鼻气味指纹分析仪

2005年中国烟草学会工业专业委员烟草化学学术研讨会于2005年11月29～12月2日在海口市隆重召开.由常德卷烟厂技术中心,澳华达香精香料有限公司和法国阿尔法莫斯仪器公司合作的论文"气味指纹分析技术在烟草工业分析中的应用研究"应邀在大会上宣读,并荣获优秀论文奖.

德国AIRSENSE公司的PEN3电子鼻可以对烟熏液样品具有明显的应答，不仅可通过气味对烟熏液进行区分，还可以分析几个样品之间气味差异主要体现在哪些组分上。测试过程非常简单，也很容易操作，每个样品的测试周期大约3-5分钟样品信号采集稳定，结果明显。烟熏液样品的电子鼻主要响应的传感器一致，但各样品在的传感器响应强弱上存在一定的差异，故可将其完全区分开来。此次试验数据清晰直观，具有很强的可靠性、稳定性和重复性。 通过电子鼻采集样品的气味信息，经过电子鼻自带的分析软件进行分析，本次实验主要做的是样品之间的聚类分析，通过PCA、LDA和Loading来分析样品之间的气味是否存在差异，且判定气味的差异主要来源于哪类气味成分。德国 AIRSENSE PEN3 型电子鼻数据处理方法1、传感器响应值本实验在对每个样品的数据采集过程中，通过查看每个传感器响应信号的变化曲线、 每个时间点的信号值及星型雷达图或柱状指纹图，可以清晰考察各个传感器在实验分析过程中的响应情况。并通过传感器选择设置可以查看在不同数量的传感器情况下的响应情况。2、聚类分析由于每个传感器对某一类特征气体响应剧烈，可以确定样品分析过程中样品主要挥发出了哪一类特征气体。对于样品区分分析，本实验提取10个传感器的特征值，然后采用主成分分析法（PCA），线性判别法（LDA）和传感器区别贡献率分析法（Loadings）作为主要区别分析方法。3、未知样的判定通过区别判定DFA、欧氏距离 EUCLID、马氏距离MAHALANOBIS和相关性分析CORRELATION等方法，有效判定未知样归属于哪一类，达到一个用电子鼻验证未知样的实验结果。4、PLS 定量预测PLS运算用来通过传感器信号来计算量化表达式，依据PLS偏最小二乘法建立的气味浓度综合值分析模型。应用一个先前训练的模型和一个量化值可以对一个给定的变量计算测量值（向量）。根据使用的需要，可以定义不同的量化变量。例如，在食品分析中定义香气浓郁度、根据气味判定食品的货架期或在环境监管中定义恶臭强度时均十分有用。

