מהו אף אלקטרוני?

/
/
/
55 Views

מבוא

אף אלקטרוני (eNose) הוא מכשיר המשמש לזיהוי וזיהוי ריחות/אדים, כלומר מכשיר ריח מכונה עם מערך חיישנים כימיים.

לחילופין, על פי הגדרת Gardner and Bartlett, (1994). [3]:

"אף אלקטרוני הוא מכשיר הכולל מערך של חיישנים כימיים אלקטרוניים עם ספציפיות חלקית ומערכת זיהוי תבניות מתאימה, המסוגלת לזהות ריחות פשוטים או מורכבים"

השימוש הנפוץ ביותר כיום ב-eNose הוא בתעשיית המזון והמשקאות. בנוסף לתחום זה, ניתן להשתמש ב-eNose בתחומים נוספים כמו ניתוח נפט איכותי וכמותי, איתור חומרי נפץ, מחקרי סיווג ופירוק של שמני זית, פיתוח גלאי ריחות שדה ליישומים סביבתיים, יישומי בקרת איכות בתעשיית הרכב. , אפליה בין פטמות של פרות נקיות למזוהמות במערכת חליבה, ניתוח חומרי גלם קוסמטיים, ועוד תחומים חשובים רבים נוספים כמו בתחום הרפואה והחלל.

העיקרון של eNose הוא שהיא משתמשת במערך של חיישנים, בין אם בצורה של סוגים שונים של פולימרים או באמצעות שימוש במוליכי חצי תחמוצת מתכת, העיקרון כאן עדיין זהה.

כאשר מולקולות מכל יסוד מופקדות על פני החיישן, המוליכות החשמלית משתנה, כאשר וכאשר פני השטח מתרחבים. זהו הרעיון הבסיסי של אופן הפעולה של eNose, כלומר שינוי התנגדות החיישן כאשר החיישן נחשף לריחות/אדים.

הדפוס המוצג על הצג עבור כל התנגדות מסוימת הוא ייחודי (כלומר סוג הריח או האדים של דגימה מסוימת). בדרך זו ניתן להבחין בין דגימה לאחר או במצב/מצב הדגימה עצמה, שכן ל-headspace מכל דגימה יש חתימה ייחודית על התנגדות חיישני eNose.

היסטוריה קצרה

קשה להצביע על התאריך המדויק של "מתי ואיך" הרעיון לעצב מערכת, שיכולה לחקות את האף האנושי. עם זאת, התאריכים הבאים עם התקנים נותנים הבנה טובה יותר של אופן התקדמות התכנון עבור מערכת התקני ריח מכונה (MOD). עיצוב ה-MOD הוביל בסופו של דבר להמשגה של ה-eNose.

שים לב ש-eNose שונה מסוגים אחרים של MOD פשוט בכך שיש לו חיישנים מרובים, בעוד שלמכשירים אחרים עשויים להיות חיישן אחד בלבד או פשוט המנגנון עצמו שונה מהותית מעקרונות העבודה הבסיסיים של eNose.

השם MOD מכסה אפוא מכשירים כמו eNoses כלומר מכשירים עם מספר חיישנים, כמו גם מכשירים עם חיישנים בודדים – או מכשירים שפועלים על פי עקרונות עיצוב שונים.

ארבעת התאריכים הבאים חשובים בהיסטוריה ובפיתוח של ה-eNose:

1. יצירת חיישן הגז הראשון, הרטמן 1954

2. בניית מערך של 6 טרמיסטורים, Moncrief 1961

3. האף האלקטרוני הראשון, Persaud and Dodd, 1982

4. מערך Ikegami (Hitachi Research Laboratory, J) לאיכות ריח – 1985

לכן, הניסיון המדעי המתועד הראשון להשתמש במערכי חיישנים כדי לחקות ולהבין את ריח הריח של יונקים בוצע על ידי פרסו ודוד ב-1982 [3], במכון המדע והטכנולוגיה של אוניברסיטת מנצ'סטר.

מכשיר נבנה עם מערך של שלושה חיישני גז מתכת תחמוצת המשמשים להבחין בין עשרים חומרים בעלי ריח. באמצעות השוואה חזותית עבור היחסים של תגובות החיישן, הם השיגו את סיווג הדפוס.

השם עצמו "אף אלקטרוני" בשימוש לראשונה במהלך 1988 ונכנס לשימוש נפוץ "כמונח כללי למערך של חיישני גז כימיים המשולבים במכשיר ריח מלאכותי" [3][4] לאחר הצגת התואר הזה בכנס שסקר תחום זה באיסלנד 1991. מנקודה זו, הרעיון והעקרונות של ה-eNose צמחו והתפתחו לתחומים שונים ברחבי העולם.

מבחינה היסטורית, ישנם שני סוגים שונים של eNoses (Pearce 1997):

  1. משלוח ריח סטטי.
  2. מערכות זרימת המונים.

