CN109959685B - 一种生物产品中硝酸盐离子含量的测量方法及其测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种生物产品中硝酸盐离子含量的测试方法及其测试系统，其原理是：正弦电流流向电化学单元，标定频率范围0.1Hz到100KHz。因此，形成牵引电场，导致电化学电池的离子极化。于是，在电化学电池中开始流过电流，该电流受此电化学单元的全电阻限制。因为电化学单元具有无功分量阻抗，所以相对于输入电化学单元的信号，从电化学单元上测定的信号发生位移。于是，我们有信号间的相位移，并测量电压幅度，利用公式计算出硝酸盐浓度。本发明与现有技术相比的优点是：本发明通过得出相位差和电压幅度，生成校准双曲线图，从而使得硝酸盐离子浓度的检测精度更高，同时能够极大地缩短检测时间。
Description
技术领域
本发明涉及生物产品中硝酸盐离子的测量，尤其涉及一种生物产品中硝酸盐离子含量的测量方法及其测量系统。
背景技术
随着居民生活水平的提高和科技的发展，食品健康越来越受到关注。研究表明，硝酸盐在人体经转化可被还原为亚硝酸盐，亚硝酸盐是强致癌物，持续摄入0.3-0.5g亚硝酸盐可引起中毒，摄入3.0g亚硝酸盐可致人死亡；硝酸盐进入人体内被肠胃细菌还原为亚硝酸盐，亚硝酸盐过量可诱发人体消化系统的癌变等。蔬菜硝酸盐含量的对身体健康的影响引发居民的关注意识，及时了解食品及饮用水中硝酸盐含量，对居民选择饮食种类具有一定的指导作用。
目前在食品中测定硝酸盐的方法有比色法、紫外分光光度法、离子色谱法、和离子专用电极法，还有定性的液体试剂法、固体试剂法和试剂盒法等。以上方法在对生物产品中硝酸盐离子含量的测量过程中，存在检测时间长、测量精度较低的不足，因此，急需提供一种操作简单快捷、检测迅速，同时检测精度高的测量方法和测量系统。
发明内容
本发明是为了解决上述不足，提供了一种生物产品中硝酸盐离子含量的测量方法及其测量系统。
本发明的第一个目的是提供一种生物产品中硝酸盐离子含量的测量方法，本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：
S1：确定研究样品的相位差，以及系统电阻；
S2：在研究样品离子的各种浓度条件下，确定研究样品电压的振幅值，并构建校准曲线图；
S3：将研究样品列入电化学单元中，并确定电动势与电流之间的相位差以及电压的振幅值；
S4：根据校准曲线图确定研究样品中离子的含量：
根据以下公式确定项目中离子含量：
y＝x1+x2φ+x3φ2+x4U+x5U2+x6Uφ (1)
其中φ是相位差；
U是样品电压的下降振幅；
X1，X2，X3，X4，X5，X6是多重相关方程的控制系数。
具体做法为：
将所研究样品放入电化学单元中；然后在0.1赫兹至100千赫兹范围内进行频率扫描，确定相位差和电压下降振幅，根据校准曲线，相位差值与离子浓度彼此相关。
本发明进一步设置，S1的具体内容为：频率发生器的交流信号Γ通过总放大器B3传递到电化学单元及研究样品；流过研究样品的交流电流在频率发生器上产生交替的电位差，根据串联接通的参考电阻Kat，产生交流电流；高输入阻抗的放大器B1和B2可以增加研究样品的相应电压及电流信号，这些信号之一传递到放大器的第二输出入口，用于建立反馈信号；电流及电压交流信号传递到数字模拟变频器，并进行处理，以确定相位差及系统电阻。
本发明的第二个目的是提供一种生物产品中硝酸盐离子含量的测量系统，包括：处理器，所述处理器连接有电源管理器、触摸板、显示器、控制按钮、辅助照明设备、二极管指示器、蓝牙设备、测量设备和放射测量设备；
所述电源管理器连接电源；
所述测量设备包括频率发电机，输出缓冲器、输入放大器、数字模拟变频器一、数字模拟变频器二和探测器，频率发电机连接输出缓冲器，输出缓冲器连接数字模拟变频器二和探测器，探测器连接输入放大器，输入放大器连接数字模拟变频器一；
所述放射测量设备包括放射传感器电源、放射传感器和匹配电路，放射传感器电源、放射传感器和匹配电路依次连接。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
本发明通过确定相位差以及研究样品上电压的振幅值，并构建校准双曲线图，从而提高生物产品中硝酸盐离子浓度的测量精度，并且缩短检测时间。
附图说明
图1是本发明中测量单元的结构示意图；