圈养大熊猫(雄：左图 雌：右图)在墙面和护栏上擦蹭臀部留下气味　　在人类的眼中，所有的大熊猫不论雌雄，其外形、体态和毛色等都是相同的，大熊猫个体之间如何相互识别?划地盘和吸引异性是动物世界最为热衷的头等大事，即使憨态可掬的大熊猫也对这两件大事具有战略意识，大熊猫们如何吸引配偶和示警天下?它们采用什么方式来区分亲属和非亲属，从而避免和近亲个体交配繁殖?对于科学家来说，揭示大熊猫“相亲”的秘密是很有意思的课题。　　在国家自然科学基金、中国野生动物保护协会和中国保护大熊猫国际合作项目等资助下，中国科学院动物研究所、北京师范大学、美国华盛顿大学及卧龙大熊猫自然保护区的两项合作研究日前分别在国内外期刊上发表文章称，大熊猫的肛腺气味可以充当它们的身份证，从而帮助大熊猫划分自己的地盘 在发情交配季节，雄性个体的尿液还充当了区分亲属和非亲属的主要标志物。这两项新成果对解释圈养雌性大熊猫的配偶选择行为，进一步推动野生大熊猫的保护工作具有重要的理论意义。　　大熊猫也有“身份证”　　有关大熊猫肛腺含有性别和个体“气味指纹”的研究结果近日发表在国际化学生态学会官方刊物《化学生态杂志》(Journal of Chemical Ecology)上，该结果修正了Hagey和 MacDonald于2003年发表在该杂志上的类似研究。这也是我国有关大熊猫化学通讯的研究成果第一次刊发于国际专业权威杂志上。　　看过野生大熊猫录像或者去过动物园繁育中心的人会发现，野生和圈养大熊猫经常在地面、墙面或者树干上擦蹭胖胖的臀部，其实那是在遗留一些气味标记，有时也会通过排尿的方式遗留标记。哺乳动物化学信息素的研究和分析是近几年的热门研究领域。文章作者之一、中科院动物所副研究员张健旭在接受《科学时报》采访时介绍说：“肛腺是哺乳动物的一个重要气味腺，大熊猫正是通过肛腺标记，将分泌物留在领域内的物体上传递信息，从这些气味信息中，我们可以辨识大熊猫的一些特征。”擦蹭臀部的小动作实际上是大熊猫在出示自己的“身份证”，即向它的同类传递自己的性别、性成熟、健康状况等信息。　　研究人员利用常规的溶剂萃取和气质联用分析，从16只成年大熊猫的特化气味腺体——肛腺的标记物中检测到39种成分。但其间并没有发现性别特有的化合物。但之前，张健旭等研究人员已经确定了啮齿类动物等信息素建立的方法，于是研究人员以这个方法为基础，将39种成分中含量较高的21个化合物的相对含量进行定量比较找到了其中的成分，即：5-甲基乙内酰脲、吲哚和芥酸在雌性中含量较高，角鲨烯和对苯二酚在雄性中含量较高。它们分别被确定为雌性和雄性的推定信息素，证明肛腺标记物存在传递性别信息的物质基础，即性别的气味指纹。　　另一方面，研究人员通过个体特有成分，各主要成分组成的个体间变异度(相对标准差)以及同一个体不同肛腺标记物化学组成的聚类分析，证明肛腺的气味含有大熊猫的个体信息，即与DNA指纹相类比的个体气味指纹。　　这样，研究人员逐步认识到，大熊猫通过肛腺标记，将分泌物留在领域内的物体上以传递信息，其性别和个体“气味指纹”是传递相应嗅觉信息的物质基础，在大熊猫配偶识别、领域行为等方面有重要作用。　　另外，此前有研究人员已经研究并公布了吲哚、角鲨烯和一些直链脂肪酸等成分，这次研究不但证实了这些成分，还从大熊猫肛腺气味中新发现了三种醛类、苯乙酸、5-甲基乙内酰脲、对苯二酚、苯丙酸和芥酸等成分。　　“但所有这些成绩还只是迈了一小步，我们正在考虑进一步利用行为实验验证这些推定性信息素的活性，并将研究处于繁殖期的大熊猫的化学信息素的变化情况。”张健旭说。　　凭借尿液“认亲择偶”　　而另一项合作研究成果发表在《科学通报》第9期上的《雄性大熊猫尿液中包含亲缘关系的信息》。北京师范大学生命科学学院副教授刘定震带领的研究组发现，大熊猫肛腺分泌物和尿液是用于其亲缘识别的主要亲缘气味源。　　近亲回避是动物(包括人)的本能行为。动物一般通过一些特殊的机制来完成这种回避，如某一雄性(或雌性)个体在性成熟前离开出生地，扩散到其他的地方，并与那里的同类繁衍后代。如果分布区狭窄，它们会通过一些特殊的辨别机制区分亲属和非亲属，从而避免和近亲个体交配繁殖。因为近亲繁殖会导致个体适合度的下降。　　刘定震说，除非在发情交配季节，一般大熊猫相互间不会发生直接的接触。气味标记就是它们保持相互联系、护卫家域和维持社会等级的主要方式。课题组人员采用气相色谱和质谱联用(GC-MS)技术，对采自卧龙中国保护大熊猫研究中心不同年龄、性别的大熊猫尿液和肛腺分泌物化学成分进行了初步分析，并与个体间的亲缘关系进行相关分析。他们发现了一个非常有趣的结果——大熊猫的尿液中包含有关亲缘关系的信息，即亲属之间在尿液的化学物质成分及其比例上是相似的，而且这种亲缘信息仅存在于发情季节的成年雄性个体尿液中，幼年、雌性个体的尿液及非发情季节的雄性个体尿液则缺少该信息。　　大熊猫属独居型动物，行为学观察表明，野生和圈养大熊猫都表现强烈的配偶选择行为。对于雄性不参与亲代抚育和后代关怀的一夫多妻制中的雌性，其较雄性参与后代抚育的单配制中的雌性，选择配偶时会更为慎重。每年仅在春季发情一次的雌性大熊猫就更符合这种情况。　　“但是，若在这个短暂的时间中失去交配、繁殖的机会，它们则将错过一年的繁殖。根据测算，如果野生大熊猫错失一次繁殖期就意味着在其生命周期中繁殖成功率降低16%~20%。面对如此大的代价，雌性大熊猫应选择最合适的配偶使其繁殖成功率最大。所以，在选择配偶的过程中，寻找一个既非过分近亲也非过分远亲的雄性配偶就显得尤为重要。”刘定震进一步解释说。　　这是首次在大型哺乳动物的尿液中发现这种亲缘信息。科学家曾在小型动物，如金仓鼠和野生北美河狸的研究中证实亲缘气味的存在。刘定震说：“虽然有关亲缘气味产生的内在基因机制还不是十分清楚，但一些前瞻性的研究表明，基因和皮肤腺体的化学分泌物是协同变化的。肛门腺或肛腺在食肉类动物中尤为发达，其腺体分泌物经常被用来进行化学通讯。尽管目前人们对这种腺体在食肉类动物中的广泛存在是趋同进化还是趋异进化现象还不是十分清楚，但大家普遍认识到其在食肉类动物的社会生活和相互通讯中所起的重要作用。”