用于检测挥发性有机化合物的系统和方法技术方案

用于检测一种或多种目标分析物诸如挥发性有机化合物(VOC)的检测设备，其可包括基座和传感器模块，所述传感器模块能够耦接到所述基座并且包括至少一个电化学传感器，其中所述电化学传感器包括电极和离子液体(例如，室温离子液体)，所述离子液体布置在所述电极上并且对目标分析物具有特异性。在一些变型中，响应于所述电化学传感器接收到输入信号，在所述离子液体内形成对所述目标分析物具有特异性的至少一个空腔。的至少一个空腔。的至少一个空腔。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于检测挥发性有机化合物的系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2021年2月8日提交的美国专利申请号63/147,135、2020年8月21日提交的美国专利申请号63/068,809和2020年6月11日提交的美国专利申请号63/037,966的优先权，这些文献中的每一篇的全文通过引入并入本文。


[0003]本专利技术整体涉及分析物检测(诸如挥发性有机化合物(VOC)的检测)的领域。

技术介绍

[0004]挥发性有机化合物(VOC)是一类在室温下具有高蒸气压的分子，很多都有可能会对环境和人类健康造成损害。一些VOC也是疾病的指示剂或生物标志物。因此，准确检测VOC的存在的能力在诸如空气质量监测、生物医学诊断、工业过程、安全和职业健康等领域中可能是有帮助的。用于检测挥发性有机化合物的常规技术包括质谱法、气相色谱法和离子迁移光谱法。然而，这些都是台式技术，需要训练有素的人员、大型装置、昂贵且复杂的装备，并且需要大量时间才能提供结果，从而限制了它们的现场适用性。
[0005]电化学气体感测技术已被用作检测VOC的一种现场解决方案。然而，常规的电化学气体传感器存在许多缺点，包括对不同类别的分析物缺乏高灵敏度或特异性，以及远距离检测分析物的能力有限。因此，需要用于检测目标分析物诸如VOC的新的改进的系统和方法。

技术实现思路

[0006]通常，用于检测一种或多种挥发性有机化合物(VOC)的检测设备可包括基座和传感器模块，该传感器模块能够可移除地耦接到基座并且含有至少一个电化学传感器。该一个或多个电化学传感器可包括电极和离子液体，该离子液体设置在电极上并且对目标VOC具有特异性。在一些变型中，离子液体可以是室温离子液体(RTIL)。离子液体可例如包括多个离子层，其中可诸如响应于提供给电化学传感器的输入信号(例如，由检测设备递送到电化学传感器的DC还原电位)，在相邻的离子层之间形成对目标VOC具有特异性的至少一个空腔。对目标VOC具有特异性的一个或多个空腔可被配置为捕获目标VOC，使得所捕获的VOC朝向电极扩散(例如，用于检测)。
[0007]在一些变型中，检测设备可包括一个或多个处理器，所述处理器被配置为至少部分地基于电极处的一个或多个电参数(例如，阻抗、电流或两者)来检测所捕获的目标VOC。检测设备可包括警报器，该警报器被配置为响应于使用一个或多个电化学传感器检测到目标VOC而提供警报。在一些变型中，检测设备可包括附加元件，诸如无线通信模块或手持外壳。附加地或替代地，检测设备可被配置为安装在表面上。检测设备可在各种应用中被用于诸如检测作为爆炸物的特征、作为药物的特征或者是作为用户的健康状态的特征的生物标志物的目标VOC。
[0008]在检测设备的一些变型中，传感器模块可包括多个电化学传感器。该多个电化学传感器的至少一部分中的每一个部分均可包括相应离子液体，其中相应离子液体对目标VOC具有特异性。相应离子液体可例如对相同目标VOC或不同目标VOC具有特异性。传感器模块可附加地包括诸如一个或多个被配置为传导地耦接到基座的电触点，或者接口管的元件。
[0009]通常，用于检测一种或多种VOC的电化学传感器可包括电极和布置在电极上的室温离子液体(RTIL)。RTIL可包括对目标VOC具有特异性的至少一个空腔，诸如响应于传感器接收到输入信号而形成的一个或多个空腔。在一些变型中，电极包括一种或多种合适的传导材料，诸如金属(例如，金)或金属合金。在一些变型中，传感器可包括叉指电极。
[0010]在电化学传感器中使用的RTIL可包括任何合适的室温离子液体，诸如基于咪唑鎓的RTIL(例如，1
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丁基
‑3‑
甲基咪唑鎓氯化物或BMIM
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Cl；1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑鎓四氟硼酸盐或BMIM
