電子鼻-SmartNose

概述

電子鼻也可以稱為氣味分析儀或者氣味指紋分析儀，是20世紀(jì)90年代中期發(fā)展起來(lái)的一種用于分析、識(shí)別氣味物質(zhì)總體特征的新型檢測(cè)儀器。ThinkSenso電子鼻是基于仿生模擬原理，采用多種非特異性傳感器獲取樣品多層次特征信息，通過(guò)計(jì)算機(jī)模式識(shí)別模糊判斷的方式針對(duì)不同樣品的氣味進(jìn)行區(qū)分辨別的智能感官分析設(shè)備。

ThinkSenso電子鼻檢測(cè)技術(shù)主要是利用氣敏傳感器陣列對(duì)所測(cè)樣品的所有揮發(fā)出的氣體成分進(jìn)行整體響應(yīng)。主要可分為五個(gè)部分，即包括樣品的采集、傳感器陣列、信號(hào)處理呈現(xiàn)、模式識(shí)別和數(shù)據(jù)處理。理想狀態(tài)下的電子鼻傳感器可以達(dá)到與人類鼻子相比擬的靈敏性，以及可以具有可重復(fù)性和穩(wěn)定性高等優(yōu)良性能。當(dāng)所測(cè)樣品的揮發(fā)性氣體經(jīng)過(guò)傳感器陣列時(shí)，所有的傳感器與揮發(fā)的氣體發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)通過(guò)轉(zhuǎn)化為信號(hào)被采集并記錄下來(lái)。氣體化合物通過(guò)在傳感器表面不斷被吸附和洗脫，一直保持著動(dòng)態(tài)的平衡。電子鼻可以通過(guò)對(duì)樣品揮發(fā)性成分進(jìn)行檢測(cè)來(lái)反映整體的信息，也可以通過(guò)觀察比較不同傳感器對(duì)不同樣品物質(zhì)響應(yīng)信號(hào)的不同，來(lái)大致反映所測(cè)樣品的揮發(fā)性氣體含有某一類組分的氣體。

原理圖：

電子鼻的主要檢測(cè)對(duì)象是揮發(fā)性的風(fēng)味物質(zhì)。電子鼻檢測(cè)系統(tǒng)中配備的10~14或更多個(gè)不同的金屬氧化物傳感器對(duì)醇類、醛類、烷烴類、碳氧化合物、氮氧化合物、芳香類化合物等有機(jī)物質(zhì)有很好的選擇性。當(dāng)一種或多種風(fēng)味物質(zhì)經(jīng)過(guò)電子鼻時(shí)，該風(fēng)味物質(zhì)的“氣味指紋”能被傳感器感知并經(jīng)過(guò)特殊的智能模式識(shí)別算法提取。不同風(fēng)味物質(zhì)的“氣味指紋”信息不同，某些特定的風(fēng)味物質(zhì)（樣品的特征風(fēng)味）可以表征樣品在不同的原料產(chǎn)地、不同的收貨時(shí)間、不同的加工條件、不同存放環(huán)境等多變量影響下的綜合質(zhì)量信息。樣品氣味可以被電子鼻檢測(cè)系統(tǒng)學(xué)習(xí)和識(shí)別。用戶通過(guò)PCA、DFA、SIMCA、PLS、Euclidean Dis歐氏距離、CORRELATION相關(guān)系數(shù)、MAHALANOBIS馬氏距離、DP dis個(gè)體識(shí)別率、DI dis區(qū)分指數(shù)、Scores Dd得分值分離度、Eigenvalue Dd特征值分離度等等自帶的智能算法就能直觀的得測(cè)試結(jié)果圖。電子鼻主要適用于檢測(cè)含有揮發(fā)性物質(zhì)的液體、固體樣品。

應(yīng)用領(lǐng)域：

食品：酒類，飲料，茶葉，水產(chǎn)品，畜產(chǎn)品，禽肉蛋制品，蜂產(chǎn)品， 食用油，糧食貯存，果蔬及加工產(chǎn)品，乳及乳制品，調(diào)味料及發(fā)酵食品，各種湯料，香精香料，保健食品等。

制藥：中藥原料鑒別，中藥飲片品質(zhì)控制，西藥配方，氣味分析等。

煙草：各種藥草的產(chǎn)地、等級(jí)、品種判斷、成品煙煙氣分析。

化工：化妝品，化工原料等品質(zhì)及工藝控制等。

環(huán)境：惡臭污染，氣體泄漏，污水氣味監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)檢查。

醫(yī)療診斷：通過(guò)病人呼出氣體檢查響應(yīng)疾病，腫瘤篩查，消化功能等。

主機(jī)技術(shù)參數(shù)

1. 傳感器：14個(gè)金屬氧化物傳感器。

2. 傳感器核心工作溫度：200-400℃。

3. 傳感器氣室：傳感器艙室材料為鋁合金腔體。

4. 氣源：外接空氣發(fā)生器或鋼瓶。

5. 壓力調(diào)節(jié)范圍：0.05-0.15MP，推薦0.1MP。

6. 樣品檢測(cè)流量：0.6—1.2L/min無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。

7. 傳感器清洗流量：1-6L/min，手動(dòng)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。

8. 采樣系統(tǒng)：利用進(jìn)樣針、定量環(huán)（10ml）和空氣壓縮機(jī)（或鋼瓶）進(jìn)行采樣。利用進(jìn)樣針采樣后，注入定量環(huán)中，利用氣壓把被測(cè)樣品和過(guò)濾后的載氣一起帶入到檢測(cè)氣室。

9.采樣系統(tǒng)壽命：非耗材，連續(xù)工作時(shí)間（滿負(fù)荷，24小時(shí)不間斷測(cè)試）5年以上。

10.數(shù)據(jù)采集分析軟件：可以調(diào)節(jié)檢測(cè)流量，設(shè)置采集時(shí)間；可以任意選擇測(cè)試的傳感器以及顯示樣品的相應(yīng)曲線和雷達(dá)分布圖。完整智能模式識(shí)別以及分析系統(tǒng)，包括PCA主成分分析、SIMCA分析、DFA判別函數(shù)分析、PLS偏最小二乘法、傳感器貢獻(xiàn)率分析方法等多種方法。

11.儀器顯示：主機(jī)通過(guò)USB線連接電腦，軟件裝在電腦上，在電腦顯示屏屏上顯示實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)處理過(guò)程。

12.連續(xù)工作：電子鼻主機(jī)可連續(xù)保持不斷電狀態(tài)，測(cè)試性能穩(wěn)定，不受影響。

13.應(yīng)用領(lǐng)域：適用于檢測(cè)含有揮發(fā)性物質(zhì)的氣體、液體和固體樣品。在酒類、飲料、茶葉、水產(chǎn)品、畜產(chǎn)品、禽蛋肉制品、蜂產(chǎn)品、食用油、糧食、果蔬及加工品、乳制品、調(diào)味品及發(fā)酵食品、各種湯料、香精香料、保健食品等食品的品質(zhì)和質(zhì)量控制，真假辨別，貨架期和新鮮度評(píng)價(jià)，原產(chǎn)地保護(hù)，不同品牌、不同品種和不同加工方法樣品的區(qū)分辨別，樣品感官屬性的定性和定量分析等方面得到了充分的應(yīng)用。

14.主機(jī)尺寸：495mm*245mm*410mm

15.主機(jī)重量：15KG

16.主機(jī)功率：80W

自動(dòng)進(jìn)樣器技術(shù)參數(shù)

1.進(jìn)樣方式：全自動(dòng)頂空進(jìn)樣（軟件預(yù)設(shè)進(jìn)樣程序）

2.進(jìn)樣器工位：30位

3.頂空瓶規(guī)格：40ml

4.進(jìn)樣器尺寸：565mm*460mm*455mm

5.進(jìn)樣器重量：35KG

6.進(jìn)樣器功率：250W

應(yīng)用舉例：

智能電子鼻以其穩(wěn)定性、客觀性、普遍性、可重復(fù)性的優(yōu)點(diǎn)，可以作為經(jīng)典人工感官評(píng)價(jià)的有效補(bǔ)充和延申。以下是部分案例，謹(jǐn)為拋磚引玉，希望能對(duì)您的應(yīng)用開(kāi)發(fā)有所啟發(fā)。

1.電子鼻-SmartNose在判斷產(chǎn)品相似度中的應(yīng)用

判別函數(shù)分析（LDA）結(jié)果圖中，圖中各個(gè)樣品分布在圖中的不同區(qū)域內(nèi)，且相互之間沒(méi)有重疊，重復(fù)性較好；DI值為100.00%，說(shuō)明每個(gè)樣品可以被區(qū)分開(kāi)。可以看到樣品3（檸檬蒸餾酒）和4（芒果蒸餾酒）聚集在一起，樣品8芒果米酒（不銹鋼陳釀）和9芒果酒（橡木桶陳釀）聚集在一起，樣品5（種植大果山楂酒）6（獼猴桃酒）7（丹桂酒）被劃分到同一區(qū)域中，樣品1（銀桂酒）2（檸檬發(fā)酵酒）10（丹桂酒）則在另一區(qū)域中。綜合上述結(jié)果來(lái)看，各個(gè)種類的果酒在滋味上是有區(qū)別的；蒸餾法制得的酒在滋味上相近，說(shuō)明酒的制作方式（蒸餾與非蒸餾）對(duì)酒的滋味具有一定的影響，不同種類蒸餾酒之間的差異小于同種原料不同制作方式的樣品。

2. 電子鼻-SuperNose在黃酒異樣品排查中的應(yīng)用

由不同黃酒樣品傳感器響應(yīng)雷達(dá)圖可知，A1/A2/A3號(hào)樣品的雷達(dá)圖較為接近，A4與這3種樣品的氣味響應(yīng)信號(hào)相差較大。他們的氣味差異主要體現(xiàn)是在1、2、4、6、7、9、10、11號(hào)傳感器上。對(duì)于四個(gè)樣品來(lái)說(shuō)，進(jìn)行傳感器優(yōu)化，優(yōu)化的傳感器結(jié)果為：S11_P_S7_P_S6_P。PCA圖中，橫坐標(biāo)表示主成分所占整體信息量的百分比，縱坐標(biāo)表示第二主成分所占整體信息量的百分比。在圖中DI值為94.63 %,說(shuō)明主成分分析法的整體區(qū)分效果很好，主成分1和主成分2的總貢獻(xiàn)率為99.95%，基本可以代表樣品全部信息。圖中，各樣品的重復(fù)性較好。此外，樣品1-3聚集在一起，4單獨(dú)在自己的區(qū)域，說(shuō)明樣品1-3的氣味信息比較相似，4和他們區(qū)別較大。說(shuō)明在生產(chǎn)過(guò)程中，1/2/3號(hào)階段均生產(chǎn)正常，4號(hào)時(shí)出現(xiàn)了生產(chǎn)異常，需要排查問(wèn)題關(guān)鍵所在。

3. 電子鼻-iNose在八角含量預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

以樣品實(shí)際質(zhì)量分?jǐn)?shù)為橫坐標(biāo)，電子鼻輸出結(jié)果為縱坐標(biāo)，進(jìn)行PLS線性擬合，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.9896，其預(yù)測(cè)八角液質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均相對(duì)誤差為6.8%，小于10%。對(duì)于香料這樣一個(gè)組成和結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜的植物組織，可以認(rèn)為，模型較好地預(yù)測(cè)了八角煮制液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

4. 電子鼻-iNose在雞肉檢測(cè)中的應(yīng)用

在圖中DI值為94.2%,說(shuō)明主成分分析法的整體區(qū)分效果很好。樣品2、3的氣味較為相近，1、4號(hào)樣品的氣味與這兩個(gè)樣品有較大差異。結(jié)合人的感官認(rèn)知結(jié)果，4號(hào)樣品氣味佳，2、3號(hào)樣品的氣味較差，這與電子鼻結(jié)果中2、3號(hào)樣品離得較近，而與其他樣品離得較遠(yuǎn)相一致。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以推測(cè)，與糖進(jìn)行美拉德反應(yīng)要想得具有較佳氣味的產(chǎn)物，需要雞肉蛋白酶解控制在一定的分子量，酶解過(guò)度（樣品3）或不足（樣品2）都可能導(dǎo)致反應(yīng)產(chǎn)物氣味不佳。