使用吸收性傳感器元件的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種使用吸收性傳感器元件的方法，所述方法包括：提供所述吸收性傳感器元件，將所述吸收性傳感器元件加熱至30℃至100℃范圍內(nèi)的溫度，將所述吸收性傳感器元件暴露于被分析物蒸汽，并測量所述吸收性傳感器元件的電容相關(guān)特性和/或入射光反射時的光譜特征。所述吸收性傳感器元件包括：基底、設(shè)置在所述基底上的第一構(gòu)件、第二構(gòu)件、以及設(shè)置在所述第一構(gòu)件和所述第二構(gòu)件之間并接觸所述第一構(gòu)件和所述第二構(gòu)件的檢測層，所述檢測層包括自具微孔聚合物。
【專利說明】使用吸收性傳感器元件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體上涉及感測被分析物蒸汽的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于環(huán)境和安全問題，揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)的檢測在許多應(yīng)用中可能很重要。已利用光致電離、重力測量、光譜學(xué)等等開發(fā)出用于VOC檢測的各種方法。在許多目前商業(yè)化的VOC檢測技術(shù)中，無法辨識VOC。例如，流行的檢測技術(shù)，光致電離檢測(PID)，需要優(yōu)先辨識任何VOC以便獲得定量信息。為了辨識V0C，通常使用諸如(例如)氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GCMS)設(shè)備的精密且昂貴的設(shè)備。盡管有小型化努力，GCMS的現(xiàn)場(如，在制造廠或商店中)使用仍困難且昂貴。
[0003]已設(shè)計出各種吸收性電容傳感器和光化學(xué)傳感器，其包括設(shè)置在兩個層之間并接觸這兩個層的諸如(例如)所謂的自具微孔聚合物(PM)的電介質(zhì)微孔材料，這兩個層中的至少一個對被分析物蒸汽(如，揮發(fā)性有機(jī)化合物)而言是多孔的，從而使得被分析物蒸汽被電介質(zhì)微孔材料吸收。如本文所用，術(shù)語“吸收”是指材料變成被置于電介質(zhì)微孔材料內(nèi)，而無論其僅僅是被吸收到孔壁，還是溶解到本體電介質(zhì)微孔材料中。這些傳感器檢測由于吸收的VOC而引起的微孔材料的特性的改變。例如，光化學(xué)傳感器檢測由電介質(zhì)微孔材料的折射率的改變引起的反射光的改變，電容傳感器檢測由電介質(zhì)微孔材料的介電常數(shù)的改變引起的電容的改變。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在一個方面，本發(fā)明提供一種使用吸收性傳感器元件的方法，所述方法包括步驟:
[0005]a)提供所述吸收性傳感器元件，其中所述吸收性傳感器元件包括:第一構(gòu)件、第二構(gòu)件以及設(shè)置在所述第一構(gòu)件和所述第二構(gòu)件之間并接觸所述第一構(gòu)件和所述第二構(gòu)件的檢測層，所述檢測層包括自具微孔聚合物；
[0006]b)將所述吸收性傳感器元件加熱至30°C至100°C范圍內(nèi)的溫度；
[0007]c)在所述吸收性傳感器元件處于高溫的同時，將所述吸收性傳感器元件暴露于被分析物蒸汽；和
[0008]d)測量下列項中的至少一個:
[0009]i)所述吸收性傳感器元件的電容相關(guān)特性，其中所述第一構(gòu)件和所述第二構(gòu)件為導(dǎo)電的，并且其中所述檢測層為電介質(zhì)；
[0010]ii)反射光的至少一個光譜特征，其中所述第一構(gòu)件為反射的，所述第二構(gòu)件為半反射的，所述檢測層為光學(xué)透射的，其中所述反射光的一部分被所述第一構(gòu)件反射，并且其中所述反射光的一部分被所述第二構(gòu)件反射；或
