AIRSENSE電子鼻技術在再生塑料氣味分析中的應用研究

在 "雙碳" 目標驅動下，再生塑料產(chǎn)業(yè)已成為循環(huán)經(jīng)濟的重要支柱，但氣味問題始終困擾行業(yè)發(fā)展。再生塑料在回收、加工及儲存過程中，因聚合物鏈氧化斷裂、助劑揮發(fā)或污染物殘留，會釋放醛類、硫化物、氮氧化物等揮發(fā)性物質(zhì)，不僅影響產(chǎn)品應用場景拓展，更可能危害人體健康與生態(tài)環(huán)境。因此，建立精準高效的氣味分析技術對再生塑料品質(zhì)升級至關重要。
基于此，本研究旨在建立再生塑料氣味評價的電子鼻測試法，為行業(yè)提供參考。
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01
電子鼻技術原理與核心特性
? AIRSENSE電子鼻

AIRSENSE 電子鼻采用 "傳感器陣列 - 信號處理 - 模式識別" 三位一體架構，核心由高選擇性金屬氧化物半導體傳感器組成，每根傳感器對特定官能團化合物具有專屬靈敏度：W1C 針對芳香成分與苯類，W5S 響應氮氧化合物，W1W 識別硫化物，W2S 靈敏于醇類與醛酮類，W1S 則對甲基類化合物反應顯著。這種多傳感器協(xié)同工作模式，可形成覆蓋再生塑料主要異味成分的檢測網(wǎng)絡。
其工作流程分為三步：首先通過進樣系統(tǒng)將樣品揮發(fā)氣體引入檢測腔，傳感器陣列與揮發(fā)性物質(zhì)發(fā)生特異性反應，導致電阻值變化并輸出電信號矩陣；隨后經(jīng)預處理算法去除環(huán)境干擾，提取特征響應值；最終通過內(nèi)置的主成分分析（PCA）、判別分析等模式識別模型，生成氣味指紋圖譜并完成定性定量分析。

02
實驗設計與方法

實驗材料與儀器
Part.1
選取市售再生 PP、PE、ABS、HIPS 為研究對象，涵蓋一、二、三級再生料共 10 種樣品，確保覆蓋主流再生塑料品類與品質(zhì)等級。實驗儀器：采用 AIRSENSE 公司PEN3.5 型電子鼻與電熱恒溫干燥箱，樣品前處理嚴格參照 GB/T 40006.1-2021 標準執(zhí)行。
實驗流程優(yōu)化
Part.2
樣品前處理：稱?。?0±0.1）g 樣品裝入無味廣口瓶，80℃恒溫加熱 120 分鐘促進氣味釋放，冷卻至 60℃后立即檢測，確保揮發(fā)性成分濃度穩(wěn)定。
電子鼻測試參數(shù)：通過多組正交實驗優(yōu)化確定最佳參數(shù)組合 —— 傳感器清洗時間 80s、調(diào)零時間 5s、數(shù)據(jù)采集時間 120s、進樣流量 400mL/min，該參數(shù)下可獲得各傳感器最高響應強度值，為后續(xù)分析奠定可靠數(shù)據(jù)基礎。

03
實驗結果與分析
傳感器響應特征解析 >>>
AIRSENSE 電子鼻傳感器響應值（G/G?）隨時間呈現(xiàn) "快速上升 - 趨于穩(wěn)定" 的典型曲線，120s 時達到響應峰值。其中 W5S、W1W、W2S、W1S 四根傳感器表現(xiàn)出顯著響應優(yōu)勢，對再生塑料中氮氧化物、硫化物、醇醛類及甲基類異味成分的識別能力強，這與再生塑料主要異味來源高度匹配 ——PP、PE 氧化降解產(chǎn)生的羰基與甲基類化合物可被 W2S、W1S 捕捉，而胺類抗氧劑等助劑揮發(fā)的硫化物、氮氧化物則由 W1W、W5S 識別。

氣味指紋圖構建與應用 >>>
選取各傳感器響應峰值繪制雷達式指紋圖譜，建立可視化分析模型。結果顯示，再生 PP、PE 塑料的氣味指紋呈現(xiàn)明顯等級差異：W2S、W1W、W1S、W5S 的響應值均表現(xiàn)為 "三級再生料＞二級再生料＞一級再生料"，而其他傳感器響應值基本穩(wěn)定。這種特征差異為再生塑料品質(zhì)快速分級提供了直觀依據(jù)，企業(yè)可通過比對指紋圖譜，在原料入庫階段即可篩查出劣質(zhì)材料。

PCA 模型的氣味區(qū)分能力 >>>
利用 AIRSENSE 電子鼻內(nèi)置分析軟件進行主成分分析，第一主成分貢獻率 75.95%，第二主成分貢獻率 22.42%，累計達 98.37%，可充分表征樣品氣味整體信息。PCA 圖中，10 種再生塑料樣品分布在不同區(qū)域且無重疊，實現(xiàn)了區(qū)分。

氣味強度排序為：ABS（一級）＜PP（一級）＜PE（一級）＜HIPS（一級）＜HIPS（二級）＜ABS（二級）＜PE（二級）＜PP（二級）＜PE（三級）＜PP（三級），該結果與人工嗅辨一致。其中 ABS 因抗熱氧老化能力強氣味最弱，PP、PE 隨再生次數(shù)增加氣味顯著增強，印證了模型的可靠性。

04

結論
AIRSENSE 電子鼻憑借快速響應、精準識別、多場景適配的技術優(yōu)勢，有效破解了再生塑料氣味分析的行業(yè)痛點。實驗證實，在測試參數(shù)下，其構建的氣味指紋圖可直觀呈現(xiàn)不同等級再生料的氣味差異，PCA 模型能實現(xiàn) 98% 以上的氣味信息表征與區(qū)分，分析結果與人工嗅辨高度一致。
該技術的產(chǎn)業(yè)化應用，不僅為再生塑料企業(yè)提供了高效的品質(zhì)管控工具，更推動了氣味評價從主觀感官向客觀量化的轉變，對提升再生塑料產(chǎn)品附加值、促進產(chǎn)業(yè)規(guī)范化發(fā)展具有重要意義。隨著技術的持續(xù)升級與應用場景的不斷拓展，AIRSENSE 電子鼻必將在循環(huán)經(jīng)濟領域發(fā)揮更加關鍵的支撐作用。