CN106324160B - 气体分析系统及从液体中分离化学品的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明气体分析系统及从液体中分离化学品的方法。本发明描述包含第一气体色谱仪的设备的实施例，所述第一气体色谱仪包含流体入口、流体出口及第一温度控制件。控制器耦合到所述第一温度控制件且包含用以将第一温度分布曲线应用于所述第一温度控制件以加热、冷却或既加热又冷却所述第一气体色谱仪的逻辑。本发明还揭示并主张其它实施例。

Description

气体分析系统及从液体中分离化学品的方法
本申请为申请日2011年4月20日，申请号201180026437.7，名称为“利用用于气体色谱分析的多维微气体色谱仪的气体分析物光谱锐化及分离”的发明专利申请的分案申请。
相关申请案交叉参考
本申请案主张2010年4月23日提出申请的第61/327,392号美国临时专利申请案及2011年4月19日提出申请的第13/089,850美国专利申请案的专利合作条约(PCT)的第8条款的优先权。
技术领域
本发明大体来说涉及气体色谱，且特定来说(但非排他地)涉及借助使用个别级联式及/或多维微气体色谱仪(微GC)的气体分析物光谱锐化及分离的气体色谱。
背景技术
气体分析可为用于检测气体中的某些化学品的存在及浓度且确定所存在化学品的特定组合的意义的重要手段。举例来说，在卫生护理中，人所呼出的呼气中的某些挥发性有机化合物(VOC)的存在与某些疾病相关，例如，肺炎、肺结核(TB)、哮喘、肺癌、肝病、肾病等。所述相关性尤其可作为与肺相关的疾病的证据。在其它应用中，气体分析可用以确定与人存在不相容的危险物质(例如，矿井中的甲烷、一氧化碳或二氧化碳)的存在。
当前气体分析系统仍主要依赖于大且贵的实验室仪器，例如，气体色谱(GC)及质谱法(MS)。大多数此些仪器(特别是质谱仪)具有妨碍显著减小其的大小的操作特性，意指当前气体分析系统是大且贵的工作台装置。除贵且笨重以外，当前气体分析装置的大的大小也使得不可广泛使用此些仪器。
GC柱涂层通常是针对特定温度及化学品而优化，使得即使通过改变其温度也无单个GC可分离大量化学品。由于现有GC为安置于实验室中的大且重的器材，因此可需要将具有许多化学品的载体气体发送到多个位置以用于分离，此相当大地增加成本。气体分析物/挥发性有机化合物(VOC)浓度分布(光谱)通常在被注入到GC柱中时加宽。在应用便携式气体分析中，不存在使分析物/VOC光谱锐化而不会降低检测极限的可行解决方案。此外，当前柱聚集仅可通过将液态氮或干冰直接射到庞大的GC柱的小区段以达到聚集效果来实现。此方法为昂贵的且可不实施为便携式气体分析系统。
发明内容
本发明提供一种设备，其包括：
第一气体色谱仪，其包含流体入口、流体出口及第一温度控制件；
控制器，其耦合到所述第一温度控制件，其中所述控制器包含用以将第一温度分布曲线应用于所述第一温度控制件以加热、冷却或既加热又冷却所述第一气体色谱仪的逻辑；及
第二气体色谱仪，其具有流体入口、流体出口及第二温度控制件，所述第二气体色谱仪的所述流体入口通过流体连接耦合到所述第一气体色谱仪的所述流体出口且所述第二温度控制件耦合到所述控制器，其中所述控制器包含用以将第二温度分布曲线应用于所述第二温度控制件以加热、冷却或既加热又冷却所述第二气体色谱仪的逻辑。
附图说明
参考以下各图描述本发明的非限定及非穷尽性实施例，其中除非另有说明，否则在各个视图中相似元件符号是指相似部件。
图1A为气体分析装置的实施例的侧视立面图式。
图1B为图1中所展示的气体分析装置的实施例的平面图。
图2A为可在图1A到1B中所展示的气体分析装置的实施例中使用的MEMS预浓缩器的实施例的剖视立面图式。
图2B为可在图1A到1B中所展示的气体分析装置的实施例中使用的MEMS预浓缩器的替代实施例的剖视立面图式。
图3A为可在图1A到1B中所展示的气体分析装置的实施例中使用的MEMS气体色谱仪的实施例的平面图图式。
图3B为图3A中所展示的MEMS气体色谱仪的实施例大致沿剖面线B-B截取的剖视立面图式。
图3C为图3B中所展示的MEMS气体色谱仪的替代实施例的剖视立面图式。
