水質(zhì)在水產(chǎn)養(yǎng)殖中起著至關(guān)重要的作用，是水產(chǎn)養(yǎng)殖能夠成功的關(guān)鍵因素。電子舌作為一種多傳感器監(jiān)測(cè)液體樣品的味覺特征的新型儀器，可通過多元統(tǒng)計(jì)分析方法進(jìn)行信號(hào)的模式識(shí)別，實(shí)現(xiàn)模擬人類味覺分析監(jiān)測(cè)液體樣品。
本文通過多參數(shù)檢測(cè)儀器電子舌，并基于主成分分析法，研究電子舌對(duì)養(yǎng)殖水質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)，為養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測(cè)提供理論依據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)一種能夠快速定性對(duì)養(yǎng)殖水質(zhì)進(jìn)行分析監(jiān)測(cè)的方法。
電子舌工作原理簡(jiǎn)介
電子舌系統(tǒng)模擬人類味覺系統(tǒng)研制，主要由味覺傳感器陣列、系統(tǒng)采集系統(tǒng)和模式識(shí)別系統(tǒng)組成。其中味覺傳感器陣列將檢測(cè)到的味覺成分轉(zhuǎn)化為電信號(hào)量。
本文選用的電子舌為 AlphaMOS Astree 電子舌，其外觀如圖 1 所示。其可實(shí)現(xiàn)對(duì) 5 種基本味覺（酸、甜、苦、辣、咸）的檢測(cè)，傳感器電機(jī)接觸到的樣品溶液膜電壓和參考電極電壓的差值即為傳感器響應(yīng)信號(hào)。
主成分分析法簡(jiǎn)介
在多元統(tǒng)計(jì)分析中，主成分分析（Principal Components Analysis，PCA）是一種分析、簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)集的技術(shù)。主成分分析經(jīng)常用于減少數(shù)據(jù)集的維數(shù)，同時(shí)保持?jǐn)?shù)據(jù)集中的對(duì)方差貢獻(xiàn)最大的特征。這是通過保留低階主成分，忽略高階主成分而實(shí)現(xiàn)的。這樣低階成分往往能夠保留住數(shù)據(jù)的最重要方面，但是，這也要視具體應(yīng)用而定。由于主成分分析依賴所給數(shù)據(jù)，所以數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性對(duì)分析結(jié)果影響很大。
其方法主要是通過對(duì)協(xié)方差矩陣進(jìn)行特征分解，以得出數(shù)據(jù)的主成分（即特征向量）與它們的權(quán)值（即特征值）。PCA 是最簡(jiǎn)單的以特征量分析多元統(tǒng)計(jì)分布的方法。PCA 提供了一種降低數(shù)據(jù)維度的有效辦法；如果分析者在原數(shù)據(jù)中除掉最小的特征值所對(duì)應(yīng)的成分，那么所得的低維度數(shù)據(jù)必定是最優(yōu)化的（也即，這樣降低維度必定是失去訊息最少的方法）。
電子舌檢測(cè)養(yǎng)殖水實(shí)驗(yàn)案例分析
在電子舌檢測(cè)中，每次檢測(cè)取 4 份 50 mL 水樣進(jìn)行檢測(cè)，并檢測(cè) 2 min，單次檢測(cè)完后使用去離子水對(duì)傳感器清洗 30 s。
為檢驗(yàn)不同養(yǎng)殖條件（密度、溫度、增氧條件及酸堿度）下養(yǎng)殖用水質(zhì)的評(píng)價(jià)，本文使用 PCA 方法對(duì)同一養(yǎng)殖條件下不同水平的養(yǎng)殖用水的分析。
不同養(yǎng)殖溫度條件
將不同養(yǎng)殖溫度條件的養(yǎng)殖水樣品，使用電子舌進(jìn)行檢測(cè)并進(jìn)行主成分分析，由圖 2 可得，主成分分析前 3 個(gè)主要成分貢獻(xiàn)率為 98.7%，其中 PC1 和 PC2的表達(dá)占據(jù)大部分信息。從區(qū)分效果來看，3 種養(yǎng)殖溫度可被明顯分析出，且同一養(yǎng)殖溫度的樣品呈現(xiàn)明顯的聚集特性。
不同養(yǎng)殖密度條件
