(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
―  分析されることになるガスの流れを対象とする流体チャネル、
―  前記流体チャネルに配置される少なくとも１つの検出器であって、前記検出器との前記ガスの相互作用を測定するように適合され、前記検出器は、電気機械マイクロシステム（ＭＥＭＳ）及び／又は電気機械ナノシステム（ＮＥＭＳ）タイプの少なくとも１つのレゾネータを有する、少なくとも１つの検出器、
―  前記検出器の入力に加えられる励起信号にしたがって前記レゾネータを振動的に作動させる作動装置、
―  前記レゾネータの振動を示す出力電気信号を提供するように適合される検出装置、
―  前記検出器の前記入力に接続されるとともに、前記少なくとも１つの検出器の前記出力信号から、共振周波数の変化及び前記レゾネータの前記共振周波数における前記振動の振幅の変化を同時に測定するように構成される、読出し装置、
―  前記変化から前記ガスのモル質量及び流体特性の少なくとも１つを決定するように構成される処理装置、及び
―  前記検出器の少なくとも一部のすぐまわりを循環する前記ガスを局所的に加熱するように、前記検出器の少なくとも一部から熱を発生するように動作可能である加熱システム、を有する、
ガス分析システム。
【請求項２】
前記ガスの前記流体特性は、粘度及び／又は有効粘度である、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
少なくとも１つのネットワークを形成するように並列に電気的に接続される複数の検出器を有し、前記少なくとも１つのネットワークは：
―  前記ネットワークの前記検出器の全体に、振動の少なくとも１つの励起信号を、前記読出し装置とともに、印加するための少なくとも１つの入力、及び
―  前記ネットワークの前記検出器のそれぞれの前記出力信号から生じる信号を提供するための少なくとも１つの出力、を有する、
請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
前記生じる信号は、並列に電気的に接続された前記検出器の異なる前記出力信号を含み得るとともに、前記処理装置は、前記ネットワークの前記検出器の前記出力信号の平均を計算するように構成される、
請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記流体チャネルは局所的に、その断面の絞り部及び／又は拡張部を有し、前記システムは、異なる断面を有する前記流体チャネルの部分に配置される前記検出器又は前記検出器のネットワークを有する、
請求項３又は４に記載のシステム。
【請求項６】
さらにクロマトグラフィーカラムを有し、前記流体チャネルは、前記ガスの流れの方向に対して前記クロマトグラフィーカラムの少なくとも下流部分に配置され、前記検出器又は前記検出器のネットワークの少なくとも一部は前記カラムの中にある、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項７】
少なくとも２つの検出器又は検出器のネットワークを有し、前記少なくとも２つの検出器又は検出器のネットワークの前記レゾネータは、互いに異なるそれぞれの化学種で官能基化される、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項８】
別個の検出器のネットワークの２つの検出器の同じネットワークの少なくとも２つの検出器が、少なくとも１つの異なる幾何学的特性を有する、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項９】
前記検出器の前記少なくとも１つの異なる幾何学的特性は：少なくとも１つのレゾネータの厚さ、少なくとも１つのレゾネータの長さ、少なくとも１つのレゾネータの幅、少なくとも１つのレゾネータと前記作動装置との間の距離、から選択される、
請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記流体チャネルから下流にバキュームポンプをさらに有する、
請求項１乃至９のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記処理装置はさらに、周波数及び振幅の振動測定値を組み合わせるように適合されるマージアルゴリズムを適用するように構成される、
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１２】
前記読出し装置は、位相ロックループ（ＰＬＬ）を有する、
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１３】
前記読出し装置は、オシレータを有する、
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１４】
前記読出し装置は、前記検出器の選択された共振モードに対して、前記検出器の前記選択された共振モードでの共振周波数を測定するように構成される、
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１５】
前記レゾネータは、その端部の一方で固定され且つ反対側の端部で自由である梁であり、前記検出装置は、前記固定された端部の近くで前記梁の両側に配置された２つのピエゾ抵抗歪みゲージを有する、
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１６】
少なくとも１つの検出器又は検出器のネットワークを有し、その各レゾネータは、多孔層で官能基化される、
請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１７】
―  分析されることになるガスが、請求項１乃至１６のいずれか1項に記載のシステムの中に注入され、
―  前記システムの検出器又は検出器のネットワークの少なくとも１つのレゾネータが、共振周波数で前記レゾネータの振動を生じさせるように作動され、
―  前記検出器若しくは検出器のネットワークの前記レゾネータの又は前記レゾネータの全体の振動を示す出力信号が読み出され、
―  前記共振周波数及び各前記検出器の前記共振周波数における前記振動の振幅が前記出力信号から同時に測定される、
ガスを分析するための方法。
【請求項１８】
減圧部が前記流体チャネルに適用され、前記流体チャネルの中に前記少なくとも１つの検出器又は検出器のネットワークが配置される、
請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記分析されることになるガスは、キャリアガスとともに前記システムの中に注入され、前記キャリアガスは、前記分析されることになるガスのものとは異なる少なくとも１つの流体特性を有するように、選択される、
請求項１７又は１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの流体特性は、前記ガスの粘度及び／又は有効粘度である、
請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記ガスは、前記検出器又は前記検出器のネットワークから上流で加熱される、及び／又は、前記検出器又は前記検出器のネットワークは、前記キャリアガスの前記異なる流体特性と前記分析されることになるガスの流体特性との間のコントラストを増加させるように、加熱される、
請求項１９又は２０に記載の方法。
【請求項２２】
マージアルゴリズムが、前記周波数及び前記振幅の振動測定値を組み合わせるように適用される、
請求項１７乃至２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
前記読出し装置はさらに、前記選択されたモードより高い少なくとも１つの共振モードでの前記振動の振幅を測定するように構成される、
請求項１４に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分析されることになるガスの流れを対象とした流体チャネル及び同じ流体チャネルに配置された電気機械ナノシステム又はマイクロシステムタイプの少なくとも１つの検出器を有するガス分析システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
組成を決定するためのガスの特性の測定は、一般的に、カラムに配置された固定相に対する親和性にしたがって、ガスに含まれる異なる種の時間における分離が分析されることを可能にするクロマトグラフィーカラム、及び各検出器が分析されることになるガスの主の特定の特性を測定するために適合される、前記カラムの出口に置かれた１又は幾つかの検出器を関連付けることを用いる。
【０００３】
現在のところ、使用される検出器は、ガスの物理的特性を測定することを対象にしている。
【０００４】
よく使われる検出器の間で、ガスの燃焼エネルギの測定を可能にする水素炎イオン化型検出器（ＦＩＤ）；ガスの熱伝導度の測定を可能にする熱伝導度型検出器（ＴＣＤ）；化学種へのガスの化学親和力の評価を可能にする「ケミレジスタ（chemiresistors）」の名で知られているケミカル検出器についての言及が成され得る。
【０００５】
ＭＥＭＳ（電気機械マイクロシステム）又はＮＥＭＳ（電気機械ナノシステム）タイプのレゾネータを含む、重量測定器もまた、レゾネータの表面に被着された官能基化層へのガスの化学親和力の評価を可能にする（非特許文献１）。
【０００６】
実際、官能基化層上のガスに含まれる種の吸着は、質量の、したがって、レゾネータの共振周波数の変化を引き起こし、共振周波数のこの変化は、ガスの物性の決定を可能にする。
【０００７】
ＮＥＭＳ検出器は特にクロマトグラフィーカラムと結合される検出器として有望である（非特許文献２）。
【０００８】
しかし、分析されることになるガスに依存して、これらのレゾネータによって実行される重量測定は、特定の限界がある。
【０００９】
一方では、ＮＥＭＳ検出器は、揮発性種がレゾネータの官能基化層上に吸着されないので、揮発性種の検出を許容しない。
【００１０】
さらに、ＮＥＭＳ検出器は、レゾネータに被着された官能基化層との起こり得る化学的相互作用が無いので、希ガス又は不活性ガス（例えば、Ｎ２、Ｏ２、Ａｒ、Ｈｅ等）の重量測定による検出を許容しない。
【００１１】
他方、高濃度ガスに関して、濃縮種による官能基化層の飽和は、特に、官能基化層が薄い（数ナノメートルから数十ナノメール）とき、生じる可能性があり、これは、信頼できる測定を許容しない。
【００１２】
化学的官能基化層の飽和濃度は、層の種類、層厚さ及び特に関連するガスの種類に依存する。それらは、例えば、数十％であり得る。
【００１３】
言い換えると、これらのＮＥＭＳ検出器は主に、重い種及び／又は適度に濃縮した種の検出に適合される。
【００１４】
ガスのモル質量によるレゾネータの振動の減衰によって表されるレゾネータとガスとの間の流体相互作用を測定するためのＭＥＭＳ又はＮＥＭＳ検出器の使用が、非特許文献３に記載されている。
【００１５】
したがって、レゾネータの共振周波数の変化の測定は、レゾネータとガスとの間の化学的相互作用がないときでさえ、ガスのモル質量の決定を可能にする。
【００１６】
しかし、このような測定は、十分に濃縮されたガスに対してのみ行われることができる。
【００１７】
ここで、ガス分析システムの設計において、このシステムを「万能」にすることが、すなわち、任意のガス、特に複雑な混合物を分析できるようにすることが一般的に探究されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
したがって、本発明の目的は、ＮＥＭＳ又はＭＥＭＳ検出器の検出能力を向上させること及びそれらを特にガスの揮発性種及び／又は高濃度種を検出できるようにすることである。
【００１９】
本発明の他の目的は、１又は幾つかのＮＥＭＳ又はＭＥＭＳ検出器を有するとともに任意のガスを正確に分析することができるガス分析システムを設計することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
したがって、本発明は：
―  分析されることになるガスの流れを対象とする流体チャネル、
―  前記流体チャネルに配置される少なくとも１つの検出器であって、前記検出器との前記ガスの相互作用を測定するように適合され、前記検出器は、電気機械マイクロシステム（ＭＥＭＳ）及び／又は電気機械ナノシステム（ＮＥＭＳ）タイプの少なくとも１つのレゾネータを有する、少なくとも１つの検出器、
―  検出器の入力に加えられる励起信号にしたがってレゾネータを振動的に作動させる作動装置、
―  前記レゾネータの振動を示す出力電気信号を提供するように適合される検出装置、
―  検出器の入力に接続されるとともに、前記少なくとも１つの検出器の出力信号から、共振周波数の変化及びレゾネータの共振周波数における振動の振幅の変化を同時に測定するように構成される、読出し装置、及び
―  前記変化から前記ガスのモル質量及び流体特性の少なくとも１つを決定するように構成される処理装置、を有する、
ガス分析システムを提供する。
【００２１】
レゾネータによって、本文章において、励起信号の印加の下で共振することができる部材が意味される。
【００２２】
一般的に、レゾネータは、支持部に対して吊るされた梁（suspended  beam）として現れる。
【００２３】
さらに、任意のＮＥＭＳ検出器において、前記レゾネータは、ナノメートルサイズである、すなわち、その寸法の少なくとも１つが、１マイクロメートル未満である。
【００２４】
ＭＥＭＳ検出器に関して、レゾネータは、マイクロメートルサイズである、すなわち、その寸法の少なくとも１つが、１ミリメートル未満である。
【００２５】
好適な実施形態によれば、前記ガスの流体特性は、前記ガスの粘度及び／又は有効粘度である。
【００２６】
有効粘度によって、ナビエ―ストークス方程式を単純化するレイノルズ方程式においてガス希薄化の効果を考慮する粘性係数が意味される。これに関して、特許文献４の段落５．１が参照され得る。
【００２７】
これは以下に詳細に論じられるように、前記分析システムの設計は、関連するスケールにおいて周囲のガスと無視できない相互作用（いわゆる、流体相互作用）をする、マイクロメートルのレゾネータの、及びさらにより有利な方法では、ナノメートルのレゾネータの能力に基づき、これは、分析されることになるガスの少なくとも１つの流体特性を測定することを可能にし、前記特性は、流体の優先的粘度（preferentially  viscosity）及び／又は有効粘度であるが、必要に応じて、この場合その表面に被着される専用化学物質で官能基化される、レゾネータとのガスの化学親和力、ガス分子の平均自由工程及び／又は流体流量である。
【００２８】
実施形態によれば、システムは、少なくとも１つのネットワークを形成するように並列に電気的に接続される複数の検出器を有し、少なくとも１つのネットワークは：
―  ネットワークの検出器の全体に、振動の少なくとも１つの励起信号を、読出し装置とともに、印加するための少なくとも１つの入力、及び
―  ネットワークの検出器のそれぞれの出力信号から生じる信号を提供するための少なくとも１つの出力、を有する。
【００２９】
前記生じる信号は、直列に設けられた検出器の異なる出力信号を含み得るとともに、処理装置はしたがって、ネットワークの検出器の出力信号の平均を計算するように構成され得る。
【００３０】
実施形態によれば、流体チャネルは局所的に、その断面の絞り部及び／又は拡張部を有し、システムは、異なる断面を有する流体チャネルの部分に配置される検出器又は検出器のネットワークを有する。
【００３１】
実施形態によれば、システムはさらにクロマトグラフィーカラムを有し、流体チャネルは、ガスの流れの方向に対してクロマトグラフィーカラムの少なくとも下流部分に配置され、前記検出器又は検出器のネットワークの少なくとも一部は前記カラムの中にある。
【００３２】
実施形態によれば、システムは、少なくとも２つの検出器又は検出器のネットワークを有し、そのレゾネータは、異なる化学種で官能基化される。
【００３３】
実施形態によれば、別個の検出器のネットワークの２つの検出器の同じネットワークの少なくとも２つの検出器が、少なくとも１つの異なる幾何学的特性を有する。
【００３４】
検出器の前記少なくとも１つの異なる幾何学的特性は：少なくとも１つのレゾネータの厚さ、少なくとも１つのレゾネータの長さ、少なくとも１つのレゾネータの幅、少なくとも１つのレゾネータと作動装置との間の距離、から選択され得る。
【００３５】
実施形態によれば、システムは、前記流体チャネルから下流にバキュームポンプを有する。
【００３６】
実施形態によれば、処理装置はさらに、周波数及び振幅の振動測定値がマージされ（merged）得るアルゴリズムを適用するように構成される。
【００３７】
実施形態によれば、読出し装置は、位相ロックループ（ＰＬＬ）を有する。
【００３８】
代替的には、読出し装置は、オシレータを有し得る。
【００３９】
実施形態によれば、読出し装置は、検出器の選択された共振モードのために、検出器の前記選択された共振モードでの共振周波数を測定するために及びオプションで少なくとも１つの前記選択されたモードより高い共振モードでの振動の振幅を測定するために、構成される。
【００４０】
実施形態によれば、レゾネータは、その端部の一方で固定され且つ反対側の端部で拘束されない梁であり、検出装置は、固定された端部の近くで前記梁の両側に配置された２つのピエソ抵抗歪みゲージを有する。
【００４１】
実施形態によれば、システムは、少なくとも１つの検出器又は検出器のネットワークを有し、その各レゾネータは、多孔層で官能基化される。
【００４２】
本発明の他の態様は、ガスを分析するための方法を提供し：
―  分析されることになるガスが、上述のシステムの中に注入され、
―  前記システムの検出器又は検出器のネットワークの少なくとも１つのレゾネータが、共振周波数で前記レゾネータの振動を生じさせるように作動され、
―  前記検出器若しくは検出器のネットワークのレゾネータの又はレゾネータの全体の振動を示す出力信号が読み出され、
―  共振周波数及び各検出器の共振周波数における振動の振幅が出力信号から同時に測定される。
【００４３】
実施形態によれば、減圧部が流体チャネルに適用され、その中に前記少なくとも１つの検出器又は検出器のネットワークが配置される。
【００４４】
実施形態によれば、分析されることになるガスは、キャリアガスとともにシステムの中に注入され、前記キャリアガスは、分析されることになるガスのものとは異なる少なくとも１つの流体特性を有するように、選択される。
【００４５】
前記少なくとも１つの流体特性は、粘度及び／又は有効粘度及び／又はレゾネータとの化学親和力及び／又はガスの分子の平均自由工程及び／又は前記ガスの流量及び／又は前記ガスの熱伝導度であり得る。
【００４６】
実施形態によれば、ガスは、検出器又は検出器のネットワークから上流で加熱される、及び／又は、前記検出器又は検出器のネットワークは、キャリアガスの前記異なる流体特性と分析されることになるガスのものとの間のコントラストを増加させるように、加熱される。
【００４７】
実施形態によれば、マージアルゴリズム（merging  algorithm）が適用され、それによって、周波数及び振幅振動測定値が組み合わされ得る。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
本発明の他の特徴及び利点は、添付図面を参照して、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図１】ガス分析システムのブロック図である。
【図２】本発明による分析システムに適用され得るＮＥＭＳ検出器の実施形態の図である。
【図３】本発明の実施形態による電子読出し回路のブロック図である。
【図４】本発明の他の実施形態による電子読出し回路のブロック図である。
【図５−７】幾つかのＮＥＭＳ検出器が配置されている流体チャネルの様々な構成を示す。
【図８】クロマトグラフィーカラム及びバキュームポンプを有するシステムの実施形態のブロック図である。
【図９】本発明による分析システムに適用され得る検出器の有利な実施形態の図である。
【図１０】本発明による分析システムに適用され得る検出器の有利な実施形態の図である。
【図１１】本発明の実施形態によるガス分析システムを検証するための実験回路のブロック図である。
【図１２Ａ−１２Ｃ】実験的に得られた窒素及びメタン検出カーブを示す。
【図１３】メタンの異なる注入量に対して得られた窒素及びメタン検出カーブを示す。
【図１４Ａ】メタン及びエタンの異なる注入量に対する基準ＦＩＤ検出器及びＮＥＭＳ検出器のそれぞれの応答を示す。
【図１４Ｂ】メタン及びエタンの異なる注入量に対する基準ＦＩＤ検出器及びＮＥＭＳ検出器のそれぞれの応答を示す。
【図１５】様々なキャリアガスに対するメタン検出カーブを示す。
【図１６】様々なキャリアガス、それぞれ、水素、ヘリウム、窒素及びアルゴンに対する窒素及びメタン検出カーブを示す。
【図１７Ａ】縦軸が異なるスケールで、基準ＦＩＤ検出器（下のカーブ）及びＮＥＭＳ検出器（上のカーブ）による天然ガス検出カーブを示す。
【図１７Ｂ】縦軸が異なるスケールで、基準ＦＩＤ検出器（下のカーブ）及びＮＥＭＳ検出器（上のカーブ）による天然ガス検出カーブを示す。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
図１は、後にＮＥＭＳ又はＭＥＭＳタイプの少なくとも１つの検出器による検出が続く、ガスクロマトグラフィーによる分離を適用するガス分析システムの原理を概略的に示す。
【００５０】
分析されることになるガスＧは、インジェクタ２を持つ分析システム１の流体チャネル３の中に注入される。
【００５１】
インジェクタ２から下流で、ガスＧは、ソース４からのキャリアガスＣと混合される。
【００５２】
矢印は、ガス流の方向を示す。
【００５３】
キャリアガスＣは、分析されることになるガスに向かう如何なる化学的相互作用も有さないように選択される。
【００５４】
キャリアガスＣはしたがって、好ましくは、水素、窒素、ヘリウム、アルゴン、濾過空気（いわゆる、「ゼロエアー（zero  air）」）等のような、中性ガスである。
【００５５】
キャリアガスはその後、分析されることになるガスをクロマトグラフィーカラムを通して運び、このカラムに沿って、分析されることになるガスに含まれる種が、カラム５の中に配置された固定相に対してのそれらの親和力にしたがって分離される。
【００５６】
ここでは、３つの別個の種Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３が描かれ、これらの種は、図の右下の図に示されるように、クロマトグラフィーカラムから下流の流体チャネルに配置された検出器６に異なる瞬間に到達する。
【００５７】
検出器は典型的には、電気機械マイクロシステム（ＭＥＭＳ）又は電気機械ナノシステム（ＮＥＭＳ）タイプのレゾネータ、レゾネータの振動を発動させるための装置、及びレゾネータの振動を示す電気出力振動を提供するように適合される検出装置を有する。
【００５８】
必要ならば、前記検出器は、実際のクロマトグラフィーカラムの内部に配置され得る。
【００５９】
この実施形態は、文献WO2011/154362に記載されるように、これらがシリコンチップに形成されたＮＥＭＳ検出器及びクロマトグラフィーカラムであるとき、特に有利である。
【００６０】
好ましくは、システムは、１又は幾つかのネットワークに配置された複数の検出器を有する。
【００６１】
同じネットワークの中で、検出器は、並列に、前記検出器のそれぞれの入力及び出力にそれぞれ接続される入力及び出力を有する各ネットワークに接続される。
【００６２】
好ましくは、前記検出器は、集合的にアドレス指定される（addressed  collectively）、すなわち、ネットワークの出力信号は、各検出器の信号の組合せである。
【００６３】
概して、ネットワークの出力信号は、それを構成する様々な検出器の出力信号の合計と等しく、処理システムは次にこの総計信号の平均を計算する。
【００６４】
この構成により、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を向上させること、したがって、単一の検出器に比べて検出器のネットワークの性能を増加させることが可能である。
【００６５】
検出器のネットワークは特に、異なるレゾネータの製造に起因するばらつきの補償を可能にする。
【００６６】
さらに、幾つかの検出器の適用は、検出器の１つの欠陥を克服する利点を有する。
【００６７】
最終的に、レゾネータ全体によって提供される結合表面面積がより大きいので、検出器のネットワークのガスとの相互作用が促進される。
【００６８】
文献WO2012/172204には、検出器のネットワークを有する測定システム及びこのようなネットワークを読み出すための方法の記載が見出され、これらは本発明に適用され得る。
【００６９】
検出器又は検出器のネットワークは、流体チャネル３の異なる場所に配置され得る（例えば、ある検出器又は検出器のネットワークは、クロマトグラフィーカラムの中に配置され、他のものはカラムから下流に配置される）。
【００７０】
他方、検出器は、幾つかの特定の種の検出を促進するために、一方のネットワークから他方へ異なる特性を有し得る。
【００７１】
前記様々な特性は、化学的な特性（例えば、異なる官能基化）又は幾何学的特性であり得る。したがって、例えば、レゾネータの厚さ、レゾネータの長さ、レゾネータの幅及び／又はレゾネータと作動装置との間の距離が、検出器の特性を変更するために変えられ得る。
【００７２】
検出器と分析されることになるガスとの間の流体相互作用を最大にするために、レゾネータは好ましくはたわみモードで使用される。
【００７３】
既知のレゾネータでは、レゾネータは、その端部の一方で固定され且つ他方の端部で拘束されない梁として、又はその端部のそれぞれで固定された梁として、現れ得る。
【００７４】
レゾネータは、典型的には、半導体基板（例えば、シリコン）をエッチングすることによって作られる。
【００７５】
この点で、レゾネータの製造に関するさらなる詳細に関して、非特許文献５が参照され得る。
【００７６】
それ自体知られている方法では、レゾネータは、静電気力、熱―弾性（thermo―elastic）力、磁力、圧電力（piezoelectric  force）により振動によって作動され得る。
【００７７】
例えば、静電気作動に関して、電気励起振動及び反対の符号を持つ振動それぞれを受信することを目的とする２つの作動電極が、梁の両側に貼り付けられる；前記電極はしたがって、レゾネータの２つの入力を形成する。
【００７８】
集合的にアドレス指定された検出器のネットワークの場合、レゾネータの全体が、同じ励起信号によって振動で作動される。
【００７９】
検出器はさらに、レゾネータの振動を示す出力電気信号を提供するように適合される検出装置を有する。
【００８０】
検出装置はしたがって、静電容量センサ、ピエゾ抵抗歪ゲージ又は圧電歪ゲージを有し得る。
【００８１】
以下の記載では、静電作動及びピエゾ抵抗検出を伴う固定／自由（片持ち）梁（「横張（cross―beam）」の語によっても示される）で形成されたレゾネータの例を考慮し、この動作原理の記載は、非特許文献５又は文献EP2008965に見出すことができる。
【００８２】
以下に示される実験例は、このタイプのレゾネータによって実際に得られた。
【００８３】
しかし、この実施形態は、限定ではない。
【００８４】
したがって、他の実施形態によれば、検出器は、非特許文献６に記載されるように熱―弾性作動及びピエゾ抵抗検出を伴う金属レゾネータを有し得る。
【００８５】
図２は、固定／自由（片持ち）梁タイプのレゾネータを示す。
【００８６】
梁１００は、図面の平面の中の運動で共振するとともに、梁の両側に配置された２つの電極１０１により作動される。
【００８７】
このレゾネータの特徴的な寸法は、梁１００の長さｌ、梁１００の幅ｗ、（図面と直角な平面における）梁の厚さ、及びギャップｇ、すなわち、梁１００と作動電極１０１との間の距離、である。
【００８８】
２つのピエゾ抵抗ゲージ１０２は、梁１００の変位の差動検出を可能にし、長さｄ、幅ｓ及び梁と一致する厚さを有する。
【００８９】
前記ゲージ１０２は好ましくは、検出をより正確にするレバーアーム効果（lever  arm  effect）から利益を得るように、梁の固定端１００ａの近くに配置される。
【００９０】
梁１００の自由端は、マーク１００ｃによって示されている。
【００９１】
実施形態によれば、ピエゾ抵抗ゲージ１０２の電気抵抗の振動の測定は、梁の固定端１００ａと、梁１００ｂと歪ゲージとの間の接合点との間で実行される。
【００９２】
レゾネータの出力信号はしたがって、前記信号の読み取りを目的として、梁の固定端１００ａに配置された接続電極（ここには図示せず）に提供される。
【００９３】
この測定方法はしかし限定されるものではなく、出力信号は、他の手段によって提供され得る；例えば、前記接続電極にバイアス電圧を印加するとともに、そこからそれらの電気抵抗の変化を推測するために、２つの歪ゲージ１０２のアセンブリの端子の電圧を測定することができる。
【００９４】
幾つかの検出器が、ネットワークを形成するために並列に接続され且つ集合的にアドレス指定されるとき、ネットワークの出力信号は、各レゾネータの出力信号の組合せ（例えば、平均）である。
【００９５】
このようなレゾネータの力学は、以下の簡略化された微分方程式を用いて記載され得る：
【００９６】
【数１】
0006403777.tif 000002
【００９７】
ここで、ｍ、ｂ、ｋはそれぞれ、レゾネータの有効質量、構造の機械的損失に起因する減衰、レゾネータの有効剛性であり、ｆａ（ｔ）、ｘ（ｔ）及びｆｆ（ｔ）はそれぞれ、梁を動かすための静電力、梁の変位及び梁との周囲媒質の流体相互作用力ｆｆ（ｔ）である。
【００９８】
レゾネータに固有の角周波数は次式と等しい：
【００９９】
【数２】
0006403777.tif 000003
【０１００】
静電作動力は次式と等しく示されることができ：
【０１０１】
【数３】
0006403777.tif 000004
【０１０２】
ここで、Ｖ（ｔ）は作動電極と梁との間の電位差、ε０は媒質の誘電率、ｇは作動電極の間のギャップ、Ｓは作動電極の断面積である。
【０１０３】
Ｖ（ｔ）に関して交流（ＡＣ）電圧に直流（ＤＣ）電圧を重ねること及びｘ（ｔ）＜＜ｇ（ｔ）を仮定することによって、テイラー展開が式（１）の線形化を可能にする：
【０１０４】
【数４】
0006403777.tif 000005
【０１０５】
ここで、ｋｅｌｅｃは、負の静電剛性（バイアス条件及びレゾネータの幾何学的形状に依存する）であり、Ｋは、作動ゲイン（梁の幾何学的パラメータ及びその作動電極の関数）であり：
【０１０６】
【数５】
0006403777.tif 000006
【０１０７】
式（２）を考慮すると、レゾネータの固有角周波数は、次式にしたがって変更される：
【０１０８】
【数６】
0006403777.tif 000007
【０１０９】
粘性摩擦に起因する減衰は、機械的な構造との周囲ガスの相互作用から生じる：それは、項ｆｆ（ｔ）で規定されている。
【０１１０】
この力の決定は、気体に関するナビエ―ストークス方程式の解を用いる：
【０１１１】
【数７】
0006403777.tif 000008
【０１１２】
ここで、ρはガスの密度、ベクトルｖはレゾネータに対する期待の速度、ｐはガスの圧力、μはガスの粘度である。
【０１１３】
したがって、レゾネータを囲む種に依存して、式ｆｆ（ｔ）は、特に、ガス密度（そのモル質量に関連する）及びその粘度によって、変更される。
【０１１４】
この式は、領域の境界条件に関連付けられる。
【０１１５】
小さいギャップの、すなわち、関連する種の分子の平均自由工程以下のオーダーの範囲内で、「スクイーズフィルムダンピング」の項の下で流体相互作用力を記載するいわゆるレイノルズ方程式の下でナビエ―ストークス方程式を簡略化することが可能である。
【０１１６】
この減衰現象は、静電作動を伴うＮＥＭＳ及びＭＥＭＳにおいて優勢である。
【０１１７】
コンパクトモデルを用いるスクイーズフィルムダンピングのモデリングに関して、非特許文献４が参照され得る。
【０１１８】
流体力がレゾネータに次式と等しい力を印加することを示すことが可能であり：
【０１１９】
【数８】
0006403777.tif 000009
【０１２０】
ここで、
【０１２１】
【数９】
0006403777.tif 000010
【０１２２】
ここで、
【０１２３】
【数１０】
0006403777.tif 000011
【０１２４】
は「スクイーズ」項であり、与えられたガス分子の平均自由工程λ（ガス分子のサイズに比例する）を通るガス希薄化条件を考慮する、ガスの有効粘度
【０１２５】
【数１１】
0006403777.tif 000012
【０１２６】
に依存する。
【０１２７】
文献において、ガスの有効粘度の様々な定義が存在することが留意されるべきであり、非特許文献４において式５．５及び５．６によって示されている。
【０１２８】
実際、有効粘度は、与えられたギャップ範囲にわたって近似され、この近似は、前記範囲の幅に依存して多少正確である。
【０１２９】
しかし、保持される定義にかかわらず、測定の実際の原理に影響はない。
【０１３０】
μはガスの動粘度、ｌは梁の長さ、ｅはその厚さ、ｇはギャップ、ω０はＮＥＭＳの共振周波数（ω０は梁の幅ｗを持つ固定／自由梁の場合にｗ／ｌ２に比例する）、ｐはＮＥＭＳを囲むガスの圧力である。
【０１３１】
これらの式の全ては、比ｌ／ｅ＞＞１且つσ＜１０の場合において有効である。
【０１３２】
逆の場合、非特許文献４の式３．７及び３．８に見出すことができるレゾネータの幾何学的パラメータに依存する補正項が、適用されるべきである。
【０１３３】
ガス分子の平均自由工程は、以下の式にしたがって記載される：
【０１３４】
【数１２】
0006403777.tif 000013
【０１３５】
ここで、ｋＢ、Ｔ、ｄｇ、Ｐはそれぞれ、ボルツマン定数、ガスの温度、ガス分子の直径、ガスの圧力Ｐである。
【０１３６】
式（５）及び（６）から、流体の影響（すなわち、μｅｆｆの影響）を最大化するために：
・（３の累乗として）ギャップを減少させる及び／又は、
・（３の累乗として）シリコン厚さを増加させる、
ことが主に適切であることが、留意される。
【０１３７】
圧力及び温度のような優勢でない項に影響を及ぼすことも有益であり得る。
【０１３８】
さらに、ギャップｇのサイズに影響を及ぼすことによって、μｅｆｆに動粘度μ（λ＜＜ｇの場合）あるいは比μ／λ（λ＞ｇの場合、すなわち、ガス希薄化条件の下）の影響のみを関係させることが可能である。
【０１３９】
したがって、ＮＥＭＳ又はＭＥＭＳレゾネータの設計に影響を与えることによって、分析されることになるガスの幾つかの物理的パラメータ、すなわち、その動粘度及びその平均自由工程、を測定することが可能になる。
【０１４０】
ＮＥＭＳレゾネータを扱うとき、後者は、かなりの作動力を及ぼすために小さいギャップを必要とする（式２参照）。
【０１４１】
これらのレゾネータに対して、係数ｃｄがより小さいことを保証する希薄化条件が得られる（項μｅｆｆの補正）。
【０１４２】
これらのナノ構造はしたがって、１００から５００のオーダーの周囲圧力において向上したＱ値を得る可能性を与える（真空がない場合のＭＥＭＳのものより典型的に１０倍大きいＱ値）。
【０１４３】
以下の表１は、異なるガスに対する及びＮＥＭＳレゾネータの典型的な幾何学的形状に対する幾つかの特徴的な量を示す：
【０１４４】
【表１】
0006403777.tif 000014
【０１４５】
以下の表２は、幾つかのガスに対する粘度及び平均自由工程を提供する：
【０１４６】
【表２】
0006403777.tif 000015
【０１４７】
表２によれば、希薄化条件を考慮することによって、有効粘度が変更されることが観察される。
【０１４８】
したがって、例として１５０ｎｍのギャップに対して、水素はヘリウムより粘性が小さく、このヘリウム自体はメタンより粘性が小さい。
【０１４９】
したがって、ＮＥＭＳの分野で使用される典型的な値を考慮すると、次のように書かれることができる：
【０１５０】
【数１３】
0006403777.tif 000016
【０１５１】
式（３）は次のように書き換えられ得る：
【０１５２】
【数１４】
0006403777.tif 000017
【０１５３】
したがって、ＮＥＭＳレゾネータの共振周波数は、以下のように変更される：
【０１５４】
【数１５】
0006403777.tif 000018
【０１５５】
ＮＥＭＳレゾネータのＱ値も以下のように変更される：
【０１５６】
【数１６】
0006403777.tif 000019
【０１５７】
式（１０）において、流体損失が機械的損失より大きいことが仮定される（ｂ＜＜ｃｄ）。
【０１５８】
さらに、ｋｅの影響は、ＮＥＭＳレゾネータの特徴的な寸法を考慮すると、Ｑ値の式において無視できる（ｋｅ＜＜ｋ）。
【０１５９】
共振ωｆにおいて、レゾネータの振幅におけるゲインＧはその結果次式に比例する：
【０１６０】
【数１７】
0006403777.tif 000020
【０１６１】
したがって、レゾネータの共振周波数ωｆ及び共振における振幅のリアルタイム測定により、ガスの流体特性μｅｆｆ及びμｅｆｆ２を得ることが可能である。
【０１６２】
ＮＥＭＳレゾネータの近くにおける関心のある種の通過に際し、キャリアガスに対する振動の振幅の変動はその結果次式と等しい：
【０１６３】
【数１８】
0006403777.tif 000021
【０１６４】
ここで、Ｇ１及びＧ２は、与えられたキャリアガスの下での及び関心のある種の下での振動ゲインであり、ｃｄ１及びｃｄ２は、キャリアガス及び関心のある種と関連付けられる流体損失である。
【０１６５】
与えられたキャリアガスによってクロマトグラフィー分離カラムに運ばれるガス種の検出を最大化するために、有効粘度のコントラスト（すなわち比）を最大化すること及び／又はレゾネータの厚さｅもそれらの幅ｗも減少させることが好ましい。
【０１６６】
言い換えると、ナノメートルスケール（ＮＥＭＳ）でレゾネータを通ることが特に検出精度に有利である。
【０１６７】
他方、１ボルトのオーダーのバイアス電圧でレゾネータの適切な作動（式２参照）を保証するためにそれらをあまり増加させないことを確実にしながら、大きいギャップを使用する（しかし、ガス希薄化条件の下に残るために分子の平均自由工程を超えない）ことが好ましい。
【０１６８】
したがって、５０ｎｍから２５０ｎｍの間に含まれるキャップが典型的には使用される。
【０１６９】
表２によれば、キャリアガスとして考えられ得るガスは、水素、ヘリウム及びアルゴンである（非網羅的リスト）。
【０１７０】
しかし、（特に測定分解能及び／又は検出限界条件に関して）用途の必要性にしたがって、
他のタイプのキャリアガス、例えば、メタンを検出するための空気又は窒素、考えられ得る。
【０１７１】
電子の観点から、レゾネータの共振周波数並びに共振周波数における振動の振幅の同時測定は、検出器を位相ロックループ（ＰＬＬ）又はオシレータに入れることによって実行される。
【０１７２】
図３は、位相ロックループを有する電子読出し回路のブロック図である。
【０１７３】
レゾネータのＰＬＬタイプの測定において、レゾネータの共振周波数の振動が、時間にわたって連続的に追跡される。
【０１７４】
前記読出し回路は有利には、ネットワークの出力信号の共振ピークの周波数で励起信号の周波数を妨害するように、及び励起共振周波数として、妨害された周波数を提供するように、設計される。
【０１７５】
この目的のために、ＰＬＬ回路は、電圧Ｆによって制御されるとともに、電圧Ｆの周波数に対応する周波数で周期的及び単一の周波数励起信号をそれに提供するために、ＮＥＭＳとして知られる検出器又は検出器のネットワークの入力に接続される、電圧制御オシレータＶＣＯを有する。
【０１７６】
ＬＮＡコンポーネントは低雑音増幅器を有する。
【０１７７】
この読出しスキームは、同期（ロックイン）検出を適用し、これは：
―  位相比較器手段ＣＯＭＰでの比較の後、レゾネータの励起信号（位相φｒｅｆ）とその測定された信号（位相φ）との間で誘起される位相シフト、及び
―  オシレーションの振動振幅Ａ、
を同時に測定する可能性を与える。
【０１７８】
レゾネータの共振周波数Ｆに属するために、ＶＣＯ（電圧制御オシレータ）レゾネータの励起オシレータの周波数は、比較器ＣＯＭＰに接続された補正器ＣＯＲＰ（ＰＩタイプ）を用いて一定位相シフトを保つように調整される。
【０１７９】
図４は、オシレータを有する電子読出し回路のブロック図である。
【０１８０】
オシレータタイプの測定において、反応フィルタ（reaction  filter）が、レゾネータの共振周波数でのレゾネータの自励振動を生じさせるように、レゾネータに関連付けられる。
【０１８１】
オシレーションの振幅の測定は、自動ゲイン制御（ＡＧＣ）を用いて実行され、この機能は、オシレーションの振幅Ａを一定に保つように反応ループのゲイン（ＡＧ）を調製することである。
【０１８２】
ＰＳ（位相シフト）コンポーネントは、オシレーションを永久的に維持するために、検出器の出力と入力との間の適切な位相シフトを確保する可能性を与える。
【０１８３】
反応フィルタのゲインは、その結果、この構成において、オシレーションの振幅の「イメージ」を示す。
【０１８４】
オシレーションの周波数は、周波数カウンタＦＣを用いて測定される。
【０１８５】
電子読出し回路は、レゾネータの振幅及び振動周波数を同時に提供する可能性を与える場合、本発明の範囲から逸脱することにあしに、図３及び４に示された原理と異なるスキームにしたがって設計され得ることは明らかである。
【０１８６】
関心のある種の流体パラメータの測定に加えて、同じ検出器又は検出器のネットワークで、非特許文献２に記載されるような重量測定を実行することも可能である。
【０１８７】
重量測定の原理は、測定されることになる種との官能基化層の化学的相互作用に基づく。
【０１８８】
ガス種は実際、レゾネータの表面で連続的に吸着され且つ放出され、レゾネータの有効質量の変化を引き起こすとともに、レゾネータの共振周波数を減少させる（式９参照）。
【０１８９】
異なる官能基化層（特に、ポリマー、多孔質ＳｉＯＣ、多孔質Ｓｉのような、無機層）が、これらの吸着／放出現象を促進するために使用され得る。
【０１９０】
重量測定は、特に、低ガス濃度に対する流体相互作用による測定より、高感度である。
【０１９１】
他方、検出されることになるガスとの良好な化学親和力を有する官能基化層を有する必要がある。
【０１９２】
この意味で、重量アプローチは、流体相互作用測定によるアプローチより万能ではないが、あまり揮発性でない種に対して良く適用される。
【０１９３】
流体相互作用の測定によるアプローチは特に、希ガス、メタン、エタン、二酸化炭素、酸素等のような高揮発性混合物に適用される。
【０１９４】
このアプローチはしたがって、万能であり、比較的相当なガス濃度（すなわち、数百ｐｐｍより大きい）に対して非常に効率的である。
【０１９５】
したがって、流体相互作用による測定は、ガスクロマトグラフィーに良く適し、そこでは、注入パラメータによりカラムの中の注入材料の量（サンプルガスの体積）を制御することが可能であり、そこでは人がキャリアガスによる制御雰囲気の下で操作する。
【０１９６】
他方、レゾネータの表面に付着された多孔質層との流体相互作用は有利には、ガスの粘度を測定するために使用され得る。
【０１９７】
「多孔質」は、本明細書では、微細孔又は粗いナノ細孔層を意味し、すなわち、これに関して、細孔のサイズが数ナノメートルから数百ナノメートルの間に含まれる。
【０１９８】
この多孔質層の材料は、多孔質ＳｉＯＣ又はＳｉであり得る。
【０１９９】
上に見られるように、ＮＥＭＳ又はＭＥＭＳレゾネータに基づく共振測定は、分離の異なる程度に、すなわち、吸着／放出現象によるレゾネータの質量の変動、並びに式８による周囲ガスとの相互作用による流体損失及びレゾネータの剛性の変動に、アクセスする可能性を与える。
【０２００】
作用する物理現象のそれぞれは、測定されることになるガスの範囲及び与えられた特異性を狙う。
【０２０１】
重量測定はしたがって、低濃度範囲（ｐｐｍからサブｐｐｍ）の重混合物に対して好ましく、流体相互作用による測定は、比較的高い濃度範囲（数１００ｐｐｍから１００％）の高揮発性軽混合物に対して好ましい。
【０２０２】
さらに、レゾネータの第１の共振モードを同時に測定することが可能である。
【０２０３】
ここでは、モードの関連周波数が増加するほど、レゾネータのＱ値が増加する。
【０２０４】
したがって、選択されたモード（典型的には第１の共振モード）で重量測定を且つ前記選択されたモードに対して１又は幾つかの他のより高いモードで流体結合測定（fluidic  coupling  measurement）を同時に実行することが可能である。
【０２０５】
これに関して、図９Ａに示されるような検出器の適用が、良好な結果を提供する。
【０２０６】
さらに、ナノメートルスケール（ＮＥＭＳレゾネータ）に渡ることは、これらの現象の全体を激化させる。
【０２０７】
（粘度の測定のために）如何なる化学的官能基化層もないＮＥＭＳ検出器又はＮＥＭＳ検出器のネットワーク及び重量測定アプローチのための化学的官能基化層を持つ他の検出器又は検出器のネットワークを同じチップ上に有することも可能であり、これは、両方の原理による同時の測定を、できるだけ最上にそれらを分離すること（相関の欠如）によって可能にする。
【０２０８】
それらのナノメートルサイズのために、ＮＥＭＳ検出器又は検出器のネットワークは、種のためのクロマトグラフィー分離カラムの流体チャネルに直接的に又は同流体チャネルから下流に、マイクロエレクトロニクスから生じた生産技術によって、埋め込まれ得る。
【０２０９】
流体チャネル及びＮＥＭＳ検出器を有するシリコンチップ上に、それぞれが特に測定されることになるガスの１つの物理的特性を扱う、１又は幾つかのＮＥＭＳ検出器又は検出器のネットワークを組み込むことが可能である。
【０２１０】
図５、６及び７は、流体チャネルの可能な例示的な実施形態を示す。
【０２１１】
流体チャネルの断面を調製することによって、チャネル内のガス流を、したがって、流体現象を激化させ、したがって検出を向上させるために、ＮＥＭＳレゾネータを囲む圧力を、局所的に変更することが可能である。
【０２１２】
この調整は、ベンチュリ効果（ベルヌーイの法則）に基づく。
【０２１３】
図５は、３つの検出器又は検出器のネットワークＮＥＭＳ１、ＮＥＭＳ２、ＮＥＭＳ３を入れられている流体チャネル３の概略図を提供する。
【０２１４】
流体チャネルの断面は好ましくは、分離カラムのものと一致する（典型的な値：１００μｍ×１００μｍ）。
【０２１５】
この実施形態では、断面積は、一定の流れ及び圧力を保つために一定である。
【０２１６】
それにもかかわらず、ベンチュリ効果によってチャネル内の圧力／温度条件を変更するために、したがって、各ＮＥＭＳレゾネータのそれを囲むガスとの相互作用を多かれ少なかれ激化させるために、異なる方法でこのチャネルを構成することが可能である。
【０２１７】
したがって、図６は、ベンチュリ効果によってチャネルの圧力を局所的に変更するために、したがって、流体相互作用を促進させるために、流体チャネル３の断面が変更されている実施形態を示す。
【０２１８】
この場合、断面絞り３０は、流れの局所的な加速の原因となる、縮まった部分における減圧領域Ｄを生成する一方、圧縮領域Ｃが、縮まった部分３０の上流に生成される。
【０２１９】
検出器又は検出器のネットワークＮＥＭＳ１、ＮＥＭＳ３及びＮＥＭＳ２を上流、下流及び減圧領域Ｄにそれぞれ配置することによって、異なる圧力条件下の両体相互作用の測定値（式８参照）を得ることができる。
【０２２０】
図７は、流体チャネルの断面が圧力変動を生じさせるために調整されている他の実施形態を示す。
【０２２１】
この場合、断面３１の拡張は、流れの局所的な減速の原因となる、拡張された部分における圧縮領域Ｃを生成する一方、減圧領域Ｄが拡張された部分の下流に生成される。
【０２２２】
検出器又は検出器のネットワークＮＥＭＳ１、ＮＥＭＳ３及びＮＥＭＳ２を上流、下流及び圧縮領域Ｃにそれぞれ配置することによって、異なる圧力条件下の両体相互作用の測定値（式８参照）を得ることができる。
【０２２３】
他方、レゾネータを囲むガスの圧力を減少させ、したがって、レゾネータと周囲のガスとの間の相互作用を変更するために、検出器又は検出器のネットワークを、前記検出器又は検出器のネットワークの下流に配置されたバキュームポンプに結合することが可能である。
【０２２４】
図８はこのように、クロマトグラフィーカラムＧＣ、カラムの下流の流体チャネル３に配置された複数の検出器又は検出器のネットワークＤ、及びカラムにおける圧力の減少を可能にし、したがって、レゾネータとガスとの間の相互作用を激化させる、前記検出器又は検出器のネットワークの下流のバキュームポンプＰを有するガス分析システムを示す。
【０２２５】
前記バキュームポンプは有利には、検出器を用いて行われる測定を補足して、ガスの他の測定を実行するために、質量分析器の第１のステージとして使用され得る。
【０２２６】
１０―３又は１０―４ｔｏｒｒｓのオーダーの一次真空（primary  vacuum）の適用は、前述の利点を提供するのに十分であることが考えられる。
【０２２７】
図９Ａ及び９Ｂは、本発明に適用され得るＮＥＭＳ検出器の他の例を示す。
【０２２８】
図２に示された検出器のものと同じ機能を果たす要素は、同じ参照記号で示されている。
【０２２９】
両方の場合において、レゾネータは、その２つの端部１００ａ、１００ｃにおいて固定された梁１００である。
【０２３０】
これに関して、文献WO  2012/034990が参照されることができ、この文献は、このような検出器を記載している。
【０２３１】
固定／自由梁と違い、固定／固定梁は、主モード１より周波数が近い第２のモードからの共振周波数を有する。
【０２３２】
したがって、このタイプのレゾネータにより、その性質からより良いＱ値を有するより高いモードを狙うことが、より容易である。
【０２３３】
図１０は、他の検出器例ＮＥＭＳを示し、レゾネータは、その２つの端部１００ａ、１００ｃにおいて自由であり、これもまた検出を目的とする２つのゲージによってその中央部分で保持される梁１００である。
【０２３４】
文献WO  2012/034951は、このような検出器のタイプを記載している。
【０２３５】
さらに、ガスの温度の増加は、キャリアガスの粘度と検出されることになるガスの粘度との間のコントラストを改良する効果を有する。
【０２３６】
クロマトグラフィーカラムを加熱し、それを一定温度（例えば、１００℃又は１５０℃まで）に維持し、検出器又は検出器のネットワークをちょうどその出力に配置する（カラムと検出器との間のガスの如何なる熱損失も最小にするために）ことによって、レゾネータの振幅測定の間の検出性能を向上させることができる。
【０２３７】
ＮＥＭＳレゾネータのピエゾ抵抗ゲージへのより強いバイアス電圧の印加はまた、（例えば、５００℃までの）ジュール加熱によるＮＥＭＳレゾネータのゲージの、したがって、そのすぐまわりを循環するガスの局所的な加熱を潜在的に激しくすることを可能にする。
【０２３８】
これは、振幅測定による粘度コントラストの増加を可能にする。
【０２３９】
さらに、検出器又は検出器のネットワークを加熱することによって、この効果は、ＮＥＭＳレゾネータでの吸着メカニズム（物理吸着及び化学吸着）を低下させる又はさらには抑制し、したがって、粘度測定の利益に対する重量測定原理を最小にする。
【０２４０】
同一のＮＥＭＳレゾネータを有する少なくとも２つの検出器又は検出器のネットワーク及び検出器又は検出器のネットワークの単一のピエゾ抵抗ゲージへのより強いバイアス電圧の印加により、両方のメカニズムをできる限り相関を失わせることによって、重量測定（周波数測定）及び粘度の測定（振幅測定）を同時に行うことが可能である。
【０２４１】
最終的に、信号の処理に関して、データマージアルゴリズムを実装するために検出器又は検出器のネットワークの多次元の性質から利益を得ることができる。
【０２４２】
データマージの例は、以下の式にしたがって振幅測定値及び周波数測定値を線形的に加算することからなる：
【０２４３】
【数１９】
0006403777.tif 000022
【０２４４】
ここで、ｏｕｔｐｕｔはマージから結果として得られる信号、ｆ（ｔ）は共振周波数測定値、Ｍ（ｔ）は振幅測定値、Ｋは調整可能なゲインである。
【０２４５】
例えば、｜｜Ｋ｜｜＞＞１が選択される場合、振幅信号は、周波数信号を損なうことが好まれる。
【０２４６】
｜｜Ｋ｜｜＜＜１が選択される場合、周波数信号は、反対に、振幅信号を損なうことが好まれる。
【０２４７】
典型的には、Ｋ＝１が、周波数信号及び振幅信号の等しい重要性を評価するために選択される。
【０２４８】
実験結果
以下の一連の結果は、ＮＥＭＳ及びＭＥＭＳレゾネータによって提供される流体検出の可能性の説明である。
【０２４９】
例として、メタン（Ｃ１として記載）、エタン（Ｃ２として記載）及び天然ガスが、異なるキャリアガスで試験された。
【０２５０】
使用されるキャリアガスの種類に応じて、ＮＥＭＳレゾネータの共振におけるオシレーションの振幅は、測定されることになる関心のある種の通過に際して正又は負に変化し得る。
【０２５１】
振幅ピークの変動方向を決定するために、関心のある異なるガスに対する有効粘度（物理量に対して一様である）を提供する表２が参照され得る。
【０２５２】
したがって、目的がアルゴン、窒素又は空気タイプのキャリアガスの下でメタン（Ｃ１）を測定することであるとき、これらのガス及びメタンに対するより低い有効粘度のために、正のピークが振幅に得られる。
【０２５３】
さらに、より大きい振幅応答がアルゴンの下で、このキャリアガスに対してＣ１との有効粘度コントラストが最も著しいので、得られる。
【０２５４】
ヘリウム又は水素がキャリアガスとして使用される場合、振幅の負のピークが、水素の場合により大きいピークで得られ、有効粘度のコントラストはより高い。
【０２５５】
実験は、注入ポートＩＰ、オーブンＯ及び、基準検出器として使用されるＦＩＤ検出器を備えるガスクロマトグラフィーＧＣ装置で実行された。
【０２５６】
図１１に示されるように、室温に置かれたＮＥＭＳレゾネータを有する検出器が、クロマトグラフィーカラムＧＣの下流及びＦＩＤ検出器の上流に不活性キャピラリｃを通って接続される。
【０２５７】
１―水素下の窒素及びメタンの分離並びに検出
【０２５８】
図１２Ａ乃至１２Ｃは、メタンと空気（図１２Ｂ）の等容積混合気の及び純粋メタン（図１２Ａ）の１００μＬの注入中に得られたクロマトグラム（任意の単位で表された応答）を示す。図１２Ｃは、これらの曲線の両方の重ね合わせを示す。
【０２５９】
分離は、１０ｐｓｉ（６８．９５ｋＰａ）のキャリアガスとしての水素を用いて、６０℃において市販のカラムRestek  MTX―Q―Bond  of  (7  m  ×  0.25  mm  ×  8  μm)で達成されている。
【０２６０】
カラムは、ＮＥＭＳ検出器で検出可能である２つのピークに窒素（Ｎ２）のような他の非保持混合物（non―retained  compounds）からメタンを分離する。
【０２６１】
２―水素下のメタン及びエタンに対するＮＥＭＳ検出器の応答の線形性
【０２６２】
Ｃ１及びＣ２の異なる量が、注入されるとともにパラグラフ１に記載された条件の下で分離される。
【０２６３】
図１３は、メタンの２つの異なる注入量に対するＮＥＭＳ又はＮＥＭＳ検出器での検出曲線（任意の単位で表された応答）を示す。
【０２６４】
ＮＥＭＳ検出器（右縦軸―四角）及びＦＩＤ検出器（左縦軸―ディスク）により得られたピークの領域（任意の単位で表される）が、メタン（図１４Ａ）及びエタン（１４Ｂ）それぞれに関して、注入容積にしたがって報告されている。
【０２６５】
両方の検出器の応答は、全試験範囲にわたって線形である。
【０２６６】
３―異なるキャリアガスの下での窒素及びメタンの分離並びに検出
【０２６７】
メタンの注入に対するＮＥＭＳ検出器の応答が、様々なキャリアガスに対して研究された。
【０２６８】
図１５は、水素、ヘリウム、窒素及びアルゴンの下で非保持混合物からのメタンの分離の間に得られたクロマトグラム（任意の単位で表された応答）を示す。
【０２６９】
アルゴンから窒素に、窒素からヘリウムに、及びヘリウムから水素にうつるとき、Ｑ値（流体損失に線形に反比例する）が改良されることが観察される。
【０２７０】
キャリアガスとして窒素又はアルゴンを用いると、メタンの通過に際してＱ値の向上があり、これは振動振幅の増加を引き起こす。
【０２７１】
反対に、キャリアガスとしてヘリウム又は水素を用いると、メタンの通過に際してＱ値が下がり、これは振動振幅の負の変化を引き起こす。
【０２７２】
図１６は、異なるキャリアガス下での窒素及びメタンの分離並びに検出（任意の単位で表された応答）を示す。これらの分離は、パラグラフ１に記載された条件の下で実行された。
【０２７３】
示された曲線は、（如何なる処理もない）生の信号に対応する。
【０２７４】
４―天然ガスの分析：分離及び検出
【０２７５】
他の実験では、天然ガスが、上述の条件の下でキャリアガスとして水素を用いて、注入された。
【０２７６】
カラムは、非保持混合物から、ＣＯ２、メタン及びエタンの分離を可能にする。
【０２７７】
異なるスケールを有する、図１７Ａ及び１７Ｂに見られ得るように、全てのこれらの混合物は、ＮＥＭＳレゾネータによって検出され（上側曲線）、メタン（Ｃ１）及びエタン（Ｃ２）は、ＦＩＤ検出器（下方曲線）で決定されるそれらの滞留時間によって特徴付けられる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０２７８】
【非特許文献１】Fanget,  S.,  Hentz,  S.,  Puget,  P.,  Arcamone,  J.,  Matheron,  M.,  Colinet,E.,  Andreucci,  P.,  et  al.  (2011).  Gas  sensors  based  on  gravimetric  detection―A  review.  Sensors  and  Actuators  B:  Chemical,  160(1),  804−821.  doi:10.1016/j.snb.2011.08.066
【非特許文献２】J.  Arcamone,  A.  Niel,  V.  Gouttenoire,  M.  Petitjean,  N.  David,  R.  Barattin,  M.  Matheron,  F.  Ricoul,  T.  Bordy,  H.  Blanc,  J.  Ruellan,  D.  Mercier,  N.  Pereira−Rodrigues,  G.  Costa,  V.  Agache,  S.  Hentz,  JC  Gabriel,  F.  Baleras,  C.  Marcoux,  T.  Ernst,  L.  Duraffourg,  E.  Colinet,  E.B.  Myers,  M.L.  Roukes,  P.  Andreucci,  E.  Ollier,  P.  Puget,  ≪ VLSI  silicon  multi−gas  analyzer  coupling  gas  chromatography  and  NEMS  detectors ≫,  IEDM11,  pp.  669−672
【非特許文献３】Y.  Xu,  J−T  Lin,  B.  W.  Alphenaar,  R.  S.  Keynton,  Viscous  Damping  of  microresonators  for  gas  composition  analysis,  Appl.  Phys.  Lett.  88,  143513  (2006)
【非特許文献４】M.  Bao,  H.  Yang,  Squeeze  film  air  damping  in  MEMS,  Sensors  and  Actuators  A  136  (2007)  3−27
【非特許文献５】E.  Mile,  G.  Jourdan,  I.  Bargatin,  S.  Labarthe,  C.  Marcoux,  P.  Andreucci,  S.  Hentz,  C.  Kharrat,  E.  Colinet,  L.  Duraffourg,  In−plane  nanoelectromechanical  resonators  based  on  silicon  nanowire  piezoresistive  detection,  Nanotechnology  21,  (2010)  165504
【非特許文献６】I.  Bargatin,  E.B.  Myers,  J.S.  Aldridge,  C.  Marcoux,  P.  Brianceau,  L.  Duraffourg,  E.  Colinet,  S.  Hentz,  P.  Andreucci,  M.L.  Roukes,  Large−Scale  Integration  of  Nanoelectromechanical  Systems  for  Gas  Sensing  Applications,  NanoLetters  12,  1269−1274  (2012)
【特許文献】
【０２７９】
【特許文献１】WO  2011/154362
【特許文献２】EP  2  008  965
【特許文献３】WO  2012/034990
【特許文献４】WO  2012/034951
【特許文献５】WO  2012/172204
【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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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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