本发明专利技术提供了用于识别和定量分析气体介质中的未知有机化合物的方法。更具体地讲，所述方法提供了联接到具有蜂窝状构型的稀释通道气体入口(105)的气体传感器阵列(120a、120b、120c、120d)。所述阵列中的每个传感器(120a、120b、120c、120d)接收连续稀释之后的所述测试气体。通过将每个传感器的所述响应与其相关的稀释物关联来识别检测气体。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术广义地涉及识别和定量气体介质中的未知有机化合物的方法。
技术介绍
检测各种环境中的挥发性有机化合物(VOC)是许多应用关注的焦点。此类环境的例子包括住宅区、商业区，尤其是其中可能存在空气传播的有机化合物的制造区。虽然已经设计了用于分析此类有机化合物的各种方法，但当前可用的能够识别和定量低水平的空气传播的有机化合物的技术(如，质谱)通常较为昂贵，通常体积较为庞大，并且可能需要频繁的校准和维护。
技术实现思路
在一个方面，本专利技术提供了检测第一气体介质中的未知有机化合物的方法，该方法包括:提供第一传感器元件，所述第一传感器元件包括第一外层、第二外层和检测层，该检测层包括设置在第一外层和第二外层之间的微孔材料，其中第一外层或第二外层中的至少一者可被未知有机化合物渗透，其中未知有机化合物具有未知的化学性质，其中第一传感器元件在第二气体介质中在固定温度下(T。)相对于物理参数具有第一基线响应(R1。)，并且其中第二气体介质基本上与第一气体介质等同；提供第二传感器元件，所述第二传感器元件基本上与第一传感器元件相同，其中第二传感器元件在第三气体介质中在存在未知有机化合物的情况下在T。下相对于物理参数具有第二基线响应(R2。)，其中第三气体介质基本上与第一气体介质等同；提供参考资料库，所述参考资料库包括多个参考归一化响应相关性，其中每个参考归一化响应相关性对应于具有相应不同的化学性质的不同的已知参考有机化合物，其中每个参考归一化响应相关性使用基本上与第一传感器兀件相同的相应参考传感器兀件来测定，其中每个参考归一化响应相关性将相应的已知参考有机化合物的相应可变浓度(Crefvar)与相应的量相关(Rrefvar-Rref0)/Rref0其中，Rrefvar是相应的参考传感器元件在T。下在相应的已知参考有机化合物的相应可变浓度Clrrfra下在相应的第四气体介质中相对于物理参数的响应，其中第四气体介质基本上与第一气体介质等同，并且其中每个对应参考传感器元件的irf。对应于在T。下第四气体介质中的基线响应；获得环境样品，所述环境样品包含第一气体介质和未知有机化合物，其中未知有机化合物以环境浓度(Camb)存在于环境样品中；由环境样品制备第一分析样品，其中第一分析样品在第五气体介质中包含第一浓度(C1)的未知有机化合物，第五气体介质基本上与第一气体介质等同，其中C1相对于Camb是已知的；由环境样品制备第二分析样品，其中第二分析样品在第六气体介质中包含第二浓度(C2)的未知有机化合物，第六气体介质基本上与第一气体介质等同，其中C2相对于Camb是已知的，其中C1和C2是不同的，并且其中C1和C2均不为零；将第一传感器兀件暴露于第一分析样品,在T。下测量第一传感器兀件相对于物理参数的第一响应(R1)，并获得第一归一化响应R1norm = (R1-R10)ZR10;将第二传感器元件暴露于第二分析样品，在T。下测量第二传感器元件相对于物理参数的第二响应(R2)，并获得第二归一化响应R2norm = (R2-R20)/R2。；以及将包含C1下的R1nm^P C2下的R2nmi的数据集与参考资料库中的多个参考归一化响应相关性进行比较；从参考资料库中的多个参考归一化响应相关性中选择与数据集最匹配的匹配归一化响应相关性；以及指定与未知有机化合物的匹配归一化响应相关性相对应的已知参考有机化合物的化学性质；以及通过测定与归一化响应值(等于匹配归一化响应相关性的R1mJ相关的参考浓度Crefffl来测定Camb，然后使σ'乘以等于CamlZC1的已知系数。 在一些实施例中，第一外层设置在基底上。在一些实施例中，第一气体介质包括空气。在一些实施例中，第一外层和第二外层能导电，检测层是电介质，并且物理参数包括第一传感器元件的电容。在一些实施例中，其中第一外层为半反射的，第二外层为至少部分反射的，检测层具有光传输性质，并且物理参数包括入射到第一外层上的反射光的波长偏移。在一些实施例中，Τ。在40°C至80°C的范围内。在一些实施例中，微孔材料包括固有微孔性的有机聚合物。在一些实施例中，固有微孔性的有机聚合物包含具有由刚性连接基连接的大致平面的基团的高分子，刚性连接基具有扭曲点，使得与刚性连接基中的每一个相邻的大致平面的基团保持为非共面取向。