Sensores: De los biosensores a la nariz electrónica

The recent advances in sensor devices have allowed the developing of new applications in many technological fields. This review describes the current state-of-the-art of this sensor technology, placing special emphasis on the food applications. The design, technology and sensing mechanism of each type of sensor are analysed. A description of the main characteristics of the electronic nose and electronic tongue (taste sensors) is also given. Finally, the applications of some statistical procedures in sensor systems are described briefly.Los recientes avances en los sistemas de sensores han permitido el desarrollo de nuevas aplicaciones en muchos campos tecnológicos. Este artículo de revisión describe el estado actual de esta nueva tecnología, con especial énfasis en las aplicaciones alimentarias. El diseño, la tecnología y el mecanismo sensorial de cada tipo de sensor son analizados en el artículo. También se describen las principales características de la nariz y la lengua electrónica (sensores de sabor). Finalmente, se describe brevemente el uso de algunos procedimientos estadísticos en sistemas de sensores.Peer reviewe

Sensores: De los biosensores a la nariz electrónica

The recent advances in sensor devices have allowed the developing of new applications in many technological fields. This review describes the current state-of-the-art of this sensor technology, placing special emphasis on the food applications. The design, technology and sensing mechanism of each type of sensor are analysed. A description of the main characteristics of the electronic nose and electronic tongue (taste sensors) is also given. Finally, the applications of some statistical procedures in sensor systems are described briefly.Los recientes avances en los sistemas de sensores han permitido el desarrollo de nuevas aplicaciones en muchos campos tecnológicos. Este artículo de revisión describe el estado actual de esta nueva tecnología, con especial énfasis en las aplicaciones alimentarias. El diseño, la tecnología y el mecanismo sensorial de cada tipo de sensor son analizados en el artículo. También se describen las principales características de la nariz y la lengua electrónica (sensores de sabor). Finalmente, se describe brevemente el uso de algunos procedimientos estadísticos en sistemas de sensores

Enhancement of the Sensory Capabilities of Mobile Robots through Artificial Olfaction

La presente tesis abarca varios aspectos del olfato artificial u olfato robótico, la capacidad de percibir información sobre la composición del aire que rodea a un sistema automático. En primer lugar, se desarrolla una nariz electrónica, un instrumento que combina sensores de gas de bajas prestaciones con un algoritmo de clasificación para medir e identificar gases. Aunque esta tecnología ya existía previamente, se aplica un nuevo enfoque que busca reducir las dimensiones y consumo para poder instalarlas en robots móviles, a la vez que se aumenta el número de gases detectables mediante un diseño modular. Posteriormente, se estudia la estrategia óptima para encontrar fugas de gas con un robot equipado con este tipo de narices electrónicas. Para ello se llevan a cabos varios experimentos basados en teleoperación para entender como afectan los sensores del robot al éxito de la tarea, de lo cual se deriva finalmente un algoritmo para generar con robots autónomos mapas de gas de un entorno dado, el cual se inspira en el comportamiento humano, a saber, maximizar la información conocida sobre el entorno. La principal virtud de este método, además de realizar una exploración óptima del entorno, es su capacidad para funcionar en entornos muy complejos y sujetos a corrientes de vientos mediante un nuevo método que también se presenta en esta tesis. Finalmente, se presentan dos casos de aplicación en los que se identifica de forma automática con una nariz electrónica la calidad subjetiva del aire en entornos urbanos

Application of electrochemical sensors as an alternative tool for perfume evaluation

Mestrado de dupla diplomação com a Université Libre de TunisThe capability to discriminate perfumes based on their specific aroma profiles is of utmost relevance for the perfume industry considering that, the identification of more than three aromas is a very difficult task even for a trained human nose. Currently, no analytical tool can completely substitute the human nose for aroma evaluation. Also, no analytical system can fully mimic the human perception, being the recognition of perfume aroma patterns usually carried out by gas chromatography coupled with olfactometry or sniffing techniques or even by applying electronic noses, although it still is a difficult analytical task. In this work, the possibility of applying a potentiometric electronic tongue as an analytical sensors tool for perfume analysis, was evaluated for the first time. In fact, the perfume aroma pattern will depend on the composition of the liquid perfume phase and on the diffusion properties of the volatile components, making the proposed strategy feasible from a theoretical point of view. A multi-sensor potentiometric device, comprising a set of 40 lipid sensor membranes with cross-sensitivity, was applied together with chemometric techniques to identify and establish unique chemical perfume fragrances’ fingerprints for discriminating perfumes according to the target consumer (men – women perfumes), the perfume olfactory family (Citric-Aromatic, Floral, Floral-Fruity, Floral-Oriental, Floral-Woody, Woody-Oriental and Woody-Spicy) or the perfume storage time-period (≤ 9 months; 9-24 months; and, ≥ 24 months). Linear discriminant multivariate models were established, based on potentiometric profiles gathered by sub-sets of sensors selected using the simulated annealing algorithm, and allowed correct classification rates of 93-100% (for leave-one-out cross-validation procedure). The satisfactory analytical performance of the electronic tongue demonstrates the versatility of the proposed approach, as a practical device for preliminary perfume classification, which industrial application may be foreseen in a near future, contributing to a green-sustained economic growth of the perfume industry.A capacidade de discriminar perfumes com base em seus perfis de aromas específicos é de extrema relevância para a indústria de perfumes, considerando que a identificação de mais de três aromas é uma tarefa muito difícil, mesmo para um nariz humano treinado. Atualmente, nenhuma ferramenta analítica pode substituir completamente o nariz humano na avaliação do aroma. Além disso, nenhum sistema analítico pode imitar completamente a percepção humana, sendo o reconhecimento de padrões de aroma de perfume geralmente realizados por cromatografia em fase gasosa acoplada a técnicas de olfatometria ou cheirar ou mesmo pela aplicação de narizes eletrónicos, embora ainda seja uma tarefa analítica difícil. Neste trabalho, a possibilidade de aplicar uma língua eletrónica potenciométrica como uma ferramenta analítica de sensores para a análise de perfumes foi avaliada pela primeira vez. De fato, o perfil de aromas do perfume dependerá da composição da fase líquida do perfume e das propriedades de difusão dos componentes voláteis, viabilizando a estratégia proposta do ponto de vista teórico. Um dispositivo potenciométrico de multisensores, com um conjunto de 40 membranas lipídicas com sensibilidade cruzada foi aplicado, em conjunto com técnicas quimiométricas para identificar e estabelecer perfis típicos de fragrâncias químicas para discriminação de perfumes de acordo com o consumidor-alvo (perfumes masculinos - femininos ), a família olfativa do perfume (cítrico-aromático, floral, floral-frutado, floral-oriental, floral-amadeirado, amadeirado-oriental e amadeirado-especiado) ou o período de armazenamento do perfume (≤ 9 meses; 9-24 meses e ≥ 24 meses). Modelos multivariados discriminantes lineares foram estabelecidos, com base em perfis potenciométricos de subconjuntos de sensores selecionados usando o algoritmo de recozimento simulado, e permitiram obter taxas de classificação corretas de 93 a 100% (para a validação cruzada “leave-one-out”). O desempenho analítico satisfatório da língua eletrónica demonstra a versatilidade da abordagem proposta, como um dispositivo prático para a classificação preliminar de perfumes, cuja aplicação industrial pode ser prevista em um futuro próximo, contribuindo para um crescimento económico sustentado da indústria de perfume

