專利名稱：一種小型自動(dòng)化機(jī)器嗅覺(jué)儀器與氣味分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明—一種小型自動(dòng)化機(jī)器嗅覺(jué)儀器與氣味分析方法，涉及計(jì)算機(jī)、精密測(cè)量與精密控制、精密機(jī)械、應(yīng)用數(shù)學(xué)、分析化學(xué)、香料香精、食品領(lǐng)域。本發(fā)明主要解決氣敏傳感器陣列工作室小型化、機(jī)器嗅覺(jué)儀器測(cè)試箱內(nèi)部關(guān)鍵部件精密恒溫、樣品精密恒溫與大容量頂空揮發(fā)氣產(chǎn)生、頂空揮發(fā)氣自動(dòng)采樣、儀器小型化問(wèn)題。
背景技術(shù)：
機(jī)器嗅覺(jué)儀器由性能彼此重疊的多個(gè)氣敏傳感器和適當(dāng)?shù)哪Ｊ阶R(shí)別方法所組成，具有識(shí)別簡(jiǎn)單和復(fù)雜氣味的能力，在香料香精、食品、化妝品等呈香物質(zhì)的香氣質(zhì)量定性分析、環(huán)境空氣質(zhì)量快速檢測(cè)、有毒有害氣體監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。與色譜、質(zhì)譜等成分分析儀器相比，機(jī)器嗅覺(jué)儀器的最大優(yōu)點(diǎn)是香氣類別的快速確定、氣味強(qiáng)弱和質(zhì)量好壞的實(shí)時(shí)定性分析與量化表示。
目前，除有機(jī)聚合物膜(Conducting polymer，CP)型氣敏傳感器體積較小外，金屬氧化物半導(dǎo)體(Metal oxide semiconductor，MOS)、聲表面波(Surface acoustic wave，SAW)、石英晶振微平衡(Quartz crystal microbalance，QCM)、絕緣金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(Metalinsulator-semiconductor field-effect transistor，MISFET)等類型的氣敏傳感器體積都比較大。比較而言，以SnO2為代表的MOS型氣敏傳感器不僅制造技術(shù)最為成熟，靈敏度最高，而且商品化程度最高，因而應(yīng)用最為廣泛。
本發(fā)明采用MOS型氣敏傳感器。MOS型氣敏傳感器存在以下兩個(gè)主要缺點(diǎn)。
1)自身體積大。例如，日本Figaro公司生產(chǎn)的MOS型氣敏傳感器的最小尺寸目前為φ9.2×7.8mm(直徑×高)。單個(gè)傳感器體積大，機(jī)器嗅覺(jué)儀器的核心部分—?dú)饷魝鞲衅麝嚵泄ぷ魇业捏w積也就相應(yīng)地很大。這樣一來(lái)，每次測(cè)量所用的氣體體積就大，氣體頂空采樣裝置的容積也就比較大。
2)自身形成熱源。氣敏傳感器敏感膜的最佳工作溫度在250-400℃之間，并靠傳感器內(nèi)部的加熱電阻絲來(lái)維持，因此，一個(gè)MOS型氣敏傳感器工作時(shí)的耗電量在670-850毫瓦之間，形成一個(gè)熱源。當(dāng)多個(gè)氣敏傳感器組成陣列時(shí)，由此產(chǎn)生的熱量十分可觀。
機(jī)器嗅覺(jué)儀器對(duì)氣味進(jìn)行定性分析的前提條件之一是，對(duì)某種被測(cè)物質(zhì)，只要其組成成分與濃度保持不變，在任何環(huán)境下，其頂空揮發(fā)氣的組成與濃度也應(yīng)保持不變。我們知道，溫度對(duì)氣味強(qiáng)弱的影響很大。一個(gè)生活常識(shí)是，一種呈香物質(zhì)在低溫下可能沒(méi)有氣味，當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)就有氣味。因此，要使液態(tài)、固態(tài)或膏狀的呈香物質(zhì)，在任何環(huán)境下產(chǎn)生的頂空揮發(fā)氣濃度保持不變，前提條件之一是頂空揮發(fā)氣發(fā)生裝置內(nèi)部溫度的精確恒定。
氣敏傳感器的靈敏度與環(huán)境溫度成近似反比例關(guān)系。環(huán)境溫度升高，傳感器靈敏度下降，反之提高。不僅如此，若傳感器工作室和管道的溫度比環(huán)境溫度低，氣味流動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象，反之，氣味將進(jìn)一步揮發(fā)與膨脹。這些現(xiàn)象對(duì)精密測(cè)量都是十分不利的，最終影響機(jī)器嗅覺(jué)儀器的穩(wěn)定性與重復(fù)性。因此，傳感器陣列工作室內(nèi)部溫度需要精密恒定。
本發(fā)明要解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一是如何以儀器內(nèi)部的“不變”應(yīng)對(duì)外部環(huán)境的“萬(wàn)變”。頂空揮發(fā)氣發(fā)生裝置和傳感器陣列工作室內(nèi)部恒溫溫度的設(shè)定以環(huán)境溫度最高時(shí)不制冷為宜。本發(fā)明就是要解決這些裝置僅靠升溫過(guò)程實(shí)現(xiàn)精確恒溫的問(wèn)題。
我們知道，氣相色譜儀的主要測(cè)試對(duì)象為液體樣品，目前主要靠人工注射進(jìn)樣。因此，氣相色譜儀的測(cè)試結(jié)果與操作人員的熟練程度關(guān)系很大。若欲用氣相色譜儀器分析氣體樣品，方法之一是采用頂空氣體采樣裝置，方法之二是采用樣品收集—富集—冷凝(液態(tài)化)—注射器采樣這樣復(fù)雜的預(yù)處理過(guò)程。商品化的頂空氣體采樣裝置，如7694E、HS40X1等，是專為氣相色譜儀配套的，其樣品瓶最大容量?jī)H為20毫升，不能滿足機(jī)器嗅覺(jué)儀器的要求。即使是英國(guó)Aromascan公司的頂空采樣器，樣品瓶容積也僅為22毫升。樣品瓶容積小，可被吸入到氣敏傳感器工作室內(nèi)的有效氣體量就小，其結(jié)果是氣體在工作室內(nèi)被大大稀釋，相當(dāng)于降低了氣敏傳感器的檢測(cè)下限和靈敏度。商品化頂空采樣裝置存在的其他主要問(wèn)題是價(jià)格高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、操作繁瑣，例如，7694E型頂空采樣裝置的單臺(tái)售價(jià)10萬(wàn)人民幣以上。因此，發(fā)明氣體頂空自動(dòng)進(jìn)樣裝置對(duì)提高機(jī)器嗅覺(jué)儀器的穩(wěn)定性與重復(fù)性具有重要的意義。
