電子鼻的原理、應(yīng)用現(xiàn)狀與前景展望

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1、專業(yè)技術(shù)資料整理分享電子鼻的原理、應(yīng)用現(xiàn)狀及前景展望辛松林1楊妍2（1.四川烹飪高等?？茖W(xué)校，四川成都610072；2上海雪國高榕生物技術(shù)有限公司，上海奉賢201401）摘要：氣味指紋檢測技術(shù)又被稱為電子鼻技術(shù)，是近十年來快速發(fā)展起來的一個新興事物。本文綜述了電子鼻的檢測原理、儀器組成、特點、應(yīng)用現(xiàn)狀及前景，有助于各界對電子鼻更全面、深入的了解和認(rèn)識。關(guān)鍵詞：電子鼻；氣味；傳感器電子鼻是一種氣味指紋檢測方法，其檢測結(jié)果所顯示的圖譜又被稱為氣味指紋圖譜，是近十年來快速發(fā)展起來的一個新興事物，主要利用氣味傳感器、數(shù)據(jù)處

2、理設(shè)備和分析軟件組成的裝置，它以氣體為分析對象，通過模擬人的嗅覺系統(tǒng)對待檢氣味捕捉和檢測，因此這種氣味指紋檢測裝置被形象的稱為電子鼻，這種氣味指紋檢測技術(shù)又被稱為電子鼻技術(shù)。該技術(shù)是利用氣體傳感器陣列的響應(yīng)曲線來識別氣味的電子系統(tǒng)。電子鼻與普通的化學(xué)儀器，如色譜儀、光譜儀等不同，得到的不是被測樣品各種成分的定性和定量結(jié)果，而是樣品中揮發(fā)成分的整體信息。目前，技術(shù)較成熟電子鼻系統(tǒng)有英國Neotronicssystem和AromaScansystem、法國AlphaMOS系統(tǒng)、日本Frgaro、中國臺灣Smell和Ke

3、enWeen等，它不僅可以對不同樣品的氣味信息進行簡單的比對分析，而且可以通過采集標(biāo)樣信息建立數(shù)據(jù)庫，利用化學(xué)計量學(xué)的統(tǒng)計分析方法對未知樣品進行定性和定量分析，具有快速、便捷的特點。1.電子鼻的檢測原理l994年，英國Warwiek大學(xué)Gardner和Southampton大學(xué)Bartlett使用“電子鼻”這一術(shù)語并定義為“電子鼻是一種由具有部分選擇性化學(xué)傳感器陣列和適當(dāng)模式識別系統(tǒng)組成、能識別簡單或復(fù)雜氣味儀器”。電子鼻又稱氣味掃描儀，在檢測時充分發(fā)揮其客觀性、可靠性和重現(xiàn)性等優(yōu)點，主要用以識別、分析、檢測一些會

4、揮發(fā)成分。1.1儀器組成電子鼻檢測裝置主要由傳感器、計算機、進樣裝置、氣體處理裝置所組成。在進行氣味分別處理過程中，其核心部件為：專業(yè)技術(shù)資料整理分享氣敏傳感器陣列、運算放大器等電子線路、電子計算機。電子鼻工作原理是模擬人的嗅覺形成過程一種技術(shù)應(yīng)用。人的嗅覺系統(tǒng)由嗅覺細(xì)胞、嗅覺神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(包括多個嗅覺神經(jīng)元)和大腦組成。氣敏傳感器作為電子鼻感知氣味的基本元件相當(dāng)于人嗅覺系統(tǒng)嗅覺細(xì)胞，將多個具有不同選擇性氣敏傳感器組成陣列，利用其對多種氣體交叉敏感性，可通過不同氣味分子在其表面產(chǎn)生作用轉(zhuǎn)化為可測物理信號組。而運算放大器

5、等電子線路和電子計算機就相當(dāng)于人的大腦，信號預(yù)處理單元對信號進行特征提取后，信號進入模式識別單元接受進一步處理從而得出混合氣體組成成分和濃度。因智能氣敏傳感器陣列系統(tǒng)裝有不同類型傳感器，所以能模擬出類似鼻子復(fù)雜判斷識別系統(tǒng)。另外，在建立數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上，傳入氣體組分經(jīng)信號分析后與存儲于數(shù)據(jù)庫中該種氣體圖案進行比較鑒定后，就能快速進行系統(tǒng)化、科學(xué)化氣味監(jiān)測、鑒別、判斷和分析1.1.1氣敏傳感器陣列氣敏傳感器陣列是用于對氣味進行捕捉和檢測的氣敏傳感器，相當(dāng)于初級嗅覺神經(jīng)元。氣敏傳感器的材料為金屬氧化物、高分子聚合物材料、壓

6、電材料等制成，由具有廣譜響應(yīng)特性，交叉靈敏度較大，對不同氣體靈敏度不同等特點。氣敏傳感器與人民生活、生產(chǎn)活動關(guān)系最密切，因而引起很多人的重視和興趣。目前，氣敏傳感器種類較多，已開發(fā)出了氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器、固體電解質(zhì)氣敏傳感器、有機半導(dǎo)體氣敏傳感器、石英振子氣敏傳感器、場效應(yīng)氣敏傳感器、熱催化氣敏傳感器、表面聲波氣敏傳感器、光學(xué)氣體傳感器等8種形式，其中氧化物半導(dǎo)體和固體電解質(zhì)氣敏傳感器是主流產(chǎn)品，它們的產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣。其它各種氣敏傳感器占有的市場份額較小。1.1.2運算放大器等電子線路運算放大器是對信號進行

7、數(shù)學(xué)運算的放大電路，它曾是模擬計算機的基礎(chǔ)部件，因而得名。采用集成電路工藝制做的運算放大器，除保持了原有的很高的增益和輸入阻抗的特點之外，還具有精巧、廉價和可靈活使用等優(yōu)點，因而在有源濾波器、開關(guān)電容電路、數(shù)-模和模-數(shù)轉(zhuǎn)換器、直流信號放大、波形的產(chǎn)生和變換，以及信號處理等方面得到十分廣泛的應(yīng)用。專業(yè)技術(shù)資料整理分享如在一些自動控制系統(tǒng)中，首先要把被控制的非電量（如溫度、氣味、轉(zhuǎn)速、壓力、流量、照度等）用傳感器轉(zhuǎn)換為電信號，再與給定量比較，得到一個微弱的偏差信號。因為這個微弱的偏差信號的幅度和功率均不足以推動顯示或

8、者執(zhí)行機構(gòu)，所以需要把這個偏差信號放大到需要的程度，再去推動執(zhí)行機構(gòu)或送到儀表中去顯示，從而達(dá)到自動控制和測量的目的。運算放大器等電子線路，相當(dāng)于二級嗅覺神經(jīng)元，具有對初級神經(jīng)元傳遞過來的信息進行調(diào)節(jié)、抑制功能。1.1.3電子計算機電子計算機相當(dāng)于人或動物的大腦，能夠自動、高速地進行大量數(shù)值計算和各種信息處理與加工。除了這些硬件之外，對嗅覺信號進行處理判斷的