图3D为可在图1A到1B中所展示的气体分析装置的实施例中使用的气体色谱仪的替代实施例的平面图。
图3E为图3D中所展示的气体色谱仪的实施例的剖视立面图式。
图4A为可在图1A到1B的气体分析装置的实施例中使用的检测器阵列的实施例的平面图图式。
图4B为图4A中所展示的检测器阵列的实施例大致沿剖面线B-B截取的剖视立面图式。
图4C为图解说明未分离或部分地分离的化学品及对部分地分离的化学品的选择性传感器响应的实施例的一组曲线图。
图5为气体分析装置的替代实施例与使用所述气体分析装置的所述实施例的系统的实施例的示意图。
图6为气体分析装置的另一替代实施例与使用气体分析装置的所述实施例的系统的实施例的示意图。
图7为气体分析装置的额外替代实施例的平面图示意图。
图8为气体分析装置的额外替代实施例的侧视立面示意图。
图9为气体分析装置的额外替代实施例的侧视立面示意图。
图9A为气体分析装置的另一额外替代实施例的平面图示意图。
图9B为气体分析装置的另一额外替代实施例的平面图示意图。
图10为利用光谱锐化的级联式气体色谱仪的实施例的示意图。
图11A为检测器对应用于气体色谱仪的温度分布曲线的实施例的响应的实施例的曲线图。
图11B为检测器对应用于气体色谱仪的温度分布曲线的替代实施例的响应的实施例的曲线图。
图11C为用于气体色谱仪的温度分布曲线的实施例的曲线图。
图12A为气体色谱仪的实施例的示意图。
图12B到12C为检测器对应用于图12A中所展示的气体色谱仪的实施例的温度分布曲线的各个实施例的响应的曲线图。
图13A为级联式气体色谱仪的实施例的示意图。
图13B到13C为可应用于图13A的级联式气体色谱仪的温度分布曲线的实施例的曲线图。
图14A到14B为多维气体色谱仪的实施例的示意图。
图15为多维气体色谱仪的替代实施例的示意图。
图16为多维气体色谱仪的另一替代实施例的示意图。
具体实施方式
本文中描述在护理医疗应用中用于气体分析的设备、工艺及系统的实施例。在以下的说明中，描述众多特定细节以提供对本发明的实施例的透彻理解。然而，所属领域的技术人员应认识到，本发明可在不具有所述特定细节中的一者或一者以上的情况下或借助其它方法、组件、材料等来实践。在其它例项中，虽然未详细地展示或描述众所周知的结构、材料或操作，但此些众所周知的结构、材料或操作仍涵盖于本发明的范围内。
本说明书通篇所提及的“一个实施例”或“实施例”意指结合所述实施例所描述的特定特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实施例中。因此，本说明书中的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”的出现未必全部是指同一实施例。此外，所述特定特征、结构或特性可以任一适合方式组合于一个或一个以上实施例中。
图1A及1B一起图解说明小型(例如，手持式)气体分析装置的实施例100。装置100包含衬底102，其上安装有流体处置组合件101、耦合到流体处置组合件101内的个别元件的控制器126及耦合到检测器阵列110及控制器126的读取与分析电路128。图中所展示的实施例图解说明衬底102上的所述元件的一个可能布置，但在其它实施例中，所述元件当然可以不同方式布置于所述衬底上。
衬底102可以是为装置100的元件提供所需物理支撑及通信连接的任一类别的衬底。在一个实施例中，衬底102可为在其表面上具有导电迹线的单层种类的印刷电路板(PCB)，但在其它实施例中，其可为在电路板的内部中具有导电迹线的多层种类的PCB。在其它实施例(举例来说，其中装置100建造为单个裸片上的单体式系统的实施例)中，衬底102可为由硅或某一其它半导体制成的芯片或晶片。在另外其它实施例中，衬底102也可为其中可形成光学波导以支持装置100的组件之间的光学通信的芯片或晶片。
