电子舌常用传感器研究进展

1、4 传感器与微系统( 弧| a n 8 d u c e r 锄dm i c r ；0 s y s l e mt e c h n o l o 矛e s )，2 0 0 z 年第2 6 卷第2 期 电子舌常用传感器研究进展 雷勇杰1 ，章桥麓k 2 ，张覃轶3 ( 1 。武汉理工大举机电工程学院。湖托武汉4 3 7 0 ； 2 武汉理工火学材料复禽新技术国家重点实验窒。湖北武汉4 3 0 0 7 0 ； 3 武汉理工大学材料科学与工程学院，湖北武汉4 3 0 0 7 0 ) 摘 要：电子舌是一种用于液体分析的多传感器系统，它主要由传感器阵列、倍号处理和模式识别系统组 成，其中，味觉传感器是决定其性

2、能的关键部件之一。介绍了几种常用味觉传感器的研究和应用现状，越 赢讨论? 电位分辑赞感器、伏安分概传感器秘蹙学方法鹣喙觉传感器戆骧理、特点及其应震，慰时，对毫子 舌传感器的发展进行了展望。 关键词：电子舌；味觉传感器；传感器阵列 中盈分类号：t p 2 1 2文献标识码：a文章编号：l o o o 一9 7 8 7 ( 2 0 0 7 ) 0 2 一o 0 0 4 一0 4 p r o g r e s s0 fe l e c t r o n i ct o n 2 u es e n s o r s l 互l ￥o n g i e l ，z 辍a 攥g0 i 8 0 x i n l ，2z 董a

3、n g0 i 珏y ( 1 s c h lo fm 扰h a t m n i c se n 舀n 一n g ，w u h a ni j l l 薹v e 吲t yo f1 奄c h n o l o 豁，w u h a n4 3 帅弼，c h i 臁； 2 s t a t ek e yl a b o r a t o r yo fa d v a n c e dt e c h n o l o 瓣f o rm a t e “a l ss y n t h 删sa n dp r o c e s s i n g ， w l l h 聪u 越v e 礴t l yo ft e c h n o l o 搿，w 珏

4、h 强4 3 0 0 7 0 ，c h i 凇； 3 。s c h o 珙o f 醚a l e 纛瓣s c i e 矗c ea n de n 垂n 魏靠耀，w 曲躺u 嫡v e 硝l y 酿髓c l l l l o l o 豁，w 珏h a n 稻钧，曲l 糯) a b s t 豫c t ：e l e c t r o n i ct o n g u ei sak i n do fm u l t i s e n s o rs y s t e mm a i n l yu s e di nt h ef i e l do fl i q u i da n a l y s i s i tc 佣8 i s t

5、 s 蠢s e 菇ra 髓y s ，s i 静霹p c e 豁i 粥粕莲辨t e 臻封e c 呼i l i 艟s y s 搬n ，懿d 凑e 氇s t e 靼硅的fi s 黼e 蠢l 蠡吁筘瞻i t 。 t h ed e v e l o p m e n l 肌da p p l i c a t i o n s0 fs e v e r a lk i n d so ft y p i c a lt a s t es e n s o r 鞲a r es t u d i e d 髓1 ep o t e n t i o m e t r i cs e n 8 0 勰， v o l t 粕1 e t r i c

6、s e n s o r ：sa n dt a s t es e n s o r sb a s e do no p t i c sm e t h o d ，a r ed i s c u s s e d t h e i r 州n c i p l e s ，p r o p e r t i e sa n d a p p l i e a 娃o n sa l ei 玎l l b d 珏e 商i 瓢e 爹l s | e c l so f 渔s es e 玎s o f s8 l 它越s o | 珏琶8 e n l e d ， k e yw o 斌s ：e l e c t r o n 至et o n g u e

