電子鼻 又名：electronicnose

　　電子鼻

　　電子鼻是利用氣體傳感器陣列的響應(yīng)圖案來識別氣味的電子系統(tǒng)，它可以在幾小時、幾天甚至數(shù)月的時間內(nèi)連續(xù)地、實時地監(jiān)測特定位置的氣味狀況。

　　電子鼻主要由氣味取樣操作器、氣體傳感器陣列和信號處理系統(tǒng)三種功能器件組成。電子鼻識別氣味的主要機(jī)理是在陣列中的每個傳感器對被測氣體都有不同的靈敏度，例如，一號氣體可在某個傳感器上產(chǎn)生高響應(yīng)，而對其他傳感器則是低響應(yīng)，同樣，二號氣體產(chǎn)生高響應(yīng)的傳感器對一號氣體則不敏感，歸根結(jié)底，整個傳感器陣列對不同氣體的響應(yīng)圖案是不同的，正是這種區(qū)別，才使系統(tǒng)能根據(jù)傳感器的響應(yīng)圖案來識別氣味。

　　電子鼻的核心器件是氣體傳感器。氣體傳感器根據(jù)原理的不同，可以分為金屬氧化物型、電化學(xué)型、導(dǎo)電聚合物型、質(zhì)量型、光離子化型等很多類型。目前應(yīng)用最廣泛的是金屬氧化物型。

　　電子鼻的應(yīng)用場合包括環(huán)境監(jiān)測、產(chǎn)品質(zhì)量檢測（如食品、煙草、發(fā)酵產(chǎn)品、香精香料等）、醫(yī)學(xué)診斷、爆炸物檢測等。

　　工作原理

　　電子鼻主要由氣敏傳感器陣列、信號預(yù)處理和模式識別三部分組成。某種氣味呈現(xiàn)在一種活性材料的傳感器面前，傳感器將化學(xué)輸入轉(zhuǎn)換成電信號，由多個傳感器對一種氣味的響應(yīng)便構(gòu)成了傳感器陣列對該氣味的響應(yīng)譜。顯然，氣味中的各種化學(xué)成分均會與敏感材料發(fā)生作用，所以這種響應(yīng)譜為該氣味的廣譜響應(yīng)譜。為實現(xiàn)對氣味的定性或定量分析，必須將傳感器的信號進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理(消除噪聲、特征提取、信號放大等)后采用合適的模式識別分析方法對其進(jìn)行處理。理論上，每種氣味都會有它的特征響應(yīng)譜，根據(jù)其特征響應(yīng)譜可區(qū)分小同的氣味。同時還可利用氣敏傳感器構(gòu)成陣列對多種氣體的交叉敏感性進(jìn)行測量，通過適當(dāng)?shù)姆治龇椒?，實現(xiàn)混合氣體分析。

　　電子鼻正是利用各個氣敏器件對復(fù)雜成分氣體都有響應(yīng)卻又互不相同這一特點，借助數(shù)據(jù)處理方法對多種氣味進(jìn)行識別，從而對氣味質(zhì)量進(jìn)行分析與評定。

　　電子鼻識別的主要機(jī)理是在陣列中的每個傳感器對被測氣體都有不同的靈敏度，例如，一號氣體可在某個傳感器上產(chǎn)生高響應(yīng)，而對其他傳感器則是低響應(yīng)；同樣，二號氣體產(chǎn)生高響應(yīng)的傳感器對一號氣體則不敏感，歸根結(jié)底，整個傳感器陣列對不同氣體的響應(yīng)圖案是不同的，正是這種區(qū)別，才使系統(tǒng)能根據(jù)傳感器的響應(yīng)圖案來識別氣體。

　　電子鼻的工作可簡單歸納為：傳感器陣列－信號預(yù)處理－神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和各種算法－計算機(jī)識別(氣體定性定量分析）。從功能上講，氣體傳感器陣列相當(dāng)于生物嗅覺系統(tǒng)中的大量嗅感受器細(xì)胞，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和計算機(jī)識別相當(dāng)于生物的大腦，其余部分則相當(dāng)于嗅神經(jīng)信號傳遞系統(tǒng)。