Microorganisms’ discrimination using an electronic nose-chemometric approach

Mestrado de dupla diplomação com a Université Libre de TunisThe detection/identification of microorganisms is of major relevance for food quality and safety. Traditional analytical procedures (e.g., culture methods, immunological techniques, and polymerase chain reaction), while accurate and widely used, are time-consuming, costly, and generate a large amount of waste. Sensor-based instruments have evolved as quicker and sensitive complementary identification tools for yeasts, bacteria and fungi. Electronic noses (E-noses), in combination with chemometrics, have been effectively employed for the detection/discrimination of different microorganisms, providing a green, quick, cost-effective, and non-destructive/non-invasive assessment. The successful use of the E-noses may be related to the generation of distinctive olfactory fingerprints of certain volatile organic compounds (VOCs) during the microorganism's growth. These devices have already been used to detect/discriminate fungi and bacteria (e.g.,Enterococcus faecalis, Escherichia coli, Klebsiella pneumonia, Listeria monocytogenes, Pseudomonas aeruginosa), namely in milk, juice, soups,goat and pork meat,fruits and vegetables. Thus, a lab-made E-nose, with nine metal oxide semiconductor sensors, was applied to detect, differentiate, andquantify four common food contamination/quality indicator bacteria, including two Gram positive (E. faecalisand S. aureus) and two Gram negative (E. coli and P. aeruginosa). Besides, to support the E-nose performance the volatile profiles generated by these bacteria were also assessed by headspace solid-phase micro extraction gas-chromatography-mass spectrometry. The volatile profiles comprised 15 identified VOCs, being 10 of them emitted by at least one of the four bacteria evaluated, namely two alcohols (1-butanol, and 1-nonanol), three pyrazines (2-ethyl-6-methyl-pyrazine, 3-ethyl-2,5-dimethylpyrazine,and trimethylpyrazine), three terpenes (camphene, D-limonene, and ƒÒ-pinene), and two other compounds (2,4-thujadiene and indole). The four bacteria could be distinguished using the electrical resistance signals produced by the E-nose in combination with linear discriminate analysis (90% of correct classifications for leave-one-out cross-validation). Additionally, multiple linear regression models, with root mean square errors lower than 4 colony forming units, were successfully established (0.9428 . R2.0.9946). Overall, the E-nose proved to be an effective qualitative-quantitative tool for analyzing bacteria in solid matrices, being foreseen it possible application to solid food matrices.A deteccao/identificacao de microorganismos e de grande relevancia para a qualidade e seguranca dos alimentos. Os procedimentos analiticos tradicionais (por exemplo, metodos de cultura, tecnicas imunologicas e reacao em cadeia de polimerase), embora precisos e amplamente utilizados, sao demorados, dispendiosos e geram uma grande quantidade de residuos. Os instrumentos baseados em sensores evoluiram como ferramentas de identificacao complementares mais rapidas e sensiveis para leveduras, bacterias e fungos. Os narizes eletronicos, em combinacao com a quimetria, foram efetivamente empregados para a deteccao/discriminacao de diferentes microorganismos, proporcionando uma avaliacao verde, rapida, economica e nao destrutiva/nao invasiva. O uso bem-sucedido dos E-noses pode estar relacionado a geracao de impressoes olfativas distintivas de certos compostos organicos volateis (VOCs) durante o crescimento do microorganismo. Estes dispositivos ja foram usados para detectar/discriminar fungos e bacterias (por exemplo, Enterococcus faecalis, Escherichia coli, Klebsiella pneumonia, Listeria monocytogenes, Pseudomonas aeruginosa), nomeadamente no leite, suco, sopas, carne de cabra e de porco, frutas e legumes. Assim, um E-nose feito em laboratorio, com nove sensores semicondutores de oxido de metal, foi aplicado para detectar, diferenciar e quantificar quatro bacterias comuns de contaminacao alimentar / indicador de qualidade, incluindo duas Gram positivas (E. faecalis e S. aureus) e duas Gram negativas. (E. coli and P. aeruginosa). Alem disso, para apoiar o desempenho do nariz E, os perfis volateis gerados por essas bacterias tambem foram avaliados por micro-espectrometria de extraccao de gas-cromatografia-massa de fase solida.Os perfis Volateis consistiam em 15 VOCs identificados, sendo 10 deles emitidos por pelo menos uma das quatro bacterias avaliadas, ou seja, dois alcoois (1-butanol e 1-nonanol), tres pirazinas (2-etil-6-metil-pirazina, 3-etil-2,5-dimetilpyrazina, e trimethylpyrazine), tres terpenos (hcampene, D-limonene e-pinene), e outros dois compostos. (2,4-thujadiene and indole). As quatro bacterias poderiam ser distinguidas usando os sinais de resistencia eletrica produzidos pelo E-nose em combinacao com a analise discriminante linear (90% das classificacoes corretas para a validacao cruzada de abandono-um-out). Alem disso, foram estabelecidos com sucesso multiplos modelos de regressao linear, com erros medios do quadrado raiz inferiores a 4 unidades de formacao de colonia (0,9428 . R2.0,9946). No geral, o E-nose provou ser uma ferramenta qualitativa-quantitativa eficaz para analisar bacterias em matrizes solidas, prevendo-se a possivel aplicacao a matrizs de alimentos solidos