[0011]iii) i)和 ii) 二者。
[0012]在一些實施例中，所述第一構(gòu)件設(shè)置在基底上。在一些實施例中，所述第二構(gòu)件設(shè)置在基底上。
[0013]在一些實施例中，所述第一構(gòu)件和所述第二構(gòu)件為導(dǎo)電的，所述檢測層為電介質(zhì)，并且步驟d)包括i)。
[0014]在一些實施例中，所述第一構(gòu)件為反射的，所述第二構(gòu)件為半反射的，所述檢測層為光學(xué)透射的；并且步驟d)包括ii)。
[0015]在一些實施例中，所述吸收性傳感器元件被加熱至40°C至80°C范圍內(nèi)的溫度。在一些實施例中，所述吸收性傳感器元件被加熱至50°C至65°C范圍內(nèi)的溫度。
[0016]有利地，根據(jù)本發(fā)明的方法使吸收性傳感器能夠在寬范圍的環(huán)境溫度下使用并已降低濕度的干擾。此外，響應(yīng)時間以及測量之間的吹掃時間減少，傳感器可檢測的濃度范圍擴(kuò)展。
[0017]如本文所用，當(dāng)關(guān)于一層材料時，術(shù)語“可滲透的”意指在所述層所在的區(qū)域中，所述層是充分多孔的，從而至少一種有機(jī)化合物可非反應(yīng)性地滲透穿過其厚度(例如，在25°C下)。
[0018]如本文所用，術(shù)語“電容相關(guān)特性”涵蓋任何電特性及其測定過程，這種測定過程通常與賦予電荷(無論是靜電荷還是時變電荷)以及在賦予電荷期間和/或之后監(jiān)測電特性相關(guān)。例如，這種特性不僅包括電容，還包括阻抗、電感、導(dǎo)納、電流、電阻、電導(dǎo)系數(shù)，并且可根據(jù)本領(lǐng)域熟知的各種方法測量。
[0019]如本文所用，在反射光譜的上下文中，術(shù)語“光譜特征”是指反射光譜的可辨識特征，例如波峰(反射最大值)、波谷(反射最小值)或拐點)。光譜特征的大小(強度)和/或波長可響應(yīng)于被分析物的存在而改變。當(dāng)一個或多個波峰的位置或大小偏移(如，由于被分析物濃度的改變)時，光電檢測器所檢測到的反射光的量、光譜分布或強度可改變。
[0020]在考慮【具體實施方式】以及所附權(quán)利要求書之后，將進(jìn)一步理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是可用于本發(fā)明的實踐的示例性吸收性傳感器元件的示意性剖視圖。
【具體實施方式】
[0022]根據(jù)本發(fā)明的方法涉及在傳感器元件被加熱至30至100°C范圍內(nèi)的高溫的同時利用吸收性傳感器元件分析被分析物。
[0023]圖1示出適用于根據(jù)本發(fā)明的方法的實踐的示例性吸收性傳感器元件100。吸收性傳感器元件100包括第一構(gòu)件120、第二構(gòu)件140以及設(shè)置在第一構(gòu)件120和第二構(gòu)件140之間并接觸其的檢測層130。在一些實施例中，第一構(gòu)件120設(shè)置在可選的基底IlOa上。在一些實施例中，第二構(gòu)件140設(shè)置在可選的基底IlOb上。
[0024]在一些實施例中，第一構(gòu)件和第二構(gòu)件為導(dǎo)電的。在這些實施例中，吸收性傳感器元件可檢測由于被PIM吸收的被分析物蒸汽所引起的介電常數(shù)的改變導(dǎo)致的電容相關(guān)特性的改變。
[0025]在一些實施例中，第一構(gòu)件是反射的，第二構(gòu)件是半反射的，檢測層是光學(xué)透射的。在這些實施例中，吸收性傳感器元件可檢測由于被PIM吸收的被分析物蒸汽所引起的檢測層折射率的改變導(dǎo)致的入射光的反射光譜的改變(如，至少一個光譜特征的波長偏移)。
[0026]在一些實施例中，第一構(gòu)件和第二構(gòu)件是導(dǎo)電的，第一構(gòu)件是反射的，第二構(gòu)件是半反射的，檢測層是光學(xué)透射的。在這些實施例中，吸收性傳感器元件可檢測由于檢測層折射率的改變導(dǎo)致的入射光的反射光譜的改變(如，至少一個光譜特征的波長偏移)以及由于檢測層介電常數(shù)的改變導(dǎo)致的電容相關(guān)特性的改變(其二者均由被PIM吸收的被分析物蒸汽引起)。
