人工智能电子鼻可有效检测漏油
研究人员已经训练了一种电子鼻，它能检测空气中的化学物质，并根据挥发性有机化合物的比例识别石油的来源。由于石油是不同碳氢化合物的混合物，其比例因来源而异，因此电子鼻可用于定位污染土壤的石油泄漏，监测炼油厂的环境，并进行油田研究。电子鼻比目前用于测量气体混合物成分的复杂设备便宜 20 倍。其低成本使其可用于更广泛的应用，包括现场研究。这项研究发表在《危险材料杂志》上。
电子鼻采用最新技术来检测空气等气体混合物中的挥发性化学物质。与人类的鼻子一样，它会分析气味的整体成分，包括气味中包含的所有化合物，并经过训练后可以识别目标气味。这与串联气相色谱-质谱仪不同，实验室使用串联气相色谱-质谱仪通过单独测试混合物的每个成分来确定化学成分。
尽管串联气相色谱质谱仪具有较高的准确度和灵敏度，但它们过于昂贵和笨重，无法在现场使用，例如在环境监测中，检测土壤中的石油污染或分析生产现场的石油和油藏的成分。虽然电子鼻需要经过适当的训练和调整，但它便于携带且体积小巧，使化学分析变得便宜和容易得多。
莫斯科斯科尔科沃科学技术研究所的研究人员及其同事提议使用电子鼻来确定石油的成分。他们从哈萨克斯坦的三个油田采集了九个轻质和重质石油样本，这些样本含有不同比例的挥发性碳氢化合物。
较轻的油蒸发得更快，因此在泄漏发生一段时间后更难检测到，而较重的油蒸发得较慢，并以少量的形式逸入环境中，因此很难立即确定来源。
研究人员将油样添加到土壤样本中，并将其置于气体分析仪的气流下 30 分钟。然后使用电子鼻分析含有挥发性化合物的气流。
该团队使用一种名为“随机森林”模型的人工智能系统来训练电子鼻。该模型的算法分析一系列相关决策的影响，以得出结果。研究人员调整了来自八个传感器的数据处理，以便电子鼻能够准确识别石油的来源，无论石油的挥发性如何。此外，电子鼻甚至能够在采样 12 小时后检测到土壤中的石油，当时部分石油已经蒸发。
电子鼻比占用几平方米实验室空间的串联气相色谱质谱仪便宜20倍，而且电子鼻便于携带，小巧如一本平装书，适用于各种应用，如检测土壤中的石油污染、验证炼油厂的排放是否合规等等。
“我们的方法可用于监测油田的储层产能。电子鼻将根据气味确定空气中挥发性油化合物的化学性质。我想电子鼻还可以帮助确定新油田的确切位置，”Skoltech 纳米材料实验室的博士生、该项目参与者 Valery Zaitsev 说道。
“我们将在 Skoltech 初创公司继续我们的研究，为行业提供用于监测排放和训练电子鼻执行特定任务的设备和算法。由于我们的设备预计将被工业公司使用，我们的近期目标是将其实现为商业产品。
“与此同时，我们将尝试教会电子鼻像人类一样感知气味，例如，判断某种气味是令人愉悦的还是令人不愉快的，以及愉悦程度如何，”斯科尔科沃理工学院光子学中心纳米材料实验室助理教授兼项目负责人费多尔·费多罗夫 (Fedor Fedorov) 说道。
参与该研究的其他组织包括LN古米廖夫欧亚国立大学（哈萨克斯坦）、俄罗斯科学院 AV Topchiev 石油化工合成研究所（莫斯科）、西安建筑科技大学（中国）和莫斯科鲍曼国立技术大学（莫斯科）。
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