在采用MOS型氣敏傳感器的情況下，傳感器工作室體積大帶來(lái)的直接后果是導(dǎo)致氣味經(jīng)過(guò)時(shí)進(jìn)一步被稀釋，相當(dāng)于降低了傳感器的靈敏度。我們知道，一個(gè)傳感器自身形成一個(gè)熱源，多個(gè)傳感器同時(shí)集中工作時(shí)熱量會(huì)進(jìn)一步累積。在專利《一種機(jī)器嗅覺(jué)裝置及其嗅覺(jué)模擬測(cè)試方法》(參見(jiàn)專利申請(qǐng)?zhí)?2111046.8)里，我們已經(jīng)指出，采用環(huán)形工作室的優(yōu)點(diǎn)是使得多個(gè)氣敏傳感器同時(shí)工作時(shí)熱量分散，但是，該專利采用傳感器底座爾致使環(huán)形工作室容積不能減小。單個(gè)傳感器體積較大，但我們要求傳感器陣列工作室不僅容積應(yīng)盡可能小，而且散熱性能盡可能好。如何解決這些矛盾，是本發(fā)明要解決的重要問(wèn)題之一。此外，本發(fā)明還要提出通過(guò)環(huán)境空氣的大流量沖洗，從而帶走傳感器熱量的方法。
如前所述，一次采樣的頂空氣體量為50毫升，這就要求頂空揮發(fā)氣總量，即樣品瓶容積足夠大。樣品瓶容積過(guò)小，產(chǎn)生的頂空揮發(fā)氣總量就有限，將導(dǎo)致氣體在流經(jīng)工作室時(shí)被大大稀釋。不僅如此，頂空采樣時(shí)會(huì)在樣品瓶?jī)?nèi)產(chǎn)生較大的負(fù)壓。樣品瓶容積過(guò)大，不僅操作不便，而且為了使頂空揮發(fā)氣達(dá)到足夠的濃度，每次測(cè)量所需要的液態(tài)、固態(tài)或膏狀呈香物質(zhì)的量增加，結(jié)果使得測(cè)量成本上升。綜合各種因素，樣品瓶容積為150毫升較為合適。
比較而言，隨著液態(tài)、固態(tài)或膏狀呈香物質(zhì)絕對(duì)量的增加，頂空揮發(fā)氣中微量成分的相對(duì)濃度會(huì)隨之上升。呈香物質(zhì)絕對(duì)量小，頂空揮發(fā)氣濃度就低。經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，每次測(cè)量所需呈香物質(zhì)絕對(duì)量為10毫升較為合適。氣液比過(guò)小的不良后果，一是呈香物質(zhì)絕對(duì)量消耗大，二是會(huì)使得頂空揮發(fā)氣的濃度超過(guò)氣敏傳感器的最敏感范圍。氣液比過(guò)大的不良后果是，頂空揮發(fā)氣的濃度過(guò)低。大量實(shí)驗(yàn)表明，合適的氣液比為140∶10＝14∶1。
恒溫水浴常常被用來(lái)保持被測(cè)物質(zhì)的溫度恒定。水浴恒溫方法的缺點(diǎn)之一是體積很大；缺點(diǎn)之二是需要反反復(fù)復(fù)地將樣品瓶放入水中和從水中取出，操作非常不方便。因此，發(fā)明大容量自動(dòng)恒溫頂空揮發(fā)氣發(fā)生裝置對(duì)機(jī)器嗅覺(jué)儀器的實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是在現(xiàn)有的《一種機(jī)器嗅覺(jué)裝置及其嗅覺(jué)模擬測(cè)試方法》(參見(jiàn)專利申請(qǐng)?zhí)?2111046.8)、《一種基于模塊化組合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器嗅覺(jué)氣味識(shí)別方法》(參見(jiàn)專利申請(qǐng)?zhí)?3141537.7)和《機(jī)器嗅覺(jué)氣味類別與強(qiáng)度同時(shí)確定方法》(參見(jiàn)專利申請(qǐng)?zhí)?00610023183.4)的基礎(chǔ)上，為了使機(jī)器嗅覺(jué)儀器具有良好的靈敏度、重復(fù)性與穩(wěn)定性而提出的一種小型自動(dòng)化機(jī)器嗅覺(jué)儀器與氣味分析方法。本發(fā)明具有傳感器陣列工作室體積小、頂空揮發(fā)氣體積大、恒溫精度高、自動(dòng)化程度高、重復(fù)性與穩(wěn)定性好、分析速度快、使用簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案之一是小型氣敏傳感器陣列工作室為環(huán)形，放置8-16個(gè)氣敏傳感器。環(huán)形工作室平均直徑為140毫米，斷面尺寸為20×10毫米。一個(gè)個(gè)氣敏傳感器直接膠結(jié)在環(huán)形工作室底座上，不使用傳統(tǒng)的傳感器座，從而使得環(huán)形工作室有效容積成倍縮小。氣敏傳感器通過(guò)專用接插件和導(dǎo)線與電源和高精度數(shù)據(jù)采集卡相聯(lián)結(jié)。
氣敏傳感器陣列環(huán)形工作室、頂空揮發(fā)氣流動(dòng)管道、進(jìn)樣控制電磁閥、流量節(jié)流閥均置于溫度為55±0.1℃的恒溫箱內(nèi)，恒溫過(guò)程只加熱，不制冷。環(huán)形結(jié)構(gòu)使得熱源分散，大流量環(huán)境空氣沖洗也將帶走氣敏傳感器產(chǎn)生的大量熱量，從而維持環(huán)形工作室內(nèi)部溫度的恒定。加熱元件為電阻絲型加熱棒，工作電壓為220V交流，最大致熱功率80瓦。置于工作室內(nèi)的Pt精密電阻絲溫度傳感器檢測(cè)溫度的變化。若工作室內(nèi)溫度高于給定值，則通過(guò)計(jì)算機(jī)和控制元件使加熱元件斷電；若溫度低于給定值，則通過(guò)控制元件給加熱元件供電。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案之二是一種大容量自動(dòng)恒溫頂空揮發(fā)氣發(fā)生裝置，其特征在于，由玻璃樣品瓶、加熱元件、導(dǎo)熱層、隔熱層、溫度檢測(cè)元件、控制軟件所組成。加熱元件產(chǎn)生的熱量通過(guò)鋁質(zhì)導(dǎo)熱圓盤和導(dǎo)熱套將玻璃試瓶?jī)?nèi)的樣品加熱，玻璃棉隔熱層防止熱量散發(fā)。在樣品恒溫過(guò)程中，硅橡膠密封蓋防止樣品瓶?jī)?nèi)頂空揮發(fā)氣外泄。