流体处置组合件101包含过滤器与阀组合件104、预浓缩器106、气体色谱仪108、检测器阵列110及泵112。元件104到112流体串联耦合：过滤器与阀组合件104通过流体连接116流体耦合到预浓缩器106，预浓缩器106通过流体连接118流体耦合到气体色谱仪108，气体色谱仪108通过流体连接120流体耦合到检测器阵列110，且检测器阵列110通过流体连接122耦合到泵112。如下文进一步描述，在装置100的一个实施例中，元件104到112可为微机电(MEMS)元件或基于MEMS的元件，意指每一装置的一些部件可为MEMS而其它部件并非MEMS。在装置100的其它实施例中，元件104到112中的某些或所有元件无需为MEMS或基于MEMS，而可替代地为某一非MEMS芯片级装置。
如图中由箭头所指示，元件104到112之间的流体连接允许流体(例如，一种或一种以上气体)经由入口114进入过滤器与阀组合件104、流过元件104到112流动且最后经由出口124排出泵112。流体处置组合件101还包含保护个别元件104到112的罩或盖112。在所图解说明的实施例中，形成于罩112中的通道提供所述元件之间的流体连接，但在其它实施例中，元件之间的流体连接可通过其它手段(例如，敷设管道)来提供。在另外其它实施例中，可省略罩112。
过滤器与阀组合件104包含入口114及耦合到流体连接116以使得排出过滤器与阀组合件104的流体流动到预浓缩器106中的出口。过滤器与阀组合件104包含过滤器以从经由入口114进入的流体移除粒子。在其中元件104到112中的一者或一者以上为MEMS元件的装置100的实施例中，所述MEMS元件内的部件的小型意指经由入口114进入的流体可需要经过滤以移除此些颗粒以使得所述颗粒不进入所述MEMS元件，且将所述颗粒去除或使其变得无效。在不包含MEMS组件或其中进入入口114的流体不含有颗粒(例如，这是因为已在装置100外部对其预过滤)的装置100的实施例中，可省略过滤器与阀组合件104的过滤器部分。
过滤器与阀组合件104还包含阀，以使得一旦足够流体已穿过所述装置，即可停止进一步经由入口114流动到流体处置组合件101中。停止进一步流过入口114防止在装置100的稍后操作期间稀释将从预浓缩器106流出的流体(参见下文的操作说明)。在其它实施例中，过滤器与阀组合件104还可包含除湿器以从经由入口114进入的流体移除水蒸气，因此改进装置100的准确性及敏感性。
预浓缩器106包含耦合到流体连接116的入口及耦合到流体连接118的出口。预浓缩器106经由流体连接116从过滤器与阀组合件104接收流体且经由流体连接118将流体输出到气体色谱仪108。当流体流过预浓缩器106时，所述预浓缩器从正经过的流体吸收某些化学品，因此浓缩那些化学品以供稍后分离及检测。在装置100的一个实施例中，预浓缩器106可为MEMS预浓缩器，但在其它实施例中，预浓缩器106可为非MEMS芯片级装置。下文结合图2描述MEMS预浓缩器的实施例的进一步的细节。
气体色谱仪108包含耦合到流体连接118的入口及耦合到流体连接120的出口。气体色谱仪108经由流体连接118从预浓缩器106接收流体且经由流体连接120将流体输出到检测器阵列110。当从预浓缩器106接收的流体流过气体色谱仪108时，从所述预浓缩器接收的所述流中的个别化学品在时域上彼此分离以供稍后输入到检测器阵列110中。在装置100的一个实施例中，气体色谱仪108可为MEMS气体色谱仪，但在其它实施例中，气体色谱仪108可为非MEMS芯片级装置。下文结合图3A到3C描述MEMS气体色谱仪108的实施例的进一步的细节。虽然在所述图式中展示为单个色谱仪，但在其它实施例中气体色谱仪108可为图10以及下列等等中所展示的气体色谱仪中的任一者。在其中气体色谱仪108包含多个色谱仪的实施例中，可必需调整装置100中的下游及/或上游组件的数目以与所述气体色谱的输入或输出配置一致。举例来说，如果将图14A中所展示的色谱仪1400用作装置100中的色谱仪108，那么可必需调整检测器阵列110、泵112等等的数目以对应于色谱仪1400的输出的数目。
检测器阵列110包含耦合到流体连接120的入口及耦合到流体连接122的出口。检测器阵列110经由流体连接120从气体色谱仪108接收流体且经由流体连接122将流体输出到泵112。当流体流过检测器阵列110时，由气体色谱仪108时域分离的化学品进入所述检测器阵列且由所述检测器阵列内的传感器感测其的存在及/或浓度。在装置100的一个实施例中，检测器阵列110可为MEMS检测器阵列，但在其它实施例中，检测器阵列110可为非MEMS芯片级装置。下文结合图4描述检测器阵列110的实施例的进一步的细节。虽然在所述图中展示为单个检测器阵列，但在其它实施例中，检测器阵列110可实际上包含多个检测器阵列。举例来说，在其中气体色谱仪108为由数个个别色谱仪(例如，图14中所展示的色谱仪1400)组成的配置的实施例中，可必需调整检测器阵列的数目以匹配所述级联式色谱仪的输出配置。
