CN112432988B - 电化学测试系统的温度校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电化学测试系统的温度校正方法，包括以下步骤：S1，在预设温度下测量不同浓度靶向分析物标准测试样本，得到电流信号标准值；测量不同浓度在不同温度下的电流，得到每一个浓度对应的温度校正函数；S2，根据各浓度的温度校正函数计算初始温度校正函数；根据初始温度校正函数对测量未知浓度样本得到的电流进行初步校正，计算初次校正电流信号；S3，根据初次校正电流信号、温度校正函数和电流信号标准值得到浓度‑温度校正分段函数；初次校正电流信号与电流信号标准值比较，确定初次校正电流信号所在区间，选择对应温度‑浓度校正分段函数计算最终的校正电流信号；S4，根据最终的校正电流信号得到测量的未知浓度样本的待测量值。

Description

电化学测试系统的温度校正方法

技术领域

本发明涉及医疗检测领域，具体涉及一种电化学测试系统的温度校正方法。

背景技术

电化学测试系统根据溶液的电化学性质(如电极电位、电流、电导、电量等)与被测物质的化学或物理性质(如电解质溶液的化学组成、浓度、氧化态与还原态的比率等)之间的关系，将被测定物质的化学或物理性质转化为一种电学参量加以测量；其广泛应用于化工、冶金、机械、电子、航空、航天、轻工、仪表、医学、材料、能源、金属腐蚀与防护、环境科学等科技领域。

例如应用于生物医学领域的体外诊断(IVD)行业的POCT(Point of CareTesting，即时检测)。POCT指在患者身边或床旁实现便捷、快速检查，快速取得诊断结果。目前POCT产品已被广泛应用在医院ICU、手术、急诊、诊所及患者家中，能够进行绝大多数常规临床指标的检测。体外诊断即时检测(POCT)领域中，基于电化学方法电流型生物酶传感器的电化学测试系统对人体体液(血液或尿液)中多种疾病的检测有着重要的意义。其基本原理是以生物酶传感器制作成测量电极，分析物与测量电极中酶层物质发生酶促氧化还原反应，通过对测量电极施加一定电位，并测量电化学传感器对该电位响应的电流信号，电流信号大小与靶向分析物浓度成正比，从而实现定量检测。

然而在很多实际情况下，电化学测试系统在测试过程中会受到外界环境温度的干扰影响，不同温度下检测到的电流信号会不同，所以消除温度干扰的影响对电化学测试系统的测量准确度和可靠性有着很重要的作用。

目前降低和消除温度干扰影响的方法主要有2个手段，一是采用温度校正常数来校正，即特定温度有特定的温度补偿系数；二是采用温度校正曲线来校正，即采用一定浓度下的电流信号随温度变化的温度校正函数来进行温度校正。但在电化学测试过程中发现不同浓度下的电流信号随温度变化的趋势是不一样的，即不同浓度下的温度校正常数或者温度校正函数是不相同的，所以采用以上两种方法来进行温度补偿时，不能完全消除温度的干扰影响，造成测量准确度较差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的温度补偿校正时未排除浓度对校正的影响的不足，提供一种电化学测试系统的温度校正方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种电化学测试系统的温度校正方法，包括以下步骤：

S1，在预设温度下测量不同浓度靶向分析物标准测试样本，记录各浓度对应的电流信号，得到电流信号标准值；

测量不同浓度靶向分析物在不同温度下的电流信号，得到每一个浓度对应的温度校正函数，所述温度校正函数为各浓度下的电流信号随温度变化的函数关系式；

S2，根据各浓度的温度校正函数计算初始温度校正函数；根据初始温度校正函数对测量未知浓度样本得到的电流进行初步校正，计算初次校正电流信号；

S3，根据初次校正电流信号、温度校正函数和电流信号标准值得到根据电流信号标准值划分区间的浓度-温度校正分段函数；初次校正电流信号与电流信号标准值进行比较，确定初次校正电流信号所处的区间，选择对应的温度-浓度校正分段函数计算最终的校正电流信号；

