Патент на изобретение №2279065
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ МУЛЬТИСЕНСОРНОГО АНАЛИЗАТОРА ТИПА “ЭЛЕКТРОННЫЙ НОС”
(57) Реферат:
Изобретение относится к области аналитической химии газовых сред, приборостроения и может быть применено на стадии представления и обработки результатов анализа многокомпонентных газовых смесей с применением многоэлементного резонансного «электронного носа» (матрица неселективных сенсоров). Технический результат изобретения – упрощение способа за счет исключения сложного эксклюзивного программного обеспечения алгоритма получения и представления суммарного аналитического сигнала мультисенсорного анализатора типа «электронный нос» путем визуализации, регистрируемой в процессе измерения базы данных, отражающей все индивидуальные особенности, незначительные изменения в качественном и количественном составе многокомпонентных газовых смесей и близких по природе соединений. Сущность: способ включает регистрацию откликов отдельных сенсоров, формирование суммарного аналитического сигнала в виде лепестковой диаграммы, при этом суммарный аналитический сигнал формируют в виде кинетического «визуального отпечатка» последовательно по откликам каждого сенсора, соответствующим времени считывания, фиксируемых с интервалом времени
Изобретение относится к области аналитической химии газовых сред, приборостроении и может быть применено на стадии представления и обработки результатов анализа многокомпонентных газовых смесей с применением многоэлементного резонансного «электронного носа» (матрица неселективных сенсоров). Важной задачей обработки сигналов измерительных элементов, составляющих мульти(поли)сенсорный газоанализатор типа «электронный нос», является не только алгоритм или последовательность фиксирования откликов, но и формирование из них суммарного аналитического сигнала. Аналитический сигнал должен отражать индивидуальность анализируемого образца, его качественный и количественный состав. При анализе сложных многокомпонентных газовых смесей невозможно идентифицировать и определить концентрации отдельных компонентов по сигналам сенсоров с перекрестной избирательностью. Отсутствуют эмпирические или полуэмпирические модели сорбции сложных смесей на пленках-модификаторах сенсоров, поэтому важно при фиксировании сигналов каждого сенсора уловить индивидуальную реакцию сорбента на близкие по природе или механизму сорбции компоненты смеси. Недостатком такого подхода в получении аналитического сигнала матрицы сенсоров является сложность аппаратурной реализации и создание блоков дискретной регистрации откликов отдельных измерительных элементов, необходимость строго определенного расположения элементов в матрице и соблюдения жесткого алгоритма фиксирования аналитических сигналов каждого сенсора. Техническая задача – разработка отличающегося простотой и не требующего сложного эксклюзивного программного обеспечения алгоритма получения и представления суммарного аналитического сигнала мультисенсорного анализатора типа «электронный нос» путем визуализации регистрируемой в процессе измерения базы данных, отражающей все индивидуальные особенности и незначительные изменения в качественном и количественном составе многокомпонентных газовых смесей и близких по природе соединений. Техническая задача достигается тем, что в способе обработки сигналов мультисенсорного анализатора типа «электронный нос», включающем регистрацию откликов отдельных сенсоров, формирование суммарного аналитического сигнала в виде лепестковой диаграммы, новым является то, что суммарный аналитический сигнал формируют в виде кинетического «визуального отпечатка» последовательно по откликам каждого сенсора, соответствующим времени считывания, фиксируемых с интервалом времени Технический результат заключается в разработке алгоритма получения и представления суммарного аналитического сигнала мультисенсорного анализатора типа «электронный нос» в виде кинетического «визуального отпечатка», отражающего все индивидуальные особенности и незначительные изменения в качественном и количественном составе многокомпонентных газовых смесей и близких по природе соединений. Способ обработки сигналов мультисенсорного анализатора