1 Quali sono le differenze tra i sensori presenti sul mercato?

Le differenze che contraddistinguono i diversi sensori sono nel modo di acquisire i dati di variazione del sensore e le loro caratteristiche costruttive; di seguito riportiamo le caratteristiche di quelli più conosciuti divisi per categoria “Sensori freddi” e “Sensori caldi”.(top)

2 Sensori freddi

CP (Conducting Organic Polymers) sono formati da un substrato di silicio, una coppia di elettrodi placcati d’oro e un polimero organico conduttore (come polipirrolo, polianilina o politiofene) o drogati con carbone per ottenere  un segnale  analitico. Quando viene imposto un potenziale all’elettrodo una corrente passa attraverso il polimero conduttore. Il passaggio di un composto volatile altera la superficie e modifica il flusso di corrente e quindi la resistenza del sensore. Questi sensori di tipo “freddo” sono molto influenzati dalla umidità campione e perciò inutilizzabili in campioni liquidi (polari) e in aria.(top)

BAW  Bulk Acoustic Wave  (Cristalli piezoelettrici). Sensori piezoelettrici, basati sul cambiamento di massa che può essere misurato dal cambiamento della frequenza di risonanza. Quando viene applicato un potenziale elettrico alternato, il cristallo vibra con una frequenza definita dalle sue proprietà meccaniche. Quando lo strato che lo ricopre viene esposto ad un vapore, questi assorbe certe molecole che aumentano la massa e quindi diminuiscono la frequenza di risonanza del cristallo. Questo cambiamento può essere monitorato e rappresenta il segnale del sensore. Questi sensori necessitano di una elevata concentrazione di composti volatili per fornire risposte comparabili ad altri tipi di sensori, sono molto sensibili alle variazioni di temperatura e di umidità, particolarmente delicati nell’uso.(top)

3 Sensori caldi
I sensori che hanno dimostrato di essere particolarmente adatti per misure in campo ambientale (aria) e su campioni contenenti acqua e dove non è possibile o dove, l’eliminazione del grado di umidità del campione potrebbe modificare le sue caratteristiche sensoriali, sono i sensori  “caldi”  chiamati MOS e MOSFET

MOSFET  Metal Oxide FET. (transistor a effetto di campo ad ossido di metallo)(top)
Questi sensori si basano sul cambiamento del potenziale elettrostatico. Sono costituiti da tre strati: silicio semiconduttore, un  isolante a ossido di silicio ed un metallo catalitico (platino, palladio, etc.). Essi operano come un transistor a cui viene applicato un potenziale che influisce sulla conduttività del transistor stesso. Quando una molecola polare interagisce con il metallo, il campo elettrico viene modificato e quindi anche la corrente che fluisce attraverso il sensore. Viene registrato il cambiamento di voltaggio necessario per riportare la corrente al valore iniziale. Trovano molte applicazioni  nei settore alimentare e nel packaging. Ottimi per le applicazioni in laboratorio, non utilizzati su strumentazione portatile perché considerati molto delicati.(top)

MOS   Metal Oxide Semiconductor (Semiconduttori ad ossidi di metallo).(top)
I sensori a semiconduttore si basano su cambi di conducibilità indotti da reazioni superficiali dovute all’adsorbimento del gas da analizzare. Il meccanismo della reazione si basa su uno scambio di ossigeno tra le molecole volatili ed il film metallico, questo provoca un cambio di resistenza che viene registrato e paragonato alla quantità di composti adsorbiti. Inoltre la possibilità di poterli riscaldare a diverse temperatura permette di sfruttare le diverse caratteristiche del layer (metallo) alle diverse temperature per ottenere segnali analitici “dedicati” (range di lavoro 150-500°C). Sarà infatti la diversa preparazione del sensore a caratterizzare la sua applicazione pratica, unica e vera caratteristica peculiare di ogni costruttore di analizzatori sensoriali. Per le loro dimensioni e per la loro robustezza, sono ideali per la realizzazione di  strumentazione portatile.(top)

4 Quale è la temperatura di lavoro dei sensori ?
Negli analizzatori sensoriali  Airsense, i sensori sono termoregolati singolarmente a diverse temperature; il range di programmazione standard è 150-500°C.(top)

