CN109073589B - 移动伏安分析 - Google Patents

Abstract

一种使用具有微处理器(320)、存储器(324)和音频接口(332、334)的移动计算设备(300)的低成本伏安分析系统。该音频接口包括具有第一和第二声道的音频信号输出(332)和音频信号输入(334)。该接口可连接到包括第一和第二电极(104、106)的伏安单元(102)，并且该设备的存储器包含指令(336)，该指令在被微处理器执行时致使该设备：在音频信号输出的第一和第二声道之间生成输出电压波形(310、312)，该输出电压波形包括时变伏安驱动电势和AC扰动；在生成该输出电压波形的同时，捕捉在音频信号输入处接收到的输入电压波形(314)；以及将输入电压波形作为伏安响应波形(314)记录(420)在数据存储器(324)内。

Description

移动伏安分析

发明领域

本发明涉及电化学分析方法，并且更具体地涉及使用广泛可用的移动计算技术的低成本伏安分析系统。

发明背景

化学传感器和生物传感器领域中的最近趋势已突出了简化和低成本在确定感测技术是否具有改变普通人生活以及对远程或资源贫乏环境中的人们可用的能力中的重要性。为此，人们对使用诸如纸的之类的低成本材料和诸如印刷之类的低成本制造技术来生产可以以最低费用制造的微流体传感器具有相当大的兴趣。另一感兴趣的领域是通过例如对共同位于一次性传感器上的所印刷的电子设备的使用来降低检测仪器的成本。

已产生了一些兴趣的一种办法是采用诸如智能电话或平板之类的移动计算设备作为感测布置中的组件。此类设备现在已经在发达国家达到市场饱和，并且在发展中国家也正迅速地变得普及。

通过移动计算设备的使用，成本可被降低，因为该设备可取代许多后端传感器功能，诸如用户交互、数据采集、信号处理和结果显示。而且，这些设备的连通性有望促成远程医疗和帮助消除距离障碍，由此改善远程和资源匮乏社区中的医疗服务的通道。

然而，用于化学感测和/或生物感测的移动设备技术的大多数应用依赖于外部有源外围设备以便执行关键传感器功能。尽管此类解决方案提供了相比更昂贵的集成感测装置的成本优势，但是它们仍然涉及超出合适的移动设备的可用性的附加成本，以及携带附加外围感测装置的不便性。

相应地，仍存在开发进一步低成本的感测系统、以及在远程社区和欠发达国家扩大化学传感器和生物传感器的可用性的持续需求。本发明寻求解决这种持续需求、或者至少向现有的低成本感测系统提供有用的替代方案。

发明内容

在一个方面，本发明提供一种移动计算设备，包括：

微处理器；

一个或多个存储器组件，该一个或多个存储器组件包括微处理器可访问的程序和数据存储；

音频接口，该音频接口包括具有第一和第二声道的音频信号输出和音频信号输入，该音频接口在微处理器的控制之下可操作，其中该音频接口在使用时可连接到包括第一和第二电极的伏安单元，该音频信号输出的第一声道被连接到第一电极，该音频信号输出的第二声道经由电阻器被连接到第二电极，并且该音频信号输入经由电容器被连接到第二电极；以及

该程序和数据存储包含指令，该指令在被微处理器执行时致使该移动计算设备实现以下步骤：

在音频信号输出的第一和第二声道之间生成输出电压波形，该输出电压波形包括时变伏安驱动电势和AC扰动；

在生成输出电压波形的同时，

捕捉在音频信号输入处接收到的输入电压波形；以及

将输入电压波形作为伏安响应波形记录在数据存储内。

具体而言，移动计算设备可以是移动电话、智能电话、平板，等等。音频接口因此是移动计算设备的内置特征，并且不要求附加的外部有源外围感测装置。具体而言，本发明的发明人所进行的调查已确立；通过使用移动设备的耳机端口的音频输出来施加驱动电压波形，并且使用该相同端口的话筒输入线来测量电流(作为跨电阻器的电压)，显著地类似于使用传统恒电势仪获得的结果的伏安图可被产生。

