一种检测L-鼠李糖溶液浓度的装置和方法与流程

本发明涉及溶液浓度检测技术领域，尤其涉及一种检测L-鼠李糖溶液浓度的装置和方法。

背景技术：
现有的L-鼠李糖溶液浓度检测技术方法有仪器分析检测法和化学检测法，仪器分析检测法虽然操作简单，但是存在检测精度低的缺陷；化学检测法存在操作繁琐，重复性差的不足。中国专利公开号CN103528877，公开日2014年1月22日，发明的名称为一种小型生化反应器在线糖浓度检测系统，该申请案公开了一种小型生化反应器在线糖浓度检测系统，它主要由嵌入式模块、触摸屏、恒流泵、在线糖浓度分析仪以及离线糖浓度分析仪等组成，其中，触摸屏为人机接口，接受现场人员的设置和操作；嵌入式模块作为系统的控制单元，控制恒流泵的流速以及糖浓度分析仪的动作，采集在线糖分析仪的糖浓度检测值，对采集值进行在线校正，得到生化反应器内准确的糖浓度检测值，并能根据离线糖浓度分析仪的值对模型参数进行修正。其不足之处是，糖浓度分析仪的检测精度较低。

技术实现要素：
本发明的目的是克服现有L-鼠李糖溶液浓度检测装置的检测精度较低的技术问题，提供了一种检测L-鼠李糖溶液浓度的装置和方法，其能够快速准确的检测出L-鼠李糖溶液的浓度。为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案予以实现：本发明的一种检测L-鼠李糖溶液浓度的装置，包括计算机和数据采集装置，所述数据采集装置包括电化学工作站、容器、工作电极和对电极，所述容器顶部设有盖板，所述工作电极和对电极正对设置在盖板下方，所述盖板上设有导向槽，所述导向槽内设有可沿导向槽运动的输送机构，所述导向槽包括呈渐开线形状的通槽以及与通槽首尾相连的凹槽，所述工作电极顶部连接有第一连接柱，所述第一连接柱穿过盖板且位于通槽的渐开线基圆中心，所述第一连接柱与盖板转动连接，所述对电极顶部连接有第二连接柱，所述第二连接柱固定在输送机构上且穿过通槽，所述第一连接柱顶端通过伸缩杆与第二连接柱顶端固定连接，所述通槽的前端和后端分别设有第一接近开关和第二接近开关，所述盖板连接有带动盖板上下运动的升降器，所述升降器通过连接件与容器侧壁固定连接，所述计算机分别与电化学工作站、输送机构、升降器、第一接近开关和第二接近开关电连接，所述电化学工作站还分别与工作电极和对电极电连接。在本技术方案中，取25ml的0.1mol/LNaOH溶液加入容器内，电化学工作站在工作电极和对电极之间施加+0.5V的恒电压。取0.05ml的0.1mol/LL-鼠李糖溶液加入容器内并搅拌均匀，接着计算机通过输送机构带动对电极沿通槽运动，调整对电极与工作电极之间的距离，同时计算机通过电化学工作站检测对电极位于不同位置时的电流密度值，使对电极停留在最大电流密度值所对应的位置，然后计算机通过升降器带动盖板上下运动，从而调整工作电极和对电极浸入容器内溶液的深度，检测工作电极和对电极浸入溶液不同深度时的电流密度，最后使工作电极和对电极浸入溶液的深度为电流密度处于最大值处，并记录该电流密度值S(t)及容器内溶液的L-鼠李糖浓度X。通槽呈渐开线形状，对电极沿渐开线运动，逐渐增大对电极与工作电极之间的距离。当对电极运动到通槽的前端时，第一接近开关检测到并输出触发信号到计算机，当对电极运动到通槽的后端时，第二接近开关检测到并输出触发信号到计算机，可防止传送带带动对电极运动过度造成损伤。渐开线形状的通槽有利于更精确的控制对电极与工作电极之间的距离。第一连接柱顶端通过伸缩杆与第二连接柱顶端固定连接，对电极沿通槽运动时，伸缩杆自由伸缩，同时伸缩杆带动第一连接柱转动，第一连接柱带动工作电极同步转动，从而使对电极与工作电极始终保持正对设置，保证检测的精确性。