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主客观相结合，助力车内气味精确测评
2021-02-07 11:17:53· 来源：CCRT中国汽车消费者满意度测评 作者：崔晨
调研结果显示，车内异味已连续6年成为中国消费者汽车投诉排行第一的问题。当车内存在令人不愉快感觉的气味时，会刺激人的嗅觉器官，甚至会对人体造成心理和生理
调研结果显示，车内异味已连续6年成为中国消费者汽车投诉排行第一的问题。当车内存在令人不愉快感觉的气味时，会刺激人的嗅觉器官，甚至会对人体造成心理和生理影响。
2014-2019年车内气味投诉量统计
汽车行业现行的气味表征方法仍以人的主观评价结果为主，存在人为主观影响大、统计性差、准确度低等技术问题以及职业健康风险，无法满足当前车内气味评价要求。因此，汽车行业提出了对气味客观评价技术的强烈需求。
气味客观评价技术已经发展了五十余年，在食品、环境、医疗等领域得到了广泛应用。在这些领域的气味检测中，普遍采用由金属氧化物半导体阵列、电化学传感器阵列或色谱设备等构成的电子鼻。这些电子鼻仪器能提高气味检测准确性，可客观地表征气味强度等特征，在溯源研究、执法管理等环节得到较多应用。
因此，本文将对基于PID电子鼻的车内气味客观评价方法的研究进展进行分享。
01、方法原理
（1）检测原理
PID电子鼻采用光离子化气体传感器（Photo Ionization Detector，PID）作为检测器，在紫外光源照射下将待测气体有机物分子电离成可被检测器检测到的正负离子，检测器捕捉到离子化的气体的正负电荷，并将其转化为电流信号，从而实现气体浓度的测量。当被测气体吸收高能量的紫外光时，气体分子受紫外光的激发暂时失去电子成为带正电荷的离子，气体离子在检测器的电极上被测出，根据电极产生的电位检测出气体浓度，检测后，离子很快又与电子结合重新组成原来的气体分子。图1是PID检测过程示意图。
图1 PID检测过程示意图
（2）检测特性
PID具有极高灵敏度且检测范围广，可以检测从1ppb到10000ppm的挥发性有机物和其他有毒气体，包括车内常见的芳香烃类、酮类、醛类、氯代烃类、胺及胺类化合物和不饱和烃类等物质。经过大量数据验证，PID检测物质种类可覆盖车内86%-95%的挥发性有机物。
表1 PID检测车内气体物质种类占比
＞IP下限
≤IP上限
可检测物质种类
百分占比
0
10.6eV
1989
86%
10.6eV
11.7eV
196
9%
11.7eV
20eV
119
5%
数据来源：中汽数据有限公司
（3）气味等级预测模型
基于PID检测的车内挥发性有机物浓度与气味评价员主观评价结果进行关联分析，建立气味等级预测模型（韦伯-费希纳定律），公式如下：
02、试验过程
依据标准《车内空气 气味的评价 感官与光离子化检测仪耦合分析法》(T/CAS 406-2020）执行，在整车车内VOCs采样之后进行。基于肺吸式气泵将车内气体样品采集至气体采样袋中，再由气味评价员利用PID电子鼻仪器进行不同稀释倍数下气味评价，气味客观评价结果可以取0.1。气味客观评价方法的具体步骤如下：
图2 试验人员利用PID电子鼻采样
（1）待评价的气体样品通过导气管从车内抽出，然后由评价小组完成气体样品的不同稀释倍数下主观气味强度的评价；
（2）根据不同稀释倍数下的主观气味强度，计算得到不同稀释倍数下气体样品的臭气浓度；
（3）以不同稀释倍数下气体样品的主观气味强度为因变量，以不同稀释倍数下气体样品的臭气浓度的对数为自变量，基于韦伯-费希纳主客观耦合定律建立拟合曲线；
（4）由PID电子鼻完成原始气体样品的挥发性污染物浓度检测，并结合原始气体样品的臭气浓度计算得到气体样品的嗅阈值；
（5）将原始气体样品的挥发性污染物浓度和嗅阈值代入拟合曲线方程，计算得到气体样品的客观气味强度。
结果讨论
针对车内气味客观评价方法研究工作开展以来，先后对35款市场主流车型的气味主、客观检测数据进行结果对比分析，结果见图3。
数据来源：中汽数据有限公司
图3 车内气味主客观检测数据对比分析
图3数据分析结果显示，气味客观评价结果偏差在±0.4级之间，小于人工主观评价结果误差±0.5级；其中，94.3%的样本偏差在±0.3级以内，77.1%的样本偏差在±0.2级以内，表明气味客观评价结果准确度高、稳定性好，对于不同车型的气味强度区分度高，可作为车内气味评价的通用方法之一。
