专利名称：非线性化学指纹图谱分析仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及仪器分析领域，尤其涉及一种非线性化学指纹图谱分析仪。
背景技术：
目前，为了对成分复杂的产品，如食品、药品、烟草、农产品、日化产品的成分进行 分析的方法主要有两类，即波谱指纹图谱技术、色谱指纹图谱技术。波谱和色谱指纹图谱技 术检测仪器也主要是经典的以成分分析为主的仪器，如前者主要是紫外光谱仪、红外光谱 仪、质谱仪、核磁共振谱仪等，而后者主要是气相色谱仪、液相色谱仪、逆流色谱仪、毛细管 电泳色谱仪及其相关联用仪器等。在现有理化指纹图谱技术中，无论波谱和色谱技术，测定的指纹图谱信息是建立 在平衡的物理或化学体系之上，采用的手段也是以成分分析为主的传统分析仪器来进行测 定，几乎不涉及任何化学反应，故相应指纹图谱均难以表现出不同化学成分样本之间化学 性质的差异。即在多数情况下，这些指纹图谱的特征差异性不强，分析结果准确性低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种非线性化学指纹图谱分析仪，以解决现有技术中的指 纹图谱技术中指纹图谱的特征差异性不强，分析结果准确性低问题。其具体方案如下一种非线性化学指纹图谱分析仪，基于非线性化学指纹图谱分析方法，包括对样本进行非线性化学反应的非线性化学反应器；对非线性化学反应过程中的温度、传感检测器内的电极及电极的环境温度进行控 制的温度精密控制器；控制所述非线性化学反应中反应物粒子在恒温条件下的扩散和碰撞速率的速率 控制器；检测所述非线性化学反应过程中电极电位信号的传感检测器；采集所述非线性化学反应过程中的电极电位信号，依据所述电极电位信号随时间 变化规律生成非线性化学指纹图谱，并进行图谱分析的信号数据采集处理器。优选的，所述温度精密控制器包括液体恒温控制器和气体恒温控制器。优选的，所述非线性化学反应器包括用于放置样本和反应液的内胆；用于液体 或气体流动以保持反应器温度的夹层；具有电极和温度计插孔的多孔螺纹反应盖；磁力转 子。优选的，所述液体恒温控制器包括循环液箱、电阻加热器、温度控制模块、晶闸管 控制模块、电机和微型液泵。优选的，所述气体恒温控制器包括气体恒温箱、热电阻传感器、升温电加热片、降 温无氟压缩机和单片机。优选的，所述速率控制器为电磁搅拌器，包括交流数控电机、旋转器、速度控制电路和速度测量与显示电路。优选的，所述传感检测器包括工作电极、参比电极、信号跟随电路、滤波电路、温度补偿电路、A/D采集模块、放大器和显示电路；所述工作电极为钼电极，所述参比电极为精密恒温结构双盐桥复合电极。优选的，所述数据采集处理器包括硬件部分和软件部分，其中，所述硬件部分包 括数据采集卡和微机，所述数据采集卡为12位11通道开关电容逐次逼近型的CMOS串行 A/D转换器；所述软件部分包括采集模块和处理模块，所述采集模块包括通道设置单元、输 入方式选择单元、时间常数输入单元、电压范围输入单元和采样点数输入单元；所述处理模 块包括数据导入单元、图谱处理单元、参数求算单元、定量分析单元、相似度计算单元和结 果输出单元。优选的，所述处理模块还包括模式分析单元。优选的，所述滤波电路包括低通滤波子电路和用于除去50Hz工频供电干扰的陷 波子电路。从上述的技术方案可以看出，本发明实施例公开的非线性化学指纹图谱分析仪， 基于非线性化学指纹图谱测定方法，对样本进行非线性化学反应过程中的反应信号进行实 时检测，依据检测反应信号随时间的变化获得非线性化学指纹图谱，进而对非线性化学指 纹图谱的特征形状和定量信息进行分析，从而达到鉴别样本真伪和评估样本质量的目的， 本发明公开的分析仪，基于测定样本参与非线性化学反应过程中的实时反应信号的原理， 与样本参与的非线性化学反应过程直接相关，因而测得的指纹图谱能有效地体现样本化学 成分及其含量的差别，指纹图谱的特征性强，重现性好，分析结果准确性高。