容量為150毫升的玻璃樣品瓶和硅橡膠密封蓋均從市場(chǎng)上購(gòu)得。每個(gè)樣品瓶和密封蓋只使用一次，從而避免交叉感染。這樣一來(lái)，每測(cè)量一次的材料費(fèi)僅為3.5元左右(目前價(jià)格)。樣品恒溫溫度為55±0.1℃，置于樣品瓶底部的Pt精密電阻絲溫度傳感器檢測(cè)瓶?jī)?nèi)溫度的變化。若瓶?jī)?nèi)溫度高于給定值，則通過(guò)計(jì)算機(jī)和控制元件使加熱元件斷電；若瓶?jī)?nèi)溫度低于給定值，則通過(guò)控制元件給加熱元件供電。即使環(huán)境溫度達(dá)到45℃時(shí)，該裝置仍只制熱，不制冷。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案之三是小型自動(dòng)氣體頂空采樣裝置，其特征在于，由步進(jìn)電機(jī)、同步齒形帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、螺桿升降機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向桿、進(jìn)樣針、微型真空泵、電磁閥、節(jié)流閥、流量計(jì)所組成。步進(jìn)電機(jī)通過(guò)同步齒形帶帶動(dòng)螺母旋轉(zhuǎn)，螺桿因而產(chǎn)生相應(yīng)的升降運(yùn)動(dòng)，從而使得恒溫杯上升與下降。螺桿升降機(jī)構(gòu)最大垂直位移為20毫米。本發(fā)明的自動(dòng)氣體頂空采樣裝置特點(diǎn)之一是采樣針不動(dòng)，樣品瓶上下運(yùn)動(dòng)，與商品化頂空采樣裝置“針動(dòng)瓶不動(dòng)”的工作方式完全不同，結(jié)果，本發(fā)明的自動(dòng)氣體頂空采樣裝置結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，體積大大縮小。
在計(jì)算機(jī)控制下，恒溫杯上升，固定在測(cè)試箱上的進(jìn)樣針因而穿過(guò)硅橡膠密封蓋，接觸到樣品瓶?jī)?nèi)的頂空揮發(fā)氣。在微型真空泵的作用下，頂空揮發(fā)氣通過(guò)進(jìn)樣針和不銹鋼管道，以600毫升/分鐘的流量，即50毫米/秒的速度，流經(jīng)環(huán)形氣敏傳感器陣列工作室，然后從排氣口排入大氣。頂空揮發(fā)氣累積采樣體積為50毫升，由流量傳感器精確計(jì)量。
微型真空泵以連續(xù)方式工作，克服了反復(fù)通電—斷電導(dǎo)致的瞬間流量不穩(wěn)定、對(duì)泵本身壽命影響大的缺陷。兩個(gè)二位三通電磁閥和兩個(gè)二位二通電磁閥的開(kāi)與關(guān)分別控制傳感器陣列工作室與頂空揮發(fā)氣、氧氣和環(huán)境空氣的通與斷。
通過(guò)流量節(jié)流閥的轉(zhuǎn)換與控制，本發(fā)明使得頂空揮發(fā)氣采樣流量為600毫升/分鐘，氧氣流量為600毫升/分鐘，環(huán)境空氣小流量為600毫升/分鐘，大流量為6000毫升/分鐘。頂空揮發(fā)氣采樣和氧氣精確恢復(fù)時(shí)采用小流量，環(huán)境空氣初步恢復(fù)時(shí)采用大流量。氧氣的作用是精確標(biāo)定氣敏傳感器，使得儀器每次測(cè)量的基點(diǎn)相同。采用大流量環(huán)境空氣使氣敏傳感器初步恢復(fù)這一方法不僅使得測(cè)試成本大大降低，而且將加快了傳感器的恢復(fù)速度，有效地帶走氣敏傳感器工作時(shí)產(chǎn)生的大量熱量，并沖走吸附在環(huán)形工作室和管道內(nèi)壁上的氣味分子。
本發(fā)明—一種小型自動(dòng)化機(jī)器嗅覺(jué)儀器使用步驟和氣味分析方法如下(A)開(kāi)機(jī)，儀器預(yù)熱30分鐘，計(jì)算機(jī)將氣敏傳感器對(duì)此時(shí)環(huán)境空氣的響應(yīng)記為初始狀態(tài)。
(B)操作人員將10毫升液態(tài)、膏狀或固態(tài)樣品放入容積為150毫升的玻璃試瓶?jī)?nèi)，蓋上硅橡膠瓶蓋。
(C)操作人員將玻璃試瓶放入恒溫杯內(nèi)，按下計(jì)時(shí)鍵，樣品開(kāi)始加熱，計(jì)算機(jī)開(kāi)始計(jì)時(shí)。被測(cè)樣品在加熱元件的作用下，準(zhǔn)確恒溫30分鐘。
(D)在恒溫30分鐘后，計(jì)算機(jī)發(fā)出指令，同步齒形帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和螺桿升降機(jī)構(gòu)使恒溫杯上升，固定在測(cè)試箱上的進(jìn)樣針因此穿過(guò)硅橡膠瓶蓋，接觸到頂空揮發(fā)氣。
(E)在計(jì)算機(jī)和電磁閥的作用下，頂空揮發(fā)氣進(jìn)氣管道打開(kāi)，氧氣和環(huán)境空氣進(jìn)氣管道斷開(kāi)，流量計(jì)開(kāi)始計(jì)量。微型真空泵將頂空揮發(fā)氣經(jīng)由進(jìn)樣針吸入環(huán)形氣敏傳感器陣列工作室，使之迅速掠過(guò)傳感器敏感膜表面后從排氣口排出。當(dāng)頂空揮發(fā)氣累積采樣量達(dá)到50毫升時(shí)，采樣過(guò)程結(jié)束，采樣進(jìn)氣管道斷開(kāi)。
