Odour Determination and Smell Sensor

吉榮康城
（日本國新宇宙電機株式會社）

摘要由于 “氣味” 具有芳香（香味）和惡臭（臭味）等多種多樣的特征，所以很難用同一尺度進行評價。因此，進行氣味評價（量化）時，需要在明確目的的基礎(chǔ)之上，選擇適當?shù)脑u價方法。在此對惡臭的相關(guān)測定方法以及在企業(yè)等現(xiàn)場進行自主管理時使用的簡易測定方法，氣味傳感器（惡臭測試儀）的使用事例進行介紹。
關(guān)鍵詞惡臭（臭味）測定氣味傳感器
AbstractSmell has various characteristics such as aroma,odour and etc.,so
 it is difficult to evaluate smell with the same standard.It needs to ascertain 
the aim to select suitable method to evaluate （quantitate） smell.This paper introduced 
the relative determination method of odour,the simple method for enterprises to manage
 on the spot and the using cases of smell sensor.
Key wordsOdourDeterminationSmell Sensor

1臭氣（惡臭）的測定
作為“氣味”評價（量化）方法，主要分為兩種。一種是用氣體色譜儀或分光光度計等進行測定的 "儀器測定法（成分濃度顯示法）"，另一種是根據(jù)人的嗅覺來評價氣味強度和適與不適的 “嗅覺測定法”見圖1。
圖1氣味的數(shù)值化
1.1單一成分濃度顯示法
利用氣體色譜儀或分光光度計等分析儀器，通過構(gòu)成臭氣的化學(xué)物質(zhì)的濃度進行顯示（數(shù)值化）的方法。這種方法，在分析特定成分的臭氣時，非常有效。但是，由于分析精度很高，因此所需費用也很高，并且需要高度的專業(yè)知識。另外，在對日本《惡臭防止法》中所規(guī)定的特定惡臭物質(zhì)（22種）進行數(shù)值化時，就采用這種方法。1.2復(fù)合成分濃度顯示法
利用氣體色譜儀等分析儀器，通過總還原性硫（TRS）及總碳化氫（THC）的組合、對構(gòu)成臭氣的化學(xué)物質(zhì)的濃度進行測定的方法。
1.3臭氣強度顯示
利用人的嗅覺，對臭氣的強度進行數(shù)值化的方法。當前在日本廣泛使用的是6級臭氣強度顯示法，見圖2 。但是由于每個人的嗅覺都有很大差異，并且受到當時身體狀況和喜好的影響，所以缺乏客觀性。因此，在《惡臭防止法》中，對眾多的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計處理，在臭氣強度25～35的范圍內(nèi)，規(guī)定了成分（特定惡臭物質(zhì)）濃度和臭氣指數(shù)的限定值。
0：無臭
1：稍稍能夠感知到的氣味（檢測臨界值）
2：能夠知道是何氣味的微弱氣味（認知臨界值）
3：能夠輕松感知的氣味
4：較強的氣味
5：強烈的氣味
圖2臭氣強度顯示法

1.4適與不適顯示法
為了顯示氣味的適與不適的程度而采用的方法。目前在日本采用的是9級適與不適顯示法，見圖 3�？紤]到個體差別以及可靠性，一般作為輔助數(shù)據(jù)使用。雖然在反復(fù)測試中，個體內(nèi)部的變動很小，但卻會受聞味時間長短的影響。

－4：極度不適
―3：非常不適
－2：不適
－1：稍感不適
0：沒有特別的舒適或不適感
1：稍感舒適
2：舒適
3：非常舒適
4：極度舒適
圖3適與不適顯示法
1.5臭氣濃度（臭氣指數(shù)）顯示法
“臭氣濃度” 的定義是指將氣味（原臭）“用無臭的干凈空氣進行稀釋時，正好達到無臭時所需要的稀釋倍數(shù)”。臭氣濃度100是指如果將氣味（原臭）用無臭的干凈空氣進行100倍的稀釋，那么氣味就會消失。另外，還有一種叫臭氣指數(shù)的標準，更能對應(yīng)于人的嗅覺感覺量。它是臭氣濃度常用對數(shù)的10倍，在日本的《惡臭防止法》中就采用了臭氣指數(shù)。
臭氣指數(shù)＝10×log臭氣濃度 
這些臭氣濃度或臭氣指數(shù)的測定，可采用下述的三點比較式臭袋法，但運營成本較高。另外，在日本，臭氣指數(shù)測定要由擁有嗅辨師資格的人士來進行。
（注：中國*方法是“臭氣濃度”，日本*方法是“臭氣指數(shù)”）。
1.6臭氣頻率顯示法
臭氣頻率顯示法，是指顯示氣味的感知頻率的方法，見圖 4 。與臭氣強度顯示法、適與不適顯示法、臭氣濃度顯示法相比較，這種方法多用于長期的水平評測。三點比較式臭袋法，見圖5。

