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  • 電子鼻嗅�(jué)檢測(cè)系統(tǒng)比狗鼻子還要靈敏1000�
  • �(fā)布日期:2017-03-20 瀏覽次數(shù)�4346
  •         電子�是一種氣味指紋檢�(cè)方法,其檢測(cè)�(jié)果所顯示的圖譜又被稱�氣味指紋圖譜,近十年�(lái)電子鼻快速發(fā)�,電子鼻主要利用氣味傳感器、數(shù)�(jù)處理�(shè)備和分析軟件組成的裝�,它以氣體為分析�(duì)�,通過(guò)模擬人的嗅覺(jué)系統(tǒng)�(duì)待檢氣味�(jìn)行捕捉和檢測(cè),因此這種氣味指紋檢測(cè)裝置被形象地稱為電子鼻,這種氣味指紋檢測(cè)技�(shù)又被稱為電子鼻技�(shù)。該技�(shù)是利用氣體傳感器陣列的響�(yīng)曲線�(lái)�(shí)別氣味的電子系統(tǒng)。電子鼻與普通的化學(xué)儀�,如色譜儀、光譜儀等不�,不是被�(cè)樣品各種成分的定性和定量�(jié)果,而是樣品中揮�(fā)成分的整體信��
     
            朋友們都知道狗的嗅覺(jué)是一流的,正�?yàn)樗捏@人的嗅覺(jué)�,給了人們的啟示,為研制小型、快�、靈敏的自動(dòng)分析儀提供了原�。于�,科�(xué)家模仿狗的鼻子,制成了極靈敏的電子鼻。電子鼻是一種帶有微電腦的電化學(xué)傳感器,先�(jìn)的電子鼻是用成千�(wàn)上�(gè)具有不同特性的電化�(xué)傳感器組合起�(lái)制成�。每�(gè)傳感器只能聞到某一種特定氣�,于�,這種電子鼻可以用�(lái)檢測(cè)各種染料、洛、樹(shù)�、酸、氮、苯、瓦斯以及形形色色的水果氣味�。換句話�(lái)�(shuō),什么氣味它都能聞出�(lái)。電子鼻的嗅�(jué)比狗鼻子還要靈敏1000�,現(xiàn)在已�(jīng)用來(lái)代替警犬�(jìn)行偵察,只要犯罪分子留下的氣味不超過(guò)兩天,電子鼻就能辨別出來(lái),幫助警察�(jìn)行跟蹤追��電子�是利用氣體傳感器陣列的響�(yīng)圖案�(lái)�(shí)別氣味的電子系統(tǒng),它可以在幾小時(shí)、幾天甚至數(shù)月的�(shí)間內(nèi)連續(xù)�、實(shí)�(shí)地監(jiān)�(cè)特定位置的氣味狀況� 電子鼻有兩種:一種是氣相色譜原理的電子鼻,一種是金屬氧化物半�(dǎo)體傳感器組合的電子鼻,也是意義上的電子鼻,智鼻(電子鼻)系統(tǒng)利用多�(gè)具有不同性質(zhì)的金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器組合成傳感器陣列,結(jié)合特定的智能自學(xué)�(xí)、自辨識(shí)模式�(shí)別算法構(gòu)建的一類智能嗅�(jué)仿生系統(tǒng)。它主要由三�(gè)�(jié)�(gòu)部分組成:(1)傳感器陣列�2)氣體�(jìn)樣及采樣裝置系統(tǒng)�3)智能模式識(shí)別軟件系�(tǒng)�
            電子鼻主要由氣味取樣操作�、氣體傳感器陣列和信�(hào)處理系統(tǒng)三種功能器件組成。電子鼻�(shí)別氣味的主要�(jī)理是在陣列中的每�(gè)傳感器對(duì)被測(cè)氣體都有不同的靈敏度,例�,一�(hào)氣體可在某�(gè)傳感器上�(chǎn)生高響應(yīng),而對(duì)其他傳感器則是低響應(yīng),同�,二�(hào)氣體�(chǎn)生高響應(yīng)的傳感器�(duì)一�(hào)氣體則不敏感,歸根結(jié)底,整�(gè)傳感器陣列對(duì)不同氣體的響�(yīng)圖案是不同的,正是這種區(qū)別,才使系統(tǒng)能根�(jù)傳感器的響應(yīng)圖案�(lái)�(shí)別氣�� 
           電子鼻的類型很多,其典型的工作程式是:首�,利用真空泵把空氣取樣吸取至裝有電子傳感器陣列的小容器室�。接�,取樣操作單元把已初始化的傳感器陣列暴露到氣味體中,�(dāng)揮發(fā)性化合物(VOC)與傳感器活性材料表面相接觸�(shí),就�(chǎn)生瞬�(shí)響應(yīng)。這種響應(yīng)被記錄并傳送到信號(hào)處理單元�(jìn)行分�,與�(shù)�(jù)�(kù)中存�(chǔ)的大量VOC圖案�(jìn)行比較、鑒�,以確定氣味類型。要用酒精蒸�“沖洗”傳感器活性材料表面以去除�(cè)畢的氣味混合�。在�(jìn)入下一輪新的測(cè)量之�,傳感器仍要再次�(shí)行初始化(即工作之間,每�(gè)傳感器都需用干燥氣或某些其它參�?xì)怏w�(jìn)行清�,以�(dá)到基�(zhǔn)狀�(tài))。被�(cè)氣味作用的時(shí)間稱為傳感器陣列�“響應(yīng)�(shí)�”,清除過(guò)程和參�?xì)怏w作用的初始化�(guò)程所花的�(shí)間稱�“恢復(fù)�(shí)�”� 
