一種檸檬酸溶液濃度檢測(cè)裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及溶液濃度檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種檸檬酸溶液濃度檢測(cè)裝置和方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有的檸檬酸溶液濃度檢測(cè)技術(shù)方法有儀器分析檢測(cè)法和化學(xué)檢測(cè)法，儀器分析 檢測(cè)法雖然操作簡(jiǎn)單，但是存在設(shè)備體積大、費(fèi)用昂貴、檢測(cè)精度低的缺陷；化學(xué)檢測(cè)法存 在操作繁瑣，重復(fù)性差的不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有檸檬酸溶液濃度檢測(cè)裝置成本高、檢測(cè)精度較低的技術(shù) 問題，提供了一種檸檬酸溶液濃度檢測(cè)裝置和方法，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，能夠快速準(zhǔn)確的 檢測(cè)出檸檬酸溶液的濃度。
[0004] 為了解決上述問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
[0005] 本發(fā)明的一種檸檬酸溶液濃度檢測(cè)裝置，包括計(jì)算機(jī)、采集單元和采集工作臺(tái)，所 述采集單元包括細(xì)胞電極板、聲表面波諧振器和轉(zhuǎn)換單元，所述采集工作臺(tái)包括底座，所述 底座上設(shè)置有放置槽，所述放置槽上方設(shè)有滴液室，所述滴液室底部設(shè)有與滴液室連通的 微量栗，所述微量栗底部設(shè)有與微量栗連通的滴液頭，所述滴液室頂部設(shè)有進(jìn)液口，所述滴 液室內(nèi)還設(shè)有清洗機(jī)構(gòu)和排水機(jī)構(gòu)，所述滴液室上方設(shè)有圓盤，所述圓盤上繞圓心設(shè)有若 干個(gè)儲(chǔ)液腔，所述儲(chǔ)液腔底部與進(jìn)液口對(duì)應(yīng)的位置設(shè)有出液口，所述出液口上設(shè)有出液電 磁閥，所述滴液室頂部設(shè)有驅(qū)動(dòng)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述放置槽包括第一凹槽和第二凹 槽，所述第一凹槽位于排水機(jī)構(gòu)的出水口下方，所述第二凹槽位于滴液頭下方，所述第一凹 槽底部和第二凹槽底部都設(shè)有排水孔，所述排水孔通過排水管路與外部廢水存儲(chǔ)裝置連 接，所述聲表面波諧振器分別與細(xì)胞電極板和轉(zhuǎn)換單元電連接，所述計(jì)算機(jī)分別與轉(zhuǎn)換單 元、微量栗、清洗機(jī)構(gòu)、排水機(jī)構(gòu)、出液電磁閥和驅(qū)動(dòng)電機(jī)電連接。
[0006] 在本技術(shù)方案中，預(yù)先取得不同濃度的檸檬酸溶液，將不同濃度的檸檬酸溶液分 別倒入圓盤上的各個(gè)儲(chǔ)液腔內(nèi)，將細(xì)胞電極板放置在放置槽內(nèi)，且細(xì)胞電極板位于滴液頭 下方。
[0007] 啟動(dòng)檸檬酸溶液濃度檢測(cè)裝置工作，計(jì)算機(jī)控制圓盤上與滴液室對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)液 腔上的出液電磁閥開啟（與滴液室對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)液腔上的出液口與滴液室上的進(jìn)液口對(duì) 準(zhǔn)），儲(chǔ)液腔內(nèi)的檸檬酸溶液通過進(jìn)液口注入滴液室。接著計(jì)算機(jī)控制微量栗工作，微 量栗控制滴液頭每間隔2. 4秒滴液一次，每次滴液量為0. 05ml，總共滴液290次。滴 液室內(nèi)的檸檬酸溶液通過滴液頭滴到細(xì)胞電極板上，細(xì)胞電極板產(chǎn)生特異性電流響 應(yīng)，電流響應(yīng)被聲表面波諧振器捕捉到以頻率形式輸出到轉(zhuǎn)換單元，轉(zhuǎn)換單元檢測(cè)頻 率信號(hào)，并輸出頻率響應(yīng)曲線到計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)在接收到的頻率響應(yīng)曲線上采樣， 得到180個(gè)采樣值，將采樣值作為輸入數(shù)據(jù)S(t)，輸入二階線性系統(tǒng)隨機(jī)共振模型
