李强等：电子鼻研究进展及在中国白酒检测的应用 ·477 提取气体的隐含性质，实现对待测气体的识别和检测： 可达到106甚至10”级：第五，电子鼻可应用于化学、 第二，电子鼻模拟人类嗅觉器官工作原理，它可以尽量 食品、化妆品等具有挥发性气体及爆炸物、毒品等危险 的避免传统精密仪器分析法中对样品的预处理过程， 物品的检测，适用范围广. 直接进行测定，速度快，可以实现实时和在线反馈检测 1.2电子鼻 信息：第三，电子鼻能够有效规避感官检测中专业鉴酒 得益于电子鼻在气体检测领域的巨大优势，经过 人员的主观因素及误差，其客观性能够有效提高检测 近二十年的发展，电子鼻已逐步在商业领域得到推 精度：第四，电子鼻测量灵敏度较高，其气味的检测限 广.表1列出了市场上应用较为广泛的商用电子鼻产品. 表1商用电子鼻产品 Table 1 Commercial electronic noses 序号 品牌 产地 传感器类型 数量 模式识别技术 价格/万美元 1 Airsense Analysis GmbH 德国 MOS 10 ANNPCA,SPR 24.3 Alpha-MOS MultiOrganoleptic System 法国 CP,MOS,QCM,SAW 6-24 ANN.DFA.PCA 2~10 3 Aromascan PLC 英国 CP 32 ANN 2~7.5 4 Bloodhound Sensors Lid. 英国 CP 14 ANN,CA,PCA Cyrano Science Ine. 美国 CP 名 PCA 0.50.8 6 EEV Ltd.Chemical Sensor Systems 英国 CP,MOS,OCM.SAW 8-28 ANN.DFA,PCA > Electronic Sensor Technology Ine. 美国 GC.SAW 12 SPR 5.9 Hewlett-Packard CO. 美国 四级质谱(QMS) 标准化学 7.99 9 HKR Sensor System GmbH 德国 QCM 6 ANN,CA,DFA,PCA 10 Lennartz Electronic GmbH 德国 MOS,QCM 16-40 ANN,CA.PCR 5.5 PCA,LDA,DFA, 11 WMA AirsenseAnalysentechnik GmbH 德国 MOS 9 4.2 ANN,DC RST Rostock Raumfahrt and 12 德国 MOS,QCM.SAW 6~10 ANN.PCA Umweltschatz GmbH 13 Nordic Sensor Technologies AB 瑞典R,MOS,MOSFET,QCM 22 ANN,PCA 4-6 4 Sawteck Inc. 美国 SAW 3 专利 0.5 15 Smart Nose Ltd 美国 MS 1 PCA,DFA 25 6 Applied Sensor GmbH 德国 OCM 0.5 17 Intelligent Ltd 中国 QCM LDA,ANN 0.5 注：金属氧化物半导体(mental oxide semiconductor,MOS);人工神经网络(artificial neural network,ANN);主成分分析(principal component analysis,PCA):表面等离子体共振(surface plasmon resonance,SPR):导电聚合物(conducting polymer,CP):石英晶体微天平(quartz crystal mi- crobalance,QCM):声表面波传感器(surface acoustic wave,SAW):确定有限自动机(deterministic finite automation,DFA):竞争聚集算法(com- petition algorithm,CA):气相色谱柱(gas chromatograhpy,GC):质谱计(auadrupole mass spectrometer,QMS);主成分回归(principal component re- gression,PCR):红外光谱(infrared radiation,R):金属氧化物半导体场效应品体管(metallic oxide semiconductor field effecttransistor,MOSFET): 质谱(mass spectrometry,MS):线性判别分析(linear discriminant analysis,LDA). 目前的商用电子鼻厂商主要集中在西方发达国 下，研发适用于电子鼻的气体传感器需要考虑以下因 家，而且价格昂贵.不同的电子鼻在传感器种类及数 素：(1)所有传感器应具备较高的一致性和可重复性： 据处理方法上都有较大的不同，传感器种类与模式识 (2)传感器的响应时间与恢复时间应较短，且性能较 别方法是影响电子鼻应用范围、检测精度和检测速度 稳定；(3)传感器对不同检测气体的响应特性应具有 的主要因素.论文从电子鼻气体传感器研发进展和模 广谱性：(4)传感器阵列中的传感器应具有交叉敏感 式识别系统研究进展两方面阐述电子鼻的研究现状. 性，以提高传感器阵列对气体响应的效率. 目前，电子鼻中气体传感器的研发主要集中在金 2气体传感器研发进展 属氧化物半导体(MOS)电导型气体传感器、石英晶体 电子鼻中气体传感器的制备必须结合应用场景、 微天平(QCM)气体传感器、电化学气体传感器、声表 检测速度与精度、适用性等因素综合考虑.通常情况 面波(SAW)气体传感器等类型.