Zapach – w najogólniejszym sensie:
- cecha
związków chemicznych
lub ich
mieszanin
(
odorantów
), polegająca na zdolności do pobudzania narządu
węchu
, czyli odgrywania roli
bodźców
wywołujących
wrażenia
(mówimy np. "Aminy mają zapach rybi"),
- wrażenie węchowe, odbierane w wyniku działania chemicznego bodźca (mówimy np. "Czuję jakiś ładny zapach").
W języku polskim przez zapach rozumie się zwykle woń przyjemną, aczkolwiek używa się tego słowa również w sensie woni obojętnej lub przykrej. Nieprzyjemne zapachy są nazywane smrodem, odorem lub fetorem.
Odbieranie wrażeń węchowych i funkcje zapachu
Owieczka czuje zapach (wrażenie węchowe)
Artykuły, które mają zapach (cecha artykułu)
Człowiek odczuwa zapachy na skutek wdychania do
nosa
powietrza, w którym zawarty jest co najmniej jeden związek wonny w ilości większej od określonego
stężenia
minimalnego. Aby
pierwiastek
lub związek chemiczny był wonny, przede wszystkim musi być lotny, czyli musi mieć wystarczająco dużą
prężność pary
w temperaturze pokojowej. Kolejne warunki, to zdolność do przenikania przez
błonę śluzową
, znajdującą się na powierzchni
nabłonka węchowego
, oraz do tworzenia kompleksów z białkami
receptorowymi
, mieszczącymi się w
błonie komórek
węchowych (receptorowych) nabłonka.
Komórki
przekazują informacje o odebraniu bodźca do
węchomózgowia
i wyższych pięter
centralnego układu nerwowego
.
Ogromna większość lotnych związków chemicznych ma zapach - mniej lub bardziej intensywny. Do nielicznych
substancji
bezwonnych należą gazy, które stale występują w
powietrzu
, takie jak
tlen
,
azot
,
dwutlenek węgla
,
argon
,
hel
lub
para wodna
. Dzięki temu jest możliwe pełnienie przez nabłonek węchowy roli
detektora
, który przekazuje do
węchowego analizatora
informacje o otoczeniu, np. o obecności w powietrzu śladowych ilości
substancji semiochemicznych
. Jest to funkcja węchu, ważna z punktu widzenia
interakcji międzygatunkowych
i wewnątrzgatunkowych we wszystkich ziemskich ekosystemach. Odgrywa też ważną rolę w życiu współczesnego człowieka (sygnały ostrzegawcze o
toksycznych zanieczyszczeniach powietrza
, informujące o jakości pożywienia itp).
Rodzaj i intensywność zapachu określonej próbki (np. owoc, mydło, wykładzina podłogowa) zależy od tego:
- jakie lotne związki są uwalniane z jego powierzchni i w jakich ilościach (jakie są prężności pary składników materiału w temperaturze otoczenia),
- jak wdychane powietrze, zawierające określone zanieczyszczenia, zostanie zakwalifikowane przez biologiczny analizator chemicznego bodźca - węch zwierzęcia lub człowieka.
Poszukiwania związku między subiektywną charakterystyką wrażenia i obiektywną charakterystyką bodźca wchodzą w zakres psychofizyki.
Psychofizyka węchu
Psychofizyka
zajmuje się zależnościami wrażeń zmysłowych (sfera
psychiki
) od wielkości i rodzaju
bodźców
, które je wywołują (fizycznych lub chemicznych). Cechy wrażeń zmysłowych są określane metodami
analizy sensorycznej
, a wielkości bodźców - z użyciem odpowiednich
przyrządów pomiarowych
. W przypadku badań dotyczących węchu pomiary wielkości bodźca są wykonywane z użyciem różnych klasycznych analizatorów
stężenia
zanieczyszczeń powietrza (np.
chromatografów gazowych
) albo specyficzną metodą
olfaktometrii
dynamicznej (pomiary
stężenia zapachowego
).
W zakres psychofizyki węchu wchodzą na przykład:
- oznaczenia wartości progów węchowej wyczuwalności (czystych związków chemicznych i mieszanin),
- określanie zależności między wynikami jakościowych i ilościowych analiz próbek powietrza (obiektywna charakterystyka bodźca) a cechami zapachu (wrażenia):
- intensywnością (np. psychofizyczne
prawo Webera-Fechnera
, modele interakcji węchowych),
- rodzajem (charakterem) zapachu (do jakich znanych wzorców jest podobny),
- jakością hedoniczną (jak bardzo jest przyjemny lub nieprzyjemny).
Próg węchowej wyczuwalności
Progi wyczuwalności czystych związków chemicznych
Próg węchowej wyczuwalności związku chemicznego to stężenie, przy którym zapach staje się wyczuwalny. Zanieczyszczoną próbkę powietrza można wówczas odróżnić węchem od próbki powietrza czystego. Ze względu na zmienność wrażliwości węchu przyjęto, że próg odpowiada sytuacji, gdy prawdopodobieństwo poprawnego wskazania próbki zanieczyszczonej wynosi 0,5. Rozpoznanie zapachu jest możliwe po około dziesięciokrotnym zwiększeniu stężenia związku w powietrzu.
