Was ist ein Geruchssensor?
Ein Geruchssensor ist ein Gerät, das die Bewertung von Gerüchen quantifizieren kann, die traditionell auf dem Fachwissen von sensorischen Prüfern und Geruchsrichtern beruhte.
Von den fünf menschlichen Sinnen werden der Geruchssinn und der Geschmackssinn von Rezeptoren in der Nase und auf der Zunge erkannt, die Bestandteile von Lebensmitteln, Kosmetika usw. wahrnehmen. Die chemischen Substanzen, aus denen diese Bestandteile bestehen, sind jedoch sehr unterschiedlich und werden oft auf komplexe Weise wahrgenommen, so dass die Forschung und Entwicklung von Sensoren hinter der anderer Sinne zurückgeblieben ist.
Der menschliche Geruchssinn ist ein mehrdeutiger Sinn, der von Mensch zu Mensch stark variiert, aber Geruchssensoren haben es möglich gemacht, Gerüche objektiv zu bewerten.
Während es Gassensoren und andere Geräte gibt, die einzelne Komponenten identifizieren und quantifizieren, ermöglichen Geruchssensoren eine umfassende Beurteilung und Bewertung der Qualität und Intensität eines Geruchs.
Einsatzgebiete von Geruchssensoren
Derzeit werden Geruchssensoren in folgenden Bereichen eingesetzt: (1) Forschung und Entwicklung sowie Qualitätskontrolle von Lebensmitteln und Kosmetika, (2) Messung von Umweltgerüchen und (3) Überwachung von Anomalien bei Gas, Feuer usw.
Im Fall (1) wird der Sensor nicht für einzelne Gaskomponenten verwendet, sondern für die subtile Identifizierung des Geruchs, der von einem Objekt ausgeht.
Im Fall (2) wird er eingesetzt, wenn die Geruchsintensität ein Thema ist, z. B. bei der Verwaltung von Arbeitsumgebungen und der Messung der Wirksamkeit von Desodorierungsgeräten.
Im Fall (3) wird er für Sicherheitskontrollen verwendet, obwohl er nicht mit dem menschlichen Geruchssinn übereinstimmen muss.
Darüber hinaus wird für die medizinische Diagnose ein Sensor entwickelt, der das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Krankheiten durch den Nachweis von für Krebspatienten charakteristischen Atemkomponenten prüft.
Das Prinzip der Geruchssensoren
Es gibt zwei Haupttypen von Geruchssensoren: Halbleiter- und Quarzkristallsensoren.
Der “”Halbleitertyp”” wird seit langem als Gassensor verwendet und erkennt Gerüche, indem er die Änderung des Widerstands eines Halbleiters aufgrund einer Oberflächenreaktion nutzt, die durch die Adsorption von Geruchsmolekülen an der Halbleiteroberfläche verursacht wird. Diese Systeme lassen sich in zwei Typen einteilen: Oxid-Halbleiter und organische Halbleiter.
Beim Oxid-Halbleitertyp werden Zinnoxid und Zinkoxid verwendet, um ein Ausgangssignal zu erhalten, das proportional zur Anwesenheit oder Abwesenheit einer Substanz und ihrer Konzentration ist. Anorganische Geruchsstoffe wie Gase werden in der Regel erkannt, aber die Empfindlichkeit für organische Verbindungen wie Duftstoffe ist gering.
Polypyrrol und Polyacetylen werden in organischen Halbleitern verwendet und sind in der Lage, Gerüche zu unterscheiden. Sie haben jedoch den Nachteil, dass sie teuer sind.