根据本发明的各实施例，所述指令致使移动计算设备通过以下生成输出电压波形：

生成包括伏安驱动波形的第一波形；

生成包括伏安驱动波形的倒转的第二波形；

将AC扰动叠加到该第一和第二波形之一；以及

将该第一波形应用于音频信号输出的第一声道，并且将该第二波形应用于音频信号输出的第二声道。

有利地，通过在该第一和第二声道(例如，标准立体声输出的左和右声道)上生成相反的输出，可用的峰电势被有效地加倍。例如，传统音频输出接口的每个声道可提供高达0.7伏的峰-峰波形，从而相反地驱动两个声道使得1.4伏的峰-峰电势可用。

根据本发明的各实施例，所述指令致使移动计算设备生成输出电压波形，其中伏安驱动电势是三角波。

在本发明的各实施例中，可执行程序指令可采取app(应用)的形式，该app可被下载并被安装在移动计算设备上。音频输出的驱动和音频输入的捕捉可使用由相关操作系统(诸如iOS、Android(安卓)或Windows)提供的标准应用编程接口(API)以编程方式来实现。经由移动设备的输入和输出也可有利地使用可用的API来实现。重要的是，无附加的硬件和/或操作系统支持被要求以在宽范围的商用移动计算设备上实现所需的编程。

发明人的调查已进一步揭示：许多性能折衷可经由对电阻器值、和/或被叠加的AC扰动的参数(诸如其幅值和频率)的选择来被控制。例如，增加电阻器值改善灵敏度，但降低感测功能的线性动态范围。增加AC扰动的频率改善性能直至一定程度，同时增加幅值也增加灵敏度。然而，这并不是完全有益的，因为增加的伏安电流响应也增加欧姆效应，并影响线性度和动态范围。

尽管电极大小和几何形状也影响性能，但是这些并不总是在用户的控制之内。另一方面，改变电阻器值(例如，通过电位计的使用)和/或AC扰动的频率和幅值(在软件控制之下)是相对直截了当的。

根据本发明的各个实施例，电阻器具有在范围47Ω到4.7kΩ中的值，更具体地具有在范围68Ω到390Ω中的值，并且尤为具体地具有约100Ω的值。

在本发明的各实施例中，AC扰动的频率在范围50Hz到500Hz中，更具体地在范围100Hz到400Hz中，并且尤为具体地在约200Hz到约300Hz的范围中。然而，期望避免电源拾音(mains pickup)，这取决于国家而通常发生在约50Hz或60Hz处。因此，根据本发明的各实施例，AC扰动的频率不是50Hz、或50Hz的任何倍数，并且/或者不是60Hz、或60Hz的任何倍数。

在本发明的各实施例中，AC扰动的幅值相对于峰输出电压在范围0.7％到7％中，并且更具体地在约3％到约5％。

本发明的各实施例还提供一种对伏安单元中的分析物进行AC伏安分析的方法，该方法包括：

将如以上所描述的移动计算设备连接到伏安单元，其中音频信号输出的第一声道被连接到伏安单元的第一电极，音频信号输出的第二声道经由电阻器被连接到伏安单元的第二电极，并且音频信号输入经由电容器被连接到伏安单元的第二电极；

该移动计算设备获取伏安响应波形；以及

执行对伏安响应波形的二次谐波分析，以获得对应的伏安图。

在本发明的各实施例中，执行二次谐波分析包括对来自AC扰动的二次谐波波形进行滤波，以及获得伏安图作为经滤波的二次谐波波形的包络。该滤波可通过以下而被方便地执行：计算伏安响应波形的频率变换，提取与二次谐波频率相对应的经变换的波形的频率分量，以及对所提取的信号执行逆频率变换。

本发明的其他方面、特征和优点将从以下对特定实施例的描述中变得显而易见，这些特定实施例仅作为示例提供，以帮助本领域技术人员理解本发明的原理，并使这些原理付诸实施。所公开的各实施例不旨在限制如前述陈述中所描述的、或者如所附权利要求中所限定的本发明的范围。

