第八章仿生嗅觉系统的应用
第八章 仿生嗅觉系统的应用
仿生嗅觉系统检测到的信息代表了样品全部 挥发性物质的总体分布，而不是常规仪器分析测 得的某种或某几种具体组成成分的含量。因此 这些信息可作为样品的特征“指纹”，用于鉴别 产品的真伪、原料质量是否合格以及生产工艺流 程运行是否正常。 ●药材检测：中药材的鉴别及中成药的质量分析； ●食品工业：焙烤食品的质量评判； ●水产品：鱼类的识别及新鲜度估计； ●精细化工：香精香料的检测； ●烟草：卷烟的品牌及等级识别
仿生嗅觉系统检测到的信息代表了样品全部 挥发性物质的总体分布，而不是常规仪器分析测 得的某种或某几种具体组成成分的含量。因此， 这些信息可作为样品的特征“指纹”，用于鉴别 产品的真伪、原料质量是否合格以及生产工艺流 程运行是否正常。 ⚫ 药材检测：中药材的鉴别及中成药的质量分析； ⚫ 食品工业:焙烤食品的质量评判； ⚫ 水产品：鱼类的识别及新鲜度估计； ⚫ 精细化工：香精香料的检测； ⚫ 烟草:卷烟的品牌及等级识别
8.1在中药（材)识别中的应用 。 中药材质量的评判主要以“看”和“嗅”鉴别其性状，用 理化方法分析其成分。 ·然而，基于人体感官的“看”和“嗅”不可避免地要受到 生理、经验、情绪、环境等因素影响，其主观性强，重复 性差，准确度低，难以形成标准；而基于理化的方法只能 分析中药材复杂成份中的个别“活性”成份，忽略了多成 份的协同作用，从而难以对其进行完整的分析。 ·国家药品监督管理局为定量、全面地描述和控制中药质量 提出用建立于对中药成分的系统测试、分析结果上的标准 指纹图谱来评价中药材、中成药的质量标准
8.1 在中药（材）识别中的应用 • 中药材质量的评判主要以“看”和“嗅”鉴别其性状，用 理化方法分析其成分。 • 然而，基于人体感官的“看”和“嗅”不可避免地要受到 生理、经验、情绪、环境等因素影响，其主观性强，重复 性差，准确度低，难以形成标准；而基于理化的方法只能 分析中药材复杂成份中的个别“活性”成份，忽略了多成 份的协同作用，从而难以对其进行完整的分析。 • 国家药品监督管理局为定量、全面地描述和控制中药质量， 提出用建立于对中药成分的系统测试、分析结果上的标准 指纹图谱来评价中药材、中成药的质量标准
8.1在中药（材）识别中的应用 8.1.1中药材种类识别 ·所谓中药指纹图谱是借用法医学的“指纹”概念得到的 它是将中药材或中成药经适当处理后，再利用现代信息采 集技术和质量分析手段对其进行分析，得到一种能够表达 该中药材或该中成药唯一特定的品质图形。由于这种品质 图形类似于人体指纹，具有唯一特定性，因此将其称之为 中药指纹图谱。 以日本为主的发达国家，在植物药指纹图谱方面进行了较 深入的研究。 我国在中药指纹图谱的研究起步于上世纪六十年代，与发 达国家相比，其研究速度和成效还有一定的差距
• 所谓中药指纹图谱是借用法医学的“指纹”概念得到的， 它是将中药材或中成药经适当处理后，再利用现代信息采 集技术和质量分析手段对其进行分析，得到一种能够表达 该中药材或该中成药唯一特定的品质图形。由于这种品质 图形类似于人体指纹，具有唯一特定性，因此将其称之为 中药指纹图谱。 • 以日本为主的发达国家，在植物药指纹图谱方面进行了较 深入的研究。 • 我国在中药指纹图谱的研究起步于上世纪六十年代，与发 达国家相比，其研究速度和成效还有一定的差距。 8.1 在中药（材）识别中的应用 8.1.1 中药材种类识别
8.1在中药（材）识别中的应用 8.1.1中药材种类识别 1基于Cyranose320中药材种类识别 ·采用仿生嗅觉系统的测量方法识别广东菊花、广西薄荷、 广东薄荷、四川红花这四类样品（样品按照仿生嗅觉装置 的采样要求进行了样品预处理)。 。 采用美国生产的内置32个传感器的便携式仿生嗅觉系统 Cyranose320系统来检测中药材气味
1 基于Cyranose 320中药材种类识别 • 采用仿生嗅觉系统的测量方法识别广东菊花、广西薄荷、 广东薄荷、四川红花这四类样品（样品按照仿生嗅觉装置 的采样要求进行了样品预处理）。 • 采用美国生产的内置32个传感器的便携式仿生嗅觉系统 Cyranose 320系统来检测中药材气味。 8.1 在中药（材）识别中的应用 8.1.1 中药材种类识别