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BF4；1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑鎓双(三氟甲烷磺酰基)酰亚胺或EMIM
‑
TF2N；1
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乙基
‑3‑
甲基咪唑鎓四氟硼酸盐或EMIM
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BF4；或者1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑鎓三氟甲烷磺酸盐或EMIM
‑
OTf)。在一些变型中，RTIL可包括多个离子层(即，2个或更多个)。在电化学传感器的一些变型中，在施加合适的输入信号(例如，DC还原电位)后，在相邻的离子层之间形成至少一个空腔。输入信号可例如对应于目标VOC的氧化还原电位。空腔也可具有对应于目标VOC的氧化还原电位的尺寸。在一些变型中，空腔被配置为捕获目标VOC，使得VOC朝向电极扩散。
[0011]在一些变型中，目标VOC是爆炸物(例如，1，3
‑
二硝基苯；2，4
‑
二硝基甲苯；2，6
‑
二硝基甲苯；1
‑
乙基
‑2‑
硝基苯；2，3
‑
二甲基
‑
2，3
‑
二硝基丁烷；二氧化硫；或者环己酮等)的特征。目标VOC也可以例如是C
‑
4或火药的特征。在一些变型中，目标VOC可以是一种或多种药物诸如芬太尼的存在的特征。在一些变型中，目标VOC是与医学病症(诸如用户中COVID
‑
19的存在)相关的生物标志物(例如，NOx、脂族烃(例如，异戊烷、庚烷)等)。电化学传感器可以是检测设备的一部分。
[0012]通常，用于检测一种或多种VOC的方法可包括将输入信号施加到电化学传感器，在施加输入信号之后从电化学传感器接收传感器信号，以及至少部分地基于传感器信号来检测目标VOC。电化学传感器可包括电极和布置在电极上的离子液体，其中诸如响应于输入信号，在离子液体内形成对目标VOC具有特异性的至少一个空腔。传感器信号可例如指示电极处的电流。在一些变型中，离子液体包括室温离子液体(RTIL)，并且其中存在的一个或多个空腔可针对目标VOC的氧化还原电位被调整。
[0013]在一些变型中，用于检测一种或多种VOC的方法可包括将输入信号施加到多个电化学传感器，每个电化学传感器包括相应电极和布置在电极上的相应离子液体。在一些变型中，响应于输入信号，多个电化学传感器的至少一部分处的相应离子液体形成对一种或多种相同或不同的目标VOC具有特异性的空腔。在一些变型中，检测目标VOC的方法包括使用对目标VOC具有特异性的电化学传感器中的大多数电化学传感器感测目标VOC。在一些变型中，该方法可包括诸如基于使用对目标VOC具有特异性的电化学传感器检测到目标VOC的计时差值(differential timing)来确定目标VOC的行进方向和/或行进速度。该方法可包括响应于检测到目标VOC而提供警报。
[0014]在一些变型中，用于检测一种或多种VOC的方法包括检测作为爆炸物的特征、作为药物的特征或者是作为用户的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于检测一种或多种挥发性有机化合物(VOC)的检测设备，所述检测设备包括：基座；和传感器模块，所述传感器模块能够可移除地耦接到所述基座并且包括至少一个电化学传感器，其中所述至少一个电化学传感器包括电极和离子液体，所述离子液体布置在所述电极上并且对目标VOC具有特异性。2.如权利要求1所述的检测设备，其中所述离子液体包括室温离子液体(RTIL)。3.如权利要求2所述的检测设备，其中所述离子液体包括多个离子层，其中响应于提供给所述电化学传感器的输入信号，在相邻的离子层之间形成对所述目标VOC具有特异性的至少一个空腔。4.如权利要求3所述的检测设备，其中所述检测设备被配置为将所述输入信号递送到所述电化学传感器。5.如权利要求4所述的检测设备，其中所述输入信号向所述电极施加DC还原电位。6.如权利要求3所述的检测设备，其中所述至少一个空腔被配置为捕获所述目标VOC，使得所捕获的VOC朝向所述电极扩散。7.如权利要求5所述的检测设备，其中所述基座包括一个或多个处理器，所述处理器被配置为至少部分地基于所述电极处的阻抗、电流或两者来检测所捕获的目标VOC。8.如权利要求1所述的检测设备，其中所述基座包括警报器，所述警报器被配置为响应于使用所述至少一个电化学传感器检测到所述目标VOC而提供警报。9.如权利要求1所述的检测设备，其中所述基座包括无线通信模块。10.如权利要求1所述的检测设备，其中所述基座包括手持外壳。11.如权利要求1所述的检测设备，其中所述基座被配置为安装到表面。12.