Der Quarzkristall-Resonatortyp besteht aus einer Lipidmembran, einer empfindlichen Membran, die menschliche Riechzellen imitiert und an der Oberfläche eines Resonators angebracht ist. Wenn Geruchsmoleküle an der empfindlichen Membran adsorbiert werden, sinkt die Resonanzfrequenz des Resonators aufgrund des Effekts der Massenbelastung. Mit Hilfe des Mechanismus, bei dem der Betrag der Abnahme proportional zur Masse des adsorbierten Geruchsstoffs ist, wird die Konzentration des Geruchsstoffs durch Messung des Betrags der Abnahme gemessen. Das System ist besonders gut in der Lage, organische Geruchsstoffe zu erkennen und kann zwischen Whiskey, japanischem Sake, Kaffee und Parfüm unterscheiden.
Zu den verwendeten geruchsempfindlichen Membranen gehören Epoxidharzmembranen, Vinylacetatharzmembranen und Langmuir-Blodgett-Membranen.
Was ist ein am Smartphone montierter Geruchssensor?
Im Jahr 2019 wurde ein kompakter Geruchssensor entwickelt, der an einem Smartphone befestigt werden kann. Die Geruchssensoren können erkannt werden, indem die Geruchssensoren über USB Yype-C mit dem Smartphone verbunden werden. Die erkannten Gerüche können für Gaslecks, Frischekontrollen von Lebensmitteln, Körpergeruch, Alkoholkontrollen usw. verwendet werden.
Dieser Geruchssensor ist ein Quarzkristall mit einer empfindlichen Membran. Er enthält Detektorteilchen mit verschiedenen Sensormembranen, um eine Vielzahl von Gerüchen zu erkennen.
Wenn er mit einem Smartphone verbunden ist, dient das Smartphone als Analyseplattform. Die Art und Stärke jedes erkannten Geruchs wird analysiert, und die Ergebnisse werden auf dem Smartphone angezeigt.
Obwohl der allgemeine Verkauf der am Smartphone montierten Geruchssensoren noch nicht beschlossen ist, laufen die Forschungen und Verbesserungen weiter, und es wird erwartet, dass der Sensor etwa 10 verschiedene Arten von Gerüchen erkennen kann. Es wird erwartet, dass das Produkt für weniger als 100 Dollar verkauft wird und damit in Zukunft für jedermann erschwinglich ist. Das Gerät ist tragbar, leicht zu transportieren und kann Gerüche einfach und bequem erkennen und verwalten.
Derzeit wird daran geforscht, die Geruchsarten in Daten umzuwandeln und maschinelles Lernen einzusetzen. Dadurch soll die Genauigkeit der Geruchssensoren und der Analyse verbessert werden. Auch die Anzahl der Geruchsarten, die erkannt werden können, soll erhöht werden.
Quantifizierung von Gerüchen in Geruchssensoren
Der Begriff “”Geruch”” hat keine eindeutige Norm oder Einheit, wie etwa “”Geruch”” und “”Gestank””, “”Duft”” und “”Parfüm””. Auch bei Geruchssensoren wird eine Methode zur Messung von “”Geruch”” benötigt. Geruch wird auf der Grundlage der Intensität und des vom menschlichen Geruchssinn wahrgenommenen Komforts oder Unbehagens gemessen und ausgedrückt.
Die Olfaktometrie drückt die Intensität und den Komfort oder das Unbehagen aus, das der menschliche Geruchssinn wahrnimmt. Diese werden in vier Typen eingeteilt und jeder Geruch wird schrittweise quantifiziert.
Die vier Methoden sind “”Geruchsintensität””, “”Angenehmes/Unangenehmes””, “”Geruchsindex”” und “”Periodische Häufigkeit””.
Die Methode zur Anzeige des Geruchsindexes ist eine Quantifizierung der Geruchskonzentration und des Geruchsindexes.
Die Geruchskonzentration ist definiert als “”der Verdünnungsfaktor, der erforderlich ist, um bei Verdünnung mit geruchloser reiner Luft Geruchlosigkeit zu erreichen. Der Geruchsindex ist der Wert, den man durch Multiplikation des gewöhnlichen Logarithmus der Geruchskonzentration mit 10 erhält. Diese Werte werden als Referenz verwendet und in die Geruchssensoren integriert.