文章薦讀（dú）|電子鼻在檢測水源水中不同嗅味物（wù）質方麵的（de）應用

文章采用（yòng）便攜式電子鼻PEN3（德國Airsense 公司）對水源中不同（tóng）嗅味（wèi）物質進（jìn）行檢測。

檢測儀器（qì）

德國AIRSENSE公（gōng）司PEN3型電子鼻 ，主要由取樣操（cāo）作器、氣體傳感器陣列和信號（hào）處理係統組（zǔ）成。其中，傳感器陣列由10個不（bú）同的金（jīn）屬氧化物傳（chuán）感器組成（chéng）。儀器具有K-NN（歐氏距離（lí）、馬氏距離）、DFA判別函數分析、PCA主成分分析、LDA線性判別分析、PLS偏小二乘法流行算法（fǎ）。

研究目的（de）

（1）詳細區分傳感器對不同濃（nóng）度嗅味物（wù）質的響應，並進（jìn）行主成分分（fèn）析（PCA）和線性判別分析（LDA）；（2）通過電子鼻檢測研究對（duì）不同密度的銅（tóng）綠微囊藻產生的揮發性嗅味物質的分析；（3）探究電子鼻的區分（fèn）程度以及相應（yīng）的傳感器響應強度，為（wéi）水（shuǐ）中（zhōng）嗅味物質的快速、穩定檢（jiǎn）測提供可靠數據。

分析過程

從圖 1（a）、（b）、（c）和（d）的主成分分析結（jié）果可以看出（chū），前兩個主成分約占總方差的 99.00%，其中第一主成分（PC1，x 軸）占比超過 85.00%，這表明它能夠分別代表 2 - 甲基異（yì）冰片、土臭素、β- 環（huán）檸（níng）檬醛和 β- 紫羅蘭酮（tóng）的所有樣本。沿著第一（yī）主成分（fèn）（PC1）方向，2 - 甲基異冰片、土臭素、β- 環檸檬醛和 β- 紫羅蘭酮的嗅味響應值分布呈現出特定趨勢，且隨著（zhe）濃度升高，第一主成分（PC1）的值也（yě）隨之增加。此外，樣本的揮發性成分沒有（yǒu）重疊，這表明電子鼻通過主成分分析有足夠（gòu）的分辨（biàn）能力來區分 2 - 甲基異冰片（piàn）、土臭素、β- 環（huán）檸檬醛和 β- 紫羅蘭酮的不同濃度（dù）。每個濃度使用三個樣本（běn），這表（biǎo）明傳感器響應具有較高的（de）可重複性。

圖 1（e）、（f）、（g）和（h）展示（shì）了純水中 2 - 甲基異冰片、土臭素、β- 環檸檬（méng）醛和 β- 紫羅（luó）蘭酮的線性判別分析（LDA）結果。樣本之間相隔（gé）一定距離，兩個樣本之間的距離越大，差（chà）異（yì）就越明（míng）顯。2 - 甲基異冰片、土臭素、β- 環（huán）檸檬醛和 β- 紫羅（luó）蘭（lán）酮的第一（yī）線性（xìng）判別因（yīn）子（LD1，x 軸）和第二（èr）線性判別（bié）因子（LD2，y 軸）占總方差的比例超過 99.00%。圖 1（e）顯示，在 0 到 40 納克 / 升的濃度範圍內可以區分 2 - 甲基異冰片，濃度在 40 至 85 納克 / 升的樣本與濃度在 5 至 20 納克 / 升的樣本可以區分開來，但濃度在 40 至 85 納（nà）克 / 升的樣本之間不能（néng）清晰區分，2 - 甲基（jī）異冰片的嗅（xiù）覺閾值濃度為 8.5 納克 / 升。從圖 1（f）可以看出，低濃度（8 至 16 納克 / 升）和高濃度的土（tǔ）臭素（sù）能清晰區分開來。

在圖 3（d）中，響應值隨著濃度增加而上升。九種物質在傳感器 R2、R6 和 R8 上表現出較高的響應值。R8 對樣本的氣味給（gěi）出了更強（qiáng）且不同的響應（yīng），其主（zhǔ）要敏感結構（gòu）是醇類、醛類和酮類（表 2）。苯甲醛含有醛基，具有最大的嗅覺閾（yù）值、較大（dà）的濃度梯度和較高（gāo）的貢獻率。