Dostępne w piśmiennictwie wartości progów wyczuwalności są bardzo zróżnicowane, co ilustrują poniższe przykłady,zaczerpniętymi z obszernego opracowania J. Amoore’a[1]. Amoore zgromadził źródłowe dane z lat 1909-1983, dotyczące kilkuset związków występujących w atmosferze przemysłowej. Celem pracy było określenie możliwości uznawania zapachu za sygnał alarmowy, ostrzegający o zagrożeniu chemicznym.
Nazwa związku |
Masa mol.
[g/mol] | Wzór sumaryczny | Liczba danych źródłowych | Próg -
średnia geom.
[
ppm
] | śr. geom. /
SD
| śr. geom. * SD |
Siarkowodór
| 34,1 | H2S | 26 | 0,008 | 0,0054 | 0,0122 |
Amoniak
| 17,0 | NH3 | 13 | 5,20 | 2,6 | 10,4 |
Ozon
| 48,0 | O3 | 6 | 0,045 | 0,024 | 0,0855 |
Dwusiarczek węgla
| 76,1 | CS2 | 6 | 0,11 | 0,058 | 0,209 |
Kwas mrówkowy
| 46,0 | HCOOH | 9 | 49,0 | 25,8 | 93,1 |
Metanol
| 32,0 | CH3OH | 17 | 100 | 50 | 200 |
Metanotiol
| 48,1 | CH3SH | 10 | 0,002 | 0,0008 | 0,0032 |
Metyloamina
| 31,1 | CH3NH2 | 5 | 3,20 | 0,7 | 14,7 |
Cyjanowodór
| 27,0 | HCN | 5 | 0,58 | 0,3 | 1,1 |
Etanol
| 46,1 | C2H5OH | 18 | 84,0 | 46,7 | 151 |
Etanotiol
| 62,1 | C2H5SH | 13 | 0,001 | 0,00038 | 0,0015 |
Aceton
| 58,1 | (CH3)2CO | 28 | 13,0 | 8,13 | 20,8 |
Trimetyloamina
| 59,1 | (CH3)3N | 4 | 0,0004 | 0,0003 | 0,0006 |
Dietyloamina
| 73,1 | (C2H5)2NH | 7 | 0,130 | 0,045 | 0,38 |
Pirydyna
| 79,1 | C5H5N | 25 | 0,170 | 0,12 | 0,24 |
Chlorobenzen
| 112,6 | C6H5Cl | 8 | 0,680 | 0,43 | 1,09 |
Nitrobenzen
| 123,1 | C6H5NO2 | 15 | 0,018 | 0,01 | 0,031 |
Benzen
| 78,1 | C6H6 | 23 | 12,0 | 7,5 | 19,2 |
Zestawienie ma charakter orientacyjny. Dotyczące poszczególnych związków dane źródłowe są bardzo zróżnicowane (SD - odchylenie standardowe średniej geometrycznej). Jest to konsekwencją stosowania - w ubiegłych latach - różnych procedur pomiarowych lub odczynników o niepotwierdzonej czystości (niezbędna dokładność analiz jest trudna do osiągnięcia nawet obecnie).
Pomiar progu wyczuwalności n-butanolu przy olfaktometrze TO7
Japoński test trójkątowy w ZUT-Szczecin
Od roku 2003 w Europie oznaczenia indywidualnych i zespołowych progów wyczuwalności zapachu są wykonywane zgodnie z normą EN 13725 (PN-EN 13725:2007) metodą
olfaktometrii
dynamicznej[2], w Japonii - metodą rozcieńczeń statycznych (testy trójkątowe)[3]. Wyniki, uzyskiwana z użyciem obu technik, są podobne[4]. W czasie badań wykonywnych metodą olfaktometrii dynamicznej grupa osób wielokrotnie porównuje zapach strumienia powietrza zawierającego różne - znane - ilości badango zanieczyszczenia z zapachem jednego lub dwóch (test "parzysty" lub "trójkątowy") strumieni powietrza czystego. Zadaniem oceniających jest wskazanie, który z porównywanych strumieni zawiera odorant. Wynikiem testu jest najmniejsza z wartości stężenia, przy których wskazania są poprawne. Indywidualne progi wyczuwalności (symbol ITE -Individual Threshold Estimate) są zdefiniowane statystycznie, jako średnie geometryczne ze zbioru 10-20 kolejnych wyników pomiarów (wykonywanych w czasie kilku sesji). Umożliwia to określenie - charakterystycznego dla badanej ooby - zakresu zmienności progu pod wpływem zmian nastroju i okoliczności zakłócających percepcję (np. hałas, zdenerwowanie itp.).
