(57)【要約】  ガスクロマトグラフィーカラムに金属酸化物センサを備えるハイブリッドデバイスが説明され、これによれば、ＭＯＳデバイスからの指示値は、それぞれの成分についての、カラムを覆う吸着剤の溶出効果に応じて、試料の成分に与えられる異なる遅延を反映し、試料に反応してカラムに沿って変化する。この手段により、指示値の集まりが取得され、このうちのいずれか１つが、特定の試料に関して解釈しやすい可能性があり、互いに比較され、追加的な測定次元を提供することができる。カラムまたはセンサの後のセクションの挙動は、先行する段で取得された指示値に応じて、測定サイクル中に動的に変更され得る。
2019520582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを特性評価するためのデバイスであって、前記デバイスは、
導管において少なくとも第１の分子を検出するために配置された前記導管の近位端部にある第１のＭＯＳセンサと、
前記導管において少なくとも第２の分子を検出するために配置された前記導管の遠位端部にある第２のＭＯＳセンサと、
自身の長さに沿って分布させた第１の吸着剤物質の１つ以上の領域を含む前記導管であって、既知である少なくとも１つの前記領域が、前記第１のＭＯＳセンサと前記第２のＭＯＳセンサとの間に配置される、前記導管と、
前記導管の前記近位端部にある、前記ガスの導入ための入口であって、前記導管、前記第１のＭＯＳセンサおよび前記第２のＭＯＳセンサは、前記入口において導入されたガス試料が、前記第１のＭＯＳセンサ、前記導管および前記第２のＭＯＳセンサを順番に通って進むように配置される、入口と、
を備え、
前記デバイスは、前記ガスのフィンガープリントを集めるために、前記ガスが前記導管に沿って拡散するときに、前記第１のＭＯＳセンサおよび前記第２のＭＯＳセンサの出力を記録し、前記フィンガープリントと、既知のガスに対応する標準フィンガープリントのライブラリとの比較に基づいて、前記ガスを同定し、前記ガスが、標準フィンガープリントが前記標準フィンガープリントに最もよく一致する既知のガスとして同定される、ように適合される、デバイス。
【請求項２】
前記第１の分子と前記第２の分子とは同じである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記入口と前記第１のガスセンサとの間に第２の導管を備え、前記第２の導管は、自身の長さに沿って分布させた第２の吸着剤物質の１つ以上の領域を含む、請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記第１の吸着剤物質と前記第２の吸着剤物質とは同じである、請求項１から３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項５】
対応する複数のさらなるガスセンサセクションと交互に配置された、さらなる複数の導管セクションを備え、すべての前記導管およびすべての前記第１のガスセンサは、前記入口において導入されたガス試料が導管の各セクションを順番に通って進み、導管のセクションの各対の間においてそれぞれのガスセンサを順番に通って進むように配置される、請求項１から４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項６】
前記ガスが少なくとも１つの前記導管を通過するときに前記ガスの温度を制御するように適合される加熱手段または冷却手段をさらに備える、請求項１から５のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項７】
前記加熱手段または冷却手段は、複数の前記導管のそれぞれにおいて個別に前記ガスの前記温度を制御するように適合される、請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
前記加熱手段は、前記導管の内部に配置された前記吸着剤物質を洗浄するのに十分な温度まで、少なくとも１つの前記導管の前記温度を上昇させるように適合される、請求項６に記載のデバイス。
【請求項９】
前記導管を通る前記ガスの速度を制御するように適合される圧力モジュレータをさらに備える、請求項１から８のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記センサは、前記導管に沿って同軸に配置される、請求項１から９のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記センサは、前記導管の内面上に接線方向に配置される、請求項１から１０のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記デバイスは、微小電気機械デバイスとして実施される、請求項１から１１のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項に記載のデバイスを動作させる方法であって、前記方法は、前記入口において前記ガスを注入するステップと、前記ガスのフィンガープリントを集めるために、前記ガスが前記導管に沿って拡散するときに、１つ以上の前記センサの出力を記録するステップと、前記フィンガープリントを、既知のガスに対応する標準フィンガープリントのライブラリと比較するステップと、標準フィンガープリントが前記標準フィンガープリントに最もよく一致する既知のガスとして、前記ガスを同定するステップと、を含む、方法。
【請求項１４】
前記フィンガープリントを、既知のガスに対応する標準フィンガープリントのライブラリと比較する前記ステップは、測定サイクルの間に前記ガスが前記導管に沿って拡散するときに間隔を置いて繰り返され、前記サイクルは、満足できる一致が同定されると終了する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
特定の測定状況において、請求項１３または１４に記載の比較する前記ステップにおいて使用するための標準フィンガープリントの前記ライブラリを規定する方法であって、前記方法は、
それぞれが１種以上の成分ガスの一部を含む複数の試料ガスを選択するステップであって、前記複数の試料ガスは、前記測定状況における成分ガスの各組み合わせを代表する試料を含む、ステップと、
請求項１から１２のいずれか一項に記載のデバイスにより前記複数の試料ガスを特性評価するステップと、
各それぞれの試料ガスの前記特性評価から、すべての他の前記試料ガスから前記それぞれの試料ガスを効果的に区別できる１つ以上の標準フィンガープリントを選択するステップと、
を含む、方法。
【請求項１６】
請求項１３から１５のいずれか一項に記載の方法を実施するように適合されるコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスクロマトグラフおよびガスクロマトグラフィーの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスクロマトグラフィーは、気相または蒸気相の形態の化合物の分離、およびそのような化合物の成分の同定のための、分析化学における標準的な技法である。
【０００３】
図１は、ガスクロマトグラフの概略図である。
【０００４】
図１に示すように、ガスクロマトグラフは、従来カラムと呼ばれる導管１００を備える。この導管１００にはカラム入口１０１が設けられており、カラム入口１０１自体が試料入口１１０およびキャリヤー入口１２０から試料を受け、キャリヤー入口１２０の通過が入口バルブ１２１によって制御される。導管１００の反対側の端部には、カラム排出ポート１０２がある。排出ポートは、水素炎イオン化検出器または熱伝導度検出器などのクロマトグラフィー検出器１４０へ供給を行う。カラム１００の内壁は、吸着剤物質１３０で覆われている。この図は、本質的に、概略図であることを理解されたい。大抵の場合、試料を連続的に供給することは適切ではなく、その場合には、入口１１０に追加的なバルブが追加され得る。キャリヤーと試料との間の選択を助けるために、三方弁を使用する場合もある。
【０００５】
動作中、気相または蒸気相の試料が試料入口１１０を通して導入され、キャリヤーバルブ１２１を介して速度を制御されて導入されたキャリヤーガス流によって、試料は、カラム１００に沿って運ばれる。試料は、カラムに沿って流れるにつれて吸着剤物質１３０に接触し、吸着剤物質１３０は、試料の成分によって変わる親和性を有し、その結果、吸着剤の溶出系列と呼ばれる吸着剤物質の組成に応じて、カラムに沿って進む分子によって変わる遅れがもたらされる。排出ポート１３０において、クロマトグラフィー検出器１４０は、連続的に導管の端部に到達する物質を特性評価する。吸着剤１３０の溶出系列を知った上で、検出器の指示値にピークのタイミングを記すことによって、試料の組成を判定することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