S(L)中，并使二階線性系統(tǒng)隨機(jī) 共振模型共振，得到該檸檬酸溶液的輸出信噪比
[0008] 滴液結(jié)束后，排水機(jī)構(gòu)將滴液室內(nèi)剩余的檸檬酸溶液排出，清洗機(jī)構(gòu)對(duì)滴液室進(jìn) 行清洗吹干。接著，計(jì)算機(jī)通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)圓盤順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，使下一個(gè)儲(chǔ)液腔 轉(zhuǎn)動(dòng)到與滴液室對(duì)應(yīng)的位置，接著重復(fù)上述步驟檢測(cè)出該儲(chǔ)液腔內(nèi)檸檬酸溶液的輸出信噪 比，然后排水機(jī)構(gòu)將滴液室內(nèi)剩余的檸檬酸溶液排出，清洗機(jī)構(gòu)對(duì)滴液室進(jìn)行清洗吹干。如 此循環(huán)直到檢測(cè)出圓盤上所有儲(chǔ)液腔內(nèi)的檸檬酸溶液的輸出信噪比，預(yù)先取得的檸檬酸溶 液的濃度分別為k 2,. . .，kN，其對(duì)應(yīng)的輸出信噪比分別為SNR1, SNR2,. . .，SNRn，計(jì)算機(jī)將 點(diǎn)Gc1，SNR1)，（k 2, SNR2)，…，（kN，SNRn)擬合成一條直線，根據(jù)擬合的直線得到檸檬酸溶液 的預(yù)測(cè)模型
[0009] 檢測(cè)未知濃度的待測(cè)檸檬酸溶液時(shí)，只要將待測(cè)檸檬酸溶液倒入與圓盤上與滴液 室對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)液腔內(nèi)，重復(fù)上述步驟得到該檸檬酸溶液的輸出信噪比SNR，將該輸出信噪比 SNR代入檸檬酸溶液的預(yù)測(cè)模型
而計(jì)算出待測(cè)檸檬酸溶液的濃 度k。本發(fā)明構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，每次滴液完成后，清洗機(jī)構(gòu)會(huì)對(duì)滴液室進(jìn)行清洗吹干，保證下 一次注入滴液室的檸檬酸溶液的濃度不會(huì)受到雜質(zhì)干擾，提高了檢測(cè)精度，檢測(cè)裝置由計(jì) 算機(jī)控制自動(dòng)工作，檢測(cè)速度快，提高了檢測(cè)效率。
[0010] 作為優(yōu)選，所述細(xì)胞電極板包括基板，所述基板上設(shè)有工作電極、對(duì)電極和兩個(gè)參 比電極，所述工作電極包括前端的圓形部，該圓形部由泡沫銅制成，該泡沫銅上鍍有一層鍍 金層，所述鍍金層上設(shè)有小鼠菌狀味蕾味覺受體細(xì)胞，所述對(duì)電極的前端和參比電極的前 端呈弧形圍繞在圓形部外側(cè)，所述工作電極前端、對(duì)電極前端和參比電極前端外側(cè)涂有油 漆涂層。對(duì)電極、參比電極和工作電極的上表面均高于基板上表面0. 5至1厘米，基板由ST 切型石英制成，對(duì)電極和參比電極由鎢制成，工作電極由泡沫銅材料制成，泡沫銅為均勻分 布的三維網(wǎng)狀孔結(jié)構(gòu)，其具有多層穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)且連接緊密，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不易變形及塌陷， 這使得細(xì)胞能夠進(jìn)入泡沫銅結(jié)構(gòu)內(nèi)部，使得細(xì)胞能更好的附著在電極上，鍍金層相比泡沫 銅毒性更低，與細(xì)胞接觸使得細(xì)胞活性更好，也使得檢測(cè)靈敏度更好。
[0011] 作為優(yōu)選，所述轉(zhuǎn)換單元包括振蕩電路和頻率檢測(cè)器，所述聲表面波諧振器通過 振蕩電路與頻率檢測(cè)器電連接，所述頻率檢測(cè)器與計(jì)算機(jī)電連接。
