表征含有至少一种寄生化学物质的气体样本中存在的分析物的方法技术

本发明专利技术涉及一种使用电子鼻表征气体样本中存在的分析物

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】表征含有至少一种寄生化学物质的气体样本中存在的分析物的方法


[0001]本专利技术的领域涉及借助于电子鼻表征气体样本中存在的分析物的领域
。
除了待表征的分析物之外，气体样本在此包括还能够与电子鼻的功能化测量表面相互作用的至少一种化学物质
。

技术介绍

[0002]表征气体样本中包含的分析物例如有气味的分子或挥发性有机化合物的能力是一个越来越重要的问题，特别是在健康
、
农业食品工业
、
香水工业
(
气味
)、
受限公共或私人空间
(
机动车辆
、
酒店
、
共享空间
……
)
中的嗅觉舒适性等领域
。
气体样本中存在的这样的分析物的表征可以由被称为“电子鼻”的表征系统来执行
。
[0003]存在各种表征方法，这些方法彼此不同，特别是在是否有必要预先用显露剂“标记”分析物或受体方面
。
与例如需要使用这样的标记的荧光测量不同，使用表面等离子共振
(SPR)
的测量和使用
Mach
‑
Zehnder
干涉仪
(MZI)
的测量是无标记技术
。
[0004]在使用
SPR
或
MZI
技术的电子鼻中，气体样本中存在的分析物通过吸附
/
解吸与位于功能化测量表面的几个不同敏感位点处的受体相互作用
。
它包括实时检测与敏感位点中的每个敏感位点相关联的测量信号，该测量信号表示分析物与受体之间响应于主要信号的吸附
/
解吸相互作用
。
测量信号可以是表示由于分析物与受体的相互作用而引起的局部折射率的时间变化的光信号
。
例如，在
SPR
技术中，实时测量来自不同敏感位点的光信号的强度，这些光信号是由光源发射的主要光信号的反射部分
。
光学传感器检测到的每个光信号的强度与分析物和受体的吸附
/
解吸相互作用直接相关
。
申请
WO2018/158458
描述了使用
SPR
技术的这样的电子鼻的示例
。
[0005]就分析物与受体的相互作用的化学和
/
或物理亲和力事先未知而言，分析物的表征则归结为确定表示分析物与受体的吸附
/
解吸相互作用
——
此处表示敏感位点中的每一个的局部折射率的时间变化
——
的参数的值或变化
。
以这种方式，获得了表征分析物的相互作用模式或特征
。
事实上，分析物在具有不同吸附特性的敏感位点
(
功能化表面
)
上的吸附
/
解吸相互作用使得可以解释气体中存在的附接至不同敏感位点表面的分子
。
[0006]图
1A
和图
1B
示出了文献
WO2018/158458
中描述的
SPR
型电子鼻的示例
。
这种类型的电子鼻1通常包括流体供应装置
2、
用于通过
SPR
成像进行表征的装置3和处理单元
(
未示出
)。
[0007]表征装置3包括旨在接收气体样本的测量室4，测量表面5位于该测量室4中，该测量表面5上存在敏感位点的矩阵
。
测量表面5由金属层形成，适于与分析物相互作用的各种受体固定至该金属层，所述受体被布置成形成彼此不同的不同敏感位点
。
然后，这些受体位于金属层与介电介质
——
此处是气体介质
——
之间的界面处
。
[0008]该表征装置3还包括初级光信号的光源7和图像传感器
8。
光源7适于在测量表面5的方向上以允许在那里生成表面等离子体的工作角度
θ
R
发射初级光信号
。
形成光学测量信
号的初级光信号的反射部分然后由图像传感器8检测
。
光学测量信号的强度局部取决于测量表面5的折射率，而测量表面5的折射率又取决于生成的表面等离子体和位于每个敏感位点处的材料量，该材料量随着分析物与受体的相互作用而随时间变化
。
测量表面5包括通过受体的存在而功能化的多个敏感位点6m
，此处是不同的
M
个敏感位点，待表征的分析物可以通过吸附
/
解吸与受体相互作用
。
[0009]电子鼻的处理单元适于分析“传感图”，即与表示分析物与不同敏感位点6m
中的每一个的受体的吸附
/
解吸相互作用的参数的时间演变相对应的信号，目的是从中提取关于分析物与受体的相互作用
(
吸附和解吸
)
的动力学的信息
。
这些传感图可以被称为有用信号
Su
m
(t)
，其对应于与敏感位点6m
