臭臭科学:嗅觉测试

2020年3月2日 作者 奇先生 0

难度 <! - 5 - >
所需时间 平均(6-10天)
先决条件

该项目需要志愿者的参与。确保您在开始之前熟悉您的科学博览会有关人类志愿者的测试规则。有关建议和通用规则,请查看Science Buddies资源涉及人类受试者的项目.

材料可用性 该项目需要使用几种气味,这些气味是可以从亚马逊购买的套件的一部分。有关详细信息,请参阅材料和设备列表。
费用 平均值($ 40 – $ 80)
安全 没问题。

摘要

深呼吸:新鲜出炉的饼干,木柴烟雾或玫瑰 – 你的鼻子是一个神奇的气味探测器!你的嗅觉不仅可以识别各种各样的气味,而且还非常敏感。考虑一下,如果您附近的某个人只是通过闻到远处烤架上的烟雾,就可以轻松地检测到您附近是否有烧烤。你认为气味有多强或多弱取决于它的浓度。你认为一个人仍能闻到的特定香味的最低浓度是什么?它取决于你选择的香味吗?在这个科学项目中,您将确定并比较气味阈值 – 您和志愿者可闻到的最低浓度 – 不同的气味。

目的

确定并比较气味阈值 – 您或您的志愿者可闻到的最低浓度 – 适用于不同的气味。

积分

Svenja Lohner,PhD,Science Buddies

引用本页

此处提供了一般引用信息。请务必检查所使用方法的格式,包括大小写,并根据需要更新引文。

MLA风格

Lohner,Svenja。”臭臭的科学:嗅觉测试。” 科学伙伴,2017年7月28日,https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/HumBio_p046/human-biology-health/sniff-test。2019年7月6日访问。

APA风格

Lohner,S。(2017年7月28日)。臭臭科学:嗅觉测试。从…获得https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/HumBio_p046/human-biology-health/sniff-test


最后编辑日期:2017-07-28

简介

 闻称缩略图

每天我们都被大量不同的气味所包围,我们的鼻子能够捡到各种各样的气味。闭上眼睛,深吸一口气;你可以在空气中辨认出特定的气味吗 – 也许是电脑的电子气味或手上的洗手液?你的嗅觉,也称为嗅觉,非常强大。气味甚至可以引发记忆。例如,姜饼的味道会让你记住上一个假期吗?你知道我们也通过嗅觉进行交流吗?研究人员发现,我们根据他们的体臭判断其他人:我喜欢这个人,他或她是否有吸引力或值得信赖?你的鼻子肯定也有发言权。

你的鼻子可以从周围嗅到许多不同的气味。
图1. 我们的鼻子是一种神奇的气味探测器,可以感知许多不同的气味.(鼻子和肉桂棒的图片来源:Wikimedia commons)

你的鼻子也是嗅觉开始的地方,但你有没有想过它是如何检测到气味的?让我们多管闲事,找出它是如何工作的。鼻子深处的许多部位和大脑协同工作,帮助你弄清楚你的气味。所有具有气味或气味的物质,将特定的化学物质释放到空气中,称为气味剂。这些气味最终会到达你的鼻子,当呼吸时,它们会被一直向上运送到鼻子后面的空间。在那里,您有数以百万计的嗅觉受体能够识别特定的气味剂。你可以想象这个过程就像一个钥匙锁机制,每个气味分子都适合你鼻子里的一个特定受体。一旦受体与化学物质结合,它就会通过发送信号与大脑进行通信,并且您的大脑能够识别特定的气味。

但是是什么让一种气味与另一种气味不同?答案就是成千上万种不同的化学物质会触发嗅觉,每一种化学物质以及它们之间的多种组合将导致大脑中出现不同的气味和不同的信号模式。研究人员现在认为,我们可闻到多达1万亿(这是世界上人口数量的100倍以上)不同的气味,这意味着个人的气味,以及混合物!有时只有一种化学物质是一种特定气味的特征,许多人,特别是在食品工业中,试图生产它们来制造人造香味。一个例子是一种名为香草醛的化学分子,正如你可能猜到的那样,它闻起来像香草。

