糖精钠浓度检测装置及检测方法与流程

本发明涉及食品检测技术领域，尤其是涉及一种检测准确性高，速度快的糖精钠浓度检测装置及检测方法。

背景技术：
现有的糖检测技术方法有仪器分析检测法和化学检测法，仪器分析检测法虽然操作简单，但是存在检测精度低的缺陷；化学检测法存在操作繁琐，重复性差的不足。中国专利授权公开号：CN103528877A，授权公开日2014年1月22日，公开了一种小型生化反应器在线糖浓度检测系统，包括1个触摸屏，负责接受现场人员的设置和操作；2个恒流泵，负责对反应液进行稀释；1个在线糖分析仪，负责糖浓度的在线检测；1个离线糖浓度分析仪，负责糖浓度的离线检测；1个嵌入式模块BL2100，作为系统的控制单元，控制恒流泵的流速以及糖浓度分析仪的动作，采集在线糖分析仪的糖浓度检测值，对采集值进行在线校正，得到生化反应器内准确的糖浓度检测值，并根据离线糖浓度分析仪的值对模型参数进行修正。该发明的不足之处是，检测精度低和重复性差的不足。

技术实现要素：
本发明的发明目的是为了克服现有技术中的检测方法检测精度低和重复性差的不足，提供了一种检测准确性高，速度快的糖精钠浓度检测装置及检测方法。为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种糖精钠浓度检测装置，所述糖精钠浓度检测装置与电化学工作站电连接；包括控制器，存储器，盛有液体的上端开口的容器，设于容器上的盖板，设于盖板上的向下延伸的铂材料制成的对电极，嵌入盖板下部的下端开口的渐开线状导轨，设于导轨上的可沿导轨移动的转动装置，设于容器底部的搅动装置和设于盖板上的用于向容器内滴入糖精钠溶液的滴液漏斗；对电极通过第一电机与盖板相连接，导轨一端靠近第一电机，导轨另一端靠近盖板边缘；所述转动装置下部设有泡沫铜材料制成的工作电极，搅动装置通过防水电机与容器底部相连接；工作电极和对电极均呈条形板状；所述控制器分别与防水电机、存储器、第一电机、转动装置和电化学工作站电连接；对电极和工作电极分别与电化学工作站电连接。本发明的呈渐开线状的导轨的设置，使工作电极和对电极之间的间距连续可调，便于电化学工作站找到使电流密度最大时的两个电极所处的最佳位置，从而提高检测精度性。搅动装置用于对容器中的液体进行搅拌，转动装置用于带动工作电极移动。本发明通过检测已知浓度糖精钠溶液，得到糖精钠浓度的糖精钠浓度预测模型，并用糖精钠浓度预测模型来检测未知浓度的糖精钠浓度。因此，本发明具有操作简单，自动化程度高；检测精度高，速度快；装置稳定性好，重复性好的特点。作为优选，所述导轨包括顶板和设于顶板两侧的两个挡板，两个挡板上设有相对应的导向开口；所述转动装置包括电机固定座、设于电机固定座上的第二电机、与第二电机的两个转轴分别连接的两个齿轮和分别设于两个齿轮外侧上的两个延伸杆，两个延伸杆分别伸入两个导向开口中；所述导轨下部与两个齿轮相对应的位置处设有两条上表面带有齿纹的轨道板；导轨上设有用于与两个齿轮配合的双凹槽，两条轨道板两端均与导轨相连接，所述工作电极与电机固定座相连接；所述第二电机与控制器电连接。导轨、转动装置和封闭板的设置，使工作电极可以沿导轨稳定的移动。作为优选，所述搅动装置包括与防水电机的转轴相连接的水平搅拌管，水平搅拌管上设有若干对相对设置的通孔；水平搅拌管上设有若干个与水平搅拌管的轴心线垂直的直杆。作为优选，所述直杆包括纵向杆和水平杆。搅动装置的结构设置，使容器中的溶液可以被搅拌的更加均匀。作为优选，盖板和容器均呈圆形；盖板下表面上设有环形凹槽，容器上端插入环形凹槽中与盖板相连接。