• Facebook
  • LinkedIn
  • KONTAKT
  • ANNONCERING
  • OM KEMIFOKUS
  • PARTNERLOGIN

KemiFOKUS

Fokus på kemi

  • Analytisk kemi
  • Arbejdsmiljø/Indeklima
  • Bioteknologi
  • Branchenyt
  • Energi
  • Fødevarekemi
  • Historisk kemi
  • Kemiteknik
  • Kemometri
  • Klima og miljø
  • Lovgivning og patenter
  • Medicinalkemi
  • Nanoteknologi
  • Organisk kemi
  • Klimateknologi

Kemometri01. 12. 2016 | Katrine Meyn

DIY Machine Olfaction – anvendt køkkenbordskemometri

Kemometri01. 12. 2016 By Katrine Meyn

Kemometri og gassensorer danner et godt makkerpar, som besidder interessante perspektiver inden for bl.a. kvalitetskontrol i fødevareproduktion og procesovervågning. Hardwaredelen er ikke mere kompliceret, end at den kan tilvirkes på køkkenbordet med frit tilgængelige lavpriskomponenter.

Læs originalartiklen her

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 12, 2016 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder.

Af Michael Madsen, Voodoometrics

Der er tidligere hér i bladet argumenteret for, at teknikkens aktuelle stade for elektroniske næser næppe betyder enden på klassiske olfaktometriske analyser efter anerkendte internationale standarder [1].
Men hvad dækker begrebet elektronisk næse egentlig over?
Elektroniske næser er underlagt den tekniske disciplin machine olfaction, som er en biologisk inspireret tilgang til analytisk vurdering/klassifikation af simple såvel som komplekse gasblandinger [2]. Typisk udgøres sensordelen i en elektronisk næse af et antal primitive gassensorer eller mere sofistikerede detektorer kendt fra det analytisk-kemiske laboratorium.
Man kan med rette spørge sig selv, hvilke praktiske anvendelser man kan forvente af disse fængslende noninvasive måleinstrumenter, de elektroniske næser, der for nogle producenters vedkommende hævdes at kunne levere lugtsignaturer i nærrealtid. Lyder identifikation af fordærvede fødevarer, monitorering af gasemissioner fra biogasanlæg eller tidlig diagnosticering af forstadier til alvorlige sygdomme tillokkende? Det er blot nogle få eksempler på de mange teknisk relevante applikationer, som er beskrevet i litteraturen. For overblikkets skyld har undertegnede samlet en del referencer til inspiration [3].
Forskere og udviklingsingeniører har været fulde af forventning siden den første egentlige elektroniske næse så dagens lys i de tidlige 1980’ere. Udviklingen har i mellemtiden mestendels stået i stampe, men med de teknologiske landvindinger, der er gjort i de senere år inden for sensorteknologi, så tegner det lyst for den nærmeste fremtid. De klassiske gassensorer baseret på teknologi så som coated polymer (CP), surface acoustic wave (SAW), quartz crystal micro balance (QMB), samt metaloxidhalvledere (MOS) bestående af doped tindioxid (SnO2) er på vej til at få følgeskab af blandt andet micro electronic mechanical systems (MEMS) og nanotenologi i forskellige afskygninger. Fysikken i mange af disse sensorer er ganske fængslende, om end selv de mest udbredte gassensorer, de SnO2-baserede, endnu ikke er fuldt dokumenterede efter mere end fire årtier på det kommercielle marked.
Virksomheder, der beskæftiger sig professionelt med trenden Internet of Things (IoT), finder det særdeles attraktivt at inkludere en MEMS-gassensor eller to i deres IoT-enhed, der alligevel er forbundet til internettet. Data kan man altid finde et marked for. Ellers skaber man det ved at generere flere data.