Advances in Gas Sensing and Mapping for Mobile Robotics

Esta tesis aborda el problema de la detección, cuantificación y mapeo de sustancias olorosas empleando un robot móvil equipado con una nariz electrónica. En robótica móvil se emplean los sistemas de muestreo abierto (Open Sampling Systems - OSS), los cuales están caracterizados por introducir importantes fuentes de incertidumbre en las medidas de gases obtenidas. Estas fuentes de incertidumbre se deben principalmente a los mecanismos de dispersión de los gases y al comportamiento dinámico de los sensores de gas, los cuales complican en gran medida las tareas de detección de gases con robots móviles. En esta tesis se proponen contribuciones en tres sub-áreas de la robótica móvil olfativa. Referente a la detección de sustancias olorosas en OSS, y especialmente enfocando a paliar el problema de la lenta recuperación de los sensores basados en tecnología de óxido de metal (Metal Oxide Semiconductor - MOX), se proponen dos contribuciones: un nuevo diseño de nariz electrónica (Multi Chamber Electronic Nose - MCE-nose) y un enfoque basado en el modelado dinámico de estos sensores. Referente a la cuantificación de gases, se propone un novedoso enfoque probabilístico el cual permite la estimación de la concentración del gas junto con su incertidumbre asociada, algo imprescindible para aplicaciones de robótica olfativa. Finalmente, relacionado con el estudio de la distribución espacial de los gases, esta tesis contribuye con la propuesta de un método probabilístico para la generación de mapas de gas. Este novedoso método permite, por primera vez, considerar tanto los obstáculos presentes en el entorno, como el envejecimiento (factor temporal) de las medidas de gas

Improvement of ms based e-nose performances by incorporation of chromatographic retention time as a new data dimension