如权利要求1所述的检测设备，其中所述传感器模块包括多个电化学传感器。13.如权利要求12所述的检测设备，其中所述多个电化学传感器的至少一部分中的每一个部分均包含相应离子液体，其中所述相应离子液体对相同目标VOC具有特异性。14.如权利要求12所述的检测设备，其中所述多个电化学传感器的至少一部分中的每一个部分均包含相应离子层，其中所述相应离子层对不同目标VOC具有特异性。15.如权利要求1所述的检测设备，其中所述传感器模块包括一个或多个电触点，所述电触点被配置为传导地耦接到所述基座。16.如权利要求1所述的检测设备，其中所述传感器模块包括接口管。17.如权利要求1所述的检测设备，其中所述目标VOC是爆炸物的特征。18.如权利要求1所述的检测设备，其中所述目标VOC是药物的特征。19.如权利要求1所述的检测设备，其中所述目标VOC是作为用户的健康状态的特征的生物标志物。20.一种用于检测目标挥发性有机化合物(VOC)的电化学传感器，所述电化学传感器包括：电极；布置在所述电极上的室温离子液体(RTIL)；其中响应于所述传感器接收到输入信号，在所述RTIL内形成对所述目标VOC具有特异
性的至少一个空腔。21.如权利要求20所述的传感器，其中所述电极包含金。22.如权利要求21所述的传感器，其中所述电极包括叉指电极。23.如权利要求20所述的电化学传感器，其中所述RTIL选自由以下项组成的组：1
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丁基
‑3‑
甲基咪唑鎓氯化物；1
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丁基
‑3‑
甲基咪唑鎓四氟硼酸盐；1
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乙基
‑3‑
甲基咪唑鎓双(三氟甲烷磺酰基)酰亚胺；1
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乙基
‑3‑
甲基咪唑鎓四氟硼酸盐；以及1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑鎓三氟甲烷磺酸盐。24.如权利要求20所述的电化学传感器，其中所述RTIL包括多个离子层。25.如权利要求20所述的电化学传感器，其中所述RTIL包括至少2个离子层。26.如权利要求24
‑
25中任一项所述的传感器，其中所述至少一个空腔在相邻的离子层之间形成。27.如权利要求20所述的电化学传感器，其中所述输入信号向所述电极施加DC还原电位。28.如权利要求27所述的电化学传感器，其中所述输入信号对应于所述目标VOC的氧化还原电位。29.如权利要求28所述的电化学传感器，其中所述至少一个空腔具有对应于所述目标VOC的所述氧化还原电位的尺寸。30.如权利要求29所述的电化学传感器，其中所述至少一个空腔被配置为捕获所述目标VOC，使得所捕获的目标VOC朝向所述电极扩散。31.如权利要求20所述的电化学传感器，其中所述目标VOC是爆炸物的特征。32.如权利要求31所述的电化学传感器，其中作为爆炸物的特征的所述目标VOC选自由以下项组成的组：1，3
‑
二硝基苯；2，4
‑
二硝基甲苯；2，6
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二硝基甲苯；1
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乙基
‑2‑
硝基苯；2，3
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二甲基
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2，3
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二硝基丁烷；二氧化硫；以及环己酮。33.如权利要求32所述的电化学传感器，其中所述目标VOC是C
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4的特征。34.如权利要求32所述的电化学传感器，其中所述目标VOC是火药的特征。35.如权利要求20所述的电化学传感器，其中所述目标VOC是与医学病症相关的生物标志物。36.如权利要求35所述的电化学传感器，其中与医学病症相关的所述生物标志物是NOx或脂族烃。37.如权利要求20所述的电化学传感器，其中所述目标VOC与药物的使用相关。38.如权利要求37所述的电化学传感器，其中所述药物是阿片类药物。39.如权利要求38所述的电化学传感器，其中所述阿片类药物是芬太尼。40.如权利要求29
