用油提供给人体热量和必须脂肪酸, 食用油能提供给人体热量和必须脂肪酸,促进脂溶性维生 素的吸收。 素的吸收。 食用油脂是甘油和各种脂肪酸形成的甘油三酯混合物,单 食用油脂是甘油和各种脂肪酸形成的甘油三酯混合物, 不饱和脂肪酸油(花生油、菜籽油)多不饱和脂肪酸油( 不饱和脂肪酸油(花生油、菜籽油)多不饱和脂肪酸油(大豆 油、葵花籽油、玉米油、棉籽油、芝麻油)饱和脂肪酸油脂主 葵花籽油、玉米油、棉籽油、芝麻油)饱和脂肪酸油脂主 要是动物油脂。 要是动物油脂。 多不饱和脂肪酸能降低胆固醇,动物脂肪中富含维生素 、 多不饱和脂肪酸能降低胆固醇,动物脂肪中富含维生素A、 D,植物油富含 、K 植物油富含E、 植物油富含
(二)油脂在人体的作用
油脂是食物组成中的重要部分,也是产生能量最高的营养 油脂是食物组成中的重要部分,也是产生能量最高的营养 产生能量 物质。 油脂在完全氧化时 放出热量约39kJ,大约是糖或 油脂在完全氧化时, 物质。1g油脂在完全氧化时,放出热量约 , 蛋白质的2倍 蛋白质的 倍。 脂肪在人体内的化学变化主要是在脂肪酶的催化下, 脂肪在人体内的化学变化主要是在脂肪酶的催化下,进 行水解,生成甘油和高级脂肪酸,然后再分别进行氧化分解, 行水解,生成甘油和高级脂肪酸,然后再分别进行氧化分解, 释放能量。油脂同时还有保持体温和保护内脏器官的作用。 保持体温和保护内脏器官的作用 释放能量。油脂同时还有保持体温和保护内脏器官的作用。 油脂能增加食物的滋味,增进食欲, 油脂能增加食物的滋味,增进食欲,保证机体的正常生 增加食物的滋味 理功能。但摄入过量脂肪,可能引起肥胖、高血脂、高血压, 理功能。但摄入过量脂肪,可能引起肥胖、高血脂、高血压, 也可能会诱发乳腺癌、肠癌等恶性肿瘤。 也可能会诱发乳腺癌、肠癌等恶性肿瘤。
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食用油掺假检测1 引言食用油市场发展迅速,品种繁多,掺假掺杂情况普遍,尤其是高端食用油的违法勾兑现象较严重,损害了消费者的利益,同时也干扰了市场秩序。
目前已有一些物理或化学方法常用于油脂掺假的检测,大多都基于光谱学、同位素分析以及色谱分析( 气相色谱法,液相色谱法) 等。
这些方法原理不同,各具优缺点,在食品鉴伪中适用范围也不同。
例如光谱法操作简单,可以实现无损检测,但该方法容易受样品加工程度、固形物含量等多种因素影响; 色谱法基于对食用油脂肪酸组成的识别,可以确定目标组分,进行定性和定量检测,但需要复杂的样品前处理过程; 同位素分析法尤其适合产地溯源研究,但仪器价格昂贵,不适用于大多数实验室的日常检测。
针对上述方法的特点,在食用油的检测中需要一种既直接反映不同品种食用油组分特点,成本又低,操作简便快速的方法,来满足口岸查验、市场抽查或生产质控的需求。
2 电子鼻系统电子鼻是 20 世纪 90 年代诞生的一种人工嗅觉技术( 也称传感器阵列技术) ,利用气敏传感器阵列测定样品中所有挥发性成分的整体综合信息,再用化学计量学的统计学方法,进行定性定量分析。
既可以对不同样品的气味进行比较区分,也可以通过预先采集标准样品信息,建立数据库对未知样进行判断。
由于不同的食用油,挥发性成分的种类及含量都有一定差异,通过电子鼻对其所有挥发性成分的测定,得到每种油的指纹图谱,从而达到迅速区分食用油的目的。
在电子鼻特别是便携式电子鼻的研制中,气敏传感器及其阵列的选择和应用是关键因素,合适的传感器阵列对提高整个系统的性能至关重要。
气敏传感器的关键部分是活性材料,不同的活性材料可构成不同的气敏传感器。
传感器阵列一般是由具有广谱响应特性、较大的交叉灵敏度以及对不同气体具有不同灵敏度的气敏传感器组成。
电子鼻主要包括传感器阵列、信号预处理和模式识别系统三部分。
如图所示。
图2.1电子鼻的结构框图2.1采样方式食用油的挥发性物质主要是一些醇、醛、酮类,不同品种食用油所含的风味成分种类及含量不同。
在检测过程中,一方面应该使油样中的特征风味物质尽量挥发出来,提高灵敏度; 另一方面要保证采方式的稳定性,使检测到的同一食用油的挥发性组分比例保持一致。