接着，每间隔65秒取0.05ml的0.1mol/LL-鼠李糖溶液加入容器内并搅拌均匀，计算机通过电化学工作站检测一次电流密度，如此循环检测9次，并记录每一次检测的电流密度值S(t)及其对应的容器内溶液的L-鼠李糖浓度X。计算机将检测的10个电流密度值S(t)分别代入二阶线性系统随机共振模型，计算出10个信噪比特征值SNR特征，结合对应的10个容器内溶液的L-鼠李糖浓度X，线性拟合得到浓度计算公式：SNR特征＝0.4376+1.33074X。然后，将容器清洗干净，将待测L-鼠李糖溶液加入容器内，计算机通过电化学工作站检测一次电流密度，将检测的电流密度值S(t)代入二阶线性系统随机共振模型，计算得到信噪比特征值SNR特征，将信噪比特征值SNR特征代入浓度计算公式：SNR特征＝0.4376+1.33074X，计算出L-鼠李糖溶液的浓度。作为优选，所述工作电极为泡沫铜电极，所述对电极为铂片电极。作为优选，所述输送机构包括传送带和驱动传送带运动的驱动机构，所述传送带套设在通槽的内侧壁和凹槽的内侧壁上，所述驱动机构与计算机电连接。传送带运动带动对电极沿渐开线运动。作为优选，所述传送带表面设有齿条，所述驱动机构包括与齿条啮合的齿轮以及驱动齿轮转动的驱动电机，所述驱动电机与计算机电连接。通过齿轮转动驱动传送带运动。作为优选，所述盖板上设有通孔，所述通孔上方设有滴定管，所述盖板上还设有固定滴定管的支架。滴定管用于向容器内更精确的加溶液，提高检测精度。本发明的一种检测L-鼠李糖溶液浓度的方法，包括以下步骤：S1：取25ml的0.1mol/LNaOH溶液加入容器内，电化学工作站在工作电极和对电极之间施加+0.5V的恒电压；S2：取0.05ml的0.1mol/LL-鼠李糖溶液加入容器内并搅拌均匀，接着计算机通过输送机构带动对电极沿通槽运动，调整对电极与工作电极之间的距离，同时计算机通过电化学工作站检测对电极位于不同位置时的电流密度值，使对电极停留在最大电流密度值所对应的位置，然后计算机通过升降器带动盖板上下运动，从而调整工作电极和对电极浸入容器内溶液的深度，检测工作电极和对电极浸入溶液不同深度时的电流密度，最后使工作电极和对电极浸入溶液的深度为电流密度处于最大值处，并记录该电流密度值S(t)及容器内溶液的L-鼠李糖浓度X；S3：每间隔65秒取0.05ml的0.1mol/LL-鼠李糖溶液加入容器内并搅拌均匀，计算机通过电化学工作站检测一次电流密度，如此循环检测9次，并记录每一次检测的电流密度值S(t)及其对应的容器内溶液的L-鼠李糖浓度X；S4：计算机将检测的10个电流密度值S(t)进行同样的数据处理，计算出10个信噪比特征值，对每个电流密度值S(t)进行的数据处理包括以下步骤：代入二阶线性系统随机共振模型中，并使二阶线性系统随机共振模型共振，其中，x(t)是振动质点的位移，Ω为角频率，r和ω分别是设定的衰减系数和线性振动质点的频率，S(t)是检测的电流密度，c是设定的信号调解系数，b是设定的二次噪声ξ2(t)的系数，ξ(t)为三歧噪声，ξ(t)∈{-a，0，a}，a＞0，噪声的歧化过程遵循泊松分布，其概率分布为ps(a)＝ps(-a)＝q，ps(0)＝1-2q，其中0＜q＜0.5，噪声均值与相关性遵循<ξ(t)>＝0，<ξ(t)ξ(t+τ)>＝2qa2e-λτ，其中λ为相关率，三歧噪声ξ(t)的平直度为利用公式计算得到信噪比特征值SNR特征；S5：根据10个信噪比特征值SNR特征及其对应的10个容器内溶液的L-鼠李糖浓度X线性拟合得到浓度计算公式：SNR特征＝0.4376+1.33074X；S6：将容器清洗干净，将待测L-鼠李糖溶液加入容器内，计算机通过电化学工作站检测一次电流密度，将检测的电流密度值S(t)代入二阶线性系统随机共振模型，计算得到信噪比特征值SNR特征，将信噪比特征值SNR特征代入浓度计算公式：SNR特征＝0.4376+1.33074X，计算出L-鼠李糖溶液的浓度。