Mejora del rendimiento de la nariz electrónica basada en espectrometría de masas mediante la incorporación del tiempo de retención cromatografico como una nueva dimensión de datosLa importancia del sentido de olor en la naturaleza y en la sociedad humana queda latente con el gran interés que se muestra en el análisis del olor y el gusto en la industria alimentaria. Aunque las aéreas mas interesadas son las de la alimentación y bebida, también se ha mostrado la necesitad para esta tecnología en otros campos como en el de la cosmética. Lamentablemente, el uso de los paneles sensoriales humanos o paneles caninos son costosos, propensos al cansancio, subjetivos, poco fiables e inadecuados para cuantificar, mientras que el análisis de laboratorio, a pesar de la precisión, imparcialidad y capacidad cuantitativa, necesita una labor intensa, con personal especializado y requiere de mucho tiempo. Debido a estos inconvenientes el concepto de olfato artificial generó un gran interés en entornos industriales.El término "nariz electrónica" se asocia con una serie de sensores de gases químicos, con una amplia superposición de selectividad para las mediciones de compuestos volátiles en combinación con los instrumentos informáticos de análisis de datos. La nariz electrónica se utiliza para proporcionar una información comparativa en vez de una cualitativa en un análisis, y porque la interpretación puede ser automatizada, el dispositivo es adecuado para el control de calidad y análisis. A pesar de algunos logros prometedores, los sensores de estado sólido de gas no han cumplido con sus expectativas. La baja sensibilidad y selectividad, la corta vida del sensor, la calibración difícil y los problemas de deriva han demostrado serias limitaciones. En un esfuerzo para mejorar los inconvenientes de los sensores de estado sólido, se han adoptado nuevos enfoques, utilizando diferentes sensores para la nariz electrónica. Sistemas de sensores ópticos, la espectrometría de movilidad iónica y la espectrometría infrarroja son ejemplos de técnicas que han sido probadas.Las narices electrónicas basadas en la espectrometría de masas (MS) aparecieron por primera vez en 1998 [B. Dittmann, S. y G. Nitz Horner. Adv. Food Sci. 20 (1998), p. 115], y representan un salto importante en la sensibilidad, retando a la nariz electrónica basada en sensores químicos. Este nuevo enfoque del concepto de una nariz electrónica usa sensores virtuales en forma de proporciones m/z. Una huella digital compleja y muy reproducible se obtiene en forma de un espectro de masas, que se procesa mediante algoritmos de reconocimiento de patrones para la clasificación y cuantificación. A pesar de que la nariz electrónica basada en la espectrometría de masas supera a la nariz electrónica clásica de sensores de estado sólido en muchos aspectos, su uso se limita actualmente a la instrumentación de laboratorio de escritorio. La falta de portabilidad no representará necesariamente un problema en el futuro, dado que espectrómetros de masas en miniatura se han fabricado ya en una fase de prototipado.Un inconveniente más crítico de la nariz electrónica basada en MS consiste en la manera en la que se analizan las muestras. La fragmentación simultánea de mezclas complejas de isómeros pueden producir resultados muy similares a raíz de este enfoque. Una nariz electrónica mejor sería la que combina la sensibilidad y el poder de identificación del detector de masas con la capacidad de separación de la cromatografía de gases. El principal inconveniente de este enfoque es de nuevo el coste y la falta de portabilidad de los equipos. Además de los problemas anteriores con la espectrometría de masas, el análisis de cromatografía de gases requiere mucho tiempo de medida.Para abordar estas cuestiones, se han reportado miniaturizaciones en cromatografía capilar de gases (GC) que hacen posible el GC-en-un-chip, CG-rápido y CG-flash que hacen uso de columnas cortas, reduciendo el tiempo de análisis a los tiempos de elución como segundos y, en algunos casos, se han comercializado. La miniaturización de la espectrometría de masas y cromatografía de gases tiene un gran potencial para mejorar el rendimiento, la utilidad y la accesibilidad de la nueva generación de narices electrónicas.Esta tesis se dedica al estudio y a la evaluación del enfoque del GC-MS para la nariz electrónica como un paso anterior al desarrollo de las tecnologías mencionadas anteriormente. El objetivo principal de la tesis es de estudiar si el tiempo de retención de una separación de cromatografía puede mejorar el rendimiento de la nariz electrónica basada en MS, mostrando que la adición de una tercera dimensión trae más información, ayudando a la clasificación de las pruebas. Esto se puede hacer de dos maneras: · comparando el análisis de datos de dos vías de espectrometría de masas con análisis de datos de dos vías de matrices desplegadas y concatenadas para los datos de tres vías y · comparando el análisis de datos de dos vías del espectrometría de masas con el análisis de datos de tres vías para el conjunto de datos tridimensionales.Desde el punto de vista de cromatografía, la meta será la de optimizar el método cromatográfico con el fin de reducir el tiempo de análisis a un mínimo sin dejar de tener resultados aceptables.Un paso importante en el análisis de datos multivariados de vías múltiples es el preprocesamiento de datos. Debido a este objetivo, el último objetivo será el de determinar qué técnicas de preprocesamiento son las mejores para y el análisis de dos y tres vías de datos.Con el fin de alcanzar los objetivos propuestos se crearon dos grupos de datos. El primero consiste en las mezclas de nueve isómeros de dimetilfenol y etilfenol. La razón de esta elección fue la similitud de los espectros de masas entre sí. De esta manera la nariz electrónica basada en espectrometría de masas sería retada por el conjunto de datos. También teniendo en cuenta el tiempo de retención de los nueve isómeros solos, las soluciones se hicieron, como si el conjunto de datos demostraría el reto si se usaría sólo el tiempo de retención. Por tanto, este conjunto de datos "artificiales" sostiene nuestras esperanzas en mostrar las mejoras de la utilización de ambas dimensiones, la MS (espectros de masas) y la GC (tiempo de retención).Veinte clases, representando