異なるガスを区別するための感度および能力を高めたガスクロマトグラフ機器の開発が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の態様によれば、自身の長さに沿って分布させた第１の吸着剤物質の１つ以上の領域を含む導管と、少なくとも第１の分子を検出するために配置された、導管の近位端部にある第１のガスセンサと、少なくとも第２の分子を検出するために配置された、導管の遠位端部にある第２のガスセンサと、上記導管の上記近位端部にある、ガスの導入のための入口と、を備え、導管、第１のガスセンサおよび上記第２のガスセンサは、上記入口において導入されたガス試料が、上記第１のガスセンサ、導管および第２のガスセンサを順番に通って進むように配置される、ガスを特性評価するためのデバイスが提供される。
【０００８】
第１の態様の展開によれば、第１のガスセンサおよび第２のガスセンサは、金属酸化物センサデバイスである。
【０００９】
第１の態様のさらなる展開によれば、第１の分子と第２の分子とは同じである。
【００１０】
第１の態様のさらなる展開によれば、デバイスは、入口と第１のガスセンサとの間に第２の導管をさらに備える。第２の導管は、自身の長さに沿って分布させた第２の吸着剤物質の１つ以上の領域を含む。
【００１１】
第１の態様のさらなる展開によれば、第１の吸着剤物質と第２の吸着剤物質とは同じである。
【００１２】
第１の態様のさらなる展開によれば、デバイスは、対応する複数のさらなるガスセンサセクションと交互に配置された、さらなる複数の導管セクションを備え、すべての導管およびすべての第１のガスセンサは、入口において導入されたガス試料が導管の各セクションを順番に通って進み、導管のセクションの各対の間においてそれぞれのガスセンサを通って進むように配置される。
【００１３】
第１の態様のさらなる展開によれば、デバイスは、ガスが少なくとも１つの上記導管を通過するときにガスの温度を制御するように適合される加熱手段または冷却手段をさらに備える。
【００１４】
第１の態様のさらなる展開によれば、加熱手段または冷却手段は、複数の導管のそれぞれにおいて個別にガスの温度を制御するように適合される。
【００１５】
第１の態様のさらなる展開によれば、加熱手段は、導管の内部に配置された吸着剤物質を洗浄するのに十分な温度まで、少なくとも１つの導管の温度を上昇させるように適合される。
【００１６】
第１の態様のさらなる展開によれば、デバイスは、導管を通る上記ガスの速度を制御するように適合される圧力モジュレータ（ファン／ポンプ／圧縮空気）をさらに備える。
【００１７】
第１の態様のさらなる展開によれば、センサは、導管に沿って同軸上に配置される。
【００１８】
第１の態様のさらなる展開によれば、センサは、導管の内面上に接線方向に配置される。
【００１９】
第１の態様のさらなる展開によれば、デバイスは、微小電気機械デバイスとして実施される。
【００２０】
第２の態様によれば、入口においてガスを注入するステップと、上記ガスのフィンガープリントを集めるために、ガスが上記導管に沿って拡散するときに、センサの出力を記録するステップと、上記フィンガープリントを、既知のガスに対応する標準フィンガープリントのライブラリと比較するステップと、標準フィンガープリントが標準フィンガープリントに最もよく一致する既知のガスとして、ガスを同定するステップと、を含む、第１の態様によるデバイスを動作させる方法が提供される。
【００２１】
第２の態様の展開によれば、フィンガープリントを、既知のガスに対応する標準フィンガープリントのライブラリと比較するステップは、測定サイクルの間にガスが導管に沿って拡散するときに間隔を置いて繰り返され、サイクルは、満足できる一致が同定されると終了する。
【００２２】
第３の態様によれば、特定の測定状況において、第２の態様による比較するステップにおいて使用するための標準フィンガープリントのライブラリを規定する方法が提供される。本方法は、
それぞれが１種以上の成分ガスの一部を含む複数の試料ガスを選択するステップであって、複数の試料ガスは、測定状況における成分ガスの各組み合わせを代表する試料を含む、ステップと、
第１の態様によるデバイスにより試料ガスを特性評価するステップと、
各それぞれの試料ガスの特性評価から、すべての他の試料ガスからそれぞれの試料ガスを効果的に区別できる１つ以上の標準フィンガープリントを選択するステップと、
を含む。
【００２３】
第４の態様によれば、第２または第３の態様の方法を実施するように適合されるコンピュータプログラムが提供される。
【００２４】
本発明の上記および他の特徴、利点および用途は、非限定的な例として提示されている、その実施形態の以下の説明および添付の図面から明らかになるはずである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】ガスクロマトグラフの概略図である。
【図２】第１の実施形態を示す。
【図３ａ】第１のセンサからの第１の想定される出力を示す。
【図３ｂ】第２のセンサからの第１の想定される出力を示す。
【図４】第２の実施形態を示す。
【図５】第３の実施形態を示す。
【図６】第４の実施形態を示す。
【図７】第５の実施形態を示す。
【図８】図７の実施形態を実施するのに適する金属酸化物センサ構造を示す。
【図９】一実施形態による測定システムを示す。
【図１０】一実施形態による方法のステップを示す。
【図１１】本発明の実施形態を実施するのに適する汎用コンピューティングシステムを示す。
【図１２】一実施形態を構成するために適合可能なスマートフォンデバイスを示す。
【図１３】一実施形態を構成するために適合可能なハンドスキャナデバイスを示す。
【図１４】一実施形態を構成するために適合可能なデスクトップコンピュータデバイスを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本明細書において、文脈上別段の解釈を要する場合を除いて、「ガス」という表現は、特定のガス種と異なるガス種の混合物との両方を指すために使用され、「特性評価」という一般的な表現は、特定のガスを認識または検出するプロセスとガスの組成を判定するプロセスとの両方を指すために使用される。本明細書において「ガス試料」に言及する場合、個別の試料であるか、周囲の気体媒体にセンサを曝すことによるかを問わず、ガスセンサに供給される任意のガスへの言及を一般的に含むことを理解されたい。
【００２７】
図２は、第１の実施形態を示す。
【００２８】
図２に示すように、自身の長さに沿って分布させた第１の吸着剤物質１３０の１つ以上の領域を含む導管１００を備える、ガスを特性評価するためのデバイスが提供される。吸着剤物質は、導管の長さに沿って連続的に配置される必要はなく、導管の長さに沿って組成が変わり得るのであってもよい。導管は、単一の直線状のセクションとして示されているが、蛇行、渦巻、螺旋、いくつかの異なる向きで交差したセクション、または特に空間の効率的使用の要件の観点から適切である限り、任意の他の構成の形態を取り得る。図２は、概略的な表現であり、原寸に比例していないことを理解されたい。特に、導管１００は、図示されているよりもかなり長いおよび／または狭い場合がある。さらに、導管は、図示のようにチューブを備えるのではなく、基板をくり抜いて形成されてもよく、例えば、リソグラフィのまたは他のそのような技法によって作製される微小スケールの微小電気機械デバイスとして形成されてもよい。
【００２９】
導管は、任意の相タイプの導管とすることができ、例えば、米国薬局方の相カテゴリのいずれかに対応する導管とすることができる。吸着剤膜の厚さは、選択された相の物理的な特性によって決められることが多いが、いかなる場合も本発明によって制限されない。
【００３０】
導管は、通常の設計考慮事項、および特に一方で、短い導管および測定サイクルと、他方で、改良された分離度およびより長い測定サイクルと、の間のトレードオフを踏まえ、任意の長さおよび直径を有する導管とすることができる。
【００３１】
キャリヤー流量も同様に、通常の設計考慮事項、および特に一方で、短い導管および測定サイクルと、他方で、改良された分離度およびより長い測定サイクルと、の間のトレードオフを踏まえ、適宜任意の値とすることができる。
【００３２】
デバイスは、導管１００において少なくとも第１の分子を検出するために配置された導管１００の近位端部にある第１のガスセンサ２４１と、上記導管において少なくとも第２の分子を検出するために配置された上記導管１００の遠位端部にある第２のガスセンサ２４２と、導管１００の近位端部にある試料ガスの導入用の入口１０１と、をさらに備える。
【００３３】