Elektroniske næser
Hvor vanskeligt er det egentlig at kreere et elektronisk næseinstrument, der kan levere data af en rimelig kvalitet for overkommelige midler? Emnet er belyst ganske grundigt i den tekniske litteratur siden de tidligere 1980’ere med mere end 2.000+ artikler, rapporter og datablade for de underliggende sensorteknologier. Til trods herfor er der forbavsende få kommercielle løsninger på markeret, om end adskillige forsknings- og udviklingsmiljøer har været travlt beskæftigede med emnet.
En analyse af de i litteraturen beskrevne sensorteknologier afslører, at langt størsteparten af studierne er baseret på sofistikeret analyseudstyr såsom gaschromatografi koblet med massespektrometri (GC-MS), der ganske vist kan aftaste en hel del molekylære signaturer, men også er forbundet med betragtelige kalibrerings- og vedligeholdelsesomkostninger. Kan en GC-MS betragtes som en elektronisk næse, der kan implementeres uden for et laboratoriemiljø, hvor der ikke er adgang til højt specialiseret arbejdskraft? Næppe. Den afgørende parameter er enhedsprisen, der skal ned i ganske få tusinde kroner for, at industrien overhovedet gider overveje (distribuerede) elektroniske næser som erstatning for de omkostningstunge analysemetoder, der for nuværende er i anvendelse. Det kan virke kontraintuitivt, men det er forholdene.
Vejen til design af en elektronisk næse er efter forfatterens opfattelse ganske ligetil. Det gælder om at konstruere et instrument bestående af nogle gassensorer (samlet i et array). Gassensorerne giver hver især anledning til et respons, når de udsættes for et stimulus. Det bemærkes, at gassensorerne ikke er selektive1 over for specifikke analytter/gasser, men udviser en høj grad af krydsfølsomhed. Kemometrien kommer derfor til undsætning, da klassiske metoder til dataanalyse sjældent bryder sig om korrelerede variable (kollinearitet i data).

Resultater fra proof-of-concept-studier
Metoden er i høj grad inspireret af arbejdsflowet for en konventionel gaschromatografisk analyse med få afgørende afvigelser:
1. Gassensorarrayet tempereres i en lukket, isoleret, beholder for at opnå en stabil basislinje.
2. Prøven tilføres beholderen (i reglen er ingen prøveforberedelse nødvendig).
3. Der optages en lugtsignatur.
4. Prøven fjernes.
5. Beholderen ventileres.
6. Stabil basislinje retableres.

Med simpel hardware for samlet EUR 75 er der udført en række proof-of-concept-studier på forskellige prøvematricer, herunder humle, krydderier og olivenolie. De nærmere detaljer er afrapporteret andetsteds sammen med detaljerede forklaringer til det samlede tekniske setup [4].

Råvarevalidering på mikrobryggerier
En kombineret ferie- og studietur til et par mikrobryggerier i Dalarna-regionen tilbage i august belyste nogle af de problemstillinger, som den almindelige mikrobrygger i Sverige dagligt slås med. Der findes omtrent 240 bryggerier i Sverige og de 200 kan betragtes som mikrobryggere, der med stor ildhu og ditto engagement har kastet sig over et teknisk emne, som de ingen erfaring har med. Blandt mikrobryggernes største tekniske udfordringer findes rengøringsvalidering og råvarekontrol. Hér kommer prisbillige, noninvasive, distribuerede elektroniske næser til deres ret.

Humle er en afgørende ingrediens i ølbrygning. Kvaliteten af humle er derfor relevant at kende. Imidlertid er de nødvendige kemiske analyser forbundet med omkostninger, som mikrobryggerier ikke har interesse i at afholde. Det gør imidlertid ikke problemstillingen mindre aktuel.

Metodemæssigt er der flere parametre, som kan optimeres, men som et indledende proof-of-concept er klassifikationsstyrken overbevisende. Principperne for tolkning af scoreplot er grundlæggende, at similaritet mellem observationer er karakteriseret ved, at de enkelte datapunkter er tæt på hinanden. Således er det ønskeligt, at dobbeltbestemmelser er nærmest overlappende, at grupper er klart afgrænsede samt at grupper kan separeres, hvis råvareidentifikation skal muliggøres. Alle tre forudsætninger er opfyldt.

Efterskrift
Interessen for elektroniske næser startede egentlig som et hobbyprojekt den 9. januar 2013. Et projekt, der var investeret små 200 timer i over en fireårig periode. Men en konkret henvendelse fra en ansat ved et privat universitet i Florida førte til, at forfatteren valgte at opsige sit gode job og forfølge en karriere som selvstændig inden for machine olfaction. Første målrettede projekt er forsøg på kommercialisering af en open hardware-prototype målrettet uddannelsessegmentet.