將不同養(yǎng)殖密度條件的養(yǎng)殖水樣品，使用電子舌進(jìn)行檢測(cè)并進(jìn)行主成分分析，主成分分析前 3 個(gè)主要成分貢獻(xiàn)率為 97.3%，其中 PC1 和 PC2 的表達(dá)占據(jù)大部分信息。從區(qū)分效果來看，3 種養(yǎng)殖密度可被明顯分析出，且同一養(yǎng)殖密度的樣品呈現(xiàn)明顯的聚集特性。
不同增氧條件
將不同增氧條件的養(yǎng)殖水樣品，使用電子舌進(jìn)行檢測(cè)并進(jìn)行主成分分析，主成分分析前 3 個(gè)主要成分貢獻(xiàn)率為 98.2%，其中 PC1 和 PC2 的表達(dá)占據(jù) 90%信息。從區(qū)分效果來看，3 種增氧可被明顯分析出，且同一增氧條件的樣品呈現(xiàn)明顯的聚集特性。
將不同酸堿條件的養(yǎng)殖水樣品，使用電子舌進(jìn)行檢測(cè)并進(jìn)行主成分分析，主成分分析前 3 個(gè)主要成分貢獻(xiàn)率為 98.7%，其中 PC1 和 PC2 的表達(dá)占據(jù) 95%信息。從區(qū)分效果來看，不同酸堿條件下的樣品可被明顯分析出，且同一酸堿度條件的樣品呈現(xiàn)明顯的聚集特性。
結(jié)語(yǔ)
本文使用 AlphaMOS Astree 電子舌對(duì)不同養(yǎng)殖條件下的養(yǎng)殖水進(jìn)行檢測(cè)，考察了傳感器陣列對(duì)養(yǎng)殖水的不同養(yǎng)殖條件的區(qū)別能力，結(jié)果表明，同一養(yǎng)殖條件下的不同水平可被明顯區(qū)分，且同一水平的樣品呈現(xiàn)出明顯的聚類特性。本文提出的方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)養(yǎng)殖用水快速有效的檢測(cè)，避免使用對(duì)養(yǎng)殖用水多種儀器進(jìn)行檢測(cè)。來源：感官科學(xué)與評(píng)定 轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來源。
參考文獻(xiàn)：劉大可,胡畔.基于主成分分析法的養(yǎng)殖水的電子舌快速分析檢測(cè)[J].江蘇科技信息,2017(05):48-49.
提醒：文章僅供參考，如有不當(dāng)，歡迎留言指正和交流。且讀者不應(yīng)該在缺乏具體的專業(yè)建議的情況下，擅自根據(jù)文章內(nèi)容采取行動(dòng)，因此導(dǎo)致的損失，運(yùn)營(yíng)方不負(fù)責(zé)。如文章涉及侵權(quán)或不愿我平臺(tái)發(fā)布，請(qǐng)聯(lián)系處理。
本文通過多參數(shù)檢測(cè)儀器電子舌，并基于主成分分析法，研究電子舌對(duì)養(yǎng)殖水質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)，為養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測(cè)提供理論依據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)一種能夠快速定性對(duì)養(yǎng)殖水質(zhì)進(jìn)行分析監(jiān)測(cè)的方法。
電子舌工作原理簡(jiǎn)介
電子舌系統(tǒng)模擬人類味覺系統(tǒng)研制，主要由味覺傳感器陣列、系統(tǒng)采集系統(tǒng)和模式識(shí)別系統(tǒng)組成。其中味覺傳感器陣列將檢測(cè)到的味覺成分轉(zhuǎn)化為電信號(hào)量。
本文選用的電子舌為 AlphaMOS Astree 電子舌，其外觀如圖 1 所示。其可實(shí)現(xiàn)對(duì) 5 種基本味覺（酸、甜、苦、辣、咸）的檢測(cè)，傳感器電機(jī)接觸到的樣品溶液膜電壓和參考電極電壓的差值即為傳感器響應(yīng)信號(hào)。
主成分分析法簡(jiǎn)介
在多元統(tǒng)計(jì)分析中，主成分分析（Principal Components Analysis，PCA）是一種分析、簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)集的技術(shù)。主成分分析經(jīng)常用于減少數(shù)據(jù)集的維數(shù)，同時(shí)保持?jǐn)?shù)據(jù)集中的對(duì)方差貢獻(xiàn)最大的特征。這是通過保留低階主成分，忽略高階主成分而實(shí)現(xiàn)的。這樣低階成分往往能夠保留住數(shù)據(jù)的最重要方面，但是，這也要視具體應(yīng)用而定。由于主成分分析依賴所給數(shù)據(jù)，所以數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性對(duì)分析結(jié)果影響很大。
