德国PEN3电子鼻分析环境废气恶臭试验报告

恶臭监测至关重要，它能及时掌握工业生产中涂装、喷涂、电镀等环节废气总排口及厂界内外的恶臭污染程度，明确污染源头和扩散规律。通过监测可得知不同区域的恶臭强度差异，像涂装二区恶臭强度较高，且臭气强度在下风向更明显，这为针对性治理提供依据，避免恶臭超标对周边环境和人群造成持续影响，同时也能与环保部门测评结果相互印证，确保污染治理工作科学有效。
1试验材料与方法
One实验项目

某电子有限公司生产车间的不同废气总排口进口处及出口处排放（涂装、喷涂、电镀）的工业废气恶臭强度，厂界内（顶楼排气界限）、厂界外（工厂与马路的交界西面、北面、南面厂界处）不同地点的环境恶臭污染程度实验检测。

Two检测仪器
AIRSENSE 电子鼻采用了的 MOS 传感器阵列技术 。以其经典的 PEN3 型电子鼻为例，它配备了 10 个不同的金属氧化物传感器，这些传感器如同人类嗅觉系统中的不同嗅觉受体，各自对特定种类或范围的气体具有敏感性 。当气体分子接触到传感器表面时，会发生物理或化学反应，导致传感器的电学性能（如电阻、电容等）发生变化 。传感器将这种变化转化为电信号输出，不同气体引发的不同传感器响应模式，就构成了该气体的 “气味指纹" 。通过模式识别算法和数学分析方法，电子鼻能够对这些 “气味指纹" 进行解析和比对，从而实现对气体的定性判断和定量预测 。

Three标准依据
检测主要是依据 GB/T14675-1993《空气质量 恶臭的测定 三点比较式嗅袋法》排污标准数据为指纹模板评价，即 GB14554-1993《恶臭污染物排放标准》三级标准。实时检测数据与国标指纹模板对比，直接得出检测恶臭强度（OU）值，利用 LDA、PCA方法识别分析出排污总体状况。
Four实验方法
直接顶空吸气法
直接将进样针头插入采集废气或者环境空气密封袋中，用德国 PEN3 便携式电子鼻气味分析仪进行测定。电子鼻测定条件：采样时间间隔为 1 秒/组；传感器自清洗时间为 100 秒；传感器归零时间为 10 秒；样品准备时间为 3秒；进样流量为 300 ml/min；试验分析测试时间为 60 秒。

Five数据处理
本实验在对每个样品的数据采集过程中，通过查看每个传感器响应信号的变化曲线、每个时间点的信号值及星型雷达图或柱状指纹图，可以清晰考察各个传感器在实验分析过程中的响应情况。并通过传感器选择设置可以查看在不同数量的传感器情况下的响应情况。由于每个传感器对某一类特征气体响应剧烈，可以确定样品分析过程中样品主要挥发出了哪一类特征气体。
对于样品区分分析，本实验提取 10 个传感器的特征值，然后采用主成分分析法(PCA)，线性判别法(LDA)和传感器区别贡献率分析法(Loadings)作为主要区别分析方法。在用 PCA进行分析时，可以查看在每个主成分下样品区分的状况，并可以分析样品之间主要是由哪一类组分起主要区分作用；LDA是 DFA(识别因子法)的第步，LDA分析注重类别的分类以及各种组之间的距离分析；Loadings分析法与PCA是相关的，它们都基于同一种算法，但不同的是，本实验中Loadings算法主要是对传感器进行研究，利用该方法可以确认特定实验样品下各传感器对样品区分的贡献率大小，从而可以考察在这个样品区分过程中哪一类气体起了主要区分作用。
通过区别判定 DFA、欧氏距离 EUCLID、马氏距离 MAHALANOBIS 和相关性分析CORRELATION 等方法，有效判定未知样归属于哪一类，达到一个用电子鼻验证未知样的实验结果。并通过 PLS 偏最小二乘法进行 OU 值的定量预测。
2结果分析与讨论
电子鼻对总排口废气的特征响应图
图 1 ~ 图 14 分别是废气总排口和厂界内外环境空气的特征雷达图，10 个传感器对废气和环境空气的响应曲线图，各个传感器对应的G/G0（或 G0/G）值。从以上 14 个图我们可以清楚的看出，10 个传感器的比值差异明显。对于废气总排口和厂界环境空气，10 个传感器均有明显的响应，尤其是 2、4、5、7、9号传感器。其中 7 号和 9 号传感器是针对恶臭气体响应明显的，这种气体例如含硫的成分及化学成分比较接近的恶臭气体。

PCA分析（主成分分析）

三个废气总排口的 PCA分析结果如图 15 和图 16 所示，在 CORRELATION相关性矩阵模式下：主份区分贡献率为 99.974%，第二主成分区分贡献率为0.02%，两个主成分区分贡献率和为 1，大于 90%，所以这两个主成分已经基本代表了样品的主要信息特征。由以上两图可以看出，在主成分上，三个废气总排口废气均区分明显，并且区分度达到了惊人的 0.998，说明，三个废气总排口被区分开来。
LDA分析（线性判别分析）

LDA分析图如图 17 所示。从图中我们可以清晰直观的看出，涂装二区的废气恶臭强度大，喷涂次之，电镀较前二者比较弱。喷涂和涂装二区的恶臭强度明显要强于电镀。这和环保部门的测评结果也是吻合的。
LOADING 分析（传感器区分贡献率分析）
LOADING 分析 PCA 在 CORRELATION 相关性矩阵模式图：2 号和 7 号传感器对恶臭气体分析贡献率较大。8 号和 9 号传感器次之。
PLS定量预测分析（偏最小二乘法）
由图 19 到图 23 可以看出应用 PLS 偏最小二乘法计算的恶臭的实时测定曲线图和 OU值数据。测定的结果和实际的效果保持一致。从以上数据中可以看出该厂的总排气口、厂界内外周边环境均出现不同程度的恶臭污染超标情况甚至可以说超标情况相当严重。
小结
废气总排口和环境空气通过电子鼻分析，样品信号采集稳定，结果明显； 每个样品传感器走势接近，并且可以清晰的进行区分；2、4、7、9 号传感器为此次分析的关键传感器，对气体响应明显，对区分贡献率大。如果想要详细的进行分析，还需要大量的试验数据。

3结论

德国 AIRSENSE 公司的 PEN3 型电子鼻在这次的环境恶臭气体的分析检测中，可以说达到了很好的试验效果。并且通过参照和建立国家标准相对应的模板文件，可对总排口及周边环境空气进行监测，能够直接测定出其恶臭强度 OU 值。
具体归纳如下：
（1）整体恶臭强度相当恶劣，扩散影响甚远。
（2）和电镀及喷涂的总排口相比，涂装二区的恶臭程度高，最容易超标。
（3）臭气强度高的基本出现在下风向。
（4）恶臭扩散方向强度和涂装二区排口方位及风向有一定关系。
（5）湿度大、无风天气的恶臭更加明显。
此次试验数据清晰直观，具有很强的可靠性、稳定性和重复性。