S4，根据最终的校正电流信号得到测量的未知浓度样本的待测量值。

温度补偿校正时考虑浓度对校正的影响，提高校正准确度。

优选地，所述步骤S2中初始温度校正函数记作f_av，计算方式如式(1)所示；

f_av＝(f₁+f₂+f₃+.....+f_n-1+f_n)/n (1)

其中f₁，f₂，f₃......f_n-1，f_n为不同浓度靶向分析物的电流信号随温度变化的温度校正函数。不同浓度的温度校正函数不一样，通过求平均的方式计算初始温度校正函数，可以找到电流与浓度的整体变化趋势。

优选地，所述步骤S2中初次校正电流信号记作I_av，计算方式如式(2)所示；

I_av＝I₀*f_av (2)

其中I₀为在一定温度下测量的未知浓度样本得到的电流信号。对未知浓度样本得到的电流信号进行初次校正，用于得到待测浓度所在区域。

优选地，所述步骤S3中浓度-温度校正分段函数记作f_c，如式(3)所示，其中I₁，I₂，I₃......I_n-1，I_n为电流信号标准值：

优选地，所述步骤S3中最终的校正电流信号记作I_c，计算方式如式(4)所示：

I_c＝I₀*f_c (4)。

通过浓度-温度校正分段函数对电流信号进行校正，减少浓度对校正的影响，提高校正准确度。

优选地，所述步骤S4中电化学测试系统的待测量值记作Y，Y＝F(I_c)，函数F表示电流与待测量值间的映射关系。校正后的电流转换为待测量值，便于进行显示等操作。

优选地，所述预设温度为25℃。25℃为实验测量领域通常意义上的常温，该温度的测量数据在实验测量领域域具有参考价值。

与现有技术相比，本发明的有益效果：通过在常温(25℃)下测量不同浓度靶向分析物得到对应的电流信号标准值；通过测量每个不同浓度靶向分析物在不同温度下的电流信号，得到对应的每个不同浓度靶向分析物时电流随温度变化的温度校正函数，进一步得到初始温度校正函数和初次校正电流信号，根据初次校正电流信号和电流信号标准值进行判断得到最终有效的浓度-温度校正分段函数，根据浓度-温度校正分段函数即可有效消除温度干扰的影响，减少不同浓度下温度变化不同的影响，提高了测试的准确度和可靠性。

附图说明：

图1为本发明示例性实施例1的电化学测试系统的温度校正方法的流程图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种电化学测试系统的温度校正方法，包括以下步骤：

S1，在预设温度下测量不同浓度靶向分析物标准测试样本，记录各浓度对应的电流信号，得到电流信号标准值；

测量不同浓度靶向分析物在不同温度下的电流信号，得到每一个浓度对应的温度校正函数，所述温度校正函数为各浓度下的电流信号随温度变化的函数关系式；

S2，根据各浓度的温度校正函数计算初始温度校正函数；根据初始温度校正函数对测量未知浓度样本得到的电流进行初步校正，计算初次校正电流信号；

S3，根据初次校正电流信号、温度校正函数和电流信号标准值得到根据电流信号标准值划分区间的浓度-温度校正分段函数；初次校正电流信号与电流信号标准值进行比较，确定初次校正电流信号所处的区间，选择对应的温度-浓度校正分段函数计算最终的校正电流信号；

S4，根据最终的校正电流信号得到测量的未知浓度样本的待测量值。

示例性的，配置不同浓度的靶向分析物标准测试样本，所配浓度为C₁，C₂，C₃......C_n-1，C_n，在预设温度下测量不同浓度(C₁，C₂，C₃......C_n-1，C_n)靶向分析物，得到对应的电流信号I₁，I₂，I₃......I_n-1，I_n，各浓度标准测试样本对应的电流信号，即为电流信号标准值。例如应用于人体血液的POCT领域，即采用人体血液作为样本，配置不同浓度靶向分析物的血液测试样本。本实施所述预设温度指的是25℃，电化学测试领域的应用场景一般是常规的自然条件下，因此选用实验测量领域通常意义上的常温25℃作为预设温度，除此之外也可以根据具体应用场景选择合适的温度进行测量。

