【摘 要】
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近年来,肉类安全问题严重威胁着人们的生命健康,研究气体传感器阵列结合模式识别实现肉类检测技术具有重要意义。在肉类变质过程中蛋白质会分解产生氨气（NH3）,其含量与肉类新鲜度密切相关。聚苯胺（PANI）作为常见的NH3气体传感器敏感材料,具有独特的氧化还原特性、优良的电学性能和机械性能,易与其它材料复合官能化,有利于集成可在室温下工作的柔性传感阵列。本文采用多壁碳纳米管（MWCNTs）掺杂,优化了P
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近年来,肉类安全问题严重威胁着人们的生命健康,研究气体传感器阵列结合模式识别实现肉类检测技术具有重要意义。在肉类变质过程中蛋白质会分解产生氨气（NH3）,其含量与肉类新鲜度密切相关。聚苯胺（PANI）作为常见的NH3气体传感器敏感材料,具有独特的氧化还原特性、优良的电学性能和机械性能,易与其它材料复合官能化,有利于集成可在室温下工作的柔性传感阵列。本文采用多壁碳纳米管（MWCNTs）掺杂,优化了PANI对NH3的气敏性能,并组成了PANI基传感阵列,结合后向传播神经网络（BPNN）模式识别算法对肉类新鲜度和种类进行识别。主要研究结果如下:1、通过原位聚合法在多孔聚偏氟乙烯（PVDF）衬底上成功制备了PANI/PVDF和MWCNT-PANI/PVDF气敏薄膜,在室温下,测试并对比分析了PANI/PVDF薄膜和MWCNT-PANI/PVDF薄膜在0.1–2 ppm浓度范围的NH3气敏特性。结果表明,MWCNT-PANI/PVDF柔性薄膜具有独特的三维多孔结构。在1 ppm NH3下MWCNT-PANI/PVDF薄膜的响应值是PANI/PVDF传感器的2倍（33%）,恢复时间缩短了7倍（26 s）。MWCNT-PANI/PVDF传感器具有较好的低浓度NH3检测能力,在NH3浓度为0.1 ppm时响应值为8%。500次60°弯曲循环后仍然保持了良好的响应性能,偏差小于10%。MWCNT-PANI/PVDF对NH3的优异传感性能归因于PANI独特的氧化还原特性、MWCNTs与PANI之间形成的有效传感通道和MWCNT-PANI/PVDF膜的多孔结构。2、采用原位聚合法制备了PANI基掺杂聚-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠（PAMPS）、苹果酸、草酸、酒石酸四个气体传感器,集成了PANI基传感阵列,并连续6天对鲫鱼、牛腱肉和猪后腿肉的VOCs气体进行测试。采用主成分分析（PCA）对数据进行降维,发现猪肉新鲜度的特征数据前四个主成分占比0.8,猪肉、牛腱子肉和鱼肉第一主成分占比0.89。采用BPNN模型进行识别,对猪肉新鲜度的检测准确率为73.2%,对猪肉、牛肉和鱼肉种类的识别准确率为68.7%。3、采用商业金属氧化物（MOS）传感阵列,采集了猪肉新鲜度的VOCs气体。将MOS传感阵列和PANI传感阵列的特征数据相融合,采用BPNN作为猪肉新鲜度的识别模型,发现猪肉新鲜度训练准确率达89.5%。本论文以PVDF高分子多孔薄膜为衬底,采用原位聚合法成功获得了高性能MWCNT-PANI/PVDF柔性NH3气体传感器,PANI基传感阵列结合模式识别算法可实现肉类新鲜度和种类的识别,为肉类品质和安全的日常检测研究提供了实验基础。下一步工作可以从PANI基传感阵列单元材料的优化和增加算法识别模型的训练数据样本入手,进一步提高传感阵列的识别效果。
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