李 强等: 电子鼻研究进展及在中国白酒检测的应用 提取气体的隐含性质，实现对待测气体的识别和检测; 第二，电子鼻模拟人类嗅觉器官工作原理，它可以尽量 的避免传统精密仪器分析法中对样品的预处理过程， 直接进行测定，速度快，可以实现实时和在线反馈检测 信息; 第三，电子鼻能够有效规避感官检测中专业鉴酒 人员的主观因素及误差，其客观性能够有效提高检测 精度; 第四，电子鼻测量灵敏度较高，其气味的检测限 可达到 10 － 6甚至 10 － 9级; 第五，电子鼻可应用于化学、 食品、化妆品等具有挥发性气体及爆炸物、毒品等危险 物品的检测，适用范围广． 1. 2 电子鼻 得益于电子鼻在气体检测领域的巨大优势，经过 近二十年的发展［14］，电子鼻已逐步在商业领域得到推 广． 表1 列出了市场上应用较为广泛的商用电子鼻产品． 表 1 商用电子鼻产品 Table 1 Commercial electronic noses 序号 品牌 产地 传感器类型 数量 模式识别技术 价格/万美元 1 Airsense Analysis GmbH 德国 MOS 10 ANNPCA，SPＲ 2 ～ 4. 3 2 Alpha-MOS MultiOrganoleptic System 法国 CP，MOS，QCM，SAW 6 ～ 24 ANN，DFA，PCA 2 ～ 10 3 Aromascan PLC 英国 CP 32 ANN 2 ～ 7. 5 4 Bloodhound Sensors Ltd． 英国 CP 14 ANN，CA，PCA — 5 Cyrano Science Inc． 美国 CP 32 PCA 0. 5 ～ 0. 8 6 EEV Ltd． Chemical Sensor Systems 英国 CP，MOS，QCM，SAW 8 ～ 28 ANN，DFA，PCA — 7 Electronic Sensor Technology Inc． 美国 GC，SAW 12 SPＲ 5. 9 8 Hewlett-Packard CO． 美国 四级质谱( QMS) — 标准化学 7. 99 9 HKＲ Sensor System GmbH 德国 QCM 6 ANN，CA，DFA，PCA — 10 Lennartz Electronic GmbH 德国 MOS，QCM 16 ～ 40 ANN，CA，PCＲ 5. 5 11 WMA AirsenseAnalysentechnik GmbH 德国 MOS 10 PCA，LDA，DFA， ANN，DC 4. 2 12 ＲST Ｒostock Ｒaumfahrt and Umweltschatz GmbH 德国 MOS，QCM，SAW 6 ～ 10 ANN，PCA 5 13 Nordic Sensor Technologies AB 瑞典 IＲ，MOS，MOSFET，QCM 22 ANN，PCA 4 ～ 6 14 Sawteck Inc． 美国 SAW 2 专利 0. 5 15 Smart Nose Ltd 美国 MS 1 PCA，DFA 25 16 Applied Sensor GmbH 德国 QCM 4 — 0. 5 17 Intelligent Ltd 中国 QCM 8 LDA，ANN 0. 5 注: 金属氧化物半导体( mental oxide semiconductor，MOS) ; 人工神经网络( artificial neural network，ANN) ; 主成分分析( principal component analysis，PCA) ; 表面等离子体共振( surface plasmon resonance，SPＲ) ; 导电聚合物( conducting polymer，CP) ; 石英晶体微天平( quartz crystal mi￾crobalance，QCM) ; 声表面波传感器( surface acoustic wave，SAW) ; 确定有限自动机( deterministic finite automation，DFA) ; 竞争聚集算法( com￾petition algorithm，CA) ; 气相色谱柱( gas chromatograhpy，GC) ; 质谱计( auadrupole mass spectrometer，QMS) ; 主成分回归( principal component re￾gression，PCＲ) ; 红外光谱( infrared radiation，IＲ) ; 金属氧化物半导体场效应晶体管( metallic oxide semiconductor field effecttransistor，MOSFET) ; 质谱( mass spectrometry，MS) ; 线性判别分析( linear discriminant analysis，LDA) ． 目前的商用电子鼻厂商主要集中在西方发达国 家，而且价格昂贵． 不同的电子鼻在传感器种类及数 据处理方法上都有较大的不同，传感器种类与模式识 别方法是影响电子鼻应用范围、检测精度和检测速度 的主要因素． 论文从电子鼻气体传感器研发进展和模 式识别系统研究进展两方面阐述电子鼻的研究现状． 2 气体传感器研发进展 电子鼻中气体传感器的制备必须结合应用场景、 检测速度与精度、适用性等因素综合考虑． 通常情况 下，研发适用于电子鼻的气体传感器需要考虑以下因 素: ( 1) 所有传感器应具备较高的一致性和可重复性; ( 2) 传感器的响应时间与恢复时间应较短，且性能较 稳定; ( 3) 传感器对不同检测气体的响应特性应具有 广谱性; ( 4) 传感器阵列中的传感器应具有交叉敏感 性，以提高传感器阵列对气体响应的效率． 目前，电子鼻中气体传感器的研发主要集中在金 属氧化物半导体( MOS) 电导型气体传感器、石英晶体 微天平( QCM) 气体传感器、电化学气体传感器、声表 面波( SAW) 气体传感器等类型． · 774 ·