中的每一个相关联的反射率的变化的时间演变
Δ
％
R
m
(t)。
反射率％
R
此处是由图像传感器8检测到的光学测量信号的强度与由光源7发射的初级光信号的强度之间的比率
。
反射率的变化
Δ
％
R
是通过从反射率的时间变化％
R(t)
中减去与单独存在于测量室4内部的气体相关联的基线值而获得的，与分析物无关
。
[0010]最后，流体馈送装置2适于在允许分析传感图并且因此表征分析物的条件下将分析物引入测量室4中
。
在这方面，
Brenet
等人的题为“Highly
‑
Selective Optoelectronic Nose based on Surface Plasmon Resonance Imaging for Sensing Gas Phase Volatile Organic Compounds”的文章，
Anal
，
Chem
，
2018
，
90
，
16
，
9879
‑
9887
描述了一种利用使用
SPR
成像的电子鼻表征气体样本的方法
。
这种表征方法包括向测量室供应气体样本，使得分析物与受体之间的相互作用的动力学达到稳态平衡
。
[0011]为此，图
1C
示出了由图
1A
的电子鼻获得的传感图
Su...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种用于表征存在于与电子鼻的测量表面接触地定位的气体样本中的分析物
A
的方法，所述测量表面包括
M
个彼此不同的敏感位点，其排名
m
范围为1至
M
，具有适于通过吸附
/
解吸与所述分析物
A
和存在于所述气体样本中的至少一种所谓的寄生化学质
P
相互作用的受体，所述方法包括以下步骤：流体注入
(110)
，以下项用于与所述测量表面接触：在第一阶段
Ph1
期间，载气，所述载气可以包含浓度为
c
P(n)i
的寄生物质
P
；然后在第二阶段
Ph2
期间，包含浓度为
c
A(n)
的分析物
A
和浓度为
c
P(n)f
的寄生物质
P
的气体样本，值
c
P(n)f
具有与值
c
P(n)i
的非零偏差
Δ
c
P(n)
；在所述流体注入步骤期间，对于
M
个敏感位点中的每一个，确定
(120)
表示所述分析物
A
和所述寄生物质
P
与受体的相互作用的测量信号
S
(n,m)
(t)
；根据与所述气体样本相关联的测量信号
S
(n,m)
(t∈Ph2)
确定
(130)
第一特征
Su
(n,m)f
，所述第一特征
Su
(n,m)f
已经通过来自与所述载气相关联的测量信号
S
(n,m)
(t∈Ph1)
的参考值
S
(n,m)i
校正；确定所述第一阶段
Ph1
与所述第二阶段
Ph2
之间的所述寄生物质
P
的浓度的差
Δ
c
P(n)
；重复前面的步骤，通过递增排名
n
，直到获得表示所述分析物
A
和所述寄生物质
P
与所述受体的相互作用的
N
个第一特征，其中
N>1
，所述气体样本使得所述差
Δ
c
P(n)
成对不同；形成
(150)
根据针对所述
M
个敏感位点确定的
N
个第一特征
Su
(n,m)f
形成的维度为
N
×
M
的第一特征的矩阵
Su
A,P
；以及形成
(150)
根据所确定的
N
个差
Δ
c
P(n)
的维度为
N
×1的相对浓度矢量
Δ
c
P
；确定
(200
；
300)
估计解其乘积形成表征所述
N
个气体样本中存在的所述分析物
A
的所谓校正特征的矩阵
Suc
A
，所述估计解：使成本函数最小化，以及使成本函数最大化；其中
c
A
、k
A
和
k
P|A
为限定如下的变量：
c
A
是根据所述气体样本的
N
个浓度值
c
A(n)
形成的维度为
N
的分析物
A
的浓度矢量，
k
A
是由所述分析物
A
与所述敏感位点的所述受体的相互作用亲和力的
M
个值形成的维度为
M
的所述分析物
A
的亲和力矢量，
k
P|A
是由在所述分析物
A
存在的情况下所述寄生化学物质
P
与所述敏感位点的所述受体的相互作用亲和力的
M
个值形成的维度为
M
的所述寄生化学物质
P
的亲和力矢量
。2.
根据权利要求1所述的表征方法，其中，确定
(300)
所述估计解的步骤同时执行所述目标...

【专利技术属性】
技术研发人员：皮埃尔，
申请(专利权)人：阿雅宝公司，
类型：发明
国别省市：