las soluciones de los nueve isómeros se midieron en diez repeticiones cada una, por tres métodos cromatográficos, dando un total de 600 mediciones. Los métodos cromatográficos fueron diseñados para dar un cromatograma resuelto por completo, un pico coeluido y una situación intermediaria con un cromatograma resuelto parcialmente. Los datos fueron registrados en una matriz de tres dimensiones con las siguientes direcciones: (muestras medidas) x (proporción m/z) x (tiempo de retención). Por "colapsar" los ejes X e Y del tiempo de retención cromatográfica y los fragmentos m/z, respectivamente, se obtuvieron dos matrices que representan los espectros de masa regular y el cromatograma de iones totales, respectivamente. Estos enfoques sueltan la información traída por la tercera dimensión y el despliegue por lo que la matriz original 3D y la concatenación de las TIC y el espectro de masa media se han tenido en consideración como una forma de preservar la información adicional de la tercera dimensión en una matriz de dos dimensiones.Los datos fueron tratados mediante la alineación de picos, con una media de centrado y la normalización por la altura máxima y el área del pico, los instrumentos de pre-procesamiento que también fueron evaluados por sus logros.Para el análisis de datos de dos vías fueron utilizados el PCA, PLS-DA y fuzzyARTMAP. La agrupación de PCA y PARAFAC fueron evaluados por la relación intervariedad - intravariedad, mientras que los resultados mediante fuzzy ARTMAP fueron dados como el éxito de la las tasas de clasificación en porcentajes.Cuando PCA y PARAFAC se utilizaron, como era de esperar, el método de cromatografía resuelto (método 1) dio los mejores resultados globales, donde los algoritmos 2D funcionan mejor, mientras que en un caso más complicado (picos más coeluidos del método 3) pierden eficacia frente a métodos 3D.En el caso de PLS-DA y n-PLS, aunque los resultados no son tan concluyentes como los resultados del PCA y PARAFAC, tratándose de las diferencias mínimas, el modelo de vías múltiples PLS-DA ofrece un porcentaje de éxito en la predicción de ambos conjuntos de datos. También se recomienda el n-PLS en vez de utilizar datos desplegados y concatenados, ya que construye un modelo más parsimonioso.Para el análisis fuzzyARTMAP, la estrategia de votación empleada ha demostrado que al usar los espectros de masa media y la información del cromatograma de iones totales juntos se obtienen resultados más consistentes.En el segundo conjunto de datos se aborda el problema de la adulteración del aceite de oliva extra virgen con aceite de avellana, que debido a las similitudes entre los dos aceites es una de las más difíciles de detectar. Cuatro aceites extra virgen de oliva y dos aceites de avellana se midieron puros y en mezclas de 30%, 10%, 5% y 2% con los mismos objetivos mostrando que la adición de la extra dimensión mejora los resultados. Se han hechos cinco repeticiones para cada preparación, dando un total de 190 muestras: 4 aceites puros de oliva, 2 aceites puros de avellana y 32 adulteraciones de aceite de avellana en aceite de oliva, dando un total de 38 clases. Dos métodos cromatográficos fueron utilizados. El primero estaba dirigido a una completa separación de los componentes del aceite de oliva y empleó una separación con temperatura programable, mientras que el objetivo del segundo método fue un pico coeluido, por lo tanto fue contratada una temperatura constante de separación. Los datos fueron analizados por medio de la PCA, PARAFAC, PLS-DA y PLS-n.Como en el conjunto "artificial" de datos, el PCA y PARAFAC se analizaron por medio de la capacidad de clusterización, que mostró que los mejores resultados se obtienen con los datos desplegados seguido por los datos 3D tratados con el PARAFAC.Desde el punto de vista de optimización de la columna, los logros obtenidos por la columna corta está por debajo del enfoque de la columna larga, pero este caso demuestra una vez más que la adición de los incrementos de tercera dimensión mejoran la nariz electrónica basada en MS.Para el PLS-DA y n-PLS se evaluaron las tasas de éxito comparativamente, tanto para las corridas cromatográficas largas como para las cortas. Mientras que para la columna larga el mejor rendimiento es para los datos del cromatograma de iones totales (TIC), la columna corta muestra mejor rendimiento para los datos concatenados de los espectros de masa media y TIC. Además, la predicción de las tasas de éxito son las mismas para los datos TIC de columna larga como para los datos concatenados de la columna corta. Este caso es muy interesante porque demuestra que el enfoque PLS de la tercera dimensión mejora los resultados y, por otra parte, mediante el uso de la columna corta el tiempo de análisis se acorta considerablemente.Se esperan ciertos logros de la nariz electrónica. Por el momento, ninguno de esos enfoques se acercó lo suficiente para producir una respuesta positiva en los mercados. Los sensores de estado sólido tienen inconvenientes casi imposibles de superar. La nariz electrónica basada en espectrometría de masas tiene una falta de portabilidad y a veces sus logros son insuficientes, y el aparato del cromatógrafo de gases-espectrómetro de masas sufre problemas de portabilidad igual que espectrómetro de masas y toma mucho tiempo. El desarrollo de potentes algoritmos matemáticos durante los últimos años, junto con los avances en la miniaturización, tanto para MS y GC y mostrar cromatografía rápida cierta esperanza de una nariz electrónica mucho mejor.A través de este trabajo podemos afirmar que la adición del tiempo de retención cromatográfica como una dimensión extra aporta una ventaja sobre las actuales tecnologías de la nariz electrónica. Mientras que para los cromatogramas totalmente resueltos no se logran mejoras o la ganancia es mínima, sobre todo en la predicción, para una columna corta la información adicional mejora los resultados, en algunos casos, hacerlos tan bien como cuando una larga columna se utiliza. Esto es muy importante ya que las mediciones en un cromatógrafo de gases - espectrometro de masas se pueden optimizar para tramos muy cortos, una característica muy importante para una nariz electrónica. Esto permitiría el diseño de un instrumento de mayor rendimiento, adecuado para el control de calidad en líneas de productos