但我们如何分析和测量气味,这甚至是重要的?特别是对于制造香水或具有不同气味的食物的人,以及因为并非每种气味都令人愉快。你之前可能抱怨过一种难闻的气味。这就是为什么存在特定的方法来测量空气中有多少气味,更重要的是,人们可以闻到和容忍多少气味.气味强度,或者您感知气味的强弱程度取决于空气中有多少气味化学物质,也称为浓度。你可能已经经历过这种情况,例如,当你回到家里走向厨房时,新鲜出炉的饼干气味在空中。然而,当你进入你的房间时,气味不那么强烈,甚至根本检测不到。这是因为空气中需要有一定量的气味剂 – 即所谓的气味阈值浓度 – 气味受体可以向大脑发送足够的信号以识别特定的气味。使每种气味剂的气味阈值不同的是它们的不同化学性质,例如分子形状,部分电荷,极性或分子量。然而,到目前为止,尚未充分了解解释气味阈值差异的确切嗅觉机制。

这就是为什么研究人员需要气味小组或志愿者的帮助,在实验室中进行广泛的气味测试,以确定特定气味的气味阈值。这种气味测试是基于气味样品的稀释,直至气味只能被一半志愿者检测到。该气味阈值浓度的数值等于达到气味阈值所需的稀释因子。在这个科学项目中,您将自己进行这样的气味实验。收集一群志愿者,挑选各种气味,并找出每个人的气味阈值!你认为每种香味都会有所不同吗?

术语和概念

  • 嗅觉
  • 嗅觉
  • 气味
  • 化学
  • 加臭剂
  • 气味受体
  • 人造香味
  • 气味强度
  • 浓度
  • 气味阈值
  • 稀释
  • 稀释因子

问题

  • 为什么嗅觉如此重要?
  • 你的鼻子如何识别特定的气味,为什么我们能闻到这么多不同的气味呢?
  • 什么是气味阈值以及如何确定?
  • 您认为不同的气味有不同的气味阈值吗?如果是的话,为什么会这样呢?
  • 关于气味阈值的知识如何在现实世界中有用?想想食品行业的人造香味或污水处理厂的气味投诉.

参考书目

在这里,您可以找到有关鼻子如何工作和检测气味的更多信息:

要了解有关气味和气味的更多信息,请使用以下资源:

材料和设备

  • Molecule-R Aroma E-evolution试剂盒,可从 Amazon.com
  • 塑料杯,7盎司(5)
  • 药滴管(1)
  • 蒸馏水(1升)
  • 带盖子的迷你塑料杯,2盎司(至少30个),可从 Amazon.com
  • 一次性注射器,10 mL(1),购自 Amazon.com
  • 量筒,100 mL(1),可从 Amazon.com
  • Spoons(5)
  • 永久性记号笔
  • 8-10名志愿者的”嗅觉小组” (注意:要查看您需要多少志愿者科目,请查看Science Buddies资源样本量:我需要多少调查参与者?
  • 遮蔽胶带
  • 荧光笔
  • 实验室笔记本

声明:Science Buddies参与联盟计划家庭科学工具 Amazon.com Carolina Biological ,以及 Jameco Electronics 。联盟计划的收益有助于支持Science Buddies,501(c)(3)公益慈善机构,为每个人免费提供资源。我们的首要任务是学生学习。如果您对我们网站上的建议您为科学项目所做的购买有任何意见(正面或负面),请告诉我们。写信给我们 scibuddy@sciencebuddies.org

