8 第八章 仿生嗅觉系统的应用.pptVIP

第八章 仿生嗅觉系统的应用 仿生嗅觉系统检测到的信息代表了样品全部挥发性物质的总体分布，而不是常规仪器分析测得的某种或某几种具体组成成分的含量。因此，这些信息可作为样品的特征“指纹”，用于鉴别产品的真伪、原料质量是否合格以及生产工艺流程运行是否正常。 药材检测：中药材的鉴别及中成药的质量分析； 食品工业:焙烤食品的质量评判； 水产品：鱼类的识别及新鲜度估计； 精细化工：香精香料的检测； 烟草:卷烟的品牌及等级识别。 8.1 在中药（材）识别中的应用 中药材质量的评判主要以“看”和“嗅”鉴别其性状，用理化方法分析其成分。 然而，基于人体感官的“看”和“嗅”不可避免地要受到生理、经验、情绪、环境等因素影响，其主观性强，重复性差，准确度低，难以形成标准；而基于理化的方法只能分析中药材复杂成份中的个别“活性”成份，忽略了多成份的协同作用，从而难以对其进行完整的分析。 国家药品监督管理局为定量、全面地描述和控制中药质量，提出用建立于对中药成分的系统测试、分析结果上的标准指纹图谱来评价中药材、中成药的质量标准。 所谓中药指纹图谱是借用法医学的“指纹”概念得到的，它是将中药材或中成药经适当处理后，再利用现代信息采集技术和质量分析手段对其进行分析，得到一种能够表达该中药材或该中成药唯一特定的品质图形。由于这种品质图形类似于人体指纹，具有唯一特定性，因此将其称之为中药指纹图谱。 以日本为主的发达国家，在植物药指纹图谱方面进行了较深入的研究。 我国在中药指纹图谱的研究起步于上世纪六十年代，与发达国家相比，其研究速度和成效还有一定的差距。 1 基于Cyranose 320中药材种类识别 采用仿生嗅觉系统的测量方法识别广东菊花、广西薄荷、广东薄荷、四川红花这四类样品（样品按照仿生嗅觉装置的采样要求进行了样品预处理）。 采用美国生产的内置32个传感器的便携式仿生嗅觉系统Cyranose 320系统来检测中药材气味。 8.1 在中药（材）识别中的应用 静态顶空抽样，外置中药材样品处理室温条件下，并保证周围空气流畅 启动Cyranose@320基线冲洗时间为200秒，仿生嗅觉系统工作时对中药材样品的采集时间周期设为70秒，工作时基线冲洗时间为60秒，连续采样10次 采样的样品按照静态顶空条件准备，提前7天将中药材样品放进瓶子里面，这样瓶子内气味会更浓，顶空条件充分 采样的时间为一个星期左右，对同一个中药材样品要分不同的时间进行采样，以保证其操作上的重现性。 8.1 在中药（材）识别中的应用 仿生嗅觉系统检测过程为： A、启动仿生嗅觉系统。让传感器阵列处于预加热状态，并达到工作温度。保持样品装置的恒温，即常温状态。实验前先用(洁净空气)对整个仿生嗅觉系统进样系统进行清洗，直到各个传感器基线(Baseline)达到稳定状态，表现为曲线归0走平； B、进样。定量样品放进顶空瓶，载气将样品气味带到传感器阵列； C、数据采样。采集传感器阵列的响应信号，在联机状态(用USB与电脑相联)下可以显示响应曲线； D、数据处理。选择合适的模式识别方法，对数据进行分析处理，显示处理结果。 8.1 在中药（材）识别中的应用 仿生嗅觉系统在一个采样周期传感器的响应曲线图 8.1 在中药（材）识别中的应用 分别对广西薄荷、广东薄荷、四川红花、广东菊花进行气味检测的气味嗅觉指纹图谱 它们都具有相似性特征，直观上嗅觉纹只有幅度上不一样。就是说不同品种的中药材其气味数据在幅值末端上有细微的分别，显现出奇特的“嗅觉纹理”差别。 8.1 在中药（材）识别中的应用 将广东薄荷，广东菊花，四川红花3种中药材的气味数据进行PCA分析，对3种不同品种的中药材能完全区分开来。 8.1 在中药（材）识别中的应用 为了验证该方法的有效性，用每个品种的5个测试样本进行测试，可见不同类别的中药材能清晰分辨出来，正确率为100%，说明采用仿生嗅觉装置获取气味信息来识别不同品种的中药材是完全可行的。 8.1 在中药（材）识别中的应用 2 基于PEN3中药材种类识别 运用便携式仿生嗅觉系统PEN3提取中药材挥发的气味信息来建立气味指纹图谱，达到鉴别不同中药材的目的。采用主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）法和线性判别分析（Linear Discriminant Analysis，LDA）法识别八角、白豆蔻、川芎、丁香、荆芥、肉桂、砂仁等7种中药材。 设置和记录实验参数：实验室温度27.5℃，相对湿度82%，样品瓶容量250 mL，顶空生成时间30 min，连续采样12次。 样品进气流量均设置为400mL，采样时间为60s，传感器漂洗时间为180s。 8.1 在中药（材）识别中的应用 对七种不同品种的中药材样品的原