0：總聞不到
1：偶爾聞到（每月一次左右）
2：有時聞到（每周一次左右）
3：經(jīng)常聞到（每日一次左右）
4：總能聞到
圖4臭氣頻率顯示法

圖5三點比較式臭袋法
2氣味傳感器（惡臭測試儀）
本公司著眼于“構(gòu)成氣味的氣體成分大多是還原性氣體” 這一點，開發(fā)出了世界的能對氣味進行靈敏檢測的半導(dǎo)體型氣味傳感器，并向市場推出了對不分長度和重量單位的氣味強弱進行數(shù)值化的 “便攜式氣味傳感器” XP-329系列，見照片1。
照片1XP-329型
在現(xiàn)場，很多情況都是優(yōu)先選擇能快速得出結(jié)果的方法。在上述的測定方法中，如果追求精度，則難以快速地應(yīng)對現(xiàn)場狀況。相反，如果優(yōu)先速度，則欠缺精度等，都是一利一弊。在此我們要介紹的氣味傳感器，能夠當場對氣味的強弱進行數(shù)值化顯示，雖然在測定精度上遜色于分析儀器，但是作為簡易測定法，其精度已足夠。并且，不會像人的嗅覺那樣，對氣味變得適應(yīng)或習(xí)慣，所以可以實時地測定出氣味的經(jīng)時變化。
2.1檢測原理
作為氣味的檢測感應(yīng)材料，使用的是采用了金屬氧化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體型氣味傳感器。通過進行數(shù)百攝氏度的加熱，半導(dǎo)體的電阻值會隨著其表面氣味分子的吸附和表面反應(yīng)，發(fā)生敏感的變化，實際應(yīng)用中也正是應(yīng)用了這一原理。因此，能夠?qū)ξ⒘康臍馕哆M行高靈敏度的檢測。另外，不受周圍溫度和濕度等的影響，重復(fù)再現(xiàn)性良好。氣味傳感器使用型半導(dǎo)體式傳感器（圖 6 左圖）或基板型半導(dǎo)體式傳感器（圖 6 右圖），通過改變半導(dǎo)體材料或觸媒，實現(xiàn)了抑制對無臭氣體成分的靈敏度等 “氣味傳感器” 的特性。
圖6傳感器構(gòu)造概略
2.2氣味傳感器的特點
臭氣很少以單一成分存在，通常以多個臭氣成分復(fù)合的狀態(tài)存在。人的嗅覺會將臭氣作為整體復(fù)合臭來識別。臭氣指數(shù)就是利用了這一特性的強度標準。臭氣指數(shù)是這樣得到的：將實驗對象用無臭的干凈空氣進行稀釋，并讓多個嗅辨員聞嗅，求出直至無臭時的稀釋倍率（臭氣濃度），進行對數(shù)轉(zhuǎn)換后，乘以10。
臭氣指數(shù)＝10 × log［ 臭氣濃度 ］（1）
另一方面，由于氣味傳感器與以往的濃度計不同， 能夠?qū)^多的臭氣物質(zhì)做出反應(yīng)，所以對于復(fù)合臭，測定值是各種成分的總量值。氣味傳感器的靈敏特性可以通過測定值，也就是指示值△Ｖ，以及臭氣物質(zhì)的濃度X（限定的濃度域）進行如下表示。
△Ｖ＝ K × log X＋a（K，a:常量 ）（2）
這些公式實際上是同樣的公式，表示可以利用氣味傳感器測定與臭氣指數(shù)相當?shù)臄?shù)值。正是這樣，氣味傳感器在測定復(fù)合氣味時，與嗅覺測定法的臭氣指數(shù)有較大的關(guān)聯(lián)性，這也正是氣味傳感器的特點。
圖7氣味傳感器的優(yōu)勢
圖7表示的是氣味傳感器的優(yōu)點，并和其他氣味評價方法進行比較。因為氣味傳感器XP-329系列的機動性非常好，能在現(xiàn)場簡單使用并有很好的再現(xiàn)性，且不會像嗅覺那樣對氣味變得適應(yīng)或習(xí)慣。另外，如果連接記錄裝置，就可以進行連續(xù)監(jiān)測。雖然不能進行氣味的定性分析，但是實用性較強。2.3便攜式氣味傳感器「XP-329系列」
2.3.1概要便攜式氣味傳感器的zui大特點是體積小、重量輕，機動性出色。通過內(nèi)置的泵自動吸取氣味，以0～2000數(shù)值即時顯示氣味的強弱。測定值具有客觀性以及出色的再現(xiàn)性。另外，使用4粒5號堿性電池大約能進行8h的測量，如果使用附屬的AC適配器，可以連續(xù)地進行幾天測量。既有廣泛感應(yīng)各種氣味物質(zhì)且靈敏度較高的普通氣味用XP-329，也有對產(chǎn)生惡臭的硫化物臭氣特別靈敏的XP-329S，為了適應(yīng)不同的氣味種類和強度，進行了系列化開發(fā)。圖8 所示的是XP-329S的靈敏度特性。圖8XP-329S型靈敏度特性
2.3.2測定示例在解決惡臭投訴時，不論是儀器分析、嗅覺測定，都需要采取現(xiàn)場的臭氣�？墒请S便采取臭氣（大氣）會與居民的受害程度不相符，需要親自到現(xiàn)場，掌握惡臭發(fā)生的實際狀態(tài)之后進行采取。一般來說臭氣zui強時意見zui大，需要在那個瞬間采取臭氣。圖9所示的是化學(xué)工廠附近從上午10點到傍晚所監(jiān)測到的臭氣濃度變化。從圖中可以看出，下午臭氣的濃度變高，特別A點時刻臭氣的濃度非常高。雖然實際上需要考慮風(fēng)向和風(fēng)速等氣象條件，不過通過使用氣味傳感器，可以測量出臭氣采樣的時機。
圖9XP-329監(jiān)測示例
2.4新型氣味傳感器「XP-329Ⅲ」
便攜式XP-329系列使用的是單一元件，所以當氣味的性質(zhì)（成分種類）不同時，僅憑求出的數(shù)值不能進行氣味強弱的比較。這是因為氣味的性質(zhì)不同，傳感器的靈敏度也不同。因此，尤其是使用氣味傳感器進行臭氣的定量性測定時，關(guān)于測定的臭氣，需要事先確定氣味傳感器的數(shù)值和臭氣指數(shù)的關(guān)聯(lián)性。新型氣味傳感器“XP-329Ⅲ”，在確保機動性和簡便性的同時，簡化了和用戶端的臭氣指數(shù)的關(guān)聯(lián)性，實現(xiàn)了臭氣指數(shù)（對應(yīng)值）的直接顯示，見照片2。
照片2XP-329Ⅲ型
2.4.1特征 ①通過開發(fā)新的傳感器元件，實現(xiàn)了“預(yù)熱時間1min”。②使用了活性炭過濾器標準裝備，容易進行零基設(shè)定。③除水平值外，還可以顯示臭氣指數(shù)（對應(yīng)值）。④可在用戶端制作臭氣指數(shù)轉(zhuǎn)換表（附屬軟件）。⑤附加了數(shù)據(jù)記錄機能。
2.4.2測定示例為了制作S印刷工廠的臭氣指數(shù)轉(zhuǎn)換表，在廠房的排氣口進行臭氣（原氣味）采樣，分別調(diào)制10倍稀釋試樣和100倍稀釋試樣，用XP-329Ⅲ進行測定。另外，根據(jù)嗅覺測定得出的原氣味的臭氣指數(shù)是39，稀釋試樣的臭氣指數(shù)和臭氣濃度為計算值，見表1 。
表1印刷工廠建筑排氣口臭氣（原氣味及稀釋試樣）