在一些实施例中，Cafflb和C1是相同的。[0021 ] 在一些实施例中，该方法还包括:由环境样品制备第三分析样品，其中第三分析样品在第七气体介质中包含第三浓度(C3)的未知有机化合物，第七气体介质基本上与第一气体介质等同，其中C3相对于Camb是已知的，其中数据集还包括第三分析样品中未知有机化合物的浓度为C3的R3nmi，其中R3nmi是通过以下方式获得的:将第三传感器元件暴露于第三分析样品，在T。下相对于物理参数测定第三传感器元件对第三分析样品的第三响应(R3)，以及获得第三归一化响应R3nmi =(R3-!?3。)/!?3。，其中第三传感器元件基本上与第一传感器元件相同，其中第三传感器元件在T0时在第七气体介质中相对于物理参数具有第三基线响应(R3。)，其中C3不同于C1和C2,并且其中C3不为零。有利地，采用相对简单和价廉的感测设备(如，与质谱仪相比)、根据本专利技术的方法可易于识别(如，由单个样品)气体介质(例如，其中可存在与所采用的工艺和/或材料相关的有机化合物的工作环境中的环境空气)中未知有机化合物的种类和浓度(从一系列已知参考有机化合物中)。如本文所用:术语“基线响应”是指传感器元件在不存在任何有机化合物的气体介质中的响应；术语“有机聚合物”是指包含与碳和氢原子键合的碳原子，并且可包含其他原子(如，N、S和O)的聚合物；根据对【具体实施方式】以及所附权利要求书的考虑，将进一步理解本专利技术的特征和优点。【附图说明】图1是适用于本专利技术的一个实施例的操作的示例性设备100的示意性分解剖面透视图。图2A-2D是图1中各个传感器元件120a、120b、120c、120d的示意性侧视图。图3是适用于本专利技术的一个实施例的操作的示例性设备300的示意性剖面透视图。图4A-4D是图3中各个传感器元件320a、320b、320c、320d的示意图。图5是实例I中使用的参考资料库的图形表示。图6是实例I中的未知有机化合物的示例性蒸气响应曲线。尽管以上指示的附图示出了本专利技术的若干实施例，但例如如讨论中所述，还可以想到其它的实施例。在所有情况下，本专利技术都以示例性而非限制性方式展示。应当理解，本领域的技术人员可以设计出许多其他修改形式和实施例，这些修改形式和实施例也在本专利技术的原理的范围和精神内。附图可能未按比例绘制。在所有附图中，相同参考标号可以用来表示相同部件。【具体实施方式】一般来讲，根据本专利技术的方法对于以可检测水平存在于环境样品中具有足够的蒸气压力的有机化合物通常是有效的。在一些情况下，有机化合物可以气溶胶形式存在。可用于实践本专利技术的示例性有机化合物(如，未知有机化合物或已知参考有机化合物)包括脂肪烃(如，丙烷、丁烷、己烷、丙烯、辛烷、右旋柠檬烯、环己烯和环己烷)、芳香烃(苯、甲苯、苯乙烯、二甲苯、氯苯和萘)、含氟有机化合物(如，氢氟烃、氢氟醚和氯氟烃)、酮类(如，丙酮和甲乙酮)、腈类(如，乙腈和本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种检测第一气体介质中的未知有机化合物的方法，所述方法包括：提供第一传感器元件，所述第一传感器元件包括第一外层、第二外层和检测层，所述检测层包括设置在所述第一外层和所述第二外层之间的微孔材料，其中所述第一外层或所述第二外层中的至少一者可被所述未知有机化合物渗透，其中所述未知有机化合物具有未知的化学性质，其中所述第一传感器元件在第二气体介质中在固定温度下(To)相对于物理参数具有第一基线响应(R1o)，并且其中所述第二气体介质基本上与所述第一气体介质等同；提供第二传感器元件，所述第二传感器元件基本上与所述第一传感器元件相同，其中所述第二传感器元件在第三气体介质中在存在所述未知有机化合物的情况下在To下相对于所述物理参数具有第二基线响应(R2o)，其中所述第三气体介质基本上与所述第一气体介质等同；提供参考资料库，所述参考资料库包括多个参考归一化响应相关性，其中每个参考归一化响应相关性对应于具有相应不同的化学性质的不同的已知参考有机化合物，其中每个参考归一化响应相关性使用基本上与所述第一传感器元件相同的相应参考传感器元件来测定，其中每个参考归一化响应相关性将相应的已知参考有机化合物的相应可变浓度(Crefvar)与相应的量相关(Rrefvar‑Rrefo)/Rrefo其中，Rrefvar是所述相应参考传感器元件在To下在所述相应的已知参考有机化合物的所述相应可变浓度Crefvar下在相应的第四气体介质中相对于所述物理参数的响应，其中所述第四气体介质基本上与所述第一气体介质等同，并且其中每个相应的参考传感器元件的Rrefo对应于在To下所述第四气体介质中的基线响应；获得环境样品，