附图简述

将参考附图描述本发明的各实施例，附图中相同的参考标记指代相同的特征，并且其中：

图1解说了传统的双电极恒电势仪配置；

图2解说了用于将移动计算设备的音频接口连接到体现本发明的伏安单元的配置；

图3A和3B解说了在移动计算设备上执行的伏安法app；

图4是解说体现本发明的伏安测量规程的流程图；

图5是解说体现本发明的数据分析的方法的流程图；

图6示出了根据图4和5的规程的测量和分析的示例性结果；

图7是解说根据本发明的各实施例的根据AC幅值和频率的测量的灵敏度的图；以及

图8A和8B是根据本发明的各实施例的针对不同电阻器值的校准曲线。

实施例的描述

图1示意性地解说了传统的双电极恒电势仪配置100。伏安单元102被提供，其包含分析物溶液。浸入分析物溶液中的是工作电极(WE)104和反电极(CE)106。WE和CE具有对应的端子108、110。时变电势通过电压/信号源112被施加在WE和CE之间。所得到的电路内的时变电流例如通过安培计114被测量。

被施加到WE的时变电势驱动分析物的氧化和/或还原。各种形式的伏安法(其中所得到的电流被分析)能够提供来自电流峰的大小的敏感的定量信息，以及基于伏安图的电势轴的选择性的程度。伏安法的另一个优点是可用的专用子技术的多样性，每个子技术由被施加到WE的激励信号的性质定义，即从三角波形到复杂的一系列递增脉冲的几乎任何事物。

在本发明的各实施例中采用的一种特定种类的伏安法是二次谐波AC伏安法。根据这种技术，被叠加在较慢的时变驱动电势上的AC扰动被施加到WE。所得到的电流信号被处理以提取与AC扰动频率相对应的二次谐波，其具有二次谐波信号相对没有电容背景电流的优点。

二次谐波AC伏安法的另一个属性是它不需要捕捉或记录电流波形的任何DC分量。本发明的各实施例利用该属性来使得具有标准音频接口(即，第一和第二立体声输出声道、和话筒输入声道)的移动计算设备能够在软件中被编程以充当适合于连接到双电极配置中的伏安单元102的恒电势仪。考虑到对低于可听范围的频率的捕捉不提供值，以及DC耦合的输入易受静态累积、噪声和漂移的影响，标准音频输入(包括话筒输入)几乎总是不变地AC耦合的。

图2示意性地解说了用于将标准移动计算设备的音频接口连接到体现本发明的伏安单元的配置200。该配置200包括具有WE 104和CE 106的标准双电极伏安单元102。电阻器202和电容器204被连接到与WE 104相关联的端子108。具有传统的四导体TRRS(尖端-环-环-套管)3.5mm音频插头(CTIA引脚)206的电缆被提供。当被连接到移动计算设备的对应音频插座时，第一环208接触第一(右)声道输出，尖端210接触第二(左)声道，套管212接触麦克风输入导体，而第二环214是接地或公共连接。

在配置200中，第一输出声道被连接218到伏安单元102的端子110。第二输出声道被连接216到电阻器202的开路端，并且音频输入(话筒)声道被连接220到电容器204的开路端。

在软件控制之下，由此可以在移动计算设备的第一和第二音频信号输出之间生成激励电势波形。同时还可以在音频信号输入处接收所得到的时变电压信号，以及在软件控制之下捕捉该输入电压波形。

具体而言，输出电压波形可被生成在合适的移动计算设备的音频信号输出的第一和第二声道之间，其包括与AC扰动信号相组合的时变伏安驱动电势(诸如斜坡或三角波)。更具体而言，移动计算设备可被编程以生成用于输出在第一声道上的第一波形和用于输出在第二声道上的第二波形，其中该第一和第二波形彼此倒转，使得要被施加在该第一和第二声道输出之间的可用的总电势实际上是每个声道处个体地可用的峰电压输出的两倍。此外，AC扰动可被叠加在该第一和第二波形中的任一个波形上。例如，在本发明的各实施例中，AC扰动被叠加在第一波形上并且被直接地施加到CE 106。替代地，AC扰动可被叠加在第二波形上，并且经由电阻器202来被施加到WE 104。经由伏安单元102在电路中流动的所得到的电流生成跨电阻器202的电压，其具有可被移动计算设备的音频信号输入接收和捕捉的AC分量。