(F)在頂空揮發(fā)氣流經(jīng)環(huán)形工作室過(guò)程中，各個(gè)氣敏傳感器對(duì)被測(cè)氣味因此產(chǎn)生敏感響應(yīng)，這些敏感響應(yīng)通過(guò)高精度數(shù)據(jù)采集卡得到一個(gè)量化的多維響應(yīng)向量；該向量經(jīng)計(jì)算機(jī)分析處理后，10秒之內(nèi)即可得到被測(cè)氣味的類別、整體強(qiáng)度或氣體關(guān)鍵成分濃度估計(jì)值，并通過(guò)顯示器顯示出來(lái)。
(G)氣體頂空采樣過(guò)程結(jié)束后，環(huán)境空氣以600毫升/分鐘的小流量從環(huán)境空氣入口進(jìn)入，傳感器進(jìn)入初步恢復(fù)階段。氣味分析結(jié)果顯示后，恒溫杯在自動(dòng)進(jìn)樣升降裝置的作用下下降，操作人員在1分鐘之內(nèi)取走恒溫杯。然后，環(huán)境空氣通過(guò)進(jìn)樣針大流量進(jìn)入環(huán)形氣敏傳感器陣列工作室。操作人員為下一次測(cè)量做準(zhǔn)備。
(H)重復(fù)(B)～(G)，進(jìn)行多次采樣，一個(gè)完整的采樣過(guò)程持續(xù)290秒。
除步驟B、C和G外，整個(gè)操作過(guò)程由儀器自動(dòng)完成，從而有效避免了人為操作誤差的影響。
一個(gè)完整的采樣流程為①初步恢復(fù)。環(huán)境空氣以6000毫升/分鐘的大流量從進(jìn)樣針進(jìn)入環(huán)形氣敏傳感器陣列工作室，持續(xù)120秒鐘。②氧氣精確標(biāo)定。氧氣以600毫升/分鐘的小流量進(jìn)入工作室，持續(xù)40秒鐘。③平衡。所有3個(gè)進(jìn)氣管道均處于關(guān)閉狀態(tài)，持續(xù)5秒鐘。④
表1.小型自動(dòng)化機(jī)器嗅覺(jué)儀器和氣味分析方法—電磁閥開(kāi)關(guān)順序和氣體流量變化情況

采樣。頂空揮發(fā)氣以600毫升/分鐘的小流量進(jìn)入工作室，持續(xù)5秒鐘。⑤初步恢復(fù)。環(huán)境空氣以600毫升/分鐘的小流量從環(huán)境空氣入口進(jìn)入工作室(不通過(guò)進(jìn)樣針)，持續(xù)60秒鐘，操作人員在這段時(shí)間內(nèi)取走恒溫杯。⑥初步恢復(fù)。環(huán)境空氣以6000毫升/分鐘的大流量從進(jìn)樣針進(jìn)入環(huán)形氣敏傳感器陣列工作室，持續(xù)60秒鐘。
表1是本發(fā)明一種小型自動(dòng)化機(jī)器嗅覺(jué)儀器與氣味分析方法—2個(gè)二位三通電磁閥和2個(gè)二位二通電磁閥工作狀態(tài)與氣體流量的關(guān)系表。表中電磁閥的編號(hào)請(qǐng)參見(jiàn)附圖1。
本發(fā)明—小型自動(dòng)化機(jī)器嗅覺(jué)儀器與氣味分析方法具有體積小、恒溫精度與自動(dòng)化程度高、重復(fù)性與穩(wěn)定性好、環(huán)境與人為因素影響小、分析速度快、操作簡(jiǎn)便、測(cè)試成本低的優(yōu)點(diǎn)。若一個(gè)機(jī)器嗅覺(jué)儀器配置4個(gè)恒溫杯，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)測(cè)量。


圖1是本發(fā)明—一種小型自動(dòng)化機(jī)器嗅覺(jué)儀器與氣味分析方法結(jié)構(gòu)示意圖。該儀器6大組成單元為，測(cè)試箱，恒溫杯，自動(dòng)進(jìn)樣升降裝置，計(jì)算機(jī)，顯示器，氧氣瓶。其中，測(cè)試箱組成單元為，氣敏傳感器陣列1，氣敏傳感器環(huán)形工作室2，二位三通電磁閥3，二位三通電磁閥4，二位二通電磁閥5，二位二通電磁閥6，進(jìn)樣針7，流量節(jié)流閥8，流量計(jì)9，真空泵10，隔板11，電阻加熱絲12，Pt電阻溫度傳感器13，風(fēng)扇14，玻璃棉保溫層15，三路高精度穩(wěn)壓電源16。計(jì)算機(jī)17、顯示器18和氧氣瓶19為商用標(biāo)準(zhǔn)部件。
圖2是本發(fā)明小型自動(dòng)化機(jī)器嗅覺(jué)儀器—恒溫杯結(jié)構(gòu)圖，其組成單元為，容積為150毫升的玻璃試瓶20，被測(cè)樣品21，硅橡膠瓶塞22，半導(dǎo)體加熱片(棒)23，鋁合金導(dǎo)熱圓盤24，鋁合金導(dǎo)熱套25，玻璃棉隔熱層26，杯蓋27，Pt電阻溫度傳感器28，電源插座29。
圖3是本發(fā)明小型自動(dòng)化機(jī)器嗅覺(jué)儀器—自動(dòng)進(jìn)樣升降裝置結(jié)構(gòu)圖，其組成單元為，螺桿升降機(jī)構(gòu)30，同步齒形帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)31，步進(jìn)電機(jī)32，升降圓盤33，導(dǎo)向桿34，軸承35，座36。該升降機(jī)構(gòu)最大垂直位移為20毫米。
圖4是本發(fā)明小型自動(dòng)化機(jī)器嗅覺(jué)儀器—環(huán)形氣敏傳感器陣列工作室A-A斷面結(jié)構(gòu)圖，其組成單元為傳感器座2-1，傳感器蓋2-2，螺釘2-3，O型密封圈2-4，膠粘合劑2-5。
圖5是本發(fā)明一種小型自動(dòng)化機(jī)器嗅覺(jué)儀器與氣味分析方法工作流程圖，包括環(huán)境空氣大流量沖洗(傳感器初步恢復(fù))，氧氣小流量沖洗(傳感器精密標(biāo)定)，平衡，頂空采樣(傳感器響應(yīng))，環(huán)境空氣小流量沖洗(傳感器初步恢復(fù))并給出被測(cè)氣味類別、強(qiáng)度及關(guān)鍵成分含量的分析結(jié)果，環(huán)境空氣大流量沖洗(傳感器初步恢復(fù))。
圖6是本發(fā)明—一種小型自動(dòng)化機(jī)器嗅覺(jué)儀器的恒溫杯與自動(dòng)進(jìn)樣升降裝置的關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