进一步的，其应 用范围十分广泛。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。图1为一种稳态化学体系Ε-t函数关系曲线；图2为一种非稳态化学体系Ε-t函数关系曲线；图3a_图3d为对泽兰、远志、辛夷花和阴行草进行化学振荡反应获得的非线性化 学指纹图谱；图3e_图3h为对乌药、牡丹皮、白鲜皮和五加皮进行化学湍流反应获得的非线性 化学指纹图谱；图4a为一定条件下纯稳态体系“硫酸_硫酸锰_溴酸钠_丙酮”的E-t曲线；图4b为基于图4a所示稳态体系获得的人参非线性化学指纹图谱；图5为本发明公开的非线性化学指纹图谱分析仪的结构示意图；图6为本发明公开的非线性化学反应器的结构示意图；图7为本发明公开的温度精密控制器的结构示意图8为本发明公开的速率控制器的结构示意图；图9为本发明公开的传感检测器的结构示意图；图10为本发明公开的信号数据采集处理器的结构示意图；图11为采集模块的界面示意图；图12为本发明公开的数据进行采集、处理的流程图；图13a_13c为三个批次中药五加皮的指纹图谱；图14为被检测的中药样本的指纹图谱。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。为了更好的理解本发明，现将本发明中涉及的相关技术名词作简要解释非线性化学一种反应机理极其复杂，反应时体系中一些物质的活度或浓度随时 间或空间呈连续的、周期的或非连续的、非周期的起伏变化的化学，其反应有化学湍流、化 学振荡、化学波、化学斑图、化学多重定态等现象；非线性化学指纹图谱利用非线性化学反应原理和现象所构建的能表示复杂样本 成分群集特征的指纹图谱。与不直接涉及化学反应的所有指纹图谱不同，非线性化学指纹 图谱反映的是样本所参与的非平衡化学反应的实时信号，是化学过程中反应信号随时间或 空间的实际变化关系图，测定条件一定时，其特征和定量信息决定于待鉴别和评价的样本 的化学成分和含量，因不同样本具有不同成分和含量，故该指纹图谱具有很高的分辨率和 专属性；耗散物非线性化学反应中因不能形成“消耗_再生”循环其浓度或活度随反应时 间不断减少的物质；底物引起或参与非线性化学反应的耗散物；空白体系测定Ε-t曲线时未加入样本的化学体系；化学成分群集表征非样本中单一化学成分的特征表现，而是样本中各化学成分 特征的集体表现。研究表明，因不同样本，如成分及其含量基本固定的中药、食品、农产品、日化产品 和功能材料等所含化学成分的种类和含量不同，对基元反应众多的非线性化学反应的抑 制、干扰及反应机理的影响不同，表现为有关电位(E)-时间(t)函数关系曲线形状不同，从 而可获得含有丰富定性和定量信息，能体现各种不同样本特征的E-t曲线，这种指纹图谱 的形成机理中除涉及氧化还原反应外，还可能有中和、沉淀、配合、自由基及离子缔合等反 应；样本无论是通过何种反应底物引起如图1所示的E-t曲线对应的稳态化学体系产生相 应的化学混沌反应，还是对如图2所示的E-t曲线对应的非稳态化学体系的振荡产生不同 的抑制、干扰及对其机理的影响，以致产生新的化学混沌反应现象，相应指纹图谱的形成机 制都是基于非线性化学原理；除化学振荡反应外，还有化学湍流、化学波、化学斑图等非线 性化学现象均可用于化学成分基本固定的复杂样本的指纹图谱研究；一般说来，由不规则的非周期性的化学湍流等化学混沌反应形成的样本指纹图谱比规则的、周期性的化学振荡 反应形成的指纹图谱有更明显的特征性，基于该指纹图谱的分析结果也更加准确。如图3 所示，图3a_图3d为分别对泽兰、远志、辛夷花和阴行草进行化学振荡反应获得的非线性化 学指纹图谱，图3e_图3h为分别对乌药、牡丹皮、白鲜皮和五加皮参与化学湍流反应获得的 非线性化学指纹图谱。以非线性氧化还原反应为例，从非线性氧化还原反应中电极的相对电位(E)与时 间(t)的一般关系，以及不同样本化学成分对E-t关系影响不同来讨论非线性化学指纹图 谱的基本原理。1)非线性氧化还原反应中电极电位与时间的一般关系.任何自发氧化还原反应 可用通式表示为