目前,比较常用的是顶空方法,一般取一定量油样放入样品瓶中,加盖密封,平衡一段时间,平衡方式不同,时间也就不同。
顶空分析技术是通过样品基质上方的气体成分来测定这些组分在原样品中的含量。
这是一种间接分析方法,其基本理论依据是在一定条件下液相或固相之间存在着分配平衡。
顶空气分析技术分为静态顶空气分析技术和动态顶空气分析技术两种,静态顶空气分析技术又称平衡顶空气分析技术,应用于油气化探中也俗称物上气分析技术是将样品密封在一个容器中,在一定温度下放置一段时间使气液或气固相达到分配平衡,然后取气相部分进行分析。
所以,静态顶空气分析技术又称平衡顶空气分析技术,或叫做一次气相萃取技术。
顶空分析法对样品中微量的有机挥发性物质分析具有更高的灵敏度和更快的分析速度。
顶空分析可以直接得到样品所释放出的气体的化学组成,为人们揭示气味的化学物质基础提供了信息,所以顶空分析法在气味分析方面有独特的意义和价值。
静态顶空分析法是将所取样品快速装入容器,使样品中的静态顶空气在对应的条件下达到吸附和解吸平衡,然后取一定量的容器上部空间气体进行分析。
这是一种具有快速、简便、危害性小的分析方法。
2.2传感器阵列传感器及其阵列是电子鼻的心脏,它的功能是把不同的气味分子在其表面的作用转化为可测的物理信号。
用作传感器的材料必须具备两个基本条件:(l)对不同的气味均有响应,即通用性要强,要求对成千上万种不同的嗅味能在分子水平上作出鉴别;(2)与嗅味分子的相互作用或反应必须是快速、可递的,不产生任何“记忆效应”。
尽管电子鼻中气体传感器的宽选择性可用先进的信息处理来补偿,但对于系统来说传感器参数设计仍然是关键,包括灵敏度,响应速度,成本,尺寸,可生产性,在不同环境下工作的能力和自动、快速清洗的能力等。
传感器必须能够吸附一种特定种类的大量分子以便在传感器上产生一个可测量的变化。
气味被分辨后,经过清洗处理,这一过程必须可逆。
满足这些要求的传感器的选择范围很大,包括金属氧化物半导体,传导聚合体,传导低聚体,具有嵌入传导器的非传导聚合体,声表面波装置,体表面波装置,石英晶体微量天平,化学场效应晶体管和光纤传感器。
另外,气相色谱仪和分光计也可被单独使用或与这些化学传感器组合使用。
从理论上讲,气敏阵列的维数越高越好。
但每个敏感元都有相应的电路,敏感元越多,引入的噪声也就越大。
从模式识别角度考虑,气敏阵列参数与可辨识气体种类数之间存在以下关系:式中,p为阵列维数,m为阵列产生的测试模式数,k为混合气体中的气体成分数,n为可识别出的气体种类数。
增加测试模式m,可以相应地减少气敏阵列维数p。
但测试模式的增加不仅增加试验工作量,也使神经网络的学习时间大大增加。
一般选择的阵列维数接近需识别的气体成份数,然后根据上式计算所需的测试模式数。
敏感元的特性,除应有尽可能宽的敏感范围外,各敏感元的特性应有所不同,以便产生互不相关的测试模式。
需要特别提出的是,采用神经网络模式识别进行气体分析,虽然不再依靠敏感材料的高选择性,但敏感材料对被测气体的灵敏度和稳定性等性能依然是重要的。
2.3电化学式气体传感器的测量电路在电子鼻样机中使用的7系列气体传感器阵列测量原理如下图所示:图2.2 7系列气体传感器阵列测量原理框图7系列三电极CiTiceLs气体传感器的测量电路如图2.3所示。
计数极的作用是构成电化学电路的完整回路,其电动势与敏感极和参考极相关,而不是由电路所固定的。
在默认条件下,电池只流过很小的电流,计数极将接近电池的输出电压。
当检测气体时,电池电流增大,计数极电动势的极化作用与参考极电动势相关。
计数极极化很慢,即使传感器信号稳定了计数极还会持续漂移,而电池电流则会很快稳定。
在启动时,ICI必须具有一个低的偏移(如<100uV),否则op放大器将有效地使传感器产生偏移。
接着传感器要用相当长的时间才能从短路状态稳定下来。
R Load上的压降在任何情况下都必须限制到小于10mV,要不然传感器性能将受到影响。
保持R Load小也保证了更快的响应时间。
尽管在此电路中,它可以减少到零,但仍推荐一个较小的有限值。
这可以在电路噪声和响应时间之间找到一个较好的平衡点,在有些情况下还能降低湿度的瞬变。