Próg wyczuwalności zapachu związku chemicznego - oznaczany symbolem cth (th - threshold; (
ang.
) „próg”) – jest średnią geometryczną z określonej liczby wartości ITE. Mogą to być wartości „grupowe” lub „zespołowe”. Pojęcie „zespół” odnosi się do grupy osób, które mają podobną wrażliwość węchu na zapach n-butanolu. Muszą spełniać kryteria selekcji, określone w normie (średnia z ITEn-butanol w zakresie 20-80
ppb
, odchylenie standardowenie większe od wartości wskazanej w normie).
Próg wyczuwalności zapachu mieszanin
Zestawienia wiarygodnych wartości cth [ppm] czystych związków chemicznych nie umożliwiają przewidywania zapachu ich mieszanin z innymi związkami. W mieszaninach odorantów występują tzw. interakcje węchowe (wzajemne wzmocnienie, osłabienie lub maskowanie). Ogranicza to możliwości wykorzystywania węchu jako "osobistego urządzenia", ostrzegającego przed zagrożeniem chemicznym[5].
Szczególnym rodzajem interakcji jest współdziałanie dwóch rodzajów substancji bezwonnych, które mogą wywoływać wrażenie węchowe, jeżeli występują w powietrzu równocześnie (Z. Zou i L.B. Buck, 2006)[6].
Badania rodzajów interakcji węchowych są prowadzone od bardzo dawna, jednak dotychczas nie doprowadziły do wyjaśnienia mechanizmu tych procesów[7][8].
Obiektami badań doświadczalnych są najczęściej próbki powietrza zawierającego zaledwie dwa lub trzy rodzaje odorantów, takie jak: siarkowodór-amoniak-metyloamina[9], cykloheksan i cykloheksanon[10], aceton-kwas octowy-octan etylu[11] i inne. Tabela poniżej ilustruje wielokrotnie opisywane zjawisko, że związki czyste mają niższy próg wyczuwalności, niż związki z domieszkami (progi oznaczano
metodą ekstrapolacyjną
(nie zgodną z PN-EN 13725)[10].
Odoranty | Proporcja składników mieszaniny (molowo) | Grupowy próg wyczuwalności cth |
Cykloheksan | czysty składnik 1 | 154 ppm |
Cykloheksan-cykloheksanon (mieszanina 1) | 98 : 2 | 546 ppm |
Cykloheksan-cykloheksanon (mieszanina 2) | 95 : 5 | 229 ppm |
Cykloheksan-cykloheksanon (mieszanina 3) | 86 : 14 | 164 ppm |
Cykloheksanon | czysty składnik 2 | 10 ppm |
Adaptacja węchowa
Zmiany progu wyczuwalności zapachu i intensywności wrażenia spowodowane stopniowym wzrostem stężenia odoranta
Czynnikiem ograniczającym możliwości uznania zapachu za sygnał alamowy jest
adaptacja sensoryczna
. Przebywając w pomieszczeniu, w którym stężenie toksycznego związku stopniowo rośnie, możemy nie wyczuć jego zapachu, mimo wielokrotnego przekroczenia progu wyczuwalności, określanego zgodnie z normą w czystym laboratorium[5]. Rysunek ilustruje sytuację, gdy wzrost stężenia odoranta ma charakter schodkowy. Adaptacja sprawia, że po chwili zapach tek przestaje być wyczuwalny. Próg podwyższa się do poziomu równego wartości stężenia w otoczeniu, które analizator węchowy "zaczyna uznawać za naturalne tło dla innych bodźców. Zauważalny jest tylko kolejny wzrost stężenia (ponad nowy próg wyczuwalności). Odczuwane wrażenie jest wtedy dużo słabsze od tego, które byłoby odebrane bez wcześniejszej adaptacji. Podobnie przebiega adaptacja wzroku do zmieniającego się oświetlenia.
Intensywność zapachu
Prawo Webera-Fechnera i prawo Stevensa
Prawa psychofizyczne
Webera-Fechnera
i Stevensa - a wyniki ocen intensywności zapachu
Powszechnie wiadomo, że zapachy występujące w otoczeniu człowieka - pożądane lub niepożądane - z różną szybkością zanikają w miarę rozcieńczania czystym powietrzem (są mniej lub bardziej "uporczywe"). Najczęściej stosowane równania matematyczne, opisujące tę zależność intensywności zapachu od stężenia o. dorantów, są wyrazem praw psychofizycznych o charakterze ogólnym (dotyczących percepcji wszystkich wrażeń zmysłowych). Stosowane są dwa rodzaje funkcji:
- logarytmiczna, wynikająca z prawa Webera-Fechnera:
S = kWF log(c/cth),
- potęgowa, wynikająca z prawa Stevensa:
S = kS * cn.