7、 ；l es e 璐o r ；s e n s o ra m y s o 引言 瞧子舌技术蹙2 0 整纪黼年代孛期发震起来懿一耱分 析、识别液体成分的智能仪器技术，它主要由传感器阵列、 信号处理秘模式识别系统缀成。传感器阵列对液体榉熬作 出响应并输出倍号，信号经计算税系统进行数据处理后得 到反映样品味觉特征的结果。 作隽电子秀黪关键部馋一味觉传感器的研究楚推动 电子舌技术发展的重要环节。至2 0 世纪8 0 年代以涞，研 究者在味觉传感器的研究上做了大量的工作，也取了不少 突玻性豹残暴。本文主要藏泡子舌发震进程孛不翻溅遮源 理的常用味觉传感器作相关介绍。 l 电位分析传黩器 1 1 离子选择电裰

8、 离子选择电极( i s e ) 是一种对某种特定的离子具有选 择性的指示电极，它通过电檄阅( 工作电极与参比电极) 收稿豳期：2 0 0 6 0 7 2 9 膜电势的大小来反映样本离子的浓度信息，是电子舌发展 变上第一个毫势传感嚣。l s e 发孵予1 9 年，2 0 邀纪6 0 年 代以后得到迅速发展，目前，已有几十种产品投入使用。由 予其设备篱攀、操作方便、分析酵闼短、易于实现自动检测、 价格低廉等优点，在工攮自动分析、环境监测、医疗卫生等 方面得到广泛应用。如，将i s e s 用于细胞内m 酽+ ，c a ”， 聪a + 秘k + 懿绉露检测；将铬l s e 震予食晶程合金中貉枣子

9、的检测；将氟l s e 用于对牙膏、饮用水和尿液中氟离子的检 测等。 近年来，l s 嚣鹣臻突主要集孛农簇懿l s e 蔟戆骚究、微 量元素和蘧金属选择性电极的研制以及提高i s e 的响应时 间和使用澎命等方面。s c h o n i n gmj 等人2 使用激光沉 稷技术裁成鹃离子选择薄貘已成功耀予掰+ ，堍+ 霸” 检测电极的制备；g t i l e re k m e k c i 等人口1 报道了一种“固态” 氢氧化物i s e ，既能用予高p h 值的稔测，又能测定低浓度的 万方数据 筹2 麓 餐嚣杰，等：电子兹常霆赞感器磷究遴鼹 氧氧诧锈，鼠不受酱逶离子麓子我，捷覆寿命长这2 盔乒；

10、轰誓一 b a l ia 等人h 1 刹用p v c 膜制成钒i s e ，研究发现：谈电极对 v 舻+ 其有畿好的选择性和快速响应性，并成功粥份电俄滴 定的指示电极。 但是，i s e 猩栩关的禁些干扰离子的环境中选择性较 差的缺点一煮怒困揽国内矫磷究囊鲤瓶颈同题。为了鳃决 这令翔题，攀褒l g 链纪鞠年饯孝囊就有大提爨了耀毫壤 蓐褒寒裴代离教毫摄戆悉愆并衬瀣实筏，盛还遴一多荸l 进 了弱选择饿电极阵绷的使耀，形成了最初的电子嚣的雏形。 1 2 多通道爽脂膜味觉传感嚣 1 9 9 0 年，k 弦小i k o 等人研铡黪第一个蒸擎嚣特定 传感器方法的液体分析多传感器系统哺】。传感器阵列由 多个

11、含有樊l 瓣膜的魄极梅成，类籍膜蔹安装在带濑的爨料 管上，管的寒端用攥子封往，塞子上装有a a g c l 参比电 毅，管痰盛番3 糯毛懿k e l 溶液。多透遭龟擞邋避多避道 鼓大器等多遐遘稳攘器连接。噫觉秘囊使类藤貘戆蘸楗发 生变德，输穗凝映冀昧道性质秘强度的毫信号，然露，通过 数字鬯殛凌转豫为数字信蛩送入诗雾羲避簿楚瑾。 这种味觉传感器有对化学物质进行分子识别的能力， 毙对耀应的睬邈俸獭响瘟。因诧，使用它可以辍翁地遨分 不同的饮料。k i y o s h it o k o 等人用该味觉传感器研究氮基 酸，发现不阍的氨撼酸可以分成与人的味觉评价棚吻含的 5 个组，赞感器滤对氨基酸的混会睬遵

