气味分析从电子鼻到质谱：幻想到现实之路

气味分析，困难在哪？会有答案吗？唯一可靠的分析方法？你的鼻子 (如果你没有感冒)。

否则，找个分析仪器问题解决了?可能吧， 但这分析仪器提供的数据需要与统计学兼容!

气味分析仪器的发展历史

上世纪 90 年代，一家英国公司和一家法国公司几乎在同一时间推出了以金属氧化物、电化

学材料、导电聚合物等传感器为平台的 “电子鼻”。然后英国公司关门了，法国公司的产

品不停更新换代，陆续推出各种以传感器为平台的仪器!

法国公司的技术

首先，他们推出的是以阵列式传感器为平台的“电子鼻”，有 18 个传感器......但以失败告

终! 因为 18 个传感器还是解决不了传感器自身的低选择性问题。

他们推出 “传感器-质谱”来解决传感器的低选择性但也以失败告终。之后, 再推出 “气

相-传感器” …..…基本也失败了！为什么?

什么是低选择性?

传感器对产生气味的 VOC，没有足够的判断能力。这就是同一传感器会同时对多种 VOC 有

响应, 没有办法从同一传感器的信号中分别检测出来自不同 VOC 的信号。

同时同一 VOC 也可以会对多个传感器有响应。同与哪几个传感器有样，没有办法确定某 VOC

响应。这就是传感器的选择性问题，问题能被解决吗?

问题能被解决吗?…… 不能!

将较有选择性的技术与传感器配合起来, 推出了“传感器-质谱”、“GC-传感器”这样的做

法是把有选择性的技术 (质谱和 GC)与没有选择性的技术 (传感器)混在一起。能解决问题吗?

你懂的。

采用 “传感器-质谱”、 “GC-传感器”来做气味分析可以吗? 不可能，瓶颈问题还是在没

有选择性的传感器上。

传感器真的是这般没用？不一定。

如果样品是非常稳定和干净的，如奶粉、饮料、药物、化妆品等受严格质量监管的产品，传

感器技术可用于检测杂质。因为这些样品从原材料开始就有很好的质量管理方案，检测者对

数据的背景比较了解，传感器可以检测出微小变化的杂质信号。

如果样品不是奶粉、饮料、药物、化妆品怎么办?只能采用有选择性的分析技术, 比如 GC

和 MS 或 GC-MS。这取决于你的样品，如果要检测极性比较高的 VOC, GC 技术 (GC, GC-MS，

O-GC)就会遇到大问题。

低极性的成分可以采用 GC？可以。如果气味的成分都只是从低极性的 VOC 中来。但这是

不现实的……如果气味成分都是低极性, 是否可以?如果样品都是低极性成分：就算有一种

GC 性成分分离出来，分析柱子能把所有的低极也会遇到问题。原因: GC 没有合适的气味分

析软件来做数据处理 (指纹图式统计学分析)

GC-MS 可以吗?也不可以! 为什么?GC-MS 所有的信号都是以单个组分别显示的…..统计学式

分析比较困难！如果 GC-MS 的所有信号都显示在一组数据就可以用统计学进行分析？理论

上可以，但如果是这样考虑，就无品的组分需先用 GC 把样离了。这样一来, 采用独立的 MS

就可以!

采用独立的 MS 有什么优点?

1. MS 对样品的极性没有限制!

2. 所有 VOC,所得信号是来自样品的 保存了气味的 “整体” 性!

3. MS 不受载气对气味的干扰!

4. 所有数据都在同一档案, 容易用统计学来分析。气味分析一定是靠统计学来分析数据的!

有什么 MS 可以供选择?

答案取决于应用:

溯源? 定量? 定性? 气味等级分析?

在这里, 我们只探讨气味等级分析!

题外话…

“GC-传感器” 和 “嗅感-GC” 的关系?在 “GC-传感器” 系统里, 它大约拥有 6 个“嗅

感-GC”传感器是采用操作员的鼻子分别是前者可以采用统计学来分析数据台的生产厂家知

道 “嗅感-GC” 的问题 (的主观性), 可惜 “GC-传感器”传感器平数据分析还是采用了没

有选择性的传感器作为检测器!

遇到问题：

•所有化学分析都需要标样。气味标样并不存在。如果有，也需要灵敏的鼻子。但这是一件

很主观的事，业界一直希望用仪器解决这个课题。

GC 分析柱有其局限性，不能对极性较高的 VOC 进行检测, 也不能对气味的 “整体” 性

进行全面分析。之后有阵列传感器式电子鼻…. 但现在你知道这是没有用的了!阵列式电子

鼻的卖点是高灵敏度的传感器 (金属氧化物、电导性聚合物、电化学材料等) 和多样性 (不

同类型的传感器)。

此方案在理论上比 GC 好;因为操作员很难将同一样品在同一时间完整地送到不同的 GC 分

离柱上。GC 方案技术盲点是有限的选择性。

低选择性: 同一 VOC 会对不同的传感器有响应；同一传感器也会对不同的 VOC 有响应。阵

列式电子鼻内传感器的数量zui多是 18 个，明显不够。

不管是 GC 或阵列传感器式电子鼻，都需要 N2 或 He 作为载气。这里就突显出一个题，是

在 N2 问题上，我们的鼻子并不或 He 内去感觉气味的。鼻子得到的嗅感与气味所处的环境

(载气，包括水汽)有关。所以我们需要寻找一种不需要 N2 作为载气的 “仪器”或 He 作为

载气。

遇到问题：

•所以我们需要寻找一种不需要 N2 气的 “仪器”??或 He 作为载气。有吗?有的，

• 什么仪器?

• 我们需要一种不需要载气的 VOC 首分析仪器….ppb 级别。

• 同时, 能对空气 (样品的背景, 包括水汽)进行分析…. %级别

• 只有一种分析技术!

解决方案：分析 % 级别的空气背景 (如下图)

空气 (包括水汽) 的 MS 信号: 基本在 45 amu 以内

解决方案：

空气的 MS 信号: 基本在 45 amu 以内。气味的 VOC 信号在哪里?基本约在 45-150 amu 范

围内。小部分 (VOC 样品碎片) 在 < 45 amu 区域

怎么办?简单, 即使这些 VOC 信号与空气信号重叠,只是空气信号的一小部分… 可以忽略!

它们也不忽略也可以, 先把空气背景做出来, 然后扣除背景!

只有一种分析技术!同时分级别的空气成分析到 ppb 级别。

是什么?MS 技术！理由：能同时检测出 % 级别的空气 ( 水汽)包括和 ppb 级别的 VOC。气

味 (嗅觉) 与它所处的环境有关!这是载体对嗅觉的效应!GC, GC-MS, O-GC 和传感器都无法

解决!

结论:

1.气味分析技术需要考虑到气味与载气的关系

2.用以 GC 做气味分析有其自身难度，所以采或传感器

3. MS 可能是更好的方案

方案设计目的：嗅感与仪器数据来自同一样品