          在電子鼻系統(tǒng)�,氣體傳感器陣列是關(guān)鍵因素。除基本的氣相色�(GC)分析法以�,電子鼻傳感器的主要類型還有�(dǎo)電型傳感�、壓電類傳感�、場(chǎng)效應(yīng)傳感器、光纖傳感器�� 
          �(dǎo)電性傳感器的基本特�(diǎn)�,其置于揮發(fā)性化合物(VOC)�(shí)的響�(yīng)形式是電阻值發(fā)生變�。導(dǎo)電性傳感器又分為金屬氧化物傳感器和聚合物傳感器兩大類。金屬氧化物傳感器在電子鼻系�(tǒng)中應(yīng)用更廣泛,其�(jié)�(gòu)如圖1所�。此類傳感器中與VOC相接觸的活性材料是�、鋅、鈦、鎢或銥的氧化物,襯底材料一般是硅、玻�、塑料,�(fā)生接觸反�(yīng)需滿足200�400℃的溫度條件,因此在底部�(shè)置了加熱�。氧化物材料中用�、鈀等貴重金屬攙雜形成兩條金屬接觸電�。與VOC的相互作用改變了活性材料的�(dǎo)電�,使兩電極之間的電阻�(fā)生變�,這種電阻變化可用單臂電橋或其它電路來(lái)�(cè)量。事�(shí)�,一�(gè)傳感器的活性材料總是設(shè)�(jì)得對(duì)某些特定氣味響應(yīng)最靈敏�
          該傳感器的靈敏度范圍�5�50ppm。金屬氧化物傳感器的缺點(diǎn)是:(1)工作溫度較高�(2)�(jīng)�(zhǎng)�(shí)間工作之�,響�(yīng)基準(zhǔn)值易�(fā)生漂移,需要利用信�(hào)處理�(yùn)算來(lái)克服�(3)�(duì)氣體混合物中出現(xiàn)的硫化物�“中毒”反應(yīng)。但�,它有很寬的適用范圍和相�(duì)低的成本,故依然成為�(dāng)今廣泛應(yīng)用的氣體傳感�� 
          �(dǎo)電聚合物傳感器中,與VOC接觸的活性材料一般是用噻�、吲哚、呋喃等成分�(gòu)成的�(dǎo)電聚合物,當(dāng)氣體分子與上述聚合物材料接觸�(shí)�(huì)�(fā)生電離或共價(jià)作用,這種相互作用影響了電子沿聚合物鏈的傳�,即改變了導(dǎo)電�。在聚合物材料中,利用顯微組�(gòu)技�(shù)形成兩條間隔10�20μm的電�,通過(guò)在兩電極之間施加交變電壓�(lái)使聚合物電聚合化,改變電壓掃描速率,并�(yīng)用一系列聚合物前體就可產(chǎn)生各種各樣的活性材�,使不同的材料分別對(duì)不同的氣體呈特定響應(yīng)。導(dǎo)電聚合物傳感器在一般環(huán)境溫度下工作而無(wú)需加熱,因此更容易制�,其電子界面更為直接,從而在便攜式儀器應(yīng)用中有更大優(yōu)�(shì)。這種傳感器探�(cè)氣味的靈敏度可達(dá)�0.1ppm,比金屬氧化物傳感器更高,但一般在10�100ppm范圍之內(nèi)。目前導(dǎo)電聚合物傳感器的主要缺陷是:(1)活性材料電聚合�(guò)程較為困難和�(fèi)�(shí)�(2)與VOC接觸響應(yīng)存在隨時(shí)間發(fā)生飄移的�(xiàn)��(3)�(duì)濕度極為敏感,這種敏感性易掩蓋和干擾對(duì)VOC的正常響�(yīng)。另�,某些氣體會(huì)穿透聚合物材料整體,從而減慢了將VOC從聚合物中去除的�(guò)�,即延緩了傳感器的恢�(fù)�(shí)�� 壓電類傳感器的基本特�(diǎn)是,與VOC的接觸響�(yīng)形式體現(xiàn)為頻率的變化。它又分為石英晶體微量天�(QCM)傳感器和聲表面波(SAW)傳感器兩種。壓電類傳感器既可以�(cè)量溫度和�(zhì)量的變化,又可測(cè)量壓�、力和加速度等參�(shù),但在電子鼻系統(tǒng)�,它們一般只作為�(zhì)變量傳感探測(cè)器使用。QCM傳感器是一�(gè)幾毫米直徑的諧振�(pán),盤(pán)面敷有聚合物材料,每面有一�(gè)與導(dǎo)線相連的金屬電極,結(jié)�(gòu)如圖2所示。當(dāng)該傳感器受振蕩信�(hào)激�(lì)�(shí),便諧振于特征頻�(10Hz�30MHz),而一旦氣體分子被吸收到聚合物涂層表面,就增加了該�(pán)的質(zhì)�,因此降低了諧振頻率,諧振頻率的高低與所吸收的氣體分子質(zhì)量成反比。QCM傳感器對(duì)不同氣體的響�(yīng)、選擇性可通過(guò)�(diào)整諧振盤(pán)聚合物涂層來(lái)改變,而減小石英晶體的尺寸和質(zhì)�,并減小聚合物涂層的厚度,則可�(jìn)一步縮短傳感器的響�(yīng)�(shí)間和恢復(fù)�(shí)��
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