测量每个不同浓度(C₁，C₂，C₃......C_n-1，C_n)靶向分析物在不同温度下(T₁，T₂，T₃......T_n)的电流信号；得到每个不同浓度(C₁，C₂，C₃......C_n-1，C_n)靶向分析物的电流信号随温度变化的温度校正函数f₁，f₂，f₃......f_n-1，f_n。温度校正函数可以为一次函数、二次函数、三次函数等，此类函数皆预存储在测试系统内存中，后续校正时直接调用相关函数。

步骤S2中初始温度校正函数记作f_av，计算方式如式(1)所示，其中f₁，f₂，f₃......f_n-1，f_n为不同浓度靶向分析物的电流信号随温度变化的温度校正函数；n为浓度种类数；不同浓度的温度校正函数不一样，通过求平均的方式计算初始温度校正函数，可以找到电流与浓度的整体变化趋势，通过整体变化趋势可以初步找到待测浓度所在区域；

f_av＝(f₁+f₂+f₃+.....+f_n-1 ⁺f_n)/n (1)

初次校正电流信号记作I_av，计算方式如式(2)所示，其中I₀为在一定温度下测量的未知浓度样本得到的电流信号；

I_av＝I₀*f_av (2)。

步骤S2中浓度-温度校正分段函数记作f_c，如式(3)所示，其中I₁，I₂，I₃......I_n-1，I_n为电流信号标准值：

最终的校正电流信号记作I_c，计算方式如式(4)所示：

I_c＝I₀*f_c (4)。

得到电化学测试系统的待测量值记作Y，Y＝F(I_c)。函数F表示电流与待测量值间的映射函数，可为一次曲线，也可以为二次曲线或者多次曲线，根据具体的应用领域确定。

电化学测试系统包括电化学测量仪和电化学测试条；其中测量仪可以监测系统的测试温度，电化学测试条至少包括工作电极和参比电极；参比电极是指测量各种电极电势时作为参照比较的电极，工作电极是指在测试过程中可引起试液中待测组分浓度明显变化的电极，通过工作电极得到的电信号反应待测组分浓度。工作电极得到的的电信号与待测组分浓度之间的函数关系易受温度的影响，通常采用温度校正常数或温度校正函数校正温度的误差；而不同浓度时，温度对函数关系式的影响有差异，现有方法并不能很好的消除不同浓度时，温度对函数关系式的影响的差异。

本实施例通过实验室测定，得到不同浓度下的温度校正函数。但是浓度为待测的值，并不能用于选择正确的函数用于测量；因此本申请通过测量预设温度时，不同浓度靶向分析物对应的电流信号，得到电流信号标准值；根据温度校正函数得到平均温度校正函数，通过平均温度校正函数对实际的电流进行处理，先简单排除温度的干扰，得到初次校正电流信号；通过初次校正电流信号、温度校正函数和电流信号标准值得到根据电流信号标准值划分区间的浓度-温度校正分段函数；初次校正电流信号与电流信号标准值进行比较，确定初次校正电流信号所处的区间，选择对应的温度-浓度校正分段函数计算最终的校正电流信号，有效消除了不同浓度受温度变化不同趋势的影响，提高了测试的准确度和可靠性。

实施例2

本实施例提供一种应用在电化学尿酸测试系统的温度校正方法，首先准备一种电化学尿酸测试条(尿酸氧化酶法)以及测量仪，测量仪用于采集电流信号和显示测量值。

1.以正常人血液为基质配置低、中、高3种浓度的尿酸血样样本，浓度分别记作C1、C2、C3。

2.在不同温度(10℃、15℃、20℃、30℃、35℃、40℃)条件下分别测试低、中、高3个浓度(C1、C2、C3)，得到不同浓度不同温度下的电流信号I1-10、I1-15、I1-20...I1-40；I2-10、I2-15、I2-20...I2-40；I3-10、I3-15、I3-20...I3-40，并同时在常温条件下测试低、中、高3个浓度(C1、C2、C3)，得到对应的电流信号I1-25、I2-25、I3-25。其中I1-10表示低浓度(C1)尿酸血样在10℃时的电流，其他符号含义以此类推。通过电化学尿酸测试条和测量仪测试得到的电流信号具体如表1所示：