8.1在中药（材）识别中的应用 8.1.1中药材种类识别 ·静态顶空抽样，外置中药材样品处理室温条件下，并保证 周围空气流畅 ·启动Cyranose@320基线冲洗时间为200秒，仿生嗅觉系 统工作时对中药材样品的采集时间周期设为70秒，工作时 基线冲洗时间为60秒，连续采样10次 ·采样的样品按照静态顶空条件准备，提前7天将中药材样 品放进瓶子里面，这样瓶子内气味会更浓，顶空条件充分 。 采样的时间为一个星期左右，对同一个中药材样品要分不 同的时间进行采样，以保证其操作上的重现性
8.1 在中药（材）识别中的应用 • 静态顶空抽样，外置中药材样品处理室温条件下，并保证 周围空气流畅 • 启动Cyranose@320基线冲洗时间为200秒，仿生嗅觉系 统工作时对中药材样品的采集时间周期设为70秒，工作时 基线冲洗时间为60秒，连续采样10次 • 采样的样品按照静态顶空条件准备，提前7天将中药材样 品放进瓶子里面，这样瓶子内气味会更浓，顶空条件充分 • 采样的时间为一个星期左右，对同一个中药材样品要分不 同的时间进行采样，以保证其操作上的重现性。 8.1.1 中药材种类识别
8.1在中药（材）识别中的应用 仿生嗅觉系统检测过程为： ·A、启动仿生嗅觉系统。让传感器阵列处于预加热状态 并达到工作温度。保持样品装置的恒温，即常温状态。实 验前先用（洁净空气）对整个仿生嗅觉系统进样系统进行清 洗，直到各个传感器基线(Baseline)达到稳定状态，表现 为曲线归0走平； B、进样。定量样品放进顶空瓶，载气将样品气味带到传 感器阵列； C、数据采样。 采集传感器阵列的响应信号，在联机状态 (用USB与电脑相联)下可以显示响应曲线； D、数据处理。选择合适的模式识别方法，对数据进行分 析处理，显示处理结果
8.1 在中药（材）识别中的应用 仿生嗅觉系统检测过程为： • A、启动仿生嗅觉系统。让传感器阵列处于预加热状态， 并达到工作温度。保持样品装置的恒温，即常温状态。实 验前先用(洁净空气)对整个仿生嗅觉系统进样系统进行清 洗，直到各个传感器基线(Baseline)达到稳定状态，表现 为曲线归0走平； • B、进样。定量样品放进顶空瓶，载气将样品气味带到传 感器阵列； • C、数据采样。采集传感器阵列的响应信号，在联机状态 (用USB与电脑相联)下可以显示响应曲线； • D、数据处理。选择合适的模式识别方法，对数据进行分 析处理，显示处理结果
8.1在中药（材）识别中的应用 仿生嗅觉系统在一个采样周期传感器的响应曲线图 $ 菊花响应谱 薄荷响应谱 9 m3 薄膜式碳黑聚合物传感器对气体信号的响应曲线是一组稳 定模式曲线，每一个传感器对样本的响应幅值都是不一样的， 表明每一个传感器对于其气味的灵敏度是不一样的
• 仿生嗅觉系统在一个采样周期传感器的响应曲线图 薄膜式碳黑聚合物传感器对气体信号的响应曲线是一组稳 定模式曲线，每一个传感器对样本的响应幅值都是不一样的， 表明每一个传感器对于其气味的灵敏度是不一样的。 菊 花 响 应 谱 薄 荷 响 应 谱 8.1 在中药（材）识别中的应用
8.1在中药（材)识别中的应用 分别对广西薄荷、广东薄荷 四川红花、广东菊花进行气 味检测的味嗅觉指纹☒谱 均值特征的气味指纹图谱 广西薄荷 广东薄荷 广东菊花 四川红花 涂我9相 20 30 35 传感器 它们都具有相似性特征，直观上嗅觉纹只有幅度上不一样 就是说不同温种的中药材其汽味数据在值果编正有细微 的分别，显现出寄特的嗅觉纹弹 差别
8.1 在中药（材）识别中的应用 • 分别对广西薄荷、广东薄荷、四川红花、广东菊花进行气 味检测的气味嗅觉指纹图谱 • 它们都具有相似性特征，直观上嗅觉纹只有幅度上不一样。 就是说不同品种的中药材其气味数据在幅值末端上有细微 的分别，显现出奇特的“嗅觉纹理”差别
8.1在中药（材)识别中的应用 将广东薄荷，广东菊花，四川红花3种中药材的气味数据 进行PCA分析，对3种不同品种的中药材能完全区分开来。 东菊花 四川红花 东薄荷 3 2 0 PCA1-83.95%
8.1 在中药（材）识别中的应用 • 将广东薄荷，广东菊花，四川红花3种中药材的气味数据 进行PCA分析，对3种不同品种的中药材能完全区分开来