便捷式抗坏血酸和尿酸检测系统的设计与研究

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随着生活质量的日益提高,各种疾病的患病率也在不断上升,人们对健康监测的需求日趋强烈,而人体中抗坏血酸与尿酸的含量与诸多疾病息息相关。因此,抗坏血酸和尿酸的定量检测在疾病诊断等领域占据了极为重要的地位。现有的抗坏血酸和尿酸检测方法中,应用较为成熟的色谱法检测灵敏度较高,但由于检测过程复杂、应用成本高、设备庞大等原因不适用于快速离线检测;光谱法检测时易受其他条件影响,抗干扰能力有待提高;相比之下,电化学法则能克服以上问题,具有低成本、高灵敏度、可同时检测及方便集成于小型设备等优势。本文基于电化学分析技术的检测原理及优势,根据课题组对用于抗坏血酸和尿酸检测的电极材料已有的研究基础,研发了一套用于同时测定抗坏血酸和尿酸的便捷式检测系统。本文具体完成工作如下:(1)基于电化学检测的理论研究,结合三电极体系架构,通过分析系统功能需求,提出了抗坏血酸和尿酸检测系统整体方案,主要包括硬件电路和控制程序设计、上位机软件设计以及用于滤波和特征提取的数据处理算法设计。(2)依据电化学法的检测装置对控制电路的功能要求,完成了以STM32为核心的硬件电路设计,主要包括微控制器模块、激励信号发生功能模块、恒电位功能模块、微电流检测功能模块及信号调理、通信、系统供电电路等部分。然后,完成了硬件电路控制程序的设计,主要为微控制器的程序设计,包括对各功能模块的控制流程、数据传输等。(3)为了实现检测数据的可视化以及检测结果的可视化,为本次设计的检测设备开发了配套的上位机软件。该软件采用C#语言进行设计开发,实现了数据传输、曲线绘制、数据保存等功能,通过软件可以实时观察检测结果。为了实现定量分析,需要对实验数据进行处理,因此本文还设计了针对电化学信号的数据处理算法,主要包括基于小波变换的滤波算法和信号特征提取算法。(4)系统的测试及应用研究。整合研究成果,对本文检测系统进行各模块独立调试以及系统测试,测试结果表明本检测系统能够有效稳定地工作。最后使用所设计的装置对抗坏血酸和尿酸混合溶液进行检测试验,试验结果分析表明所设计的系统满足功能要求和实验需求,可实现抗坏血酸和尿酸的同时定量检测。综上表明,本文所提出的基于电化学法的检测装置,可用于抗坏血酸和尿酸溶液的检测区分。
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