作为优选，所述步骤S1执行之前先检测工作电极和对电极是否合格，如果不合格则更换工作电极和对电极，检测工作电极和对电极是否合格的方法包括以下步骤：N1：取25ml的0.1mol/LNaOH溶液加入容器内并搅拌均匀，电化学工作站在工作电极和对电极之间施加电压范围为-0.2V-0.7V、扫描速度0.05V/S的扫描电压进行扫描，电化学工作站检测电流密度，并将其发送到计算机，计算机获取电流密度最大值和电流密度最小值，并计算出电流密度最大值和电流密度最小值之间的差值A1；N2：将容器清洗干净，取15ml的0.1mol/LNaOH溶液和10ml的0.1mmol/LL-鼠李糖溶液加入容器内并搅拌均匀，电化学工作站在工作电极和对电极之间施加电压范围为-0.2V-0.7V、扫描速度0.05V/S的扫描电压进行扫描，电化学工作站检测电流密度，并将其发送到计算机，计算机获取电流密度最大值和电流密度最小值，并计算出电流密度最大值和电流密度最小值之间的差值A2；N3：如果则计算机判断工作电极和对电极是合格的，如果则计算机判断工作电极或对电极不合格。如果计算机检测到工作电极或对电极不合格，也可更换其中一个电极，接着重新检测，如果还不合格，再更换另一个电极，如此操作直到检测合格为止。本发明的实质效果是：能够快速准确的检测出L-鼠李糖溶液的浓度，操作简单。附图说明图1是本发明的一种结构示意图；图2是本发明的一种电路原理连接框图；图3是本发明的盖板的结构示意图；图4是本发明的传送带的截面图。图中：1、计算机，2、电化学工作站，3、容器，4、工作电极，5、对电极，6、盖板，7、通槽，8、第一连接柱，9、第二连接柱，10、伸缩杆，11、输送机构，12、搅拌机构，13、搅拌叶片，14、升降器，15、连接件，16、凹槽，17、传送带，18、齿条，19、齿轮，20、第一接近开关，21、第二接近开关，22、通孔，23、液位传感器，24、滴定管，25、支架。具体实施方式下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。实施例：本实施例的一种检测L-鼠李糖溶液浓度的装置，如图1、图2、图3所示，包括计算机1和数据采集装置，数据采集装置包括电化学工作站2、容器3、工作电极4和对电极5，容器3顶部设有盖板6，工作电极4和对电极5正对设置在盖板6下方，盖板6上设有导向槽，导向槽内设有可沿导向槽运动的输送机构11，导向槽包括呈渐开线形状的通槽7以及与通槽7首尾相连的凹槽16，工作电极4顶部连接有第一连接柱8，第一连接柱8穿过盖板6且位于通槽7的渐开线基圆中心，第一连接柱8与盖板6转动连接，对电极5顶部连接有第二连接柱9，第二连接柱9固定在输送机构11上且穿过通槽7，第一连接柱8顶端通过伸缩杆10与第二连接柱9顶端固定连接，容器3底部设有搅拌机构12，盖板6侧壁连接有带动盖板6上下运动的升降器14，升降器14通过连接件15与容器3侧壁固定连接，计算机1分别与电化学工作站2、输送机构11、搅拌机构12和升降器14电连接，电化学工作站2还分别与工作电极4和对电极5电连接。搅拌机构12包括设置在容器3底部的搅拌叶片13以及驱动搅拌叶片13转动的伺服电机，伺服电机与计算机1电连接。升降器14通过带动盖板6上下运动来调节工作电极4和对电极5浸入容器3内溶液的深度。工作电极为泡沫铜电极，对电极为铂片电极。容器3由透明材料制成，容器3表面设有刻度线。工作电极4与第一连接柱8可拆卸连接，对电极5与第二连接柱9可拆卸连接。如图3、图4所示，输送机构11包括传送带17和驱动传送带17运动的驱动机构，传送带17套设在通槽7的内侧壁和凹槽16的内侧壁上，传送带17表面设有齿条18，驱动机构包括与齿条18啮合的齿轮19以及驱动齿轮19转动的驱动电机，驱动电机与计算机1电连接。