[EN] In the present doctoral thesis electronic systems of measurement have been
developed. As element sensor, they include multiple electrodes of nature
electrochemical. Each of the electrodes possesses a not specific sensibility to some of
the parameters or chemical compounds of the sample to analyzing. The set of electrodes
contribute a series of signs that are analyzed of joint form, this way conclusions of
interest are obtained, normally the discrimination of complex samples or the
quantification of some of their components. This type of measurement systems is
denominated electronic tongues.
The systems of measurement developed use sensors of type potentiometric and are
constructed by pastes of thick film technology, and also by simple metallic electrodes in
pure state. With this method, devices with characteristics of construction simplicity,
mechanical robustness, easy handling and low cost are obtained. With the data obtained
pattern recognition techniques are applied, such as, Principal Components Analysis
(PCA), artificial neuronal networks, predictive techniques (PLS), etc.
Several types of applications are developed, first with samples of strong ionic
character as they are the natural waters. This way, an analysis of several types of
packaged and urban provision waters is made, reaching a good discrimination of the
samples by means of analysis PCA. By means of techniques PLS (Partial Least Square)
the concentration of present ions in those waters is predicted. The experiences with
acuosus dissolutions continue with artificial dissolutions to obtain the discrimination
according to the type of anion or cation, concluding that is easier the discrimination of
dissolutions with different anion that with different cation, as much in pure as in
complex dissolutions.
The experiences continue with liquid samples but of more complex nature as it is
the wine. This type of samples facilitates to be analyzed by systems of electronic tongue
because they are formed by a great amount of components, some in elevated proportion
as it is the water and the alcohol, but others in small proportion and that are those that
provide the organoleptic characteristics of the wine. The experiences are made first on
artificial samples with some chemical characteristics similar to the wine and later with
real wines of different type and tonality. A good discrimination of the different samples are obtained. But the most remarkable newness of the analyses with wine is the
development of a system of detection of volatile by means of potentiometric sensors,
from this form, a system of humid electronic nose is obtained. / [ES] En la presente tesis doctoral se desarrollan sistemas electrónicos de medida que
tienen como elemento sensor múltiples electrodos de naturaleza electroquímica. Cada
uno de los electrodos posee una sensibilidad no específica ante algunos de los
parámetros o compuestos químicos de las muestras a analizar. El conjunto de electrodos
aportan una serie de señales que se analizan de forma conjunta, para así obtener
conclusiones de interés, normalmente en la discriminación de muestras complejas o la
cuantificación de algunos de sus componentes. A este tipo de sistemas de medida se le
denominan lenguas electrónicas.
Los sistemas de medida desarrollados utilizan sensores de tipo potenciométrico y
están construidos con pastas de la tecnología de capa gruesa (Thick-Film), y también por
electrodos metálicos simples en estado puro. Con este método se consiguen dispositivos
con características de sencillez de construcción, robustez mecánica, fácil manejo y bajo
costo. Con las señales obtenidas se aplican técnicas de reconocimiento de patrones,
como son el Análisis de Componentes Principales (PCA), redes neuronales artificiales,
técnicas predictivas como PLS, etc.
Se desarrollan varios tipos de aplicaciones, la primera con muestras de fuerte
carácter iónico como son las aguas naturales. De esta forma, se realiza un análisis de
varios tipos de aguas envasadas y de suministro urbano, alcanzando una buena
discriminación de las muestras por medio de análisis PCA. Por medio de técnicas PLS
(Partial Least Square) se predice la concentración de los iones presentes en esas aguas.
Las experiencias con disoluciones acuosas continúan con disoluciones artificiales para
lograr la discriminación de dichas disoluciones según el tipo de anión o de catión,
concluyendo que es más fácil la discriminación de las disoluciones con distintos anión
que con distinto catión, tanto en disoluciones puras como en compuestas.
Las experiencias siguen con muestras líquidas pero de naturaleza más compleja
como es el vino. Este tipo de muestras facilita ser analizadas por sistemas de lenguas
electrónicas porque están formados por una gran cantidad de componentes, algunos en
proporción elevada como es el agua y el alcohol, pero otros en pequeña proporción que
son los que proporcionan las características organolépticas del vino. Las experiencias se
realizan primero sobre muestras artificiales con algunas características químicas
similares al vino y posteriormente con vinos reales de distinto tipo y tonalidad,
consiguen una buena discriminación de las diferentes muestras. Pero la novedad más
destacable de los análisis con vino es el desarrollo de un sistema de detección de
volátiles por medio de sensores potenciométricos, de esta forma se obtiene un sistema
de nariz electrónica húmeda.
En el tercer tipo de experiencias se utilizan muestras de alimentos sólidos pero con
gran proporción de agua, como son la carne y el pescado. En el caso del pescado, se
realiza múltiples experiencias con varios tipos de electrodos metálicos y se comprueba
que los que ofrecen un mejor resultado son los electrodos de oro y de plata, en ambos
casos con un comportamiento bastante repetitivo. Aprovechando estos fenómenos se
realizan una serie de análisis con redes neuronales para al final obtener un sistema que
ofrece un análisis cualitativo que permite determinar la conservación del pescado en tres
posibles estados: Apto, Dudoso y no Apto. Este análisis se acompaña con experiencias
de bioquímicas y microbianas para así correlacionar con las medidas potenciométricas.
El último tipo de experiencias es el análisis de lomo de cerdo. Por un lado, también
se realizan experiencias para determinar si un sistema multielectrodo formado por
múltiples metales es capaz de detectar el deterioro de la carne con el paso del tiempo.
