AIRSENSE電子鼻：再生聚碳酸酯塑料氣味分析的研究

聚碳酸酯（PC）塑料是含碳酸酯基團(tuán)的通用工程塑料，廣泛應(yīng)用于建材、汽車制造、醫(yī)療器械等多行業(yè)，我國(guó)是 PC 生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)。
隨著 PC 產(chǎn)品更新?lián)Q代，廢舊 PC 塑料量龐大，回收再利用是構(gòu)建循環(huán)體系的重要舉措，但再生 PC 在儲(chǔ)存中會(huì)釋放揮發(fā)性氣味，部分危害人體與環(huán)境。
文章通過對(duì)再生 PC 塑料氣味分析，建立客觀的氣味評(píng)價(jià)方法，控制再生PC 塑料品質(zhì)。
01
AIRSENSE電子鼻
AIRSENSE電子鼻是一款小巧、快捷、高效的檢測(cè)系統(tǒng)，由傳感器陣列、信號(hào)預(yù)處理電路和計(jì)算機(jī)模式識(shí)別系統(tǒng)構(gòu)成。其傳感器陣列包含多個(gè)金屬氧化氣體傳感器，可精準(zhǔn)探測(cè)芳香成分、氫氧化合物、氨氣等多種揮發(fā)性物質(zhì)。在再生聚碳酸酯（PC）塑料氣味分析研究中，其傳感器陣列中的 W1S 傳感器對(duì)甲基類物質(zhì)敏感、W1W 傳感器針對(duì)硫化物、W2S 傳感器則對(duì)醇類與醛酮類成分響應(yīng)顯著，可精準(zhǔn)捕捉復(fù)雜氣味中的關(guān)鍵組分。

02
試驗(yàn)方案詳情
1
試驗(yàn)材料
9 種市售再生 PC 塑料，詳情如下表

2
儀器設(shè)備
德國(guó) Airsense 公司電子鼻，含 10 個(gè)金屬氧化物傳感器，對(duì)不同揮發(fā)物靈敏度不同。
3
試驗(yàn)步驟
按照CB/T40006.1-2021的要求,稱取(20 ±0.1)g試樣于廣口玻璃瓶中,蓋緊后放入(80±2) °C恒溫箱內(nèi),保持(120±10)min,再冷卻至(60± 2)°C后用電子鼻進(jìn)行氣味測(cè)定。
通過傳感器清洗時(shí)間、調(diào)零時(shí)間、數(shù)據(jù)采集時(shí)間、進(jìn)樣流量等參數(shù)設(shè)置來確定電子鼻測(cè)試再生PC塑料氣味的優(yōu)測(cè)試條件。通過單因素試驗(yàn),建立的優(yōu)測(cè)試條件為傳感器清洗時(shí)間80s,調(diào)零時(shí)間5s, 數(shù)據(jù)采集時(shí)間120s,進(jìn)樣流量400mL/min。
03
試驗(yàn)結(jié)果與分析
傳感器響應(yīng)分析

傳感器響應(yīng)先增后降，因氣味成分先在傳感器表面富集，后吸附速率小于揮發(fā)速率。
數(shù)據(jù)采集時(shí)間120s可獲各傳感器高響應(yīng)值，W1S（對(duì)甲基類靈敏）、W1W（對(duì)硫化物靈敏）、W2S（對(duì)醇類、醛酮類靈敏）對(duì)再生 PC 氣味響應(yīng)明顯。
指紋圖分析

選取一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)再生 PC 塑料，繪制氣味指紋圖，W1S、W1W、W2S 傳感器響應(yīng)值呈三級(jí) > 二級(jí) > 一級(jí)規(guī)律，其他傳感器最大響應(yīng)值基本重合；原因包括含硫阻燃劑降解產(chǎn)生硫化物、PC 降解產(chǎn)生醛酮類產(chǎn)物、異亞丙基鏈斷裂產(chǎn)生甲基類產(chǎn)物，且再生次數(shù)越多，易降解成分響應(yīng)值越大。
主成分分析（PCA）

針對(duì) 3 種再生 PC 塑料：選取傳感器高響應(yīng)處 62、63、64、65s 建立模型，主成分貢獻(xiàn)率99.46%，第二主成分0.53%，總貢獻(xiàn)率99.99%，3 種試樣識(shí)別能力均為 1，在 PCA 圖分開，一級(jí)與三級(jí)間距遠(yuǎn)、氣味差異大，與人工嗅辨一致。
針對(duì) 9 種再生 PC 塑料主成分貢獻(xiàn)率70.51%，第二主成分28.94%，總貢獻(xiàn)率99.45%，9 種試樣識(shí)別能力均 > 0.99，可區(qū)分氣味差異；氣味強(qiáng)度順序與人工嗅辨一致，且三級(jí)再生 PC 氣味強(qiáng)，同類二級(jí)再生 PC 氣味大于一級(jí)，PC/GF 因玻璃纖維特性氣味較強(qiáng)。
04
研究結(jié)論
AIRSENSE電子鼻數(shù)據(jù)采集時(shí)間設(shè)為120s可獲各傳感器對(duì)再生PC氣味的高響應(yīng)值，且電子鼻對(duì)甲基類、硫化物、醇類、醛酮類成分最敏感。
提取各傳感器高響應(yīng)值繪制的氣味指紋圖，可直觀分析再生 PC 塑料氣味差異。
基于傳感器響應(yīng)信號(hào)建立的 PCA 模型，能有效區(qū)分不同再生 PC 塑料氣味響應(yīng)值差異，還可辨別氣味大小，與人工嗅辨結(jié)果相符。