泵112包含耦合到流体连接122的入口以及耦合到排放口124的出口，以使得泵112经由流体连接122从检测器阵列110汲取流体且经由排放口124将其传回到大气。泵112可为满足装置100的大小及形状因数要求、提供所要的流率及流率控制且具有充足可靠性(即，充足平均故障间隔时间(MTBF))的任一类别的泵。在一个实施例中，泵112可为MEMS或基于MEMS的泵，但在其它实施例中，其可为另一类型的泵。可使用的泵的实例包含小轴向泵(例如，风扇)、活塞泵及电渗泵。虽然在所述图中是展示为单个泵，但在其它实施例中，泵112可实际上由多个泵组成。举例来说，在其中气体色谱仪108是由数个个别色谱仪(例如，图14中所展示的色谱仪1400)组成的级联式配置的实施例中，可必需调整泵的数目以匹配所述级联式色谱仪的输出配置。
控制器126以通信方式耦合到流体处置组合件101内的个别元件以使得其可发送控制信号及/或从所述个别元件接收反馈信号。在一个实施例中，控制器126可为经设计而专门用于所述工作的专用集成电路(ASIC)(举例来说，CMOS控制器)，其包含处理、易失性及/或非易失性存储装置、存储器及通信电路以及用以控制各种电路且与流体处置组合件101的所述元件外部通信的相关联的逻辑。然而，在其它实施例中，控制器126可替代地为其中在软件中实施所述控制功能的通用微处理器。在所图解说明的实施例中，控制器126通过衬底102的表面上或其内部中的导电迹线130而电耦合到流体处置组合件101内的个别元件，但在其它实施例中，控制器126可通过其它手段(例如，光学)耦合到所述元件。
读出与分析电路128耦合到检测器阵列110的输出以使得其可从检测器阵列110内的个别传感器接收数据信号且处理并分析此些数据信号。在一个实施例中，读出与分析电路128可为经设计而专门用于所述工作的专用集成电路(ASIC)(例如，CMOS控制器)，其包含处理、易失性及/或非易失性存储装置、存储器及通信电路以及用以控制各种电路且与外部通信的相关联的逻辑。然而，在其它实施例中，读出与分析电路128可替代地为其中在软件中实施所述控制功能的通用微处理器。在一些实施例中，读出与分析电路128还可包含信号调节及处理元件(例如，放大器、过滤器、模/数转换器等)以用于由读出与分析电路128预处理从检测器阵列110接收的数据信号及对从所接收数据产生或提取的数据进行后处理两者。
在所述所图解说明的实施例中，读出与分析电路128通过定位于衬底102的表面上或其内部中的导电迹线132电耦合到检测器阵列110，但在其它实施例中，控制器126可通过其它手段(例如，光学手段)耦合到所述元件。读出与分析电路128还耦合到控制器126且可将信号发送到控制器126且从其接收信号以使得所述两个元件可协调且优化装置100的操作。虽然所图解说明的实施例将控制器126及读出与分析电路128展示为物理上单独的单元，但在其它实施例中，所述控制器与所述读出及分析电路可组合于单个单元中。
在装置100的操作中，首先给所述系统通电且将任一所需逻辑(即，软件指令)加载到控制器126及读出与分析电路128中且将其初始化。在初始化之后，打开过滤器与阀单元104中的阀且设定泵112以允许流过所述流体处置组合件。然后，流体经由入口114以某一流率及/或在某一时间量内输入到流体处置组合件101；所需的时间量通常将由预浓缩器106产生(正确定其存在及/或浓度的)特定分析物(例如，化学品或VOC)的充足浓度所需的时间来确定。当流体经由入口114输入到所述系统时，其由过滤器与阀组合件104过滤且借助流体处置组合件101内的元件104到112之间的流体连接而流过此些元件。在流过元件104到112之后，所述流体经由排放口124排出所述流体处置组合件。