כפי ששני השמות מרמזים, המנגנון הבסיסי של הסוג הראשון הוא שאין זרימת ריח אלא פשוט בקבוק מכיל את מערך החיישנים עם מאוורר בחלק העליון כדי להפיץ את הזרימה בתוך הבקבוק. סוג זה היה העיצוב של ה-eNose הראשון ב-1982.

הסוג השני שהוא מאוד פופולרי עכשיו הוא המקום שבו הריח זורם בתוך המערכת. רוב העיצובים של eNoses מיוצרים בצורה זו.

כדי להשלים את ההשקפה ההיסטורית הקצרה הזו לגבי ה-eNose, כדאי להסתכל על ההשוואה הסכמטית הבסיסית בין אפים אנושיים ואלקטרוניים [6], המסוכמים בשני הסעיפים הבאים.

האף האנושי[6]

ישנם מיליוני קולטנים שנוצרו בעצמם (מעל 100 מיליון) עם מחלקות סלקטיביות שיכולות לנוע בין 10 ל-100.

האף האנושי מאוד אדפטיבי אבל בניגוד ל-eNose, רוויה יכולה לקרות וזו אחת הסיבות לכך שהוא פועל רק לפרקי זמן קצרים. ניתן לזהות מגוון ריחות, בנוסף הוא יכול לזהות כמה מולקולות ספציפיות אבל הוא לא יכול לזהות כמה סוגים אחרים של מולקולות פשוטות יותר.

כמערכת ביולוגית, יכול להתרחש זיהום, שעלול להשפיע על יכולת הריח.

ולבסוף, ריח יכול להיות קשור לחוויה וזיכרון שונים.

ה-eNose [6]

כ-5 – 100 חיישנים כימיים הוחלפו ידנית. בהשוואה לאף האנושי, לא ניתן לצמצם אוטומטית את מספר האותות לאף מסוים.

ככל שה-eNose ממשיך להתפתח, אפשר בעתיד להפוך להסתגלות, גם לא סביר שהוא יהפוך לרווי ויכול לעבוד לפרקי זמן ארוכים.

אם חומרה לזיהוי תבניות מסופקת בתוך המכשיר, אזי יכול להתרחש טיפול חדש באות בזמן אמת. שלא כמו האף האנושי, eNose צריך להיות מאומן עבור כל יישום. זה יכול לזהות מולקולות פשוטות אבל זה לא יכול לזהות כמה מולקולות מורכבות בריכוז נמוך.

ה-eNose עלול להרעיל (תקלה בחיישנים); במקביל, ניתן לשייך eNose עם חיישנים מרובים לפונקציות וזיהויים אחרים.

איך eNose עובד?

בדרך כלל נדרשים מספר פרמטרי פעולה על מנת שה-eNose יוכל לתפקד "באפקט מירבי". פרמטרי פעולה אלה יכולים להיות:

  1. הגדרת הטמפרטורה עבור הדגירה של הדגימה
  2. גודל המדגם.
  3. קצב ההזרקה.
  4. כמות ההזרקה.
  5. הממס המוסף בשימוש.
  6. קצב זרימה.
  7. סוג חיישן.
  8. פרמטרים תפעוליים של חיישן.

האמור לעיל הם רק דוגמאות; עם זאת, יכולים להיות גם גורמים אחרים.

כפי שהוזכר בקצרה קודם לכן, העיקרון של eNose תלוי בעיקר באחד או יותר (מערך) של גלאים (חיישנים) רגישים לאדים. בדרך כלל הגלאי מורכב מסוג מסוים של חומרים רגישים שהמאפיינים או ההתנהגות שלו משתנים בתגובה למולקולות שנספגות או נספגות. כאשר אנו מודדים את השינויים בכל חיישן, ניתן לזהות את הריחות הלא ידועים על ידי השוואתם עם נתוני הספרייה.

סיכום

מכשירי eNose פותחו במהלך 20 השנים האחרונות לביצוע מגוון משימות זיהוי בתעשיות שונות. עם זאת, רק לפני שנים ספורות, רוב העבודה והפרסום הקשורים לתחום זה היו מוגבלים בעיקר לתחום המחקר. כיום ניתן לרכוש סוגים שונים של eNoses זמינים מסחרית בכל מקום בעולם.

הסיבה לפיתוח ומסחור מהיר יחסית של מכשירים אלו היא משום שהם משכו עניין חדש ביישומם בתחומי המזון, הסביבה, אבחון רפואי, תעשיות, ביטחון ועוד תחומים קשורים.



Source by Najib Altawell

Leave a Comment

האימייל לא יוצג באתר. שדות החובה מסומנים *

This div height required for enabling the sticky sidebar
Copyright at 2022. www.mhantena.com All Rights Reserved