This article presents the validity, advisability and purposefulness of using a gas sensor matrix to monitor air deodorization processes carried out in a peat-perlite-polyurethane foam-packed biotrickling filter. The aim of the conducted research was to control the effectiveness of air stream purification from vapors of hydrophobic compounds, i.e., n-hexane and cyclohexane. The effectiveness of hydrophobic n-hexane and cyclohexane removal from air was evaluated using gas chromatography as the reference method and a custom-built gas sensor matrix consisting of seven commercially available sensors. The influence of inlet loading (IL) of n-hexane and cyclohexane on the biotrickling filtration performance was investigated. The prepared sensor matrix was calibrated with use of two statistical techniques: Multiple Linear Regression (MLR) and Principal Component Regression (PCR). The developed mathematical models allowed us to correlate the multidimensional signal from the sensor array with the concentration of the removed substances. The results based on gas chromatography analyses indicated that the elimination efficiencies of n-hexane and cyclohexane reached about 40 and 30 g m-3 h-1, respectively. The results obtained using a gas sensor matrix revealed that it was possible not only to determine concentration reliably of investigated hydrophobic volatile organic compounds in the gas samples, but also to obtain results of a similar high level of quality as the chromatographic ones. A gas-sensor matrix proposed in this work can be used for on-line real-time monitoring of biofiltration process performance of air polluted with n-hexane and cyclohexane.
PL
W artykule przedstawiono zasadność, celowość i sensowność zastosowania matrycy czujników gazowych do monitowania procesów dezodoryzacji powietrza prowadzonych w biofiltrze zraszanym (BTF) z wypełnieniem w postaci torf-perli-pianka poliuretanowa. Celem przeprowadzonych badań była kontrola procesowa skuteczności oczyszczania strumienia powietrza z par związków hydrofobowych, którymi były n-heksan i cykloheksan. Skuteczność usuwania hydrofobowego n-heksany i cykloheksanu z powietrza oceniono przy użyciu chromatografii gazowej jako techniki referencyjnej oraz skonstruowanej matrycy czujników gazowych składającej się z siedmiu komercyjnie dostępnych czujników. Zbadano wpływ obciążenia złoża (IL) n-heksanu i cykloheksanu na wydajności biofiltracji. Przygotowana matryca czujnikowa została skalibrowana z wykorzystaniem dwóch technik statystycznych: Multiple Linear Regression (MLR) oraz Principal Component Regression (PCR). Opracowane modele matematyczne pozwoliły skorelować wielowymiarowy sygnał z matrycy czujników ze stężeniem usuwanych substancji. Wyniki uzyskane na podstawie analiz chromatograficznych wykazały, że wydajność usuwania n-heksanu i cykloheksanu osiągnęły odpowiednio około 40 i 40 gm-3h-1. Wyniki uzyskane z wykorzystaniem matrycy czujników gazowych wykazały, że możliwe było nie tylko wiarygodne określenie stężeń badanych hydrofobowych lotnych związków organicznych w próbkach gazowych, ale również charakteryzowały się podobnie wysokim poziomem jakości jak wyniki chromatograficzne. Zaproponowana w tej pracy matryca czujników gazowych może być wykorzystana do monitorowania procesu biofiltracji powietrza zanieczyszczonego n-heksanem i cykloheksanem w czasie rzeczywistym.
Artykuł powstał na podstawie rozprawy doktorskiej pt.: A comprehensive analytical approach to assessing the quality of edible oils during the frying process using the electronic nose technique supported by real-time proton transfer reaction mass spectrometry nagrodzonej przez Komitet Chemii Analitycznej PAN w 2021 roku w konkursie na najlepsze prace doktorskie, nagroda ufundowana przez firmę Polygen.
Detection and identification of toxic environmental gases have assumed paramount importance precisely in the defense, industrial and civilian security sector. Numerous methods have been developed for the sensing of toxic gases in the environment ever since surface acoustic wave (SAW) technology came into existence. Such SAW sensors called electronic nose (E-Nose) sensor use the frequency response of a delay line/resonator. SAW device is focused and given importance. The selective coating between input and output interdigital transducers (IDTs) in the SAW device is responsible for corresponding changes in operating frequency of the device for a specific gas/vapour absorbed from the environment. A suitable combination of well-designed SAW delay lines with selective coatings not only help to improve sensor sensitivity and selectivity but also leads to the minimization of false frequency alarms in the E-Nose sensor. This article presents a comprehensive review of design, development, simulation and modelling of a SAW sensor for potential sensing of toxic environmental gases.