实验程序

与人类测试科目合作

在设计涉及人类受试者的实验时需要特别注意。经常与英特尔国际科学与工程博览会(ISEF)有关的展览会要求每个参与者都有一份知情同意书(许可表)质疑。参考您正在进入的科学博览会的规则和条例,在进行实验或调查之前。请参阅科学伙伴文件涉及人类受试者的项目科学审查委员会了解其他重要要求。如果你正在和未成年人一起工作,你必须事先获得孩子们的许可父母或监护人(以及教师,如果你正在进行测试在学校)确保孩子们可以参加科学博览会项目。以下是获取许可的建议指南与未成年人合作:

  1. 写下您的科学展览项目的清晰描述,您正在学习的内容,以及你希望学到什么。包括如何测试孩子。包括一个段落在那里你得到父母或监护人和/或教师的签名。
  2. 为您将要测量的每个孩子打印出所需数量的副本。
  3. 将许可单传递给孩子们或孩子们的老师给父母。您必须获得所有孩子的许可才能获得能够将它们用作测试对象。<​​/li>

开始之前的注意事项

Molecule-R Aroma E-evolution套装有21种不同的香味,但是对于这个实验,你只会使用其中的五种:一种水果香味(香蕉),一种香草香味(薄荷),一种香料香味(肉桂) ,一种豆香(香草)和一种可口的香味(烟)。芳香试剂盒中的所有气味应具有大致相同的浓度,即每体积液体的气味剂量。对于气味测试,您将通过在蒸馏水中稀释浓缩的香味来制作浓度较低的气味样品.稀释因子(参见技术说明),您的一半志愿者可以正确地检测到气味将等于其气味阈值浓度.

技术说明:

对于气味测试,您必须准备连续稀释浓缩香味。连续稀释是一种以常规步骤精确稀释溶液的方法。您将已稀释的已知量的原始样品(也称为储备溶液)添加到已知量的水中并混合。新浓度将由储备溶液的体积与新样品体积的比率确定,如等式1所示。

等式1:


哪里

如果储备溶液的体积和水的体积相等,则将溶液稀释一半。这被称为两倍稀释。如果你想要超过两倍稀释,你应该使用相对更多的水;如果你想要一种稀释度较低的溶液,你应该使用相对较少的水。通过重复该过程,您可以进行一系列稀释,这就是该方法的名称.

您可以根据公式2计算每种稀释度的稀释因子。在一系列后续稀释中,稀释因子成倍增加;例如,如果您将原液稀释液稀释两倍两倍,则第一个稀释液稀释倍数为2,第二个稀释液稀释倍数为4(2倍2).

公式2:


哪里
是指您正在稀释的解决方案

在开始进行气味测试之前,您将通过将一滴浓缩香味溶液加入100 mL水中来生成每种气味的原液。由于一滴对应于约0.05mL浓缩香味溶液,该储备溶液的稀释因子将为约2,000(体积(新样品)为100.05mL且体积(储备)为0.05mL)。从该储备溶液中,您将生成一系列两倍稀释液,这意味着您准备的每个样品稀释液的稀释倍数将加倍(参见表1).

<稀释级别
(杯数)<0>(水)<溶液> 溶液2溶液3溶液4溶液

溶液第5溶液浓缩香味

10

10

<8,000

第3,第5,第5
体积库存(mL) 0 5 5 5 5 5 0.05
体积新样品(mL) 10 10 10 10 100
稀释因子 空白 64,000 32,000 16,000 4000 2000
表1。每种制备的香味溶液的稀释因子概述。

准备气味样本

在准备气味样本时,请确保您手上没有任何香水或洗手液,否则您的志愿者最终会闻到您的香水或洗手液而不是实际的香味。另请注意,您应该在准备测试溶液后1-2天内进行气味测试。如果需要更长的时间,您应该为测试准备新的解决方案。

  1. 选择您将在此实验中使用的所有五种香味:香蕉,香草,肉桂,薄荷和烟雾,如图2所示。
来自Molecule-R Aroma E-volution套件的浓缩香味解决方案。
图2. 来自Molecule-R Aroma E-evolution试剂盒的浓缩香味溶液。

