Τι είναι η ηλεκτρονική μύτη;

[ad_1]

Εισαγωγή

Το Electronic Nose (eNose) είναι μια συσκευή που χρησιμοποιείται για την ανίχνευση και την αναγνώριση οσμών/ατμών, δηλαδή μια συσκευή όσφρησης μηχανής με μια σειρά από χημικούς αισθητήρες.

Εναλλακτικά, σύμφωνα με τον ορισμό των Gardner και Bartlett (1994). [3]:

«Η ηλεκτρονική μύτη είναι ένα όργανο που περιλαμβάνει μια σειρά ηλεκτρονικών χημικών αισθητήρων με μερική εξειδίκευση και ένα κατάλληλο σύστημα αναγνώρισης προτύπων, ικανό να αναγνωρίζει απλές ή πολύπλοκες οσμές».

Η πιο κοινή χρήση αυτή τη στιγμή για το eNose είναι στις βιομηχανίες τροφίμων και ποτών. Εκτός από αυτό το πεδίο, το eNose μπορεί να χρησιμοποιηθεί και σε άλλους τομείς όπως η ποιοτική και ποσοτική ανάλυση πετρελαίου, η ανίχνευση εκρηκτικών, οι μελέτες ταξινόμησης και αποδόμησης των ελαιολάδων, η ανάπτυξη ανιχνευτή οσμών πεδίου για περιβαλλοντικές εφαρμογές, εφαρμογές ποιοτικού ελέγχου στην αυτοκινητοβιομηχανία , διάκριση μεταξύ καθαρών και μολυσμένων θηλών αγελάδων σε σύστημα αρμέγματος, ανάλυση καλλυντικών πρώτων υλών, καθώς και πολλούς άλλους σημαντικούς τομείς, όπως στον ιατρικό και διαστημικό τομέα.

Η αρχή του eNose είναι ότι χρησιμοποιεί μια σειρά αισθητήρων, είτε με τη μορφή διαφορετικών τύπων πολυμερών είτε μέσω της χρήσης ημιαγωγών οξειδίου μετάλλου, η αρχή εδώ εξακολουθεί να είναι η ίδια.

Όταν μόρια από οποιοδήποτε στοιχείο εναποτίθενται στην επιφάνεια του αισθητήρα, η ηλεκτρική αγωγιμότητα αλλάζει, καθώς και όταν η επιφάνεια διαστέλλεται. Αυτή είναι η βασική ιδέα για το πώς λειτουργεί το eNose, δηλαδή αλλαγή της αντίστασης του αισθητήρα όταν ο αισθητήρας εκτίθεται σε οσμές/ατμούς.

Το σχέδιο που εμφανίζεται στην οθόνη για κάθε συγκεκριμένη αντίσταση είναι μοναδικό (δηλαδή ο τύπος οσμής ή ατμού ενός συγκεκριμένου δείγματος). Με αυτόν τον τρόπο είναι δυνατή η διάκριση ενός δείγματος από ένα άλλο ή η κατάσταση/κατάσταση του ίδιου του δείγματος, καθώς το headspace από κάθε δείγμα έχει μια μοναδική υπογραφή στην αντίσταση των αισθητήρων eNose.

Σύντομη Ιστορία

Είναι δύσκολο να επισημάνουμε την ακριβή ημερομηνία «πότε και πώς» προέκυψε η ιδέα του σχεδιασμού ενός συστήματος, το οποίο μπορεί να μιμείται την ανθρώπινη μύτη. Ωστόσο, οι ακόλουθες ημερομηνίες με συσκευές παρέχουν μια καλύτερη κατανόηση του τρόπου με τον οποίο προχώρησε ο σχεδιασμός για ένα σύστημα μηχανικών συσκευών όσφρησης (MOD). Ο σχεδιασμός του MOD οδήγησε τελικά στη σύλληψη του eNose.

Λάβετε υπόψη ότι ένα eNose διαφέρει από άλλους τύπους MOD έχοντας απλώς πολλαπλούς αισθητήρες, ενώ άλλες συσκευές μπορεί να έχουν μόνο έναν αισθητήρα ή απλώς ο ίδιος ο μηχανισμός διαφέρει ουσιαστικά από τις βασικές αρχές λειτουργίας του eNose.

Η ονομασία MOD, επομένως, καλύπτει συσκευές όπως eNoses, δηλαδή συσκευές με πολλαπλούς αισθητήρες, καθώς και συσκευές με απλούς αισθητήρες – ή συσκευές που λειτουργούν με διαφορετικές αρχές σχεδιασμού.