Mould that develops on moistened building barriers is a major cause of the Sick Building Syndrome (SBS). Fungi emit Volatile Organic Compounds (VOC) that can be detected in the indoor air using several techniques of detection e.g. chromatography but also using gas sensors arrays. All array sensors generate particular electric signals that ought to be analysed using properly selected statistical methods of interpretation. This work is focused on the attempt to apply unsupervised and supervised statistical classifying models in the evaluation of signals from gas sensors matrix to analyse the air sampled from the headspace of various types of the building materials at the different level of contamination but also clean reference materials.
PL
Grzyb rozwijający się na ścianach budynków jest głównym powodem zjawiska, które nazwano Syndromem Chorego Budynku. Wolne związki organiczne emitowane przez grzyby mogą być wykryte różnymi metodami, m.in. na podstawie chromatografii, ale także za pomocą matryc czujników gazowych. Wszystkie tego typu narzędzia generują sygnały elektryczne, które można analizować za pomocą odpowiednich technik statystycznych. Praca skupia się na zastosowaniu nadzorowanych i nienadzorowanych technik uczenia maszynowego w ocenie sygnału pochodzącego z elektronicznego nosa.
The paper analyses the distorted data of an electronic nose in recognizing the gasoline bio-based additives. Different tools of data mining, such as the methods of data clustering, principal component analysis, wavelet transformation, support vector machine and random forest of decision trees are applied. A special stress is put on the robustness of signal processing systems to the noise distorting the registered sensor signals. A special denoising procedure based on application of discrete wavelet transformation has been proposed. This procedure enables to reduce the error rate of recognition in a significant way. The numerical results of experiments devoted to the recognition of different blends of gasoline have shown the superiority of support vector machine in a noisy environment of measurement.
Na podstawie wyników przeprowadzonych badań można stwierdzić, że elektroniczne nosy mogą być narzędziem użytecznym do klasyfikacji wyrobów tytoniowych.
Wykorzystanie techniki ultraszybkiej chromatografii gazowej w urządzniach typu elektroniczny nos daje nieocenione możliwości zastosowania tych urządzeń do analizy żywności.
Gas-analyzing systems based on gas sensors, commonly referred to as electronic noses, are the systems which enable the recognition of volatile compounds in their working environment and provide the online results of analysis. The most commonly used type of sensors in such systems is semiconductor gas sensors. They are considered to be the most reliable in the long-term applications (more than 1 year), however, their signal tends to drift. Instability of semiconductor gas sensors is one of the most challenging issues to solve in order to get reliable e-nose systems. There are a few causes of drift phenomenon, like i.e. sensors poisoning or aging. On the other hand, drift-like effects are also connected with the influence of environmental parameters such as temperature, humidity or the parameters connected with measurement systems - such as gas flow rate in sensors measurement chamber. In the case of devices for air-quality monitoring, which are exposed to varying environmental conditions it is crucial to develop the robust sensor signals processing system, which is insensitive to the variation of environmental conditions. In this article we present the calibration model for an array of four semiconductor sensors which is able to eliminate the influence of temperature and gas flow rate effect from the sensor responses.
PL
Systemy rozpoznawania lotnych związków oparte na czujnikach gazu umożliwiają identyfikację składu mierzonej mieszaniny gazowej w środowisku pracy i zapewniają uzyskanie wyników w czasie rzeczywistym. Najczęściej wykorzystywanym w takich urządzeniach typem czujników są półprzewodnikowe rezystancyjne czujniki gazu. Pomimo faktu, że czujniki półprzewodnikowe są uważane za najbardziej stabilne i niezawodne, występuje w nich zjawisko dryftu. Istnieje kilka przyczyn tego zjawiska, jak np. starzenie się, bądź zatrucie czujnika. Dryft sygnału jest również związany z wpływem czynników takich jak temperatura, wilgotność bądź prędkość przepływu gazu w komorze pomiarowej. W przypadku urządzeń służących do monitoringu jakości powietrza, niezbędne jest uwzględnienie wpływu tych czynników i eliminacja dryftu z nimi związanego. W artykule przedstawiono propozycję modelu kalibracyjnego dla matrycy czterech półprzewodnikowych czujników gazu, który umożliwia eliminację dryftu związanego z wpływem czynników środowiskowych.