  1. 取五个7盎司塑料杯,并用永久性标记,用不同的香味(香蕉,香草,肉桂,薄荷和烟)标记每一个。
  2. 在每个塑料杯中加入100 mL蒸馏水。使用100 mL量筒测量100 mL蒸馏水.
  3. 要制作您的第一个储备溶液,请选择一种香味并使用滴管从其样品瓶中取出一些浓缩液。将一滴液体放入装有100毫升蒸馏水的相应杯中。确保将液体放入正确标记的杯子中。您将使用此储备溶液制作浓度较低的气味样品(参见技术说明)。
  4. 对所有其他气味重复此操作。在切换到新样品瓶之前,请记得冲洗药物滴管。
  5. 用勺子搅拌好水味的原液。每个杯子使用不同的勺子。
  6. 对于每种香味,标记七个2盎司迷你杯,其中一个字母代表气味剂和一个0-6的数字。
    1. 为不同气味制作一个字母代码,这样你的志愿者就不会知道杯子里面的东西了。你可以用”a” 代表香蕉,”b” 代表薄荷,”c” 代表肉桂,”d” 代表香草,”e” 代表烟。例如,您的香蕉迷你杯可以标记为a0,a1,a2,a3,a4,a5和a6。请注意您用于实验室笔记本中哪种香味的字母。
    2. 使用永久性标记在迷你杯上写下代码.
  7. 为一种特殊香味创建一个两倍稀释系列。
    1. 选择所有标有对应于所选香味的字母的迷你杯。
    2. 使用10 mL注射器,用5 mL蒸馏水填充所有标有0-5的迷你杯.填写第6号杯子。
    3. 选择所选香味的原液。取10 mL注射器,加入为此气味准备的10 mL储备液.
    4. 将5 mL储备溶液放入空的迷你杯6中。
    5. 将剩余的5 mL储备溶液放入标有5的杯子中,其中含有5 mL蒸馏水。旋转迷你杯,让这个新的解决方案充分混合。这将是您下次稀释水平的库存解决方案。
    6. 用蒸馏水冲洗注射器,然后用冲洗过的注射器从新的原液中取出5 mL,用于下一个稀释液位.
    7. 将5 mL新的原液添加到下一个迷你杯中(4,3,2或1,迷你杯0)。旋转混合好.
    8. 重复步骤f。和g。对于所有迷你杯,始终使用新生成的解决方案作为下一个稀释水平的储备溶液。确保冲洗注射器并在每个稀释步骤之间充分混合溶液.
    9. 当您完成迷​​你杯1时,从迷你杯1中取出5 mL溶液,然后将其丢弃在水槽中,使每个杯子含有5 mL香味溶液.
    10. 请注意,您没有在迷你杯0中添加任何香味。这个将是您的对照,您可以将样品与空白进行比较,并且没有异味,并且仅包含蒸馏水。
    11. 所有迷你杯(杯子0除外)现在含有5毫升一种香味的溶液,杯子6含有最高浓度,杯子1含有最低浓度(图3)。技术说明列出了每个杯子的稀释因子,并说明了它们的计算方法.
    12. 在每个迷你杯上盖上盖子,使气味留在里面。
为肉桂气味样品准备的稀释系列。
图3. 肉桂气味样品的预制稀释系列。

  1. 对每个其他香味重复步骤8。最后,对于每种气味,你应该有六个迷你杯装满5毫升溶液(每个不同浓度)和一个水控制.表1 概述了您制作的稀释液以及每种气味样品的稀释倍数.
  2. 用盖子盖上迷你杯,直到志愿者准备好进行气味测试。请记住,您应该在准备香味解决方案后的1-2天内进行气味测试。如果需要更长的时间,您应该为测试准备新的解决方案。准备好气味解决方案和进行气味测试时,请在实验室笔记本上写下.