動作中、気相または蒸気相の試料が試料入口１１０を通して導入され、キャリヤーバルブ１２１を介して速度を制御されて導入されたキャリヤーガス流によって、試料は、導管１００に沿って、第１のガスセンサ２４１、導管１００および第２のガスセンサ２４２を順番に通して運ばれる。第１のガスセンサは、連続的に導管の入口端部に到達する物質を特性評価する。試料は、カラムに沿って流れるにつれて吸着剤物質１３０に接触し、吸着剤物質１３０は、試料の成分によって変わる親和性を有し、その結果、吸着剤の溶出系列と呼ばれる吸着剤物質の組成に応じて、カラムに沿って進む分子によって変わる遅れがもたらされる。第２のガスセンサは、連続的に導管の出口端部に到達する物質を特性評価する。
【００３４】
図１を参照して説明される従来のガスクロマトグラフでは、試料の同定は、単一のデータポイントセットに基づくが、溶出前後の指示値を取ることによって、特性評価の新たな一面が開発される。これは、組成の異なる２つの試料において、図１の導管の端部にある単一のセンサによる指示値が似る場合があるが、多くの場合、前後の信号を比較することにより、このような似るケース同士をより確実に区別可能とし得るためである。
【００３５】
第１のセンサによって検出される第１の分子と、第２のセンサによって検出される第２の分子とは、同じ分子であってもよい。
【００３６】
半導体金属酸化物に基づくものなどの、化学レジスタ（ｃｈｅｍｏｒｅｓｉｓｔｏｒ）タイプのガスセンサを含む異なる検知技法を用いてガスセンサが開発されてきた。第１のガスセンサおよび／または第２のガスセンサは、金属酸化物センサデバイスであってもよい。金属酸化物半導体デバイスは、一般的に、様々な確度で様々な分子を検出することができる。同一の金属酸化物半導体デバイスが使用されてもよいし、相補的な特性を有するデバイスが選択されてもよい。
【００３７】
ＭＯＳデバイスに関するさらなる情報は、例えば、本発明の分野における技術的背景を紹介する“Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｏｌｆａｃｔｉｏｎ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｎｏｓｅ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”ｂｙ  Ｔｉｍ  Ｃ  Ｐｅａｒｃｅ  ｅｔ  ａｌ．ｅｄｉｔｅｄ  ｂｙ  Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ，２４  Ｊａｎｕａｒｙ  ２００６において見出され得る。
【００３８】
従来技術に関するさらなる情報については、“Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  ｔｙｐｅ  ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｇａｓ  ｓｅｎｓｏｒ  ｕｓｉｎｇ  ＴｉＯ２  ａｎｄ  ＵＶ−ＬＥＤ”ｂｙ  Ｃｈｉ−Ｈｗａｎ  Ｈａｎ  ｅｔ  ａｌ  ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ  ｉｎ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ｂ  １２５（２００７）２２４−２２８と、“Ｌｉｇｈｔ  ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｇａｓ  ｓｅｎｓｉｎｇ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ｉｎｄｉｕｍ  ｏｘｉｄｅ  ａｎｄ  ｔｉｎ  ｄｉｏｘｉｄｅ  ｓｅｎｓｏｒｓ”ｂｙ  Ｅ．Ｃｏｍｉｎｉ  ｅｔ  ａｌ  ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ  ｉｎ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ｂ６５＿２０００．２６０−２６３と、の記事を参照されたい。
【００３９】
独国特許出願公開第１０２４５９４７号明細書および米国特許出願公開第２０１４１０５７９０号明細書が、本明細書においてさらに引用される。
【００４０】
図３ａは、第１のセンサからの第１の想定される出力を示す。
【００４１】
図３ａに示すように、検出される分子の量が増えると変化するＭＯＳデバイスのインピーダンスを反映する、センサ２４１からのセンサ信号をｙ軸にプロットする。これは、ｘ軸の時間に対してプロットされて、グラフが時間に対するインピーダンスの変化を示すようにしている。ＭＯＳデバイスでは、ピークへの上昇速度および最小値に降下して戻るまでの時間は、試料における特定の成分を示す。ここに示すように、出力曲線は、試料の導入直後に生じる単一の高いピーク３０１を有する。センサ２４１では、試料は導管１００においていかなる溶出にも曝されていないため、センサ応答におけるいかなる時間変化も、吸着の差によって変わる遅れではなく、異なる化合物に対してセンサの反応時間が異なることに起因する。そのため、センサは、ガスクロマトグラフィー技法によって追加的な変数が導入されることなく、任意のＭＯＳセンサと同じ仕方でデータを提供する。
【００４２】
図３ａの曲線は、例として、３つの化合物、すなわちベンゼン、ｔｅｒｔ−アミルアルコールおよび１−ブタノールを含む試料から取得された指示値に対応し得る。この例で使用される所与のタイプのＭＯＳセンサの場合、これらの化合物は実質的に区別できないと仮定され、上述のように３つの重なったピークを生成する。
【００４３】
それにもかかわらず、最初のセンサ２４１は、試料の予備特性評価を行うために使用され、その結果、次いで、この予備特性評価に関してシステムの他のコンポーネントの動作条件を設定できるようにし得る。さらに、一部の場合では、すなわち、異なる配合の試料化合物、または特性の異なる第１のＭＯＳセンサによる場合、第１のセンサ２４１単独の出力に基づいて、試料を十分に特性評価することが可能である場合があり、その場合、測定プロセスは、それ以上遅れることなく終了され得るが、他方、第１のセンサが省略された場合、すべての場合において測定プロセスのすべてを完全に完了することが必要となる。
【００４４】
図３ｂは、第２のセンサからの第１の想定される出力を示す。
【００４５】
図３ｂに示すように、図３ａについて説明したのと同様に、センサ２４２からのセンサ信号をｙ軸にプロットする。ＭＯＳセンサ２４２からの応答は、期間ｄだけ遅れ、試料が第２のセンサ２４２に到達するまで導管１００に沿って移動するのにかかる時間を反映している。ここに示すように、ここでの出力曲線は、３つの区別可能なピーク、すなわち、試料の導入直後に生じる高いピーク３０４、中間ピーク３０５、そして遅れて第３のより小さいピーク３０６を有する。
【００４６】
ここで３つのピークが分離されているという事実は、ＭＯＳセンサの方式における信号形状、位置またはタイミング、保持時間、基準面または高さ、Ｑ値、立ち上がり時間、立ち下がり時間などに関する特性に関連して、それぞれの成分とピークのそれぞれを突き合わせることと、さらに、図３ａの第１の曲線に関連して測定可能な溶出度を参照して各ピークを特性評価することと、がここで可能になることを意味する。そのため、本実施形態は、ガスクロマトグラフィーの特性と金属酸化物センサに基づく分析とを組み合わせる、ハイブリッド手法を提示する。
【００４７】
図４は、第２の実施形態を示す。
【００４８】
図４の実施形態は、図２の実施形態と類似しているが、図示のように、第１の導管４０１に加えて、入口１０１と第１のガスセンサ４４１との間に配置された第２の導管４０２が提供される。第２の導管は、第１の導管４０１の長さに沿って分布させた第１の吸着剤物質４３１の１つ以上の領域に対応して、自身の長さに沿って分布させた第２の吸着剤物質４３２の１つ以上の領域を含む。
【００４９】
この手段により、２つのセンサ４４１、４４２のそれぞれが、既に溶出の対象である試料に曝される。このことは、通常、似た結果を与え得る化合物間を区別する可能性をさらに強化することを可能にし得る。
【００５０】
特定の実施形態では、第１の吸着剤物質と上記第２の吸着剤物質とは同じであってもよいが、各セクションに異なる吸着剤物質を選択することによって、本来似た結果を与え得る化合物間を区別するデバイスの能力をさらに強化することを可能にし得る。
【００５１】
この手法を取った場合、以前に溶出されなかった成分を選択的に溶出することによって、１つの吸着剤が最初の吸着剤の効果を逆行させないように、吸着剤の選択には注意しなければならない。
【００５２】
この種の問題は、デバイスが意図されている試料のタイプを踏まえて、設計段階における異なる構成のシミュレーションによって回避され得る。
【００５３】
図５は、第３の実施形態を示す。
【００５４】
