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技術文章

氣味分析從電子鼻到質譜:幻想到現實之路

閱讀:1080          發布時間:2019/9/17


氣味分析,困難在哪?會有答案嗎?唯yi可靠的分析方法?你的鼻子 (如果你沒有感冒)

否則,找個分析儀器問題解決了?可能吧, 但這分析儀器提供的數據需要與統計學兼容!

氣味分析儀器的發展歷史

上世紀 90 年代,一家英國公司和一家法國公司幾乎在同一時間推出了以金屬氧化物、電化

學材料、導電聚合物等傳感器為平臺的 電子鼻。然后英國公司關門了,法國公司的產

品不停更新換代,陸續推出各種以傳感器為平臺的儀器!

法國公司的技術

首先,他們推出的是以陣列式傳感器為平臺的電子鼻,有 18 個傳感器......但以失敗告

! 因為 18 個傳感器還是解決不了傳感器自身的低選擇性問題。

他們推出 傳感器-質譜來解決傳感器的低選擇性但也以失敗告終。之后, 再推出 

-傳感器 ..基本也失敗了!為什么?

什么是低選擇性?

傳感器對產生氣味的 VOC,沒有足夠的判斷能力。這就是同一傳感器會同時對多種 VOC 

響應, 沒有辦法從同一傳感器的信號中分別檢測出來自不同 VOC 的信號。

同時同一 VOC 也可以會對多個傳感器有響應。同與哪幾個傳感器有樣,沒有辦法確定某 VOC

響應。這就是傳感器的選擇性問題,問題能被解決嗎?

問題能被解決嗎?…… 不能!

將較有選擇性的技術與傳感器配合起來, 推出了傳感器-質譜GC-傳感器這樣的做

法是把有選擇性的技術 (質譜和 GC)與沒有選擇性的技術 (傳感器)混在一起。能解決問題嗎?

你懂的。

采用 傳感器-質譜 GC-傳感器來做氣味分析可以嗎? 不可能,瓶頸問題還是在沒

有選擇性的傳感器上。

傳感器真的是這般沒用?不一定。

如果樣品是非常穩定和干凈的,如奶粉、飲料、藥物、化妝品等受嚴格質量監管的產品,傳

感器技術可用于檢測雜質。因為這些樣品從原材料開始就有很好的質量管理方案,檢測者對

數據的背景比較了解,傳感器可以檢測出微小變化的雜質信號。


 

如果樣品不是奶粉、飲料、藥物、化妝品怎么辦?只能采用有選擇性的分析技術, 比如 GC

 MS  GC-MS。這取決于你的樣品,如果要檢測極性比較高的 VOC, GC 技術 (GC, GC-MS

O-GC)就會遇到大問題。

低極性的成分可以采用 GC?可以。如果氣味的成分都只是從低極性的 VOC 中來。但這是

不現實的……如果氣味成分都是低極性, 是否可以?如果樣品都是低極性成分:就算有一種

GC 性成分分離出來,分析柱子能把所有的低極也會遇到問題。原因: GC 沒有合適的氣味分

析軟件來做數據處理 (指紋圖式統計學分析)

GC-MS 可以嗎?也不可以! 為什么?GC-MS 所有的信號都是以單個組分別顯示的..統計學式

分析比較困難!如果 GC-MS 的所有信號都顯示在一組數據就可以用統計學進行分析?理論

上可以,但如果是這樣考慮,就無品的組分需先用 GC 把樣離了。這樣一來, 采用獨立的 MS

就可以!

采用獨立的 MS 有什么優點?

1. MS 對樣品的極性沒有限制!

2. 所有 VOC,所得信號是來自樣品的 保存了氣味的 整體 !

3. MS 不受載氣對氣味的干擾!

4. 所有數據都在同一檔案, 容易用統計學來分析。氣味分析一定是靠統計學來分析數據的!

有什么 MS 可以供選擇?

答案取決于應用:

溯源? 定量? 定性? 氣味等級分析?

在這里, 我們只探討氣味等級分析!

題外話

GC-傳感器  嗅感-GC 的關系? GC-傳感器 系統里, 它大約擁有 6 

-GC傳感器是采用操作員的鼻子分別是前者可以采用統計學來分析數據臺的生產廠家知

 嗅感-GC 的問題 (的主觀性), 可惜 GC-傳感器傳感器平數據分析還是采用了沒

有選擇性的傳感器作為檢測器!

遇到問題:

所有化學分析都需要標樣。氣味標樣并不存在。如果有,也需要靈敏的鼻子。但這是一件

很主觀的事,業界一直希望用儀器解決這個課題。

GC 分析柱有其局限性,不能對極性較高的 VOC 進行檢測, 也不能對氣味的 整體 

進行全面分析。之后有陣列傳感器式電子鼻. 但現在你知道這是沒有用的了!陣列式電子

鼻的賣點是高靈敏度的傳感器 (金屬氧化物、電導性聚合物、電化學材料等) 和多樣性 (

同類型的傳感器)


 

此方案在理論上比 GC ;因為操作員很難將同一樣品在同一時間完整地送到不同的 GC 

離柱上。GC 方案技術盲點是有限的選擇性。

低選擇性: 同一 VOC 會對不同的傳感器有響應;同一傳感器也會對不同的 VOC 有響應。陣

列式電子鼻內傳感器的數量zui多是 18 個,明顯不夠。

不管是 GC 或陣列傳感器式電子鼻,都需要 N2  He 作為載氣。這里就突顯出一個題,是

 N2 問題上,我們的鼻子并不或 He 內去感覺氣味的。鼻子得到的嗅感與氣味所處的環境

(載氣,包括水汽)有關。所以我們需要尋找一種不需要 N2 作為載氣的 儀器 He 作為

載氣。

遇到問題:

所以我們需要尋找一種不需要 N2 氣的 儀器?? He 作為載氣。有嗎?有的,

 什么儀器?

 我們需要一種不需要載氣的 VOC 首分析儀器.ppb 級別。

 同時, 能對空氣 (樣品的背景, 包括水汽)進行分析. %級別

 只有一種分析技術!

解決方案:分析 % 級別的空氣背景 (如下圖)

 

空氣 (包括水汽)  MS 信號: 基本在 45 amu 以內

解決方案:

空氣的 MS 信號: 基本在 45 amu 以內。氣味的 VOC 信號在哪里?基本約在 45-150 amu 

圍內。小部分 (VOC 樣品碎片)  < 45 amu 區域

怎么辦?簡單, 即使這些 VOC 信號與空氣信號重疊,只是空氣信號的一小部分 可以忽略!

它們也不忽略也可以, 先把空氣背景做出來, 然后扣除背景!

只有一種分析技術!同時分級別的空氣成分析到 ppb 級別。

是什么?MS 技術!理由:能同時檢測出 % 級別的空氣 ( 水汽)包括和 ppb 級別的 VOC。氣

 (嗅覺) 與它所處的環境有關!這是載體對嗅覺的效應!GC, GC-MS, O-GC 和傳感器都無法

解決!

結論:

1.氣味分析技術需要考慮到氣味與載氣的關系

2.用以 GC 做氣味分析有其自身難度,所以采或傳感器

3. MS 可能是更好的方案

方案設計目的:嗅感與儀器數據來自同一樣品
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