[0027]檢測層130包括微孔材料。在上下文中，術(shù)語“微孔的”和“微孔性”意指材料具有大量內(nèi)部互連的孔體積，并且平均孔尺寸(用例如吸附等溫線方法表征)小于約100納米(nm)，通常小于約10nm。這種微孔性使得有機(jī)被分析物的分子(如果存在)能夠滲透材料的內(nèi)部孔體積，并且留在內(nèi)部孔中。內(nèi)部孔中的這種被分析物的存在可改變材料的介電特性，使得可觀測到介電常數(shù)(或任何其它合適的電特性)的改變。
[0028]在一些實施例中，電介質(zhì)微孔材料包括所謂的自具微孔聚合物(PM)。PM是由于聚合物鏈的無效填充而具有納米級孔的聚合物材料。例如，在《化學(xué)通訊》(ChemicalCommunications) (2004 (2),第230-231頁)中，Budd等人報告了一系列本質(zhì)微孔的材料，其包含剛性和/或扭曲的單體嵌段之間的二苯并二噁烷鍵合。這一組聚合物中的典型成員包括根據(jù)方案I (下面)通過如表1所示的組分A (如，Al、A2或A3)與組分B (如，B1、B2或B3)的縮合所生成的那些。
[0029]方案I
[0030]
【權(quán)利要求】
1.一種使用吸收性傳感器元件的方法，所述方法包括步驟: a)提供所述吸收性傳感器元件，其中所述吸收性傳感器元件包括:第一構(gòu)件、第二構(gòu)件以及設(shè)置在所述第一構(gòu)件和所述第二構(gòu)件之間并接觸所述第一構(gòu)件和所述第二構(gòu)件的檢測層，所述檢測層包括自具微孔聚合物； b)將所述吸收性傳感器元件加熱至30°C至100°C范圍內(nèi)的溫度； c)在所述吸收性傳感器元件處于高溫的同時，將所述吸收性傳感器元件暴露于被分析物蒸汽；和 d)測量下列項中的至少一個: i)所述吸收性傳感器元件的電容相關(guān)特性，其中所述第一構(gòu)件和所述第二構(gòu)件為導(dǎo)電的，并且其中所述檢測層為電介質(zhì)； ii)反射光的至少一個光譜特征，其中所述第一構(gòu)件為反射的，所述第二構(gòu)件為半反射的，并且所述檢測層為光學(xué)透射的，其中所述反射光的一部分被所述第一構(gòu)件反射，并且其中所述反射光的一部分被所述第二構(gòu)件反射；或 iii)i)和 ii) 二者。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一構(gòu)件負(fù)載在基底上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二構(gòu)件負(fù)載在基底上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中步驟d)包括i)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其中步驟d)包括ii)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法，其中所述吸收性傳感器元件被加熱至40°C至80°C范圍內(nèi)的溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的方法，其中所述吸收性傳感器元件被加熱至50°C至65°C范圍內(nèi)的溫度。
【文檔編號】G01N21/45GK103492872SQ201280018003
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2012年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月13日
【發(fā)明者】M·C·帕拉佐托, S·H·格里斯卡, 姜明燦, M·S·文德蘭德 申請人:3M創(chuàng)新有限公司