[发明专利]乳糖浓度检测装置及检测方法

权利要求书

1.一种乳糖浓度检测装置，所述乳糖浓度检测装置与电化学工作站(1)电连接；其特征是，包括控制器(2)，存储器(3)，盛有液体的上端开口的容器(4)，设于容器上的盖板(5)，设于盖板下表面上的呈渐开线状的导轨(6)，设于导轨内端(26)的插入液体中并采用铂材料制成的对电极(7)，设于导轨上的可沿导轨移动的转动装置(8)，设于容器底部的搅动装置(9)和设于盖板上的用于向容器内滴入乳糖溶液的滴液漏斗(10)；所述转动装置下部设有插入液体中并采用泡沫铜材料制成的工作电极(11)，对电极通过设于导轨内端上的第一电机(12)与导轨相连接，搅动装置通过防水电机(13)与容器底部相连接；工作电极和对电极均呈条形板状；所述控制器分别与防水电机、存储器、第一电机、转动装置和电化学工作站电连接；对电极和工作电极分别与电化学工作站电连接。

2.根据权利要求1所述的乳糖浓度检测装置，其特征是，所述导轨下部设有用于封闭导轨的封闭板(15)；所述导轨包括顶板和设于顶板两侧的两个挡板(16)，两个挡板上设有相对应的导向开口；所述转动装置包括电机固定座(17)、设于电机固定座上的第二电机(18)、与第二电机的两个转轴(19)分别连接的两个齿轮(20)和分别设于两个齿轮外侧上的两个延伸杆(21)，两个延伸杆分别伸入两个导向开口中，导轨和封闭板上均设有用于与两个齿轮配合的双凹槽(22)，双凹槽底壁上设有齿纹；所述第二电机与控制器电连接；所述工作电极穿过设于封闭板上的沿导轨延伸的渐开线状开口与电机固定座相连接。

3.根据权利要求1所述的乳糖浓度检测装置，其特征是，所述搅动装置包括与防水电机的转轴相连接的T形搅拌管(14)，T形搅拌管上设有若干个前通孔(23)和分别与各个前通孔相对设置的与前通孔数量相同的后通孔；T形搅拌管上设有若干个软管(24)，各个软管一端均与T形搅拌管相连通，各个软管的自由端均封闭。

4.根据权利要求3所述的乳糖浓度检测装置，其特征是，各个软管外周面上均设有若干个漏液孔(25)。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的乳糖浓度检测装置，其特征是，容器和盖板均呈圆形，容器和盖板可拆卸连接。

6.一种适用于权利要求1所述的乳糖浓度检测装置的检测方法，其特征是，包括如下步骤：

(6-1)控制器中设有扫描间隔时间A，扫描次数最大值N，扫描次数序号i，i的初始值为1；

取20至50ml的0.1M NaOH插入容器中，将盖板安装到容器口部，使工作电极及对电极伸入NaOH中；

电化学工作站给工作电极输出0.44V至0.55V的恒电压，调节盛有0.1M的乳糖溶液的滴液漏斗的活塞，使滴液漏斗每隔时间A向容器中滴入一滴乳糖溶液；

(6-2)在滴液漏斗向容器中滴入第一滴乳糖之后至滴入第二滴乳糖溶液之前，控制器通过防水电机控制搅拌装置对容器内的液体搅拌时间B，B＜A；控制器控制第一电机带动对电极水平旋转，同时控制转动装置带动工作电极沿导轨往返移动，电化学工作站检测电流密度，当检测的电流密度达到最大值时，控制器控制转动装置及第一电机停止工作，得到对电极和工作电极的最佳位置；

在对电极水平旋转和工作电极移动的过程中，对电极和工作电极始终保持最大的相对面积；

控制器计算当前容器内的乳糖浓度k₁，将k₁和与k₁相对应的电流密度S(t)存储到存储器中；

(6-3)滴液漏斗向容器内滴入第i+1滴乳糖溶液，控制器通过防水电机控制搅拌装置对容器内的液体搅拌时间B，B＜A；电化学工作站检测电流密度，控制器计算当前容器内的乳糖浓度k_i+1，将k_i+1和与k_i+1相对应的电流密度S(t)存储到存储器中；

(6-4)当i≤N-1，使i值增加1，转入步骤(6-3)；否则，转入步骤(6-5)；

(6-5)控制器将得到的N个电流密度S(t)分别输入二阶线性系统随机共振模型d2x(t)dt2+[2r+ξ(t)+bξ2(t)]dx(t)dt+ω2x(t)=A cos(Ωt)+cS(t)]]>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，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p_s(a)＝p_s(-a)＝q，p_s(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

控制器利用公式SNR=rλΩ+2qa2bc(Ω3-Ω)1+2qa2b+5r-a2]]>计算并得到与N个电流密度S(t)分别对应的输出信噪比SNR₁，SNR₂，...，SNR_N；

控制器读取存储器中的乳糖浓度k₁，k₂，...，k_N；控制器利用点(k₁，SNR₁)，(k₂，SNR₂)，...，(k_N，SNR_N)拟合成直线，根据拟合的直线得出乳糖浓度预测模型：将容器的液体倒出，并将容器清洁干净；

(6-6)未知浓度的乳糖溶液W的检测：

取20至50ml的乳糖溶液W插入容器中，将盖板安装到容器口部，使工作电极及对电极伸入乳糖溶液中，并使工作电极及对电极位于步骤(6-2)所确定的最佳位置；电化学工作站给工作电极输出0.45V至0.55V的恒电压，电化学工作站检测电流密度S(t)，控制器将S(t)输入二阶线性系统随机共振模型中，

并利用公式SNR=rλΩ+2qa2bc(Ω3-Ω)1+2qa2b+5r-a2]]>计算及得到输出信噪比SNR，将SNR代入得到乳糖溶液W的浓度k。