在已经由入口114输入所需量的流体之后，关闭过滤器与阀组合件104中的阀以防止进一步输入流体。在关闭阀之后，预浓缩器106中的加热器启动以加热所述预浓缩器。所述热释放由所述预浓缩器吸收且浓缩的所述化学品。当从预浓缩器106释放所述化学品时，启动泵112以将所释放的化学品汲取经过气体色谱仪108及检测器阵列110且经由排放口124输出所述化学品。泵112的启动还防止回流过流体处置组合件101。
当泵112将从预浓缩器106释放的化学品汲取气体色谱仪108时，所述色谱仪在时域上将不同化学品彼此分离—即，在不同时间从所述气体色谱仪输出不同化学品。当不同化学品在时间上分离地排出气体色谱仪108时，每一化学品均进入MEMS检测阵列110，其中所述检测阵列中的传感器检测每一化学品的存在及/或浓度。气体色谱仪108中所执行的时域分离相当大地增强了MEMS检测阵列110的准确性及敏感性，这是因为其防止众多化学品同时进入所述检测阵列且因此防止所述阵列内的所述传感器中的交叉污染及可能干涉。
当MEMS检测阵列110内的个别传感器与进入的经时域分离的化学品相互作用时，所述检测阵列感测所述相互作用且将信号输出到读出与分析电路128，读出与分析电路128然后可使用所述信号来确定所述化学品的存在及/或浓度。当读出与分析电路128已确定所感兴趣的所有化学品的存在及/或浓度时，其可使用各种分析技术(例如，相关性及型式匹配)从存在的化学品及其的浓度的特定组合提取某一意义。
图2A图解说明可用作装置100中的预浓缩器106的MEMS预浓缩器的实施例200。预浓缩器200包含衬底202，衬底202具有接合到其且围绕所述衬底的外围密封以形成腔206的盖板204。衬底202已在其中形成有在一个侧上的入口208、在不同侧上的出口210及其中具有吸收剂的袋状物212。在一个实施例中，衬底202为硅衬底，但在其它实施例中，衬底202当然可由其它材料制成。在衬底202的与其中附接有盖板204的侧相对的侧上形成加热器216。
在其中衬底202係硅的实施例中，可使用标准光刻图案化及蚀刻来形成入口208、出口210及袋状物212。虽然所图解说明的实施例展示七个袋状物212a到212g，但所需袋状物的数目取决于待吸收且浓缩的不同化学品的数目及所用吸收剂的性质。在其中每一吸收剂仅吸收一种化学品的实施例中，袋状物212的数目可确切地对应于待吸收且浓缩的化学品的数目，但在其中每一吸收剂仅吸收一种化学品的其它实施例中，可使用较大数目个袋状物以增加吸收面积。在其中每一吸收剂可吸收一种以上化学品的另外其它实施例中，可使用较少数目个袋状物。
每一袋状物212在其内部具有对应的吸收剂214—袋状物212a具有吸收剂214a，袋状物212b具有吸收剂214b，等等。虽然在所图解说明的实施例中展示为粒状吸收剂，但在其它实施例中，吸收剂214可为袋状物212的壁上的涂层或可为部分地或完全地填充每一袋状物212的连续物质。其它实施例可包含粒状、壁涂层或连续填充吸收剂的组合。每一吸收剂可针对一种或一种以上特定化学品具有化学亲和性，意指所用的确切吸收剂将取决于待吸收且浓缩的化学品的数目及性质。可使用的吸收剂的实例包含石墨化炭黑(cabopack)B、石墨化炭黑X等。
在装置100中的MEMS预浓缩器200的操作期间，来自过滤器与阀组合件104的流体经由入口208进入、穿过袋状物212a中的吸收剂214a且进入腔206。盖板204帮助将进入腔206的流体导引到不同袋状物212b到212g中且经过吸收剂214b到214g直到所述流体减去由吸收剂214a到214g吸收的化学品、经由出口210排出所述预浓缩器为止。一旦足够流体已流过所述预浓缩器，即关闭过滤器与阀组合件104中的阀以防止进一步流过入口208。然后，启动加热器216。加热器216加热吸收剂214a到214f，从而致使其经由例如除气等工艺释放所吸收的化学品。与启动加热器216同时地或此后不久，启动泵112，从而将经由出口210释放的化学品汲取到气体色谱仪108。