图3A解说了在移动计算设备300上执行的伏安app的示例性用户界面。该设备300具有插头206可配合到的插座302。该app界面具有参数输入区域304，经由该参数输入区域304，用户能够通过与移动计算设备的触摸屏显示器进行交互来以传统方式输入测量参数。此类参数可包括底层的时变伏安驱动电势的属性(诸如三角波定时参数)，以及被叠加的AC扰动的属性(诸如幅值和频率)。

输入按钮306使用户能够与app交互以开始和停止测量。

波形显示区域308示出输出和输入波形两者。如图所示，第二声道输出310包括正向三角波，在该正向三角波上已叠加了AC扰动。第一声道输出312包括互补的负向三角波。在移动计算设备300的音频信号输入处接收到的所得到的信号被示为迹线314。用户由此能够在测量发生时监视测量的进展。

图3B是示意性地示出移动计算设备300内的多个示例性组件的框图。示例性设备300包括微处理器320，其经由一个或多个数据、地址、通信和/或信令总线322连接到多个集成的外围设备。具体而言，一个或多个存储器组件324对于微处理器320而言是可访问的，并且包括可由微处理器320执行或处理的用于程序和数据的存储。同样被集成在示例性移动设备300中的是至少一个网络接口328(诸如蜂窝移动电话接口和/或Wi-Fi接口)，设备300可以使用该网络接口328以用于与远程系统的通信。天线330进一步促成无线通信。

该设备300进一步包括立体声音频输出332和音频输入334接口。音频输出332本身包括将从微处理器320接收的数字信号波形转换成音频插座302处的双声道模拟输出信号所需要的必要缓冲、定时和数模转换功能性。

类似地，音频输入接口334包括以下各项所需要的必要定时、缓冲和模数转换功能：捕捉从音频插座302接收的模拟输入信号、将所接收的信号转换成等效的数字波形、和缓冲所接收的值以供转移到存储器324和/或通过微处理器320检索。

存储器组件324可包括不同类型的存储器元件，诸如易失性存储器(例如，随机存取存储器)、和非易失性存储器(诸如闪存)、其他形式的固态存储器、和/或磁存储设备(诸如硬盘驱动器)。作为包含与移动计算设备300的一般操作相关的程序代码和数据(例如，与操作系统(诸如Android或Apple(苹果)iOS操作系统)相关联的程序和数据)的补充，存储器324进一步包含包括实现体现本发明的功能性的应用(或“app”)的程序指令及相关联的数据336，所述功能性包括提供诸如图3A中所解说的用户界面以及下面(尤其参考图4)描述的其他功能性。

移动计算设备300还包括触摸屏界面326，从而允许与用户进行以上所描述的交互(即，输入和输出)。

图4是解说体现本发明的伏安测量规程的流程图400。初始手动步骤包括将移动设备300连接402到伏安单元(例如，在图2中所解说的配置200中)、执行404伏安测量app，以及经由与用户界面304的相关部分的交互来设置406测量参数。

一旦配置被正确地设置，用户就与触摸屏按钮306交互以开始测量。此时，app在两个并行线程中执行。在线程A中，激励电势波形被生成并且被输出到伏安单元。在线程B中，音频信号输入被监视以捕捉所得到的输出信号。如流程图400中所解说，线程A的操作包括生成408正向波形、生成410负向波形、在这些波形中的至少一者(例如，在步骤408处生成的正向波形)上叠加412AC扰动，以及经由设备音频输出接口332将波形对输出414到第一和第二音频声道。如将领会的，分开的步骤408、410、412、414仅作为示例来解说。在实践中，这些波形可以以任何顺序来被生成，并且具体地，可以基本上同时且连续地被生成，以供在测量的过程中输出。

与此同时，并且在线程B内同时地，音频输入声道被监视416，并且输入波形被捕捉418。最后，输入电压波形作为伏安响应波形被记录420在移动设备300的数据存储324内。将波形记录到存储器中可以以多种等效的方式来执行，例如，在测量的过程期间连续或周期性地执行，或者在测量完成后作为分开的步骤来执行。