Οι τέσσερις ακόλουθες ημερομηνίες είναι σημαντικές στην ιστορία και την ανάπτυξη του eNose:

1. Η κατασκευή του πρώτου αισθητήρα αερίου, Hartman 1954

2. Κατασκευή συστοιχίας 6 τερμίστορ, Moncrief 1961

3. First Electronic Nose, Persaud and Dodd, 1982

4. Συστοιχία Ikegami (Hitachi Research Laboratory, J) για ποιότητα οσμής – 1985

Ως εκ τούτου, η πρώτη καταγεγραμμένη επιστημονική προσπάθεια χρήσης συστοιχιών αισθητήρων για την μίμηση και την κατανόηση της όσφρησης των θηλαστικών πραγματοποιήθηκε από τους Persaud και Dodd το 1982. [3]στο Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας του Πανεπιστημίου του Μάντσεστερ.

Κατασκευάστηκε μια συσκευή με μια σειρά από τρεις αισθητήρες αερίου μεταλλικού οξειδίου που χρησιμοποιούνται για τη διάκριση μεταξύ είκοσι οσμών ουσιών. Χρησιμοποιώντας οπτική σύγκριση για τις αναλογίες των αποκρίσεων του αισθητήρα, έλαβαν την ταξινόμηση προτύπων.

Το ίδιο το όνομα “Electronic Nose” χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά το 1988 και έχει έρθει σε κοινή χρήση “ως γενικός όρος για μια σειρά από αισθητήρες χημικών αερίων που είναι ενσωματωμένοι σε μια συσκευή τεχνητής όσφρησης” [3][4] μετά την εισαγωγή αυτού του τίτλου σε ένα συνέδριο που κάλυψε αυτόν τον τομέα στην Ισλανδία το 1991. Από εκείνο το σημείο, η ιδέα και οι αρχές του eNose αναπτύχθηκε και εξελίχθηκε σε διαφορετικά πεδία σε όλο τον κόσμο.

Ιστορικά μιλώντας, υπάρχουν δύο διαφορετικοί τύποι eNoses (Pearce 1997):

  1. Παράδοση στατικής οσμής.
  2. Συστήματα μαζικής ροής.

Όπως υποδηλώνουν τα δύο ονόματα, ο βασικός μηχανισμός για τον πρώτο τύπο είναι ότι δεν υπάρχει ροή οσμής, αλλά απλώς μια φιάλη περιέχει τη διάταξη αισθητήρων με έναν ανεμιστήρα στην κορυφή για να κατανέμει τη ροή μέσα στη φιάλη. Αυτός ο τύπος ήταν ο σχεδιασμός του πρώτου eNose το 1982.

Ο δεύτερος τύπος που είναι πολύ δημοφιλής τώρα είναι όπου η μυρωδιά ρέει μέσα στο σύστημα. Τα περισσότερα σχέδια eNoses γίνονται με αυτόν τον τρόπο.

Για να ολοκληρώσουμε αυτή τη σύντομη ιστορική θεώρηση σχετικά με το eNose, είναι καλή ιδέα να δούμε τη βασική σχηματική σύγκριση μεταξύ ανθρώπινης και ηλεκτρονικής μύτης [6]συνοψίζονται στις δύο επόμενες ενότητες.

Η ανθρώπινη μύτη[6]

Υπάρχουν εκατομμύρια αυτοπαραγόμενοι υποδοχείς (πάνω από 100 εκατομμύρια) με κατηγορίες επιλεκτικότητας που μπορεί να κυμαίνονται από 10 έως 100.

Η ανθρώπινη μύτη είναι πολύ προσαρμοστική, αλλά σε αντίθεση με την eNose, μπορεί να συμβεί κορεσμός και αυτός είναι ένας από τους λόγους για τους οποίους λειτουργεί μόνο για μικρά χρονικά διαστήματα. Μπορεί να εντοπιστεί ποικιλία οσμών, καθώς μπορεί να ανιχνεύσει ορισμένα συγκεκριμένα μόρια, αλλά δεν μπορεί να ανιχνεύσει κάποιους άλλους τύπους απλούστερων μορίων.

Ως βιολογικό σύστημα, μπορεί να λάβει χώρα μόλυνση, η οποία μπορεί να επηρεάσει την ικανότητα όσφρησης.