5 E’ possibile eseguire una misura continua come per esempio seguire una cinetica di variazione delle caratteristiche emissive di un campione nel tempo?
Si. Una delle caratteristiche peculiari dei modelli Airsense è la possibilità di programmare lo strumento per campionare, a intervalli di tempo definiti dall’operatore, le variazioni lette ai sensori. Questo permette di avere a fine ciclo di misura un grafico continuo. Questa caratteristica, applicata nei controlli ambientali, permette per esempio di monitorare e rilevare dispersioni derivanti da un impianto e di calcolarne il tempo di permanenza sul territorio. Inoltre è possibile il riconoscimento automatico della classe dei campioni per difinire on-line la provenienza della dispersione (odore)(top)

6 E’ possibile posizionare l’analizzatore sensoriale in esterno?
Sì.  Nella linea Airsense troviamo i modelli i-PEN che sono specificatamente realizzati per il loro uso in esterno (waterproof) e per il loro inserimento su linee di processo industriali. Anche il modello PEN2 è utilizzato in maniera analoga se inserito in un box adatto e realizzato su indicazioni del cliente utilizzatore.(top)

7 Quali sono le tecniche di analisi multivariata a corredo di PEN Airsense?
La strumentazione Airsense fornisce a corredo l’elaborazione PCA (Principal Component Analysis), LDA (linear Discriminant Analysis), DFA (Differential Discriminant Analysis), PLS (Partial Least Square Analysis) e i calcoli di distanza Euclidica, secondo Mahalanobis e di Correlazione.(top)

8 Quante misure devono essere eseguite su un campione per costruire un pattern di riconoscimento affidabile?
Il numero delle misure per campione dipendono dal tipo di algoritmo scelto per il riconoscimento: utilizzando il metodo più semplice di classificazione (metodo Euclidico) sono necessarie un minimo di 20 misure per campione (o campioni facenti parte della stessa classe), nel caso della DFA sono necessarie almeno 60 misure per classe di campioni, l’utilizzo invece delle Reti Neurali necessitano un minimo di 100 determinazioni. In sostanza: la capacità di riconoscimento è in funzione della “conoscenza” del sistema analitico delle caratteristiche dei nostri campioni: maggiore il numero di misure eseguite maggiore sarà la capacità di riconoscimento.(top)

9 E’ possibile esportare i dati di misura su altro sistema operativo ?
Si, i dati sono facilmente esportabili in formato Excel ed ASCII e utilizzabili per ulteriori elaborazioni (correlazione con dati analitici, meteorologici, classificatori, etc.)(top)

10 Come viene eseguita la misura di un campione solido o liquido ?
Il campione è posto in una vials espressamente indicata per permettere l’aspirazione del suo spazio di testa. Per misure singole non esistono vincoli di volume del contenitore scelto (sono state eseguite misure direttamente su una camera climatica come una stufa o termostato);  per misure sequenziali con autocampionatore  HSS32 vengono utilizzate vials da 10 o 27 ml.(top)

11 Come viene eseguita la misura su un campione di aria ?
Dopo aver campionato l’aria da analizzare in sacchetti opportunamente dedicati al prelievo di aria  (si consigliano sacchetti in Nalophan ) il campione viene aspirato direttamente dallo strumento e misurato (misura diretta).(top)

12 E’ possibile correlare le misure ottenute dall’analizzatore sensoriale con dati numerici per esempio derivanti da analisi chimiche tradizionali o olfattometrici (Unità olfattometriche/m3)?
Questa è una delle condizioni fondamentali che un analizzatore sensoriale deve possedere perché possa essere di valido aiuto agli operatori.
In campo ambientale e in particolare per gli impianti di compostaggio a cui è richiesta la determinazione delle UO/m3 in emissione dai biofiltri, la possibilità di esprimere il dato finale ottenuto da PEN Airsense in OU/m3 , permette di controllare 24 ore su 24 il biofiltro ed inviare allarme in caso di perdita di efficienza dello stesso. Quest’ultima caratteristica peculiare dei sistemi Airsense.
In campo alimentare è in uso la correlazione tra i cosiddetti “descrittori” (amaro, dolce, salato, etc.) con le risposte dell’analizzatore sensoriale. Questo permette di eseguire un controllo molto veloce delle caratteristiche del prodotto misurato ed esprimere il dato finale non solo per la sua classe di appartenenza (è conforme o non conforme) ma anche come descrittore (20 di amaro, 50 dolce, etc.).(top)