本發(fā)明—一種小型自動(dòng)化機(jī)器嗅覺(jué)儀器的結(jié)構(gòu)如附圖1所示，其特點(diǎn)是，由測(cè)試箱、恒溫杯、自動(dòng)進(jìn)樣升降機(jī)構(gòu)、計(jì)算機(jī)、顯示器、氧氣瓶6大部份所組成。其中，氣敏傳感器陣列1及環(huán)形工作室2，二位三通電磁閥3、流量節(jié)流閥8、隔板11、電阻加熱絲12、Pt電阻溫度傳感器13、風(fēng)扇14和部分進(jìn)樣針7位于由玻璃棉保溫層恒溫的測(cè)試箱內(nèi)。
考慮到環(huán)境溫度最高時(shí)不需要制冷和電磁閥與膠粘合劑工作溫度不宜太高這兩個(gè)因素，儀器內(nèi)部恒溫溫度設(shè)定為55℃。Pt溫度傳感器13的靈敏度為0-100±0.1℃。當(dāng)測(cè)試箱內(nèi)部溫度超過(guò)55℃時(shí)，根據(jù)計(jì)算機(jī)17發(fā)出的指令，電阻加熱絲12斷電，溫度因而下降；反之，電阻加熱絲12通電，溫度因而上升。因此，不論外部環(huán)境如何變化，儀器內(nèi)部工作溫度始終恒定為55℃±0.1℃。風(fēng)扇14的作用是使得測(cè)試箱內(nèi)溫度均勻，防止產(chǎn)生溫度梯度。
氣敏傳感器工作室2為環(huán)形，平均直徑為φ140毫米，斷面尺寸為20×10毫米，請(qǐng)參見(jiàn)附圖4。氣敏傳感器1通過(guò)膠粘合劑直接粘結(jié)在不銹鋼傳感器工作室底座2-1上。內(nèi)六角螺釘2-3將底座2-1、不銹鋼傳感器工作室蓋2-2、O形密封圈2-4連接在一起，形成環(huán)形工作室。環(huán)形工作室內(nèi)部拋光，隔板11將進(jìn)氣口和出氣口隔開(kāi)，從而強(qiáng)迫氣體繞環(huán)形工作室流動(dòng)。
微型真空泵10采用連續(xù)工作方式。請(qǐng)參見(jiàn)附圖5和附表1，兩個(gè)二位三通電磁閥和一個(gè)二位二通電磁閥分別控制被測(cè)樣品、氧氣、環(huán)境空氣的開(kāi)與斷，一個(gè)二位二通電磁閥控制進(jìn)氣流量的大小。當(dāng)工作進(jìn)樣時(shí)，氧氣和環(huán)境空氣入口通過(guò)二位三通電磁閥3和二位二通電磁閥5保持?jǐn)嚅_(kāi)，在微型真空泵10的作用下，頂空揮發(fā)氣以600毫升/分鐘的流量流經(jīng)進(jìn)樣針7、不銹鋼管道、進(jìn)氣口、傳感器陣列1、出氣口、流量節(jié)流閥8，最后從排氣口排入大氣。
工作進(jìn)樣結(jié)束后，進(jìn)樣口通過(guò)電磁閥3關(guān)閉，環(huán)境空氣進(jìn)氣口接通，這時(shí)環(huán)境空氣仍以600毫升/分鐘的小流量流過(guò)環(huán)形工作室。這一階段持續(xù)60秒，主要考慮是操作人員應(yīng)在這段時(shí)間內(nèi)將樣品移開(kāi)。樣品瓶移開(kāi)后，環(huán)境空氣仍從進(jìn)樣針口以6000毫升/分鐘的大流量流過(guò)環(huán)形工作室，這一過(guò)程持續(xù)180秒。這樣做的目的一是氣敏傳感器的快速恢復(fù)，二是進(jìn)樣針、管道和環(huán)形工作室內(nèi)壁的沖洗，三是傳感器累積熱量的帶走。
本發(fā)明—一種小型自動(dòng)化機(jī)器嗅覺(jué)儀器的恒溫杯結(jié)構(gòu)如附圖2所示，其特點(diǎn)是，由玻璃試瓶20、被測(cè)樣品21、硅橡膠瓶塞22、半導(dǎo)體加熱片23、鋁合金導(dǎo)熱圓盤24、鋁合金導(dǎo)熱套25、玻璃棉隔熱層26、杯蓋27、Pt電阻溫度傳感器28、電源插座29組成。
半導(dǎo)體加熱片23產(chǎn)生的熱量經(jīng)過(guò)鋁合金導(dǎo)熱圓盤24和鋁合金導(dǎo)熱套25傳遞到玻璃燒瓶20，被測(cè)樣品21因而被加熱，玻璃棉隔熱層26防止熱量散發(fā)。本發(fā)明采用商品化的玻璃試瓶和硅橡膠瓶塞，一次性使用，避免重復(fù)使用產(chǎn)生的交叉污染。由于氣敏傳感器陣列環(huán)形工作室容積小，每次測(cè)試需要的頂空揮發(fā)氣相應(yīng)減少，因此，采用容積為150毫升的玻璃試瓶就夠了?？紤]到環(huán)境溫度最高時(shí)不需制冷這一前提條件，樣品恒溫溫度設(shè)定為55±0.1℃。這一溫度由半導(dǎo)體加熱片23加熱，Pt電阻溫度傳感器28檢測(cè)，并由計(jì)算機(jī)17實(shí)施控制。
樣品21恒溫過(guò)程中產(chǎn)生的頂空揮發(fā)氣由硅橡膠瓶塞22防止泄漏；采樣時(shí)，樣品瓶由自動(dòng)進(jìn)樣升降裝置推動(dòng)上升，固定在測(cè)試箱上的進(jìn)樣針7因而穿過(guò)硅橡膠瓶塞22接觸到頂空揮發(fā)氣。樣品恒溫時(shí)間同樣由計(jì)算機(jī)實(shí)施精密控制。
本發(fā)明—一種小型自動(dòng)化機(jī)器嗅覺(jué)儀器的自動(dòng)進(jìn)樣升降裝置結(jié)構(gòu)如附圖3所示，其特點(diǎn)是，由螺桿升降機(jī)構(gòu)30、同步齒形帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)31、步進(jìn)電機(jī)32、升降圓盤33、導(dǎo)向桿34、軸承35、底座36所組成。
本發(fā)明—一種小型自動(dòng)化機(jī)器嗅覺(jué)儀器的恒溫杯與自動(dòng)進(jìn)樣升降裝置的關(guān)系如附圖6所示。本發(fā)明一改商品化頂空采樣裝置的“針動(dòng)瓶不動(dòng)”的采樣方式，提出“針不動(dòng)瓶動(dòng)”的采樣方式。本發(fā)明不僅使得自動(dòng)采樣器的結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，而且使得從進(jìn)樣口到傳感器工作室的管道距離大大縮短。根據(jù)計(jì)算機(jī)發(fā)出的采樣指令，步進(jìn)電機(jī)32旋轉(zhuǎn)，螺桿升降機(jī)構(gòu)30的螺母因而作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，螺桿作升降運(yùn)動(dòng)，從而使得恒溫杯作升降運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)采樣過(guò)程的自動(dòng)化。該升降機(jī)構(gòu)最大垂直位移為20毫米。