Και τέλος, η όσφρηση μπορεί να συσχετιστεί με διάφορες εμπειρίες και μνήμη.

Το eNose [6]

Περίπου 5 – 100 χημικοί αισθητήρες αντικαταστάθηκαν χειροκίνητα. Σε σύγκριση με την ανθρώπινη μύτη, δεν είναι δυνατό να μειωθεί αυτόματα ο αριθμός των σημάτων σε ένα συγκεκριμένο.

Καθώς το eNose συνεχίζει να αναπτύσσεται, είναι πιθανό στο μέλλον να γίνει προσαρμοστικό, είναι επίσης απίθανο να κορεστεί και μπορεί να λειτουργήσει για μεγάλα χρονικά διαστήματα.

Εάν παρέχεται υλικό αναγνώρισης προτύπων στη συσκευή, τότε μπορεί να προκύψει νέα επεξεργασία σήματος σε πραγματικό χρόνο. Σε αντίθεση με την ανθρώπινη μύτη, το eNose πρέπει να εκπαιδεύεται για κάθε εφαρμογή. Μπορεί να ανιχνεύσει απλά μόρια, αλλά δεν μπορεί να ανιχνεύσει μερικά πολύπλοκα μόρια σε χαμηλή συγκέντρωση.

Το eNose μπορεί να δηλητηριαστεί (δυσλειτουργία αισθητήρων). Ταυτόχρονα είναι δυνατό το eNose με πολλαπλούς αισθητήρες να συσχετιστεί με άλλες λειτουργίες και αναγνωρίσεις.

Πώς λειτουργεί το eNose;

Συνήθως απαιτείται ένας αριθμός παραμέτρων λειτουργίας για να μπορέσει το eNose να λειτουργήσει “στο μέγιστο αποτέλεσμα”. Αυτές οι παράμετροι λειτουργίας μπορεί να είναι:

  1. Ρύθμιση της θερμοκρασίας για την επώαση του δείγματος
  2. Το μέγεθος του δείγματος.
  3. Ο ρυθμός της ένεσης.
  4. Η ποσότητα της ένεσης.
  5. Χρησιμοποιείται ο προστιθέμενος διαλύτης.
  6. Ρυθμός ροής.
  7. Τύπος αισθητήρα.
  8. Παράμετροι λειτουργίας αισθητήρα.

Τα παραπάνω είναι απλώς παραδείγματα. Ωστόσο, μπορεί να υπάρχουν και άλλοι παράγοντες.

Όπως αναφέρθηκε εν συντομία νωρίτερα, η αρχή του eNose βασίζεται κυρίως σε έναν ή περισσότερους (μια συστοιχία) ευαίσθητων στους ατμούς ανιχνευτές (αισθητήρες). Συνήθως ο ανιχνευτής αποτελείται από ορισμένους τύπους ευαίσθητων υλικών τα οποία αλλάζουν τα χαρακτηριστικά ή η συμπεριφορά του ως απόκριση σε απορροφημένα ή προσροφημένα μόρια. Καθώς μετράμε τις αλλαγές σε κάθε αισθητήρα, μπορεί να γίνει αναγνώριση της(των) άγνωστης(ών) μυρωδιάς(ες) συγκρίνοντάς την με τα δεδομένα της βιβλιοθήκης.

συμπέρασμα

Οι συσκευές eNose έχουν αναπτυχθεί τα τελευταία 20 χρόνια για την εκτέλεση ποικίλων εργασιών αναγνώρισης σε διάφορους κλάδους. Ωστόσο, μόλις πριν από λίγα χρόνια, η πλειονότητα των εργασιών και δημοσιεύσεων που σχετίζονται με αυτόν τον τομέα περιορίζονταν ως επί το πλείστον στον τομέα της έρευνας. Αυτές τις μέρες, διάφοροι τύποι εμπορικά διαθέσιμων eNoses μπορούν να αγοραστούν οπουδήποτε στον κόσμο.

Ο λόγος για τη σχετικά γρήγορη ανάπτυξη και εμπορευματοποίηση αυτών των συσκευών είναι επειδή προσέλκυσαν νέο ενδιαφέρον για την εφαρμογή τους στους τομείς των τροφίμων, του περιβάλλοντος, της ιατρικής διάγνωσης, των βιομηχανιών, της ασφάλειας και άλλων συναφών τομέων.

[ad_2]

Source by Najib Altawell

Σχολιάστε