通过齿轮19转动驱动传送带17运动，从而带动对电极5沿渐开线运动。通槽7的前端和后端分别设有第一接近开关20和第二接近开关21，第一接近开关20和第二接近开关21分别与计算机1电连接。当对电极5运动到通槽7的前端时，第一接近开关20检测到并输出触发信号到计算机1，当对电极5运动到通槽7的后端时，第二接近开关21检测到并输出触发信号到计算机1，可防止传送带17带动对电极5运动过度造成损伤。容器3为长方形容器，容器3内设有液位传感器23，液位传感器23与计算机1电连接。液位传感器23检测容器3内液体的液位，并将其发送到计算机1，计算机1根据液位计算出容器内液体的体积，便于用户掌握相关情况。盖板6上设有通孔22，通孔22上方设有滴定管24，盖板6上还设有固定滴定管24的支架25。滴定管24用于向容器3内更精确的加溶液，提高检测精度。取25ml的0.1mol/LNaOH溶液加入容器3内，电化学工作站2在工作电极4和对电极5之间施加+0.5V的恒电压。取0.05ml的0.1mol/LL-鼠李糖溶液加入容器3内，搅拌机构工作10秒将溶液搅拌均匀，接着计算机1通过输送机构11带动对电极5沿通槽7运动，调整对电极5与工作电极4之间的距离，同时计算机1通过电化学工作站2检测对电极位于不同位置时的电流密度值，使对电极5停留在最大电流密度值所对应的位置，然后计算机1通过升降器14带动盖板6上下运动，从而调整工作电极4和对电极5浸入容器3内溶液的深度，检测工作电极4和对电极5浸入溶液不同深度时的电流密度，最后使工作电极4和对电极5浸入溶液的深度为电流密度处于最大值处，并记录该电流密度值S(t)及容器内溶液的L-鼠李糖浓度X。通槽7呈渐开线形状，第一连接柱8位于通槽7的渐开线基圆中心，对电极5沿渐开线运动，逐渐增大对电极5与工作电极4之间的距离。渐开线形状的通槽有利于更精确的控制对电极5与工作电极4之间的距离。第一连接柱8顶端通过伸缩杆10与第二连接柱9顶端固定连接，对电极5沿通槽7运动时，伸缩杆10自由伸缩，同时伸缩杆10带动第一连接柱8转动，第一连接柱8带动工作电极4同步转动，从而使对电极5与工作电极4始终保持正对设置，保证检测的精确性。接着，每间隔65秒取0.05ml的0.1mol/LL-鼠李糖溶液加入容器3内并搅拌均匀，计算机1通过电化学工作站2检测一次电流密度，如此循环检测9次，并记录每一次检测的电流密度值S(t)及其对应的容器内溶液的L-鼠李糖浓度X。计算机1将检测的10个电流密度值S(t)分别代入二阶线性系统随机共振模型，计算出10个信噪比特征值SNR特征，结合对应的10个容器内溶液的L-鼠李糖浓度X，线性拟合得到浓度计算公式：SNR特征＝0.4376+1.33074X。然后，将容器3清洗干净，将待测L-鼠李糖溶液加入容器3内，计算机1通过电化学工作站2检测一次电流密度，将检测的电流密度值S(t)代入二阶线性系统随机共振模型，计算得到信噪比特征值SNR特征，将信噪比特征值SNR特征代入浓度计算公式：SNR特征＝0.4376+1.33074X，计算出L-鼠李糖溶液的浓度。本实施例的一种检测L-鼠李糖溶液浓度的方法，适用于上述的检测L-鼠李糖溶液浓度的装置，包括以下步骤：S1：取25ml的0.1mol/LNaOH溶液加入容器内，电化学工作站在工作电极和对电极之间施加+0.5V的恒电压；S2：取0.05ml的0.1mol/LL-鼠李糖溶液加入容器内，搅拌机构工作10秒将溶液搅拌均匀，接着计算机通过输送机构带动对电极沿通槽运动，调整对电极与工作电极之间的距离，同时计算机通过电化学工作站检测对电极位于不同位置时的电流密度值，使对电极停留在最大电流密度值所对应的位置，然后计算机通过升降器带动盖板上下运动，从而调整工作电极和对电极浸入容器内溶液的深度，检测工作电极和对电极浸入溶液不同深度时的电流密度，最后使工作电极和对电极浸入溶液的深度为电流密度处于最大值处，并记录该电流密度值S(t)及容器内溶液的L-鼠李糖浓度X；输送机构带动对电极沿通槽运动，调整对电极与工作电极之间的距离，每移动一定距离，检测一次电流密度值，计算机比较检测得到的电流密度值，得到最大电流密度值，并将对电极移动到最大电流密度值所对应的位置。