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的通用工程塑料，廣泛應用于建材、汽車制造、醫療器械等多行業，我國是 PC 生產和消費大國。
隨著 PC 產品更新換代，廢舊 PC 塑料量龐大，回收再利用是構建循環體系的重要舉措，但再生 PC 在儲存中會釋放揮發性氣味，部分危害人體與環境。
文章通過對再生 PC 塑料氣味分析，建立客觀的氣味評價方法，控制再生PC 塑料品質。
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AIRSENSE電子鼻
AIRSENSE電子鼻是一款小巧、快捷、高效的檢測系統，由傳感器陣列、信號預處理電路和計算機模式識別系統構成。其傳感器陣列包含多個金屬氧化氣體傳感器，可精準探測芳香成分、氫氧化合物、氨氣等多種揮發性物質。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 傳感器對甲基類物質敏感、W1W 傳感器針對硫化物、W2S 傳感器則對醇類與醛酮類成分響應顯著，可精準捕捉復雜氣味中的關鍵組分。

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試驗方案詳情
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試驗材料
9 種市售再生 PC 塑料，詳情如下表

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儀器設備
德國 Airsense 公司電子鼻，含 10 個金屬氧化物傳感器，對不同揮發物靈敏度不同。
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試驗步驟
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,保持(120±10)min,再冷卻至(60± 2)°C后用電子鼻進行氣味測定。
通過傳感器清洗時間、調零時間、數據采集時間、進樣流量等參數設置來確定電子鼻測試再生PC塑料氣味的優測試條件。通過單因素試驗,建立的優測試條件為傳感器清洗時間80s,調零時間5s, 數據采集時間120s,進樣流量400mL/min。
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試驗結果與分析
傳感器響應分析

傳感器響應先增后降，因氣味成分先在傳感器表面富集，后吸附速率小于揮發速率。
數據采集時間120s可獲各傳感器高響應值，W1S（對甲基類靈敏）、W1W（對硫化物靈敏）、W2S（對醇類、醛酮類靈敏）對再生 PC 氣味響應明顯。
指紋圖分析

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

針對 3 種再生 PC 塑料：選取傳感器高響應處 62、63、64、65s 建立模型，主成分貢獻率99.46%，第二主成分0.53%，總貢獻率99.99%，3 種試樣識別能力均為 1，在 PCA 圖分開，一級與三級間距遠、氣味差異大，與人工嗅辨一致。
針對 9 種再生 PC 塑料主成分貢獻率70.51%，第二主成分28.94%，總貢獻率99.45%，9 種試樣識別能力均 > 0.99，可區分氣味差異；氣味強度順序與人工嗅辨一致，且三級再生 PC 氣味強，同類二級再生 PC 氣味大于一級，PC/GF 因玻璃纖維特性氣味較強。
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研究結論
AIRSENSE電子鼻數據采集時間設為120s可獲各傳感器對再生PC氣味的高響應值，且電子鼻對甲基類、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。
基于傳感器響應信號建立的 PCA 模型，能有效區分不同再生 PC 塑料氣味響應值差異，還可辨別氣味大小，與人工嗅辨結果相符。