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传感器的鼻子能闻出恶臭气味,你相信吗?

发布时间:2023-06-28浏览:1421次

传感器技术,又称电子鼻,将人工嗅辩与仪器测定技术相结合, 模拟人的神经网络识别、测试恶臭气体,在在线、原位监测上展现出明显的优势,已成为恶臭污染源在线监测的主要手段。
 

电子鼻是传感器阵列及模式识别模块集成的分析恶臭气体的仪器。气体中的恶臭物质与传感器阵列相接触,产生输出信号。电子鼻通过多传感器信息融合及数模转化技术将交叉灵敏度的特性数据转化成恶臭气体浓度或总恶臭强度输出。

 

恶臭电子鼻中的传感器多种多样。 理想的传感器可以在常温下操作, 对恶臭化合物选择性高,响应速度快,恢复时间短、重现性好,性能稳定。 选择传感器时,首先应考虑要测定的恶臭物质的种类及浓度,其次,要熟悉不同传感器的工作原理、范围及优势,尽量选择在其优势范围内进行测定。 除此以外,还要考虑现场仪器的携带是否方便,传感器的更换是否容易等。

 

恶臭气体主要来源于石化、制药、畜牧养殖、屠宰场、污水处理厂、垃圾填埋场、造纸、印染、皮革等行业, 对人体健康和环境有很大的负面影响。

 

国外电子鼻研制工作起步较早,20 世纪 30年代就有人开始进行气体传器的研发,60 年代出现了使用电化学反应模拟人体嗅辩的装置,20 年后,随着多种气体传感器联合完成高精度的识别工作, 电子鼻的概念在国际上得到的统一界定,即“电子鼻是由多个性能彼此重叠的气体传感器的模式分类方法组成的具有识别单一和复杂气味能力的仪器”。 经过 30 年的努力,特别是20 世纪 90 年代后精密仪器制造业蓬勃发展,加快了电子鼻的发展步伐。

随着21世纪的到 来,纳米材料、软件技术、微加工技术迅 猛发展,加上研究人员的不懈努力,使电子鼻的应用再次迎来新的高潮。 如今,发达国家的电子鼻技术已达到很高水平,选择性高,精密度好,反应快速,稳定性和延展性都很好,电子鼻的应用领域已经涵盖了各行各业,如食品安全,农业、、环境保护、医学、安全保障、航空航天等。

 

美国和加拿大一些地区已经大规模使用现场仪器检测恶臭,欧洲虽然现在还不能用电子鼻执法,但已按照法规成立专家组,对电子鼻的设备定义、数模转换原则及测定结果进行考察,以期建立电子鼻的最低操作要求, 近期会出台电子鼻连续监测的基准 。最近,3D 打印技术代替蚀刻 工 艺, 使电子鼻的体积进一步减小,成本降低且携带方便, 其应用将会越来越广泛。有人预计:至 2027 年,电子鼻的交易额可达 30亿美元。

恶臭物质活性大,挥发性强,嗅阙值低,扩散时间短,瞬时浓度高,感官感受明显。 仪器分析成本高,周期长,采样至分析有时间差。 人工嗅辩方法耗时长,不能分辨单个污染物,且不能连续测定。 传感器阵列(电子鼻)方法是连续监测中最有潜力的检测技术。 电子鼻技术的成本较低,操作简单,测定快速。 可以通过算法优化,对污染物进行特征提取,实时判断物质种类及浓度、扩散方式、范围等,通过互联网和大数据系统,即可获取一定区域内恶臭污染物的分布情况,进而进行恶臭污染的预测和评估。


目前,电子鼻技术已经可以完成图像识别、多维检测等复杂任务,是恶臭气体污染源在线监测的主力军, 不远的将来,它不仅可以代替人鼻进行恶臭污染物的检测,而且与机器人技术相结合,可以完成无人参与的恶劣环境中恶臭污染的分析、识别工作。随着纳米科技的发展,电子鼻将更加小型化,精密化,便携化,相信通过一系列标准化工作,如设备的标准化认证、 标准化操作及气味标准库的建立等,电子鼻在环境恶臭污染方面一定会发挥更大的作用。