Zastosowane symbole oznaczają:
S - intensywność zapachu, określana różnymi metodami skalowania (popularne techniki
analizy sensorycznej
)
cth - próg wyczuwalności zapachu,
kS, kWF, n - stałe empiryczne (indywidualna cecha węchu człowieka, różne wartości dla różnych odorantów).
Na rysunku przedstawiono wyniki ocen intensywności zapachu powietrza zawierającego różne ilości czterech związków chemicznych (źródło - tab.3.4 w podręczniku "Odory", PWN 2002[11] Zmienną niezależną (x) jest - na każdym z wykresów - logarytm ze stężenia zanieczyszczenia. Zmienną zależną jest intensywność zapachu (prosta oczekiwana wg Webera-Fechnera) oraz logarytm intensywności (prosta oczekiwana wg Stevensa). Wskazanie prawa, które lepiej odpowiada wynikom oznaczeń (punkty), utrudnia niewielka powtarzalność ocen intensywności zapachu[12][13][14].
Modele interakcji węchowych
Modelami interakcji węchowych są nazywane równania empiryczne, które opisują zależność intensywności zapachu powietrza zawierającego mieszaniny zanieczyszczeń od:
- intensywności zapachu, który wywołałyby składniki mieszaniny, gdyby występowały pojedynczo (modele psychologiczne),
- stężeń składników mieszaniny i ich psychofizycznych charakterystyk (modele psychofizyczne).
Żaden z licznych opracowanych modeli nie ma charakteru ogólnego[15][10].
Klasyfikacja zapachów według rodzaju
Historia badań naukowych
Próby klasyfikacji zapachów były podejmowane już w starożytności. Znana jest klasyfikacja
Arystotelesa
(384 pne - 322 pne), który proponował wyodrębnienie 6. klas, określonych nazwami pochodzącymi od
smaków
, łatwiejszych do nazwanie. Jest to związane, jak wiadomo obecnie, z odbieraniem wrażeń smakowych przez pięć różnych receptorów bodźców smakowych[16][17]. W roku 1752
Linneusz
wyodrębnił siedem klas zapachu: aromatyczny, pachnący, ambrozji, czosnkowy, kozi, odpychający i budzący mdłości. Klasyfikacja Linneusza, w wersji nieco zmienionej w r. 1895 przez Zwaardemakera (9 klas, nieco zmienione nazwy zapachów), była stosowana przez około 100 lat.
Na przełomie XIX i XX wieku podejmowano próby doświadczalnego wykazania, że wymienione zapachy - wyodrębnione na podstawie subiektywnych wrażeń - są "zapachami podstawowymi". Opierano się na analogii z mechanizmem odbierania barwnych wrażeń wzrokowych. W
siatkówce
oka występują trzy rodzaje
czopków
widzenia dziennego, które zawierają białka (rodopsyna) zmieniające konformację w wyniku absorpcji kwantów promieniowania w trzech pasmach widma widzialnego (trzy barwy podstawowe). Dzięki ich pobudzaniu w różnym stopniu człowiek odbiera całą paletę barw i odcieni.
Zakładano, że pobudzenie niewielkiej liczby rodzajów receptorów „zapachów podstawowych” (6-9) umożliwia komponowanie wszystkich znanych zapachów. Doświadczenia zmierzające do potwierdzenia hipotezy o istnieniu sześciu zapachów podstawowych prowadził niemiecki psycholog Hans Henning (1885–1946). Jako zapachy podstawowe zaproponował on w 1915 roku zapachy: korzenny, kwietny, owocowy, żywiczny, przypalony i gnilny[18]. Jednoznacznego potwierdzenia hipotezy nie uzyskano[19][17][16].
W latach 1960-1980 bardzo popularna była kolejna hipoteza, dotyczące zapachów podstawowych - w dużo mniejszym stopniu oparta na subiektywnych ocenach podobieństwa zapachu. System Johna Amoore'a i Roberta Moncrieffa[20] jest znany jako teoria stereochemiczna Amoore'a.
Na podstawie przeglądu piśmiennictwa Amoore wykazał, że istnieje siedem najczęściej używanych określeń zapachu czystych związków chemicznych: zapach kamforowy, piżmowy, kwiatowy, miętowy, eteryczny, ostry i gnilny. Stwierdził, że w tak wyodrębnionych grupach znalazły się związki, których modele kulowe mają podobny kształt, uznał więc, że istnieje siedem różnych receptorów zapachów podstawowych, w których znajdują się "gniazdka" o odpowiednim kształcie (model klucza i zamka).
Obecnie wiadomo, że problem percepcji zapachu jest znacznie bardziej skomplikowany. W nabłonku węchowym człowieka znajduje się około 300 różnych białek receptorowych, przy czym nie reagują nie są one selektywne (na obecność jednego związku reaguje nie jeden, lecz kilka lub więcej różnych receptorów (
Linda B. Buck
,
Richard Axel
, Nagroda Nobla 2004). Próby klasyfikacji zapachów, oparte na hipotezie "zapachów podstawowych", zostały zarzucone.