接着，计算机通过调节盖板高度调整工作电极以及对电极与容器内溶液的接触面积，并检测盖板位于不同高度时的电流密度值，比较得到最大电流密度值，并将盖板调节到最大电流密度值所对应的高度。检测的电流密度值最大，说明对电极与工作电极位于的检测位置检测得到的结果最显著，有利于提高检测精度。S3：每间隔65秒取0.05ml的0.1mol/LL-鼠李糖溶液加入容器内并搅拌均匀，计算机通过电化学工作站检测一次电流密度，如此循环检测9次，并记录每一次检测的电流密度值S(t)及其对应的容器内溶液的L-鼠李糖浓度X；S4：计算机将检测的10个电流密度值S(t)进行同样的数据处理，计算出10个信噪比特征值，对每个电流密度值S(t)进行的数据处理包括以下步骤：代入二阶线性系统随机共振模型中，并使二阶线性系统随机共振模型共振，其中，x(t)是振动质点的位移，Ω为角频率，r和ω分别是设定的衰减系数和线性振动质点的频率，S(t)是检测的电流密度，c是设定的信号调解系数，b是设定的二次噪声ξ2(t)的系数，ξ(t)为三歧噪声，ξ(t)∈{-a，0，a}，a＞0，噪声的歧化过程遵循泊松分布，其概率分布为ps(a)＝ps(-a)＝q，ps(0)＝1-2q，其中0＜q＜0.5，噪声均值与相关性遵循<ξ(t)>＝0，<ξ(t)ξ(t+τ)>＝2qa2e-λτ，其中λ为相关率，三歧噪声ξ(t)的平直度为利用公式计算得到信噪比特征值SNR特征；S5：根据10个信噪比特征值SNR特征及其对应的10个容器内溶液的L-鼠李糖浓度X线性拟合得到浓度计算公式：SNR特征＝0.4376+1.33074X；每个信噪比特征值SNR特征和其对应的容器内溶液的L-鼠李糖浓度X构成点(X，SNR特征)，根据10个点(X，SNR特征)线性拟合得到浓度计算公式：SNR特征＝0.4376+1.33074X。S6：将容器清洗干净，将待测L-鼠李糖溶液加入容器内，计算机通过电化学工作站检测一次电流密度，将检测的电流密度值S(t)代入二阶线性系统随机共振模型，计算得到信噪比特征值SNR特征，将信噪比特征值SNR特征代入浓度计算公式：SNR特征＝0.4376+1.33074X，计算出L-鼠李糖溶液的浓度。步骤S1执行之前先检测工作电极和对电极是否合格，如果不合格则更换工作电极和对电极，检测工作电极和对电极是否合格的方法包括以下步骤：N1：取25ml的0.1mol/LNaOH溶液加入容器内并搅拌均匀，电化学工作站在工作电极和对电极之间施加电压范围为-0.2V-0.7V、扫描速度0.05V/S的扫描电压进行扫描，电化学工作站检测电流密度，并将其发送到计算机，计算机获取电流密度最大值和电流密度最小值，并计算出电流密度最大值和电流密度最小值之间的差值A1；N2：将容器清洗干净，取15ml的0.1mol/LNaOH溶液和10ml的0.1mmol/LL-鼠李糖溶液加入容器内并搅拌均匀，电化学工作站在工作电极和对电极之间施加电压范围为-0.2V-0.7V、扫描速度0.05V/S的扫描电压进行扫描，电化学工作站检测电流密度，并将其发送到计算机，计算机获取电流密度最大值和电流密度最小值，并计算出电流密度最大值和电流密度最小值之间的差值A2；N3：如果则计算机判断工作电极和对电极是合格的，如果则计算机判断工作电极或对电极不合格。如果计算机检测到工作电极或对电极不合格，也可更换其中一个电极，接着重新检测，如果还不合格，再更换另一个电极，如此操作直到检测合格为止。