图2B图解说明MEMS预浓缩器的替代实施例250。MEMS预浓缩器250在许多方面类似于MEMS预浓缩器200。所述两者的主要差异为：在MEMS预浓缩器250中，盖板252直接接合到衬底202而未形成在盖板204中所见的腔206。在MEMS预浓缩器250的一个实施例中，在衬底202中的不同袋状物212之间可存在通道/开口252以允许流体流过邻近袋状物。在MEMS预浓缩器250的操作中，流体经由入口208进入、经由袋状物之间的通道/开口252穿过不同的袋状物212a到212g且最后经由出口210排出所述预浓缩器。
图3A到3B图解说明可用作装置100中的GC 108的个别MEMS气体色谱仪的实施例300。MEMS气体色谱仪300包含衬底302，衬底302具有在一个侧上的入口306、在不同侧上的出口308及在其壁上具有固定相涂层的分离柱310。盖板304接合到衬底302以密封柱310。在一个实施例中，衬底302为硅衬底，但在其它实施例中，衬底302当然可由其它材料制成。在其中衬底302为硅的实施例中，可使用标准光刻图案化及蚀刻(例如，深反应性离子蚀刻(DRIE))来形成入口306、出口308及柱310。在衬底302的与其中附接有盖板204的侧相对的侧上形成温度控制件314。在一个实施例中，温度控制件与色谱仪300集成且可包含加热元件及/或冷却元件或能够进行加热及冷却两者的元件(例如，帕耳帖(Peltier)装置或热电冷却器(TEC))。在其中GC 300较小(在一个实施例中为～1英寸范围)的实施例中，可借助此些装置将其迅速地加热及冷却。温度控制件314还可包含一个或一个以上温度传感器316以允许对温度控制件314的监测及/或反馈控制。
通道或柱310提供从入口306到出口308的连续流体路径，且柱310的壁中的一些或所有壁涂布有可与由所述色谱仪分离的所述化学品相互作用的固定相涂层，或换句话说，所述柱壁针对所要的气体分析涂布有具有特定选择性/分离能力的特定材料。多彻底及多快地从所述流体分离化学品取决于所述固定相涂层、柱310的总路径长度及温度。对于既定固定相涂层，所述柱越长，所述化学品光谱分离得越佳，但长柱也延长分离时间。因此，对于既定应用，所需路径长度通常将通过在涂层、柱长度与温度之间的折衷来确定。所图解说明的实施例将柱310展示为螺旋柱，其中所述柱路径长度将取决于螺旋线圈的数目。然而，在其它实施例中，柱310可以不同方式成形。在一个实施例中，柱310的长度可介于1m与10m之间，但在其它实施例中，可超出此范围。在所图解说明的MEMS GC中，柱310可通过对硅晶片、玻璃晶片、PCB板或任一类型的衬底的微机械加工或微机电系统(MEMS)工艺来形成。
在装置100中的MEMS气体色谱仪300的操作期间，来自预浓缩器106的流体经由入口306进入且穿过柱310。当流体穿过柱310时，流体中的不同化学品以不同速率与固定相涂层312相互作用，意指所述化学品在行进经过所述柱之后被分离，其中首先分离与所述固定相强烈地相互作用的化学品且最后分离与所述固定相微弱地相互作用的化学品。换句话说，与所述固定相强烈地相互作用的化学品在所述固定相中保存得较长，而与所述固定相微弱地相互作用的化学品在所述固定相中保存较少时间。在气体色谱仪300的一些实施例中，可根据分子量发生此时域分离(例如，首先分离具有最低分子量的化学品，后续接着具有较高分子量的化学品)，但在其它实施例中，其可根据其它化学特性或其它分离机制发生。当化学品已经时域分离时，泵112经由出口308将其从MEMS气体色谱仪300汲取出。一般来说，化学品以与其分离相反的次序经由出口308排出—即，具有低保留时间的化学品首先排出，而具有较高保留时间的化学品稍后排出。在离开出口308之后，所述化学品进入检测器阵列110。
图3C图解说明个别气体色谱仪的替代实施例350。气体色谱仪350在大多数方面类似于图3B中所展示的气体色谱仪300。气体色谱仪300与气体色谱仪350之间的主要差异为温度控制件的配置。在气体色谱仪350中，温度控制件352未集成到所述色谱仪中，而替代地为热耦合到所述色谱仪的外部组件，例如，帕耳帖装置、热电冷却器(TEC)或加热及/或冷却板。举例来说，可使用导热粘合剂或借助热接口材料来实现外部温度控制件352与所述色谱仪之间的热耦合。如同温度控制件314，温度控制件352可包含一个或一个以上温度传感器354以监测温度及/或提供对所述温度控制件的反馈控制。由于所述GC较小(在一个实施例中为大约1英寸范围，但并不限于此范围)，因此可借助经集成或外部温度控制件来事先较快的加热及冷却控制。