Klasyfikacje zapachów, stosowane w praktyce
Podstawą stosowanych w praktyce systemów klasyfikowania zapachów i substancji zapachowych są wyniki: - oznaczeń
lotności
substancji (prężności par w ustalonej temperaturze), - ocen intensywności zapachu w określonych warunkach (np. z użyciem skal punktowych 10-stopniowych), - ocen podobieństwa rodzaju zapachu do określonych wzorców (np. najbliższe skojarzenie z zapachem naturalnym).
W przemyśle spożywczym wyodrębnia się "słodkie", "kwaśne" i "słone" (nawiązanie do systemu klasyfikacji Arystotelesa). Przykładami grup "słodkich" są karmelowa, miodowa, cytrusowa, maślana. Większą liczbę grup i podgrup stosuje się oceniając jakość win z użyciem "The_Aroma_Wheel"[21]. Analogiczne "koła zapachów" są używane w przemyśle kosmetycznym. Nazwy zapachów nazwy wywodzą się zwykle z nazw ziół i kwiatów, z którymi kojarzą się najbardziej, na przykład grupa "różana", czy grupa "jaśminowa". Istnieją też katalogi związków posiadających intensywny zapach, ale zakazanych ze względu na
toksyczność
, silne
alergizowanie
lub
rakotwórczość
. Dla przykładu - w większości krajów świata jest zakazane stosowanie tanich i silnie pachnących
estrów
kwasu octowego i masłowego.
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
| |
gruby | ... | A | B | ... | ... | ... | ... | cienki |
cichy | ... | A | ... | B | ... | ... | ... | głośny |
szorstki | A | ... | ... | ... | ... | ... | B | gładki |
stary | ... | ... | ... | B | A | ... | ... | młody |
ciężki | ... | B | ... | A | ... | ... | ... | lekki |
Hedoniczna jakość zapachu
Najczęściej stosowane metody określania, w jakim stopniu dany zapach jest przyjemny lub nieprzyjemny, polegają na stosowaniu skal punktowych, graficznych lub skal wzorców. Stosowane są metody konsumenckie i eksperckie.
Badania konsumenckie muszą obejmować duże grupy ludzi, ponieważ odczuwane emocje są wybitnie subiektywne (związane czynnikami genetycznymi, osobistymi doświadczeniami życiowymi, zdrowiem, dietą itp). Badania eksperckie są wykonywane różnymi metodami "profilowania jakości zapachu". Przykład takiej skali zamieszczono obok. Jest to fragment dużej tabeli, zawierającej liczne skrajne określenia cech różnych bodźców/próbek. Niektóre z nich nie są - w normalnych sytuacjach życiowych - stosowane w odniesieniu do zapachu[11]. Symbole A i B oznaczają zapachy (badane próbki zapachowe), których profile są porównywane.
Struktura cząsteczek a zapach
Związek między strukturą cząsteczek odorantów a ich zapachem – rodzajem i intensywnością wrażenia przy określonym stężeniu – nie jest do końca wyjaśniony, mimo wieloletnich badań[22]. Określenie zależności zapachu od struktury utrudniają liczne czynniki, np. takie jak:
- bardzo duże zróżnicowanie wrażliwości węchu w populacji (duża rola czynników genetycznych i kulturowych)[1].
- duże zmiany indywidualnej wrażliwości węchu w czasie, np. wskutek zmęczenia, stresu lub
adaptacji
do zanieczyszczonego powietrza[5],
- niezupełna jednoznaczność określeń intensywności i rodzaju zapachu, używanych przez różnych ludzi (nawet fachowców - perfumiarzy)[23],
- brak pewności, czy wrażenie węchowe wywołuje badany związek, czy też jego śladowe zanieczyszczenia (o stężeniach mniejszych od granicy detekcji instrumentalnej).
Aldehyd benzoesowy (benzaldehyd) - zapach migdałowy
Za częściowo potwierdzone można uważać stwierdzenia, że związki należące do tych samych grup zapachowych wykazują pewne podobieństwa w budowie chemicznej, dzięki czemu istnieje pewna możliwość przewidywania zapachu na podstawie struktury. Nie jest to wciąż wiedza na tyle pewna, aby było możliwe stosowanie inżynierii molekularnej do "projektowania" zapachów. Wiadomo na przykład, że większość związków z grupy "rybiej" to
aminy
drugorzędowe, takie jak
dimetyloamina
CH3-NH-CH3. Wiadomo jednak również, że ze wzrostem stężenia
trimetyloaminy
jej wyraźny "rybi" zapach staje się podobny do ostrego zapachu
amoniaku
. Spore podobieństwa wykazują związki z grupy "miętowej" (prawie wszystkie są pochodnymi benzaldehydu), ale przykładowo w grupie "różanej", i ogólnie wszystkich innych grupach "kwiatowych", brak jest prostej korelacji między zapachem i strukturą chemiczną.
