AIRSENSE電子鼻技術(shù)在再生塑料氣味分析中的應(yīng)用研究

在 "雙碳" 目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下，再生塑料產(chǎn)業(yè)已成為循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要支柱，但氣味問(wèn)題始終困擾行業(yè)發(fā)展。再生塑料在回收、加工及儲(chǔ)存過(guò)程中，因聚合物鏈氧化斷裂、助劑揮發(fā)或污染物殘留，會(huì)釋放醛類(lèi)、硫化物、氮氧化物等揮發(fā)性物質(zhì)，不僅影響產(chǎn)品應(yīng)用場(chǎng)景拓展，更可能危害人體健康與生態(tài)環(huán)境。因此，建立精準(zhǔn)高效的氣味分析技術(shù)對(duì)再生塑料品質(zhì)升級(jí)至關(guān)重要。
基于此，本研究旨在建立再生塑料氣味評(píng)價(jià)的電子鼻測(cè)試法，為行業(yè)提供參考。
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01
電子鼻技術(shù)原理與核心特性
? AIRSENSE電子鼻

AIRSENSE 電子鼻采用 "傳感器陣列 - 信號(hào)處理 - 模式識(shí)別" 三位一體架構(gòu)，核心由高選擇性金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器組成，每根傳感器對(duì)特定官能團(tuán)化合物具有專(zhuān)屬靈敏度：W1C 針對(duì)芳香成分與苯類(lèi)，W5S 響應(yīng)氮氧化合物，W1W 識(shí)別硫化物，W2S 靈敏于醇類(lèi)與醛酮類(lèi)，W1S 則對(duì)甲基類(lèi)化合物反應(yīng)顯著。這種多傳感器協(xié)同工作模式，可形成覆蓋再生塑料主要異味成分的檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)。
其工作流程分為三步：首先通過(guò)進(jìn)樣系統(tǒng)將樣品揮發(fā)氣體引入檢測(cè)腔，傳感器陣列與揮發(fā)性物質(zhì)發(fā)生特異性反應(yīng)，導(dǎo)致電阻值變化并輸出電信號(hào)矩陣；隨后經(jīng)預(yù)處理算法去除環(huán)境干擾，提取特征響應(yīng)值；最終通過(guò)內(nèi)置的主成分分析（PCA）、判別分析等模式識(shí)別模型，生成氣味指紋圖譜并完成定性定量分析。

02
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

實(shí)驗(yàn)材料與儀器
Part.1
選取市售再生 PP、PE、ABS、HIPS 為研究對(duì)象，涵蓋一、二、三級(jí)再生料共 10 種樣品，確保覆蓋主流再生塑料品類(lèi)與品質(zhì)等級(jí)。實(shí)驗(yàn)儀器：采用 AIRSENSE 公司PEN3.5 型電子鼻與電熱恒溫干燥箱，樣品前處理嚴(yán)格參照 GB/T 40006.1-2021 標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。
實(shí)驗(yàn)流程優(yōu)化
Part.2
樣品前處理：稱(chēng)?。?0±0.1）g 樣品裝入無(wú)味廣口瓶，80℃恒溫加熱 120 分鐘促進(jìn)氣味釋放，冷卻至 60℃后立即檢測(cè)，確保揮發(fā)性成分濃度穩(wěn)定。
電子鼻測(cè)試參數(shù)：通過(guò)多組正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化確定最佳參數(shù)組合 —— 傳感器清洗時(shí)間 80s、調(diào)零時(shí)間 5s、數(shù)據(jù)采集時(shí)間 120s、進(jìn)樣流量 400mL/min，該參數(shù)下可獲得各傳感器最高響應(yīng)強(qiáng)度值，為后續(xù)分析奠定可靠數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

03
實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
傳感器響應(yīng)特征解析 >>>
AIRSENSE 電子鼻傳感器響應(yīng)值（G/G?）隨時(shí)間呈現(xiàn) "快速上升 - 趨于穩(wěn)定" 的典型曲線(xiàn)，120s 時(shí)達(dá)到響應(yīng)峰值。其中 W5S、W1W、W2S、W1S 四根傳感器表現(xiàn)出顯著響應(yīng)優(yōu)勢(shì)，對(duì)再生塑料中氮氧化物、硫化物、醇醛類(lèi)及甲基類(lèi)異味成分的識(shí)別能力強(qiáng)，這與再生塑料主要異味來(lái)源高度匹配 ——PP、PE 氧化降解產(chǎn)生的羰基與甲基類(lèi)化合物可被 W2S、W1S 捕捉，而胺類(lèi)抗氧劑等助劑揮發(fā)的硫化物、氮氧化物則由 W1W、W5S 識(shí)別。

氣味指紋圖構(gòu)建與應(yīng)用 >>>
選取各傳感器響應(yīng)峰值繪制雷達(dá)式指紋圖譜，建立可視化分析模型。結(jié)果顯示，再生 PP、PE 塑料的氣味指紋呈現(xiàn)明顯等級(jí)差異：W2S、W1W、W1S、W5S 的響應(yīng)值均表現(xiàn)為 "三級(jí)再生料＞二級(jí)再生料＞一級(jí)再生料"，而其他傳感器響應(yīng)值基本穩(wěn)定。這種特征差異為再生塑料品質(zhì)快速分級(jí)提供了直觀依據(jù)，企業(yè)可通過(guò)比對(duì)指紋圖譜，在原料入庫(kù)階段即可篩查出劣質(zhì)材料。

PCA 模型的氣味區(qū)分能力 >>>
利用 AIRSENSE 電子鼻內(nèi)置分析軟件進(jìn)行主成分分析，第一主成分貢獻(xiàn)率 75.95%，第二主成分貢獻(xiàn)率 22.42%，累計(jì)達(dá) 98.37%，可充分表征樣品氣味整體信息。PCA 圖中，10 種再生塑料樣品分布在不同區(qū)域且無(wú)重疊，實(shí)現(xiàn)了區(qū)分。

氣味強(qiáng)度排序?yàn)椋篈BS（一級(jí)）＜PP（一級(jí)）＜PE（一級(jí)）＜HIPS（一級(jí)）＜HIPS（二級(jí)）＜ABS（二級(jí)）＜PE（二級(jí)）＜PP（二級(jí)）＜PE（三級(jí)）＜PP（三級(jí)），該結(jié)果與人工嗅辨一致。其中 ABS 因抗熱氧老化能力強(qiáng)氣味最弱，PP、PE 隨再生次數(shù)增加氣味顯著增強(qiáng)，印證了模型的可靠性。

04

結(jié)論
AIRSENSE 電子鼻憑借快速響應(yīng)、精準(zhǔn)識(shí)別、多場(chǎng)景適配的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，有效破解了再生塑料氣味分析的行業(yè)痛點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在測(cè)試參數(shù)下，其構(gòu)建的氣味指紋圖可直觀呈現(xiàn)不同等級(jí)再生料的氣味差異，PCA 模型能實(shí)現(xiàn) 98% 以上的氣味信息表征與區(qū)分，分析結(jié)果與人工嗅辨高度一致。
該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，不僅為再生塑料企業(yè)提供了高效的品質(zhì)管控工具，更推動(dòng)了氣味評(píng)價(jià)從主觀感官向客觀量化的轉(zhuǎn)變，對(duì)提升再生塑料產(chǎn)品附加值、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)規(guī)范化發(fā)展具有重要意義。隨著技術(shù)的持續(xù)升級(jí)與應(yīng)用場(chǎng)景的不斷拓展，AIRSENSE 電子鼻必將在循環(huán)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域發(fā)揮更加關(guān)鍵的支撐作用。