一种适用于糖精钠浓度检测装置的检测方法，包括如下步骤：(6-1)控制器中设有扫描间隔时间A，扫描次数最大值N，扫描次数序号i，i的初始值为1；取20至50ml的0.1MNaOH插入容器中，将盖板安装到容器口部，使工作电极及对电极伸入NaOH中；电化学工作站给工作电极输出0.40V至0.6V的恒电压，调节盛有0.1M的糖精钠溶液的滴液漏斗的活塞，使滴液漏斗每隔时间A向容器中滴入一滴糖精钠溶液；(6-2)在滴液漏斗向容器中滴入第一滴糖精钠之后至滴入第二滴糖精钠溶液之前，控制器通过防水电机控制搅拌装置对容器内的液体搅拌时间B，B＜A；控制器控制第一电机带动对电极水平旋转，同时控制转动装置带动工作电极沿导轨往返移动，电化学工作站检测电流密度，当检测的电流密度达到最大值时，控制器控制转动装置及第一电机停止工作，得到对电极和工作电极的最佳位置；在对电极水平旋转和工作电极移动的过程中，对电极和工作电极始终保持最大的相对面积；控制器计算当前容器内的糖精钠浓度k1，将k1和与k1相对应的电流密度S(t)存储到存储器中；(6-3)滴液漏斗向容器内滴入第i+1滴糖精钠溶液，控制器通过防水电机控制搅拌装置对容器内的液体搅拌时间B，B＜A；电化学工作站检测电流密度，控制器计算当前容器内的糖精钠浓度ki+1，将ki+1和与ki+1相对应的电流密度S(t)存储到存储器中；(6-4)当i≤N-1，使i值增加1，转入步骤(6-3)；否则，转入步骤(6-5)；(6-5)控制器将得到的N个电流密度S(t)分别输入二阶线性系统随机共振模型中；并使二阶线性系统随机共振模型共振；其中，x(t)是振动质点的位移，Ω为角频率，r和ω分别是设定的衰减系数和线性振动质点的频率，c是设定的信号调解系数，b是设定的二次噪声ξ2(t)的系数，ξ(t)为三歧噪声，ξ(t)∈{-a，0，a}，a＞0，噪声的歧化过程遵循泊松分布，其概率分布为ps(a)＝ps(-a)＝q，ps(0)＝1-2q，其中0＜q＜0.5；噪声均值与相关性遵循<ξ(t)>＝0，<ξ(t)ξ(t+τ)>＝2qa2e-λτ；其中λ为相关率，三歧噪声ξ(t)的平直度为控制器利用公式计算并得到与N个电流密度S(t)分别对应的输出信噪比SNR1，SNR2，...，SNRN；控制器读取存储器中的糖精钠浓度k1，k2，...，kN；控制器利用点(k1，SNR1)，(k2，SNR2)，...，(kN，SNRN)拟合成直线，根据拟合的直线得出糖精钠浓度预测模型：将容器的液体倒出，并将容器清洁干净；(6-6)未知浓度的糖精钠溶液W的检测：取20至50ml的糖精钠溶液W插入容器中，将盖板安装到容器口部，使工作电极及对电极伸入糖精钠溶液中，并使工作电极及对电极位于步骤(6-2)所确定的最佳位置；电化学工作站给工作电极输出0.40V至0.6V的恒电压，电化学工作站检测电流密度S(t)，控制器将S(t)输入二阶线性系统随机共振模型中，并利用公式计算及得到输出信噪比SNR，将SNR代入得到糖精钠溶液W的浓度k。作为优选，还包括报警器，报警器和控制器电连接；还包括报警器，报警器和控制器电连接；在步骤(6-1)之前还包括如下的电极校准步骤：(7-1)取30至48ml的0.1MNaOH插入第一烧杯中，将工作电极及对电极插入第一烧杯的NaOH溶液中，利用电化学工作站进行循环伏安法扫描，使工作电极的激励电压在-0.2V-0.75V范围内先逐渐增大，再逐渐减小，得到横坐标为激励电压，纵坐标为电流密度的曲线，计算电流密度的最大值和最小值之间的差值g；(7-2)按照3∶2的比例依次取0.1MNaOH和0.1mM糖精钠插入第二烧杯中并搅拌均匀，将工作电极及对电极插入第二烧杯的溶液中，利用电化学工作站进行循环伏安法扫描，使工作电极的激励电压在-0.2V-0.75V范围内先逐渐增大，再逐渐减小，得到横坐标为激励电压，纵坐标为电流密度的曲线，计算电流密度的最大值和最小值之间的差值g′；(7-3)控制器利用计算误差，当e≤4.7％时，转入步骤(6-1)；否则，控制器控制报警器报警，操作人员对对电极进行表面处理或更换对电极；返回步骤(7-1)。