2.3 三电极CiTiceLs气体传感器的测量电路传感器存储时,必须将敏感极和参考极短接,只有在准备使用时才能将短接线去除。
在使用中,当仪器关闭时为了保持一个CiTieeL 处于“准备工作”状态,必须将参考极和敏感极短接在一起,否则传感器需要一个很长的启动时间。
在电路中使用一个场效应管J-FET或一个联动开关,使得两个电极在电路电源切断时保持短接。
当被短接后,要注意避免将传感器暴露于活性气体或溶解的蒸汽。
CiTieeL敏感极的输出电流通过精密电阻R Load转换成电压信号,再经过集成运算放大器IC2及与它相连的几个电阻所构成的典型反相比例放大电路放大调理后,得到的稳态信号由数据采集卡采集处理。
反相比例放大电路的输出为:其中,R Load是精密电阻值,R Gain是反馈电阻值。
2.4信号预处理传感器响应经接口电路输入微机,进行预处理(滤波、变换)和特征提取。
电子鼻中,传感器i对气味j产生一个与时间相关的电信号输出,由n个传感器组成的阵列对气味j的响应是。
维状态空间一个矢量代,写成分量形式为:如用直方图表示n个传感器的输出则构成阵列对气味j的响应谱。
阵列对气味j的响应灵敏度仅部分地取决于传感器的质量,此外,测试环境和信号处理方式也有十分重要的作用。
迄今为止,不仅各种稳态的模型已被用于处理气味或气体传感器的信号,如表3一1所示,而且传感器信号中的瞬态信息也已开始通过适当处理加以利用,例如,传感器信号的一阶导数可以帮助区分传感器的漂移和样本的检测,同时,还利用动态响应测量来校正传感器阵列,以节省相关的神经网络训练时间。
实验表明,相对法和部分差分模型有助于补偿传感器对温度的敏感性,而且部分差分模型能使传感器电阻的浓度依赖关系线性化。
对数分析可使高度非线性的浓度依赖关系线性化。
传感器输出的归一化使其输出介于[0,l]之间,它不仅可减小化学计量分类器的计算误差,而且可为人工神经网络分类器的输入准备适当的数据。
也可对整个传感器阵列归一化,这种方法在对气体浓度不感兴趣但要求准确识别气体类别时特别有用。
表2.1 气体传感器响应的常用预处理算法方 法公 式 差分法 ()minmax ij ij ij V V x -= 相对法 ()min max /ij ij ijV V x = 部分差分法 ()min min max /ij ij ij ijV V V x -= 对数法 ()min max log ij ij ijV V x -= 传感器归一法 ()min max '/ij ij ij ijV V x x -= 阵列归一化法 ()212'/∑=j ij ij ij xx x2.5模式识别技术电子鼻的检测结果是传感器的一系列响应值,必须通过一定的模式识别技术进行处理,才能对样品进行定性或定量分析。
不同模式识别技术对电子鼻原始数据的解读能力不一样,针对不同检测目的,应选择合适的模式识别系统。
目前在食用油品种的定性区分中常用的模式识别技术有 PCA (主成分分析)、LDA( 线性判别分析) 、DFA( 判别因子分析) ; 用于掺假样品定量预测的模式识别技术有 PLS 、ANN(人工神经网络)。
因此,不同的模式识别技术对数据的分析能力不一样,要根据具体的检测要求来选择合适的分析方法,而且还要在试验中不断优化所用的模式识别技术,使电子鼻的检测结果更加准确。
2.5.1 主成分分析主成分分析(PCA)是把多个指标化为少数几个综合指标的一种统计方法。
由于PCA方法总是尽量多地提取样本空间的信息,所以在寻找方向时总是尽量兼顾到差别较大的数据。
如果在PCA分析过程中,将不同的传感器作为变量,那么传感器的选择性越好,即对不同气体敏感度的差别就越大,在选择投影方向时,这些传感器的贡献就越大,反映到主成分上的分量就越大。
2.5.2线性判别分析线性判别分析是判别样品所属类型的一种方法,判别分析与聚类分析不同,判别分析是在己知研究对象分成若干类并已取得各类的一批己知样品观测数据的基础上根据某些准则建立判别函数,再将要进行分类的样本的相应指标代入判别函数,然后对未知样品类型的样品进行判别分类。
3 结语电子鼻作为一种新型检测技术,检测速度快、范围广,还不需对样品进行复杂的前处理,有着其他检测技术不可比拟的优势,应用前景广阔。