Ученые Сколковского института науки и технологий совместно с исследовательским центром «СИБУР ПолиЛаб» и авторами из других университетов и организаций представили результаты работы над проектом по использованию технологии «электронного носа» в контроле качества и соблюдения технологии производства пищевого пластика.

Группа ученых предложила метод оценки потребительских качеств переработанного пластика, распознавания его запаха и идентификации источника полимера по запаху с помощью «электронного носа», сообщает пресс-служба Сколтеха.

«Электронный нос» состоит из линейки газовых сенсоров и использует алгоритмы распознавания образов для точной идентификации запаха, имитируя работу обонятельной системы человека. Разница в том, что в отличие от человеческого носа электронный аналог способен реагировать не только на вещества, обладающие запахом.

К пластику для упаковки продуктов и фармацевтических препаратов предъявляются высокие требования по качеству и безопасности: он не должен иметь посторонних запахов, свидетельствующих о наличии вредных химических веществ. Появление запаха также может свидетельствовать об отклонении от технологии производства.

«Мы рассчитываем, что разработанная нами газоаналитическая система сможет не только определять наличие и природу запаха у пластика, но и позволит понимать, на каком этапе производства могло произойти нарушение технологии, чтобы его исправить. Обычно для контроля запаха пластика собираются экспертные панели, в состав которых входят подготовленные сотрудники производства, но это не всегда дает объективный результат и сложно автоматизируется. К тому же, «электронный нос» позволяет классифицировать тип полимера в основе пластика. Внедрение такой технологии не потребует существенной модернизации производственных линий», — рассказал старший преподаватель Сколтеха Федор Федоров.

Для оценки запаха первичных и вторичных (переработанных) образцов полимеров разной природы использовали газоаналитическую систему, чувствительным материалом в которой выступал оксид цинка, допированный алюминием. Пары органических соединений, выделяемые образцами первичного и вторичного пластика, меняли сопротивления сенсоров на основе выбранного чувствительного материала, давая «отпечаток пальца» запаха полимера. Выделяемые вещества также оценивались с помощью парофазной хроматографии и масс-спектрометрии.

«При обработке данных мы применяли методы уменьшения размерности пространства — линейный дискриминантный анализ и метод главных компонент, а также метод машинного обучения Random Forest для классификации изучаемых полимерных составов», — пояснил аспирант Сколтеха Валерий Зайцев.

Результаты исследования также вносят вклад в решение глобальной проблемы чрезмерного использования пластика. Один из способов сокращения объемов — применение вторичного пластика, однако в производстве пищевой упаковки оно сейчас ограничено, при этом вторичный пластик может быть использован в других областях. Тем не менее, используемые вторичные материалы могут содержать опасные для человека вещества. Исследователи надеются, что уже скоро «электронный нос» научится не только определять источник вторичного пластика, но и его компонентный состав, что поможет решить эту проблему.

«Подобная работа требует компетенций как в области материаловедения, так и сенсорики и машинного обучения, которые накоплены в нашей лаборатории. Мы видим большой научный и прикладной потенциал, включая важный экологический аспект проблемы. Полагаем, что наши результаты будут востребованы для контроля качества продуктов в разных отраслях промышленности не только в России, но и других странах», — рассказал руководитель лаборатории наноматериалов Сколтеха, профессор Альберт Насибулин.

Результаты работы стали важной частью совместного проекта Сколтеха и первого в России исследовательского центра для разработки и тестирования продуктов из полимеров «СИБУР ПолиЛаб».

«Мы очень рады сотрудничеству с компанией «СИБУР» и считаем его успешным примером взаимодействия науки и бизнеса. Нам удалось не только провести исследование, но и представить его результаты на конференции, создать макетный образец, который включает «электронный нос» и пневматическую систему подачи газов. Это подкреплено совместной заявкой на патент», — добавил Федор Федоров.

Исследование опубликовано в Journal of Cleaner Production.

Источник