利用電子鼻對銅綠微囊藻在 BG11 培養基中（zhōng）不同濃度下的氣味進行了分析，結果（guǒ）如圖 6（a）所示。前（qián）兩個主成分約占總方差的 99.17%，其中第一主成分（PC1，x 軸）占比超過 85.00%，這表明它能夠代表各（gè）個密度下的所有樣本。沿著第（dì）一主成分（PC1）方向，銅綠微囊藻的氣味響應值隨著藻細胞密度的增加而升高。此外，細胞密度在 1.08×10⁷個細胞 / 毫升至 5.53×10⁷個細胞 / 毫升之間時，其揮發性（xìng）成分沒有（yǒu）重疊，這說明電子鼻具有足夠的分辨能力來區分高密度（如超過 10⁷個細胞 / 毫升）下的氣（qì）味。

在圖 6（b）中，各個密度下的第一（yī）線性判別因子（LD1，x 軸）和第二線性判（pàn）別因子（LD2，y 軸）占總方差的比例超過 97.86%。細胞密度在 1.08×10⁷個細胞 / 毫升至 5.53×10⁷個（gè）細胞 / 毫升之間（jiān）時沒有重疊，而在 3.05×10⁶個細（xì）胞 / 毫升至 1.08×10⁷個細胞 / 毫升之間的密度存在重疊（dié），這意味著最低密度和高密度下的（de）氣味能夠很好地區分開來，並且在對數生長期初期（qī），這些氣味相對相似。處（chù）於滯後期的低密度銅（tóng）綠（lǜ）微（wēi）囊藻（zǎo）需要適應 BG11 培養基的新環境（jìng），所以其氣味能夠與其他密度（dù）下的氣味區分開來。對數生長期初期藻類的生長速率比對數（shù）生長期後期的生（shēng）長速率慢，並且細胞密度在（zài） 3.05×10⁶個細胞 / 毫升至 1.08×10⁷個細胞 / 毫升之間時的氣味可（kě）能相似。

結論（lùn）

便攜式電子鼻 PEN3 被用於檢測（cè）地表水中的典型嗅（xiù）味（wèi）物（wù）質，包括 2 - 甲（jiǎ）基異冰片（2-MIB）、土臭素（GSM）、β- 環檸檬醛（quán）、β- 紫羅蘭酮、另外九種嗅味（wèi）（T&O）化合（hé）物以及銅綠微囊藻產生的嗅味物質。在 0 到 85 納克 / 升的濃度範圍內，能夠（gòu）區分 2 - 甲基異冰片和土（tǔ）臭素，並且電子（zǐ）鼻可以識別出在純水和地表水中不同濃度嗅味物質的響應特征（zhēng）。通過（guò）主成分分析（xī）（PCA）和線性判別分析（LDA）方法，能夠有效識別出濃度為嗅閾值 1 至 3 倍的這些嗅味物質。起識別作用的傳感器是 R8 和 R6，它們的主要敏感（gǎn）結構為醇類、醛類以及甲（jiǎ）基基團。對於銅（tóng）綠微囊藻，細胞密度在 1.08×10⁷個細胞 / 毫升至 5.53×10⁷個細胞 / 毫升（shēng）之間時，其（qí）揮發性成分沒有重疊，並且電子鼻在高細胞（bāo）密度下有足夠的分（fèn）辨能力來區分氣（qì）味。傳感（gǎn）器 R10 的（de）響應（yīng）值與（yǔ）藻類密度呈現出顯著的相關性，這（zhè）與脂肪烴及其他嗅（xiù）味化合物有關（guān）。電子鼻可應用於監測水源水中的嗅味（wèi）（T&O）化合物，預防產（chǎn）生不良嗅味物質和異味。由於水源水中存在大量的嗅（xiù）味物質和產嗅藻類，因此還需要（yào）進行更多的研究。未來的工作也可以集中在（zài）建立水源水中嗅味（wèi）化合物的指紋圖譜方麵（miàn）。

文（wén）章來源：國家環境保護食物鏈汙染控製重點實驗（yàn）室《Electronic nose application for detecting different odorants in source water: Possibility and scenario》