電子鼻

電子鼻又稱氣味掃瞄器，是20 世紀90 年代發展起來的一種快速檢測食品的新穎儀器。它以特定的感測器和模式識別系統快速提供被測樣品的整體信息，指示樣品的隱含特徵。

電子鼻是模擬動物嗅覺器官開發出一種高科技產品，目前科學家還沒有全部搞清楚動物的嗅覺原理。但是隨著科技的發展，目前世界上較為權威的一些大學已經開發出具有廣泛套用的電子鼻，最著名的要數德國的漢堡大學，是當今世界的感測器領域中具有絕對權威。

它是由選擇性的電化學感測器陣列和適當的識別方法組成的儀器，能識別簡單和複雜的氣味，可得到與人的感官品評相一致的結果。

基本介紹

• 中文名：電子鼻
• 組成部分：氣味取樣操作器氣體感測器陣列等
• 目的：識彆氣味
• 屬於：電子系統

電子鼻

電子鼻是利用氣體感測器陣列的回響圖案來識彆氣味的電子系統，它可以在幾小時、幾天甚至數月的時間內連續地、實時地監測特定位置的氣味狀況。

人類嗅覺原理圖

電子鼻主要由氣味取樣操作器、氣體感測器陣列和信號處理系統三種功能器件組成。電子鼻識彆氣味的主要機理是在陣列中的每個感測器對被測氣體都有不同的靈敏度，例如，一號氣體可在某個感測器上產生高回響，而對其他感測器則是低回響，同樣，二號氣體產生高回響的感測器對一號氣體則不敏感，歸根結底，整個感測器陣列對不同氣體的回響圖案是不同的，正是這種區別，才使系統能根據感測器的回響圖案來識彆氣味。

電子鼻的核心器件是氣體感測器。氣體感測器根據原理的不同，可以分為金屬氧化物型、電化學型、導電聚合物型、質量型、光離子化型等很多類型。目前套用最廣泛的是金屬氧化物型。

電子鼻的套用場合包括環境監測、產品質量檢測（如食品、菸草、發酵產品、香精香料等）、醫學診斷、爆炸物檢測等。

工作原理

電子鼻主要由氣敏感測器陣列、信號預處理和模式識別三部分組成。某種氣味呈現在一種活性材料的感測器面前，感測器將化學輸入轉換成電信號，由多個感測器對一種氣味的回響便構成了感測器陣列對該氣味的回響譜。顯然，氣味中的各種化學成分均會與敏感材料發生作用，所以這種回響譜為該氣味的廣譜回響譜。為實現對氣味的定性或定量分析，必須將感測器的信號進行適當的預處理(消除噪聲、特徵提取、信號放大等)後採用合適的模式識別分析方法對其進行處理。理論上，每種氣味都會有它的特徵回響譜，根據其特徵回響譜可區分小同的氣味。同時還可利用氣敏感測器構成陣列對多種氣體的交叉敏感性進行測量，通過適當的分析方法，實現混合氣體分析。

電子鼻正是利用各個氣敏器件對複雜成分氣體都有回響卻又互不相同這一特點，藉助數據處理方法對多種氣味進行識別，從而對氣味質量進行分析與評定。

電子鼻識別的主要機理是在陣列中的每個感測器對被測氣體都有不同的靈敏度，例如，一號氣體可在某個感測器上產生高回響，而對其他感測器則是低回響；同樣，二號氣體產生高回響的感測器對一號氣體則不敏感，歸根結底，整個感測器陣列對不同氣體的回響圖案是不同的，正是這種區別，才使系統能根據感測器的回響圖案來識彆氣體。

電子鼻的工作可簡單歸納為：感測器陣列－信號預處理－神經網路和各種算法－計算機識別(氣體定性定量分析）。從功能上講，氣體感測器陣列相當於生物嗅覺系統中的大量嗅感受器細胞，神經網路和計算機識別相當於生物的大腦，其餘部分則相當於嗅神經信號傳遞系統。

發展簡史

1964年，Wilkens和Hatman利用氣體在電極上的氧化一還原反應對嗅覺過程進行了電子模擬，這是關於電子鼻的最早報導。

1965年，Buck等利用金屬和半導體電導的變化對氣體進行了測量，Dravieks等則利用接觸電勢的變化實現了氣體的測量。

然而，作為氣體分類用的智慧型化學感測器陣列的概念直到1982年由英國Warwick大學的Persuad等人提出，他們的電子鼻系統包括氣敏感測器陣列和模式識別系統兩部分。其中感測器陣列部分山三個半導體氣敏感測器組成。這一簡單的系統可以分辨按樹腦、玫瑰油、丁香牙油等揮發性化學物質的氣味。隨後的5年，電子鼻研究並沒有引起國際上學術界的廣泛重視。

1987年，在英國Warwick大學召開的第八屆歐洲化學感測研究組織年會是電子鼻研究的轉機。在本次會議上，以Gardner為首的Warwick大學氣敏感測研究小組發表了感測器在氣體測量方而套用的論文，重點提出了模式識別的概念，引起了學術界廣泛的興趣。

