![Page 1: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/1.jpg)
Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PSZakład Ekologicznych Podstaw Inżynierii Środowiska
PRACOWNIA ZAPACHOWEJ JAKOŚCI POWIETRZA
prof. dr hab. inż. Joanna Kośmider
Współpracownicy:
dr inż. Bartosz Wyszyńskidr inż. Małgorzata Zamelczyk-Pajewskamgr inż. Beata Krajewskadr inż. Barbara Mazur-Chrzanowskamgr inż. Monika Sosialuk
i inni
![Page 2: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/2.jpg)
Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PSZakład Ekologicznych Podstaw Inżynierii Środowiska
PRACOWNIA ZAPACHOWEJ JAKOŚCI POWIETRZA
Granty KBN:
2002-2004: INTENSYWNOŚĆ ZAPACHU. Prawa psychofizyczne i sztuczne sieci neuronowe 2005-2007: ODORYMETRIA – Nowe metody pomiarów
Publikacje: patrz wykaz na www.wtiich.ps.pl (WTiICh/Zakłady/zepiś)
![Page 3: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/3.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
3
OGÓLNE INFORMACJE O WĘCHU BIOLOGICZNYM
• Zapach jako ważny czynnik jakości życia
• Mechanizm percepcji zapachu
• Intensywność zapachu a chemiczny skład ocenianej próbki
SYSTEM GC-NN
• Koncepcja GC-NN
• Wyniki I etapu badań
• Proponowana procedura przygotowań GC – NN do monitoringu zapachu
Treść prezentacji
![Page 4: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/4.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
4
Zapach – jego rodzaj i siła – jest ważnym elementem jakości życia. Z jego wpływu na nasze samopoczucie i zdrowie nie zawsze zdajemy sobie sprawę.
Trudne problemy percepcji zapachu dotychczas nie zostały ostatecznie wyjaśnione, mimo wysiłków specjalistów z różnych dziedzin (chemia spożywcza, chemia gospodarcza, fizjologia, psychologia, psychofizjologia i inne).
![Page 5: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/5.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
5
Zapach – jego rodzaj i siła – jest ważnym elementem jakości życia. Z jego wpływu na nasze samopoczucie i zdrowie nie zawsze zdajemy sobie sprawę.
Trudne problemy percepcji zapachu dotychczas nie zostały ostatecznie wyjaśnione, mimo wysiłków specjalistów z różnych dziedzin (chemia spożywcza, chemia gospodarcza, fizjologia, psychologia, psychofizjologia i inne).
![Page 6: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/6.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
6
Zapach – jego rodzaj i siła – jest ważnym elementem jakości życia. Z jego wpływu na nasze samopoczucie i zdrowie nie zawsze zdajemy sobie sprawę.
Trudne problemy percepcji zapachu dotychczas nie zostały ostatecznie wyjaśnione, mimo wysiłków specjalistów z różnych dziedzin (chemia spożywcza, chemia gospodarcza, fizjologia, psychologia, psychofizjologia i inne).
![Page 7: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/7.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
7
• Budowa analizatora węchowego (podstawy)
• Linda Buck i Richard Axel Nagroda Nobla 2004 w dziedzinie medycyny
![Page 8: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/8.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
8
Budowa analizatora węchowego (podstawy)
![Page 9: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/9.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
9
Przemieszczanie się fali depolaryzacji wzdłuż komórkiPrzemieszczanie się fali depolaryzacji wzdłuż komórki
synapsy
Budowa analizatora węchowego (podstawy)
![Page 10: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/10.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
10czujniki
analizator
• Struktura warstwowa
• Konwergencja i dywergencja
• Połączenia zwrotne
• Zmienne wagi
i progi pobudzenia
(uczenie się - wzmacnianie
określonych połączeń
synaptycznych)
![Page 11: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/11.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
11
Linda Buck i Richard Axel
Nagroda Nobla 2004 w dziedzinie medycyny
![Page 12: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/12.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
12
http://nobelprize.virtual.museum/medicine/laureates/2004/buck-slides.pdf
![Page 13: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/13.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
14
![Page 14: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/14.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
15
![Page 15: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/15.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
16
![Page 16: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/16.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
17
![Page 17: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/17.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
18
![Page 18: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/18.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
19
![Page 19: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/19.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
20
![Page 20: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/20.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
21
![Page 21: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/21.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
22
![Page 22: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/22.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
23
![Page 23: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/23.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
24
![Page 24: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/24.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
25
http://nobelprize.virtual.museum/medicine/laureates/2004/buck-slides.pdf
![Page 25: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/25.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
26
• Prawa psychofizyczne
• Modele interakcji węchowychpercepcyjne (psychologiczne)psychofizyczne
• Kierunki badań Pracowni Zapachowej Jakości Powietrza
![Page 26: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/26.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
27
Prawa psychofizyczne
dotyczą zależności intensywności zapachu (S) od stężenia odorantów (c):
prawo Webera i Fechnera:
S = kWF log (c/cth)
prawo Stevensa:
S = kS (c – cth) n lub
S = kS cn
gdzie:
kWF, kS, cth, n - stałe empiryczne (cth – próg węchowej wyczuwalności).