請(qǐng)參見(jiàn)附圖5和附表1，根據(jù)一種小型自動(dòng)化機(jī)器嗅覺(jué)儀器進(jìn)行氣味類別判斷和強(qiáng)度估計(jì)的方法，本發(fā)明的實(shí)施包括如下步驟a，開(kāi)機(jī)，儀器預(yù)熱30分鐘時(shí)，計(jì)算機(jī)將氣敏傳感器對(duì)環(huán)境空氣的響應(yīng)狀態(tài)記為初始狀態(tài)。
b，操作人員將10毫升液態(tài)、膏狀或固態(tài)樣品放入容積為150毫升的玻璃試瓶?jī)?nèi)，蓋上硅橡膠瓶蓋。
c，操作人員將玻璃試瓶放入恒溫杯內(nèi)，按下計(jì)時(shí)鍵，樣品開(kāi)始加熱，計(jì)算機(jī)開(kāi)始計(jì)時(shí)。被測(cè)樣品在加熱元件的作用下，準(zhǔn)確恒溫30分鐘。
d，在恒溫30分鐘后，計(jì)算機(jī)發(fā)出指令，同步齒形帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和螺桿升降機(jī)構(gòu)使恒溫杯上升，固定在測(cè)試箱上的進(jìn)樣針因此穿過(guò)硅橡膠瓶蓋，接觸到頂空揮發(fā)氣。
e，在電磁閥的作用下，頂空揮發(fā)氣進(jìn)氣管道打開(kāi)，氧氣和環(huán)境進(jìn)氣管道斷開(kāi)，流量計(jì)開(kāi)始計(jì)量。微型真空泵將頂空揮發(fā)氣吸入環(huán)形工作室，使之迅速掠過(guò)傳感器敏感膜表面后從排氣口排出。當(dāng)頂空揮發(fā)氣累積采樣量達(dá)到50毫升時(shí)，采樣進(jìn)氣管道斷開(kāi)，采樣過(guò)程結(jié)束。然后，環(huán)境空氣小流量進(jìn)入，傳感器進(jìn)入初步恢復(fù)階段。
f，各個(gè)氣敏傳感器對(duì)被測(cè)氣味因此產(chǎn)生敏感響應(yīng)，這些敏感響應(yīng)通過(guò)高精度數(shù)據(jù)采集卡得到一個(gè)量化的多維響應(yīng)向量；g，該向量經(jīng)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理后，10秒之內(nèi)即可得到被測(cè)氣味的類別、整體強(qiáng)度或簡(jiǎn)單成分氣體濃度估計(jì)值，并通過(guò)顯示器顯示出來(lái)。
h，氣味分析結(jié)果顯示后，操作人員取走恒溫杯，環(huán)境空氣通過(guò)進(jìn)樣針大流量進(jìn)入環(huán)形傳感器工作室。操作人員為下一次測(cè)量做準(zhǔn)備。
i，重復(fù)b～h，進(jìn)行多次采樣，一個(gè)完整的采樣過(guò)程持續(xù)290秒。
除步驟b、c和h外，整個(gè)操作過(guò)程由儀器自動(dòng)完成，從而有效避免了人為操作誤差的影響。
一個(gè)完整的采樣流程為①初步恢復(fù)。環(huán)境空氣以6000毫升/分鐘的大流量從進(jìn)樣針進(jìn)入環(huán)形氣敏傳感器陣列工作室，持續(xù)120秒鐘。②氧氣精確標(biāo)定。氧氣以600毫升/分鐘的小流量進(jìn)入工作室，持續(xù)40秒鐘。③平衡。所有3個(gè)進(jìn)氣管道均處于關(guān)閉狀態(tài)，持續(xù)5秒鐘。④采樣。頂空揮發(fā)氣以600毫升/分鐘的小流量進(jìn)入工作室，持續(xù)5秒鐘。⑤初步恢復(fù)。環(huán)境空氣以600毫升/分鐘的小流量從環(huán)境空氣入口進(jìn)入工作室(不通過(guò)進(jìn)樣針)，持續(xù)60秒鐘，操作人員在這段時(shí)間內(nèi)取走恒溫杯。⑥初步恢復(fù)。環(huán)境空氣以6000毫升/分鐘的大流量從進(jìn)樣針進(jìn)入環(huán)形氣敏傳感器陣列工作室，持續(xù)60秒鐘。
本發(fā)明—小型自動(dòng)化機(jī)器嗅覺(jué)儀器與氣味分析方法具有體積小、恒溫精度與自動(dòng)化程度高、重復(fù)性與穩(wěn)定性好、環(huán)境與人為因素影響小、分析速度快、操作簡(jiǎn)便、測(cè)試成本低的優(yōu)點(diǎn)。一個(gè)機(jī)器嗅覺(jué)儀器配置4個(gè)恒溫杯，實(shí)現(xiàn)氣味的連續(xù)測(cè)量。
本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理與模式識(shí)別方法請(qǐng)參見(jiàn)發(fā)明專利《一種基于模塊化組合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器嗅覺(jué)氣味識(shí)別方法》(申請(qǐng)?zhí)?3141537.7)和《機(jī)器嗅覺(jué)氣味類別與強(qiáng)度同時(shí)確定方法》(申請(qǐng)?zhí)?00610023183.4)
權(quán)利要求
1.一種小型自動(dòng)化機(jī)器嗅覺(jué)儀器，其特征在于由精密恒溫的測(cè)試箱及其小型氣體傳感器陣列工作室、精密恒溫的小型大容量頂空氣體發(fā)生裝置、氣體頂空自動(dòng)采樣裝置、計(jì)算機(jī)、精密電源、精密控制與測(cè)試電路所組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型氣敏傳感器陣列工作室為環(huán)形，放置8-16個(gè)氣敏傳感器。環(huán)形工作室平均直徑為140毫米，斷面尺寸為20×10毫米。氣敏傳感器直接膠結(jié)在環(huán)形工作室底座上。氣敏傳感器通過(guò)專用接插件和導(dǎo)線與電源和高精度數(shù)據(jù)采集卡相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試箱，其特征在于，環(huán)形氣敏傳感器陣列工作室、一部分氣體流動(dòng)管道、控制進(jìn)樣的電磁閥、一部分進(jìn)樣針、流量控制閥均置于溫度為55±0.1℃的恒溫測(cè)試箱內(nèi)。