Prawa psychofizyczne w olfaktometrii

Prawa psychofizyczne w olfaktometrii – prawa dotyczące zależności siły (intensywności) odczuwanego zapachu od stężenia odorantów w powietrzu, wynikające z ogólnych praw psychofizycznych.

Ogólnymi prawami psychofizycznymi są nazywane prawa dotyczące zależności siły (intensywności) różnego rodzaju odczuwanych wrażeń zmysłowych od wielkości bodźców, które te wrażenia wywołują. Są stosowane zależności, znane jako:

• logarytmiczne prawo Webera-Fechnera (1860)^[1], wyrażane równaniem:

${\displaystyle w=k\cdot \ln {\frac {B}{B_{0}}},}$

gdzie:

${\displaystyle w}$ – reakcja układu biologicznego (wrażenie zmysłowe),

${\displaystyle B}$ – natężenie bodźca,

${\displaystyle B_{0}}$ – wartość początkowa natężenia bodźca (próg percepcji),

${\displaystyle \ln }$ – logarytm naturalny;

• potęgowe prawo Stevensa (1957)^[2], wyrażane równaniem:

${\displaystyle \Psi (I)=k\cdot I^{a},}$

gdzie:

${\displaystyle I}$ – wielkość bodźca wywołującego wrażenie,

${\displaystyle \Psi (I)}$ – psychofizyczna funkcja, opisująca zależność subiektywnie odbieranej siły wrażenia od wielkości bodźca,

${\displaystyle a}$ – wykładnik potęgowy, różny dla różnych zmysłów,

${\displaystyle k}$ – współczynnik proporcjonalności, zależny od rodzaju bodźców i stosowanych jednostek miar.

Od chwili opublikowania w 1957 roku wyników badań Stevensa, nie rozstrzygnięto, które z równań lepiej opisuje zależność siły wrażenia od wielkości bodźca. W zakresie wrażeń o średniej sile obie funkcje mają podobny przebieg (różnice trudno jednoznacznie wykazać ze względu na niewielką precyzję ocen siły wrażenia). W zakresie bodźców bardzo małych różnica jest istotna. Zgodnie z prawem Stevensa wrażenie przestaje być wyczuwalne, gdy wielkość bodźca zmierza do zera. Według prawa Webera-Fechnera wrażenie nie jest odbierane, gdy bodziec jest słabszy od określonej wartości progu percepcji.

W dziedzinie olfaktometrii jest akceptowane stosowanie obu praw psychofizycznych, co wyrażono w normie europejskiej PN-EN 13725:2007^[3].

Symbole zgodne z normą zestawiono w tabeli z innymi oznaczeniami, stosowanymi w różnych obszarach psychofizyki oraz w olfaktometrii – przed ustanowieniem normy^{[1][2][3][4][5]}.

Symbole stosowane w równaniach wyrażających prawa psychofizyczne

Ogólne prawa psychofizyczne	Prawo Webera-Fechnera[1]	Prawo Stevensa[2]	Olfaktometria	Prawo Webera-Fechnera	Prawo Stevensa
Bodziec (Stimulus)	${\displaystyle B}$[1], ${\displaystyle S}$[4], ${\displaystyle I}$[3]	${\displaystyle I}$[2], ${\displaystyle \Phi }$[4]	Stężenie odoranta	${\displaystyle S}$[5], ${\displaystyle c}$[3]	${\displaystyle S}$[5], ${\displaystyle c}$[3]
Reakcja (Response)	${\displaystyle w}$[1], ${\displaystyle R}$	${\displaystyle \Psi (I)}$[2], ${\displaystyle \varphi }$[4]	Intensywność zapachu	${\displaystyle I}$[5], ${\displaystyle S}$[3]	${\displaystyle I}$[5], ${\displaystyle S}$[3]
1. stała empiryczna	${\displaystyle B_{0}}$[1], ${\displaystyle S_{0}}$[5], ${\displaystyle I_{0}}$[3]	${\displaystyle a,}$ ${\displaystyle n}$	1. stała empiryczna	${\displaystyle S_{PWW}}$[5], ${\displaystyle c_{th}}$[3], ITE[3]	${\displaystyle n}$
2. stała empiryczna	${\displaystyle \mathrm {k} }$	${\displaystyle \mathrm {k} }$	2. stała empiryczna	${\displaystyle \mathrm {k_{W}} }$	k

Odniesione do badań olfaktometrycznych ogólne prawa psychofizyczne wyraża się zgodnie z normą jako:

• prawo Webera-Fechnera:

${\displaystyle S=k_{W}\cdot \log(c:c_{th})}$

• Prawo Stevensa:

${\displaystyle S=k\cdot \log c_{n}}$

Przebieg obu funkcji S = f (c) jest bardzo podobny, zwłaszcza w tym zakresie, w którym wrażenia są już wyraźne, ale jeszcze niezbyt mocne. Przez chmurę punktów doświadczalnych na wykresach (naturalny rozrzut wyników ocen intensywności zapachu jest duży) można przeprowadzić zarówno krzywą logarytmiczną, jak potęgową. W obu przypadkach uzyskuje się podobne współczynniki korelacji, co uniemożliwia stwierdzenie, które z praw jest lepiej spełniane. Nie wyklucza się, że zależność intensywności zapachu różnych związków, a zwłaszcza mieszanin odorantów, od ich stężenia w powietrzu powinna być opisywana z użyciem bardziej złożonych funkcji nieliniowych, które są poszukiwane^[6][7][8].

W praktyce laboratoryjnej (olfaktometria i inne techniki analiz sensorycznych) powszechnie akceptowane jest logarytmiczne prawo Webera-Fechnera. Na jego podstawie opracowano procedury przygotowywania skal wzorców intensywności zapachu i serii rozcieńczeń próbek zanieczyszczonych gazów w celu oznaczenia stężenia zapachowego.