电子鼻

电子鼻是一种测量气味的技术系统。 为此，微电子气体传感器产生电子信号。 因此，电子鼻一词将气味的“识别”与电子传感器的技术实现结合起来。 需要注意的是，实际意义上的电子鼻是不存在的，因为气味必须由大脑来解释，而技术测量系统只提供气体浓度的数据，包括无味和有气味的气体。

电子鼻的灵感来源于生物模型——嗅觉系统。 非常简单，嗅觉系统由鼻子中的嗅觉细胞组成，这些嗅觉细胞被有气味的物质激活。 人类大约有 350 种不同类型的嗅觉细胞活跃，嗅粘膜中每种类型都有几万个。 来自相关嗅觉细胞类型的信号在嗅球（大脑的一部分）中的二尖瓣细胞上组合。 那里产生的信号主要由边缘系统处理，这也是嗅觉强烈情感联系的发源地。 气味的感知印象只是气味物质对嗅觉细胞影响的最后阶段。

进化的经验反映在人类的嗅觉上。 与所有其他感官一样，嗅觉提供生存所必需的环境信息。 为了找到食物，必须灵敏地检测其特定的气体成分。 因此，嗅觉对成熟的气味和食物的香味特别敏感。 这同样适用于危险气味（毒药）和与社会功能相关的气味。 每个人都有一种非常特殊的气味，这种气味是基因编码的。 技术测量系统缺乏这些进化条件。 具有可比信号强度的化学相似物被检测到。 还可以测量甲烷 (CH4)、二氧化碳 (CO2) 或一氧化碳 (CO) 等无味气体。

电子鼻中使用各种气体传感器代替嗅觉细胞。 它们涵盖了空气中尽可能广泛的气态化合物。 目的不是测量单个气体成分，而是提供空气样本成分的计量表示。 事实上，电子鼻类比视力更准确。 在感知过程中，视觉的三个颜色通道以三个相关强度创建了世界的彩色图像。 电子鼻的少数气体传感器（大约 6 到 40 个）也可以创建被测空气样本的图像。 该图像可以与其他测量参数相结合，在气味测量的情况下，气味浓度由人体感官嗅觉测量法测量。

一个典型的电子鼻由许多气体传感器组成，其信号在模式识别意义上通过数学方法进行处理。 这里的模式是各个传感器的信号强度相互之间的比率，可以将其想象为围绕一个公共中心（雷达图）绘制的几何模式，就像一颗具有不同长度射线的恒星。 然而，在实践中，使用了更抽象的数学方法，例如主成分分析，将模式信息映射到二维平面上，其中模式相似性在定界区域中表示。技术气体传感器不像嗅觉那样工作细胞。 嗅觉细胞含有受体分子，这些受体分子可以与一些气体发生非常特异性的相互作用，从而产生神经信号。 同时，有很高的信号放大，使极少的气体分子，非常低的浓度就足以激活嗅觉细胞。 电子鼻中使用了许多不同的技术传感器。 主要代表有：

• 基于半导体金属氧化物的传感器，简称 MOX 传感器
• 带有导电聚合物的传感器，分为独立（本征）导电聚合物和添加了导电成分（例如石墨）的聚合物。
• 利用质量效应的传感器，包括两组振荡晶体传感器（QMB/QCM 传感器）和表面声波传感器（SAW 传感器）。

这些类型的传感器中的每一种都有其自己的计量特性。 特别是，所测气体的化学范围不同。 MOS 传感器xxx测量低分子可氧化气体，极性气体成分xxx用导电聚合物测量，质量敏感传感器xxx测量高分子物质。 然而，在技术应用中，传感器在较长时间内的测量稳定性尤为重要梦想一个关键参数，因为必须获得校准信息。 因此，根据传感器的工作原理和具体应用，必须采取措施保护和控制传感器。

电子鼻中使用的气体传感器通常以特殊分组的气体传感器的形式构造，其中一些安装在单个微芯片上。 人们在这里谈到传感器阵列或化学传感器阵列。 通常使用化学传感器阵列而不是名称电子鼻。

电子鼻的测量系统并非设计为气味测量系统。 与生物嗅觉的差异太大了，其中最明显的是宽带气体传感器对完全无味气体的测量。 然而，在许多应用中，化学感应测量系统可以通过嗅觉测量通过连贯的方法和校准变成电子鼻。

为了使用气体测量系统进行气味测量，需要气味的参考数据。 标准化的测量技术是根据欧洲标准 EN 13725 的嗅觉测量法。使用这种测量方法，可以测量气味浓度，这表明气味样品必须稀释多少才能变得对普通嗅觉者来说无味。 因此，3,000 OU/m 的样品必须以 1:3,000 的比例稀释。 事实证明，嗅觉测量方法只能提供非常不确定的测量值。 多次测量或多个实验室相互比较时的波动非常大。 测量不确定度在测量值的四倍到四分之一之间。 1000 OU/m 的测量值具有 250 至 4000 OU/m 的测量不确定性区间。 不对称是由于读数的固有对数性质。

参考测量方法的这种测量不确定度对于电子气味测量系统的校准非常重要。 在数学建模中必须考虑这种影响。

电子鼻适用于持续观察气味来源。 与只能进行随机测量的人类测试嗅探器的嗅觉测量相比，使用针对应用精心定制的气味测量系统可以进行连续监测。 这对于工业厂房、污水处理技术和废物管理等有问题的气味来源是有意义的。 通过持续监测，可以为保护当地居民做出贡献。

连续气味监测的首次大规模应用可以在高端汽车上找到。 这是风扇风门控制装置，在交通拥堵或在隧道中行驶时，它会在吸入废气时自动关闭供气。 但在实际意义上，测量的不是有气味的物质，而是CO和NOx等指示气体的比值。 因此，该系统只能用于此应用程序。

电子鼻的另一个应用领域是质量监控。 食品和饮料的特点是香气和香水以及其他成分（包括无味成分）的脱气。 每当需要恒定的产物组成时，这里都可以使用电子鼻n，它特别适合确定这些脱气的恒定组成。