図５の実施形態は、図４の実施形態と類似しているが、図示のように、第１の導管５０１に加えて、順番に配置された、第２の導管５０２と第３の導管５０３とが提供される。各導管は、それぞれの吸着剤物質５３１、５３２、５３３とそれぞれのガスセンサ４４２、５４２、４４１とを有する。したがって、対応する複数のさらなるガスセンサセクションと交互に配置された、さらなる複数の導管セクションがあり、すべての導管およびすべてのガスセンサは、上記入口において導入されたガス試料が導管の各セクションを順番に通って進み、導管のセクションの各対の間においてそれぞれのガスセンサを通って進むように配置される。
【００５５】
これに基づいて任意の数のセクションを設けることができ、各セクションについて相補的なセンサタイプおよび吸着剤物質を選択することによって、多種多様な成分同士を高確度で区別するようにデバイスを最適化できることが理解されよう。
【００５６】
特定の実施形態では、１つの導管または複数の導管には、ガスが導管を通過するときに、ガスの温度を制御するように適合される加熱手段または冷却手段が設けられてもよい。温度は、実験の考慮事項に応じて制御することができ、ＭＯＳデバイスの動作特性によって制限され得る。
【００５７】
図６は、第４の実施形態を示す。
【００５８】
図６は、図５のデバイスと同様のデバイスを示す。図６では、３つの温度制御システム６５１、６５２、６５３が追加的に設けられ、それぞれ、それぞれの導管５０１、５０２、５０３を通過するガスの温度を制御するように配置されている。各導管における吸着剤の効果が温度に依存するため、温度を変えることにより、デバイスの特定の分子に関連する区別を改善できる。そのため、特定の試料を十分に特性評価することが難しいと判明した場合、例えば後述するプログラムされた制御下で、可能性の高い候補同士をよりよく区別するために、これらの温度値を修正できる。導管セクションを個別に制御する可能性は、一部の場合では、このことを単一の測定サイクルで実現することを可能にし得る。ＭＯＳデバイスの挙動も温度に依存することにさらに留意されたい。従来、ＭＯＳデバイスの温度は、デバイス自体の内部で局所的な加熱抵抗によって制御されている。またさらに、吸着剤および／またはＭＯＳデバイスの挙動は、試料物質による汚染（ｐｏｌｌｕｔｉｏｎまたはｐｏｉｓｏｎｉｎｇ）に起因して時間とともに変わり得る。このような汚染を除去する１つの方法は、吸着剤および／またはＭＯＳデバイスの温度を、センサの相に応じることになる特定の温度よりも上に上げることである。したがって、温度制御システムは、内部に配置された吸着剤物質および／またはセンサデバイスを洗浄するのに十分な温度まで少なくとも１つの上記導管セクションの温度を上げるように適合され得る。
【００５９】
図６の実施形態は、バルブ６６１およびキャリヤーガス入口６６２によって概略的に表現されている、圧力モジュレータをさらに備える。この概略的な表現では、キャリヤーガスは、圧縮器または加圧円筒からの圧力で供給され得る。他の場合では、ファンまたはポンプなどの動的システムが、同等の機能を実行でき、図示のように入力側に配置されてもよいし、出力側に配置されてもよい。試料は、試料入口６６３から引き込まれてもよいし、試料自体を加圧またはその他の方法で推進させるのであってもよい。これらのいずれかまたはそれ以外により、導管を通るガスの速度を制御するように適合される圧力モジュレータが提供される。
【００６０】
デバイスは、キャリヤー入口６６２から入ってくるガス流を受け、排出口１０２を通してガスを排出する。入口６６２は、中性キャリヤーガスを供給されてもよいし、単純に周囲空気を使用してもよいし、実施の詳細に応じて任意の他の流体を使用してもよい。図示のように、特性評価されるガスは、試料入口６６３を介して入口１０１を通して到達するガス流中に注入される。
【００６１】
この状況において、ガスという用語は、上述のように、または別の方法で、最大限広範な意味で理解されたい。特に、ガスは、実質的に気相である任意の試料を含む。これは、気体キャリヤー中に分散された固体または液体の粒子を含んでもよい。これは、ただ１種、または複数の異なる分子を含むガスを含んでもよく、この一部またはすべては、特性評価される試料に対応でき、それ以外は、不活性であってもよいし、そうでなければキャリヤーとして単に作用するのであって、特性評価されなくてもよい。
【００６２】
試料の物質の相は、この相で試料がガスセンサと反応することが想定される点で重要であることも留意されたい。ガスセンサから離れたシステムの各部分において、試料が別の形態で存在することは、完全に可能である。特に、試料は、液体で循環し、その液体から分離させて、半透膜などによって関連点において気体の形態を取るようにすることができる。
【００６３】
例えば特性評価されるガスが周囲空気である一部の場合では、このようにキャリヤーガスと試料ガスとを混合する必要はない場合がある。圧力コントローラ６６１は、所望の流量および圧力が確保しながら、入口１０１を通してキャリヤーガスおよび試料ガスを引き、ガスを導管１００を通して、排出口１０２から出るように押すように制御して作用できる。例えば永続的に動作する一部の実施では、センサの安定性の目的で、ガスセンサの電力が不十分である場合は常に、導管を通る気流を確保することが望ましい。
【００６４】
図６の実施形態は、一方で温度制御手段と、他方で圧力モジュレータを導入しているが、これらの構成は、動作中に独立であってもよく、一方または両方が、本明細書で説明したように、または他の方法で、他の実施形態と組み合わせられてもよいことが理解されよう。
【００６５】
図７は、第５の実施形態を示す。
【００６６】
図７の実施形態は、図２の実施形態と同様である。ただし、図２のセンサ２４１、２４２は、センサの検知面が導管１００の軸およびガスの流れの方向と実質的に平行な面にあるように、導管１００の内面上に接線方向に配置されるとして示されているが、図７の実施形態によれば、センサ７４１、７４２は、ガスの流れに対して実質的に垂直に、かつ導管１００に沿って同軸に配置されている。
【００６７】
この手法は、改良された感度および簡素化された構築の点で利点を提供し得る。
【００６８】
図８は、図７の実施形態を実施するのに適する金属酸化物センサ構造を示す。
【００６９】
センサ７４１、７４２のそれぞれが、膜構造８３０の上に支持されている、半導体金属酸化物から作られた１つ以上の検知層８５２を備える。検知層は、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＲｕＯ２、ＷＯ３、およびＡＢ２Ｏ４（スピネル型酸化物）を含むが、限定されるものではない、様々な物質から作られてよく、白金、ロジウム、チタン酸化物、金などの触媒物質も（単独または酸化物と混合して）使用できる。あるいは、検知層が導電性ポリマーから作られる場合、任意の所望のドーピングをした、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリ（フェニルビニレン）、およびポリ（３，４−エチレン−ジオキシチオフェン）を含むが、限定されるものではない、様々な物質から作られてもよい。
【００７０】
本発明は、検知物質（および任意の触媒物質）の堆積のために使用される技法に関して、特に限定されるものではない。周知のように、堆積させた検知／触媒物質の表面の性質は、センサの効率に影響し、物理的な蒸着（ＰＶＤ）によって生成されるナノ粒子、および多孔性表面では、良好な効率が得られる。一般的に、堆積技法は、効率の考慮事項を踏まえて、堆積させる特定の物質に適合される。層８５２の厚さは、堆積技法に応じて変わり、一般的に、ＰＶＤが使用される場合に１００〜１０００ｎｍとなり、その他の方法では１０〜１００μｍとなる（ただしこれらの値は変わり得る）。
【００７１】
図示のように、膜構造８３０は、絶縁物質（例えばＳｉＯ２、またはＳｉ３Ｎ４、またはＳｉＯｘＮｙ、またはＳｉＮｘ）の３つの薄層８３１、８３２、８３３から構成される。薄層８３２、８３３は、加熱装置を間に挟み、この加熱装置を他のコンポーネントから絶縁するように作用する。層８３１は、上に載る層を支持するための膜として機能する。この多層膜構造における応力は、異なる物質から層を形成することによって低減できる。この例では、層８３３はＳｉＯ２から作られ、層８３２はＳｉＮｘから作られ、層８３１は、ＳｉＯ２から作られる。
【００７２】
膜構造８３０は、縁部が比較的肉厚であるが微小ホットプレート構造を提供するために凹部８５７を有する基板８５４上に載せられる。図示の例では、凹部８５７は、基板を貫通する開口部の形態を取る。ただし、膜構造８３０が基板８５４の開口部を覆う。一般的に、基板８５４は、シリコンウエハから作られ、これは、Ｓｉウエハが標準的な半導体製造プロセスを用いて高精度に加工できるためである。
【００７３】