其方法主要是通過對(duì)協(xié)方差矩陣進(jìn)行特征分解，以得出數(shù)據(jù)的主成分（即特征向量）與它們的權(quán)值（即特征值）。PCA 是最簡(jiǎn)單的以特征量分析多元統(tǒng)計(jì)分布的方法。PCA 提供了一種降低數(shù)據(jù)維度的有效辦法；如果分析者在原數(shù)據(jù)中除掉最小的特征值所對(duì)應(yīng)的成分，那么所得的低維度數(shù)據(jù)必定是最優(yōu)化的（也即，這樣降低維度必定是失去訊息最少的方法）。
電子舌檢測(cè)養(yǎng)殖水實(shí)驗(yàn)案例分析
在電子舌檢測(cè)中，每次檢測(cè)取 4 份 50 mL 水樣進(jìn)行檢測(cè)，并檢測(cè) 2 min，單次檢測(cè)完后使用去離子水對(duì)傳感器清洗 30 s。
為檢驗(yàn)不同養(yǎng)殖條件（密度、溫度、增氧條件及酸堿度）下養(yǎng)殖用水質(zhì)的評(píng)價(jià)，本文使用 PCA 方法對(duì)同一養(yǎng)殖條件下不同水平的養(yǎng)殖用水的分析。
不同養(yǎng)殖溫度條件
將不同養(yǎng)殖溫度條件的養(yǎng)殖水樣品，使用電子舌進(jìn)行檢測(cè)并進(jìn)行主成分分析，由圖 2 可得，主成分分析前 3 個(gè)主要成分貢獻(xiàn)率為 98.7%，其中 PC1 和 PC2的表達(dá)占據(jù)大部分信息。從區(qū)分效果來看，3 種養(yǎng)殖溫度可被明顯分析出，且同一養(yǎng)殖溫度的樣品呈現(xiàn)明顯的聚集特性。
將不同養(yǎng)殖密度條件的養(yǎng)殖水樣品，使用電子舌進(jìn)行檢測(cè)并進(jìn)行主成分分析，主成分分析前 3 個(gè)主要成分貢獻(xiàn)率為 97.3%，其中 PC1 和 PC2 的表達(dá)占據(jù)大部分信息。從區(qū)分效果來看，3 種養(yǎng)殖密度可被明顯分析出，且同一養(yǎng)殖密度的樣品呈現(xiàn)明顯的聚集特性。
不同增氧條件
將不同增氧條件的養(yǎng)殖水樣品，使用電子舌進(jìn)行檢測(cè)并進(jìn)行主成分分析，主成分分析前 3 個(gè)主要成分貢獻(xiàn)率為 98.2%，其中 PC1 和 PC2 的表達(dá)占據(jù) 90%信息。從區(qū)分效果來看，3 種增氧可被明顯分析出，且同一增氧條件的樣品呈現(xiàn)明顯的聚集特性。
將不同酸堿條件的養(yǎng)殖水樣品，使用電子舌進(jìn)行檢測(cè)并進(jìn)行主成分分析，主成分分析前 3 個(gè)主要成分貢獻(xiàn)率為 98.7%，其中 PC1 和 PC2 的表達(dá)占據(jù) 95%信息。從區(qū)分效果來看，不同酸堿條件下的樣品可被明顯分析出，且同一酸堿度條件的樣品呈現(xiàn)明顯的聚集特性。
結(jié)語(yǔ)
本文使用 AlphaMOS Astree 電子舌對(duì)不同養(yǎng)殖條件下的養(yǎng)殖水進(jìn)行檢測(cè)，考察了傳感器陣列對(duì)養(yǎng)殖水的不同養(yǎng)殖條件的區(qū)別能力，結(jié)果表明，同一養(yǎng)殖條件下的不同水平可被明顯區(qū)分，且同一水平的樣品呈現(xiàn)出明顯的聚類特性。本文提出的方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)養(yǎng)殖用水快速有效的檢測(cè)，避免使用對(duì)養(yǎng)殖用水多種儀器進(jìn)行檢測(cè)。來源：感官科學(xué)與評(píng)定 轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來源。
參考文獻(xiàn)：劉大可,胡畔.基于主成分分析法的養(yǎng)殖水的電子舌快速分析檢測(cè)[J].江蘇科技信息,2017(05):48-49.
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