电子鼻仪器关键技术优化及其对空气异味感官强度评价的探索研究

摘要

电子鼻是一种模拟人嗅觉感官评价的智能感官仪器，其具有操作简单、检测分析快、灵敏度高、可实时监控等优点，已在食品原材料、生产加工以及储运过程控制、食品掺假、食品品质评价、生物医疗、农林业、制造业等领域有诸多应用。
　　本课题以电子鼻关键技术的优化为主要目标，分别从电子鼻信号偏移校正和基于色谱柱分离的电子鼻优化两方面进行优化研究，同时探索了电子鼻在空气异味感官强度评价方面的应用方法。本文从以下三个方面进行探索:
　　(1)电子鼻原始信号偏移校正方法研究。针对实际研究应用中，电子鼻因为长时间使用而发生信号偏移问题，以构建标准校正曲线的方法来对电子鼻采集数据进行校准。选取五种电子鼻传感器相对敏感的典型气体为检测对象，然后通过不同的特征值提取方式对检测结果进行优化，分析并得到对待测物质响应良好的传感器并建立其标准校正曲线;再通过该校正曲线对不同时间采集的样品数据进行校正;最后通过分析校正后数据的稳定性和一致性对校正曲线的实用性评价，实现对电子鼻数据漂移的校正。实验结果显示:对实验数据采用电阻值变换的方法预处理后，大部分传感器的响应信号值与标准气体的浓度存在良好且稳定的线性关系，且结果稳定性较好，因此选择电阻值变换作为特征值提取方式。通过校正曲线，对实验数据进行校准后发现:大部分传感器数据的变异系数由20％以上降低至5％以下，这说明样品数据在经过校正曲线的校准后，稳定性得到了很大的提升。
　　(2)基于色谱柱分离的电子鼻研究。设计了基于色谱柱分离技术与电子鼻传感器阵列相结合的优化检测系统，并应用该方法对牛奶及奶制品的挥发性成分进行检测，最终采用主成分分析算法和支持向量机算法对对检测结果进行分析。通过在电子鼻载气系统中加入不同类型的色谱填充柱，对6种不同的牛奶及奶制品样品进行检测，分析检测结果得到适用于牛奶及奶制品样品检测的色谱填充柱类型;再应用优化后的电子鼻采集6种牛奶及奶制品样品的数据，结合支持向量机算法来建立对不同奶制品的识别模型;通过该模型可以实现对未知牛奶样品的识别与分类，为牛奶及奶制品的快速检测和人工智能感官方法奠定基础。实验结果显示:通过在电子鼻载气系统中加入色谱填充柱后，相对于不添加填充柱的电子鼻的区分能力有较大改善，并且加入非极性填充柱对牛奶及奶制品样品的区分效果最佳;通过建立的牛奶及奶制品样品的训练集模型，对未知牛奶样品识别的准确率达到了90％以上。
　　(3)电子鼻空气异味感官强度评价方法探索。根据标准嗅辨员的筛选方法建立感官嗅辨小组，根据合理的异味强度等级评定标准，对氨气、二硫化碳、硫化氢、甲硫醇和三甲胺等五种异味气体进行感官测评;通过分析感官测评结果，得到五种异味气体的异味浓度、异味强度及气体浓度相互之间关系，以构建气体浓度与异味强度的相关性模型;在感官评定结果的基础上，利用电子鼻对五种异味气体各等级强度所对应浓度的样品进行检测，构建电子鼻的响应信号值与气体浓度的相关性模型;最后结合感官测评的结果，得到电子鼻的响应信号值与异味气体的等级强度的模型关系，并利用该模型对异味环境气体进行检测分析。实验结果显示，电子鼻能够对空气异味感官评价给出准确评价。

目录

摘要

第一章 引言

1．1 研究背景

1．2 电子鼻研究概述

1．2．1 电子鼻系统结构和工作原理

1．2．2 电子鼻的应用

1．3 电子鼻研究中存在的不足

1．4 研究内容

2．1 引言

2．2 实验材料

2．3 实验方法

2．3．1 样品配制方法及参数设置

2．3．2 特征值处理方法

2．3．3 电子鼻优化实验方法

2．4 结果及讨论

2．4．1 电子鼻的原始数据结果分析

2．4．2 四种特征值处理方法稳定性比较结果分析

2．4．3 电子鼻校正结果分析

2．5 本章小结

第三章 基于色谱柱分离电子鼻关键优化技术研究

3．1 引言

3．2 实验材料与设备

3．2．1 实验材料

3．2．2 实验设备

3．3 实验方法

3．3．1 样品的制备

3．3．2 电子鼻的操作流程

3．3．3 色谱柱优化实验方法

3．3．4 建立牛奶样品识别模型实验方法

3．3．5 数据分析方法

3．4 结果与讨论

3．4．1 色谱柱优化主成分结果分析

3．4．2 基于非极性填充柱电子鼻的SVM结果分析

3．5 本章小结

第四章 基于电子鼻的空气异味感官强度评价研究

4．1 引言

4．2 实验材料

4．3 实验方法

4．3．1 基于三点比较式臭袋法空气异味感官方法的建立

4．3．2 基于电子鼻的空气异味强度方法研究

4．3．3 空气异味气体的采集方法

4．3．4 感官测评法结果数据处理方法

4．4 结果与讨论

4．4．1 基于三点比较式臭袋法空气异味强度感官结果分析

4．4．2 基于电子鼻的异味强度方法结果分析

4．4．3 基于电子鼻异味强度模型对空气异味分析结果分析

4．5 本章小结

5．1 总结

5．1．1 创新点

5．2 展望

参考文献

致谢

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