10
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Volatile organic compounds have been studied over recent years in many countries. However, construction processes, building materials, building types and the methods used for the collection and analysis of VOCs vary from one country to another. At the same time constant technical and scientific progress has brought new materials that can emit completely different VOCs than older materials. Building materials represent significant source of organic compounds’ emissions and we are in direct contact with these compounds at work, school or home every day. Short-term or long-term exposure to these substances can bring many health problems. Therefore, this study is focused to determine the current state of occurrence and concentrations level of VOCs. The studied building is located in eastern Slovakia. The results were compared with the guide values of other countries, because there are no guideline values for TVOC concentrations and limits are set only for a small amount of VOCs in Slovakia. The results from this study demonstrated that flooring installation together with painting caused the highest contribution to the TVOC levels in the indoor air of studied apartment. On the other hand, high levels of TVOC were not found after furnishing.
PL
Ostatnimi laty, lotne związki organiczne VOCs były studiowane badane w wielu krajach. Jednakże, procesy budowlane, materiały budowlane, typy budów i metody wykorzystane przy pobieraniu i analizie VOCs w zależności od kraju różniły się od siebie. W tym samym czasie ciągły postęp naukowy i techniczny przyniósł nowe materiały, które mogą emitować całkowicie inne VOCs niż starsze materiały. Materiały budowlane stanowią znaczące źródło emisji związków organicznych, a my jesteśmy codziennie w bezpośrednim kontakcie z tymi związkami chemicznymi w pracy, szkole czy w domu. Krótko- lub długoterminowe działanie tych substancji może powodować wiele problemów zdrowotnych, dlatego, badania skupione są na ustaleniu bieżącego stanu występowania i poziomu stężenia VOCs. Analizowany w artykule budynek znajduje się we wschodniej Słowacji. Skutki wyniki były porównywane z wartościami wyszczególnionymi w innych państwach, ponieważ na Słowacji nie ma żadnych wytycznych co do wartości całkowitego stężenia VOCs a limity stężenia są podane jedynie dla niektórych związków VOCs. Wyniki analizy wykazały, że instalacja podłogi wraz z malowaniem ma najwyższy udział na poziom TVOC w powietrzu wewnętrznym badanego mieszkania. Z drugiej strony, nie odnotowano wysokich poziomów TVOC po meblowaniu.
Problem jakości powietrza jest przedmiotem coraz większego zainteresowania ze względu na wpływ na środowisko, komfort życia i zdrowie ludzi. Substancje złowonne, zwane odorami, wywołują najwięcej skarg i zażaleń ze strony ludzi, głównie tych, którzy mieszkają i/lub pracują na terenach leżących w zasięgu oddziaływania takich emiterów.
12
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Przedstawiono wyniki badań oceny jakości destylatów rolniczych za pomocą prototypu elektronicznego nosa wyposażonego w zestaw 6 półprzewodnikowych czujników. Frakcję lotną próbek destylatu rolniczego wytwarzano za pomocą barbotażu. Klasyfikację próbek do odpowiedniej klasy jakości przeprowadzano przy użyciu funkcji dyskryminacyjnych: liniowej i kwadratowej wspartej metodą kroswalidacji. Na podstawie przeprowadzonych analiz zaobserwowano ponad 96-proc. poprawność klasyfikacji próbek destylatów do poszczególnych klas jakości.
EN
One-hundred-thirty-five samples of EtOH-contg. Agricultural distillates were tested for quality by using a prototype electronic nose. The distillates were bubbled with air to sep. the volatile components studied in a semiconductor sensor system (6 sensors) and evaluated with discriminant linear and quadratic functions supported with a crossvalidation. The anal. confirmed that more than 96% of the samples were formerly classified correctly to the particular quality classes by a conventional (organoleptic) method.
The paper presents application of differential electronic nose in the dynamic (on-line) volatile measurement. First we compare the classical nose employing only one sensor array and its extension in the differential form containing two sensor arrays working in differential mode. We show that differential nose performs better at changing environmental conditions, especially the temperature, and well performs in the dynamic mode of operation. We show its application in recognition of different brands of tobacco.