Un segundo tipo de análisis consiste en lograr una discriminación de diversas piezas d e
lomo curado de cerdo. Estas piezas se diferencian entre si por la distinta composición de
sales, tanto de NaCl que es el más habitual en el consumo, como KCl, y CaCl2.
Por lo tanto, el desarrollo de los sistemas de lengua y nariz electrónica que se
presente en esta memoria puede mejorar el control de calidad de las muestras
analizadas, con buenas perspectivas de aplicación en múltiples campos económicos,
sobretodo en la industria alimentaria. / [CA] En la present tesi doctoral es desenvolupen sistemes electrònics de mesura que
tenen com element sensor múltiples elèctrodes de naturalesa electroquímica. Cadascun
dels elèctrodes posseïx una sensibilitat no específica davant alguns dels paràmetres o
compostos químics de la mostra a analitzar. El conjunt d'elèctrodes aporten una sèrie de
senyals que s'analitzen de forma conjunta, per a així obtenir conclusions d'interès,
normalment en la discriminació de mostres complexes o la quantificació d'alguns dels
seus components. A aquest tipus de sistemes de mesura se li denominen llengües
electròniques.
Els sistemes de mesura desenvolupats utilitzen sensors de tipus potenciomètric i
estan construïts amb pastes de la tecnologia de capa gruixuda (Thick-Fim), i també per
elèctrodes metàl·lics simples en estat pur. Amb aquest mètode s'assoleixen dispositius
amb característiques de senzillesa de construcció, robustesa mecànica, fàcil maneig i
reduït cost. Amb els senyals obtinguts s'apliquen tècniques de reconeixement de
patrons, com són l'Anàlisi de Components Principals (PCA), xarxes neuronals
artificials, tècniques predictives com PLS, etc.
Es desenvolupen diversos tipus d'aplicacions, la primera amb mostres de fort
caràcter iònic com són les aigües naturals. D'aquesta forma, es realitza una anàlisi de
diversos tipus d'aigües envasades i de subministrament urbà, arribant a una bona
discriminació de les mostres per mitjà d'anàlisi PCA. Amb tècniques PLS (Partial Least
Square) es prediu la concentració dels ions presents en aquestes aigües. Les
experiències amb dissolucions aquoses continuan amb dissolucions artificials per a
assolir la discriminació d'aquestes dissolucions segons el tipus d'anió o de catió,
concloent que és més fàcil la discriminació de les dissolucions amb diferents anió que
amb diferent catió, tant en dissolucions pures com en compostes.
Les experiències segueixen amb mostres líquides però de naturalesa més complexa
com és el vi. Aquest tipus de mostres es presta a ser analitzades per sistemes de llengües
electròniques perquè estan formats per una gran quantitat de components, alguns en
proporció elevada com és l'aigua i l'alcohol, però altres en petita proporció que són els
quals proporcionen les característiques organolépticas del vi. Les experiències es
realitzen primer sobre mostres artificials amb algunes característiques químiques
similars al vi i posteriorment amb vins reals de diferent tipus i tonalitat, aconsegueixen
una bona discriminació de les diferents postres. Però la novetat més destacable de les
anàlisis amb vi és el desenvolupament d'un sistema de detecció de volàtils per mitjà de
sensors potenciomètrics, d'aquesta forma s'obté un sistema de nas electrònic humida.
En el tercer tipus d'experiències s'utilitzen mostres d'aliments sòlids però amb gran
proporció d'aigua, com són la carn i el peix. En el cas del peix es realitza múltiples
experiències amb diversos tipus d'elèctrodes metàl·lics i es comprova que els quals
oferixen un millor resultats són els elèctrodes d'or i de plata. En ambdós casos tenien un
comportament bastant repetitiu. Aprofitant aquests fenòmens es realitzen una sèrie
d'anàlisi amb xarxes neuronals per al final obtenir un sistema que oferix una anàlisi
qualitativa que permet determinar la conservació del peix en tres possibles estats: Apte,
Dubtós i no Apte. Aquesta anàlisi s'acompanya amb experiències de bioquímicques i
microbianes per a així correlacionar amb les mesures potenciomètrics.
L'últim tipus d'experiències és l'anàlisi de llom de porc. D'una banda, també es
realitzen experiències per a determinar si un sistema multielèctrode format per múltiples
metalls és capaç de detectar la deterioració de la carn amb el pas del temps. Un segon
tipus d'anàlisi consisteix a assolir una discriminació de diverses peces de llom guarit de
porc. Aquestes peces es diferencien entre si per la diferent composició de sals, tant de
NaCl que és el més habitual en el consum, com KCl, i CaCl2.
Per tant, el desenvolupament dels sistemes de llengua i nas electrònic que es
presenti en aquesta memòria pot millorar el control de qualitat de les mostres
analitzades, amb bones perspectives d'aplicació en múltiples camps econòmics,
fonamentalment a la indústria alimentària. / Gil Sánchez, L. (2007). Diseño de lenguas electrónicas potenciométricas construidas con electrodos metálicos y con tecnología de capa gruesa para análisis de medios complejos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/135954 / Premios Extraordinarios de tesis doctorales
| Identifer | oai:union.ndltd.org:upv.es/oai:riunet.upv.es:10251/135954 |
| Date | 29 January 2020 |
| Creators | Gil Sánchez, Luís |
| Contributors | García Breijo, Eduardo, Llobet Valero, Eduard, Soto Camino, Juan, Universitat Politècnica de València. Departamento de Ingeniería Electrónica - Departament d'Enginyeria Electrònica |
| Publisher | Universitat Politècnica de València |
| Source Sets | Universitat Politècnica de València |
| Language | Spanish |
| Detected Language | Spanish |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/acceptedVersion |
| Rights | http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0037 seconds