氣味分析從電子鼻到質(zhì)譜：幻想到現(xiàn)實(shí)之路

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

否則，找個(gè)分析儀器問(wèn)題解決了?可能吧， 但這分析儀器提供的數(shù)據(jù)需要與統(tǒng)計(jì)學(xué)兼容!

氣味分析儀器的發(fā)展歷史

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

學(xué)材料、導(dǎo)電聚合物等傳感器為平臺(tái)的 “電子鼻”。然后英國(guó)公司關(guān)門(mén)了，法國(guó)公司的產(chǎn)

品不停更新?lián)Q代，陸續(xù)推出各種以傳感器為平臺(tái)的儀器!

法國(guó)公司的技術(shù)

首先，他們推出的是以陣列式傳感器為平臺(tái)的“電子鼻”，有 18 個(gè)傳感器......但以失敗告

終! 因?yàn)?/span> 18 個(gè)傳感器還是解決不了傳感器自身的低選擇性問(wèn)題。

他們推出 “傳感器-質(zhì)譜”來(lái)解決傳感器的低選擇性但也以失敗告終。之后, 再推出 “氣

相-傳感器” …..…基本也失敗了！為什么?

什么是低選擇性?

傳感器對(duì)產(chǎn)生氣味的 VOC，沒(méi)有足夠的判斷能力。這就是同一傳感器會(huì)同時(shí)對(duì)多種 VOC 有

響應(yīng), 沒(méi)有辦法從同一傳感器的信號(hào)中分別檢測(cè)出來(lái)自不同 VOC 的信號(hào)。

同時(shí)同一 VOC 也可以會(huì)對(duì)多個(gè)傳感器有響應(yīng)。同與哪幾個(gè)傳感器有樣，沒(méi)有辦法確定某 VOC

響應(yīng)。這就是傳感器的選擇性問(wèn)題，問(wèn)題能被解決嗎?

問(wèn)題能被解決嗎?…… 不能!

將較有選擇性的技術(shù)與傳感器配合起來(lái), 推出了“傳感器-質(zhì)譜”、“GC-傳感器”這樣的做

法是把有選擇性的技術(shù) (質(zhì)譜和 GC)與沒(méi)有選擇性的技術(shù) (傳感器)混在一起。能解決問(wèn)題嗎?

你懂的。

采用 “傳感器-質(zhì)譜”、 “GC-傳感器”來(lái)做氣味分析可以嗎? 不可能，瓶頸問(wèn)題還是在沒(méi)

有選擇性的傳感器上。

傳感器真的是這般沒(méi)用？不一定。

如果樣品是非常穩(wěn)定和干凈的，如奶粉、飲料、藥物、化妝品等受嚴(yán)格質(zhì)量監(jiān)管的產(chǎn)品，傳

感器技術(shù)可用于檢測(cè)雜質(zhì)。因?yàn)檫@些樣品從原材料開(kāi)始就有很好的質(zhì)量管理方案，檢測(cè)者對(duì)

數(shù)據(jù)的背景比較了解，傳感器可以檢測(cè)出微小變化的雜質(zhì)信號(hào)。

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(shù), 比如 GC

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

O-GC)就會(huì)遇到大問(wèn)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(lái)。但這是

不現(xiàn)實(shí)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(lái)，分析柱子能把所有的低極也會(huì)遇到問(wèn)題。原因: GC 沒(méi)有合適的氣味分

析軟件來(lái)做數(shù)據(jù)處理 (指紋圖式統(tǒng)計(jì)學(xué)分析)

GC-MS 可以嗎?也不可以! 為什么?GC-MS 所有的信號(hào)都是以單個(gè)組分別顯示的…..統(tǒng)計(jì)學(xué)式

分析比較困難！如果 GC-MS 的所有信號(hào)都顯示在一組數(shù)據(jù)就可以用統(tǒng)計(jì)學(xué)進(jìn)行分析？理論

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

就可以!

采用獨(dú)立的 MS 有什么優(yōu)點(diǎn)?

1. MS 對(duì)樣品的極性沒(méi)有限制!

2. 所有 VOC,所得信號(hào)是來(lái)自樣品的 保存了氣味的 “整體” 性!