在任何情况下，在测量完成后，伏安响应波形(例如，波形314)的数字表示已被捕捉并且被记录到移动设备300的存储器324中。

现在转向图5，图中示出了解说体现本发明的所记录的波形的数据分析方法的流程图500。该数据分析可经由app内所提供的附加分析功能性在移动设备300上被执行，或者波形数据可被转移到另一设备，诸如台式计算机、膝上型计算机或基于云的服务器，以供进一步的分析。

在步骤502处，所记录的波形被检索。在步骤504处，二次谐波分析被执行。二次谐波分析504产生作为伏安单元102内的分析物的氧化和/或还原的特性的波形。在本发明的各个实施例中，数据分析500中的其他步骤可被任选地执行或省略。

例如，在步骤506处，二次谐波分析的结果可被显示。替代地或附加地，进一步的分析步骤508提供由二次谐波分析产生的波形的峰下方的面积的积分。这些“被积分的峰”(IP)通常与分析物浓度相关。相应地，在另一步骤510中，与IP值相对应的分析物浓度可被计算。分析物浓度的计算510可涉及访问校准数据以便在IP值和分析物浓度之间应用预定关系。下面参考图8A和8B更详细地讨论校准数据的示例。

图6示出了根据图4和5中所解说的过程的测量和分析的示例性结果600。图表602解说了示例性所测得的/所检索的波形。图表604是通过执行所检索的波形602的离散傅立叶变换(例如，经由快速傅立叶变换算法)而获得的对应频谱。与被叠加的AC扰动(基波)相对应的峰606清楚可见。基本上较小的峰608与二次谐波相关联。

根据二次谐波分析过程，二次谐波峰608周围的信号的分量被提取，并且逆变换被应用以获得对应的二次谐波时域波形610。最终的伏安图波形612通过确定二次谐波波形610的包络来被产生。如以上已指出的，可以从伏安图波形612的峰确定关于分析物的重要有用信息，并且具体地，已知波形的积分(即，IP值)与分析物浓度相关。

如将从前面的描述中领会的，伏安测量配置的许多参数可被改变，例如以便出于特定目的来改进或优化结果。可以在软件中被改变的参数包括底层的时变伏安驱动电势的形式、定时和持续时间，以及被叠加的AC扰动的幅值和频率。可经受改变的物理配置200的特性包括电极104、106的尺寸和组成，以及电阻器202和电容器204的值。作为实际问题，伏安单元102的特性通常受到可用性的限制。然而，在一些实施例中，例如通过可切换组件的布置、或通过可变组件(诸如取代电阻器202的电位计)的使用，向用户提供对电阻器202和/或电容器204的值的控制可能是实际的。

图7示出了解说根据AC扰动幅值和频率的测量灵敏度的图700。水平轴702表示以毫伏为单位的扰动的幅值，而垂直轴704表示用任意单位的所计算的IP值。多组结果被示出，每组结果与AC扰动的不同频率相对应。曲线706示出了根据90Hz的频率的AC幅值的IP，曲线708示出了针对190Hz的频率的等效结果，并且曲线710、712、714分别示出了针对290Hz、390Hz和490Hz的频率的其他结果。

图7中的结果通常指示AC幅值的较高值提供较高的灵敏度(即，较高的IP值)，并相应地提供较高的信噪比。这是不出意外的，因为较高的基波幅值导致较高的二次谐波幅值，并相应地导致最终的伏安图内的较大的脉冲。然而，实践中，不可能无限地增加AC扰动幅值。较高的AC幅值限制了可用于底层的时变伏安驱动电势波形的电压范围，并且增加了伏安电路内的电阻器202的寄生效应。因此，期望对AC扰动的调制深度设置合理的限制。图700中所示的结果例如对应于与1.4V的满量程电压相比的在约0.7％和约7％之间的相对幅值。

在图700中还可以观察到：较低的AC扰动频率导致较低的灵敏度，即，较小的IP值。在例如针对90Hz和190Hz的AC扰动频率的输出中存在显著降低。然而，对于290Hz、390Hz和490Hz的较高频率，最小的进一步改进被观察到。这部分地由音频输入的频率响应与由电阻器202和电容器204组成的RC网络相组合、并且部分地由AC扰动频率和IP之间的平方根关系来解释。