　　發(fā)展簡史

　　1964年，Wilkens和Hatman利用氣體在電極上的氧化一還原反應(yīng)對嗅覺過程進(jìn)行了電子模擬，這是關(guān)于電子鼻的最早報道。

　　1965年，Buck等利用金屬和半導(dǎo)體電導(dǎo)的變化對氣體進(jìn)行了測量，Dravieks等則利用接觸電勢的變化實現(xiàn)了氣體的測量。

　　然而，作為氣體分類用的智能化學(xué)傳感器陣列的概念直到1982年由英國Warwick大學(xué)的Persuad等人提出，他們的電子鼻系統(tǒng)包括氣敏傳感器陣列和模式識別系統(tǒng)兩部分。其中傳感器陣列部分山三個半導(dǎo)體氣敏傳感器組成。這一簡單的系統(tǒng)可以分辨按樹腦、玫瑰油、丁香牙油等揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)的氣味。隨后的5年，電子鼻研究并沒有引起國際上學(xué)術(shù)界的廣泛重視。

　　1987年，在英國Warwick大學(xué)召開的第八屆歐洲化學(xué)傳感研究組織年會是電子鼻研究的轉(zhuǎn)機(jī)。在本次會議上，以Gardner為首的Warwick大學(xué)氣敏傳感研究小組發(fā)表了傳感器在氣體測量方而應(yīng)用的論文，重點提出了模式識別的概念，引起了學(xué)術(shù)界廣泛的興趣。

　　1989年，北大西洋公約研究組織專門召開了化學(xué)傳感器信息處理高級專題討論會，致力于人工嗅覺及其系統(tǒng)設(shè)計這兩個專題。1991年8月，北大西洋公約研究組織在冰島召

　　開了第一次電子鼻專題會議。電子鼻研究從此得到快速發(fā)展。

　　1994年，Gardne:發(fā)表了關(guān)于電子鼻的綜述性文章，正式提出了“電子鼻”的概念，標(biāo)志著電子鼻技術(shù)進(jìn)入到成熟、發(fā)展階段。

　　1994年以來，歷經(jīng)十余年的發(fā)展，電子鼻的研究取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)展。目前對于電子鼻的研究主要集中在傳感器及電子鼻硬件的設(shè)計、模式識別及其理論、電子鼻在食品、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、生物領(lǐng)域的應(yīng)用、電子鼻與生物系統(tǒng)的關(guān)系等方而。其中傳感器及電子鼻硬件的設(shè)計和電子鼻在食品及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用是電子鼻研究中的熱點。

　　研究進(jìn)展

　　英國柴郡克魯城鎮(zhèn)的歐斯米泰克公司成功地開發(fā)出了電子鼻，試驗表明，它能“嗅”出侵蝕病人皮膚傷口的細(xì)菌，提醒醫(yī)生及時采取相應(yīng)措施。

　　他研究的電子鼻是由32個不同的有機(jī)高分子感應(yīng)器組成的矩陣，對各種揮發(fā)性化合物散發(fā)的氣味十分敏感，化合物不同，則反應(yīng)不同。通常，細(xì)菌生長時會發(fā)出化學(xué)氣味，電子鼻接觸氣味后，每個感應(yīng)器的電阻會各自發(fā)生變化。由于每個感應(yīng)器對應(yīng)一種不同的化學(xué)物質(zhì)，因此32種各不相同的電阻變化組成的“格式”便分別代表了不同氣味的“指紋”。