Referencer
1. Arne Oxbøl, Måling af lugt, Dansk Kemi, vol. 96, nr. 5, 2015.
2. Handbook of Machine Olfaction: Electronic Nose Technology, redigeret af Pearce, Schiffman, Nagle & Gardner, 2003, Wiley, ISBN: 3-527-30358-8.
3. Mendeley Research Networks, privat samling af artikler om machine olfation, http://www.mendeley.com/groups/2952311/electronic-noses.
4. Forfatterens personlige hjemmeside, http://www.maskau.dk/projects/electronic-nose.

Fodnote
Som et kuriosum bemærkes det, at konventionelle metoder i analyselaboratoriet for størstepartens vedkommende netop søger at eliminere/neutralisere tilstedeværende interferencer ud fra en univariat kalibreringsbetragtning: ét stimulus, x, giver anledning til responset, y. Kemometriske metoder tillader flere stimuli, flere x’er, at bidrage til samme målte respons, y.

 

Skrevet i: Kemometri

 

Seneste nyt fra redaktionen

Kender du heller ikke til The Brain Prize?

BranchenytTop03. 03. 2021

I morgen uddeles The Brain Prize igen, men hvis du ikke kender til prisen er du med stor sandsynlighed ikke alene. Det skal der ændres på nu, mener Lundbeckfonde, der i de seneste ti år har stået bag verdens største hjerneforskningspris Hvor The Brain Prize er ganske veletableret i

Dansk bilmand dropper tanker om faststof-batteri

Energi02. 03. 2021

Henrik Fisker, international bildesigner og manden bag bilfirmaet Fisker Inc., må erkende, at det ikke bliver i denne omgang, at han overhaler hele den veletablerede bilverden ved at præsentere et faststof-batteri. Det er cirka tre år siden, at han lancerede tanken om en bil og ikke mindst et

Klynge i hovedstaden vil fange 3 mio. tons CO2 om året

Energi02. 03. 2021

En række store forsyningsselskaber i hovedstadsområdet vil med klyngesamarbejdet C4 (Carbon Capture Cluster Copenhagen) gøre CO2-fangst til en afgørende brik i den grønne omstilling i Danmark. CO2-reduktioner på omkring 3 mio. tons årligt er mulige, hvis man på Christiansborg udviser den fornødne

Ny metode til udvikling af antistofbaserede lægemidler

Medicinalkemi02. 03. 2021

I de senere år har antistofbaserede lægemidler ført til store forbedringer i behandlingen af ​​kræft og autoimmune sygdomme. Men der er store begrænsninger i teknologien. Nu har forskere ved Lund Universitet, der bruger CRISPR-Cas9-gensaksen, udviklet en ny metode til at lette udviklingen af

Neandertal-gener påvirker graden covid-19 sygdommen

Branchenyt01. 03. 2021

Vi kan blive mindre eller mindre syge af covid-19, men hvorfor folk reagerer forskelligt på den samme sygdom, skjuler sig i generne. Og det er gener helt tilbage fra neandertalerne, som påvirker sygdomsforløbet. En ny undersøgelse, offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences,

Børnemadras og sandkasse fjerner metan fra drikkevandet

AktueltBranchenyt01. 03. 2021

Kombinationen lyder lidt sær, men en børnemadras, en sandkasse og en bakterie er vejen frem til at kunne fjerne op til 75 procent af metan i drikkevandet, og omdanne det til CO2. Og selv om CO2 ikke er en ven af atmosfæren, er den dog en langt mildere drivhusgas end den potente metan Når vi

Kunstig mælk er blandt ny mejeriforskning

AktueltFødevarekemi01. 03. 2021

Lidt anderledes områder som kunstig mælk og planteproteiner var blandt de syv projekter, som Mejeribrugets ForskningsFond (MMF) valgte at støtte. Den fem sidste ud af de i alt syv projekter var over i den mere traditionelle mejeriforskning. De to noget anderledes projekter vil bl.a. komme ind på,

Jobopslag: Redaktør for fagbladet Dansk Kemi og kemifokus

AktueltBranchenyt24. 02. 2021

Da vores redaktør gennem snart 25 år, Katrine Meyn, stopper, for nu at prøve kræfter i en helt anden branche, søger vi en redaktør til et af Danmarks ældste fagtidsskrifter, Dansk Kemi og det tilknyttede nyhedsbrev "Kemifokus". Dansk Kemi bringer aktuel og dybdegående information om kemien og

