• Facebook
  • Instagram
  • 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
  • Link til 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

Højere hastigheden og mindre kompleksiteten skal sikre den europæiske konkurrenceevne

AktueltBranchenyt27. 03. 2023

Skal man koge det ned til ganske få ord, vil EU have mindre bøvl omkring sagsbehandlingerne. Det stod klat efter EU’s stats- og regeringschefer blev enige om, at man vil gøre reguleringen mere enkel og sagsbehandlingen i EU, mens hastigheden for sagsbehandlingen skal op i de enkelte

Dansk-tysk aftale er første skridt på vejen til en brintrørledning på tværs af grænsen

Energi24. 03. 2023

Brint og Power-to-X er set som værende en af de helt store teknologier i en mere grøn fremtid med vedvarende energi. For at det skal lykkedes, skal man have opbygget en infrastruktur, der kan håndtere fx brinten. Og det nu er første skridt taget til en fremtidig brintrørledning mellem Danmark og

Prisvindende gymnasielærer er fanatisk omkring STEM-fagene på den positive måde

BranchenytTop24. 03. 2023

Man forbinder det sjældent med noget godt, når folk er fanatiske, men i tilfældet med gymnasielærer Klaus Møller Kristensen fra Tradium Teknisk Gymnasium i Randers forholder det sig anderledes. For selv om han betegner sig som fanatisk omkring STM-fagene, er det på en så positiv måde, at han har

Pas på ramløgens giftige familiemedlemmer – de kan i værste fald være dødelige

AktueltMedicinalkemi23. 03. 2023

Med forårets komme er den populære urt ramsløg ved at titte frem i de danske skove. Og der er intet forgjort ved at tilsætte den til sin mad. Men man skal passe på, for den velsmagende urt har en giftig fætter - eller to. Den mest kendte er liljekonval. Planten indeholder en række toxiner, men

Hestebønner

Så er det lykkedes – afkodning af det gigantiske hestebønnegenom er gennemført

FødevarekemiKlima og miljøTop17. 03. 2023

Den proteinrige hestebønne anses for at have en lovende fremtid som fødevare. Den største udfordring hidtil har været, at hestebønnegenomet er så stort og komplekst, at det ikke har været muligt at karakterisere det. Det største kromosom i hestebønnegenomet svarer til hele det humane genom. Uden

Danmark er en blød mellemvare på ranglisten over kvindelige opfindere

AktueltBranchenyt17. 03. 2023

En europæiske liste over patentansøgninger viser det tydeligt. Danske opfindelser er udtænkt af mænd. Kun ved én ud af ti danske patentansøgninger står en kvinde bag, og det gør Danmark i bedste fald en blød mellemvare på det område. Det lave antal kvindelige opfindere i forhold til antal mænd,

Pulje med midler til grøn bioraffinering er blevet løbet over ende

AktueltBioteknologi17. 03. 2023

Interessen for at komme i gang med bioraffinering er stor. Så stor, at en pulje, der har midler som kan støtte op om udviklingen af teknologien, er blevet løbet over ende. Puljen rummer 5 mio. kr. til uddeling i 2022, 2023 og 2024, og i år har Landbrugsstyrelsen modtaget ansøgninger om tilskud

Bedre forståelse af den græske Ouzo-effekt kan på sigt føre til bedre emulsioner

KemiteknikMedicinalkemi17. 03. 2023

Nogle kalder drikken Ouzo for Grækenland på flaske, men den anissmagende græske brændevin, der er landets nationaldrik, gemmer også på en hemmelighed, der på sigt kan føre til bedre emulsioner. Normalt er Ouzo en klar væske, men når den blandes med vand forvandles den til en mælkehvid opløsning.

Lettere adgang til supercomputere rummer store perspektiver for dansk forskningsmiljø

Branchenyt16. 03. 2023

Bedre medicin, klimaoptimeret byggeri og mere viden om fjerne galakser. Mulighederne er store, når man har den massive regnekraft fra supercomputere til rådighed. Og dem får forskere nu lettere adgang til takket være DeiC Integration Portal. Bag initiativet til den nye portal står The Danish

Hvordan fungerer en LED-lyskilde?

Energi16. 03. 2023

LED-lys har i de seneste år taget verden med storm og har vundet popularitet som en energieffektiv, holdbar og alsidig form for belysning. Men hvad er kemien bag LED-lys? LED (Light Emitting Diode) fungerer ved hjælp af en halvleder, der er placeret mellem to ledende materialer. Når en elektrisk

Tilmeld Nyhedsbrev

Tilmeld dig til dit online branchemagasin/avis





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

/Nyheder

  • DENIOS ApS

    Sådan sparer du rengøringen efter vedligeholdelsesarbejde

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Sikker køling af salat takket være vakuumteknologi

  • Metrohm Nordic

    Kom med på IC-kursus med Metrohm!

  • MD Scientific

    Shodex polymer-baserede HPLC kolonner – se det nye katalog

  • Mikrolab Aarhus A/S

    Kom til Mikrolab Seminardag d. 25 april!

  • Kem-En-Tec Nordic

    ANB Sensors går i partnerskab med Kem-En-Tec Nordic A/S i distributionen af nye, revolutionerende pH sensorer i Danmark, Sverige, Norge og Finland

  • DENIOS ApS

    Øg sikkerheden ved dit opsamlingskar med tre små justeringer

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Vakuum bevarer den gode smag

  • Metrohm Nordic

    NIRS DS2500 Analyzers – til polymerer, petrokemi, kemikalier, pharma, palmeolie, produkter til personlig pleje m.m.

  • DENIOS ApS

    35 krav du ikke må misse, når du opbevarer gasflasker udendørs

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • Højere hastigheden og mindre kompleksiteten skal sikre den europæiske konkurrenceevne

    27.03.2023

  • Dansk-tysk aftale er første skridt på vejen til en brintrørledning på tværs af grænsen

    24.03.2023

  • Prisvindende gymnasielærer er fanatisk omkring STEM-fagene på den positive måde

    24.03.2023

  • Pas på ramløgens giftige familiemedlemmer – de kan i værste fald være dødelige

    23.03.2023

  • Så er det lykkedes – afkodning af det gigantiske hestebønnegenom er gennemført

    17.03.2023

  • Danmark er en blød mellemvare på ranglisten over kvindelige opfindere

    17.03.2023

  • Pulje med midler til grøn bioraffinering er blevet løbet over ende

    17.03.2023

  • Bedre forståelse af den græske Ouzo-effekt kan på sigt føre til bedre emulsioner

    17.03.2023

  • Lettere adgang til supercomputere rummer store perspektiver for dansk forskningsmiljø

    16.03.2023

  • Hvordan fungerer en LED-lyskilde?

    16.03.2023

  • Danske forskere på vej med en løsning til at fjerne og nedbryde PFAS i ét trin

    15.03.2023

  • Millionbevillig til patentvoucherordning skal give flere blod på tanden

    15.03.2023

  • Minister vil teste for næsten dobbelt så mange PFAS-stoffer i drikkevandet

    15.03.2023

  • Nyt sekventeringsudstyr til SDU efter million-bevilling fra A.P. Møller Fonden

    15.03.2023

  • Den er god nok – gigtramte kan godt forudsige omskift i vejret

    14.03.2023

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
Cookiepolitik