表1：不同温度下不同浓度的电流信号(uA)

由表1中数据得知，电流信号随温度升高而增大，且不同浓度下电流信号受温度变化趋势不同，需要对不同温度下的电流信号进行校正。

3.采用固定温度校正曲线(a方案)和实施例1所述的校正方法(b方案)两种数据处理方式来进行校正温度引起的电流信号变化，以对校正效果进行对照比较：

3.a采用固定温度校正曲线来校正，数据处理过程如下：

3.a.1根据表1中数据，以常温(25℃)下的电流信号为参照，其它温度下的电流信号与之对比得到不同温度下的比例系数，根据温度和比例系数得到本方案的温校正曲线，记作fc_(a)，fc_(a)＝0.00196*T²-0.13907*T+3.20830；

3.a.2根据其它温度下的待测样本的电流信号I0经fc_(a)校正后的电流信号记作Ic_(a)，Ic_(a)＝I0*fc_(a)。

3.a.3根据温度校正曲线fc_(a)＝0.00196*T²-0.13907*T+3.20830以及表1数据，校正处理后的结果如表2；

表2：采用a方案校正方法的校正效果

表2-a低浓度C1的校正结果

表2-b浓度C2的校正结果

T/℃	C2-I0/uA	fc<sub>(a)</sub>	Ic<sub>(a)</sub>/uA	偏差/％
					25	1.81	0.96	1.73	-4.35％
10	0.82	2.01	1.64	-9.19％
					15	1.24	1.56	1.94	7.26％
20	1.56	1.21	1.88	4.23％
					30	2.32	0.80	1.86	2.91％
35	2.52	0.74	1.87	3.30％
					40	2.53	0.78	1.98	9.56％

表2-c高浓度C3的校正结果

T/℃	C3-I0/uA	fc<sub>(a)</sub>	Ic<sub>(a)</sub>/uA	偏差/％
					25	3.21	0.96	3.07	-4.35％
10	1.27	2.01	2.55	-20.47％
					15	1.85	1.56	2.89	-9.90％
20	2.40	1.21	2.91	-9.42％
					30	4.04	0.80	3.23	0.71％
35	4.50	0.74	3.34	4.08％
					40	4.85	0.78	3.79	18.12％

如果校正后的电流信号Ic_(a)与常温条件下电流信号之前的偏差满足±10％以内，说明校正效果明显。根据表2中数据来看，通过校正后，低高浓度下的电流信号与常温下电流信号的偏差基本都超过了±10％，说明a方案不能对所有浓度进行校正，校正效果不明显。

3.b采用实施例1所述温度补偿校正方法来校正，数据处理过程如下：

3.b.1由表1中数据得知，常温条件下测试低、中、高3个浓度(C1、C2、C3)得到的电流信号标准值分别为：I1＝0.455uA、I2＝1.807uA、I3＝3.208uA，同时电流信号随温度升高而增大。

3.b.2根据表1中数据，以常温(25℃)下的电流信号为参照，低、中、高3个浓度随温度变化的电流信号与之对比得到不同浓度下的温度校正函数f₁、f₂、f₃以及由f₁、f₂、f₃计算得到初始温度校正函数fav，具体如下：