12、绍出蠢确的评徐。 另终，波耀这种传感器还实凌了簿湮、霹零寒溪、孛奶等多 释饮辩鹣鉴别1 5 。该簧襞器懿最大凌熹在予苓孀对试襻 送行预处理，便予实现实聪、在线捻测，困她，逐珂粥于环境 的盆测，翔徐测工厂排永的污染觜况等，仍然是戢其有选择 性和广泛使嬲的睬觉传感器。 这种传感器对眯觉物质的识别，实质上是糕予炎脂膜 赞。撂奔绥，臻觉终感器系统懿类艟貘具有典澎熬长期漂 移的特征，这依赖乎膜的成份和电势起伏现象 】。 2 茯安分耩传壤嚣 茯安分耩法是在静熬甑基下嚣定逶避溶滚懿滚滚采反 映羧测瓣豢信息鹩释有效丽鬻震懿分桥方法。痰弓：冀赢 灵敏性、多功憩性、篱单性、磐捧性等德点簿程努糖纯学方 面得到广泛成

13、用。根据不同的分析对象，伏安法又可分为 锤强铰安法、艨攀伏安法稷辣砖伏安法等。与藕德a 稀绫 安法栩比，脉冲伏安法具有更高的灵敏性和确定性，因此， 在电子舌领域受到研究者的青睬。 2 。l 状安法电子管 茯安法避子嚣黄感郝佟蠹垂令工箨逛搬( a 毽，h ，歌， 、l 令鹈轰蕊l 参爨毫羧襄l 拿不锈钢箍翡魍壤构成。 工作电极接入继电鑫，与其他2 个电极分别构成兰患极结 搀。羚虢用予控翻稳蘧器提供宅躲淬、测量翔存储晌藏电 5 流爱控翻继电盒等谤 。 在实际应用申，电极的个数和材料及所施加的电聪根 据不同的待测样本做栩臌选择。p a t 缺i v 蹦鼬n 等人哺1 墩 是电子舌梭测73 耪举阉的茶

14、( 红茶、绿茶零鞋乌龙燕) 搬 1 2 种清洁剂( 6 种洗碗剂、6 种洗涤剂) ，发现电子舌能将它 觏镤好缝透分爨寒，阕莓孪，还准确建将潦洁裁分势蘧犬类 ( 洗碗裁霸洗涤裁) 。v l 鑫vy 等入诤使鼹有2 令王终瞧援 巍襄矗缸) 戆耄予嚣稔测不弱缓瓣：孽个鑫薅的撬予嚣、2 种类型的撩予汁较饮料、苹果汁耱巴氏灭蘩半蚂，发瑷这种 电予舌能够区分不问种类的饮料及检测饮料的老化、氧化 等。 伏安法电子凿：i 丕存校蓿一些问题，如当用于复杂溶液 分橱时，系统对荤一成分特定分析酶选弹性较差潜；发纛 在不同责金属电檄上的化学反应还不瀵楚；对细菌的敏感 特谜还不清楚等携存静遴一多深入疆究。 3 瓷学方法

15、酶昧觉佟感器 3 。i 敬p s 味觉谤感器 3 。l 。l 泌黔溅试灏疆， 光寻址电位传感器( 1 i 曲ta d d r e s sp o t e n t i o m e t r cs e n 8 0 煽， l a p s ) 的基本原瑾怒半导体的内光电效应，鄂强半导体激 到一定波长的光照射时，举导体吸收光予发生禁带到导潜 的跃迂产生了电子密穴对。 罄光源在融p s 的上或下表甄照骞| 时，终电路巾光惫 浚酶大小藏反映了貘黪噙斑。一般努电鼹采罪翅烫3 所忝 鹭三瓷极方式，参毙魄极提供霞宠懿镶垂，控裁魍稷灏半母 体孛重底上的欧姆接触之阍形成一个电流通路。交变的党瞧 流通过锁褶放大器及跟踪带通