权利要求
一种非线性化学指纹图谱分析仪，其特征在于，基于非线性化学指纹图谱分析方法，包括对样本进行非线性化学反应的非线性化学反应器；对非线性化学反应过程中的温度、传感检测器内的电极及电极的环境温度进行控制的温度精密控制器；控制所述非线性化学反应中反应物粒子在恒温条件下的扩散和碰撞速率的速率控制器；检测所述非线性化学反应过程中电极电位信号的传感检测器；采集所述非线性化学反应过程中的电极电位信号，依据所述电极电位信号随时间变化规律生成非线性化学指纹图谱，并进行图谱分析的信号数据采集处理器。
2.根据权利要求1所述的分析仪，其特征在于，所述温度精密控制器包括液体恒温控 制器和气体恒温控制器。
3.根据权利要求2所述的分析仪，其特征在于，所述非线性化学反应器包括用于放置 样本和反应液的内胆；用于液体或气体流动以保持反应器温度的夹层；具有电极和温度计 插孔的多孔螺纹反应盖；磁力转子。
4.根据权利要求3所述的分析仪，其特征在于，所述液体恒温控制器包括循环液箱、 电阻加热器、温度控制模块、晶闸管控制模块、电机和微型液泵。
5.根据权利要求4所述的分析仪，其特征在于，所述气体恒温控制器包括气体恒温 箱、热电阻传感器、升温电加热片、降温无氟压缩机和单片机。
6.根据权利要求5所述的分析仪，其特征在于，所述速率控制器为电磁搅拌器，包括 交流数控电机、旋转器、速度控制电路和速度测量与显示电路。
7.根据权利要求6所述的分析仪，其特征在于，所述传感检测器包括工作电极、参比 电极、信号跟随电路、滤波电路、温度补偿电路、A/D采集模块、放大器和显示电路；所述工作电极为钼电极，所述参比电极为精密恒温结构双盐桥复合电极。
8.根据权利要求7所述的分析仪，其特征在于，所述数据采集处理器包括硬件部分和 软件部分，其中，所述硬件部分包括数据采集卡和微机，所述数据采集卡为12位11通道开 关电容逐次逼近型的CMOS串行A/D转换器；所述软件部分包括采集模块和处理模块，所述采集模块包括通道设置单元、输入方 式选择单元、时间常数输入单元、电压范围输入单元和采样点数输入单元；所述处理模块包 括数据导入单元、图谱处理单元、参数求算单元、定量分析单元、相似度计算单元和结果输 出单元。
9.根据权利要求8所述的分析仪，其特征在于，所述处理模块还包括模式分析单元。
10.根据权利要求7所述的分析仪，其特征在于，所述滤波电路包括低通滤波子电路 和用于除去50Hz工频供电干扰的陷波子电路。
全文摘要
本发明公开了一种非线性化学指纹图谱分析仪，基于非线性化学指纹图谱分析方法，包括非线性化学反应器；控制温度的温度精密控制器；速率控制器；传感检测器；信号数据采集处理器。本发明实施例公开的非线性化学指纹图谱分析仪，基于非线性化学指纹图谱测定方法，对样本进行非线性化学反应过程中的反应信号进行实时检测，依据检测反应信号获得的非线性化学指纹图谱，对非线性化学指纹图谱的特征形状和定量信息进行分析，从而达到鉴别样本真伪和评估样本质量的目的，测得的指纹图谱能有效地体现样本化学成分及其含量的差别，特征性很强，重现性很好，分析结果准确性高，应用范围十分广泛。
文档编号G01N27/26GK101995422SQ20101050752
公开日2011年3月30日 申请日期2010年10月15日 优先权日2010年10月15日
发明者张明浩, 方宣启, 毛鹏飞 申请人:湘潭市仪器仪表成套制造有限公司