图3D及3E一起图解说明个别气体色谱仪的替代实施例380。气体色谱仪380与气体色谱仪350之间的主要差异为在色谱380中形成常规色谱柱而非MEMS色谱柱。气体色谱仪380包含其中具有腔或开口384的衬底382。将色谱柱386定位于腔384内，在一个实施例中，所述色谱柱可使用常规色谱中所用的盘绕的毛细管道来形成。在一个实施例中，柱386的长度可为从1m到10m，但在其它实施例中，由于更庞大的配置可必需将所述长度限制为1m到3m。将温度控制件390接合到衬底382以关闭腔384，因此围封柱386。在一个实施例中，如针对图3C中所展示及描述，温度控制件390可为外部温度控制件且可包含一个或一个以上温度传感器388以监测温度及/或提供对所述温度控制件的反馈控制。GC 380可以较小的大小封装以实现较快的加热及冷却控制。
气体色谱仪380的操作类似于图3C中所展示的气体色谱仪350。气体色谱仪380与气体色谱仪350之间的主要差异为色谱柱的形成。替代使用MEMS制作的柱芯片，所述柱可由常规色谱中所用的盘绕的毛细管道形成。然后，如图3D中所展示，所述柱由温度控制件381围封。此GC可以小的大小封装以实现较快的加热及冷却控制。
图4A到4B图解说明可用作装置100中的检测器阵列110的检测器阵列的实施例400。检测器阵列400包含衬底402，其中所述衬底上形成有传感器S1到S9的阵列。在所图解说明的实施例中，传感器S1到S9形成规则形状的3×3传感器阵列，但在其它实施例中，所述传感器阵列可具有较大或较少数目个传感器，且所述传感器可布置成任一图案(规则或不规则)。
将盖404接合到衬底402的外围以形成使传感器S1到S9位于其内的腔410。盖404还包含：入口406，流体可经由其从气体色谱仪108进入；及出口408，流体可经由其排出到泵112。在衬底402的与其中附接有盖404的侧相对的侧上形成加热器412以在操作期间控制检测器阵列400的温度且借此控制所述检测器阵列内的传感器的温度。虽然所述图中未展示，但检测器阵列400当然包含可通过其输出由传感器S1到S9产生的信号以供处理的输出。
每一传感器S1到S9均包含其上具有涂层的表面。所用的每一涂层将针对正检测的特定化学品中的一种或一种以上具有亲和性，以使得所述涂层吸收其对应化学品(一种或一种以上)或与其化学地相互作用。涂层与化学品之间的相互作用又改变传感器的物理性质(例如，谐振频率、电容或电阻)，且可使用变换器或其它测量装置来测量所述传感器的经改变物理性质。所选择的用于传感器S1到S9的特定涂层将取决于传感器阵列110将用以检测的化学品。涂层的化学亲和性也随温度而强烈地变化，以致应在选择涂层时考虑操作温度范围。在其中传感器阵列110将用以检测人呼气中的挥发性有机化合物—例如，苯、甲苯、正-辛烷、乙基苯、间,对-二甲苯、α-蒎烯、d-柠檬烯、壬醛及苯甲醛、2-甲基己烷、4-甲基辛烷等的实施例中，可用于不同应用中的涂层包含2,2-双三氟甲基-4,5-二氟-1,3-间二氧杂环戊烯(PDD)及四氟乙烯(TFE)、PtCl2(烯烃)、C8-MPN等的非晶共聚物。
虽然所图解说明的实施例具有九个传感器，但所需传感器的数目取决于待检测的不同化学品的数目及所述传感器上所用的涂层的性质。在其中每一涂层仅吸收一种化学品或仅与一种化学品化学地相互作用的实施例中，传感器的数目可确切地对应于待检测的化学品的数目，但在其它实施例中，可期望在一个以上传感器上具有既定涂层以用于冗余。然而，在大多数情况下，在化学品与涂层之间不存在一对一的相关性；换句话说，每一涂层与一种以上不同化学品反应且不同化学品与既定涂层之间的反应将在性质及强度上变化。因此，可使用具有带有不同涂层的传感器的检测器阵列，这是因为所述检测器阵列的响应可针对不同气体而具有不同型式。