図示のように、孔８５８が膜構造８３０を通して設けられている。あるいは、膜構造８３０を形成する層は、多孔質であってもよい。この例では、孔（ｈｏｌｅｓ／ｐｏｒｅｓ）８５８は、１０μｍの直径を有するが、他の値も想定でき、実際、デバイスの挙動を全体として制御するための手段として選択されてもよい。
【００７４】
センサは、閉鎖タイプの微小ホットプレート構造を有するため、また孔８５８が検知層８５２に対して位置決めされて設けられるため、ガスセンサを通過するガスは、デバイス全体を上から下へ横断する。
【００７５】
先の段落で示したように、センサの活性領域に孔８５８を配置する（すなわち、検知層８５２に対して位置決めする）と有利である。しかしながら、孔８５８の位置は変えることができる。
【００７６】
測定電極８５５は、ガスに曝されたときの検知層の電気的特性の変化を検出するために、それぞれの検知層８５２と接触して設けられている。生じる特定の変化は、半導体金属酸化物を形成する物質の性質と、ガス試料中に存在するガス種と、に依存するが、一般的に、検知層のインピーダンスを変える酸化および／または還元反応からなる。上述のように、一般的に、感知できるほどの吸着（および酸化／還元）を生じるために、検知層を加熱する必要がある。したがって、加熱装置８５６は、絶縁層８３２、８３３の間に設けられる。加熱装置自体はまた、抵抗の変化を監視することによって、温度センサとして使用され得る。上述のような温度制御手段が導管自体に設けられている場合、このことは必要ではない。センサはまた、検知層８５２によって得られた温度を独立に監視できるように、温度センサ（図示せず）を備え得る。
【００７７】
この例では、測定電極は、Ｐｔから作られ、下層にＴｉ接着層を有し、略円形の部分を有する２つの連結した導体要素の形態を取る。
【００７８】
同様に、この例では、加熱装置８５６は、検知層８５２の下にある略円形の要素の形態を取る。この例では、加熱装置８５６は、測定電極と同様にＴｉ／Ｐｔワイヤから作られるが、加熱装置８５６の場合、Ｔｉ／Ｐｔワイヤは、自身の上に重なるように折り曲げられて、一連の入れ子状の巻線を形成する。一般的に、加熱装置のワイヤは、０．２μｍ厚および２０μｍ幅である。加熱装置８５６のために、Ｔｉ／Ｐｔ以外の物質、例えば多層耐熱導体（Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、．．．）を使用できるが、ポリシリコンも使用できる。
【００７９】
加熱装置８５６および温度センサの精密な位置決めは変わり得る。しかしながら、加熱装置８５６から検知層８５２への熱の伝達は、加熱装置が、検知層の位置に対して位置決めされて提供されるときに、特に効率がよい。この例では、加熱装置８５６は、測定電極８５５からの加熱装置８５６の絶縁を確保するために、膜８３３によって検知層８５２から分離される。
【００８０】
測定電極８５５および加熱装置８５６を使用する一例では、絶縁層８３２、８３３は、約０．５μｍ厚のＳｉＯ２およびＳｉＮｘの層であり、他の絶縁層８３１は、約０．８μｍ厚のＳｉＯ２層であり、基板８５４は、縁部が３００〜５００μｍ厚のシリコンウエハである。この例では、ＺｎＯから作られた検知層８５２は、急速に（例えば３０ミリ秒のオーダーで）５００℃の温度まで上昇させられ得る。
【００８１】
一般的に、検知層８５２は、粒ベースの構造を有するため、またはナノ粒子、ナノロッド、ナノワイヤ、もしくはナノチューブから作られるため、多孔質である。「ナノ」という接頭辞は、従来、１ｘ１０−７Ｍ未満の大きさ、しばしば直径という意味を含むと考えられているが、ここでは、センサの物理的および化学的要件に合致する任意の大きさの物質が可能である。特定の実施形態では、検知層８５２は、ナノ粒子構造を有する。これは、このような構造では体積に対する面積の比が大きく、試験対象のガスとの化学反応が生じ得る表面積が大きいためである。検知要素の検知層８５２がガス試料に曝されると、検知層は多孔質であるため、ガスは、検知層８５２内に貫通し、導管１００に沿って進み続ける。
【００８２】
一部の場合では、層８３３、８３２、および８３１はまた、検知層８５２を貫通するガスが関連するガス検知要素をすべて通り抜けるように、孔８５８によって横断されてもよい。孔８５８は、半導体の製造において用いられる標準的なプロセスから（例えば、フォトリソグラフィ、反応性イオンエッチングなどを用いて）作られ得る。変形の構造では、下にある層８３３、８３２、および８３１は、多孔質であり、そのため、孔８５８を設ける必要はない。凹部８５７に基板８５４の薄い部分が渡されている場合では、膜構造８５３の下に、孔８５８が、その基板部分内に設けられ得る、または多孔質物質から作られ得る。
【００８３】
複数のこのようなセンサが、例えば積み重ねて配置された一連の重なったセンサを備えるネットワークまたは積層体として、一緒に配置され得る。
【００８４】
センサを通過するガスは、特に、検知層において使用される酸化物または導電性ポリマーのタイプ、検知層の温度、ＵＶ放射をする場合の曝露の影響、検知層に適用され得る温度の時間プロファイルに応じて変わる。したがって、導管の別のセクションなどの後続のガス検知要素、または積層体の次の要素の測定電極８５５によって測定される信号は、このガス検知要素の検知層における酸化物または導電性ポリマーの性質、およびその動作条件（温度、なんらかのＵＶ放射への曝露、適用され得る温度の時間変化、電圧の周波数、検知層の電圧など）だけではなく、先行するガス検知要素の酸化物または導電性ポリマーの性質、およびその動作条件に依存する。
【００８５】
例えば図２〜図８に関連して提示されたデバイスは、流量、温度、導管セクションによる検知層の電圧、センサ温度、温度、なんらかのＵＶ放射への曝露、適用され得る温度の時間変動、電圧の周波数、検知層の電圧、または本明細書で、またはその他の方法で言及される他の変数のいずれかなどの、かなりの数の制御可能な変数を実施し得る。これらの変数は、測定サイクル中、動的に制御され得る。
【００８６】
図９は、一実施形態による測定システムを示す。
【００８７】
図９に示すように、図６に関連して上述したデバイスと同様のデバイスがある。図６のデバイスのトランスデューサのそれぞれにそれぞれのドライバが設けられている。具体的には、入口バルブ６６１は、ドライバ９６１によって読み出しおよび制御され、試料制御バルブ６６３は、ドライバ９６３によって読み出しおよび制御され、温度制御ユニット６５３は、ドライバ９５３によって読み出しおよび制御され、センサ４４１は、ドライバ９４１によって読み出しおよび制御され、温度制御ユニット６５２は、ドライバ９５２によって読み出しおよび制御され、センサ５４３は、ドライバ９４３によって読み出しおよび制御され、温度制御ユニット６５１は、ドライバ９５１によって読み出しおよび制御され、センサ４４２は、ドライバ９４２によって読み出しおよび制御される。ドライバ９６１、９６３、９５３、９４１、９５２、９４３、９５１、９４２のそれぞれは、システムコントローラ９８０によって読み出しおよび制御され、次いで、システムコントローラ９８０は、プロセッサ９９０によって読み出しおよび制御される。
【００８８】
したがって、プロセッサは、温度、圧力、湿度、ガス、または場合により他の変数を検知するセンサによって場合によりトリガされる入口バルブ６６１、６６３を制御することによって、測定サイクルを開始し、センサ４４１、４４２、５４３から指示値を受信する。プロセッサは、試料の成分を同定することを試みることを直ちに開始することができ、進展するデータセットに応じて、異なる存在し得る試料成分をよりよく区別するために、システム変数のいずれか調整することができる。
【００８９】
図１０は、一実施形態による方法のステップを示す。
【００９０】
図示のように、本方法は、ガスが入口において注入されるステップ１００５に進む前に、ステップ１０００において開始する。次いで、本方法は、ガスのフィンガープリントを集めるために、ガスが導管に沿って拡散するときに、１つ以上のセンサの出力を記録するステップ１０１０に進む。次に、本方法は、フィンガープリントを、既知のガスに対応する標準フィンガープリントのライブラリと比較するステップ１０１５に進み、ステップ１０２０において、標準フィンガープリントが上記標準フィンガープリントに最もよく一致する既知のガスとしてガスを最終的に同定する。
【００９１】
一部の実施形態では、記録するステップと比較するステップとは、ステップ１０２０において、十分に密接した一致が見つかるまで反復して繰り返されてもよい。
【００９２】
一部の実施形態では、最も可能性の高い標準フィンガープリントの一致を判定するステップと、これらの最も可能性の高い一致同士を最も明確に区別するために判定された方式で、システム変数を修正するステップと、の追加的なステップが提供され得る。
【００９３】
