Einführung:

Die elektronische Nase ist ein Gerät, das den Geruch effektiver erkennt als der menschliche Geruchssinn. Eine elektronische Nase besteht aus einem Mechanismus zur chemischen Detektion. Die elektronische Nase ist ein intelligentes Erfassungsgerät, das eine Anordnung von Gassensoren verwendet, die sich zusammen mit einer Musterreorganisationskomponente selektiv überlappen. Heute haben die elektronischen Nasen einer Vielzahl von Wirtschaftszweigen, Landwirtschaft, Biomedizin, Kosmetik, Umwelt, Lebensmittel, Wasser und verschiedenen wissenschaftlichen Forschungsbereichen externe Vorteile gebracht. Die elektronische Nase erkennt das gefährliche oder giftige Gas, das für menschliche Schnüffler nicht möglich ist.

Elektronische Nase

Die Gerüche bestehen aus Molekülen, die eine bestimmte Größe und Form haben. Jedes dieser Moleküle hat einen entsprechend großen und geformten Rezeptor in der menschlichen Nase. Wenn ein bestimmter Rezeptor ein Molekül empfängt, sendet er ein Signal an das Gehirn und das Gehirn identifiziert den Geruch, der mit dem bestimmten Molekül verbunden ist. Die elektronischen Nasen arbeiten auf ähnliche Weise wie Menschen. Die elektronische Nase verwendet Sensoren als Rezeptor. Wenn ein bestimmter Sensor die Moleküle empfängt, überträgt er das Signal zur Verarbeitung an ein Programm und nicht an das Gehirn.

Funktionsprinzip der elektronischen Nase:

Die elektronische Nase wurde entwickelt, um die menschliche Geruchsbildung nachzuahmen, deren Funktionen kein separater Mechanismus sind, d. H. Der Geruch oder Geschmack wird als globaler Fingerabdruck wahrgenommen. Im Wesentlichen besteht das Instrument aus Sensorarray, Musterreorganisationsmodulen und Headspace-Abtastung, um Signalmuster zu erzeugen, die zur Charakterisierung von Gerüchen verwendet werden. Die elektronische Nase besteht aus drei Hauptteilen: Erfassungssystem, Computersystem und Probenabgabesystem.

Elektronisches Nasenblockdiagramm

Das Musterlieferungssystem: Das Probenabgabesystem ermöglicht die Erzeugung eines Kopfraums von Proben oder flüchtigen Verbindungen, bei dem es sich um eine analysierte Fraktion handelt. Das System sendet dann diesen Kopfraum in das Erfassungssystem der elektronischen Nase.

Das Erkennungssystem: Das Erkennungssystem, das aus einer Gruppe von Sensoren besteht, ist der reaktive Teil des Instruments. Bei Kontakt mit flüchtigen Verbindungen reagieren die Sensoren zu diesem Zeitpunkt und verursachen Änderungen der elektrischen Eigenschaften.

Das Computersystem: In den meisten elektronischen Nasen reagiert jeder Sensor auf spezifische Weise auf alle Moleküle. In bioelektrischen Nasen werden jedoch die Rezeptorproteine verwendet, die auf bestimmte Geruchsmoleküle reagieren. Die meisten elektronischen Nasen verwenden Sensorarrays, die auf flüchtige Verbindungen reagieren. Immer wenn die Sensoren einen Geruch wahrnehmen, wird eine bestimmte Antwort aufgezeichnet, dass das Signal in den digitalen Wert übertragen wird.

Die am häufigsten verwendeten Sensoren in der elektronischen Nase

Metalloxidhalbleiter (MOSFET)

Leitende Polymere

Quarzkristall-Mikrowaage

Piezoelektrische Sensoren

Metalloxidsensoren

Metalloxid-Halbleitersensor:

Dies wird verwendet für Schalten oder Verstärken elektronische Signale. Das Arbeitsprinzip des MOSFET besteht darin, dass in den Sensorbereich eintretende Moleküle positiv oder negativ geladen werden, was sich direkt auf das elektrische Feld im MOSFET auswirkt.

Metalloxidsensoren: (MOS)

“Wie funktioniert ein GPS-Gerät? ”

Dieser Sensor basiert auf der Adsorption von Gasmolekülen, um eine Änderung der Leitfähigkeit hervorzurufen. Diese Leitfähigkeitsänderung ist das Maß für die Menge der adsorbierten flüchtigen organischen Verbindungen.

Piezoelektrische Sensoren:

Die Adsorption von Gas an der Oberfläche des Polymers führt zu einer Massenänderung auf der Sensoroberfläche. Dies führt wiederum zu einer Änderung der Resonanzfrequenz des Kristalls.