3. MS 不受載氣對(duì)氣味的干擾!

4. 所有數(shù)據(jù)都在同一檔案, 容易用統(tǒng)計(jì)學(xué)來(lái)分析。氣味分析一定是靠統(tǒng)計(jì)學(xué)來(lái)分析數(shù)據(jù)的!

有什么 MS 可以供選擇?

答案取決于應(yīng)用:

溯源? 定量? 定性? 氣味等級(jí)分析?

在這里, 我們只探討氣味等級(jí)分析!

題外話…

“GC-傳感器” 和 “嗅感-GC” 的關(guān)系?在 “GC-傳感器” 系統(tǒng)里, 它大約擁有 6 個(gè)“嗅

感-GC”傳感器是采用操作員的鼻子分別是前者可以采用統(tǒng)計(jì)學(xué)來(lái)分析數(shù)據(jù)臺(tái)的生產(chǎn)廠家知

道 “嗅感-GC” 的問(wèn)題 (的主觀性), 可惜 “GC-傳感器”傳感器平數(shù)據(jù)分析還是采用了沒(méi)

有選擇性的傳感器作為檢測(cè)器!

遇到問(wèn)題：

•所有化學(xué)分析都需要標(biāo)樣。氣味標(biāo)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(yè)界一直希望用儀器解決這個(gè)課題。

GC 分析柱有其局限性，不能對(duì)極性較高的 VOC 進(jìn)行檢測(cè), 也不能對(duì)氣味的 “整體” 性

進(jìn)行全面分析。之后有陣列傳感器式電子鼻…. 但現(xiàn)在你知道這是沒(méi)有用的了!陣列式電子

鼻的賣(mài)點(diǎn)是高靈敏度的傳感器 (金屬氧化物、電導(dǎo)性聚合物、電化學(xué)材料等) 和多樣性 (不

同類型的傳感器)。

此方案在理論上比 GC 好;因?yàn)椴僮鲉T很難將同一樣品在同一時(shí)間完整地送到不同的 GC 分

離柱上。GC 方案技術(shù)盲點(diǎn)是有限的選擇性。

低選擇性: 同一 VOC 會(huì)對(duì)不同的傳感器有響應(yīng)；同一傳感器也會(huì)對(duì)不同的 VOC 有響應(yīng)。陣

列式電子鼻內(nèi)傳感器的數(shù)量zui多是 18 個(gè)，明顯不夠。

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

在 N2 問(wèn)題上，我們的鼻子并不或 He 內(nèi)去感覺(jué)氣味的。鼻子得到的嗅感與氣味所處的環(huán)境

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

載氣。

遇到問(wèn)題：

•所以我們需要尋找一種不需要 N2 氣的 “儀器”??或 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(jí)別。

• 同時(shí), 能對(duì)空氣 (樣品的背景, 包括水汽)進(jìn)行分析…. %級(jí)別

• 只有一種分析技術(shù)!

解決方案：分析 % 級(jí)別的空氣背景 (如下圖)

空氣 (包括水汽) 的 MS 信號(hào): 基本在 45 amu 以內(nèi)

解決方案：

空氣的 MS 信號(hào): 基本在 45 amu 以內(nèi)。氣味的 VOC 信號(hào)在哪里?基本約在 45-150 amu 范

圍內(nèi)。小部分 (VOC 樣品碎片) 在 < 45 amu 區(qū)域

怎么辦?簡(jiǎn)單, 即使這些 VOC 信號(hào)與空氣信號(hào)重疊,只是空氣信號(hào)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(lái), 然后扣除背景!

只有一種分析技術(shù)!同時(shí)分級(jí)別的空氣成分析到 ppb 級(jí)別。

是什么?MS 技術(shù)！理由：能同時(shí)檢測(cè)出 % 級(jí)別的空氣 ( 水汽)包括和 ppb 級(jí)別的 VOC。氣

味 (嗅覺(jué)) 與它所處的環(huán)境有關(guān)!這是載體對(duì)嗅覺(jué)的效應(yīng)!GC, GC-MS, O-GC 和傳感器都無(wú)法

解決!

結(jié)論:

1.氣味分析技術(shù)需要考慮到氣味與載氣的關(guān)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(shè)計(jì)目的：嗅感與儀器數(shù)據(jù)來(lái)自同一樣品
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