[发明专利]检测挥发性有机化合物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于检测挥发性化合物的方法和装置。

背景技术

挥发性有机化合物（VOC）的检测由于环境和安全问题而在许多应用中具有潜在的重要性。已经开发出使用光致电离、重量测定法、光谱法等用于检测VOC的多种方法。在许多当前商业化的VOC检测技术中，无法识别VOC。举例来说，流行的检测技术光致电离检测（PID）需要事先识别任何VOC以便获得定量信息。为了识别VOC，通常使用复杂且昂贵的仪器，例如气相色谱-质谱分析（GCMS）仪器。尽管已力求小型化，但实地（例如在制备设施或车间中）使用GCMS仍然很困难并且昂贵。

已设计出多种吸收性电容传感器或光化学传感器，所述传感器包括一种夹在两层之间的电介质微孔材料，所述层中的至少一层对于被电介质微孔材料吸收的被分析物蒸气（例如挥发性有机化合物）来说是多孔的。在此所用的术语“吸收”是指材料被置于电介质微孔材料中，无论它是仅仅被孔壁吸收还是溶解于整体电介质微孔材料中。这些传感器检测由所吸收的VOC引起的微孔材料特性的变化。举例来说，光化学传感器检测由电介质微孔材料的折射率变化引起的折射光的光谱变化，而电容传感器检测由电介质微孔材料的介电常数变化引起的电容变化。

发明内容

虽然已经开发出能够测量已知被分析物（例如挥发性有机化合物）的浓度的光化学传感器和电容传感器两者，但迄今为止尚不知如何使用这类吸收性传感器将被分析物按化学类型分类，更不用说识别它们。

在一个方面，本发明提供了一种使用传感器元件的方法，所述方法包括以下步骤：

a)提供传感器元件，所述传感器元件包括反射性导电电极、半反射性导电电极和检测层，所述检测层包括被夹在所述反射性导电电极与所述半反射性导电电极之间的电介质光透射性微孔材料，其中所述半反射性导电电极或所述反射性导电电极中的至少一者为被分析物蒸气可渗透的；

b)在一定的温度和湿度水平下测定所述传感器元件的基线电容和基线反射光谱；

c)在暴露于所述被分析物蒸气时获得所述传感器元件的电容，以获得测量电容；

d)在暴露于被分析物蒸气时获得所述传感器元件的反射光谱，以获得包括光谱特征的测量反射光谱；

e)获得所述传感器元件的真实电容，其中所述真实电容等于所述测量电容减去所述传感器元件的基线电容；

f)获得所述光谱特征的波长偏移，其中所述光谱特征的波长偏移等于所述基线反射光谱与所述测量反射光谱中所述光谱特征的波长的差值；

g)将所述真实电容和所述光谱特征的波长偏移或其至少一个导数与参考文库比较，其中所述参考文库包括多种参考被分析物蒸气的所述光谱特征的波长偏移与所述真实电容或所述其至少一个导数之间的参考相关性；

h)确定所述被分析物蒸气的化学类别或种类中的至少一者。

有利的是，根据本发明的方法允许使用相对低成本并便于携带的蒸气传感器（如与GCMS比较）来分类和/或识别被分析物蒸气，例如挥发性有机化合物。

除非另外指明，否则本发明（包括权利要求书）的工艺中所述的步骤可以按任何合适的顺序进行。

本发明的实施过程中所用的传感器元件总体上被构造为使得吸收性电介质层足够靠近第一导电电极和第二导电电极，以至于所述层中含有的吸收性电介质材料将能够与由电极建立的电场发生相互作用。在传感器元件的操作中，吸收性电介质层在吸收一种或多种被分析物（例如，一种或多种有机物蒸汽）时显示电气特性变化。电气特性可以为如下文所述的电容相关特性。可以通过在第一导电电极和第二导电电极之间赋予电荷差（例如，向电极赋予电压差）并监测所述传感器元件的特性对被分析物的存在的响应，测量这种电容相关特性的变化。

术语“电容相关特性”涵盖了通常与赋予电荷（无论是静电荷还是时变电荷）以及在赋予电荷期间和/或之后监测电气特性相关的任何电气特性和其测量过程。例如，这种特性不仅包括电容，还包括阻抗、感应系数、导纳、电流、电阻、电导系数等，并且可以根据本领域熟知的多种方法测量。

如在此所用：

关于一层材料（例如导电电极）的术语“可渗透”意指在存在所述层的区域，所述层是足够多孔的，从而至少一种有机化合物可以非反应性地渗透穿过其厚度（例如，在25℃下）；

术语“基线电容”是指在不存在被分析物情况下观察到的电容；

术语“真实电容”是指观察电容减去基线电容；以及