Fremtid uden antibiotika er måske ikke en sort dystopi

Branchenyt24. 02. 2021

Lige nu gennemlever verden en pandemi forårsaget af en virus vi ikke kan behandle. Det er slemt og mange har mistet livet. Men der findes allerede en anden slags pandemi, der ikke opfylder de epidemiske regler, men som ikke desto mindre koster mange menneskeliv - og det bliver bare værre -

Pandemien sætter spor indenfor plast og trykfarve

Branchenyt24. 02. 2021

Der er svære tider inden for trykfarve og plastfilm. Pandemier, orkaner og anden "force majeure" presser priserne op og begrænser udbuddet. Producenter af trykfarver til emballage har problemer med priser og tilgængelighed. Corona-pandemien har betydet, at priserne på råmaterialer til pigmenter

Tilmeld Nyhedsbrev


Arkiv over seneste nyhedsbreve




Få fuld adgang til indlægning af egne pressemeddelelser...
Læs mere her

/Nyheder

  • MSC/MSCi

    SIFT-MS fra Syft Technologies – 3 gratis webinarer

  • DENIOS ApS

    Drømmer du om våd førstehjælp?

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Forbedret effektivitet indenfor vakuumpakning

  • DENIOS ApS

    Er dine medier som Tom og Jerry?

  • Bisco Vægte A/S

    Udlejning af vægte

  • Bisco Vægte A/S

    Palleløfter med vægt

  • DENIOS ApS

    Står du sådan her?

  • MD Scientific

    PuriFlash® XS 520 Plus – det mest kompakte oprensningssystem nogensinde udviklet

  • MSC/MSCi

    GERSTEL TDU/CIS – a world of injection possibilities

  • DENIOS ApS

    Pump løs – helt uden at løfte en finger

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • Kender du heller ikke til The Brain Prize?

    03.03.2021

  • Dansk bilmand dropper tanker om faststof-batteri

    02.03.2021

  • Klynge i hovedstaden vil fange 3 mio. tons CO2 om året

    02.03.2021

  • Ny metode til udvikling af antistofbaserede lægemidler

    02.03.2021

  • Neandertal-gener påvirker graden covid-19 sygdommen

    01.03.2021

  • Børnemadras og sandkasse fjerner metan fra drikkevandet

    01.03.2021

  • Kunstig mælk er blandt ny mejeriforskning

    01.03.2021

  • Jobopslag: Redaktør for fagbladet Dansk Kemi og kemifokus

    24.02.2021

  • Fremtid uden antibiotika er måske ikke en sort dystopi

    24.02.2021

  • Pandemien sætter spor indenfor plast og trykfarve

    24.02.2021

  • Gener spiller ind på evnen til at overleve covid-19

    23.02.2021

  • Gigtmedicin mindsker dødelighed hos covid-syge

    22.02.2021

  • Covid-19 har fremskyndet ny standard for desinficering

    22.02.2021

  • Grøn kost kan give penge til hele den grønne omstilling

    22.02.2021

  • Selskabet for Analytisk Kemi inviterer til Zoom-møde

    17.02.2021

Alle nyheder ›

Læs Dansk Kemi online

Annoncering i Dansk Kemi

KONTAKT

TechMedia A/S
Naverland 35
DK - 2600 Glostrup
www.techmedia.dk

Telefon: +45 43 24 26 28
E-mail: info@techmedia.dk

Privatlivspolitik
Denne hjemmeside benytter cookies. Acceptér Afvis Læs mere om vores brug af cookies her: Brug af cookies
Privacy & Cookies Policy

Privacy Overview

This website uses cookies to improve your experience while you navigate through the website. Out of these, the cookies that are categorized as necessary are stored on your browser as they are essential for the working of basic functionalities of the website. We also use third-party cookies that help us analyze and understand how you use this website. These cookies will be stored in your browser only with your consent. You also have the option to opt-out of these cookies. But opting out of some of these cookies may affect your browsing experience.
Nødvendige
Altid slået til

Necessary cookies are absolutely essential for the website to function properly. This category only includes cookies that ensures basic functionalities and security features of the website. These cookies do not store any personal information.

Ikke nødvendige

Any cookies that may not be particularly necessary for the website to function and is used specifically to collect user personal data via analytics, ads, other embedded contents are termed as non-necessary cookies. It is mandatory to procure user consent prior to running these cookies on your website.