測(cè)試箱的恒溫過(guò)程只加熱，不制冷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型氣敏傳感器陣列工作室，其特征在于，環(huán)形工作室結(jié)構(gòu)使得熱源分散，便于溫度精確恒定。單個(gè)氣敏傳感器相當(dāng)于一個(gè)熱源，多個(gè)傳感器集中工作將使得熱量集中，致使溫度控制不住，本發(fā)明解決了這一問(wèn)題。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型頂空氣體發(fā)生裝置，其特征在于，由玻璃樣品瓶、加熱元件、導(dǎo)熱層、隔熱層、溫度檢測(cè)元件、控制軟件所組成。加熱元件產(chǎn)生的熱量通過(guò)鋁質(zhì)導(dǎo)熱圓盤和導(dǎo)熱套將玻璃試瓶?jī)?nèi)的樣品加熱，玻璃棉隔熱層防止熱量散發(fā)。硅橡膠密封蓋防止樣品瓶?jī)?nèi)頂空揮發(fā)氣外泄。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型頂空氣體發(fā)生裝置，其特征在于，樣品恒溫溫度為55±0.1℃。置于底部的Pt精密電阻絲溫度傳感器檢測(cè)樣品瓶?jī)?nèi)的溫度變化，若瓶?jī)?nèi)溫度高于給定值，則通過(guò)計(jì)算機(jī)和控制元件使半導(dǎo)體加熱元件斷電；若瓶?jī)?nèi)溫度低于給定值，則通過(guò)控制元件給加熱元件供電。因此，即使環(huán)境溫度達(dá)到45℃，該裝置仍只制熱，不制冷。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型頂空氣體發(fā)生裝置，其特征在于，容量為150毫升的玻璃樣品瓶和硅橡膠密封蓋均從市場(chǎng)上購(gòu)得，每個(gè)樣品瓶和硅橡膠密封蓋只使用一次，不產(chǎn)生交叉感染。每測(cè)量一次的材料費(fèi)目前價(jià)格僅為3.5元左右。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體頂空自動(dòng)采樣裝置，其特征在于，由步進(jìn)電機(jī)、同步齒形帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、螺桿升降機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向桿、進(jìn)樣針、微型真空泵、電磁閥、節(jié)流閥、流量計(jì)所組成。在計(jì)算機(jī)的控制下，步進(jìn)電機(jī)通過(guò)同步齒形帶使螺母旋轉(zhuǎn)，螺桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的升降運(yùn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)恒溫杯上升與下降。螺桿升降機(jī)構(gòu)最大垂直位移為20毫米。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體頂空自動(dòng)采樣裝置，其特征在于，在計(jì)算機(jī)的控制下，恒溫杯上升，固定在測(cè)試箱上的進(jìn)樣針因而刺入硅橡膠密封蓋，接觸到樣品瓶?jī)?nèi)的頂空揮發(fā)氣。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體頂空自動(dòng)采樣裝置，其特征在于，微型真空泵以連續(xù)方式工作，計(jì)算機(jī)通過(guò)控制兩個(gè)二位三通電磁閥和兩個(gè)二位二通電磁閥的開(kāi)與關(guān)，分別控制傳感器陣列工作室與頂空揮發(fā)氣、氧氣和環(huán)境空氣的通與斷。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體頂空自動(dòng)采樣裝置，其特征在于，頂空揮發(fā)氣采樣體積為50毫升，由流量傳感器精確計(jì)量。這時(shí)，在計(jì)算機(jī)和電磁閥的作用下，氧氣和環(huán)境空氣通道被斷開(kāi)，頂空揮發(fā)氣被微型真空泵抽吸，經(jīng)由進(jìn)樣針和不銹鋼管道，以600毫升/分鐘的流量，即50毫米/秒的流速流經(jīng)環(huán)形氣敏傳感器陣列工作室，然后從排氣口被排入大氣。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體頂空自動(dòng)采樣裝置，其特征在于，通過(guò)流量節(jié)流閥的轉(zhuǎn)換與控制，使得頂空揮發(fā)氣采樣流量為600毫升/分鐘，氧氣流量為600毫升/分鐘，環(huán)境空氣流量為6000毫升/分鐘。頂空揮發(fā)氣采樣和氧氣精確標(biāo)定時(shí)采用小流量。大流量環(huán)境空氣沖洗的作用，一是使氣敏傳感器快速初步恢復(fù)，二是帶走多個(gè)傳感器同時(shí)工作時(shí)累積產(chǎn)生的大量熱量，三是沖走吸附在環(huán)形工作室和管道內(nèi)壁上的氣味分子。