图2是本发明确定电动势与电流之间的相位差的仪器结构示意图；
图3是本发明中以南瓜为研究对象、确定相位差以及电压降幅并建立的校准曲线图；
图4是本发明中以冬季香瓜为研究对象、确定相位差以及电压降幅并建立的校准曲线图；
图5是本发明中以香蕉为研究对象、确定相位差以及电压降幅并建立的校准曲线图；
图6是本发明中以黄瓜为研究对象、确定相位差以及电压降幅并建立的校准曲线图；
图7是本发明中硝酸盐离子含量的测试系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
实施例：如图1所示，本发明的一种生物产品中硝酸盐离子含量的测量方法，包括以下步骤：
S1：确定研究样品的相位差，以及系统电阻；
S2：在研究样品离子的各种浓度条件下，确定研究样品电压的振幅值，并构建校准曲线图；
S3：将研究样品列入电化学单元中，并确定电动势与电流之间的相位差以及电压的振幅值；
S4：根据校准曲线图确定研究样品中离子的含量：
根据以下公式确定项目中离子含量：
y＝x1+x2φ+x3φ2+x4U+x5U2+x6Uφ (1)
其中φ是相位差；
U是样品电压的下降振幅；
X1，X2，X3，X4，X5，X6是多重相关方程的控制系数。
具体做法为：
将所研究样品放入电化学单元中；然后在0.1赫兹至100千赫兹范围内进行频率扫描，确定相位差和电压下降振幅，根据校准曲线，相位差值与离子浓度彼此相关。
S1的具体内容为：频率发生器的交流信号Г通过总放大器В3传递到电化学单元及研究样品；流过研究样品的交流电流在频率发生器上产生交替的电位差，根据串联接通的参考电阻Kat，产生交流电流；高输入阻抗的放大器B1和B2可以增加研究样品的相应电压及电流信号，这些信号之一传递到放大器的第二输出入口，用于建立反馈信号；电流及电压交流信号传递到数字模拟变频器，并进行处理，以确定相位差及系统电阻。
其原理是：正弦电流流向电化学单元，标定频率范围0.1Hz到100KHz。因此，形成牵引电场，导致电化学电池的离子极化。于是，在电化学电池中开始流过电流，该电流受此电化学单元的全电阻限制。因为电化学单元具有无功分量阻抗，所以相对于输入电化学单元的信号，从电化学单元上测定的信号发生位移。于是，我们有信号间的相位移，并测量电压幅度，利用公式计算出硝酸盐浓度。
鉴于电化学环中存在着无功分量的因素，与测量电极表面的离子极化作用相关，电流通过电化学单元时产生电动势及电流之间的相位差，见图1。由于存在与瞬态过程的完成和离子形成过程的稳定相关的有源部件，产生了电压下降，其特征在于样品上的交流电压的振幅减小。该参数被用于制定在溶液及含水产品中确定离子含量的全新方式中。
我们同时规定：确定相位差的最佳电流频率处于0.1赫兹至100千赫兹的范围内。为了进一步增加频率，相位差被设置成零，这样就无需考虑频率值与离子的含量。
采用两个因素确定测量的下限。第一：技术因素，即：产生这种频率的频率发生器的限制性，第二：电极电解作用及极化作用低频范围内产生的可能性，因为在低频范围内没有相位差。
与已知的方法相比，本发明提供的方法更易于将相位差以及电压的振幅值作为测量参数，在10赫兹至100千赫兹的范围内进行测量，对于样品的测量范围为10千赫兹至105千赫兹。与样品的区别在于，我们提供的方法具有测量精度高的特点。
实例：选择了南瓜、香蕉、冬季香瓜，黄瓜作为研究目标，选择硝酸盐离子作为确定的离子。通过的频率电流为0.1赫兹至10赫兹时，借助电化学单元进行确定，同时构建如图3-6所示的校准曲线图。
根据公式(1)确定以上四种食品中硝酸盐离子的含量，结果见表1。
对光谱仪取得的数据进行比较时，采用本发明测量方法的误差不超过0.8％，远比光谱分析仪的测量误差小，使用该设备时，可以做出结论：采取本发明测量方法确定硝酸盐离子是准确可靠的。而且，与规定方法的区别是：采用光谱仪准备进行1次分析的时间约为30分钟，而采用本发明测量方法进行分析是快速的，完成分析需要的时间不超过3秒钟。
表1
如图7所示，为了实现该方法，建议采用具备放射测量功能的设备，本发明提供一种生物产品中硝酸盐离子含量的测量系统，包括处理器3，所述处理器3连接有电源管理器2、触摸板4、显示器5、控制按钮6、辅助照明设备7、二极管指示器8、蓝牙设备9、测量设备10和放射测量设备11；
所述电源管理器2连接电源1；所述电源1为蓄电池；