Monitoring aroma production of yogurt during lactic fermentation by electronic nose and sensory evaluation

El yogurt es una de las bebidas fermentadas más consumidas en el mundo por sus propiedades nutricionales, funcionales y sensoriales, por lo tanto la calidad final del producto será de gran importancia para satisfacer las necesidades del consumidor y obtener un posicionamiento en el mercado. El seguimiento de la fermentación es la clave para obtener todas estas propiedades, por tal razón, en la presente investigación se propuso el seguimiento de la producción de aroma como un método alternativo para la evaluación de la fermentación del yogurt, utilizando para esto la nariz electrónica. Las narices electrónicas son una alternativa barata y rápida para analizar la calidad de los alimentos a través de su olor, en comparación con otros métodos costosos como GC / MS o la espectroscopia de infrarrojos o incluso un panel de expertos. Esta investigación se llevó a cabo en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos (ICTA) de la Universidad Nacional de Colombia Sede Bogotá, tomando como materia prima leche en polvo entera reconstituida en agua potable y utilizando como tratamientos de proceso 3 cultivos lácticos y temperaturas de incubación de 35°C y 45°C. Las variables de respuesta controladas fueron el análisis sensorial por medio de nariz electrónica y una prueba de escalas para panel sensorial, además de los análisis fisicoquímicos de viscosidad, pH y acidez. En el análisis de los datos se utilizó un análisis estadístico para panel sensorial, un análisis multivariado para los datos de nariz electrónica y un análisis de varianza para los resultados fisicoquímicos. Al final de la investigación se obtuvo una curva de fermentación para las tres cepas, en dos condiciones de temperatura de incubación, obteniendo así un modelo de control de calidad que apoye a la industria láctea. Los resultados obtenidos permitieron observar la influencia que tiene el tiempo de incubación, la temperatura y el cultivo utilizado, en la producción de compuestos volátiles, encontrando que, a la temperatura de 45°C y con el cultivo 3, se obtuvo una mejor percepción del aroma y unas propiedades fisicoquímicas más adecuadas. Por otra parte se observo que el seguimiento de la producción de aroma con nariz electrónica es una alternativa de gran ayuda para apoyar el control de la fermentación de yogurt, logrando diferenciar tiempos de fermentación, cambios en las temperaturas de incubación y en los cultivos lácticos utilizados. / Abstract. Yogurt is one of the most consumed fermented beverages in the world for its nutritional, functional and sensory properties; therefore, final product quality will be important in meeting the consumer needs and obtaining a position in the market. The monitoring of fermentation is the key to all these properties, for this reason, the present research looked at monitoring the production of aroma as an alternative method for evaluating the fermentation of yogurt, using the electronic nose. Electronic noses are an inexpensive and rapid alternative for analyzing the quality of food by its smell, compared to several other expensive methods such as GC / MS, infrared spectroscopy, or even a panel of experts. This research was conducted at the Institute of Food Science and Technology (ICTA) at the National University of Colombia at Bogota, on the raw material milk powder reconstituted in water and used as treatments of process 3 lactic strains and temperatures incubation at 35 ° C and 45 ° C. The response variables were controlled sensory analysis by electronic nose and a test of scales for sensory panel, in addition, to the physicochemical analysis of viscosity, pH and acidity. In the analysis of data was used statistical analysis for sensory panel, a multivariate analysis of electronic nose data and analysis of variance for the physicochemical results. At the end of the investigation, an aroma production curve was obtained for three different strains, at two incubation temperature conditions, and thus, a quality control model was obtained to support the dairy industry. The results obtained enabled to observe the influence of the incubation time, temperature and the culture used in the production of volatile compounds, finding that, at a temperature of 45 ° C and cultivation 3, there was obtained a better insight into the flavor and a more suitable physicochemical properties. Moreover it was observed that following the production of aroma electronic nose is an alternative of great help to support the monitoring of yogurt fermentation, making fermentation times differentiate, changes in incubation temperatures and in dairy cultures used.Magister en Ciencia y Tecnología de AlimentosMaestrí