To methods of analysis of odor of volatile organic compounds have been compared: classical sensory analysis and electronic nose technique. Eight volunteers participated in two-week classical sensory tests. The instrumental odor analysis involved a prototype of 6-sensor electronic nose designed by the authors. This device provided higher reproducibility and reliability of the results as compared to the ones obtained via the sensory analysis. Three compounds of specific odor and differing in chemical structure were utilized in the studies: 1-propanol, benzaldehyde and 2,3-butanedione. Aqueous solutions of the compounds and their mixtures were prepared at three concentration levels: 50 ppb, 1 ppm, 50 ppm v/v. The electronic nose technique, unlike the classical sensory analysis, made it possible to differentiate between particular solutions below the level of odor perceptibility and also allowed differentiation between the solutions of similar odor intensity reported by the volunteers.
Głównym celem pracy było zastosowanie nowoczesnej techniki pomiarowej do badań olfaktometrycznych w zakresie uciążliwości zapachowej wokół odlewni. Dodatkowo w zakresie pracy przewidziano utworzenie mapy zapachowej wybranej odlewni. Realizacja badań z zakresu olfaktometrii jest odpowiedzią na szereg skarg lokalnej ludności na uciążliwość zapachową, spowodowaną obecnością źródeł emisji odorów w sąsiedztwie zabudowań mieszkalnych. Wynikiem analiz jest opracowanie charakterystyki związków zapachowych występujących w dużych stężeniach wokół odlewni, co umożliwia minimalizację potencjalnego zagrożenia dla zdrowia pracowników zakładu. Badania są podstawą do opracowania procedury wykonywania pomiarów intensywności nieprzyjemnych zapachów w odlewniach i ich otoczeniu. W celu określenia jakościowego udziału związków emitowanych przez wybraną odlewnię zastosowano pomiary olfaktometryczne z zastosowaniem przenośnej aparatury pomiarowej – elektrycznego nosa typ zNose Model 4300. Wytypowano odlewnię HARDTOP Centrum Odlewnictwa Sp. z o.o. (województwo małopolskie). Próbki pobrano wokół odlewni zgodnie z kierunkiem wiatru oraz przeprowadzono pomiary wewnątrz hali produkcyjnej. Wyniki pomiarów zostały udokumentowane w postaci chromatogramów, a charakterystyczne związki występujące w odlewniach i ich okolicy zestawiono w tabeli. Dokonano analizy otrzymanych wyników polegającej na charakterystyce związków zapachowych występujących w największych stężeniach oraz stworzono mapę zapachową wybranej odlewni. Uzyskane wyniki umożliwiają wstępne określenie wpływu odlewni HARDTOP Sp. z o.o. na najbliższe otoczenie. Uzyskana w ten sposób wiedza pozwoli na dyskusję odnośnie omawianego zagadnienia na forum publicznym, a w przyszłości może być argumentem do podjęcia działań na rzecz skutecznej dezodoryzacji terenów wokół odlewni. Realizacja powyższych założeń wpłynie na rozwój dyscypliny naukowej z zakresu pomiarów odorów.
EN
The main objective of the study was using advanced measurement technique to the study of odor in the range of odor nuisance around the foundry. In terms of work it was also provided the creation of a fragrance map for selected foundry. Implementation of research in the field of olfactometry is a response to numerous complaints of the local population for odor nuisance, caused by the presence of odor emission sources in the vicinity of residential buildings. The result of the analysis is to develop characteristic odor compounds found in high concentrations around the foundry, which minimizes the potential risk to the health of foundry workers. Results are a basis to the development of procedures for the measurements the intensity of odors in foundries and their environment. In order to determine the qualitative participation of compounds emitted by the selected foundry there applied odor measurements using portable measuring equipment - electric nose type zNose 4300. For the measurements there was selected the foundry named HARDTOP Center of Foundry Sp. z o.o. (Małopolskie Voivodeship). Samples were collected around the foundry in the direction of the wind and inside the production hall measurements were taken. Results of the measurements are documented as chromatograms, and the characteristic compounds present in foundries and their surroundings are summarized in the table. On the basis of the characteristics of aroma compounds present in the largest concentrations the analysis was carried out and odor map of selected foundry was drawn up. The results enable a preliminary determination of the impact of the foundry HARDTOP Sp. z o.o. on the nearest surroundings. Knowledge acquired through measurements allows for discussion of issues relating to odors in a public forum, and in the future there may be an argument for action on the effective deodorization of the area around the foundry.