Quarzkristall-Mikrowaage:

Dies ist eine Methode zur Messung der Masse pro Flächeneinheit durch Messung der Frequenzänderung des Kristallresonators. Dies kann in einer Datenbank gespeichert werden.

Leitende Polymere:

Leitfähige Polymergassensoren arbeiten basierend auf einer Änderung des elektrischen Widerstands, die durch die Adsorption von Gasen an der Sensoroberfläche verursacht wird.

Datenanalyse für elektronische Nase:

Die von elektronischen Nasensensoren erzeugte digitale Ausgabe muss analysiert und interpretiert werden, um bereitzustellen. Es gibt drei Haupttypen von im Handel erhältlichen Techniken.

Grafische Analyse
Multivariate Datenanalyse
Netzwerkanalyse

Datenanalyse für elektronische Nase

Die Wahl der verwendeten Methode hängt von den verfügbaren Eingangsdaten der Sensoren ab.

Die einfachste Form einer Datenreduktion ist eine grafische Analyse, die zum Vergleichen von Proben oder zum Vergleichen von Geruchsidentifizierungselementen unbekannter Analysten mit denen bekannter Quellen in Referenzbibliotheken nützlich ist.

“Welche Funktion hat ein Anemometer? ”

Die multivariate Datenanalyse generiert eine Reihe von Techniken zur Analyse von Daten, bei denen es sich um trainierte oder nicht trainierte Techniken handelt. Die nicht trainierten Techniken werden verwendet, wenn zuvor keine Datenbank mit bekannten Stichproben erstellt wurde. Die einfachste und am weitesten verbreitete untrainierte MDA-Technik ist eine Hauptkomponentenanalyse. Die elektronische Nasendatenanalyse MDA ist sehr nützlich, wenn Sensoren eine teilweise Bedeckungsempfindlichkeit gegenüber einzelnen Verbindungen aufweisen, die in einem Probenmischer vorhanden sind. Die PCA ist am nützlichsten, wenn keine bekannte Probe verfügbar ist.

Das neuronale Netzwerk ist die bekannteste und am meisten abgeleitete Analysetechnik, die in statistischen Softwarepaketen für im Handel erhältliche elektronische Nase verwendet wird.

Zum Beispiel elektronisches Nasensystem zur Erkennung von Fruchtgerüchen:

Elektronisches Nasensystem

Das vorgeschlagene elektronische Nasensystem wurde mit dem Geruch von drei Früchten getestet, nämlich Leman, Banane, Litschi. Die Gerüche wurden hergestellt, indem eine Fruchtprobe in die mit einem Deckel verschlossenen Brecher gegeben wurde. Der 8051 wurde in den Test- oder Trainingsmodus versetzt. Wenn sich das System im Trainingsmodus befindet, wird der Sensorwert auf dem LCD angezeigt. Wenn sich das System im Testmodus befindet, wird das Klassifizierungsergebnis der Zielfrucht auf dem LCD angezeigt. Das Sensorarray leitet das Gas durch das normalerweise geschlossene Ventil1. Die Vakuumpumpe wird 20 Sekunden lang eingeschaltet, um das Gas aus dem Sensorarray zu pumpen.

Gastestaufbau für das vorgeschlagene E-Nose-System

Der Wert 1 wurde geschlossen und der Sensorwiderstand wurde 60 Sekunden lang gegeben, um einen Untersuchungszustandsmodus zu erreichen. Das Klassifizierungsergebnis des Sensorkennwerts wurde auf dem LCD angezeigt. Die Sensoranordnungskammer wurde vom Fruchtprobenbrecher getrennt und das Ventil1 wurde geöffnet, um Frischluft zu erzeugen, das Ventil 2 wurde geöffnet, so dass die Gerüche abgepumpt wurden. Die Kammer wurde zwei Minuten lang mit frischer Luft belüftet.

Anwendung der elektronischen Nase:

Medizinische Diagnostik und Gesundheitsüberwachung
Umweltüberwachung
Anwendung in der Lebensmittelindustrie
Erkennung von Sprengstoff
Weltraumanwendungen (NASA)
Forschungs- und Entwicklungsindustrie
Laboratorien für Qualitätskontrolle
Die Prozess- und Produktionsabteilung
Erkennung von Drogengerüchen
Erkennung schädlicher Bakterien

Ich hoffe, Sie haben jetzt eine Vorstellung davon, wie die elektronische Nase funktioniert. bei Fragen zu diesem Konzept oder zu elektrischen und elektronisches Projekt Bitte hinterlassen Sie den Kommentarbereich unten.

Fotokredit: