(57)【要約】【解決手段】周辺空気中に検体の存在を検出するための装置および方法である。この装置は、周辺空気を受け入れるバルブと、空気を検出要素へ渡すラインと、前記検出要素周辺の環境を隔離するためのハウジングと、乱流中の前記検出要素に向けて前記検出要素と略垂直に空気を流すための入口ポートと、空気を検出要素から運ぶための出口ポートと、空気を前記検出要素へ吸い込むための吸引力を提供する前記出口ポートと連絡しているポンプ（１１２）とを有している。この方法は、検体を含んでいる可能性がある周辺空気を吸い込むステップと、空気を前記検出要素に流すことによって乱流中の検出要素に空気を放射するステップであって、この検出要素は表面上に前記検体と選択的に反応する化学選択性材料を有していて、そして前記検体の前記検出要素との反応を検出するステップ、とを有する方法である。【選択図】図２
2005500508.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周辺空気中の検体の存在を検出するための装置であって、この装置は、
前記検体と選択的に反応する化学選択性材料のコーティングを有する表面と前記化学選択性材料と前記検体との選択的な反応を検出する手段とを有する検出要素と、
前記検出要素を取り囲んでいる環境を囲むハウジングであって、サンプリングポンプに接続された入口ポートを有し、前記周辺空気から気体サンプルを所定の圧力の下で前記ハウジング部内へ運ぶようになっているハウジングと、
前記検出要素を取り囲んでいる環境が周辺空気から隔離されて排気されることを可能にするために前記検出要素に囲まれた環境をシールする装置と、
前記検出要素を取り囲んでいる環境から気体サンプルを取り除くために真空ポンプに接続された出口ポートと、を有し、
前記入口ポートのサイズと方向性が適宜に決められることにより、前記化学選択性材料を有する前記表面に対して実質的に垂直方向の乱流内にある前記検出要素に前記気体サンプルを導き前記検出要素に衝突させるようになっている。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記入口ポートは、前記検出要素の表面に対して実質的に垂直でかつ前記検出要素の表面から離間した開口で終了する管状通路を含み、このことで前記入口ポートを通り抜ける気体サンプルは乱流内の前記検出要素の表面上に対して駆動されるようになっており、
前記出口ポートは環状のキャビティであり、
前記化学選択性材料は化学選択ポリマーである。
【請求項３】
周辺空気中に少なくとも１つの検体の存在を検出するための装置であって、前記装置は、
（ａ）少なくとも１つの検体と選択的に反応する少なくとも１つの化学選択性材料のコーティングを有する表面と、少なくとも１つの前記化学選択性材料の少なくとも１つの前記検体との選択的な反応を検出する手段と、を有する少なくとも１つの検出要素と、
少なくとも１つの前記検出要素に取り囲まれている環境を封じ込めるハウジングであって、周辺空気から気体サンプルを所定の圧力の下でハウジングへ運ぶためにサンプリングポンプに接続された入口ポートと、少なくとも１つの前記検出要素を取り囲んでいる環境が周辺空気から隔離されて排気されることを可能にするために前記検出要素を取り囲んでいる環境をシールするための手段と、少なくとも１つの前記検出要素を取り囲んでいる環境から前記気体サンプルを取り除くために真空ポンプに接続されている出口ポートと、を有するハウジングと、を有し、
前記入口ポートのサイズと方向性が適宜に決められることにより、前記化学選択性材料を有する前記表面に対して実質的に垂直方向の乱流内にある前記検出要素に前記気体サンプルを導き前記検出要素に衝突させるようになっており、
（ｂ）さらに、高速な信号反応速度の化学検出器を有し、
（ａ）の少なくとも１つの検出要素と（ｂ）のイオン流動性分光計の両方が信号応答を生成し、さらに前記装置は（ａ）の少なくとも１つの検出要素と（ｂ）の検出器の信号応答を合成して同時に分析するための手段を有する。
【請求項４】
周辺空気の存在を検出しウォームアップ期間を要さない装置であって、
前記検体を含んでいる可能性のある周辺空気を進入／阻止する第１のバルブと、
選択的に前記検体と反応する化学選択性材料を表面上に有する検出要素と、
前記検出要素と前記検体の反応を検出するためのセンサと、
前記検出要素を取り囲んでいる環境を封じ込めるハウジングと、
前記ハウジングに関連付けられ、前記検出要素に対して前記サンプルを通すための入口ポートであって、前記入口ポートのサイズと方向性が適宜に決められることにより、前記化学選択性材料を有する前記表面に対して実質的に垂直方向の乱流内にある前記検出要素に前記気体サンプルを導き前記検出要素に衝突させるようになっており、
前記検出要素を取り囲んでいる環境が空気から隔離されて排出されることができるように前記検出要素を取り囲んでいる環境をシールするためのデバイスと、
前記検出要素を取り囲んでいる環境から空気を通すための出口ポートと、
前記検出要素に対して空気を吸い込むために前記出口ポートに接続されたポンプと
を有する。
【請求項５】
請求項４記載の装置において、前記第１のバルブは三方弁であり、前記入口ポートは管状で前記検出要素に実質的に垂直に配置されていて、前記ポンプは真空ポンプである。
【請求項６】
請求項４記載の装置において、さらに、
前記ポンプと協力し、清浄された空気を生成すべく空気から前記検体を取り除く清浄装置と、
前記清浄装置に接続され清浄された空気を前記検出要素へ提供するための第３のバルブと、
を有している。
【請求項７】
請求項４記載の装置において、さらに、
前記ポンプと前記清浄装置との間に接続された第４のバルブを有している。
【請求項８】
請求項７記載の装置において、
前記第３と前記第４のバルブとの間に第２バルブを有している。
【請求項９】
請求項８記載の装置において、前記第１のバルブは三方弁であり、前記第２のバルブは二方弁であり、前記第３のバルブは二方弁であり、前記第４のバルブは三方弁であり、そして前記ポンプのサイズは約７リットル／分のフローレートを生成するものである。
【請求項１０】
請求項８記載の装置において、前記入口ポートは管状であり前記検出要素に対して略垂直に配置されていて、そして前記ポンプは真空ポンプである。
【請求項１１】
請求項１０記載の装置において、前記検出要素は約０．３インチ×０．０５インチであって、前記検出要素は前記入口ポートから約０．１インチに配置されていて、前記入口ポートは直径約０．４インチであって、そして空気は乱流を獲得するために十分なフローレートで略垂直に前記検出要素に向けて導入されるようになっている。
【請求項１２】
検体の存在を検出するために周辺空気をモニターする方法であって、この方法は、
（ａ）前記検体に選択的に反応する化学選択性材料でコーティングされた表面と前記化学選択性材料と前記検体の選択的反応を検出するための手段と、前記検出要素を取り囲んでいる環境を封じ込めるハウジングであって前記周辺空気から気体サンプルを取り除いて気体サンプルを所定の圧力の下で前記ハウジングへ運ぶためにサンプリングポンプに接続された入口ポートを有していて前記入口ポートのサイズと方向性が適宜に決められることにより前記気体サンプルが前記化学選択性材料でコーティングされた表面に実質的に垂直方向の乱流内にある前記検出要素に向けられていてるハウジングと、前記検出要素を取り囲んでいる環境から前記気体サンプルを取り除くための出口ポートと、前記検出要素を取り囲んでいる環境が周辺空気から隔離されて排気されることを可能にするための前記検出要素を取り囲んでいる環境をシールする手段と、を有する装置を提供する工程と、
（ｂ）前記周辺空気から前記検出要素を取り囲んでいる環境をシールして前記環境を吸引し、これにより前記検出要素のための基線を確立する工程と、
（ｃ）周辺空気から気体サンプルを取り除いて、この気体サンプルを最初に下げられた圧力の下でハウジングへ運び、このことにより前記気体サンプルが前記化学選択性材料でコーティングされた表面に略垂直にある乱流内の前記検出要素に衝突するために導かれる工程であって、それによって、前記検体分子が、前記気体サンプル中に存在するのであれば、前記化学選択性材料に反応して、そのような反応が検出され、またそれによって、前記気体サンプル中の非検体分子が前記乱流によって前記出口ポートに向かって駆動される工程と、
（ｄ）前記工程（ｂ）〜（ｃ）を繰り返し、前記検体の存在のために周辺ガスを周期的にモニターしかつ前記検出要素を基線に戻す工程と、
を有する。
【請求項１３】
検体の存在をその中に検出するために周辺空気をモニターする方法であって、この方法は、
（ａ）検体を含んでいる可能性のある空気を引き込む工程と、
（ｂ）前記検出要素に空気を流すことによって乱流内で検出要素に空気を放射する工程であって、前記検出要素は前記検体に反応する化学選択性材料をその表面上に有している工程と、
（ｃ）前記検出要素と前記検体の反応を検出する工程と、
を有する方法である。
【請求項１４】
請求項１３記載の方法であって、清浄されたガスを前記検出要素へ流すことによって、前記検出要素の基線状態を約２秒以内でもとに戻すステップを有する。
【請求項１５】
請求項１３記載の方法であって、周辺空気を前記検出要素へ流すことによって、前記検出要素の基線状態をもとに戻すステップを有する。
【請求項１６】
請求項１３記載の方法であって、清浄器を通って空気を通過させ、空気が前記検出要素に対して放射された後、前記検体が空気から取り除かれ他場合、それから清浄された空気で前記検出要素を清浄し、前記基線状態をリセットする工程を有する。
【請求項１７】
請求項１６記載の方法は、清浄された空気が通過／閉ざされている場合、前記バルブへ前記清浄された空気を通過させる工程を有する。
【請求項１８】
請求項１７記載の方法は、空気の流れを前記検出要素へ別々に通過／ブロックし、また前記検出要素の基線状態をもとに戻すために清浄された空気の流れを前記検出要素へ別々に通過／ブロックする工程を有する。
【請求項１９】
検体の存在を検出するために周辺空気をモニターする方法であって、この方法は、
（ａ）検体を含む周辺空気を乱流内で前記検体と選択的に反応する化学選択性材料でコートされた検出要素に対して引き込み、前記化学選択性材料の有効性を高める工程と、
（ｂ）空気の検体を清浄する工程であって、前記空気は前記検出要素から来ている工程と、
（ｃ）前記検出要素をその基線状態へ戻すため、その上に清浄された空気を流すことによって前記検出要素を清浄する工程と、
（ｄ）周辺空気から未清浄空気を吸い込む工程と、
（ｅ）前記検出要素と空気中に存在しうるあらゆる検体との選択的な反応を検出する工程と、
を有する方法である。
【請求項２０】
請求項１９記載の方法であって、前記検出要素が前記未清浄空気に反応している際に前記検出要素を取り囲んでいる環境をシールし、前記検出要素が清浄された空気で清浄される際に前記検出要素周辺の環境をシールする工程を有する。
【請求項２１】
請求項２０記載の方法において、清浄されたガスを前記検出要素の上へ流すことによって、前記検出要素の基線状態を約２秒以内でもとに戻す工程を有する。
【請求項２２】
請求項２１記載の方法において、すでに検出された検体とは異なって反応および異なった回復を有する、異なった検体を検出する工程を有する。
【請求項２３】
請求項２１記載の方法は、１つの化学選択性材料でコートされたセンサで検出された検体間を識別する工程を有する。
【請求項２４】
請求項２１記載の方法であって、検体の存在を検出するための周辺空気中の前記検出要素上への温度と湿度／湿気の温度の影響は除去される。
【請求項２５】
請求項２１記載の方法であって、前記検出要素上の１つの化学選択性材料が複数の検体を検出するようになっている。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願は、２０００年６月２８日出願の仮出願第６０／２１４，７８８号に基づく本出願用特許明細書であって、「ガスセンサのための気体ガス採取装置／方法」と題されている。発明者はＶＩＥＴ  ＫＨＡＮＨ  ＨＧＵＹＥＮとＲＵＳＳＥＬＬ  ＣＨＵＮＧとＲＯＢＥＲＴ  ＡＮＤＲＥＷ  ＭＣＧＩＬＬで、前記日付の出願がここに請求される。
【０００２】
本発明は、一般に空気中の検体を検出するための方法および装置に関し、特に化学センサの反応速度を向上させ、化学センサの基線をリストアするための方法および装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
化学センサのための周辺空気サンプリングは様々な形態を採用することができ、大きく、受動的サンプリングと能動的サンプリングの２つに分類することができる。受動的サンプリングでは、前記センサや検出器を一体化したポンプからの能動的なポンピング無しで周辺空気が前記センサに晒される。前記装置の汚染を防ぐ役割をする膜を伴って若しくはそれなしで直接前記センサを周辺空気に晒すことが可能である。信号反応速度は比較的遅く、それはポリマー被覆センサの拡散や厚さによって大きくコントロールされる。基線回復のための手段がこの受動的サンプリングモードには組み込まれていないので、もし例えば湿気や気温の変化によって前記センサが基線のずれを被る場合には、検体による信号は激的に変化している環境下では不明確なものとなる。一方、能動的サンプリングでは前記空気サンプルを能動的に流通させ、前記センサの前または流れの下方でニューマティクチューブとバルブと採集装置とガスクロマトグラフィックコラムとを通して前記空気を導くようになっている。能動的サンプリングは、前記ポリマー被覆センサを通過するように前記サンプルを引き込むようになっているが、化学センサの能動的表面からの検体分子の脱着を加速することはしていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、周辺空気／ガスのサンプルを化学センサへ運ぶための方法や装置であって信号の反応速度を加速するものを提供することである。
【０００５】
さらに、周辺空気のサンプルを化学センサへ運ぶための方法や装置であって、前記ガスサンプル中の検体の分子と前記センサ表面との反応を最大化させることも本発明の目的である。
【０００６】
さらに、周辺空気のサンプルを化学センサへ運ぶための方法や装置であって、前記ガスサンプル中の水のような邪魔な分子と前記化学センサ表面との反応を最小化させることもまた本発明の目的である。
【０００７】
さらに、周辺空気のサンプルを化学センサへ運ぶための方法や装置であって、前記化学センサの基線が別々のサンプルの間に確立されることを可能にすることもまた本発明の目的である。
【０００８】
さらに、パルス式ガスサンプリング技術であって、吸着剤被覆化学センサ中に入る検体の収着率を大気圧で吸着剤フィルムの上に空気をポンプ導入する従来の気体ガス採取技術と比較して３桁の大きさだけ速くなるよう向上させることもまた本発明の目的である。
【０００９】
さらに、吸着剤被覆センサの速い清浄が本質的に検体のない基線を特定できる蒸気のない状態を可能にするパルス式ガスサンプリング技術を提供することもまた本発明の目的である。
【００１０】
これらおよび他の目的は、周辺空気中に少なくとも１つの検体の存在を検出するための装置によって達成され、この装置は、
選択的ポリマーコーティングのような、少なくとも１つの検体と選択的に反応する少なくとも１つの吸着剤コーティングを有する表面と、少なくとも１つの化学選択的ポリマーの前記検体との選択性反応を検出するための検出器と、少なくとも１つの検出要素と、
少なくとも１つの検出要素を取り囲む環境を囲んでいるハウジングであって、このハウジングは、減圧のもとで周辺空気からハウジング内へガスのサンプルを運ぶためにサンプリングポンプに接続された入口ポートと、少なくとも１つの検出要素を取り囲む環境が前記周辺空気を隔離させ排気し、前記検出要素を取り囲んでいる環境をシールするためのバルブか何かそれに似たものと、気体ガスを少なくとも１つの検出要素を取り囲む環境から気体サンプルを取り除くために減圧下で前記サンプリングポンプに接続された出口ポートとを有するハウジングと、
前記入口ポートのサイズと方向性とが決められていることにより、前記気体サンプルは前記化学選択的ポリマーを有する前記検出要素の表面に略垂直にある少なくとも１つの乱流内の検出要素をそれぞれ衝突するように導かれるようになっている。
【００１１】
これらおよび他の目的は、検体の存在を検出するために周辺空気を監視する方法によってさらに到達されるのであって、この方法は、
（ａ）前記検体に選択的に反応する吸着剤ポリマーでコーティングされた表面と前記吸着剤コーティングと前記検体の選択的反応を検出するための手段と、前記検出要素を取り囲んでいる環境を封じ込めるハウジングであって前記周辺空気から気体サンプルを取り除いて気体サンプルを所定の圧力の下で前記ハウジングへ運ぶためにサンプリングポンプに接続された入口ポートを有していて前記入口ポートのサイズと方向性が適宜に決められることにより前記気体サンプルが前記吸着剤でコーティングされた表面に実質的に垂直方向の乱流内にある前記検出要素に向けられていてるハウジングと、前記検出要素を取り囲んでいる環境から前記気体サンプルを取り除くための出口ポートと、前記検出要素を取り囲んでいる環境が周辺空気から隔離されて排気されることを可能にするための前記検出要素を取り囲んでいる環境をシールする手段と、を有する装置を提供する工程と、
（ｂ）前記周辺空気から前記検出要素を取り囲んでいる環境をシールして前記環境を吸引し、これにより前記検出要素のための基線を確立する工程と、
（ｃ）周辺空気から気体サンプルを収集して、この気体サンプルを最初に下げられた圧力の下でハウジングへ運び、このことにより前記気体サンプルが乱流中に前記化学選択性材料でコーティングされた表面に略垂直に前記検出要素に衝突するために導かれる工程であって、それによって、前記検体分子が、前記気体サンプル中に存在するのであれば、前記化学選択的ポリマーに反応して、そのような反応が検出され、またそれによって、前記気体サンプル中の対象とならない低分子量の種が前記乱流によって前記出口ポートに向かって駆動される工程と、
（ｄ）前記工程（ｂ）〜（ｃ）を繰り返し、前記検体の存在のために周辺ガスを周期的に監視しかつ前記検出要素を基線に戻す工程と、
を有する方法である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、例えば化学選択性ポリマーが被覆された表面弾性波（ＳＡＷ）デバイスのような科学センサのためのジェネリックなガスサンプリング技術を提供するものであり、それにより、１〜２秒の時間範囲で化学神経ガス及び発泡性剤のような低揮発性の蒸気のために、高速で平衡化された化学センサ応答及び基線への回復反応速度を可能にするものである。さらに、本発明は、シンプルで高速でかつ環境と独立した信号基線の回復が蒸気にさらされた後で約２秒以下で可能になり、いかなる消耗材料も必要としないというものである。
【００１３】
本発明のパルス状気体ガス採取技術は、水が極性ポリマーに収着するのを９５パーセント減少させる。以下は本メカニズムの１つの仮説である：水分子は空気中及び乱流空気力学フローパス中存在する酸素および窒素分子に匹敵する分子サイズを有し、分子が空気の流れに運ばれるようになり、これにより前記ポリマーフィルムに吸着しないように顕著に防止されることになる。対象となる大きい分子は前記乱流パスの影響が小さいため、薄いポリマーフィルムにすぐに吸着されることになる。
【００１４】
本発明の装置は、あらゆるタイプの化学センサ、例えば表面弾性波センサ（ＳＡＷ）を含むがそれに限定されない化学選択の表面を有するもの、つまり選択的に検体と反応するような吸着剤でコートされているかあるいは機能的表面とともにともに用いることができる。さらに、本発明は複数のセンサあるいはセンサのアレイまたは複数の検体を検出するための複数のコーティング表面を有するセンサを含むことを意図としている。複数のセンサが共通のサンプリングポンプと共通の吸引ポンプとを共有することはあるが、別々の入口ポートと出口ポートとを有する別々のチェンバーを有するものである。そのような設計の一例では、周辺空気のサンプルが４つの各面上に化学センサを有するキュービック構造体中にポンピングされ、それぞれのセンサは共通のサンプリングポンプと吸引ポンプを共有するが、それぞれ独自の吸引入口と吸引出口を有している。
【００１５】
本発明の装置において、前記化学検出要素の表面は、前記表面が周辺環境からシールオフされることを可能にするマニホールドまたはハウジングによって封じ込められまたは取り囲まれている。前記化学検出要素の表面を取り囲んでいる前記チェンバーの吸引が前記吸着剤コーティングとそれを取り囲んでいる領域から揮発性要素を取り除き、前記検出要素のための基線が確立されることを可能にする。前記要素が０．３インチ×０．０５インチの場合、水銀圧１０インチ〜１７インチの圧力が前記検出要素の表面を実質的に取り除くかまたは清浄し、前記入口ポートは直径が０．４インチでポンプフローが３リットル／分の管状の入口ポートの０．１インチ真下にある。圧力低下の排気もまた、前記ポリマーの内部からあらゆる揮発性分子を取り除くことによって、前記化学選択吸着剤の吸収特性を高める。前記ハウジングはポンプに接続された入口ポートを含んでいるので、周辺空気から採取されたガスサンプルは前記チェンバーに吸い上げられることができる。前記チェンバーに入る前記ガスサンプルは、前記ポンプの動作と前記吸引部のリリースにより、高速と乱流とを獲得する。前記検出要素の表面と前記入口ポートの配置との相対関係によって前記乱流が方向づけされるので、前記ガスサンプルは前記検出要素の表面に対して実質的に垂直状態で前記検出要素の表面に衝突し、それに対して前記表面とは実質的に平行の方向に向けられる。これにより、前記ガスサンプルのあらゆる検体と前記検出要素の表面との反応の機会とスピードが激的に増加する。（前記乱流の力は、例えば水分子のように前記化学選択ポリマーの反応を潜在的に妨げる可能性がある小さな分子を前記検出要素から離れるように運ぶので、前記化学選択ポリマーとのこれらの反応は最小になる。）ここに用いられているように、「実質的に垂直」とは非平行または角度をなしていることを意味していて、また前記乱流ガスの流れの全体フローのベクトルは前記要素の表面に対して垂直である。垂直からの多少の逸脱は許容される。
【００１６】
前記ガスサンプルが前記化学選択ポリマーに反応するための十分な時間を終えると、前記検体の分子が、もし存在するなら、検出されることができ、前記入口ポートがシールオフされて前記検出要素を取り囲んでいるチェンバーが排気（排出）されて前記センサが自身の基線へ戻る。それからこのサイクルが繰り返され、一定時間の間継続して周辺空気が監視される。
【００１７】
検体と前記検出要素の化学選択性材料との反応が検出要素のタイプに対して監視可能な信号を生成する。
【００１８】
より速い信号反応速度、従来の化学センサと比べた本発明の前記検出要素の時間のため、同様の信号反応速度を有する吸着剤材料ベースの検出器と直交するテクノロジーとともに動作する化学検出器を用いることが今では可能になった。前記それぞれ２つのセンサからのデータは合成されそして一緒に分析されることが可能である。
【００１９】
ポリマーでコートされたＳＡＷセンサのような化学インターフェイスを有する化学変圧器は、周辺から排気までの繰り返しサイクルで可変する気圧状態で使用される。最初に下げられた圧力の下で前記センサを周辺空気にさらすことは、検体蒸気を前記センサにすばやく引き入れて、蒸気分子を加速して前記ＳＡＷ装置の上にコートされた前記ポリマーフィルムへと駆動する。前記ＳＡＷセンサの周波数信号は周期的なオペレーションの間監視される。未検定神経物質（ｕｎｃａｌｉｂｒａｔｅｄ  ｎｅｒｖｅ  ａｇｅｎｔ）を真似たジメチルメチルホスホン酸塩（ｄｉｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈｙｌｐｈｏｓｐｈｏｎａｔｅ（ＤＭＭＰ））蒸気源に約０．５秒間さらすことで、前記センサが周辺空気にさらされている間に約０．２秒間に前記合計信号反応の９０パーセントを提供する高速な反応を得ることができる。前記蒸気源が取り除かれた後、浄化ステップにより比較的揮発性蒸気を流れで浄化することで信号の回復が加速される。パージによる前記フロー直後、前記排気が前記揮発性種を取り除くためにまず適用され、それから浄化により前記フローは前記揮発性種よりも「より粘着性がある」非揮発性種を取り除くために用いられる。約１〜２マグニチュードの化学物質のための信号反応速度の増加は、前記圧力が調節された空気力学スによって確立することができる。
【００２０】
前記信号応答性と回復反応速度とを有効に利用するために、図３に示す空気力学構成が図４に示されているタイミングダイアグラムによって設計されている。図３の実施形態の回復時間は図１の基本実施形態に比べて、約４倍大きく、すなわち図１に示されている前記基本実施形態の回復時間は一般に３〜５秒で、図３の実施形態の回復時間は一般に１秒以内である。図３に示されている前記実施形態に伴う通常サイクル間の様々な事象の原因および結果は図４に示されている。
【００２１】
ＤＭＭＰを化学選択ポリマー（ＮＲＬポリマーＡＤ１）でコートされたＳＡＷセンサにさらして収集されたデータが図５と図６に示されており、排気を適用する前にパージを通してもしくは通らない空気力学となっている。排気前にパージを通した流れを適用した場合の高速な信号回復が図３に示されている実施形態のためのものとして図６に図示されている。最大信号の９０％への信号応答は前のように約１秒であり、信号基線への回復は激的に低下してＤＭＭＰ、つまり神経物質製造や神経物質類似物のための先駆物の場合は約２秒である。
【００２２】
前記図を参照にすると、図１は本発明の基本実施形態１００の略図である。この基本実施形態は二方弁１０２を含んでいて、それを通して周辺空気のガスサンプルがライン１０４を通り、次いでライン１０６を通り、入口ポートと出口ポート及び検出要素を有するセンサハウジング１０８を通り、ライン１１０を通り、ポンプ１１２へ入り、そして排気ガスライン１１４を通って外へ導かれる。前記ポンプは吸引力を提供し、周辺空気から前記ガスサンプルを吸引する。
【００２３】
図１の基本実施形態の作用は、図２に示されているタイミングダイアグラムを参照することによってより簡単に説明することができ、これは１期間を示しているが、つまりこの継続時間は前記システムの多くの変数に応じて変化する。図２が示すように、ポンプ１１２は全期間に亘って常にオンになっていて、バルブ１０２が開いている間、前記気体サンプルを吸引する。前記検出要素による検体の検出もまたこの期間中に成される。
【００２４】
クリーンな基線を特定するために要求される期間は、ポンプの特性と正確な空気力学構成により、時間の長さにおいて相違する。図１と図３の実施形態では、時間は一般的に約０．０５から１０秒の間で変化する。
【００２５】
図３は、前記センサシステム３００の実施形態の略図であって、ライン３１２を通して周辺空気の気体サンプルを吸引する。周辺空気は取り除かれることが望まれる検体又はガスを含む。周辺空気は１つ以上の検体を含むことができる。前記サンプルは三方弁３１４を通って進み、それからライン３１６を通って入口ポートと出口ポートとそのうえに化学選択性材料を含む１つまたはそれ以上の検出要素とを有するセンサハウジング３１８に進む。１つ以上の検出要素があって、それぞれが異なる検体と反応している異なる化学選択性材料によって覆われている。または異なる検体の存在を検出するために、１つまたはそれ以上の異なる化学選択性材料でコートされている１つの検出要素であってもよい。前記検出要素も入口ポートも出口ポートも開示されていない。前記入口ポートは、前記検出要素に対して直角であるか実質的に垂直である乱流内の前記サンプルを運ぶように配置されている。
【００２６】
ＩＤで０．４インチの管状入口ポートは、前記入口から０．１インチ離れた位置にある前記検出要素と共に、３リットル／分のフローレートで、前記検出要素の上に乱流を生成することが可能である。層流は、同様の配置構成ではあるが、ただし０．５インチＩＤの入口ポートを使って、得ることが可能である。
【００２７】
前記サンプルは、出口ポートを通ってセンサハウジング３１８から、さらにライン３２２と通ってポンプ３２４へ運ばれる。ポンプ３２４は、前記検出要素に対して前記サンプルを吸引するためのある程度の勢いを提供する。ポンプ３２４は、ガスがライン３２６を経て三方弁３２８へ運ばれるように構成されており、前記ガス、またはそれの１部がライン３３０を通って排気されるか、またはライン３３２を通ってさらに清浄器（スクラバー）に運ばれる。この清浄器を通過する際、空気から検体が取り除かれるかまたは清浄され、この清浄されたガスを用いて、後述のように前記検出要素の上に流すことによって、前記基線の状態がもとに戻される。
【００２８】
ガスが清浄器３３４内でストリッピングによって清浄された後、ライン３３６を経て三方弁３３８、ライン３４０、貯蔵ライン３４３、二方弁３４２、ライン３４４と経て、バルブ３１４へ運ばれる。
【００２９】
ライン３３６と、バルブ３３８およびライン３４０と、貯蔵ライン３４１と、ライン３４３、バルブ３４２及びライン３４４とが清浄されたガスのための貯蔵器を形成し、これは一般に前記ガスサンプルまたはそれの１部である。
【００３０】
図３の平面実施形態は、以下に説明されるように、前記清浄されたガスによって前記検出要素の基線の状態をもとに戻すべくデザインされている。
【００３１】
図３の平面実施形態のオペレーションは、図３でのタイミングを図示する図４によって、より簡単に理解できる。図４に示される周期時間は、例としてあげただけで、典型的な実際の時間ではない。図４を参照すると、例えば第１周期の、部分的な排気周期４００は上に示されていているが、この周期の間、ライン３１２と３４４と３３２と閉鎖され、ポンプ３２４はオンになっていて、バルブ３１４と、ライン３１６と、入口と出口ポートと前記検出要素とを有するセンサハウジング３１８と、ライン３２２と、バルブ３２８と、ライン３２６とからすべてのガスが排気ライン３３０を経て排気される。図４が示すように、この周期の継続時間は５秒であって、前記検出要素の上に真空または低い圧力（例えば大気圧以下）を提供する。これは、バルブ３１４がオン、ポンプ３２４もオンで、前記ポンプが排気吸引を提供している状態と記述してもよい。
【００３２】
次の、または第２周期もまた５秒の継続時間を有し、完全排気または除去周期４０２を表すものであるが、この周期の間、ライン３１２と３３０とが閉鎖され且つライン３４４が開かれて、ガスが閉鎖したシステム中で循環できるようにされ、ポンプ３２４はオンで、バルブ３１４と、ライン３１６と、センサハウジング３１８と、ライン３２２と、ライン３２６と、バルブ３２８と、ライン３３２と、清浄器３３４と、ライン３３６と、バルブ３３８と、ライン３４０と、貯蔵ライン３４１と、ライン３４３と、バルブ３４２とライン３４４とを通過し、ライン３１２は閉鎖されたままである。この周期の目的は、その基線状態を回復するために、前記検出要素に対して清浄された貯蔵ガスを前に移動させることにある。この周期の結果、前記検出要素上でのガス圧は、前記部分的排気周期でのものよりも高くなるが大気圧（周辺空気は大気圧にあると仮定して）よりも低い圧力となる。この第２周期開始時に、前記検出要素上のガス圧は貯蔵ガスのそれよりも低いので、この圧力の差が前記貯蔵ガスを吸引する作用をする。前記貯蔵ガス、例えば本質的には貯蔵ライン３４１からのものが圧力の差のために前記検出要素上に急速に流れ込むことにより前記検出要素から検体分子が取り除かれ、前記検出要素をその基線状態に戻す。これは、前記検出要素上の圧力が前記貯蔵ガスの圧力より低く、それによって前記貯蔵ガスを引き込むための気圧の差を作るという事によって可能になっている。前記基線状態の回復を可能にする他の事実は、前記貯蔵ガスでは検体が清浄済みということである。この周期はまた、バルブ３１４とポンプ３２８の両者がオンになっている時間とも記述することが可能である。第２周期はまた、バルブ３４２と３２８がオンになっていると記述することも可能である。
【００３３】
次または第３周期は、サンプリング周期４０４であって、前サンプリングとして示されるが、その間にライン３１２は閉鎖されライン３３２は開かれるのでバルブ３１４と、ライン３１６と、入口と出口ポートと前記検出要素を有するセンサハウジング３１８と、ライン３２２と、ポンプ３２４とを経て、ライン３３０から外に通じる通路ができる。継続時間が５秒であるこの第３周期の目的は、前記検出要素に対して前記貯蔵ガスを補給することである。前記第３周期は前サンプリングと表示されているけれども、周辺空気のサンプリングは全く行われないことは明白である。
【００３４】
最後または第４周期４０６は図４に示されているが、サンプリング中として表示されており、ここで周辺空気のサンプルが取られる。この周期の間、ライン３４４と３３２とは閉鎖され、ライン３１２はバルブ３１４を作動することによって開けられるので、周辺空気はライン３１２と、バルブ３１４と、ライン３１６と、センサハウジング３１８と、ライン３２２と、ポンプ３２４と、ライン３２６と、バルブ３２８とを経て、ライン３３０から外へ流れ出る。通常、大気圧である周辺空気と通常大気圧以下である前記センサハウジングの圧力との間に生じる圧力差は、周辺空気を引き込むための起動力の一部を提供する。前記圧力差は、テストされる気体サンプルを引き込むための通常半分以下、一般には約３分の１程あり、その残りは前記貯蔵ガス圧と周辺空気の圧力とがほぼ同じになるとオンになるポンプ３２８によって引き込まれる。図４において、前記気圧差によって引き込まれる周辺空気の部分は４０８として表示され、ポンプ３２８によって引き込まれる部分は４１０として表示される。
【００３５】
貯蔵ライン３４１は一般にＩＤは１／４インチ、長さ５インチであって、その他のラインは一般に短く、ＩＤは１／８インチ〜１／４インチのパイプである。前記貯蔵セクション部はライン３３６と、バルブ３３８と、ライン３４０と、貯蔵ライン３４１と、ライン３４３と、ライン３４２と、ライン３４４とを有するが、ただし実質的にはライン３４１であるのは、その他のラインは通常短いための容量が小さくためであり、前記完全な排気周期の間に前記システムのための清浄ガス貯蔵部として機能し、この時、前記清浄ガスが前記検出要素に対して導入され、流れ込んでくる清浄されたガスによって前記検出要素から検体が取り除かれることによって、前記検出要素の基線状態が再確立される。
【００３６】
前記基線は素早くかつ頻繁にリセット可能であるため、もし環境信号応答の浮動の問題がある場合、前記基線が約２秒以内でリセットされるため、それらは直ちに無効にされることが可能である。従って、温度と湿気センサ信号浮動の問題は効率的に解消される。
【００３７】
また、非常に敏速な信号反応速度のため、前記のポリマーでコートされたＳＡＷセンサは、イオン可動性分光計（ＩＭＳ）のような、膜ではなく直接蒸気入口を用いるか、または一般に前記ＩＭＳのような直交検出技術に基づく敏速な信号反応速度化学検出器のような直交技術に基づいている化学検出器に反応速度の面では今や匹敵する。この２つの技術を結びつけることが重要であるのは、もし１つのセンサがガスに反応するという点でより敏速な場合は無益となるためであり、あらゆるデータまたは信号処理のアルゴリズムの融合が複雑になり、前記敏速なセンサが前記遅いセンサが追いつくまで待たなければならないためである。
【実施例】
４つの２５０メガヘルツのＳＡＷ化学センサの配列（それぞれ個々にコーティングの前後で２５０キロヘルツの周波の変化に対応する約５０ナノメートルの厚さの前記ＮＲＬポリマーＣＳＰ２と、Ｔ１と、ＡＤ１、とＥＨ１とでコートされている）は、図１に示されるようにミニチュアＴＤ−４ｘ２ＮＡ  Ｂｒａｉｌｓｆｏｒｄｐｕｍｐとミニチュア２方向バルブとに空気圧的に並行に接続されていた。前記空気圧装置は、２つの主要な工程を組み込んだ繰り返されるサイクルで作動された。１．前記ポンプの作動により、前記センサは排気され（バルブは閉鎖）、前記センサチャンバー部の圧力が下げられ、それによって前記ポンプとセンサとバルブ２との間に含まれた前記空気圧装置中の空気と蒸気とが取り除かれる。前記ポンプをオフにして前記バルブをオープンの位置に切り替えることにより、検体ジメチルメチルホスホン酸塩（ｄｉｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈｙｌｐｈｏｓｐｈｏｎａｔｅ（ＤＭＭＰ））蒸気を有する周辺空気が前記空気圧装置と前記センサの配列とへ急に流れ込むことを可能にする。工程１と２は連続的な周期で繰り返され、工程１は５秒間持続され、工程２は５秒間持続される。前記周期で起こった事は図２に詳述される。
【００３８】
以下の結果が観測された：当初低下された気圧下で、検体蒸気を前記センサへ急速に吸引するために前記センサを周辺空気へさらし、蒸気分子を加速させながら前記ＳＡＷ装置の上にコートされている前記ポリマーフィルムへ至らせる。前記ＳＡＷセンサの周波数信号は上述された周期的工程１と２の間、監視された。工程２の間に未測定のＤＭＭＰ蒸気源へ約０．５秒間さらすことにより、約０．２秒以内に全体の信号反応の９０パーセントを提供する敏速な反応を得られた。最大の反応は、ＥＨ１と、Ｔ１と、ＡＤ１と、ＣＳＰ２でコートされたＳＡＷ装置の信号は、それぞれ３５ＫＨｚと、３１ＫＨｚと、２６ＫＨｚと、６ＫＨｚとであった。前記蒸気源が取り除かれた後、基線への前記信号回復は、ポリマーにによって異なり、１０秒から６０秒の間の時間を要した。ポリマーＥＨ１でコートされた前記同一のＳＡＷセンサを「通常」蒸気サンプリング（一定の圧力で前記センサ上にポンプされる連続的な前記蒸気の流れ）に試すと、０．７秒後の対応信号反応は、１０００Ｈｚのずっと遅い信号反応が得られた。
【００３９】
蒸気にさらされた後、前記ＳＡＷ化学センサの回復を向上させるため、前記排気工程の前に連続的フローの流れが起こされ、前記センサから揮発性物体が取り除かれた。その後の排気ではより少量の揮発性蒸気成分が取り除かれた。この基線回復の工程は、きれいで蒸気なしの基線信号への段階的回復を可能にする。前記信号回復反応速度を最適化するために、図３に示され、さらに図４でそのタイミングが示される、再設計された空気圧構成が使用された。ＮＲＬポリマーＡｄｉｏｌでコートされたＳＡＷセンサへのＤＭＭＰ露出で収集されたデータが、図５と図６とに示されている。排気前にパージする流れの適用で観測された急速な信号回復反応速度が図６に例証されている。最大信号の９０パーセントへの信号反応は、前のように約１秒であって、また、基線への信号回復は、神経ガスの前駆体または神経ガス刺激剤であるジメチルメチルホスホン酸塩（ｄｉｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈｙｌｐｈｏｓｐｈｏｎａｔｅ（ＤＭＭＰ））の場合、約２秒まで低下した。
【００４０】
ＤＭＭＰテストに加え、トルエンとジニトロトルエンにさらすテストが遂行され、より揮発性の高い物体およびより揮発性の弱い物体に対するサンプリング技術の有効性が評価された。トルエンのようにより揮発性の高い物体に対する反応は低下した。
【００４１】
上述の技術を踏まえた、本発明の多くの修正および変化が可能であることは明白である。従って、具体的に記述されていること以外でも、添えられた請求項の範囲内で本発明が実施可能であることが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の第１の実施形態の略図であって、排気ガスサンプリング空気力学システムを示していて、または、基本実施形態の略図であって、速いスピードで信号が上昇する反応速度と比較的遅い回復時間を示す図である。
【図２】
図１の基本実施形態のためのガスサンプリング／検出タイミングダイアグラムを示す図である。
【図３】
本発明の第２の実施形態の略図であって、排気ガスサンプリング空気力学システムを示していて、または、この実施形態の略図であって、蒸気にさらされている間またはその後の迅速な信号反応速度が得られることを示す図である。
【図４】
図３の実施形態のサンプリング／検出タイミングダイアグラムを示す図である。
【図５】
ＳＡＷセンサ反応のためのプロットであって、図１の基本実施形態の調節された空気力学を一体化することによって速い信号反応と比較的遅い回復反応速度とを示す図である。
【図６】
ＳＡＷセンサ反応のためのプロットであって、気圧が調節された空気力学と図３の実施形態のパージの流れを取り込むことによって速い信号反応と速い回復反応速度とを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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