16、滤波器等进行信号的放大和 提取。 3 1 2l a p s 味觉传感器 娃p s 技术鹃发溪健避了娃悠嚎毙传戆器懿磷裁。 1 9 9 5 年，s a g a k iy 等人 i 研制成功一种掰型差动l a p s 法 离灵敏度昧觉传惑器，该方法运露分器幸技术，实现了噪声补 偿，鬟亵了系缝嚷疲静瑟敏经耧稳定毪，乓赞缝酞鹣系统 裙毙，其灵激度撵裔了2 个数量缀。1 9 9 s 年， l i 瓠薹差等 犬澎1 提窭一张基于数字凇p s 系统豹高速纯学蓬豫传感 器，该系统采用数字信号处理技术实现了二维化学图像的 高速篮控，冬传统瓣摸搬簌露光茯电匿( s u 蠡e ep h 湘诚- t a g e ，s

17、 p v ) 传感器系统相比，成像速度提高了1 2 倍。近年 来，弧p s 的研究仍然向藉掇高测试速率，研制新的半导体 材料缴提高空阕分辨为，以及传感器酶受微型化、微型化簿 方内发展。隧若毯药嗪爨鸶感器骚究的深入，不断游器 耗生产了餍予翡标免疫分耩系统耱薅终蜜蓄季整测溪缀魏德 谢活秣的徽生壤计，弼越，成功地波瘸子棱测生物貘静电特 缝等方面。舅井，隧蔫入们对环境闯题豹霹益关注，文 万方数据 6传感器岛微系统 第2 6 卷 簸【1 3 】逐醑蠲密? 释赣鏊遥手毳，鬻予瓣环境戆实霹、在 线捡测。该电子嚣遴避翔a 璐与反攀伏安法豹集成运粥， 能镤好趣检测凌承或海承串的鹣，辩糕和a s 等，舆霉广 泛的

18、实用价值与广阔的应用前景。 3 。2 基于竞纯学艨理的巢成竞学蹇母铸感器 这种传感器主黉蕊予传统化学分橱方法中的一斡一箍 色殿成，使之与微加工技术相结合，将敞碱指示剂和金属攒 承剡吸附在载体，j 、球上，再放爨在经微加工制备灼微劳巾， 颜色戆变饱遴过e e p 挞摄筹存德蓟计箕枕孛，通过计冀橇 对实验数豢进行懿理被谈裂。测试系统鬟蚕魏露l 所 示。 蘩l 寒子骥豫教簧薅器囊稔溅系绞攘整 f 耋g 重戮。威罐a g 珏m 薹a 咀i m 矗鹫em i c 贼n 硒r a n dt e 吼i n gs y s 协m 特测溶液通过蠕幼泵泵入反应胶体中，与吸附在微球 装藤的敏感物质发生反超，使终，j

19、、球的颜包发生变化，反应 稳定皤鄯提取、球土特定疆域麓 l g b 壤痒鸯簧感器熬输 离德瓣j 。 刘太龙等人1 5 1 应用基于上述原理岛制的微结构电子 嚣测试了垂穆不同的承，霹去离予水、p 珏为g 。8 的去离子 求、鑫栗式羧及农夫瘵塞矿寨零，发现象寒承与矿象承其蠢 类撅的确应模式。就静。还对p 珏蕊从2 一轮酶5 0 令溶液 样本进行了测试，识别派确率为9 2 1 5 ，6 种金属离予耀 以被很好的分开。其中，c 娃，f e 2 + ，c 铲+ 和f e 3 + 的识嬲 效聚好，z f + 纛麓矿+ 谈箬l 效簧糖怼整一鉴，葵暴透楚鸯嗲 突部分静金满撂示荆对手这2 种离子鹣哟应是类毂麴。

20、这 个阚题可以迸一步遴避增加染料的种类荦精选漱合适酌染料 来潲除。 蓬箕缝 4 1s 巧a w 喙懿传感器 i ；薹差- s 矗彩( 蠢e a 糠蒯嚣。珏t a | 鞭瞧e e 黼绷s 泌糍张) 辣觉传 感器搬据s h s a w 的声电效应来实现对液体样潞的识别， 其露攫鲟戆霹重复瞧翻稳定馕。文献【1 6 逡震3 静不溺 孛心频率 不弱感受橇瑾黪馋感嚣联台旋震；敏感健繇梭溅蓑 度是电子谮传感器的2 个变簧性能指标，不飚种类传感器 的集成成用以提高其识别熊力将是电予舌传感器发展动 囱。 4 ) 增强实懋篷力，促进媳子苔豹进一步薅燕讫：摄按 逡，有些公磁经攮窭了裔菇铯静电子舌系统，艇依然存在 着

21、传感器靛婿使用会产生漂移、稔测环境和梭测过程中温 度、湿度的变化会影响传感器的响应、价格昂贵、便携性差、 功耗高等阅题。西j | ：，寻找灏的突破点，研究便携、低功耗、 蓰耀方便、狯襁逶宜、链笼稳定黪瞧予蓄系统褥蹩骚究天受 继续努力的疆掾。 参考文献 1 s c h 蝴i n gmj ，s c h m i mc ，s ( = h u b e r tj ，e ta 1 1 h i nl i l ms e n s o 瞧o n 啦eb 氆s 诹凌8 l e o g e n i d e 蟮a 鞯m a l e 矗喜p 姆8 r e db 罗p n l s 嗣l 器e r 蠡辫谴至。睡娩舞狂i 掣e

22、【j 3 ，s e 糕s o l s 秘莲矗c 童珏躐嚣。2 麓0 ( 褥 ： 万方数据 第2 期嚣簧杰，筹：毫子蔷索霾簧感蘩骚究迸溪警 2 5 4 一辫9 瓤煳t 啦j 】+ 轴矬弗a n da c n 埘8 ，2 0 0 5 l 王o ) ：3 鞠q 璐7 。 【2 】s 幽珏魄豫毒，麓。麟黼￥g ，s 巍融j ，e 莹畦瓣诚b 潴 【王垂3 瓣嚣壬l 牡；。酬黼一漱，y ex 珏g ，或建，轰删穗酬搽 d e p 删t 汹麟r v e 龋删羽v 朋e e dt e c h n i q u ei nf h 赫e 审t i 醐c h e m i c a l i 黼g e 辩n s o r 脚

23、雠嘲0 fi n g r a t e di n i c r n 泖棚硝c h 吣蝴d r n 明da c o l sb ，2 0 0 l ( 7 8 ) ：2 鹪呻7 8 _ 删哪嗍舭n m e 躺s c i 融h n o l ，2 0 0 3 ( 1 4 ) ：1 0 4 0 【3 】g 蟊l e 嚣妇擀酗，翮k 撼l c a l a 弦l ，铂融s 嘲托a 赫i d _ 椭酶b p l 灏6 。 d 溉d 8 轴玮黼1 蛞挑8 k 2 豳武汉理工大学,材料复合新技术 国家重点实验室,湖北,武汉,430070)， 张覃轶,zhang qin-yi(武汉理工大学,材料科学与工 程学院,湖北,武

24、汉,430070) 刊名： 传感器与微系统 英文刊名：transducer and microsystem technologies 年，卷(期)：2007,26(2) 被引用次数：16次 参考文献(21条)参考文献(21条) 1.schoning m j;schmidt c;schubert j thin film sensors on the basis of chalcogenide glass materials prepared by pulsed laser deposition technique 2000(68) 2.schoning m j;mourzina y g;schu

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30、g wei;wu ren jang;chen horn haw the application of conductivity on the electronic tongue 2005 18.黄卫华,张丽瑶,程伟,庞代文,王宗礼,程介克 纳米电极时空分辨监测单个pc12细胞多巴胺量子释放期刊论文- 高等学校化学学报 2003(3) 19.tan w h;shi z y;smith s submicrometer intracellular chemical optical fiber sensors 1992(258) 20.tan w;shi z y;kopel man r development of submicron chemical fiber opticsensors 1992(64) 21.steve s;john l;yoo j solution-based analysis of multiple analytes by a sensor array:toward the development of an elelctro