作者简介
崔晨：中汽数据VOC工程师，主要从事车内气味主客观评价技术相关研究工作。
2014-2019年车内气味投诉量统计
汽车行业现行的气味表征方法仍以人的主观评价结果为主，存在人为主观影响大、统计性差、准确度低等技术问题以及职业健康风险，无法满足当前车内气味评价要求。因此，汽车行业提出了对气味客观评价技术的强烈需求。
气味客观评价技术已经发展了五十余年，在食品、环境、医疗等领域得到了广泛应用。在这些领域的气味检测中，普遍采用由金属氧化物半导体阵列、电化学传感器阵列或色谱设备等构成的电子鼻。这些电子鼻仪器能提高气味检测准确性，可客观地表征气味强度等特征，在溯源研究、执法管理等环节得到较多应用。
因此，本文将对基于PID电子鼻的车内气味客观评价方法的研究进展进行分享。
01、方法原理
（1）检测原理
PID电子鼻采用光离子化气体传感器（Photo Ionization Detector，PID）作为检测器，在紫外光源照射下将待测气体有机物分子电离成可被检测器检测到的正负离子，检测器捕捉到离子化的气体的正负电荷，并将其转化为电流信号，从而实现气体浓度的测量。当被测气体吸收高能量的紫外光时，气体分子受紫外光的激发暂时失去电子成为带正电荷的离子，气体离子在检测器的电极上被测出，根据电极产生的电位检测出气体浓度，检测后，离子很快又与电子结合重新组成原来的气体分子。图1是PID检测过程示意图。
图1 PID检测过程示意图
（2）检测特性
PID具有极高灵敏度且检测范围广，可以检测从1ppb到10000ppm的挥发性有机物和其他有毒气体，包括车内常见的芳香烃类、酮类、醛类、氯代烃类、胺及胺类化合物和不饱和烃类等物质。经过大量数据验证，PID检测物质种类可覆盖车内86%-95%的挥发性有机物。
表1 PID检测车内气体物质种类占比
＞IP下限
≤IP上限
可检测物质种类
百分占比
0
10.6eV
1989
86%
10.6eV
11.7eV
196
9%
11.7eV
20eV
119
5%
数据来源：中汽数据有限公司
（3）气味等级预测模型
基于PID检测的车内挥发性有机物浓度与气味评价员主观评价结果进行关联分析，建立气味等级预测模型（韦伯-费希纳定律），公式如下：
02、试验过程
依据标准《车内空气 气味的评价 感官与光离子化检测仪耦合分析法》(T/CAS 406-2020）执行，在整车车内VOCs采样之后进行。基于肺吸式气泵将车内气体样品采集至气体采样袋中，再由气味评价员利用PID电子鼻仪器进行不同稀释倍数下气味评价，气味客观评价结果可以取0.1。气味客观评价方法的具体步骤如下：
图2 试验人员利用PID电子鼻采样
（1）待评价的气体样品通过导气管从车内抽出，然后由评价小组完成气体样品的不同稀释倍数下主观气味强度的评价；
（2）根据不同稀释倍数下的主观气味强度，计算得到不同稀释倍数下气体样品的臭气浓度；
（3）以不同稀释倍数下气体样品的主观气味强度为因变量，以不同稀释倍数下气体样品的臭气浓度的对数为自变量，基于韦伯-费希纳主客观耦合定律建立拟合曲线；
（4）由PID电子鼻完成原始气体样品的挥发性污染物浓度检测，并结合原始气体样品的臭气浓度计算得到气体样品的嗅阈值；
（5）将原始气体样品的挥发性污染物浓度和嗅阈值代入拟合曲线方程，计算得到气体样品的客观气味强度。
结果讨论
针对车内气味客观评价方法研究工作开展以来，先后对35款市场主流车型的气味主、客观检测数据进行结果对比分析，结果见图3。
数据来源：中汽数据有限公司
图3 车内气味主客观检测数据对比分析
图3数据分析结果显示，气味客观评价结果偏差在±0.4级之间，小于人工主观评价结果误差±0.5级；其中，94.3%的样本偏差在±0.3级以内，77.1%的样本偏差在±0.2级以内，表明气味客观评价结果准确度高、稳定性好，对于不同车型的气味强度区分度高，可作为车内气味评价的通用方法之一。
作者简介
崔晨：中汽数据VOC工程师，主要从事车内气味主客观评价技术相关研究工作。
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