进行气味测试

理想情况下,在进行气味实验时,您的周围环境应该没有令人分心的气味。你的志愿者也应该没有感冒,所以他们可以闻到气味。此外,他们不应该穿香水,应该没有洗手液或其他香水化妆品。另外,首先尝试自己的气味测试,找出测试需要多长时间,以及为每种气味选择正确的浓度范围。请勿在数据表中包含您的个人结果。

  1. 招募你的志愿者进行气味测试(8-10人是一个很好的数字,但如果你发现更多,那就更好了)。让他们知道实验的日期和时间以及需要多长时间(约1小时)。
  2. 您应该一次与一名志愿者进行气味测试,以便其他志愿者在轮到闻到气味样本之前没有听到任何回应。如果你确保他们没有听到对方的回答,你可以与几名志愿者同时进行;例如,您可以让他们在一张纸上写下他们的回复并收集它以将数据放入数据表中.
  3. 为每位志愿者分配一个识别号码,以便您的数据可以匿名记录。
  4. 在实验室笔记本中复制表2五次(每种香味一次),以记录气味测试中的数据.

气味: 气味阈值:
杯号 0 1 2 3 4 5 6
志愿者# 审判# 审判# 审判# 试用# 审判# 审判# 审判#
1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 <第> 1 2 3 1 2 3
1
2
3
4
5
6
7
8
响应键: 1 =猜测不正确,2 =正确猜测,3 =检测错误,4 =正确检测
表2。数据表,用于记录所有志愿者在气味实验中的反应。

  1. 从你的第一个志愿者开始,选择你的第一个气味进行测试。将空白迷你杯(仅用蒸馏水冲泡过的杯子)和气味浓度最低的迷你杯(迷你杯1)拿到志愿者手中.注意:首先从最低浓度(迷你杯1)开始,然后继续使用2-5杯直到达到最高浓度(迷你杯6)。志愿者将总是得到一个带有香味溶液(1-6)和空白迷你杯的迷你杯用于比较(但是他或她不应该看到哪一个是空杯子,所以你可能在你的手之前隐藏你的杯子他们给你的志愿者或让他们在闻到解决方​​案时闭上眼睛。或者,你可以用某种方式隐藏数字,例如用遮蔽胶带覆盖它们。
  2. 告诉您的志愿者,您正在进行气味实验,以了解它们能闻到的最低气味量。让他们知道所有的气味都与食物有关,并且没有任何气味令人作呕。不要泄露他们得到的具体气味。告诉他们其中一个杯子含有气味,另一个杯子没有。志愿者的任务是找出哪些杯子含有香味。现在告诉他们闻到每个迷你杯。最好的方法是让它们在盖子打开的情况下短暂地小心地旋转杯子,然后打开盖子并迅速将鼻子深入杯子中,就在液体表面上方。让他们深呼吸,然后专注于气味。
  3. 让志愿者大约3-5秒闻到每个杯子,然后询问哪个杯子含有气味。如果他们不知道,他们需要猜测(他们应该告诉你他们是否猜测或知道答案)。使用此特定响应键在您的数据表中写下志愿者的回复:1 =猜测不正确,2 =正确猜测,3 =错误检测,4 =正确检测.注意:他们需要找出他们闻到的具体气味;他们只需要识别含有气味的杯子。
  4. 一旦志愿者嗅到前两个杯子的气味,将两个迷你杯拿回来并呈现接下来的两个杯子(下一个更高浓度(杯子2)和空白(杯子0)).
  5. 重复步骤8,直到您的志愿者闻到所有浓度(杯子1杯6)。写下志愿者对每个样本的回复。
  6. 完成第一个香味后,告诉志愿者你现在开始使用不同的香味,然后用下一个香味重复步骤6-9。这样做直到你的志愿者为你的五种不同气味闻到所有的杯子。
  7. 完成所有五种气味后,再次重复整个气味测试,同一志愿者重复两次。将试验2和3的所有数据放入数据表中。通过这种方式,您将获得每个气味和每个志愿者的三个数据点(试验#1-#3),这使您的数据更加可靠。
  8. 一旦一名志愿者连续三次完成气味测试,您可以继续下一位志愿者并再次重复相同的实验。与所有志愿者一起做,并在数据表中记录他们的所有回复。