Wyjaśnienia wymaga wciąż problem zapachu
izomerów optycznych
(
enancjomerów
) - związków o strukturze niemal identycznej (takie same grupy funkcyjne, wzór strukturalny, widma absorpcji promieniowania). Struktury cząsteczek tych związków są wzajemnym zwierciadlanym odbiciem (
izomeria konformacyjna
). Mimo wielkiego podobieństwa struktury zapach takich izomerów nie jest jednakowy. Różne są też wartości progów węchowej wyczuwalności. Znane przykłady tego rodzaju par izomerów, to izomery
karwonu
lub galaksolidu. Na stronie internetowej Leffingwell&Associates zamieszczono liczne inne przykłady, ilustrowane modelami 3D cząsteczek[24]. Olbrzymia większość związków zapachowych stosowanych w przemyśle, to stosunkowo proste
związki organiczne
. Najliczniejszą ich grupę stanowią alkohole
alifatyczne
i
aromatyczne
oraz
Aldehydy
i
Ketony
aromatyczno-alifatyczne. Znacznie mniej liczna ich grupa to
estry
kwasów aromatycznych i
etery
.
Przykładem masowo stosowanych związków zapachowych są:
- alkohol 2-fenylopropionowy (zapach maślany)
-
geraniol
(zapach
geranium
)
- citronelol (zapach z grupy cytrusowej)
Geraniol – zapach geranium
-
mentol
(zapach
miętowy
)
- aldehyd 2-fenylopropionowy (zapach różany)
-
wanilina
(zapach waniliowy)
-
benzaldehyd
(zapach z grupy miętowej)
-
acetofenon
(zapach z grupy miodowej
Zasadniczo alkohole mają zapach z tzw. nuty świeżej (patrz
perfumy
), aldehydy - z nuty średniej, zaś ketony to zazwyczaj składniki nuty bazowej – choć od tych reguł istnieją liczne wyjątki.
Wbrew rozpowszechnionym sądom, w przemyśle stosunkowo rzadko stosuje się
estry
, a jeśli już, to raczej estry kwasów aromatycznych – a nie alifatycznych – ze względu na to, że estry łatwo ulegają rozkładowi w kontakcie z wilgocią skóry ciała, generując nieprzyjemnie pachnące kwasy alifatyczne.
Zapachy w przemyśle
Liczba substancji zapachowych jest bardzo duża
Wiele związków chemicznych cechuje silny zapach, który odczuwa olbrzymia większość ludzi. Często wystarczają ich stężenia na poziomie kilku
ppm
, aby były one wyczuwalne dla człowieka. W niektórych przypadkach wystarczające są stężenia nawet ponad tysiąckrotnie mniejsze[11].
Tego rodzaju związki są masowo stosowane w przemyśle spożywczym, środków czystości i przede wszystkim kosmetycznym (zwłaszcza w branży perfumeryjnej) – służą one do nadawania przyjemnego zapachu takim produktom, jak
proszki do prania
,
mydła
,
kremy
oraz do produkcji
perfum
i
wód toaletowych
.
Ze względu na komercyjne znaczenie tych związków prowadzi się na całym świecie szeroko zakrojone ich poszukiwania. Wciąż nowe są wprowadzane na rynek. Podstawowym i pierwotnym źródłem tego rodzaju substancji są ekstrakty z roślin i zwierząt (w mniejszym stopniu), tzw.
olejki zapachowe
(naturalne). Są one rozdzielane na poszczególne związki, spośród których wybiera się te, które prawdopodobnie decydują o zapachu mieszaniny. Związki te są następnie klasyfikowane i katalogowane. W czasie takich badań są stosowane chromatografy gazowe z przystawką do węchowych -
olfaktometrycznych
- ocen zapachu poszczególnych eluatów[25].
Zapachy niepożądane ("odory")
Odoranty
Zapachy niepożądane dla człowieka są to najczęściej zapachy określane jako nieprzyjemne (smród, fetor, odór). Mogą to być także zapachy przyjemne, lecz obce w danym środowisku. Zapachy niepożądane bywają określane nazwą odory[11].
Przyczyną zapachowej uciążliwości są zwykle wieloskładnikowe mieszaniny
zanieczyszczeń powietrza
odorantów i związków bezwonnych). Są to mieszaniny
związków chemicznych
, które znacznie się różnią rodzajem zapachu, wysokością progu węchowej wyczuwalności, szybkością zmian intensywności zapachu wraz ze zmianami stężenia itp. Szczególnie intensywny nieprzyjemny zapach wykazują np.
siarkowodór
,
DMS
i inne
sulfidy
,
tiole
i inne
związki siarkoorganiczne
,
aminy
,
alkohole
,
aldehydy
,
ketony
,
estry
i
kwasy tłuszczowe
.