原氣味10倍稀釋試樣100倍希釈試樣
臭氣指數(shù)39（29）（19）
（臭氣濃度）（7900）（790）（79）
XP-329Ⅲ等級值92641470
對于同日采樣濃度不同的臭氣，用嗅覺測定法求出臭氣指數(shù)，根據(jù)前述，將輸入了臭氣指數(shù)轉(zhuǎn)換表的XP-329Ⅲ設(shè)定為臭氣指數(shù)（對應(yīng)值）顯示模式，進行并行測定。圖10所示，臭氣指數(shù)在30以上的4個試樣，兩者的測定結(jié)果非常接近。
圖10印刷工廠廠房排氣口臭氣
（下轉(zhuǎn)第136頁）

（上接第73頁）
3結(jié)語
在前面已經(jīng)提到人的嗅覺存在個人差異。為了能得到正確的測定結(jié)果，《惡臭防止法》規(guī)定需要采用“三點比較式臭袋法”，并實行嗅辨師制度及嗅辨員管理。嗅辨師設(shè)立嗅辨師協(xié)會（任意團體），為了能應(yīng)對各種各樣的惡臭投訴，為了提高技能，定期舉行信息交流會。另外，（社團法人）臭味·香味環(huán)境協(xié)會實施各測定機構(gòu)之間的交叉確認，以提高嗅覺測定的精度；另一方面發(fā)行《臭氣簡易測定手冊》，并積極開展普及活動，以便更有效地實施臭氣對策。作者也是一名嗅辨師，如果能有效利用這些測定技術(shù)，將惡臭投訴稍微降低一點的話，這也是我們從事此項工作的目的。
參考文獻
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