13.采用權(quán)利要求1的儀器進(jìn)行氣味精密分析，其特征在于，包括以下步驟(A)開(kāi)機(jī)，儀器預(yù)熱30分鐘，計(jì)算機(jī)將氣敏傳感器對(duì)此時(shí)環(huán)境空氣的響應(yīng)記為初始狀態(tài)。(B)操作人員將10毫升液態(tài)、膏狀或固態(tài)樣品放入容積為150毫升的玻璃試瓶?jī)?nèi)，蓋上硅橡膠瓶蓋。(C)操作人員將玻璃試瓶放入恒溫杯內(nèi)，按下計(jì)時(shí)鍵，樣品開(kāi)始加熱，計(jì)算機(jī)開(kāi)始計(jì)時(shí)。被測(cè)樣品在加熱元件的作用下，準(zhǔn)確恒溫30分鐘。(D)在恒溫30分鐘后，計(jì)算機(jī)發(fā)出指令，同步齒形帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和螺桿升降機(jī)構(gòu)使恒溫杯上升，固定在測(cè)試箱上的進(jìn)樣針因此穿過(guò)硅橡膠瓶蓋，接觸到頂空揮發(fā)氣。(E)在計(jì)算機(jī)和電磁閥的作用下，頂空揮發(fā)氣進(jìn)氣管道打開(kāi)，氧氣和環(huán)境空氣進(jìn)氣管道斷開(kāi)，流量計(jì)開(kāi)始計(jì)量。微型真空泵將頂空揮發(fā)氣經(jīng)由進(jìn)樣針吸入環(huán)形氣敏傳感器陣列工作室，使之迅速掠過(guò)傳感器敏感膜表面后從排氣口排出。當(dāng)頂空揮發(fā)氣累積采樣量達(dá)到50毫升時(shí)，采樣過(guò)程結(jié)束，采樣進(jìn)氣管道斷開(kāi)。(F)在頂空揮發(fā)氣流經(jīng)環(huán)形工作室過(guò)程中，各個(gè)氣敏傳感器對(duì)被測(cè)氣味因此產(chǎn)生敏感響應(yīng)，這些敏感響應(yīng)通過(guò)高精度數(shù)據(jù)采集卡得到一個(gè)量化的多維響應(yīng)向量；該向量經(jīng)計(jì)算機(jī)分析處理后，10秒之內(nèi)即可得到被測(cè)氣味的類別、整體強(qiáng)度或氣體關(guān)鍵成分濃度估計(jì)值，并通過(guò)顯示器顯示出來(lái)。(G)氣體頂空采樣過(guò)程結(jié)束后，環(huán)境空氣以600毫升/分鐘的小流量從環(huán)境空氣入口進(jìn)入，傳感器進(jìn)入初步恢復(fù)階段。氣味分析結(jié)果顯示后，恒溫杯在自動(dòng)進(jìn)樣升降裝置的作用下下降，操作人員在1分鐘之內(nèi)取走恒溫杯。然后，環(huán)境空氣通過(guò)進(jìn)樣針大流量進(jìn)入環(huán)形氣敏傳感器陣列工作室。操作人員為下一次測(cè)量做準(zhǔn)備。(H)重復(fù)(B)～(G)，進(jìn)行多次采樣，一個(gè)完整的采樣過(guò)程持續(xù)290秒。除步驟B、C和G外，整個(gè)過(guò)程由儀器自動(dòng)完成，有效避免了人為操作誤差的影響。一個(gè)完整的采樣流程為①初步恢復(fù)。環(huán)境空氣以6000毫升/分鐘的大流量從進(jìn)樣針進(jìn)入氣敏傳感器陣列工作室，持續(xù)120秒鐘。②氧氣精確標(biāo)定。氧氣以600毫升/分鐘的小流量進(jìn)入工作室，持續(xù)40秒鐘。③平衡。所有3個(gè)進(jìn)氣管道均處于關(guān)閉狀態(tài)，持續(xù)5秒鐘。④頂空采樣。頂空揮發(fā)氣以600毫升/分鐘的小流量進(jìn)入工作室，持續(xù)5秒鐘。⑤初步恢復(fù)。環(huán)境空氣以600毫升/分鐘的小流量進(jìn)入工作室(不通過(guò)進(jìn)樣針)，持續(xù)60秒鐘，操作人員取走恒溫杯。⑥初步恢復(fù)。環(huán)境空氣以6000毫升/分鐘的大流量從進(jìn)樣針進(jìn)入環(huán)形氣敏傳感器陣列工作室，持續(xù)60秒鐘。本發(fā)明-小型自動(dòng)化機(jī)器嗅覺(jué)儀器與氣味分析方法具有體積小、恒溫精度與自動(dòng)化程度高、重復(fù)性與穩(wěn)定性好、環(huán)境與人為因素影響小、分析速度快、操作簡(jiǎn)便、測(cè)試成本低的優(yōu)點(diǎn)。若一個(gè)機(jī)器嗅覺(jué)儀器配置4個(gè)恒溫杯，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)測(cè)量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種精密恒溫、自動(dòng)采樣的小型機(jī)器嗅覺(jué)儀器及其氣味精密分析方法，特點(diǎn)之一是，機(jī)器嗅覺(jué)儀器由精密恒溫的測(cè)試箱及其小型氣敏傳感器陣列工作室、精密恒溫的小型頂空氣體發(fā)生裝置、氣體頂空自動(dòng)采樣裝置、計(jì)算機(jī)、精密電源、精密控制與測(cè)試電路所組成，傳感器陣列工作室的恒溫溫度為55±0.1℃。本發(fā)明特點(diǎn)之二是，小型頂空氣體發(fā)生裝置的頂空揮發(fā)氣容積達(dá)140毫升，與液態(tài)、膏狀或固態(tài)呈香物質(zhì)的體積比固定為14∶1，被測(cè)樣品與頂空揮發(fā)氣的恒溫溫度為55±0.1℃，恒溫過(guò)程只加熱，不制冷。本發(fā)明特點(diǎn)之三是，小型頂空氣體自動(dòng)采樣裝置由步進(jìn)電機(jī)、同步齒形帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、螺桿升降機(jī)構(gòu)、進(jìn)樣針、微型真空泵、電磁閥、節(jié)流閥、流量計(jì)所組成。本發(fā)明的氣味精密分析方法，特點(diǎn)是，被測(cè)樣品精密恒溫、頂空采樣、過(guò)程控制、氣敏傳感器陣列響應(yīng)與被測(cè)氣味類別和整體強(qiáng)度及濃度的結(jié)果分析、傳感器快速恢復(fù)均由儀器自動(dòng)完成。本發(fā)明的一種機(jī)器嗅覺(jué)儀器與氣味分析方法具有體積小、恒溫精度與自動(dòng)化程度高、重復(fù)性與穩(wěn)定性好、環(huán)境與人為因素影響小、分析速度快、操作簡(jiǎn)便、測(cè)試成本低的優(yōu)點(diǎn)。若一臺(tái)機(jī)器嗅覺(jué)儀器配置4個(gè)恒溫杯，則可實(shí)現(xiàn)連續(xù)測(cè)量。
文檔編號(hào)G01N35/00GK101000357SQ200710036260
公開(kāi)日2007年7月18日 申請(qǐng)日期2007年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月8日
發(fā)明者高大啟 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)