[0012] 作為優(yōu)選，所述清洗機(jī)構(gòu)包括進(jìn)氣口和進(jìn)水口，所述滴液室通過一個(gè)連接管路與 進(jìn)氣口和進(jìn)水口連通，所述進(jìn)氣口與氣栗相連，所述進(jìn)水口與水栗相連，所述水栗與水箱相 連，所述進(jìn)氣口設(shè)有進(jìn)氣電磁閥，所述進(jìn)水口設(shè)有進(jìn)水電磁閥，所述氣栗、水栗、進(jìn)氣電磁閥 和進(jìn)水電磁閥分別與計(jì)算機(jī)電連接。對(duì)滴液室進(jìn)行清洗時(shí)，先關(guān)閉進(jìn)氣電磁閥，啟動(dòng)水栗、 開啟進(jìn)水電磁閥，水栗向滴液室內(nèi)注入清水清洗，接著排水機(jī)構(gòu)將水排出，關(guān)閉水栗和進(jìn)水 電磁閥，啟動(dòng)氣栗、開啟進(jìn)氣電磁閥，氣栗向滴液室內(nèi)通入空氣將滴液室吹干。
[0013] 作為優(yōu)選，所述清洗機(jī)構(gòu)還包括設(shè)置在滴液室內(nèi)的攪拌機(jī)構(gòu)，所述攪拌機(jī)構(gòu)包括 水平設(shè)置的中空的橫桿和縱向設(shè)置的中空的縱桿，所述橫桿中段的底部通過軸承套設(shè)在縱 桿的頂端，所述橫桿內(nèi)的空腔與縱桿內(nèi)的空腔連通，所述橫桿一端的前側(cè)面和橫桿另一端 的后側(cè)面設(shè)有若干個(gè)通孔，所述通孔與橫桿內(nèi)空腔連通，所述縱桿設(shè)置在滴液室底部，所述 縱桿內(nèi)的空腔通過連接管路與進(jìn)氣口和進(jìn)水口連通。清洗時(shí)，清水從縱桿通入橫桿，并從橫 桿的通孔內(nèi)排出，清水從通孔內(nèi)排出時(shí)帶動(dòng)橫桿轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)?shù)我菏覂?nèi)清水達(dá)到一定量時(shí)，橫桿 轉(zhuǎn)動(dòng)攪拌清水，使滴液室清洗更徹底。在排水機(jī)構(gòu)排出清水后，空氣通入橫桿，并從通孔排 出，橫桿轉(zhuǎn)動(dòng)，加速滴液室內(nèi)氣流流動(dòng)，加快滴液室干燥速度。而且，在儲(chǔ)液腔將溶液注入滴 液室時(shí)，通入空氣使橫桿轉(zhuǎn)動(dòng)，橫桿攪拌溶液使空氣與溶液更好的混合，增加溶液含氧量， 從而使細(xì)胞電極板上的細(xì)胞存活更長的時(shí)間。
[0014] 作為優(yōu)選，所述清洗機(jī)構(gòu)還包括空氣加熱器，所述空氣加熱器的出風(fēng)口與氣栗的 進(jìn)風(fēng)口連通，所述空氣加熱器與計(jì)算機(jī)電連接。在清洗時(shí)，加熱裝置工作，氣栗向滴液室內(nèi) 通入熱空氣，加快滴液室干燥速度，在增加滴液室內(nèi)溶液含氧量時(shí)，加熱裝置不工作，氣栗 向滴液室內(nèi)通入常溫狀態(tài)下的空氣。
[0015] 作為優(yōu)選，所述排水機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在滴液室底部的排水管，所述排水管與滴液室 連通，所述排水管上設(shè)有排水電磁閥，所述排水電磁閥與計(jì)算機(jī)電連接。
[0016] 本發(fā)明的一種檸檬酸溶液濃度檢測(cè)方法，包括以下步驟：
[0017] Sl :將待測(cè)檸檬酸溶液倒入圓盤上與滴液室對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)液腔內(nèi)，接著將儲(chǔ)液腔內(nèi)的 檸檬酸溶液注入滴液室；
[0018] S2 :滴液頭將檸檬酸溶液滴到細(xì)胞電極板上，微量栗控制滴液頭的滴液量和滴液 時(shí)間，滴液頭每間隔2. 4秒滴液一次，每次滴液量為0. 05ml，總共滴液290次，滴液結(jié)束后排 出滴液室內(nèi)的剩余溶液，并對(duì)滴液室進(jìn)行清洗吹干；
[0019] S3:聲表面波諧振器采集細(xì)胞電極板上的信號(hào)發(fā)送到轉(zhuǎn)換單元，轉(zhuǎn)換 單元輸出頻率響應(yīng)曲線到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)在接收到的頻率響應(yīng)曲線上采樣，得到 170-180個(gè)采樣值，將采樣值作為輸入數(shù)據(jù)S (t)，輸入二階線性系統(tǒng)隨機(jī)共振模型
并使二階線性系統(tǒng)隨機(jī)共 ar at ' 振模型共振，
[0020] 其中，x(t)是振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的位移，Ω為角頻率，r和ω分別是設(shè)定的衰減系數(shù)和