所述测量设备10包括频率发电机10-1，输出缓冲器10-2、输入放大器10-3、数字模拟变频器一10-4、数字模拟变频器二10-5和探测器10-6，频率发电机10-1连接输出缓冲器10-2，输出缓冲器10-2连接数字模拟变频器二10-5和探测器10-6，探测器10-6连接输入放大器10-3，输入放大器10-3连接数字模拟变频器一10-4；
所述放射测量设备11包括放射传感器电源11-3、放射传感器11-2和匹配电路11-1，放射传感器电源11-3、放射传感器11-2和匹配电路11-1依次连接。
所述电源管理器2用于控制电源(蓄电池)的充电及放电；处理器3用于控制整个设备的工作运行；显示器5用于输出工作现状及测量结果的信息；控制按钮6用于执行设备运行控制功能；测量设备10用于测量样品12中的硝酸盐离子；放射测量设备11用于测量放射环境。本发明可以快速测量所研究介质的电力参数，对得到的信息作出方便的结论。
处理器执行以下功能：采用处理其内置的数字模拟变频器测量电池的充电量，确定控制按钮及触摸板的按压，开启及关闭设备电源的整个电路，控制辅助照明设备，控制蓝牙设备，在显示器上输出信息，控制测量仪器及放射测量仪器。
电源管理器向设备提供稳定的电力供应。
通过控制按钮对设备进行接通及关闭，并控制开始测量。
二极管指示器及显示器可以输出关于设备接通外部设备状态的信息(电话，平板仪等)，所研究产品的测量状态，放射环境的数据、设备的调整。
控制处理器的测量仪器包括输出缓冲器，通过该输出缓冲器将高频信号传递到装有程序输入放大器的探测器及数字模拟变频器，可以删除探测器的读数，提高测量精度，而不会造成测量信号的损失。
根据本发明的方法，本发明的测量设备采用以下方式进行工作：试验样品没有探测器时，首先进行测量系统的校正，进行一次开启时，可以提高测量的精度及速度。在例外的情况下，必须测量系统空转电路的干扰结果。为此需要向探测器传递正弦曲线信号。在此情况下，探测器不应当刺入所研究的产品中。使用数字模拟变频器一及数字模拟变频器二，可以测量空转电路的电平，并记入处理器的存储器中。建议将探测器放入试验样品中。进入数字模拟变频器一及数字模拟变频器二的两种信号之间的相位差值转换为硝酸盐的测量值，与产品质量的实验室读数值及杂质含量值数据(盐，其中包括硝酸盐)进行比较。根据对结果进行比较，对产品的质量进行评估，接下来，通过蓝牙设备将计算出的值传送到外部移动设备的屏幕。
设备接通后，启动放射测量设备。根据放射传感器计算得出的脉冲数值，对现有放射环境进行计算，使用计时器在规定时间内对累积值进行计算。将得到的数据值输出到显示器上，通过蓝牙设备将数据传递到外部设备。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及实施例内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (2)
1.一种生物产品中硝酸盐离子含量的测量方法，包括以下步骤：
S1：确定研究样品的相位差，以及系统电阻；
S2：在研究样品离子的各种浓度条件下，确定研究样品电压的振幅值，并构建校准曲线图；
S3：将研究样品列入电化学单元中，并确定电动势与电流之间的相位差以及电压的振幅值；
S4：根据校准曲线图确定研究样品中离子的含量：
根据以下公式确定项目中离子含量：
y＝x1+x2φ+x3φ2+ x4U+x5U2+x6Uφ (1)
其中φ是相位差；
U是样品电压的下降振幅；
x1，x2，x3，x4，x5，x6是多重相关方程的控制系数；
具体做法为：
将所研究样品放入电化学单元中；然后在0.1赫兹至100千赫兹范围内进行频率扫描，确定相位差和电压下降振幅，根据校准曲线，相位差值与离子浓度彼此相关。
2.根据权利要求1所述的一种生物产品中硝酸盐离子含量的测量方法，其特征在于，S1的具体内容为：
频率发生器的交流信号Г通过总放大器В3传递到电化学单元及研究样品；流过研究样品的交流电流在频率发生器上产生交替的电位差，根据串联接通的参考电阻Kat，产生交流电流；高输入阻抗的放大器B1和B2可以增加研究样品的相应电压及电流信号，这些信号之一传递到放大器的第二输出入口，用于建立反馈信号；电流及电压交流信号传递到数字模拟变频器，并进行处理，以确定相位差及系统电阻。
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