与频率选择相关的进一步考虑是最小化来自容易预料到的外部电磁场的干扰。在感兴趣的频率处，这些主要由主电源生成，该主电源通常工作在50Hz或60Hz处。因此，期望避免在这些频率处以及在这些频率的整数倍处的AC扰动，在这些频率以及这些频率的整数倍处可能出现更高的谐波。

图8A和8B示出了根据本发明的各实施例的针对不同电阻器值的校准曲线。已使用浓度上在0和约2.0mM之间变化的二茂铁羧酸(FcCOOH)的测试分析物获得了图中所示出的结果。伏安单元102采用了具有1mm的直径的玻璃碳工作电极104，而反电极106是盘绕的银/氯化银线。出于双电极配置的目的，CE 106在尺寸上不小于WE 104被进一步确保。总测量时间(电压斜升和斜降)对于所有测量而言为8秒，并且AC扰动频率为190Hz且幅值为40mV。电容器204的值被固定在4.7μF。

如将由电化学分析领域的技术人员领会的，如在图8A和8B的示例中对二茂铁衍生物的使用不旨在是限制性的。相反，将显而易见的是，任何电活性部分可被类似地检测。例如，在基于酶的生物传感器的上下文中，本发明的各实施例可被用来检测酶底物反应的产物或反应物。此外，使用二茂铁衍生物作为生物分析方法(诸如免疫测定和基于DNA的检测)中的标记是常见的。

图8A示出了针对390Ω的电阻器202的值的结果。水平轴802是分析物的浓度，而垂直轴804是用任意单位的最终IP。示出了两张分开的图表，上图表806是直到约1.2mM的浓度的结果，而下图表808示出了直到2.0mM的整个范围的结果。对于较低的浓度范围，结果810接近线性，其中回归系数R²为0.98194且斜率为179.5/mM。然而，整个范围的结果812显示线性体制没有延伸到更高的浓度。这是因为较高的浓度导致较高的伏安电流的生成，这增加了跨电阻器202的电压，由此降低了跨伏安单元102的电压。电阻器202因而充当电路中的寄生元件，从而抑制氧化及相关联的伏安电流。因此，预计较低的电阻器值将提供较宽的线性动态范围，代价是归因于跨电阻器202的测量电压中的对应降低而导致的较低的灵敏度(即，降低的斜率)。

这些预测在图8B中所示的曲线图814中得到证实，为此电阻器值被降低到100Ω。再次，水平轴816是浓度，而垂直轴818是IP。结果820示出跨整个浓度范围的实质线性度，其中回归系数R²为0.9767。但是，斜率被降低到61/mM。

在这些试验中进一步发现，基于2.0的信噪比，对分析物的存在的检测的下限处于50μM的浓度处。

如将领会的，诸如图8A和8B中所表示的那些的测量可被用于校准目的。在线性体制内，确定单个校准常数(即，浓度和IP之间的线性关系的斜率)就足够了。伏安装置可通过保持完整的校准数据、和/或通过将高阶函数拟合到非线性结果而在线性体制的外部来被操作。

总而言之，根据本发明的各实施例，安装有合适的应用软件的广泛可用的且相对低成本的硬件(诸如智能电话或其他移动计算设备)可提供恒电势仪的基本功能，以用于将激励电势施加到伏安单元以致使氧化还原活性分子的电解。包括电阻器和电容器的简单电路可被用来测量所得到的电流，以及经由移动计算设备的标准音频输入检测到的所施加的电势波形中的AC扰动的影响。或在移动计算设备本身上或在结果被上传到其的PC或服务器平台上的所检测到的信号的二次谐波分析可被采用以确定例如分析物的浓度。对二次谐波伏安图的显示和/或进一步分析也是可能的。

当与诸如丝网印刷电极之类的其他低成本的组件相组合时，本发明的各实施例为低成本、无仪器感测创造了新的机会，这对发展中世界、远程社区以及其中可能无法随时使用科学试验装备或设施的其他情况中的医疗保健具有重要意义。有利地，移动通信和计算设备(诸如智能电话)还具有将结果直接传送到远程位置(诸如存储服务器或医疗从业者的台式计算机)的能力。