因为泡沫铜材料制成的工作电极是一次性使用的，每次均用新的工作电极进行检测，但是铂材料制成的对电极要多次反复使用，使用次数越多，对电极被氧化腐蚀越严重，所以需要对对电极的状态进行检测，经过校准后，只有合格的对电极才会用于检测，确保检测结果的准确性。作为优选，激励电压在-0.2V-0.75V范围内以0.05V/s的速度先逐渐增大，再以0.05V/s的速度逐渐减小。作为优选，泡沫铜和铂电极伸入溶液的面积均为0.085cm2至0.135cm2。作为优选，A为42至58秒，N为10至108，B为9至30秒。因此，本发明具有如下有益效果：操作简单，自动化程度高；检测精度高，速度快；装置稳定性好，重复性好。附图说明图1是本发明的一种结构示意图；图2是本发明的导轨的一种结构示意图；图3是本发明的转动装置的一种结构示意图；图4是本发明的一种原理框图；图5是本发明的实施例1的一种流程图；图6是本发明的循环伏安法校准结果图。图中：电化学工作站1、控制器2、存储器3、容器4、盖板5、导轨6、铂对电极7、转动装置8、搅动装置9、滴液漏斗10、工作电极11、第一电机12、防水电机13、搅拌管14、轨道板15、挡板16、电机固定座17、第二电机18、转轴19、齿轮20、延伸杆21、双凹槽22、通孔23、纵向杆24、水平杆25。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。实施例1如图1、图4所示的实施例是一种糖精钠浓度检测装置，糖精钠浓度检测装置与电化学工作站1电连接；包括控制器2，存储器3，盛有液体的上端开口的容器4，设于容器上的盖板5，设于盖板上的向下延伸的铂材料制成的对电极7，设于容器底部的搅动装置9和设于盖板上的用于向容器内滴入糖精钠溶液的滴液漏斗10；搅动装置包括与防水电机的转轴相连接的水平搅拌管14，水平搅拌管上设有若干对相对设置的通孔23；水平搅拌管上设有若干个与水平搅拌管的轴心线垂直的直杆。盖板采用聚四氟乙烯材料制成，容器采用玻璃材料制成。直杆包括纵向杆24和水平杆25。盖板和容器均呈圆形；盖板下表面上设有环形凹槽，容器上端插入环形凹槽中与盖板相连接。如图2所示的嵌入盖板下部的下端开口的渐开线状导轨6，设于导轨上的可沿导轨移动的转动装置8，如图3所示，转动装置下部设有泡沫铜材料制成的工作电极11，导轨包括顶板和设于顶板两侧的两个挡板16，两个挡板上设有相对应的导向开口；转动装置包括电机固定座17、设于电机固定座上的第二电机18、与第二电机的两个转轴19分别连接的两个齿轮20和分别设于两个齿轮外侧上的两个延伸杆21，两个延伸杆分别伸入两个导向开口中；导轨下部与两个齿轮相对应的位置处设有两条上表面带有齿纹的轨道板15；导轨上设有用于与两个齿轮配合的双凹槽22，两条轨道板两端均与导轨相连接，工作电极与电机固定座相连接；如图4所示，搅动装置通过防水电机13与容器底部相连接；工作电极和对电极均呈条形板状；控制器分别与防水电机、存储器、第一电机、转动装置和电化学工作站电连接；对电极和工作电极分别与电化学工作站电连接，第二电机与控制器电连接。如图5所示，一种糖精钠浓度检测装置的检测方法，包括如下步骤：步骤100，控制器中设有扫描间隔时间50秒，扫描次数最大值N＝10，扫描次数序号i，i的初始值为1；取30ml的0.1MNaOH插入容器中，将盖板安装到容器口部，使工作电极及对电极伸入NaOH中；电化学工作站给工作电极输出0.5V的恒电压，调节盛有0.1M的糖精钠溶液的滴液漏斗的活塞，使滴液漏斗每隔50秒向容器中滴入一滴糖精钠溶液；步骤200，寻找最佳位置并将k1和与k1相对应的电流密度S(t)存储到存储器中：在滴液漏斗向容器中滴入第一滴糖精钠之后至滴入第二滴糖精钠溶液之前，控制器通过防水电机控制搅拌装置对容器内的液体搅拌10秒；控制器控制第一电机带动对电极水平旋转，同时控制转动装置带动工作电极沿导轨往返移动，电化学工作站检测电流密度，当检测的电流密度达到最大值时，控制器控制转动装置及第一电机停止