電子鼻檢測蜂箱甲酸濃度的可行性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)
瓦螨是西方蜜蜂最主要寄生蟲，不防治會(huì)導(dǎo)致蜂群 2–3 年內(nèi)覆滅；甲酸（FA）是養(yǎng)蜂業(yè)主流除螨藥劑，可穿透蜂蛹封蓋殺滅各階段瓦螨，不易產(chǎn)生螨類耐藥性、蜂產(chǎn)品殘留風(fēng)險(xiǎn)低。
但甲酸治療安全區(qū)間極窄，除螨效果與蜂群損傷受溫濕度、蜂群規(guī)模、甲酸濃度、蜂箱結(jié)構(gòu)等多重環(huán)境因素影響；現(xiàn)有手段無法實(shí)時(shí)監(jiān)測蜂箱內(nèi)甲酸實(shí)際濃度，且箱內(nèi)甲酸濃度遠(yuǎn)高于職業(yè)安全限值（MAK 值 9.5 mg/m3），常規(guī)檢測設(shè)備量程不足。
本研究以Airsense電子鼻（金屬氧化物氣體傳感器陣列）為基礎(chǔ)，驗(yàn)證其能否檢測蜂箱高濃度甲酸，最終目標(biāo)開發(fā)可用于養(yǎng)蜂實(shí)操與科研的低成本甲酸實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備。

實(shí)驗(yàn)儀器

采用 Airsense電子鼻，有10種傳感器，均為金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器，每種傳感器所對(duì)應(yīng)的主要敏感物質(zhì)有所不同。

兩套測試體系

01、PMMA 標(biāo)準(zhǔn)密閉測試箱
（可控模擬環(huán)境）

1.9L 有機(jī)玻璃腔體，通入加濕合成空氣，設(shè)置 25℃/35℃兩種溫度、多檔氣體流速；放置 0%–100% 梯度甲酸水溶液揮發(fā)產(chǎn)生甲酸蒸氣，每組濃度重復(fù) 3 次檢測，用于驗(yàn)證電子鼻能否區(qū)分不同甲酸濃度。

02、雙層實(shí)養(yǎng) Segeberger 聚苯乙烯蜂箱（貼近真實(shí)養(yǎng)蜂場景）

箱體每層放置 8 張蜜脾，使用甲酸蒸發(fā)器施加 60% 甲酸；箱體開設(shè) 4 個(gè)采樣點(diǎn)（上層 3 處、下層 1 處），分別在 1/2/3/4/24h 采樣，模擬甲酸熏蒸全過程，在通風(fēng)櫥內(nèi)開展避免污染。

理論濃度推算

基于連續(xù)反應(yīng)器物料平衡微分方程，計(jì)算蜂箱內(nèi)甲酸平衡濃度：
蒸發(fā)器每日甲酸揮發(fā)速率約 11.1 g/d；
蜂箱自由容積 35.2 L；
換氣速率 0.5–5 h?1 時(shí)，箱內(nèi)甲酸平衡濃度區(qū)間2620–26200 mg/m3，遠(yuǎn)超職業(yè)安全閾值 9.5 mg/m3；
甲酸熏蒸 12 天內(nèi)濃度維持穩(wěn)定，停藥后快速下降。

核心實(shí)驗(yàn)結(jié)果

01、傳感器響應(yīng)規(guī)律

兩套實(shí)驗(yàn)體系均證明：1、6、7、8、9 號(hào)傳感器對(duì)甲酸敏感度顯著提升，6、8、9 號(hào)信號(hào)幅值最大；甲酸水溶液濃度越高、熏蒸時(shí)間越久，傳感器 R/R?比值越高，信號(hào)與甲酸濃度呈明顯正相關(guān)。

02、多元統(tǒng)計(jì)區(qū)分效果

采用主成分分析 PCA、線性判別分析 LDA 處理傳感器穩(wěn)態(tài)信號(hào)：
PCA 第一主成分 PC1 可解釋 99.3% 數(shù)據(jù)差異，與甲酸濃度高度綁定；
LDA 第一判別軸 LD1 解釋 94.2% 方差，可清晰分離 0%–100% 全部甲酸梯度樣本，不同濃度甲酸圖譜無重疊。

03、結(jié)論

Airsense電子鼻可識(shí)別蜂箱熏蒸場景下高濃度甲酸蒸氣，為研發(fā)蜂箱甲酸快速監(jiān)測設(shè)備提供理論與試驗(yàn)依據(jù)，既能支撐蜜蜂病蟲害防控相關(guān)科研，也能幫助養(yǎng)蜂人實(shí)時(shí)把控熏蒸濃度，兼顧除螨效果與蜂群安全。