![Page 27: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/27.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
28
Modele percepcyjne (psychologiczne)
wiążą intensywność zapachu mieszaniny odorantów (SAB)
i jej składników występujących pojedynczo (SA, SB).
Przykład:
SAB = (SA2 + SB
2 + 2 SA SB cos w ) 0,5 (suma wektorowa, Zwaardemaker 1908)
SAB = SA + SB + 2 (SASB) 0,5 cos u (model U; Patte i Laffort 1979)
gdzie:
w, u – stałe empiryczne, charakterystyczne dla danej pary A-B
![Page 28: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/28.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
29
Modele psychofizyczne
opisują zależność intensywności zapachu mieszaniny (SAB)
od stężeń odorantów (cA, cB).
Przykład (model UPL2; Laffort, Etcheto, Patte i Marfaing, 1989):
SAB = ( SA2 + SB
2 + 2 SA SB cos UPL2 ) 0,5
gdzie:
cos UPL2 = ( SA cos A + SB cos B ) / ( SA + SB )
SA = kS,A cAnA
SB = kS,B cB nB
cos A = [ 1 – P nA - (1–P) nA ] / [ 2 P nA / 2 (1–P) nA / 2 ]
cos B = [ 1 – P nB - (1–P) nB ] / [ 2 P nB / 2 (1–P) nB / 2 ]
P = SB1 / nB / [ SA
1 / nA + SB1 / nB ]
![Page 29: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/29.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
30
Inte
nsy
wn
ość
za
pac
hu
,
S
Logarytm stężenia; log (c [ppm])
PRZYKŁAD 1
(B. Wyszyński, Pracownia Zapachowej Jakości Powietrza, praca doktorska, Szczecin 2001)
S
S S
S
c c
![Page 30: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/30.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
31
X H
c th
k
2,9
3,0
3,1
3,2
3,3
3,4
3,5
3,6
3,7
3,8
100
140
180
220
260
300
-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2Pró
g
wyc
zuw
aln
ośc
i za
pac
hu
[p
pm
]
Wsp
ółc
zyn
nik
W
eber
a -
Fec
hn
era
Udział molowy heksanu w mieszaninie z cykloheksanem [ppm]
![Page 31: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/31.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
32
Cykloheksanol (A) – cykloheksanon (B) – cykloheksan (C);względne udziały objętościowe: x, y, w:
SPWW = 7,72x + 10,72y + 342,01w + 30,11xy + 2008xw - 3096yw + 34x2y - 34xy2
kWF = 3,035x + 3,46y + 3,65w + 2,27xy - 1,13xz + 1,48yz
cth k
C C B B
A A
PRZYKŁAD 2
(Pracownia Zapachowej Jakości Powietrza, 2001)
![Page 32: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/32.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
33
![Page 33: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/33.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
34
Pole zróżnicowanych czujników
elektronicznego nosa,
zastępujące nabłonek węchowy nosa biologicznego
Detektor chromatografu gazowego,
zastępujący pole czujników
elektronicznego nosa
Elektroniczny nos System GC-NN
Sztuczna sieć neuronowa,
zastępująca biologiczny analizator węchowy
![Page 34: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/34.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
35
Próbka badanego gazu
![Page 35: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/35.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
36
CECHY ZAPACHU
np. rodzaj (podobieństwo do wzorca), intensywność (siła), jakość hedoniczna
Informacjazakodowana w przestrzeni
Informacjazakodowana w czasie
ANALIZA SYGNAŁÓW
(wytrenowana sieć neuronowa - model analizatora węchowego)
![Page 36: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/36.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
37
Wyniki I etapu badań (2002 – 2004)
![Page 37: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/37.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
38
Mieszaniny modelowe
Ponad 130 próbek powietrza zawierającego:
lotne składniki olejku cytrynowego
oraz
aceton,
etanol,
izopropanol,
octan izoamylu.