Chemicy identyfikują zwykle tylko część składników mieszaniny zanieczyszczeń, przy czym nie jest możliwe wykazanie, że ta część decyduje o zapachu zanieczyszczonego powietrza. Interpretację wyników
analizy chemicznej
– jakościowej i ilościowej – utrudnia brak wiedzy o zależności
wrażeń
zmysłowych od
bodźców
(
psychofizjologia
,
psychofizyka
).
Metody pomiarów
Problemy, związane z uciążliwością zapachową są analizowane z użyciem technik olfaktometrycznych (dział
analizy sensorycznej
[26]). Można tu wyodrębnić:
- techniki ocen subiektywnych:
- skalowanie uciążliwości zapachu,
- skalowanie intensywności zapachu,
- skalowanie jakości hedonicznej,
- techniki obiektywnego i ilościowego oznaczania zapachowego stężenia zanieczyszczeń (wszystkich odorantów łącznie).
Wyniki obliczeń częstości występowania stężenia > 1ouE/m3 w skali roku (przykład). Uciążliwość zapachowa odpowiadająca częstości 2-3% jest zwykle akceptowana.
Zgodnie z normą EN13725:2003 (PN-EN13725:2007) stężenie odorantów w powietrzu lub w odlotowych gazach przemysłowych (
stężenie zapachowe
, cod) wyraża się w
europejskich jednostkach zapachowych
w metrze sześciennym (ouE/m3). Pomiary olfaktometryczne wykonuje się z użyciem
olfaktometrów
dynamicznych, w których strumień próbki jest mieszany ze strumieniem czystego powietrza. Rolę czujnika aparatu pomiarowego (detektora) odgrywa zespół ludzi, którzy spełniają określone w normie kryteria wrażliwości węchowej. Liczbową miarą stężenia zapachowego jest taki stopień rozcieńczenia próbki, po którym jest osiągany zespołowy próg wyczuwalności zapachu (cod,th = 1 ouE/m3).
Stopień zapachowej uciążliwości i "standardy zapachowe"
Za miarę uciążliwości zapachowej w otoczeniu źródła odorantów jest uznawana odniesiona do skali roku częstość występowania zapachu rozpoznawalnego, słabego lub wyraźnego. Akceptowalna częstość takich incydentów zależy od tego, jak bardzo nieprzyjemny jest zapach. Zostało to uwzględnione w projekcie dyrektywy IPPC H4[27]. Opierając się na wynikach długofalowych badań hedonicznej jakości zapachów, charakterystycznych dla różnych rodzajów działalności gospodarczej, wyodrębniono trzy grupy źródeł o różnej potencjalnej uciążliwości, dla których zasugerowano różne „granice akceptowalności”, po których przekroczeniu powinny być wydawane administracyjne decyzje, zobowiązujące np. do zmniejszenia uciążliwej produkcji lub zainstalowania bardziej skutecznych instalacji dezodoryzujących.
Podano poziomy stężenia zapachowego, które nie powinny być przekraczane częściej niż przez 2% czasu roku:
- w odniesieniu do zakładów potencjalnie najbardziej uciążliwych: 1,5 ouE/m3,
- w odniesieniu do zakładów potencjalnie średnio uciążliwych: 3 ouE/m3,
- w odniesieniu do zakładów potencjalnie mało uciążliwych: 6 ouE/m3.
Wydanie odpowiednich polskich przepisów, określających poziomy odniesienia dla stężenia zapachowego, mieści się w zakresie kompetencji Ministra Środowiska, w porozumieniu z Ministrem Zdrowia[28][29].
Zobacz też
Przypisy
- ↑ 1,0 1,1 JE. Amoore, E. Hautala. Odor as an ald to chemical safety: Odor thresholds compared with threshold limit values and volatilities for 214 industrial chemicals in air and water dilution. „J Appl Toxicol”. 3 (6), ss. 272-90 (Dec 1983).
doi:10.1002/jat.2550030603
.
PMID 6376602
.
- ↑ Polski Komitet Normalizacyjny, NKP 280:
Jakość powietrza. Oznaczanie stężenia zapachowego metodą olfaktometrii dynamicznej
(
pol.
). PKN Warszawa, 2007. [dostęp 2010-09-15].
- ↑
E-Szkoła olfaktometrii - Japoński test trójkątowy
. Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie. [dostęp 2010-09-21].
- ↑ H. Ueno, S. Amano, B. Merecka, J. Kośmider.
Difference in the odor concentrations measured by the triangle odor bag method and dynamic olfactometry
. „Water Science & Technology”. 59 (7), ss. 1339-1342 (2009) (
ang.
).
- ↑ 5,0 5,1 5,2 J. Kośmider. Adaptacja węchowa – czynnik ograniczający ostrzegawczą rolę zapachu. „Medycyna Pracy”. 4 (3), ss. 148-153 (1990) (
pol.
).
- ↑ Zhihua Zou, Linda B. Buck.
Combinatorial effects of odorant mixes in olfactory cortex.