一部の実施形態では、記録するステップと比較するステップとは、満足できる一致が同定されると終了され得る、つまり、試料が導管の最後または任意の特定のセンサに到達するのを待たずに終了され得る。
【００９４】
またさらに、センサまたは導管セクションの動作条件は、試料サイクル中に、動的に設定することができる。特に、第１のセンサ以前のセンサにおける測定が、最初の測定に基づいて予測されたように、検出された試料に最も適切であり、検出される試料の最も可能性の高い成分間を最も区別可能としそうな、後のセンサおよび／または導管セクションにおける設定を判定するために使用され得る。
【００９５】
またさらに、導管のセクションは、単純な直線状に配置される必要はなく、導管の異なる段において１つ以上の分枝が設けられてもよい。それぞれの分枝には、異なる吸着剤物質が設けられてもよく、その結果、異なる溶出条件における試料ガスの挙動を監視および比較できる。これらの分枝の一部またはすべてが、異なるセクションを通る試料の経路が動的に制御されるように、バルブによって制御されてもよく、その結果、測定サイクルが進むにつれて、先行するセクションの結果を明確にするのに異なる吸着剤が有用であると判定され得る。
【００９６】
またさらに、２つ以上のセンサが導管に沿った同じ位置に設けられてもよい。これらのセンサは、特性評価される試料に応じて、異なるセンサからの指示値がより多くまたはより少ない重要性を与えられるように、異なる特性を有する。
【００９７】
試料フィンガープリントを集めるために様々なドライバおよびセンサの出力をサンプリングすることに加えて、システムは、指示値をさらに特性評価するために、例えば、ピーク値、特定の値またはピーク値に立ち上がるまでの時間、ピーク値の指定された割合に立ち上がるまでの時間、ピーク値からゼロに降下するまでの時間、ピーク値の指定された割合に降下するまでの時間、指定された値に降下するまでの時間、ゼロに降下するまでの時間、ピーク立ち上がり速度、測定サイクルにおける指定された点における立ち上がり速度、測定サイクルにおける指定された点における降下速度などを抽出することによって、サンプリングされた情報を処理することができる。システムは、平均値、標準偏差または他の統計的評価を計算することができる。システムは、カーブフィッティングまたは回帰分析、ノイズ除去、信号処理変換およびベースライン調整を行うことができる。どの測定かに基づいてこのような計算のうちのどれを行うかを指定する命令が測定プロトコルに組み込まれてもよい。
【００９８】
そのため、最終的な試料フィンガープリントは、生の指示値データ、試料データの処理された表現、または両方の組み合わせを含み得る。
【００９９】
特定の実施形態では、ステップ１０１５において使用される標準フィンガープリントのライブラリは、それ自体が動的に選択され得る。このような場合、試料フィンガープリントが利用可能になったならば、プロセッサ９９０は、メモリからライブラリを選択することができる。ライブラリは、特性評価される試料のタイプに関する任意の利用可能な情報と、測定サイクルの時間におけるその場の周囲条件と、に基づいて選択され得る。これは、試料に関する任意の利用可能な情報を提供するためのユーザ入力を含むことができ、例えば、ユーザは、試料が特定の食品タイプであることを指定でき、これにより、特定の特性評価ライブラリを選択的に選択するための基礎が提供され得る。あるいは、システムは、関連情報を取得するために、他のデバイスと通信することができ、例えば、接続された冷却装置は、その内容物に関する情報を提供することができる、または製品の包装は、バーコード、ＲＦＩＤタグもしくは試料に関する追加的な情報を回収するために使用され得る他の識別子を有し得る。一部の場合では、温度、圧力および湿度などの周囲条件の指示値に応じて、異なるライブラリが適用され得る。
【０１００】
各特性評価ライブラリは、複数の標準フィンガープリントを含む。標準フィンガープリントは、分類データと合わせて、試料フィンガープリントにおけるデータに対応する代表的なデータセットである。標準フィンガープリントは、検討対象の試料のタイプの異なるサブカテゴリを代表して提供され得る。例えば、試料タイプが「コーヒー」である場合、特定の試料を分類し得る多次元特性（種、原産地、状態、味のプロファイル、品質など）の各組み合わせについて、特性評価ターゲットが提供され得る、または代替的に、試料の特性評価に別々に適用され、最終的な完全な試料の分類を提供するために組み合わされ得る各次元について個別の特性評価が提供され得る。
【０１０１】
比較プロセスは、ｋ−ＮＮ（ｋ近傍法）、ＣＡ（クラスタ解析）、ＤＦＡ（判別分析）、ＰＣＡ（主成分分析）、ＰＣＲ（主成分回帰）、重回帰（ＭＬＲ）、階層的クラスタ分析（ＨＣＡ）、ＡＮＮ（人工ニューラルネットワーク）、ファジィＡＲＴ、ＰＮＮ（確率的ニューラルネットワーク）、ＬＶＱ（学習ベクトル量子化）、ＳＯＭ（自己組織化マップ）などの多変量解析技法によって実行することができる。解析はまた、誤差逆伝播法、多層パーセプトロン、放射基底関数、適応共鳴理論など、ニューラルネットワーク技法およびファジィ論理技法を利用することができる。
【０１０２】
したがって、上述のような比較において、特に特定の測定状況において図１０に関して説明される方法のステップ１０１５に関連して、使用するための標準フィンガープリントのライブラリを規定する方法が提供される。この意味で、コーヒーなどの試験される試料のタイプの観点から特定の測定状況が最初に規定され得る。
【０１０３】
本方法は、それぞれが１種以上の成分ガスの一部を含む、複数の試料ガスを選択するさらなるステップであって、複数の試料ガスは、上記測定状況における成分ガスの各組み合わせを代表する試料を含む、ステップを含む。成分ガスの素性、またはそれらのそれぞれの割合は既知であってもそうでなくてもよい。そのため、試料ガスのセットは、一般的に、測定状況において生じる可能性のあるすべてのガスを含む。このことは、粒度のレベルの判定を意味し、区別すべきサブカテゴリのレベルの数を決定づける。この状況では、当然のことながら、ガスという用語は、上記の広義の用語で理解され、実際、物理的な試料から出た蒸気を含むことができる。
【０１０４】
本方法は、図２、図４、図５、図６、図７、図９などのいずれかに関連して上述したデバイスで各試料ガスを特性評価するステップをさらに含む。一般的に、特性評価は、この段階において、特性評価ライブラリを参照することなく、この特性評価が行われ得るため、異なる動作条件下にあるデバイスによる異なる出力の数値測定に限定される。あるいは、特性評価は、例えば、現在の測定状況を含むより広範なカテゴリなどの準備中のライブラリよりも一般的な場合について、または部分的に同等の特性を有すると予期され得る試料の異なるカテゴリなどの並行な場合について、または現在の測定状況の一部を構成するより狭いカテゴリについて、特性評価ライブラリが利用可能な場合に、図１０に関連して説明したように、特性評価ライブラリの恩恵を受けて行われ得る。いくつかのこのようなライブラリを一緒に使用することができ、単に数値または定性的な情報でさらに補足され得る。可能な限り最も豊富な特性評価セットを提供するために、デバイスは、流量、温度などの異なる可能な動作条件の異なる順列を循環できる。デバイスに、導管に沿った同じ点に複数のセンサが、または導管を通して複数の経路が設けられる場合、センサおよび／または導管の複数の構成によって測定が行われ得る。
【０１０５】
標準フィンガープリントは、センサの応答であり得るが、例えば、反応開始時間（ＲＳＴ）、回復時間、遅延時間（該当する場合は、異なるセンサの応答間の遅延）、応答変曲点、信号処理変換などの温度変調に起因する、特性から派生した値でもある。
【０１０６】
このプロセスは、ｙ個の試料に対してｘ個の指示値（例えば、一定時間間隔における応答）を対比させる、多次元行列を提供する。
【０１０７】
本方法は、最後に、各それぞれの試料ガスの特性評価から、すべての他の試料ガスから上記それぞれの試料ガスを効果的に区別できる１つ以上の標準フィンガープリントを選択するステップを含む。
【０１０８】
この行列は大きいことが多いが、代表的な試料セットによって示される範囲について、重要な変数の同定に関およびガスの定量化および試料の区別を可能にする特性に関する結果する様々なアルゴリズムが知られている。このようなアルゴリズムとしては、ｋ−ＮＮ（ｋ近傍法）、ＣＡ（クラスタ解析）、ＤＦＡ（判別分析）、ＰＣＡ（主成分分析）、ＰＬＳ（部分的最小二乗）、ＰＣＲ（主成分回帰）、重回帰（ＭＬＲ）、階層的クラスタ分析（ＨＣＡ）、ＡＮＮ（人工ニューラルネットワーク）、ファジィＡＲＴ、ＰＮＮ（確率的ニューラルネットワーク）、ＬＶＱ（学習ベクトル量子化）、ＳＯＭ（自己組織化マップ）などの多変量解析技法を挙げることができる。
【０１０９】
ライブラリは、リモートのサーバからオンデマンドでダウンロードされてもよく、特定の活動がローカルまたはリモートで実行されてもよい。