　　試驗表明，電子鼻只需要數(shù)小時便可發(fā)現(xiàn)是否有細(xì)菌存在。而過去采用實驗室化驗的方法，通常1至3天才能得到結(jié)果。

　　應(yīng)用

　　研究人員相信電子鼻將可能對尋找傷口MRSA和其他細(xì)菌的方式帶來革命性變化。MRSA是指這樣一類細(xì)菌，它們對日益普及的抗生素療法具有抵抗能力。此外，電子鼻技術(shù)還可以用于檢查其他部位的感染，幫助病人早發(fā)現(xiàn)，早治療。

　　在1993年，Pearce等人就首次把傳感器應(yīng)用在啤酒檢測上，實驗室制造的由12個有機(jī)導(dǎo)電聚合物傳感器組成的系統(tǒng)檢測了3種近似的商品酒，有2種是釀造后再貯存的啤酒，還有1種是淡色啤酒，結(jié)果表明：這3種啤酒很容易被鑒別，而且還很快鑒別出一種人為感染的啤酒和未被感染的酒。

　　特點

　　電子鼻技術(shù)響應(yīng)時間短、檢測速度快，不像其它儀器，如氣相色譜傳感器、高效液相色譜傳感器需要復(fù)雜的預(yù)處理過程；其測定評估范圍廣，它可以檢測各種不同種類的食品；并且能避免人為誤差，重復(fù)性好；還能檢測一些人鼻不能夠檢測的氣體，如毒氣或一些刺激性氣體，它在許多領(lǐng)域尤其是食品行業(yè)發(fā)揮著越來越重要的作用。并且目前在圖形認(rèn)知設(shè)備的幫助下，其特異性大大提高，傳感器材料的發(fā)展也促進(jìn)了其重復(fù)性的提高，并且隨著生物芯片、生物技術(shù)的發(fā)展和集成化技術(shù)的提高及一些納米材料的應(yīng)用，電子鼻將會有更廣闊的應(yīng)用前景。

　　其它

　　研究發(fā)現(xiàn)，美國航天局用來監(jiān)測國際空間站和航天飛機(jī)內(nèi)某種氣體成分的電子鼻，還可以用來檢測大腦癌細(xì)胞。這種名為“Enose”的電子鼻是由美國航天局噴氣推進(jìn)實驗室研發(fā)的，設(shè)計目的是用它探測航天飛機(jī)和國際空間站出現(xiàn)的微量的氨滲漏問題。一個由神經(jīng)外科、癌癥以及航天領(lǐng)域?qū)＜医M成的研究小組，在利用這種電子鼻研究大腦癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移時發(fā)現(xiàn)，電子鼻能夠區(qū)分健康細(xì)胞和癌細(xì)胞的不同“味道”，從而使醫(yī)務(wù)人員能準(zhǔn)確判定癌細(xì)胞群的具體位置，避免其與周圍健康細(xì)胞發(fā)生混淆。

　　檢測癌癥

　　以色列科學(xué)家研發(fā)出“電子鼻”（electronic nose），只要通過簡單的呼吸測試，就可以查出罹患了肺、乳腺、腸和前列腺癌的病人。研究小組發(fā)現(xiàn)，這種檢測化學(xué)物質(zhì)改變的傳感器不僅能分辨出健康人和惡性腫瘤病患的呼吸，還能查出這四種常見的腫瘤。雖然還需要更多工作來完善這項檢測技術(shù)，但初步成功已經(jīng)給開發(fā)一種便宜、易于使用和攜帶的早期癌癥診斷技術(shù)帶來了希望。以色列理工學(xué)院的庫藤說：“如果能通過大規(guī)模試驗證實早期研究的成果，呼吸檢測將和成像技術(shù)一樣，變成早期癌癥診斷的方便手段。”庫藤和同事對177人——包括健康者和不同癌癥的患者進(jìn)行了呼吸檢測，要查出癌細(xì)胞生長時其表層散發(fā)出的不同化學(xué)物質(zhì)。他們的研究發(fā)表在英國《癌癥》雜志上。而該研究所去年就發(fā)現(xiàn)，用黃金納米粒子制造的傳感器，能夠通過呼吸測試查出肺癌