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電子鼻是什么

發(fā)布時間:2023-04-17

一、前言

目前農(nóng)副產(chǎn)品及食品行業(yè)常用的檢測方法主要有感官評價和儀器分析方法,感官評價存在著明顯的缺陷,人的嗅覺容易受到生理、心理、經(jīng)驗、環(huán)境等外界主客觀因素的影響而且容易疲勞,不利于連續(xù)工作。儀器分析方法雖在食品行業(yè)中有廣泛應(yīng)用,但對樣品前處理要求高,檢測過程漫長,耗材昂貴。這兩種檢測方法難以滿足食品工業(yè)化發(fā)展的客觀、便捷、無損的要求。

二、電子鼻的產(chǎn)生

電子鼻是模仿生物嗅覺功能的一種電子系統(tǒng),主要用來分析、識別和檢測復(fù)雜氣味和大多數(shù)揮發(fā)性化學(xué)成分。電子鼻作為一種新興智能感官儀器,是通過模擬人類嗅覺系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對檢測對象的品質(zhì)評價,主要通過氣味指紋信息對氣體或揮發(fā)性成分做定性或定量的檢測,在糧油、酒茶類、果蔬類和肉乳類等方面均有諸多報道,顯示出很好的應(yīng)用前景。

三、電子鼻技術(shù)發(fā)展歷史

人類對化學(xué)傳感器的探索已有久遠(yuǎn)的歷史,最早可追溯到19世紀(jì)末,第一個“電子鼻”是由Wilkens等在1964年利用氣體分子在電極上的氧化還原反應(yīng)研制的。

1965年Buck等利用金屬和半導(dǎo)體電導(dǎo)的變化對氣體進(jìn)行了測量,Dravieks等則利用接觸電勢的變化實(shí)現(xiàn)了氣體的測量。

然而,電子鼻的概念直到1982年由英國Warwick大學(xué)的Persuad和Dodd模仿哺乳動物嗅覺系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和機(jī)理,對幾種有機(jī)揮發(fā)氣體進(jìn)行類別分析時提出來的。

隨后的5年電子鼻研究并沒有引起國際上學(xué)術(shù)界的廣泛重視。

1987年,在英國Warwick大學(xué)召開的第八屆歐洲化學(xué)傳感研究組織年會則是電子鼻研究的轉(zhuǎn)機(jī),在本次會議上,以Gardner為首的Warwick大學(xué)氣敏傳感研究小組發(fā)表了傳感器在氣體測量方面應(yīng)用的論文,重點(diǎn)提出了模式識別的概念,引起了學(xué)術(shù)界廣泛的興趣。

1989年在北大西洋公約組織(North Atlantic Treaty Organization,簡稱NATO)的一次關(guān)于化學(xué)傳感器信息處理會議上對電子鼻做了如下定義:電子鼻是由多個性能彼此重疊的氣敏傳感器和適當(dāng)?shù)哪J椒诸惙椒ńM成的具有識別單一和復(fù)雜氣味能力的裝置。

隨后于1990年舉行了第一屆電子鼻國際學(xué)術(shù)會議。

1994年Gardner發(fā)表了關(guān)于電子鼻的綜述性文章,正式提出了電子鼻的概念,標(biāo)志著電子鼻技術(shù)進(jìn)入到成熟發(fā)展階段。

1994年以來歷經(jīng)二十余年的發(fā)展,電子鼻的研究取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)展。目前對于電子鼻的研究主要集中在傳感器及電子鼻硬件的設(shè)計、模式識別及其理論、電子鼻在食品、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)境保護(hù)、生物領(lǐng)域的應(yīng)用、電子鼻與生物系統(tǒng)的關(guān)系等方面。其中傳感器及電子鼻硬件的設(shè)計和電子鼻在食品及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用是電子鼻研究中的熱點(diǎn)。

四、電子鼻的概念及工作原理

電子鼻定義是:電子鼻是由一種有選擇性的電化學(xué)傳感器陣列和適當(dāng)?shù)淖R別裝置組成的儀器,能識別簡單和復(fù)雜的氣味。

電子鼻主要由氣敏傳感器陣列、信號預(yù)處理和模式識別三部分組成。某種氣味呈現(xiàn)在一種活性材料的傳感器面前,傳感器將化學(xué)輸入轉(zhuǎn)換成電信號,由多個傳感器對一種氣味的響應(yīng)便構(gòu)成了傳感器陣列對該氣味的響應(yīng)譜。顯然,氣味中的各種化學(xué)成分均會與敏感材料發(fā)生作用,所以這種響應(yīng)譜為該氣味的廣譜響應(yīng)譜。電子鼻正是利用各個氣敏器件對復(fù)雜成分氣體都有響應(yīng)卻又互不相同這一特點(diǎn),借助數(shù)據(jù)處理方法對多種氣味進(jìn)行識別,從而對氣味質(zhì)量進(jìn)行分析與評定。

電子鼻的工作可簡單歸納為傳感器陣列——信號預(yù)處理——神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和各種算法——計算機(jī)識別(氣體定性定量分析)。從功能上講,氣體傳感器陣列相當(dāng)于生物嗅覺系統(tǒng)中的大量嗅覺感受器細(xì)胞,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和計算機(jī)識別相當(dāng)于生物的大腦,其余部分則相當(dāng)于嗅神經(jīng)信號傳遞系統(tǒng)。

五、電子鼻的應(yīng)用領(lǐng)域

電子鼻——嗅覺測試,可應(yīng)用于很多方面,比如食品飲料、包裝、化工、制藥、煙草、環(huán)境、病原微生物快速檢測、農(nóng)殘、醫(yī)療診斷等等。


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