![Page 38: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/38.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
39
Histogram sensorycznych ocen jednej próbki S7M3P5 przez 12 osób
Chromatogramy próbek
![Page 39: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/39.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
40
Lp. Powierzchnia pików Pt [mm2] o czasach retencji t [min] S1, med
3,8 5,3 8,4 11,8 15,5
1 4 7 7 24 72 2,02 354 790 218 189 778 3,53 17 10 33 84 345 3,04 89 395 398 252 1035 2,05 354 395 144 781 864 5,56 4 20 26 32 133 3,57 44 593 217 685 767 4,58 2 40 55 24 99 2,09 50 0 165 84 179 4,010 8 112 48 150 238 3,011 44 0 218 688 776 3,012 8 0 133 104 155 3,013 8 149 196 46 189 3,014 0 19 78 84 238 3,015 2 1 18 20,9 82 2,516 8 0 44 138 189 4,017 13 25 14 44 79 2,518 83 131 75 72 189 4,519 6 9 10 21 77 4,020 0 30 12 26 107 2,021 67 149 44 46 190 3,022 354 395 144 781 864 3,023 44 593 217 685 767 4,024 4 10 8 19 77 1,525 67 75 31 159 219 5,526 0 37 30 76 206 4,027 4 7 7 24 72 2,028 2 30 38 133 462 2,5… … … … … … …… … … … … … …
1578 33 95 144 781 864 3,0
![Page 40: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/40.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
41
Rozkład
różnic
(S1 - S2)
Przykład zastosowania 1446 wzorców uczących i 132 wzorców testowych (mediany)
Wyniki ocen sensorycznych i wskazania sieci neuronowej
Różnice między wynikami pomiarów i wskazaniami sieci
(
S1
-
S2)
Inte
nsy
wn
oś
ć za
pac
hu
,
S
![Page 41: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/41.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
42
Zależność udziału poprawnych odpowiedzi od liczby wzorców uczących
|S1 – S2| < 0,5
|S1 – S2| < 1,0
Liczba wzorców uczących
Ud
ział
po
pra
wn
ych
od
po
wie
dzi
sie
ci,
%
![Page 42: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/42.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
43
Proponowana procedura przygotowań GC – NN do monitoringu zapachu gazów przemysłowych
![Page 43: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/43.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
44
Pobranie około 100
reprezentatywnych próbek
Chromatografia gazowa
Analizasensoryczna Analiza
statystyczna
ZBIÓR TRENINGOWY
PRÓBKI DO ANALIZY
Baza danych olfaktometrycznych
(po 10 indywidualnych ocen jakości zapachu
każdej z próbek)
Selekcja zmiennych
Baza danych chromatograficznych
(zestawienie danych zarejestrowanych w różnych warunkach)
Mediany, SD, podział i wygładzanie zbiorów
Obliczenie udziału
poprawnych odpowiedzi
sieci, %
Jestwystarczający?
TAK
NIE
Zastosowanie GC-NN
Baza GC zostaławyczerpana?NIE
TAK
Zbiór testowy
Zm
ien
na
ob
jaśn
iają
ca 1
Zm
ien
na
ob
jaśn
iają
ca 2
Zm
ien
na
ob
jaśn
iają
ca 3
Zbiór uczący
Zm
ien
na
ob
jaś
nia
na
TESTWYBÓR SIECI I SZKOLENIE
GAZ PRZEMYSŁOWY
![Page 44: Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesów Ochrony Środowiska PS](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062423/56814888550346895db59c02/html5/thumbnails/44.jpg)
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA, IIChiPOŚ
45