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电子鼻与空气质量

电子鼻仪器也被人们称为嗅觉指纹分析仪或者是气味指纹分析仪,作为一款气味分析设备,电子鼻的出现,在生产生活上面获得了广泛的应用,成为了气味检测分析的得力助手。那这种仪器具体是什么呢?它又有什么样的作用呢?


什么是电子鼻


电子鼻主要由气味取样操作器、气体传感器阵列和信号处理系统三种功能器件组成。电子鼻识别气味的主要机理是在阵列中的每个传感器对被测气体都有不同的灵敏度,例如,一号气体可在某个传感器上产生高响应,而对其他传感器则是低响应,同样,二号气体产生高响应的传感器对一号气体则不敏感,归根结底,整个传感器阵列对不同气体的响应图案是不同的,正是这种区别,才使系统能根据传感器的响应图案来识别气味。

电子鼻的核心器件是气体传感器。气体传感器根据原理的不同,可以分为金属氧化物型、电化学型、导电聚合物型、质量型、光离子化型等很多类型。应用最广泛的是金属氧化物型。

电子鼻仪器的作用


工程管理:食品制造中添加剂的量、工业清洗过程的控制、发酵过程的控制、天然气中人工气的量、食品工业中包装的制造管理、以及油炸或烧烤的过程管理。

品质管理:油的气味、食品的新鲜度、包装的散乱气体、聚合物的溶剂残渣、风味的劣化、药品气体的特性、树脂、饮料的香味等。

环境安全管理:废水净化过程气体散逸、肥料气味、过滤过程管理、演播室空气中有机溶剂、细菌识别、泄漏控制、燃烧管理。

电子鼻与空气质量


2015年央视记者柴静拍摄的纪录片《穹顶之下》点燃了国人对空气污染的讨论热情。在人类赖以生存的大气环境里,充满了呼吸必须的氧气,也存在对人体有害的氮氧化物、二氧化硫、二氧化碳等气体,以及PM2.5等颗粒物。大气污染,在不知不觉中侵蚀着人体的健康,轻者带来身体不适,重者引起癌症等恶性疾病。室内污染和车内空气污染,以装修建材和汽车内饰挥发的甲醛、苯等挥发性有机化合物(VOC)等为罪魁祸首,严重的污染会引起视线模糊、青少年记忆力下降、胎儿畸形、白血病等。

一些生产型企业对车间内空气安全的疏忽,而发生特别重大的事故,可能就会造成上百上千人死亡。车间内气体、颗粒物浓度监控及管线泄露探测(如粉尘、氧气、一氧化碳、硫化氢、卤素气体、煤气、天然气等)对安生生产的重要性不言而喻。另外一个场景,医生或者医学研究者需要测量培养基增养的细菌样本的气体成本以及呼气气体中所包含的特定的体现病理情况的气体成分,为病情诊断提供确实可信的数据信息。


以上设置的场景,靠人体鼻子是无法精确识别出各种气体的存在及其含量的,而气体传感器却拥有人类“闻所未闻”的能力。集成气体传感器的气体探测设备已经应用于国防和工业安全,并形成了一个高度管制和成熟的市场。但是人类社会面临的空气质量问题,以及环境保护意识的不断增强,为气体传感器创造了新的应用和市场机会,如大气、室内和车内空气质量监测。

随着物联网技术的发展和应用,越来越来也多的气体传感器参与到空气质量检测与治理当中。在一些城市地区会在排放有毒有害气体的企业附近,设置一个个“电子鼻”矩阵,里面安放着各种用于监测环境空气的传感设备。虽然外表看起来十分普通,但是“电子鼻”的功能却很强大,它不但能够监测到周围空气中H2S(硫化氢)和NH3(氨气)、VOC(挥发性有机化合物)等大气污染物的浓度,还能够通过这些传感器“感知”到周围的气味浓度。


这些传感器可以模仿人的鼻子进行工作,但是远比人类的鼻子敏感,它们可以依据之前输入的数据模型对有害或者异味气体浓度进行准确的判断。分布在各个重点异味源周边的“电子鼻”不但能够在线实时监测异味源的排放情况,还能够及时启动预警,帮助环境监察执法人员快速“锁定”排放源,及时对污染排放企业进行管理。

异味的发生具有瞬时性和不确定性,在城市大气异味治理过程中,存在着大气污染源定位困难、缺乏监测执法手段等问题。比如采取人工采样与嗅辨员嗅辩方式进行执法时,在接到信访投诉到环境监察执法人员赶到现场之间存在着时间差,难以及时采集到有效证据,对于异味源的准确判断十分困难。

但是“电子鼻”的投入使用将让这种困境得到很好的解决,它们实现了对企业周边污染排放“第一时间采样、第一时间监测、第一时间预警”。每个电子鼻收集到的数据信息通过物联网实时传送到监控终端平台,一旦电子鼻发生预警,监控人员将立即根据实时数据进行研判。如果排放物浓度接近超标值,将提醒企业注意,及时处理,预防污染事故发生,最大程度减少异味对居民生活的影响,保护人民的生命财产安全。

慧闻科技设计并制作的 IDM-D02 电子鼻系统由含 32 个不同气体传感器阵列、数据采集传输模块和数据处理软件组成,可以完成专业级的气体和气味识别测试的移动式一体化数据采集。IDM-D02电子鼻系统是模拟动物的嗅觉功能,结合现代高科技加工技术制作的气体传感器、电路结构和气体采样方法为一体的阵列传感器数据采集仪。

气体传感器是可以将气体或气味转换成电信号输出的器件。因为每个传感器对于不同的气体或气味有着不同的响应程度和响应特征,将多个气体传感器组合成一个整体对未知气体或气味进行训练测试,选择合适的响应特征和算法,可以将测试结果形成一个专门的“指纹”。如果使系统“记住”这些“指纹”,而且累计足够的“指纹”,可以对广泛的未知气体或气味进行定性、定量的识别,实现嗅觉的功能。


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