Forecasting of uv-vis spectrometry time series for online water quality monitoring in operating urban sewer systems

El monitoreo de contaminantes en sistemas de saneamiento urbano es generalmente realizado por medio de campañas de muestreo, las muestras deben ser transportadas, almacenadas y analizadas en laboratorio. Sin embargo, los desarrollos en óptica y electrónica han permitido su fusión y aplicación en la espectrometría UV-Vis. Los sensores UV-Vis tienen como propósito determinar la dinámica de las cargas de materia orgánica (Demanda Química de Oxigeno DQO y Demanda Bioquímica de Oxigeno DBO5), nitratos, nitritos y Sólidos Suspendidos Totales (SST). Adicionalmente a los métodos aplicados para la calibración de los sensores y el análisis las series de tiempo de los espectros de absorbancias UV-Vis, es necesario desarrollar métodos de pronóstico con el fin de ser utilizada en control de monitoreo en línea en tiempo real. La información proveniente de los datos recolectados puede ser utilizada para la toma de decisiones y en aplicaciones de control de tiempo real. Realizar pronósticos es importante en procesos de toma de decisiones. Por lo tanto, el objetivo de este trabajo de investigación fue desarrollar uno o varios métodos de pronóstico que puedan ser aplicados a series de tiempo de espectrometría UV-Vis para el monitoreo en línea de la calidad de agua en sistemas urbanos de saneamiento en operación. Cinco series de tiempo de absorbancia UV-Vis obtenidas en línea en diferentes sitios fueron utilizadas, con un total de 5705 espectros de absorbancia UV-Vis: cuatro sitios experimentales en Colombia (Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) El-Salitre, PTAR San Fernando, Estación Elevadora de Gibraltar y un Humedal Construido/Tanque de Almacenamiento) y un sitio en Austria (Graz-West R05 Catchment outlet). El proceso propuesto completo consta de etapas a ser aplicadas a las series de tiempo de absorbancia UV-Vis y son: (i) entradas, series de tiempo de absorbancia UV-Vis,(ii) pre-procesamiento de las series de tiempo, análisis de outliers, completar los valores ausentes y reducción de la dimensionalidad,y (iii) procedimientos de pronóstico y evaluación de los resultados. La metodología propuesta fue aplicada a la series de tiempo con diferentes características (absorbancia), esta consiste del enventaneo Winsorising como paso para la remoción de outliers y la aplicación de la transformada discreta de Fourier (DFT) para reemplazar valores ausentes. Los nuevos valores reemplazando o los outliers o los valores ausentes presentan la misma o al menos la misma forma de la serie de tiempo original, permitiendo una visión macro en la coherencia de la serie de tiempo. La reducción de la dimensionalidad en las series de tiempo de absorbancia multivariadas permite obtener menor número de variables a ser procesadas: el análisis por componentes principales (PCA) como transformación lineal captura más del 97% de la variabilidad en cada serie de tiempo (en un rango de una a seis, dependiendo del comportamiento de la series de tiempo absorbancia) y el proceso de Clustering (k-means) combinado con cadenas de Markov. Los procedimientos de pronóstico basados en señales periódicas como la DFT, Chebyshev, Legendre y Regresión Polinomial fueron aplicados y estos pueden capturar el comportamiento dinámico de las series de tiempo. Algunas técnicas de aprendizaje de máquina fueron probadas y fue posible capturar el comportamiento de las series de tiempo en la etapa de calibración, los valores de pronóstico pueden seguir el comportamiento general comparado con los valores observados (excepto ANFIS, GA y Filtro de Kalman). Por lo tanto, ANN y SVM tiene buen rendimiento de pronóstico para la primer parte del horizonte de pronóstico (2 horas). La evaluación de cada metodología de pronóstico fue realizada utilizando cuatro indicadores estadísticos tales como porcentaje absoluto de error (APE), incertidumbre extendida (EU), conjunto de valores dentro del intervalo de confianza (CI) y suma de valores de incertidumbre extendida más el conjunto de valores dentro del intervalo de confianza. El rendimiento de los indicadores provee información acerca de los resultados de pronóstico multivariado con el fin de estimar y evaluar los tiempos de pronóstico para cierta metodología de pronóstico y determinar cuál metodología de pronóstico es mejor adaptada a diferentes rangos de longitudes de onda (espectros de absorbancia) para cada serie de tiempo de absorbancia UV-Vis en cada sitio de estudio. Los resultados en la comparación de las diferentes metodologías de pronóstico, resaltan que no es posible obtener la mejor metodología de pronóstico, porque todas las metodologías de pronóstico propuestas podrían generar un amplio número de valores que permitirán complementar cada una con las otras para diferentes pasos de tiempo de pronóstico y en diferentes rangos del espectro (UV y/o Vis). Por lo tanto, es propuesto un sistema híbrido que es basado en siete metodologías de pronóstico. Así, los valores de los espectros de absorbancia pronosticados fueron transformados a los correspondientes indicadores de calidad de agua (WQI) para utilización en la práctica. Los resultados de pronóstico multivariado presentan valores bajos de APE comparados con los resultados de pronóstico univariado utilizando directamente los valores WQI observados. Estos resultados, probablemente, son obtenidos porque el pronóstico multivariado incluye la correlación presente en todo el rango de los espectros de absorbancia (se captura de forma completa o al menos gran parte de la variabilidad de las series de tiempo),una longitud de onda interfiere con otra u otras longitudes de onda. Finalmente, los resultados obtenidos para el humedal construido/tanque de almacenamiento presentan que es posible obtener apreciables resultados de pronóstico en términos de tiempos de detección para eventos de lluvia. Adicionalmente, la inclusión de variables como escorrentía (nivel de agua para este caso) mejora substancialmente los resultados de pronóstico de la calidad del agua. El monitoreo de contaminantes en sistemas de saneamiento urbano es generalmente realizado por medio de campañas de muestreo, las muestras deben ser transportadas, almacenadas y analizadas en laboratorio. Sin embargo, los desarrollos en óptica y electrónica han permitido su fusión y aplicación en la espectrometría UV-Vis. Los sensores UV-Vis tienen como propósito determinar la dinámica de las cargas de materia orgánica (Demanda Química de Oxigeno DQO y Demanda Bioquímica de Oxigeno DBO5), nitratos, nitritos y Sólidos Suspendidos Totales (SST). Adicionalmente a los métodos aplicados para la calibración de los sensores y el análisis las series de tiempo de los espectros de absorbancias UV-Vis, es necesario desarrollar métodos de pronóstico con el fin de ser utilizada en control de monitoreo en línea en tiempo real. La información proveniente de los datos recolectados puede ser utilizada para la toma de decisiones y en aplicaciones de control de tiempo real. Realizar pronósticos es importante en procesos de toma de decisiones. Por lo tanto, el objetivo de este trabajo de investigación fue desarrollar uno o varios métodos de pronóstico que puedan ser aplicados a series de tiempo de espectrometría UV-Vis para el monitoreo en línea de la calidad de agua en sistemas urbanos de saneamiento en operación. Cinco series de tiempo de absorbancia UV-Vis obtenidas en línea en diferentes sitios fueron utilizadas, con un total de 5705 espectros de absorbancia UV-Vis: cuatro sitios experimentales en Colombia (Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) El-Salitre, PTAR San Fernando, Estación Elevadora de Gibraltar y un Humedal Construido/Tanque de Almacenamiento) y un sitio en Austria (Graz-West R05 Catchment outlet). El proceso propuesto completo consta de etapas a ser aplicadas a las series de tiempo de absorbancia UV-Vis y son: (i) entradas, series de tiempo de absorbancia UV-Vis,(ii) pre-procesamiento de las series de tiempo, análisis de outliers, completar los valores ausentes y reducción de la dimensionalidad,y (iii) procedimientos de pronóstico y evaluación de los resultados. La metodología propuesta fue aplicada a la series de tiempo con diferentes características (absorbancia), esta consiste del enventaneo Winsorising como paso para la remoción de outliers y la aplicación de la transformada discreta de Fourier (DFT) para reemplazar valores ausentes. Los nuevos valores reemplazando o los outliers o los valores ausentes presentan la misma o al menos la misma forma de la serie de tiempo original, permitiendo una visión macro en la coherencia de la serie de tiempo. La reducción de la