工作，得到对电极和工作电极的最佳位置；在对电极水平旋转和工作电极移动的过程中，对电极和工作电极始终保持最大的相对面积；控制器计算当前容器内的糖精钠浓度k1(例如，每滴糖精钠溶液为0.05ml，控制器根据已经滴入容器中的糖精钠溶液滴数及容器中溶液的总容积计算糖精钠浓度k1)，将k1和与k1相对应的电流密度S(t)存储到存储器中；步骤300，滴液漏斗向容器内滴入第i+1滴糖精钠溶液，控制器通过防水电机控制搅拌装置对容器内的液体搅拌10秒；电化学工作站检测电流密度，控制器计算当前容器内的糖精钠浓度ki+1，将ki+1和与ki+1相对应的电流密度S(t)存储到存储器中；步骤400，当i≤9，使i值增加1，转入步骤300；否则，转入步骤500；步骤500，数据处理：控制器将得到的10个电流密度S(t)分别输入二阶线性系统随机共振模型中；并使二阶线性系统随机共振模型共振；其中，x(t)是振动质点的位移，Ω为角频率，r和ω分别是设定的衰减系数和线性振动质点的频率，c是设定的信号调解系数，b是设定的二次噪声ξ2(t)的系数，ξ(t)为三歧噪声，ξ(t)∈{-a，0，a}，a＞0，噪声的歧化过程遵循泊松分布，其概率分布为ps(a)＝ps(-a)＝q，ps(0)＝1-2q，其中0＜q＜0.5；噪声均值与相关性遵循<ξ(t)>＝0，<ξ(t)ξ(t+τ)>＝2qa2e-λτ；其中λ为相关率，三歧噪声ξ(t)的平直度为利用公式计算并得到与10个电流密度S(t)分别对应的输出信噪比SNR1，SNR2，...，SNR10；控制器读取存储器中的糖精钠浓度k1，k2，...，k10；控制器利用点(k1，SNR1)，(k2，SNR2)，...，(k10，SNR10)拟合成直线，根据拟合的直线得出糖精钠浓度预测模型：将容器的液体倒出，并将容器清洁干净；步骤600，未知浓度的糖精钠溶液W的检测：取30ml的糖精钠溶液W插入容器中，将盖板安装到容器口部，使工作电极及对电极伸入糖精钠溶液中，并使工作电极及对电极位于步骤200所确定的最佳位置；电化学工作站给工作电极输出0.5V的恒电压，电化学工作站检测电流密度S(t)，控制器将S(t)输入二阶线性系统随机共振模型中，并利用公式计算及得到输出信噪比SNR，将SNR代入得到糖精钠溶液W的浓度k。实施例2实施例2中包含实施例1的所有结构及步骤部分，还包括报警器，报警器和控制器电连接；在步骤100之前还包括如下的电极校准步骤：步骤710，取40ml的0.1MNaOH插入第一烧杯中，将工作电极及对电极插入第一烧杯的NaOH溶液中，利用电化学工作站进行循环伏安法扫描，使工作电极的激励电压在-0.2V-0.75V范围内先逐渐增大，再逐渐减小，得到横坐标为激励电压，纵坐标为电流密度的曲线，计算电流密度的最大值和最小值之间的差值g；步骤720，按照3∶2的比例依次取0.1MNaOH和0.1mM糖精钠插入第二烧杯中，并搅拌均匀，将工作电极及对电极插入第二烧杯的溶液中，利用电化学工作站进行循环伏安法扫描，使工作电极的激励电压在-0.2V-0.75V范围内先逐渐增大，再逐渐减小，得到横坐标为激励电压，纵坐标为电流密度的曲线，计算电流密度的最大值和最小值之间的差值g′；步骤730，控制器利用计算误差，当e≤4.7％时，转入步骤100；否则，控制器控制报警器报警，操作人员对对电极进行检测，本实施例中，发现对电极表面有缺损，对对电极进行了更换；返回步骤710。图6是在电化学工作站上显示出的循环伏安法校准检测结果图，由图中可以得出，g′＝6.8V，g′＝6.6V，因此转入步骤100。本实施例中，激励电压在-0.2V-0.75V范围内以0.05V/s的速度先逐渐增大，再以0.05V/s的速度逐渐减小。泡沫铜和铂电极伸入溶液的面积均为0.1cm2。应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。