Bosin+cTongue+電子舌系統(tǒng)cTongue 是由上海保圣結(jié)合高校十多年科研積累研制開發(fā)的一種新型電子舌系統(tǒng)，也是第五套商品化的電子舌產(chǎn)品。目前，電子舌已經(jīng)成功應(yīng)用于飲料、白酒、干紅葡萄酒、乳制品以及龍井茶等多類食品的品質(zhì)控制、真?zhèn)伪孀R(shí)當(dāng)中，并且與多家單位正式合作。

Bosin+cTongue+電子舌系統(tǒng)以原創(chuàng)性的組合脈沖弛豫譜為技術(shù)核心，利用不同性質(zhì)的貴金屬電極優(yōu)化組合成傳感器陣列，結(jié)合特定的智能自學(xué)習(xí)、自辨識(shí)模式識(shí)別算法構(gòu)建的一類新型電子舌系統(tǒng)。它由三個(gè)結(jié)構(gòu)部分組成：（1）傳感器陣列（2）組合脈沖弛豫譜信號(hào)激發(fā)與接收裝置（3）智能模式識(shí)別軟件系統(tǒng)。（電子舌系統(tǒng)見圖1）

源于生物味覺感受

交互敏感的傳感器陣列/信號(hào)激發(fā)采集模塊/模式識(shí)別

交互敏感的傳感器陣列相當(dāng)于生物體的舌頭，不同的傳感器相當(dāng)于舌頭上四處分布的味蕾。負(fù)責(zé)采集不同味覺物質(zhì)的響應(yīng)信號(hào)；信號(hào)激發(fā)采集模塊發(fā)射-激發(fā)能量作用于傳感器陣列，觸使傳感器陣列能夠采集味覺物質(zhì)的響應(yīng)信號(hào)；模式識(shí)別和多元統(tǒng)計(jì)分析方法相當(dāng)于人類的大腦，分析采集的信號(hào)，給出物質(zhì)區(qū)分辨識(shí)或感官性質(zhì)的信息。

二、電子舌系統(tǒng)的來源

  Bosin+cTongue+電子舌設(shè)計(jì)思想源自于生物感受味覺的機(jī)制。電子舌系統(tǒng)中的傳感器陣列即相當(dāng)于生物系統(tǒng)中的舌頭，感受不同的化學(xué)物質(zhì)，采集各種不同的信號(hào)信息輸入電腦，電腦代替了生物系統(tǒng)中的大腦功能，通過軟件進(jìn)行分析處理,針對(duì)不同的物質(zhì)進(jìn)行區(qū)分辨識(shí)，后給出各個(gè)物質(zhì)的感官信息。傳感器陣列中每個(gè)獨(dú)立的傳感器仿佛舌面上的味蕾一樣，具有交互敏感作用，即一個(gè)獨(dú)立的傳感器并非只感受一種化學(xué)物質(zhì)，而是感受一類群化學(xué)物質(zhì)，并且在感受某類特定的化學(xué)物質(zhì)的同時(shí)，還感受另一部分其它性質(zhì)的化學(xué)物質(zhì)。

 傳統(tǒng)的電子舌設(shè)計(jì)思路往往集中在如何設(shè)計(jì)具有特殊交互敏感的傳感器陣列，大量的研究者將工作重心放在了傳感器脂質(zhì)敏感膜的修飾當(dāng)中。然而，由于修飾傳感器本身重現(xiàn)性、穩(wěn)定性、使用環(huán)境和壽命等問題，大大限制了電子舌的發(fā)展。電子舌利用組合脈沖弛豫技術(shù)，以電位作為脈沖的物理形式，以響應(yīng)電流作為組合弛豫譜，使得非修飾惰性金屬傳感器在檢測(cè)溶液中體現(xiàn)交互敏感信息。由于非修飾惰性金屬傳感器——穩(wěn)定性、重現(xiàn)性好，耐腐蝕試用面廣等特點(diǎn)，*的拓展了電子舌系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域。

三、組合弛豫脈沖弛豫譜

        脈沖弛豫是指一個(gè)特定體系受到某種瞬時(shí)物理脈沖作用后，除有一種對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)物理響應(yīng)之外，還存在著一個(gè)隨時(shí)間延滯體系恢復(fù)到原初狀態(tài)的弛豫過程。不同物理體系中不同物質(zhì)成份，對(duì)同一種瞬時(shí)物理脈沖作用表現(xiàn)的弛豫行為是不同的。脈沖實(shí)現(xiàn)的物理形式和技術(shù)方法可以多種多樣，利用不同形式的物理脈沖及其組合，得到特定體系*的復(fù)雜信息，從而構(gòu)成了一種新的智能分析的科學(xué)思想和技術(shù)方法，稱之為組合脈沖弛豫譜。

