Airsense電子鼻檢測水體異嗅等級的方法研究

飲用水嗅味問題頻發，嚴重時引發供水危機，因此,飲用水中的嗅味問題仍然需要給予足夠的重視?其中,異嗅強度等級是評價嗅味問題嚴重性的一個較為重要的指標?但是由于水中嗅味物質濃度偏低 (一般屬于μg/L~ng/L的級別),以及現有檢測方法的缺點,使得快速準確地判別異嗅等級變得困難?
因此引入電子鼻技術，建立一套基于電子鼻設備的具有高靈敏性和穩定性特征的標準化嗅味強度等級檢測方法，為飲用水中異嗅強度的快速準確判別提供方法支持。

01試驗設計

01主要儀器與試劑
儀器：德國Airsense電子鼻。
標準品：土臭素（GSM）、二甲基三硫醚（DMTS，純度 > 90%），配制成 100μg/L 標準母液，4℃避光儲存。
水樣：超純水（18.2MΩ?cm）、浙江大學啟真湖及舟山 3 座水庫水樣。

02測定條件
1、檢測電子鼻基線穩定性，確保傳感器初始狀態一致。
2、設置核心參數：清洗時間 100s（排除殘留嗅味干擾），采樣間隔時間 1s，自動調零時間 10s，樣品準備時間 5s，樣品測試時間 120s。
氣體流量參數：內部流量 400mL/min，進樣流量 400mL/min。
03樣品測試
1、對經過預處理的水樣采用頂空進樣方式注入電子鼻檢測系統。
2、記錄 10 個傳感器的響應信號數據，使用 Winmuster 軟件進行信號分析。

02嗅味層次分析（FPA）

1、評價小組組建：由 3~5 名經過專業培訓的分析人員組成嗅覺評價小組。
2、樣品預處理：水樣在 45℃水浴鍋內加熱 10min，促進嗅味物質揮發。
3、聞測與記錄
分析人員單獨評價水樣的嗅味類型和強度等級，等級劃分依據表 2 標準（0~12 級，對應從無嗅味到強烈惡臭）。
集體討論確定水樣嗅味類型，嗅味強度等級取所有評價人員的平均值。

03檢測方法優化試驗

采用控制變量法設置 4 組預處理條件，通過觀察Airsense電子鼻傳感器響應值變化篩選最佳檢測參數，具體分組如下：

04結果與討論

土臭素主成分分析
電子鼻可準確識別不同濃度土臭素，各濃度數據點按濃度梯度分布無重疊，且濃度差異越大，數據點距離越遠。

二甲基三硫醚主成分分析
電子鼻,不同濃度二甲基三硫醚的分析數據點呈現規律性的分布,相互之間不存在重疊,并且隨著濃度差異的增加,各濃度的分析數據點間的距離也不斷增大, 整體表現出較好的區分度?

05數學模型建立與驗證

數據積累
對 6 處不同嗅味差異的地表水（含超純水對照組）進行多次電子鼻測試和 FPA 聞測，積累樣本數據。
數學模型建立
實際水樣驗證
采集舟山市 3 座水庫及啟真湖的水樣，采用優化后的電子鼻方法預處理并檢測，將傳感器響應值代入模型計算嗅味等級。
同時對上述水樣進行 FPA 聞測，對比模型計算值與 FPA 實測值的差異（要求差值在 ±1 以內）。

03結論

本研究將Airsense電子鼻技術應用于水體異嗅檢測，通過優化確定待測水樣 200mL、65℃水浴加熱 10min、頂空進樣的檢測條件，大幅提升傳感器靈敏度，使檢出限匹配低濃度嗅味物質。結合嗅味層次分析（FPA）與偏最小二乘法（PLS） 建立電子鼻響應值與異嗅等級的數學模型，模型擬合優度R² 達 0.986，且通過驗證顯示與實際 FPA 聞測結果一致性良好，為水體異嗅等級快速判別提供可靠方法