【０１１０】
特定の実施形態では、したがって、ガスクロマトグラフィーカラムに金属酸化物センサを備えるハイブリッドデバイスが提供され、これによれば、ＭＯＳデバイスからの指示値は、それぞれの成分についての、カラムを覆う吸着剤の溶出効果に応じて、試料の成分に与えられる異なる遅延を反映し、試料に反応してカラムに沿って変化する。この手段により、指示値の集まりが取得され、このうちのいずれか１つが、特定の試料に関して解釈しやすい可能性があり、互いに比較され、追加的な測定次元を提供することができる。カラムまたはセンサの後のセクションの挙動は、先行する段で取得された指示値に応じて、測定サイクル中に動的に変更され得る。
【０１１１】
本開示の方法は、完全にハードウェアの実施形態（例えば、ＦＰＧＡ）、完全にソフトウェアの実施形態（例えば、本発明によるシステムを制御するためのもの）またはハードウェア要素とソフトウェア要素との両方を含む実施形態の形態を取ることができる。ソフトウェアの実施形態は、ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含むが、限定されるものではない。本発明は、コンピュータまたは命令実行システムによって、またはコンピュータまたは命令実行システムに関連して使用するためのプログラムを提供するコンピュータ使用可能またはコンピュータ可読媒体からアクセス可能なコンピュータプログラム製品の形態を取ることができる。コンピュータ使用可能またはコンピュータ可読は、命令実行システム、装置、もしくはデバイスによって、または命令実行システム、装置、もしくはデバイスに関連して使用するためのプログラムを含む、記憶する、伝達する、伝播する、または輸送する任意のデバイスであり得る。媒体は、電子、磁気、光学、電磁気、赤外線、または半導体システム（または装置もしくはデバイス）または伝播媒体とすることができる。
【０１１２】
これらの方法およびプロセスは、コンピュータアプリケーションプログラムもしくはサービス、アプリケーションプログラミングインターフェース（ＡＰＩ）、ライブラリおよび／または他のコンピュータプログラム製品、またはそのようなエンティティの任意の組み合わせによって実施され得る。
【０１１３】
図１１は、本発明の実施形態を実施するのに適する汎用コンピューティングシステムを示す。
【０１１４】
図１１に示すように、システムは、ロジックデバイス１１０２とストレージデバイス１１０３とを備える。本システムは、場合により、ディスプレイサブシステム１１１８、入出力サブシステム１１１０、通信サブシステム１１１１、および／または図示されていない他のコンポーネントを備え得る。ロジックデバイス１１０２は、命令を実行するように構成される１つ以上の物理的なデバイスを備える。例えば、ロジックデバイス１１０２は、１つ以上のアプリケーション、サービス、プログラム、ルーチン、ライブラリ、オブジェクト、コンポーネント、データ構造、または他の論理的構成の部分である命令を実行するように構成される。そのような命令は、タスクを行う、データ型を実装する、１つ以上のコンポーネントの状態を変える、技術的効果を実現する、またはその他の方法で所望の結果に到達するように実施され得る。
【０１１５】
ロジックデバイス１１０２は、ソフトウェア命令を実行するように構成される１つ以上のプロセッサを備え得る。追加的または代替的に、ロジックデバイスは、ハードウェア命令またはファームウェア命令を実行するように構成される１つ以上のハードウェアまたはファームウェアロジックデバイスを備え得る。ロジックデバイスのプロセッサは、シングルコアまたはマルチコアとすることができ、そこで実行される命令は、逐次、並列、および／または分散処理のために構成されてもよい。ロジックデバイス１１０２の個々のコンポーネントは、場合により、２つ以上の別個のデバイスに分散させることができ、これらは、遠隔に配置されてもよい、および／または協調処理のために構成されてもよい。ロジックデバイス１１０２の態様は、クラウドコンピューティング構成で構成される、遠隔からアクセス可能なネットワークコンピューティングデバイスによって仮想化され、実行されてもよい。
【０１１６】
ストレージデバイス１１０３は、本明細書で説明される方法および処理を実施するために、ロジックデバイスによって実行可能な命令を保持するように構成される１つ以上の物理的なデバイスを備える。そのような方法およびプロセスが実施されるとき、ストレージデバイス１１０３の状態は、例えば異なるデータを保持するように、変えられ得る。
【０１１７】
ストレージデバイス１１０３は、取り外し可能なデバイスおよび／または内蔵のデバイスを含むことができる。ストレージデバイス１１０３は、とりわけ、光学メモリ（例えば、ＣＤ、ＤＶＤ、ＨＤ−ＤＶＤ、ブルーレイディスクなど）、半導体メモリ（例えば、ＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭなど）、および／または磁気メモリ（例えば、ハードディスクドライブ、フロッピーディスクドライブ、テープドライブ、ＭＲＡＭなど）を含む、１つ以上のタイプのストレージデバイスを備え得る。ストレージデバイスは、揮発性、不揮発性、動的、静的、読み出し／書き込み、読み出し専用、ランダムアクセス、逐次アクセス、位置参照（ｌｏｃａｔｉｏｎ−ａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅ）、ファイル参照（ｆｉｌｅ−ａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅ）、および／または連想（ｃｏｎｔｅｎｔ−ａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅ）デバイスを含むことができる。
【０１１８】
特定の構成では、システムは、ロジックデバイス１１０２と、さらなるシステムコンポーネント、特に臭気センサデバイス９００と、の間における通信をサポートするように適合されるインターフェース１１１０を備え得る。そのような構成では、ロジックデバイス１１０２と、ストレージデバイス１１０３と、入出力インターフェース１１１０と、を備えるシステムは、上述のプロセッサ９９０の役割を果たし得る。
【０１１９】
例えば、追加的なシステムコンポーネントは、取り外し可能および／または内蔵の拡張ストレージデバイスを備え得る。拡張ストレージデバイスは、とりわけ、光学メモリ１１３２（例えば、ＣＤ、ＤＶＤ、ＨＤ−ＤＶＤ、ブルーレイ（登録商標）ディスクなど）、半導体メモリ１１３３（例えば、ＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭなど）、および／または磁気メモリ１１３１（例えば、ハードディスクドライブ、フロッピーディスクドライブ、テープドライブ、ＭＲＡＭなど）を含む、１つ以上のタイプのストレージデバイスを備え得る。そのような拡張ストレージデバイスは、揮発性、不揮発性、動的、静的、読み出し／書き込み、読み出し専用、ランダムアクセス、逐次アクセス、位置参照（ｌｏｃａｔｉｏｎ−ａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅ）、ファイル参照（ｆｉｌｅ−ａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅ）、および／または連想（ｃｏｎｔｅｎｔ−ａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅ）デバイスを含むことができる。
【０１２０】
ストレージデバイスは、１つ以上の物理的なデバイスを含み、伝搬する信号自体を除くことが理解されよう。しかしながら、本明細書で説明される命令の態様は、代替的に、ストレージデバイスに記憶されているのとは反対に、通信媒体（例えば、電磁気信号、光信号など）によって伝播されてもよい。
【０１２１】
ロジックデバイス１１０２およびストレージデバイス１１０３の態様は、１つ以上のハードウェアロジックコンポーネントへと一緒に一体化されてもよい。そのようなハードウェアロジックコンポーネントは、例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定プログラムおよび特定用途向け集積回路（ＰＡＳＩＣ／ＡＳＩＣ）、特定プログラムおよび特定用途向け標準製品（ＰＳＳＰ／ＡＳＳＰ）、システムオンチップ（ＳＯＣ）、ならびに複合的プログラマブルロジックデバイス（ＣＰＬＤ）を含み得る。
【０１２２】