1989年，北大西洋公約研究組織專門召開了化學感測器信息處理高級專題討論會，致力於人工嗅覺及其系統設計這兩個專題。1991年8月，北大西洋公約研究組織在冰島召

開了第一次電子鼻專題會議。電子鼻研究從此得到快速發展。

1994年，Gardne:發表了關於電子鼻的綜述性文章，正式提出了“電子鼻”的概念，標誌著電子鼻技術進入到成熟、發展階段。

1994年以來，歷經十餘年的發展，電子鼻的研究取得了突飛猛進的進展。目前對於電子鼻的研究主要集中在感測器及電子鼻硬體的設計、模式識別及其理論、電子鼻在食品、農業、醫藥、生物領域的套用、電子鼻與生物系統的關係等方而。其中感測器及電子鼻硬體的設計和電子鼻在食品及農業領域的套用是電子鼻研究中的熱點。

研究進展

英國柴郡克魯城鎮的歐斯米泰克公司成功地開發出了電子鼻，試驗表明，它能“嗅”出侵蝕病人皮膚傷口的細菌，提醒醫生及時採取相應措施。

他研究的電子鼻是由32個不同的有機高分子感應器組成的矩陣，對各種揮發性化合物散發的氣味十分敏感，化合物不同，則反應不同。通常，細菌生長時會發出化學氣味，電子鼻接觸氣味後，每個感應器的電阻會各自發生變化。由於每個感應器對應一種不同的化學物質，因此32種各不相同的電阻變化組成的“格式”便分別代表了不同氣味的“指紋”。

試驗表明，電子鼻只需要數小時便可發現是否有細菌存在。而過去採用實驗室化驗的方法，通常1至3天才能得到結果。

套用

研究人員相信電子鼻將可能對尋找傷口MRSA和其他細菌的方式帶來革命性變化。MRSA是指這樣一類細菌，它們對日益普及的抗生素療法具有抵抗能力。此外，電子鼻技術還可以用於檢查其他部位的感染，幫助病人早發現，早治療。

在1993年，Pearce等人就首次把感測器套用在啤酒檢測上，實驗室製造的由12個有機導電聚合物感測器組成的系統檢測了3種近似的商品酒，有2種是釀造後再貯存的啤酒，還有1種是淡色啤酒，結果表明：這3種啤酒很容易被鑑別，而且還很快鑑別出一種人為感染的啤酒和未被感染的酒。

特點

電子鼻技術回響時間短、檢測速度快，不像其它儀器，如氣相色譜感測器、高效液相色譜感測器需要複雜的預處理過程；其測定評估範圍廣，它可以檢測各種不同種類的食品；並且能避免人為誤差，重複性好；還能檢測一些人鼻不能夠檢測的氣體，如毒氣或一些刺激性氣體，它在許多領域尤其是食品行業發揮著越來越重要的作用。並且目前在圖形認知設備的幫助下，其特異性大大提高，感測器材料的發展也促進了其重複性的提高，並且隨著生物晶片、生物技術的發展和集成化技術的提高及一些納米材料的套用，電子鼻將會有更廣闊的套用前景。

其它

研究發現，美國航天局用來監測國際空間站和太空梭內某種氣體成分的電子鼻，還可以用來檢測大腦癌細胞。這種名為“Enose”的電子鼻是由美國航天局噴氣推進實驗室研發的，設計目的是用它探測太空梭和國際空間站出現的微量的氨滲漏問題。一個由神經外科、癌症以及航天領域專家組成的研究小組，在利用這種電子鼻研究大腦癌細胞轉移時發現，電子鼻能夠區分健康細胞和癌細胞的不同“味道”，從而使醫務人員能準確判定癌細胞群的具體位置，避免其與周圍健康細胞發生混淆。

檢測癌症

以色列科學家研發出“電子鼻”（electronic nose），只要通過簡單的呼吸測試，就可以查出罹患了肺、乳腺、腸和前列腺癌的病人。 　研究小組發現，這種檢測化學物質改變的感測器不僅能分辨出健康人和惡性腫瘤病患的呼吸，還能查出這四種常見的腫瘤。 　雖然還需要更多工作來完善這項檢測技術，但初步成功已經給開發一種便宜、易於使用和攜帶的早期癌症診斷技術帶來了希望。 　以色列理工學院的庫藤說：“如果能通過大規模試驗證實早期研究的成果，呼吸檢測將和成像技術一樣，變成早期癌症診斷的方便手段。” 　庫藤和同事對177人——包括健康者和不同癌症的患者進行了呼吸檢測，要查出癌細胞生長時其表層散發出的不同化學物質。 　他們的研究發表在英國《癌症》雜誌上。而該研究所去年就發現，用黃金納米粒子製造的感測器，能夠通過呼吸測試查出肺癌。

參考技術參數

1. 主機內置微電腦系統，無需額外配置外接電腦即可實現數據的分析、存儲和輸出；

2. 全球頂級進口感測器，內含16個互動敏感感測器，每個可獨立工作，可單獨拆卸更換；

3. 感測器工作溫度：200~500℃；

4. 氣體接受室：整體不鏽鋼制結構，可長期高溫使用不變形，每個感測器具有獨立均勻分配的氣室；

5. 感測器適用範圍：香精香料，食品飲料，白酒，調味料，油脂，中藥，菸草，醫藥，包裝材料等；

6. 樣品流量：0~1.5L/min，可調；

7. 感測器清洗流量：6.5L/min，可調；

8. 設有空氣和氧氣雙通道清洗；

9. 大量數據處理方法供用戶選擇，分析結果直觀可靠。