所述环境样品包含所述第一气体介质和所述未知有机化合物，其中所述未知有机化合物以环境浓度(Camb)存在于所述环境样品中；由所述环境样品制备第一分析样品，其中所述第一分析样品在第五气体介质中包含第一浓度(C1)的所述未知有机化合物，所述第五气体介质基本上与所述第一气体介质等同，其中C1相对于Camb是已知的；由所述环境样品制备第二分析样品，其中所述第二分析样品在第六气体介质中包含第二浓度(C2)的所述未知有机化合物，所述第六气体介质基本上与所述第一气体介质等同，其中C2相对于Camb是已知的，其中C1和C2是不同的，并且其中C1和C2均不为零；将所述第一传感器元件暴露于所述第一分析样品，在To下测量所述第一传感器元件相对于所述物理参数的第一响应(R1)，并获得第一归一化响应R1norm＝(R1‑R1o)/R1o；将所述第二传感器元件暴露于所述第二分析样品，在To下测量所述第二传感器元件相对于物理参数的第二响应(R2)，并获得第二归一化响应R2norm＝(R2‑R2o)/R2o；以及将包含C1下的R1norm和C2下的R2norm的数据集与所述参考资料库中的所述多个参考归一化响应相关性进行比较；从所述参考资料库中的所述多个参考归一化响应相关性中选择与所述数据集最匹配的匹配归一化响应相关性；指定与所述未知有机化合物的所述匹配归一化响应相关性相对应的所述已知参考有机化合物的化学性质；以及通过测定与等于所述匹配归一化响应相关性的R1norm的归一化响应值相关的参考浓度Crefm来测定Camb，然后使Crefm乘以等于Camb/C1的已知系数。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.13 US 61/569,9871.一种检测第一气体介质中的未知有机化合物的方法，所述方法包括: 提供第一传感器元件，所述第一传感器元件包括第一外层、第二外层和检测层，所述检测层包括设置在所述第一外层和所述第二外层之间的微孔材料，其中所述第一外层或所述第二外层中的至少一者可被所述未知有机化合物渗透，其中所述未知有机化合物具有未知的化学性质，其中所述第一传感器元件在第二气体介质中在固定温度下(T0)相对于物理参数具有第一基线响应(R1。)，并且其中所述第二气体介质基本上与所述第一气体介质等同；提供第二传感器元件，所述第二传感器元件基本上与所述第一传感器元件相同，其中所述第二传感器元件在第三气体介质中在存在所述未知有机化合物的情况下在T。下相对于所述物理参数具有第二基线响应(R2。)，其中所述第三气体介质基本上与所述第一气体介质等同； 提供参考资料库，所述参考资料库包括多个参考归一化响应相关性，其中每个参考归一化响应相关性对应于具有相应不同的化学性质的不同的已知参考有机化合物，其中每个参考归一化响应相关性使用基本上与所述第一传感器兀件相同的相应参考传感器兀件来测定，其中每个参考归一化响应相关性将相应的已知参考有机化合物的相应可变浓度(Crefvar)与相应的量相关 /D^ef _pref \ /pref〈K var K ο; / K ο 其中，ITfvm是所述相应参考传感器元件在T。下在所述相应的已知参考有机化合物的所述相应可变浓度Crefvm下在相应的第四气体介质中相对于所述物理参数的响应，其中所述第四气体介质基本上与所述第一气体介质等同，并且其中每个相应的参考传感器元件的Rref0对应于在T。下所述第四气体介质中的基线响应； 获得环境样品，所述环境样品包含所述第一气体介质和所述未知有机化合物，其中所述未知有机化合物以环境浓度(Camb)存在于所述环境样品中； 由所述环境样品制备第一分析样品，其中所述第一分析样品在第五气体介质中包含第一浓度(C1)的所述未知有机化合物，所述第五气体介质基本上与所述第一气体介质等同，其中C1相对于Camb是已知的； 由所述环境样品制备第二分析样品，其中所述第二分析样品在第六气体介质中包含第二浓度(C2)的所述未知有机化合物，所述第六气体介质基本上与所述第一气体介质等同，其中C2相对于Camb是已知的，其中C1和C2是不同的，并且其中C1和C2均不为零； 将所述第一传感器元件暴露于所述第一分析样品，在T。下测量所述第一传感器元件相对于所述物理参数的第一响应(R1)，并获得第一归一化响应R1norm = (R1-R10VR10 ； 将所述第二传感器元件暴露于所...
【专利技术属性】
技术研发人员：S·H·格里斯卡，M·C·帕拉佐托，D·M·马纽姆，姜明灿，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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