「プログラム」という用語は、特定の機能を実行するように実施されるコンピューティングシステムの態様を記述するのに使用され得る。一部の場合では、プログラムは、ストレージデバイスによって保持された機械可読命令を実行するロジックデバイスを介してインスタンス化され得る。異なるモジュールが同じアプリケーション、サービス、コードブロック、オブジェクト、ライブラリ、ルーチン、ＡＰＩ、関数などからインスタンス化され得ることを理解されたい。同様に、同じプログラムが、異なるアプリケーション、サービス、コードブロック、オブジェクト、ルーチン、ＡＰＩ、関数などによってインスタンス化され得る。「プログラム」という用語は、実行可能ファイル、データファイル、ライブラリ、ドライバ、スクリプト、データベース記録などの個別またはグループを包含し得る。
【０１２３】
特に、図１１のシステムは、本発明の実施形態を実施するために使用され得る。
【０１２４】
例えば、図１０に関連して説明されたステップを実施するプログラムなどのプログラムは、ストレージデバイス１１０３に記憶され、ロジックデバイス１１０２により実行され得る。さらに、上述したように特性評価ライブラリの生成を実施するプログラムなどのプログラムは、ストレージデバイス１１０３に記憶され、ロジックデバイス１１０２により実行され得る。通信インターフェース１１１１は、特性評価ライブラリを特性評価サーバ１１３０から受信し、試料タイプ情報または試料特性評価データを上述したようにアップロードし得る。ロジックデバイス１１０２は、試料特性評価を受信して集め、任意の追加的な処理を実行し、最終的な試料特性評価を特性評価ライブラリと比較し、ディスプレイ１１１８を介して結果をユーザに報告し得る。動作の様々な段階において、以下の説明するように、適切なプログラムの制御下で、例えば試料タイプに関係する、さらなる入力が、ディスプレイ１１１８を介して促され、ユーザ入力インターフェースデバイス１１１６、１１１５、１１１４、１１１３、１１１２を介して回復され得る、またはこれらのプロセスの一部もしくはすべてを実行するように適合された内部または外部専用システムとインターフェースし得る。
【０１２５】
したがって、本発明は、コンピュータプログラムの形態で実施され得る。
【０１２６】
「サービス」は、本明細書で使用される場合、複数のユーザセッションにわたり実行可能なアプリケーションプログラムであることが理解されよう。サービスは、１つ以上のシステムコンポーネント、プログラム、および／または他のサービスが利用可能であり得る。一部の実装では、サービスは、１つ以上のサーバコンピューティングデバイス上で稼働し得る。
【０１２７】
ディスプレイサブシステム１１１８は、含まれる場合、ストレージデバイスによって保持されるデータの視覚的表現を提示するために使用され得る。この視覚的表現は、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）の形態を取ることができる。本明細書で説明される方法およびプロセスが、ストレージデバイス１１０３によって保持されるデータを変更し、したがって、ストレージデバイス１１０３の状態を変えるときに、ディスプレイサブシステム１１１８の状態も同様に、基礎となるデータの変更を視覚的に表現するように変えられ得る。ディスプレイサブシステム１１１８は、事実上あらゆるタイプの技術を利用する１つ以上のディスプレイデバイスを含み得る。そのようなディスプレイデバイスは、共有エンクロージャ内でロジックデバイスおよび／またはストレージデバイスと組み合わされてもよいし、そのようなディスプレイデバイスは周辺ディスプレイデバイスであってもよい。
【０１２８】
入出力サブシステム１１１０は、含まれる場合、キーボード１１１２、マウス１１１３、スピーカ１１１４、マイクロホン１１１５、カメラ１１１６、プリンタ１１１７、ディスプレイもしくはタッチスクリーン１１１８、近距離通信インターフェース１１２１、またはゲームコントローラ（図示せず）などの１つ以上のユーザ入力デバイスを備える、またはそれとインターフェースし得る。一部の実施形態では、入力サブシステムは、選択される自然動作入力（ＮＵＩ）構成部分を備える、またはそれとインターフェースし得る。そのような構成部分は、一体化されてもよいし、周辺機器であってもよく、入力動作の変換および／または処理は、オンボードまたはオフボードで扱われ得る。例示的なＮＵＩ構成部分としては、言語および／または音声認識用のマイクロホン、マシンビジョンおよび／またはジェスチャ認識用の赤外線カメラ、カラーカメラ、立体カメラ、および／または深度カメラ、動き検出および／または意図認識用の頭部追跡装置、視線追跡装置、加速度計、および／またはジャイロスコープ、ならびに脳の活動を評価するための電場検知構成部分を挙げることができる。
【０１２９】
通信サブシステム１１１１は、含まれる場合、コンピューティングシステムを１つ以上の他のコンピューティングデバイスと通信可能に結合するように構成され得る。例えば、通信モジュールは、例えば、パーソナルエリアネットワーク、ローカルエリアネットワーク、広域ネットワーク、またはインターネットを含む任意のサイズのネットワークを介して、例えば、リモートサーバ１１３０でホストされるリモートサービスにコンピューティングデバイスを通信可能に結合し得る。通信サブシステムは、１つ以上の異なる通信プロトコルと互換性を有する有線および／または無線通信デバイスを含み得る。非限定的な例として、通信サブシステムは、無線電話網１１７４または有線もしくは無線のローカルエリアネットワークもしくは広域ネットワークを介して通信するように構成され得る。一部の実施形態では、通信サブシステムは、コンピューティングシステムがインターネット１１２０などのネットワークを介して他のデバイスとメッセージを送信および／または受信できるようにし得る。通信サブシステムは、受動デバイス（ＮＦＣ、ＲＦＩＤなど）との短距離誘導通信１１２１を追加的にサポートし得る。
【０１３０】
図１１のシステムは、広範囲の異なるタイプの情報処理システムを反映することが意図されている。図１１に関連して説明されるサブシステムおよび特徴の多くが、本発明の実施に必要ではなく、一般的なシステムをより現実的に反映するために含まれていることが理解されよう。システムアーキテクチャは様々に異なり、図１１の異なるサブシステム間の関係が概略的なものに過ぎず、現実のシステムにおけるレイアウトおよび役割の分散に関して変わる可能性が高いことが理解されよう。実際には、システムが、図１１に関して説明される様々な特徴およびサブシステムの異なるサブセットを組み込む可能性が高いことが理解されよう。図１２、図１３、および図１４は、一部の一般的な例示的なデバイスをさらに詳細に論じている。
【０１３１】
図１２は、一実施形態を構成するために適合可能なスマートフォンデバイスを示す。図１２に示すように、スマートフォンデバイスは、上述したような要素１１０２、１１０３、１１１１、９００、１１１６、１１１５、１１１４、１１１８、１１１１、１１２１および１１３３を組み込む。スマートフォンデバイスは、ネットワーク１１２０を介して電話網１１７４およびサーバ１１３０と通信する。
【０１３２】
図１３は、一実施形態を構成するために適合可能なハンドスキャナデバイスを示す。図１３に示すように、ハンドスキャナは、上述したような要素１１０２、１１０３、１１１０、９００、１１１８、１１１１、１１１４、１１３３、１１２０および１１３０を組み込む。ハンドスキャナは、ネットワーク１１２０を介してサーバ１１３０と通信する。
【０１３３】
図１４は、一実施形態を構成するために適合可能なデスクトップコンピュータデバイスを示す。図１４に示すように、デスクトップコンピュータデバイスは、上述したような要素１１０２、１１０３、１１１０、１１１８、１１１１、１１１７、１１１６、１１１５、１１１４、１１１３、１１１２、１１３１および１１３２を組み込む。デスクトップコンピュータデバイスは、ネットワーク１１２０を介して周辺装置としての要素１１１７、１１１２、１１１３および９００およびサーバ１１３０と通信する。
【０１３４】
本明細書で説明される構成および／または手法が本質的に例示的なものであり、多くの変形が可能であるため、これらの特定の実施形態または例が、限定の意味で考慮されるべきではないことが理解されよう。本明細書で説明される特定のルーチンまたは方法は、任意の数の処理戦略のうちの１つ以上を表し得る。そのため、図示および／または説明される様々な動作は、図示および／または説明される順序で、他の順序で、並列に実行されてもよく、または省かれてもよい。同様に、上記のプロセスの順序は変更されてもよい。
【０１３５】
本開示の主題は、本明細書に開示される様々なプロセス、システムおよび構成、ならびに他の特徴、機能、動作、および／または特性、ならびにそれらのありとあらゆる均等物のすべての新規かつ非自明の組み合わせおよび副組み合わせを含む。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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