типа «электронный нос» заключается в следующем. Общая схема анализа представлена на фиг.1. Для анализа многокомпонентных газовых смесей применяют анализатор, в котором измерительным устройством является матрица сенсоров. Ее формируют из i (i По выходным кривым формируется суммарный аналитический сигнал всего анализатора типа «электронный нос» в виде кинетического «визуального отпечатка» по определенному алгоритму: за основу выбирается круговая диаграмма с числом осей n, по которым откладываются численные значения откликов каждого сенсора (например, для масс-чувствительных пьезосенсоров – изменение частоты колебаний кварцевой пластины
1, 2, … i Число осей на диаграмме (n) может варьироваться от 12 до 60 для одного сенсора с учетом количества i-сенсоров: Наиболее принадлежностными и характеризующими качественный и количественный состав пробы являются фракции аромата легколетучих соединений (спиртов, кетонов, алкилацетатов, эфиров), сорбция которых протекает на сорбентах полярных и среднеполярных быстро (до 30 с). Дальнейшее изменение сигналов сенсоров определяется реакцией их на терпены, фенолы и др. более тяжелые органические соединения, сорбция которых длительна. Поэтому оптимальным является считывание сигналов сенсоров первые 30 с с интервалом 1-5 с, далее – с интервалом Такой алгоритм обработки сигналов мультисенсорного анализатора типа «электронный нос» и формирования суммарного аналитического сигнала в виде кинетического «визуального отпечатка» прост в получении (построение лепестковых диаграмм в текстовом редакторе Word любого поколения), не перегружен количественной информацией, сохраняет индивидуальные особенности аромата (запаха) многокомпонентных смесей, отражает их качественный и количественный состав и его незначительные изменения. Полученные кинетические «визуальные отпечатки» применяют в дальнейшем для принятия решения по результатам анализа путем визуального сравнения, сопоставления совмещением или с помощью компьютерных программ определения полноты совпадения аналитических сигналов «электронного носа» в парах стандартов и анализируемых образцов. Продемонстрируем универсальность предлагаемого способа на примере обработки сигналов матрицы сенсоров типа «электронный нос» с разнохарактерными покрытиями на электродах масс-чувствительных пьезосенсоров при анализе сложных газовых смесей (например, кофейного аромата с числом компонентов около 300, ароматов эфирных масел с числом компонентов 400-700, специй – число компонентов 100-200 и паров некоторых индивидуальных органических соединений). В этих системах важно уловить незначительные изменения в составе газовой фазы, которые не распознаются обученными дегустаторами и свидетельствуют о фальсификации искусственными ароматизаторами, грубой подделке, нарушении условий производства или хранения. Пример 1. Для анализа кофейного, эфирно-масляного, специйного аромата применяют анализатор, в котором измерительным устройством является матрица сенсоров с разными пленками (обозначим 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8). После инжекции анализируемой газовой пробы (равновесная газовая фаза над анализируемыми образцами) в анализатор начинается взаимодействие компонентов пробы и покрытий на электродах сенсоров. Кинетические и количественные параметры этого взаимодействия преобразуются в отклики, которые через аналоговый многоканальный преобразователь фиксируются для каждого сенсора с интервалом 1 с в течение 1 мин в виде выходных кривых – хроночастотограмм (фиг.2 – А, Б). По выходным кривым формируется суммарный аналитический сигнал всего анализатора типа «электронный нос» в виде кинетического «визуального отпечатка» по определенному алгоритму: за основу выбирается круговая диаграмма с числом осей 18·i, по которым откладываются численные значения откликов каждого i-го сенсора ( Способ осуществим. На примере сорбции ароматных масел, специй и кофе построены лепестковые диаграммы в виде кинетических «визуальных отпечатков» (далее в фиг. – «визуальные отпечатки») или «весовые ароматограммы» (фиг.3). Суммарные аналитические сигналы строго индивидуальны не только для сильно различающихся, но и для близких по природе объектов анализа, качественному