AIRSENSE电子鼻技术在再生塑料气味分析中的应用研究

在 "双碳" 目标驱动下，再生塑料产业已成为循环经济的重要支柱，但气味问题始终困扰行业发展。再生塑料在回收、加工及储存过程中，因聚合物链氧化断裂、助剂挥发或污染物残留，会释放醛类、硫化物、氮氧化物等挥发性物质，不仅影响产品应用场景拓展，更可能危害人体健康与生态环境。因此，建立精准高效的气味分析技术对再生塑料品质升级至关重要。
基于此，本研究旨在建立再生塑料气味评价的电子鼻测试法，为行业提供参考。
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01
电子鼻技术原理与核心特性
⦁ AIRSENSE电子鼻

AIRSENSE 电子鼻采用 "传感器阵列 - 信号处理 - 模式识别" 三位一体架构，核心由高选择性金属氧化物半导体传感器组成，每根传感器对特定官能团化合物具有专属灵敏度：W1C 针对芳香成分与苯类，W5S 响应氮氧化合物，W1W 识别硫化物，W2S 灵敏于醇类与醛酮类，W1S 则对甲基类化合物反应显著。这种多传感器协同工作模式，可形成覆盖再生塑料主要异味成分的检测网络。
其工作流程分为三步：首先通过进样系统将样品挥发气体引入检测腔，传感器阵列与挥发性物质发生特异性反应，导致电阻值变化并输出电信号矩阵；随后经预处理算法去除环境干扰，提取特征响应值；最终通过内置的主成分分析（PCA）、判别分析等模式识别模型，生成气味指纹图谱并完成定性定量分析。

02
实验设计与方法

实验材料与仪器
Part.1
选取市售再生 PP、PE、ABS、HIPS 为研究对象，涵盖一、二、三级再生料共 10 种样品，确保覆盖主流再生塑料品类与品质等级。实验仪器：采用 AIRSENSE 公司PEN3.5 型电子鼻与电热恒温干燥箱，样品前处理严格参照 GB/T 40006.1-2021 标准执行。
实验流程优化
Part.2
样品前处理：称取（20±0.1）g 样品装入无味广口瓶，80℃恒温加热 120 分钟促进气味释放，冷却至 60℃后立即检测，确保挥发性成分浓度稳定。
电子鼻测试参数：通过多组正交实验优化确定最佳参数组合 —— 传感器清洗时间 80s、调零时间 5s、数据采集时间 120s、进样流量 400mL/min，该参数下可获得各传感器最高响应强度值，为后续分析奠定可靠数据基础。

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实验结果与分析
传感器响应特征解析 >>>
AIRSENSE 电子鼻传感器响应值（G/G₀）随时间呈现 "快速上升 - 趋于稳定" 的典型曲线，120s 时达到响应峰值。其中 W5S、W1W、W2S、W1S 四根传感器表现出显著响应优势，对再生塑料中氮氧化物、硫化物、醇醛类及甲基类异味成分的识别能力强，这与再生塑料主要异味来源高度匹配 ——PP、PE 氧化降解产生的羰基与甲基类化合物可被 W2S、W1S 捕捉，而胺类抗氧剂等助剂挥发的硫化物、氮氧化物则由 W1W、W5S 识别。

气味指纹图构建与应用 >>>
选取各传感器响应峰值绘制雷达式指纹图谱，建立可视化分析模型。结果显示，再生 PP、PE 塑料的气味指纹呈现明显等级差异：W2S、W1W、W1S、W5S 的响应值均表现为 "三级再生料＞二级再生料＞一级再生料"，而其他传感器响应值基本稳定。这种特征差异为再生塑料品质快速分级提供了直观依据，企业可通过比对指纹图谱，在原料入库阶段即可筛查出劣质材料。

PCA 模型的气味区分能力 >>>
利用 AIRSENSE 电子鼻内置分析软件进行主成分分析，第一主成分贡献率 75.95%，第二主成分贡献率 22.42%，累计达 98.37%，可充分表征样品气味整体信息。PCA 图中，10 种再生塑料样品分布在不同区域且无重叠，实现了区分。

气味强度排序为：ABS（一级）＜PP（一级）＜PE（一级）＜HIPS（一级）＜HIPS（二级）＜ABS（二级）＜PE（二级）＜PP（二级）＜PE（三级）＜PP（三级），该结果与人工嗅辨一致。其中 ABS 因抗热氧老化能力强气味最弱，PP、PE 随再生次数增加气味显著增强，印证了模型的可靠性。

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结论
AIRSENSE 电子鼻凭借快速响应、精准识别、多场景适配的技术优势，有效破解了再生塑料气味分析的行业痛点。实验证实，在测试参数下，其构建的气味指纹图可直观呈现不同等级再生料的气味差异，PCA 模型能实现 98% 以上的气味信息表征与区分，分析结果与人工嗅辨高度一致。
该技术的产业化应用，不仅为再生塑料企业提供了高效的品质管控工具，更推动了气味评价从主观感官向客观量化的转变，对提升再生塑料产品附加值、促进产业规范化发展具有重要意义。随着技术的持续升级与应用场景的不断拓展，AIRSENSE 电子鼻必将在循环经济领域发挥更加关键的支撑作用。