分析您的数据

  1. 在您的所有志愿者完成三次嗅闻所有五种气味的试验后,您可以开始分析您的数据并确定每种气味的气味阈值。
  2. 选择一种香味并在数据表上执行以下步骤以获得此香味。
    1. 查看数据表中的这种气味。对于每个志愿者,找出他们已经确定所有三个试验中正确含有香味的杯子的所有迷你杯号码。这些应该是您为所有三个试验输入4(=正确检测)的所有杯数/稀释水平。突出显示数据表中的这些单元格.
    2. 为了确定这种气味的气味阈值,您必须找到杯子数量/稀释水平,超过一半的志愿者正确地识别了香味样本。您可以通过查看和比较数据表中所有突出显示的单元格来完成此操作。一旦您确定了超过一半的志愿者正确识别出香味样品的杯号,请用荧光笔或永久性标记进行标记。
    3. 现在,您可以从表1 中查找相应的稀释因子。该稀释因子等于该香味的气味阈值。将其写在数据表中。
  3. 对每种香味重复步骤2.
  4. 制作条形图,显示每种香味的不同气味阈值。在x轴上,绘制不同的气味,在y轴上绘制确定的气味阈值.
  5. 查看数据表和图表,您是否看到了任何趋势?气味之间的气味阈值是否不同,它们是否有很大不同?是否有一种突出的特殊气味?如果是的话,为什么你认为是这种情况(想想这些气味在现实世界中的位置)?您可以从嗅觉结果中学到什么?在进行分析时,请记住,较高的稀释因子表示更稀释或浓度较低的样品.

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变体形式

  • 志愿者之间的嗅觉如何不同?再次查看您的数据表,并为每个香味确定每个志愿者的个体气味阈值(这是该人首次在所有三个试验中正确识别气味(得分为4)的稀释因子)。然后通过将志愿者编号放在x轴上并将每个志愿者的气味阈值放在y轴上,在每个香味的条形图中绘制每个志愿者的气味阈值。比较不同的值,它们是非常不同的吗?是否有一个人比其他人更突出,闻起来更好或更差?为什么你认为个体志愿者之间存在差异?
  • 除气味阈值外,气味测量的另一个重要价值是气味识别阈值。确定气味阈值意味着您的志愿者只需识别哪个迷你杯含有气味剂,但他们不必识别实际的气味。这与气味识别阈值不同。它被定义为一半志愿者能够真正识别出他们闻到的特定气味的浓度。要确定气味识别阈值,请重复此实验,但这次请您的志愿者告诉您每种不同的气味浓度他们认为气味是什么(添加5 =不正确的识别和6 =正确识别您的响应键)。将此信息包含在数据表中,并以与确定气味阈值相同的方式确定每种气味的气味识别阈值。它与检测阈值有很大不同吗?
  • 在这个实验中,您只测试了21种可用气味中的5种,因此还有更多气味值得探索!重复此实验并选择不同种类的气味。您不仅限于套件附带的香味。想想你可以在哪里找到使用的气味样品,比如不同的香水。在邀请志愿者进行气味测试之前,先自己尝试新样品。
  • 一个人的嗅觉会随着年龄而变化吗?一些研究表明,当你长大后,你的嗅觉确实会改变。您可以通过重复此实验找到自己,但根据年龄对志愿者进行分组。您应该为每个年龄组找到大约8-10名志愿者,以获得具有代表性的结果。您认为谁能够识别出较低浓度的不同气味 – 儿童或成人?
  • 识别和识别某种气味是一回事,但记住特定气味呢?许多研究人员试图找出所谓的嗅觉记忆是如何起作用的。尝试设计一个实验,测试你的志愿者记住不同气味的程度。