и количественному составу равновесных газовых фаз (эфирные масла апельсиновое и нероли) и неразличимы по оценке метрологической надежности для одного и того же объекта. Пример 2. Для анализа кофейного, эфирно-масляного, специйного аромата применяют анализатор, в котором измерительным устройством является матрица сенсоров с разными пленками (обозначим 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8). После инжекции анализируемой газовой пробы (равновесная газовая фаза над анализируемыми образцами) в анализатор начинается взаимодействие компонентов пробы и покрытий на электродах сенсоров. Кинетические и количественные параметры этого взаимодействия преобразуются в отклики, которые через аналоговый многоканальный преобразователь фиксируются для каждого сенсора с интервалом 5 с в течение 3 мин в виде выходных кривых – хроночастотограмм (фиг.2 – А, Б). По выходным кривым формируется суммарный аналитический сигнал всего анализатора типа «электронный нос» в виде кинетического «визуального отпечатка» по определенному алгоритму: за основу выбирается круговая диаграмма с числом осей 14·i, по которым откладываются численные значения откликов каждого i-того сенсора ( Способ осуществим. На примере сорбции ароматных масел, специй и кофе построены лепестковые диаграммы в виде кинетических «визуальных отпечатков» или «весовые ароматограммы» (фиг.4, 5). Суммарные аналитические сигналы строго индивидуальны даже для близких по природе объектов анализа, качественному и количественному составу равновесных газовых фаз (кофе растворимый «Классик» и «Brasilia CLASSIC», перец душистый, среднежгучий, стручковый и т.д.) и неразличимы по оценке метрологической надежности для одного и того же объекта. Пример 3. Предыдущие операции анализа выполнены как в примере 1. Профили ароматов строят по максимальным сигналам каждого сенсора Способ не осуществим, так как полученные «визуальные отпечатки» близких и сильно отличающихся по составу легколетучих фаз проб плохо различимы друг от друга. Невозможна надежная оценка соответствия аналитических сигналов «электронного носа» на тестируемый образец и стандарт (фиг.6-9). Пример 4. Предыдущие операции анализа выполнены как в примере 1. Профили ароматов строят при фиксировании сигналов сенсоров в матрице с шагом 5 с в течение 15 с. Способ не осуществим. Визуальные отпечатки различимы для разных объектов, но плохо отражают индивидуальный состав образцов одного наименования или близких по составу (фиг.10-12). Таким образом, предлагаемый способ обработки сигналов мультисенсорного анализатора типа «электронный нос» в виде кинетического «визуального отпечатка» прост в представлении результатов, позволяет установить незначительные отличия в качественном и количественном составе многокомпонентных газовых смесей различного происхождения, не требует специальных блоков регистрации сигналов отдельных сенсоров, фиксирования сигналов пошагово, строгого расположения сенсоров в матрице и соблюдения порядка их опроса, сложных математических алгоритмов и программ.
Формула изобретения
Способ обработки сигналов мультисенсорного анализатора типа «электронный нос», включающий регистрацию откликов отдельных сенсоров, формирование суммарного аналитического сигнала в виде лепестковой диаграммы, отличающийся тем, что суммарный аналитический сигнал формируют в виде кинетического «визуального отпечатка» последовательно по откликам каждого сенсора, соответствующим времени считывания и фиксируемым с интервалом времени
РИСУНКИ
MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 29.03.2007
Извещение опубликовано: 10.11.2008 БИ: 31/2008
|
||||||||||||||||||||||||||
=3-5 с в течение 1-5 мин. 1 табл., 12 ил.
2) сенсоров с различными покрытиями на электродах, подбираемых в соответствии с природой анализируемой смеси. После инжекции анализируемой газовой пробы в анализатор начинается взаимодействие компонентов пробы и покрытий на электродах сенсоров. Кинетические и количественные параметры этого взаимодействия преобразуются в отклики, которые через аналоговый многоканальный преобразователь фиксируются для каждого сенсора с интервалом 1-5 с в течение 1-5 мин в виде выходных кривых – хроночастотограмм (фиг.2 – А, Б).