尽管已经描述了本发明的各实施例的各种特征，但是进一步的变化和修改将是显而易见的并且在相关领域的技术人员的普通能力范围内。相应地，以上所公开的各实施例、特征和具体配置不应被理解为限制如以下权利要求所限定的本发明的范围。

Claims (13)

1.一种移动计算设备，包括：

微处理器；

一个或多个存储器组件，所述一个或多个存储器组件包括所述微处理器能访问的程序和数据存储；

音频接口，所述音频接口包括具有第一和第二声道的音频信号输出和音频信号输入，所述音频接口在所述微处理器的控制之下能操作，其中所述音频接口在使用时能连接到包括第一和第二电极的伏安单元，所述音频信号输出的所述第一声道被连接到所述第一电极，所述音频信号输出的所述第二声道经由电阻器被连接到所述第二电极，并且所述音频信号输入经由电容器被连接到所述第二电极；以及

所述程序和数据存储包含指令，所述指令在被所述微处理器执行时致使所述移动计算设备实现以下步骤：

在所述音频信号输出的所述第一和第二声道之间生成输出电压波形，所述输出电压波形包括时变伏安驱动电势和AC扰动；

在生成所述输出电压波形的同时，捕捉在所述音频信号输入处接收到的输入电压波形；以及

将所述输入电压波形作为伏安响应波形记录在所述数据存储内。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述指令致使所述移动计算设备通过以下生成所述输出电压波形：

生成包括伏安驱动波形的第一波形；

生成包括所述伏安驱动波形的倒转的第二波形；

将所述AC扰动叠加到所述第一和第二波形之一；以及

将所述第一波形应用于所述音频信号输出的所述第一声道，并且将所述第二波形应用于所述音频信号输出的所述第二声道。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述指令致使所述移动计算设备生成所述输出电压波形，其中所述伏安驱动电势是三角波。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述电阻器具有在范围47Ω到4.7kΩ中的值。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述电阻器具有在范围68Ω到390Ω中的值。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述AC扰动的频率在范围50Hz到500Hz中。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述AC扰动的频率在200Hz到300Hz的范围中。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述AC扰动的频率不是50Hz、或50Hz的任何倍数，并且/或者不是60Hz、或60Hz的任何倍数。

9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述AC扰动的幅值相对于峰输出电压在范围0.7％到7％中。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述AC扰动的幅值相对于峰输出电压在范围3％到5％中。

11.一种对伏安单元中的分析物进行AC伏安分析的方法，所述方法包括：

将根据权利要求1所述的移动计算设备连接到所述伏安单元，其中所述音频信号输出的所述第一声道被连接到所述伏安单元的第一电极，所述音频信号输出的所述第二声道经由电阻器被连接到所述伏安单元的第二电极，并且所述音频信号输入经由电容器被连接到所述伏安单元的所述第二电极；

所述移动计算设备获取伏安响应波形；以及

执行对所述伏安响应波形的二次谐波分析，以获得对应的伏安图。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，执行所述二次谐波分析包括对来自所述AC扰动的二次谐波波形进行滤波，以及获得所述伏安图作为经滤波的二次谐波波形的包络。

13.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机可读介质，所述计算机可读介质上记录有能由移动计算设备执行的指令，所述移动计算设备具有微处理器、包括所述微处理器能访问的程序和数据存储的一个或多个存储器组件，以及音频接口，所述音频接口包括具有第一和第二声道的音频信号输出和音频信号输入，其中所述音频接口在所述微处理器的控制之下能操作，并且在使用时能连接到包括第一和第二电极的伏安单元，所述音频信号输出的所述第一声道被连接到所述第一电极，所述音频信号输出的所述第二声道经由电阻器被连接到所述第二电极，并且所述音频信号输入经由电容器被连接到所述第二电极，所述指令被配置成使得当被所述微处理器执行时，所述移动计算设备被致使实现以下步骤：

在所述音频信号输出的所述第一和第二声道之间生成输出电压波形，所述输出电压波形包括时变伏安驱动电势和AC扰动；

在生成所述输出电压波形的同时，捕捉在所述音频信号输入处接收到的输入电压波形；以及

将所述输入电压波形作为伏安响应波形记录在所述数据存储内。

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