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34中任一项所述的电化学传感器用于检测附近的爆炸物的存在的用途。41.如权利要求20
‑
30或35
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36中任一项所述的电化学传感器用于检测用户的健康状态的存在的用途。42.如权利要求41所述的用途，其中所述健康状态是疾病。43.如权利要求41所述的用途，其中所述疾病是COVID
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19。44.一种包括如权利要求20
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43中任一项所述的电化学传感器的检测设备。
45.一种用于检测一种或多种挥发性有机化合物(VOC)的方法，所述方法包括：将输入信号施加到电化学传感器，所述电化学传感器包括电极和布置在所述电极上的离子液体，其中响应于所述输入信号，在所述离子液体内形成对目标VOC具有特异性的至少一个空腔；在施加所述输入信号之后从所述电化学传感器接收传感器信号；以及至少部分地基于所述传感器信号来检测所述目标VOC。46.如权利要求45所述的方法，其中所述离子液体包括室温离子液体(RTIL)。47.如权利要求45所述的方法，其中所述传感器信号包括所述电极处的电流。48.如权利要求45所述的方法，其中所述至少一个空腔根据所述目标VOC的氧化还原电位被调整。49.如权利要求45所述的方法，所述方法包括将输入信号施加到多个电化学传感器，每个电化学传感器包括相应电极和布置在所述电极上的相应离子液体。50.如权利要求49所述的方法，其中响应于所述输入信号，所述多个电化学传感器的至少一部分处的所述相应离子液体形成对相同目标VOC具有特异性的空腔。51.如权利要求50所述的方法，其中检测所述目标VOC包括使用对所述目标VOC具有特异性的电化学传感器中的大多数电化学传感器感测所述目标VOC。52.如权利要求50所述的方法，所述方法进一步包括基于使用所述对所述目标VOC具有特异性的电化学传感器检测到所述目标VOC的计时差值来确定所述目标VOC的行进方向和行进速度中的至少一者。53.如权利要求49所述的方法，其中响应于所述输入信号，所述多个电化学传感器的至少一部分处的所述相应离子液体形成对不同目标VOC具有特异性的空腔。54.如权利要求45所述的方法，所述方法进一步包括响应于检测到所述目标VOC而提供警报。55.如权利要求45所述的方法，其中所述目标VOC具有浓度梯度，并且其中检测所述目标VOC包括将所述目标VOC与具有与所述目标VOC相同的浓度梯度的其他气体区分开。56.如权利要求45所述的方法，其中所述目标VOC是爆炸物的特征。57.如权利要求45所述的方法，其中所述目标VOC是药物的特征。58.如权利要求45所述的方法，其中所述目标VOC是作为用户的健康状态的特征的生物标志物。59.如权利要求45所述的方法，其中所述目标VOC从固体介质排放。60.如权利要求45所述的方法，其中所述目标VOC从液体介质排放。61.如权利要求45所述的方法，其中所述目标VOC从气体介质排放。62.一种用于确定用户的健康状态的方法，所述方法包括：测量接收气雾化样本的至少一个电化学传感器的传感器信号，所述至少一个电化学传感器包括电极和布置在所述电极上的室温离子液体(RTIL)，其中响应于所述电化学传感器接收到输入信号，在所述RTIL内形成对目标挥发性有机化合物(VOC)具有特异性的至少一个空腔；至少部分地基于所测量的传感器信号来检测所述目标VOC；以及基于所检测到的目标VOC来确定所述用户的所述健康状态。
63.如权利要求62所述的方法，其中所述RTIL包括多个离子层，并且所述至少一个空腔在相邻的离子层之间形成。64.如权利要求63所述的方法，测量传感器信号包括将输入信号递送到所述至少一个电化学传感器，以及在递送所述输入信号之后测量所述至少一个电化学传感器处的阻抗、电流或两者。65.如权利要求64所述的方法，其中所述输入信号向所述电极施加DC还原电位。66.如权利要求62所述的方法，其中所述至少一个空腔被配置为捕获所述目标VOC，使得所捕获的目标VOC朝向所述电极扩散。67.如权利要求62所述的方法，所述方法进一步包括响应于检测到所述健康状态而提供警报。68.如权利要求62所述的方法，其中检测所述目标VOC包括检测气雾化样本中的所述目标VOC。69.如权利要求68所述的方法，所述方法进一步包括过滤所述气雾化样本以去除阈值尺寸以上的微粒。70.如权利要求68所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：纳米生物检测系统公司，
类型：发明
国别省市：