dimensionalidad en las series de tiempo de absorbancia multivariadas permite obtener menor número de variables a ser procesadas: el análisis por componentes principales (PCA) como transformación lineal captura más del 97% de la variabilidad en cada serie de tiempo (en un rango de una a seis, dependiendo del comportamiento de la series de tiempo absorbancia) y el proceso de Clustering (k-means) combinado con cadenas de Markov. Los procedimientos de pronóstico basados en señales periódicas como la DFT, Chebyshev, Legendre y Regresión Polinomial fueron aplicados y estos pueden capturar el comportamiento dinámico de las series de tiempo. Algunas técnicas de aprendizaje de máquina fueron probadas y fue posible capturar el comportamiento de las series de tiempo en la etapa de calibración, los valores de pronóstico pueden seguir el comportamiento general comparado con los valores observados (excepto ANFIS, GA y Filtro de Kalman). Por lo tanto, ANN y SVM tiene buen rendimiento de pronóstico para la primer parte del horizonte de pronóstico (2 horas). La evaluación de cada metodología de pronóstico fue realizada utilizando cuatro indicadores estadísticos tales como porcentaje absoluto de error (APE), incertidumbre extendida (EU), conjunto de valores dentro del intervalo de confianza (CI) y suma de valores de incertidumbre extendida más el conjunto de valores dentro del intervalo de confianza. El rendimiento de los indicadores provee información acerca de los resultados de pronóstico multivariado con el fin de estimar y evaluar los tiempos de pronóstico para cierta metodología de pronóstico y determinar cuál metodología de pronóstico es mejor adaptada a diferentes rangos de longitudes de onda (espectros de absorbancia) para cada serie de tiempo de absorbancia UV-Vis en cada sitio de estudio. Los resultados en la comparación de las diferentes metodologías de pronóstico, resaltan que no es posible obtener la mejor metodología de pronóstico, porque todas las metodologías de pronóstico propuestas podrían generar un amplio número de valores que permitirán complementar cada una con las otras para diferentes pasos de tiempo de pronóstico y en diferentes rangos del espectro (UV y/o Vis). Por lo tanto, es propuesto un sistema híbrido que es basado en siete metodologías de pronóstico. Así, los valores de los espectros de absorbancia pronosticados fueron transformados a los correspondientes indicadores de calidad de agua (WQI) para utilización en la práctica. Los resultados de pronóstico multivariado presentan valores bajos de APE comparados con los resultados de pronóstico univariado utilizando directamente los valores WQI observados. Estos resultados, probablemente, son obtenidos porque el pronóstico multivariado incluye la correlación presente en todo el rango de los espectros de absorbancia (se captura de forma completa o al menos gran parte de la variabilidad de las series de tiempo),una longitud de onda interfiere con otra u otras longitudes de onda. Finalmente, los resultados obtenidos para el humedal construido/tanque de almacenamiento presentan que es posible obtener apreciables resultados de pronóstico en términos de tiempos de detección para eventos de lluvia. Adicionalmente, la inclusión de variables como escorrentía (nivel de agua para este caso) mejora substancialmente los resultados de pronóstico de la calidad del agua.The monitoring of pollutants in urban sewer systems is generally conducted by sampling campaigns, and the resulting samples must be transported, stored and analyzed in laboratory. However, the developments in optics and electronics have enabled the merge of them into the UV-Vis Spectrometry. UV-Vis probes have the purpose of determining the dynamics of loads of organic materials (i.e. Chemical Oxygen Demand (COD) and Biochemical Oxygen Demand (BOD5)), nitrates, nitrites and Total Suspended Solids (TSS). In addition to the methods used for the calibration of the probes and the analysis of the time series of UV-Vis absorbance spectra, it is necessary to develop forecasting methods in order to use the online control monitoring in real time. The information from the collected data can also be used for decision making purposes and for real-time control applications. Forecasting is important for decision-making processes. Therefore, the objective of this research work was to develop either a forecasting method or forecasting methods applied to UV-Vis spectrometry time series data for online water quality monitoring in operating urban sewer systems. Five UV-Vis Absorbance time series collected at different on-line measurement sites were used, for a total of 5705 UV-Vis absorbance spectra data: four sites in Colombia (El-Salitre Wastewater Treatment Plant-WWTP, San Fernando WWTP, Pumping Station (PS) sewage called Gibraltar and constructed-wetland/reservoir-tank (CWRT)) and one site in Austria (Graz-West R05 Catchment outlet). The complete process proposed to be applied to UV-Vis absorbance time series has several stages and these are: (i) inputs, the UV-Vis absorbance time series,(ii) the time series pre-processing, outliers analysis, complete missing values and time series dimensionality reduction,and (iii) forecasting procedures and evaluation of results. The methodology proposed was applied to the time series with different characteristics (absorbance), this consists of Winsorising as a step in outlier removal and the application of the Discrete Fourier Transform (DFT) to complete the missing values. The new values replaced either outliers or missing values present the same, or almost the same, shape as the original time series, granted the macro vision of the time series coherence. Dimensionality reduction of multivariate absorbance time series allows to have less variables to be processed: PCA linear transformation captures more than 97% of variability for each time series (PC ranging from one to six, depending on absorbance time series behavior), and Clustering process (k-means) combined with Markov Chains. Forecasting procedures based on periodic signals as DFT, Chebyshev, Legendre and Polynomial Regression were applied and they can capture the dynamic behaviour of the time series. Several Machine Learning technics were tested and it was possible to capture the behaviour of the time series at calibration stage, the forecasting obtained valúes can follow the general behaviour compared with observed valúes (with exception of ANFIS, GA and Kalman Filter). Therefore, ANN and SVM have good forecasting performances for first part of forecasting horizon (2 hours). The evaluation of each forecasting methodology was done using four statistic indicators as Absolute Percentage Error (APE), Extended Uncertainty (EU), Set of observed values within Confidence Interval (CI) and sum of EU and Set of observed values within CI. The performance indicators provided valuable information about multivariate forecasting results to estimate and evaluate the forecasting time for a given forecasting methodology and determine which forecasting methodology is best suited for different wavelength ranges (absorbance spectra) at each study site s UV-Vis absorbance time series. Results from different comparison of several forecasting methodologies, highlight that there is not possibility to have a best forecasting methodology among the proposed ones, because all of them could provide a wide forecasting values that would complemented each other for different forecasting time steps and spectra range (UV and/or Vis). Therefore, it is proposed a hybrid system that is based on seven forecasting methodologies. Thus, the forecasted absorbance spectra were transformed to Water Quality Indicators (WQI) for practical uses. The multivariate forecasting results show lower APE values compared to the univariate forecasting results (APE values) using the observed WQI. These results, probably, were obtained because multivariate forecasting includes the correlation presented at whole absorbance spectra range (captures complete or at least great part of time series variability),one wavelength interferes with another and/or other wavelengths. Finally, the results obtained for a constructed-wetland/reservoir-tank system show that it is possible to obtain valuable forecasting results in terms of time detection for some rainfall events. In addition, the inclusion of runoff variables (water level in this case) improves the water quality forecasting results.Doctor en IngenieríaDoctorad

Diseño de lenguas electrónicas potenciométricas construidas con electrodos metálicos y con tecnología de capa gruesa para análisis de medios complejos

[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/10251/135954Premios Extraordinarios de tesis doctorale