. „Science”. 311, ss. 1477-81 (2006) (
ang.
).
- ↑ B. Berglund, M.J. Olsson. A theoretical and empirical evaluation of perceptual and psychphisical models for odor-intensity interaction. [Stockholm University „Reports from Departament of Psychology”]. 764 (1993) (
ang.
).
- ↑ J. Kośmider. Model analizatora intensywności zapachu. „Archiwum Ochrony Środowiska”. 29 (3), ss. 17-30 (2003) (
pol.
).
- ↑ D.T. Hill, C.L. Barth. Quantitative Prediction of Odor Intensity. „Trans. of ASAE”. 19 (5), ss. 939-944 (1976) (
ang.
).
- ↑ 10,0 10,1 10,2 J. Kośmider, M. Zamelczyk-Pajewska, B. Wyszyński. Odour of mixtures of cyclohexane and cyclohexanone. „Archiwum Ochrony Środowiska”. 28 (2), ss. 29-43 (2002) (
ang.
).
- ↑ 11,0 11,1 11,2 11,3 11,4 Joanna Kośmider, Barbara Mazur-Chrzanowska, Bartosz Wyszyński: Odory. Wyd. 1. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2002. . (
pol.
)
- ↑ J. Kośmider, Wyszyński. Relationship between odour intensity and odorant concentration: logarithmic or power equation. „Archiwum Ochrony Środowiska”. 28 (1), ss. 29-41 (2002) (
ang.
).
- ↑ J. Kośmider, M. Sosialuk. Zależność intensywności zapachu od stężenia odorantów. „Archiwum Ochrony Środowiska”. 30 (2), ss. 3-16 (2004) (
pol.
).
- ↑ J. Kośmider, M. Sosialuk, B. Krajewska. Odour Intensity Close to Detection Threshold. „Archiwum Ochrony Środowiska”. 31 (2), ss. 3-14 (2005) (
ang.
).
- ↑ B. Berglund, M.J. Olsson. A theoretical and empirical evaluation of perceptual and psychphisical models for odor-intensity interaction. [Stockholm University „Reports from Departament of Psychology”]. 764 (1993) (
ang.
).
- ↑ 16,0 16,1 Amir Madany Mamlouk:
Approaches for Mapping the Odor Space
(
ang.
). W: dyplom [on-line]. www.inb.uni-luebeck.de, 2002-07-03. [dostęp 2010-09-18].
- ↑ 17,0 17,1 W. S Cain, E. C. Carterette, M. P. Friedmann. History of research on smell. „Handbook of Perception”. VIA. Tasting and Smelling, ss. 197-243 (1978) (
ang.
).
- ↑ H Henning: Der Geruch. Leipzig: Barth, 1916. (
niem.
)
- ↑ Veit Roessner, Aribert Rothenberger and Patricia Duchamp-Viret. And what about basic odors?. „Behavioral and Brain Sciences”. 31, ss. 87-88 (2008). Cambridge University Press.
doi:10.1017/S0140525X08003488
.
- ↑ JE. Amoore. Stereochemical Theory of Olfaction.. „Nature”. 199, ss. 912-913 (1963).
doi:10.1038/199912b0
.
PMID 14079907
.
- ↑
The Aroma Wheel
(
ang.
). en.wikipedia.org. [dostęp 2010-10-12].
- ↑ I. Siemion. Zależność między zapachem i smakiem związków organicznych i ich budową. „Wiadomości chemiczne”. 28, ss. 461-478 (1974) (
pol.
).
- ↑ W. Brud. Word Versus Odourous How Perfumers Communicate. „Perfumer-Flavorist”. 11, ss. 27-44 (1986) (
ang.
).
- ↑ John C. Leffingwell:
Smell (Olfaction)
(
ang.
). Leffingwell&Associates 2001-2002. [dostęp 2010-09-07].
- ↑ Hua Liu, Wei Jia, Jingsong Zhang, Yingjie Pan.
GC-MS and GC-olfactometry analysis of aroma compounds extracted from culture fluids of Antrodia camphorata
. „World Journal of Microbiology and Biotechnology”. 24 (8), ss. 1599-1602 (2008) (
ang.
).
- ↑ Nina Baryłko-Pikielna: Zarys analizy sensorycznej żywności. Wyd. 1. Warszawa: Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, 1975.
- ↑
Technical Guidance Note IP PC H4. Integrated Pollution Prevention and Control (IPPC). Horizontal Guidance for Odour
(
ang.
). Environment Agency, 2002. [dostęp 2010-08-19].
- ↑ Prawo ochrony środowiska, art. 222.
Dz. U. z 2008 r. Nr 25, poz. 150
"
- ↑ Joanna Kośmider. Projektowane standardy zapachowej jakości powietrza i możliwości oceny skutków wprowadzenia regulacji. „Ochrona powietrza i problemy odpadów”. 39 (3), ss. 77-82 (2005).
Linki zewnętrzne