Do zapewnienia bezpieczeństwa i jakości żywności wykorzystywane są coraz bardziej zaawansowane techniki i instrumenty analityczne. Niektóre, jak elektroniczny nos i język, starają się odwzorować ludzkie zmysły węchu i smaku. Jak każde urządzenia analityczne, mają wady i zalety, o których w tym przypadku decydują sensory i System procedur klasyfikacyjnych. Sztuczne zmysły są szeroko stosowane w różnych gałęziach przemysłu, m.in. w przemyśle spożywczym. Wykorzystywane są do optymalizacji procesów, stałego monitoringu i wykrywania określonych substancji oraz oceny jakości towarów.
EN
New innovative analytical methods and devices are available to assure food safety and quality. Some of them try to imitate human senses of taste and smell. From among them, electronic nose and tongue may be mentioned. Like any analytical devices they have advantages and disadvantages, which depend in this case on sensors and system of classification procedures. Artificial senses have a wide range of applications in various industrial sectors such as e.g. food industry. They are used for process optimization, on-line monitoring and detection of certain substances and quality evaluation of the goods.
Niektóre współczesne instrumenty analityczne projektowane są na wzór ludzkich zmysłów. Naśladowaniem mechanizmów odbierania i przetwarzania informacji z otoczenia przez człowieka zajmuje się dziedzina nauki nazywana bioniką. Postęp w elektronice i mechanice przyczynia się do miniaturyzacji i ciągłego udoskonalania budowy bionicznych zmysłów nosa i języka. Szeroki zakres wyboru czujników w matrycach detekcyjnych oraz metod przetwarzania sygnału decyduje o olbrzymim potencjale tych urządzeń. Sztuczne zmysły z powodzeniem mogą być łączone z innymi technikami analitycznymi.
EN
Certain modern analytical devices are designed on human senses’ example. Scientific discipline called bionics deals with mimic mechanisms of collecting and processing information by man from his environment. Progress in electronics and mechanics contributes to miniaturization and continuous improvement in construction of bionic nose and tongue senses. A wide range of selection of sensors in detection matrices and of signal processing methods determines a tremendous potential of the discussed devices. Artificial senses can be successfully coupled with other analytical techniques.
W artykule przedstawiono wyniki badań dotyczących wydzielania się związków chemicznych o nieprzyjemnym zapachu podczas ogrzewania styropianowych modeli odlewniczych oraz rozwiązanie zmierzające do zmniejszenia ich odczuwania w środowisku. Badania prowadzono przy użyciu tzw. elektronicznego nosa. Na podstawie otrzymanych wyników wykazano skuteczność zastosowanego sposobu redukcji odorów.
EN
The article presents the results of research on the emission of chemical compounds with an unpleasant odour during heating of polystyrene patterns and a solution for reducing their perception in the environment. Studies were carried out using an electronic nose. The efficiency of odour-reducing method was determined.
This paper presents a data acquisition system for sensor array based on metal oxide resistive gas sensors. The constructed system consist of measuring modules linked to an efficient Cortex™ - M3 ARM core microcontroller and a CAN bus. Each module is divided into an analog measuńng part connected to a digital part containing microcontroller and other peripheries. In the experiment six gas sensors and an integrated humidity and temperature sensor were connected to seven modules forming a network based on CAN bus. Authors proposed this solution not only as a system for detection and monitoring purposes but also as a base to construct an electronic nose.
PL
W publikacji zaprezentowano układ akwizycji danych z matrycy czujników, w której zastosowano rezystancyjne czujniki gazu. Skonstruowany układ składa się z modułów pomiarowych na bazie mikrokontrolera z wydajnym rdzeniem ARM Cortex™ - M3 połączonych z magistralą CAN. Każdy z modułów jest podzielony na analogową część pomiarową połączoną z częścią cyfrową zawierającą mikrokontroler i inne układy peryferyjne. W eksperymentalnym układzie wykorzystano sześć czujników gazów oraz minimalizację wykonaną dla każdej funkcji oddzielnie oraz metod dekompozycyjnych przedstawionych w poprzednich pracach.
Zmysł węchu to jeden z dwóch, oprócz smaku, zmysłów chemicznych. Jego istota działania opiera się na umiejętności rozpoznawania zapachu określonych związków chemicznych lub ich mieszanin w otoczeniu.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.