Tecnicamente IOMS (Instrumental Odour Monitoring System), è un sistema rapido di rilevamento e riconoscimento degli odori e d’identificazione di gas e di miscele.
Funziona attraverso un meccanismo che simula l’olfatto dei mammiferi, specificatamente quello umano, seguendone gli stessi principi. Il suo uso è sempre più diffuso e sempre più vasti sono i suoi ambiti di applicazione nell’industria: alimentare, agricola, chimica, farmaceutica, medica, biomedica, militare e ambientale.
In ambito alimentare, viene usato per riconoscere cibi di diversa provenienza, per monitorarne la freschezza e la durata al fine di ridurre gli sprechi e migliorare il livello di sicurezza.
In ambito ambientale, viene impiegato per individuare le sostanze potenzialmente dannose e per il trattamento dei rifiuti, oltre che per rilevare esplosivi e batteri nocivi. È altresì utilizzato per monitorare il rischio vulcanico, come nella Solfatara di Pozzuoli.
Viene usato nell’industria cosmetica nell’ambito del controllo di alcuni processi e, addirittura, dalla NASA per alcune ricerche spaziali.
Nell’ultimo decennio, l’applicazione di questo sofisticato strumento di analisi, comparso alla fine degli anni ’80, ha portato moltissimi benefici in vari campi della ricerca scientifica e medica, nella diagnosi di alcune malattie. La sua spiccata sensibilità, infatti, è in grado di sentire odori, impercettibili per l’olfatto umano, che potrebbero avere un ruolo chiave nello screening di alcuni tumori come quello ovarico e quello ai polmoni.
Come funziona
Per capire il meccanismo di questo interessante strumento, è necessario fare chiarezza e spiegare il funzionamento del processo olfattivo umano, di cui la regione del bulbo è parte essenziale. L’olfatto è un senso chimico, poiché i suoi recettori rispondono a stimoli chimici. Gli odori sono composti da molecole con dimensione e forma specifica che hanno un corrispondente recettore di dimensioni e forma nel naso umano. Questo è l’organo più esterno del sistema respiratorio ed è in grado di sentire un trilione di profumi, identificando l’insieme dei sensori ma non le singole molecole che lo compongono.
Il naso elettronico è un dispositivo complesso che simula il sistema olfattivo dell’uomo andando a replicare gli stadi del processo biologico di percezione dell’odore. Questi ultimi, attraverso i recettori olfattivi, inviano dei segnali al cervello che li riceve e li rielabora.
Allo stesso modo, l’e-nose (cioè il naso elettronico) usa dei sensori elettrochimici che sono in grado di rilevare gli odori; quando un recettore riceve le molecole, trasmette il segnale a un programma per l’elaborazione, così come il naso lo veicola al cervello.
La maggior parte dei nasi elettronici utilizza un raggruppamento di sensori che reagiscono ai composti volatili con i quali vengono a contatto. Quelli più comunemente usati sono: i MOS (Metal Oxide Sensors), i sensori elettrochimici (EC), specifici per singoli inquinanti come ammoniaca e acido solfidrico e selettivi per composti insaturi (idrocarburi aromatici, olefine, composti carbonilici), oltre a sensori a onde acustiche di superficie (SAW).
Questi complessi strumenti digitali sono costituiti da diversi elementi: un sistema di aspirazione del campione gassoso; un insieme di tipologie differenti di sensori, corrispondenti a diverse caratteristiche di molecole odorose, che funzionano tramite il riconoscimento di pattern (pattern recognition system); e, infine, un software di gestione dei dati. In pratica, il campione gassoso, cioè la sostanza odorigena, una volta aspirato dalla macchina entra in contatto con la superficie dei sensori, i quali reagiscono a determinati composti volatili creando dei segnali che vengono poi elaborati dal software. Il campione analizzato viene descritto dal naso elettronico tramite un algoritmo che rielabora i segnali provenienti dai sensori e crea un’impronta odorigena che viene confrontata con altre impronte già presenti.
A livello strutturale, l’e-nose è costituito da 3 parti fondamentali. La matrice di sensori chimici che, a contatto con composti volatili, reagiscono provocando variazioni nelle caratteristiche elettriche. Il sistema di elaborazione delle risposte dei sensori: ogni sensore è sensibile in modo specifico a ciascuna molecola; ogni volta che i sensori rilevano un odore, viene registrata una risposta distinta che il segnale trasmette a un computer. Il sistema di riconoscimento e classificazione degli odori è costituito da un semplice classificatore che, a partire dalle informazioni contenute in un apposito database, consente di assegnare un nome e un livello di concentrazione del composto chimico preso in esame. I dati raccolti vengono elaborati sulla base di modelli statistici e la risposta specifica viene registrata dall’interfaccia elettronica che trasforma il segnale in un valore digitale.
La rivoluzione digitale bussa alle nostre porte e l’e-nose ha trovato già molti ambiti di applicazione. Cosa ci riserva il futuro?
Alessandra Meda