電子舌系統(tǒng)利用電化學(xué)方法，結(jié)合傳感器技術(shù)，以電壓為激發(fā)信號(hào)，電流為傳感器響應(yīng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電化學(xué)組合脈沖弛豫譜。如圖2所示，當(dāng)電子舌在傳感器上施加瞬間脈沖電壓（h）時(shí)，被檢測(cè)溶液中的所有組分由于電場(chǎng)的電離作用，快速的在溶液中移動(dòng)或是在電極表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而相應(yīng)的產(chǎn)生瞬間尖峰電流（如圖中S1所示）。隨后脈沖電壓持續(xù)施壓一定時(shí)間（t1），對(duì)應(yīng)脈沖尖峰電流隨時(shí)間衰減，形成完整的脈沖弛豫（S1）。再配合另外兩個(gè)參數(shù)——脈沖時(shí)間間隔（t2）和基線漂移量（ρ），就能形成由多個(gè)脈沖弛豫（S1）組成的組合脈沖弛豫譜（S）。

圖2 組合脈沖馳豫譜技術(shù)原理示意圖

四、組合弛豫脈沖技術(shù)在電子舌中的數(shù)學(xué)表達(dá)形式

 從電子舌的技術(shù)實(shí)現(xiàn)上而言，初的設(shè)計(jì)模型來自于傳統(tǒng)分析化學(xué)的多傳感器多組分分析。這類特異性傳感器陣列多組分分析可以用以下數(shù)學(xué)式進(jìn)行表達(dá)：假設(shè)某溶液中含有N個(gè)組分，并且每個(gè)組分的濃度分別為C1、C2、… 、CN，現(xiàn)在用由M個(gè)傳感器組成的傳感器陣列的電子舌系統(tǒng)對(duì)溶液進(jìn)行測(cè)定，并且每個(gè)組分都會(huì)在傳感器得到響應(yīng)，以Si（1<i<M）作為第i個(gè)傳感器的信號(hào)強(qiáng)度。這樣，M個(gè)傳感器組成陣列可以得到如下方程：

S1＝A₁,₁ C₁+A₁,₂ C₂＋… ＋A_1,N C_N

S₂＝A_2,1 C1+A_2,2 C2＋… ＋A_2,NC_N                      

……

S_M＝A_M,1 C1+A_M,2 C2＋… ＋A_M,N C_N

 其中，由于每個(gè)傳感器都是特異性的，即只對(duì)溶液中某個(gè)獨(dú)立的組分起響應(yīng)，所以A_i,j是第i個(gè)傳感器響應(yīng)強(qiáng)度信號(hào)和第j個(gè)組分濃度之間的比例常數(shù)。從方程（2）可知，只要M≥N時(shí)，方程可以通過矩陣運(yùn)算求出溶液中每個(gè)組分的濃度。

 電子舌技術(shù)與傳統(tǒng)的多傳感器多組分分析大的不同就是把生物味覺系統(tǒng)中味蕾的交互敏感原理和傳統(tǒng)的傳感器陣列多組分分析結(jié)合在一起，即用選擇性不是特別強(qiáng)，同時(shí)又具有一定交互敏感性的傳感器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的選擇性特別強(qiáng)的特異性傳感器組成傳感器陣列。這樣，方程（2）中的系數(shù)A_i,j變成與溶液中第j個(gè)組分濃度相關(guān)的一個(gè)非線性函數(shù)。此時(shí)，對(duì)方程（2）求解的時(shí)候，就要求使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等非線性的模式識(shí)別方式，首先對(duì)電子舌進(jìn)行訓(xùn)練，建立自學(xué)習(xí)專家數(shù)據(jù)庫(kù)，建立Ai,j的標(biāo)準(zhǔn)形式，然后再進(jìn)行計(jì)算。

五、小結(jié)及應(yīng)用領(lǐng)域

  電子舌作為一種新型的智能分析的核心技術(shù)，能夠在多種領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用、發(fā)展和推廣。電子舌核心技術(shù)——組合脈沖弛豫的大特點(diǎn)在于，能夠利用電化學(xué)的方法，使得分析檢測(cè)對(duì)象表現(xiàn)出物質(zhì)本質(zhì)屬性的脈沖弛豫現(xiàn)象，再結(jié)合對(duì)應(yīng)的多元統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)，從弛豫時(shí)間與主導(dǎo)頻率入手，在線、實(shí)時(shí)、快速的利用指紋圖譜的形式智能表征分析對(duì)象的屬性特征。電子舌分析技術(shù)有望成為一種普遍的智能分析思想方法與技術(shù)途徑。