Airsense電子鼻檢測(cè)水體異嗅等級(jí)的方法研究

飲用水嗅味問題頻發(fā)，嚴(yán)重時(shí)引發(fā)供水危機(jī)，因此,飲用水中的嗅味問題仍然需要給予足夠的重視?其中,異嗅強(qiáng)度等級(jí)是評(píng)價(jià)嗅味問題嚴(yán)重性的一個(gè)較為重要的指標(biāo)?但是由于水中嗅味物質(zhì)濃度偏低 (一般屬于μg/L~ng/L的級(jí)別),以及現(xiàn)有檢測(cè)方法的缺點(diǎn),使得快速準(zhǔn)確地判別異嗅等級(jí)變得困難?
因此引入電子鼻技術(shù)，建立一套基于電子鼻設(shè)備的具有高靈敏性和穩(wěn)定性特征的標(biāo)準(zhǔn)化嗅味強(qiáng)度等級(jí)檢測(cè)方法，為飲用水中異嗅強(qiáng)度的快速準(zhǔn)確判別提供方法支持。

01試驗(yàn)設(shè)計(jì)

01主要儀器與試劑
儀器：德國Airsense電子鼻。
標(biāo)準(zhǔn)品：土臭素（GSM）、二甲基三硫醚（DMTS，純度 > 90%），配制成 100μg/L 標(biāo)準(zhǔn)母液，4℃避光儲(chǔ)存。
水樣：超純水（18.2MΩ?cm）、浙江大學(xué)啟真湖及舟山 3 座水庫水樣。

02測(cè)定條件
1、檢測(cè)電子鼻基線穩(wěn)定性，確保傳感器初始狀態(tài)一致。
2、設(shè)置核心參數(shù)：清洗時(shí)間 100s（排除殘留嗅味干擾），采樣間隔時(shí)間 1s，自動(dòng)調(diào)零時(shí)間 10s，樣品準(zhǔn)備時(shí)間 5s，樣品測(cè)試時(shí)間 120s。
氣體流量參數(shù)：內(nèi)部流量 400mL/min，進(jìn)樣流量 400mL/min。
03樣品測(cè)試
1、對(duì)經(jīng)過預(yù)處理的水樣采用頂空進(jìn)樣方式注入電子鼻檢測(cè)系統(tǒng)。
2、記錄 10 個(gè)傳感器的響應(yīng)信號(hào)數(shù)據(jù)，使用 Winmuster 軟件進(jìn)行信號(hào)分析。

02嗅味層次分析（FPA）

1、評(píng)價(jià)小組組建：由 3~5 名經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)的分析人員組成嗅覺評(píng)價(jià)小組。
2、樣品預(yù)處理：水樣在 45℃水浴鍋內(nèi)加熱 10min，促進(jìn)嗅味物質(zhì)揮發(fā)。
3、聞測(cè)與記錄
分析人員單獨(dú)評(píng)價(jià)水樣的嗅味類型和強(qiáng)度等級(jí)，等級(jí)劃分依據(jù)表 2 標(biāo)準(zhǔn)（0~12 級(jí)，對(duì)應(yīng)從無嗅味到強(qiáng)烈惡臭）。
集體討論確定水樣嗅味類型，嗅味強(qiáng)度等級(jí)取所有評(píng)價(jià)人員的平均值。

03檢測(cè)方法優(yōu)化試驗(yàn)

采用控制變量法設(shè)置 4 組預(yù)處理?xiàng)l件，通過觀察Airsense電子鼻傳感器響應(yīng)值變化篩選最佳檢測(cè)參數(shù)，具體分組如下：

04結(jié)果與討論

土臭素主成分分析
電子鼻可準(zhǔn)確識(shí)別不同濃度土臭素，各濃度數(shù)據(jù)點(diǎn)按濃度梯度分布無重疊，且濃度差異越大，數(shù)據(jù)點(diǎn)距離越遠(yuǎn)。

二甲基三硫醚主成分分析
電子鼻,不同濃度二甲基三硫醚的分析數(shù)據(jù)點(diǎn)呈現(xiàn)規(guī)律性的分布,相互之間不存在重疊,并且隨著濃度差異的增加,各濃度的分析數(shù)據(jù)點(diǎn)間的距離也不斷增大, 整體表現(xiàn)出較好的區(qū)分度?

05數(shù)學(xué)模型建立與驗(yàn)證

數(shù)據(jù)積累
對(duì) 6 處不同嗅味差異的地表水（含超純水對(duì)照組）進(jìn)行多次電子鼻測(cè)試和 FPA 聞測(cè)，積累樣本數(shù)據(jù)。
數(shù)學(xué)模型建立
實(shí)際水樣驗(yàn)證
采集舟山市 3 座水庫及啟真湖的水樣，采用優(yōu)化后的電子鼻方法預(yù)處理并檢測(cè)，將傳感器響應(yīng)值代入模型計(jì)算嗅味等級(jí)。
同時(shí)對(duì)上述水樣進(jìn)行 FPA 聞測(cè)，對(duì)比模型計(jì)算值與 FPA 實(shí)測(cè)值的差異（要求差值在 ±1 以內(nèi)）。

03結(jié)論

本研究將Airsense電子鼻技術(shù)應(yīng)用于水體異嗅檢測(cè)，通過優(yōu)化確定待測(cè)水樣 200mL、65℃水浴加熱 10min、頂空進(jìn)樣的檢測(cè)條件，大幅提升傳感器靈敏度，使檢出限匹配低濃度嗅味物質(zhì)。結(jié)合嗅味層次分析（FPA）與偏最小二乘法（PLS） 建立電子鼻響應(yīng)值與異嗅等級(jí)的數(shù)學(xué)模型，模型擬合優(yōu)度R2 達(dá) 0.986，且通過驗(yàn)證顯示與實(shí)際 FPA 聞測(cè)結(jié)果一致性良好，為水體異嗅等級(jí)快速判別提供可靠方法