f₁＝0.00092*T²-0.06527*T+2.01735；

f₂＝0.00230*T²-0.16068*T+3.49679；

f₃＝0.00265*T²-0.19128*T+4.11076；

f_av＝0.00195*T²-0.13907*T+3.2083。

3.b.3通过初始温度校正函数和样本测试得到的电流信号得到初次校正电流信号为I_av＝I0*f_av

那么得到电化学尿酸测试系统的浓度-温度校正分段函数fc_(b)，如下：

3.b.4通过浓度-温度校正分段函数fc_(b)对表1中不同温度下的电流信号进行校正并计算偏差，结果如表3。

表3：采用本发明专利方案校正方法的校正效果

表3-a低浓度C1的校正结果

表3-b中浓度C2的校正结果

T/℃	C2-I0/uA	f<sub>av</sub>	I<sub>av</sub>/uA	fc<sub>(b)</sub>	Ic<sub>(b)</sub>/uA	偏差/％
							25	1.81	0.96	1.73	0.92	1.66	-8.02％
10	0.82	2.01	1.64	2.04	1.66	-8.06％
							15	1.14	1.56	1.78	1.60	1.82	0.77％
20	1.56	1.21	1.88	1.21	1.88	3.79％
							30	2.32	0.80	1.86	0.74	1.72	-4.84％
35	2.52	0.74	1.87	0.69	1.73	-4.43％
							40	2.53	0.78	1.98	0.74	1.88	3.77％

表3-c高浓度C3的校正结果

T/℃	C3-I0/uA	f<sub>av</sub>	I<sub>av</sub>/uA	fc<sub>(b)</sub>	Ic<sub>(b)</sub>/uA	偏差/％
							25	3.21	0.96	3.07	0.97	3.13	-2.59％
10	1.27	2.01	2.55	2.29	2.90	-9.46％
							15	1.85	1.56	2.89	1.78	3.29	2.58％
20	2.40	1.21	2.91	1.39	3.35	4.35％
							30	4.04	0.80	3.23	0.76	3.06	-4.68％
35	4.50	0.74	3.34	0.66	2.98	-7.09％
							40	4.85	0.78	3.79	0.70	3.39	5.74％

根据表2和表3的数据来看，采用现有温度校正方法不能对所有浓度的电流信号进行温度补偿，而采用本发明专利方案进行温度补偿后，所有浓度下的温度干扰偏差基本在±10％以内，说明温度对不同浓度下电流信号的干扰影响基本消除。

综上所述，相较于现有技术而言，本申请涉及的电化学测试系统中的温度校正方法，其能够消除温度对不同浓度下电流信号的影响，提高测量准确性和可靠性。

以上所述，仅为本发明具体实施方式的详细说明，而非对本发明的限制。相关技术领域的技术人员在不脱离本发明的原则和范围的情况下，做出的各种替换、变型以及改进均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种电化学测试系统的温度校正方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，在预设温度下测量不同浓度靶向分析物标准测试样本，记录各浓度对应的电流信号，得到电流信号标准值；

测量不同浓度靶向分析物在不同温度下的电流信号，得到每一个浓度对应的温度校正函数，所述温度校正函数为各浓度下的电流信号随温度变化的函数关系式；

S2，根据各浓度的温度校正函数计算初始温度校正函数；根据初始温度校正函数对测量未知浓度样本得到的电流进行初步校正，计算初次校正电流信号；

所述步骤S2中初始温度校正函数记作f_av，计算方式如式(1)所示；

f_av＝(f₁+f₂+f₃+…..+f_n-1+f_n)/n (1)

其中f₁，f₂，f₃……f_n-1，f_n为不同浓度靶向分析物的电流信号随温度变化的温度校正函数；

初次校正电流信号记作I_av，计算方式如式(2)所示；

I_av＝I₀*f_av(2)

其中I₀为在一定温度下测量的未知浓度样本得到的电流信号；

S3，根据初次校正电流信号、温度校正函数和电流信号标准值得到根据电流信号标准值划分区间的浓度-温度校正分段函数；初次校正电流信号与电流信号标准值进行比较，确定初次校正电流信号所处的区间，选择对应的温度-浓度校正分段函数计算最终的校正电流信号；

所述步骤S3中浓度-温度校正分段函数记作f_c，如式(3)所示，其中I₁，I₂，I₃……I_n-1，I_n为电流信号标准值：

所述步骤S3中最终的校正电流信号记作I_c，计算方式如式(4)所示：

I_c＝I₀*f_c (4)；

S4，根据最终的校正电流信号得到测量的未知浓度样本的待测量值；

所述步骤S4中电化学测试系统的待测量值记作Y，Y＝F(I_c)，函数F表示电流与待测量值间的映射关系。

2.根据权利要求1所述的电化学测试系统的温度校正方法，其特征在于，所述预设温度为25℃。

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