在传感器阵列400的一个实施例中，传感器S1到S9是定位于衬底402的表面上的MEMS传感器，意指其为表面微机械加工式传感器。然而，在使用MEMS传感器的其它实施例中，传感器S1到S9可为体微机械加工式传感器，意指所述MEMS传感器中的至少一些传感器形成于衬底402内而非所述表面上。使用MEMS传感器的传感器阵列110的另外其它实施例可包含表面微机械加工式传感器与体微机械加工式传感器的组合。可使用不同类型的MEMS传感器，此取决于应用及所需敏感性。可使用的MEMS传感器的实例包含化敏电阻器、体声波(BAW)传感器等。在检测器阵列400的其它实施例中，传感器S1到S9中的一者或一者以上可为非MEMS传感器。可用于检测器阵列400中的非MEMS传感器的实例包含具有石英或砷化镓(GaAs)衬底的石英晶体微天平(QCM)或表面声波(SAW)传感器。
在装置100中的MEMS检测器阵列400的操作期间，来自气体色谱仪108的流体经由入口406进入且行进到腔410中。进入腔410的流体携载经时域分离的化学品。当每一化学品进入腔410时，所述化学品与其涂层针对所述化学品具有亲和性的一个或一个以上传感器相互作用。感测且测量所述化学品与所述传感器的相互作用，且可提取特定化学品的存在及浓度。当更多流体流动到腔410中时，经由出口408从腔410推出第一种化学品，且具有下一种经时域分离的化学品的流体进入腔410、与所述传感器阵列相互作用且被测量。此工艺继续直到来自气体色谱仪108的所有经时域分离的化学品均已流过检测器阵列110为止。在其中所述涂层针对其化学品的亲和性并不强烈的一些实施例中，可再使用检测器阵列110：在已感测所有经时域分离的化学品之后，可启动加热器412以加热所述传感器且致使所述涂层释放所述涂层与其相互作用的相应化学品，使所述相互作用可逆。在其中每一涂层针对其化学品的亲和性可为强烈的实施例中，加热所述传感器阵列可帮助从所述涂层材料释放经部分吸收的气体。
图4C图解说明装置100中的检测器阵列400的操作的替代实施例。在此操作实施例中，可通过选择个别检测器S1到S9的化学敏感性，使用检测器阵列400检测GC 108未分离或未完全分离(例如，部分地分离)的分析物(例如，例如气体或挥发性有机化合物(VOC)的化学品)。顶部曲线图图解说明GC 108的输出的实例。在此实例中，流过系统100的流体含有7种分析物，但GC 108不可完全分离所有7种分析物：GC 108已完全分离分析物1到3，如所述曲线图上的分析物的窄峰所指示；但不可完全分离分析物4到5，也不可分离分析物6到7，如所述曲线图中的分析物的宽峰所指示。在此实例中，仍然可通过选择检测器阵列400中对GC108不可分离的分析物具有选择性(或换句话说，对可完全分离的分析物无响应)的个别检测器S1到S9来正确地检测出分析物4到7。举例来说，图4C中的第二曲线图图解说明检测器S4的响应，其中检测器S4经选择而对分析物5到7无响应，以便检测器S4可检测出即使未由GC 108完全分离的分析物4。类似地，图4C中的第三曲线图图解说明检测器S5的响应，其中检测器S5经选择而对分析物4及7无响应，以便检测器S5可检测出即使未由GC 108完全分离的分析物5及6。最后，图4C中的最后曲线图图解说明检测器S6的响应，其中检测器S6经选择而对分析物4、5及6无响应，以便检测器S6可检测出即使未由GC 108完全分离的分析物7。以此方式，GC 108及检测器阵列有效地协作而分离GC 108不可单独分离的化学品。
图5图解说明使用基于MEMS的气体分析装置的替代实施例502的系统的实施例500。装置502在大多数方面类似于装置100。装置502与装置100之间的主要差异为装置502中存在无线收发器电路504及安装于衬底102上的天线506。无线收发器电路504可既发射(Tx)数据又接收(Rx)数据且耦合到读取与分析电路128及天线506。
在系统500的一个实施例中，可使用收发器504来将原始数据从读取与分析电路128无线发射到路由器508及计算机510中的一者或两者。当发射到路由器508时，然后可将所述数据再发射到另一目的地以用于分析。举例来说，在其中装置502用于与卫生相关的化学分析的应用中，可将发送到路由器508的数据再发射到医生办公室、医院、政府卫生部门或其它某一场所中的一者或一者以上以用于分析及解释。在完成分析之后或当数据存在问题时，医生办公室、医院或卫生部门可经由路由器508、天线506及收发器504将指令发送到装置502以发信号通知所述结果、尝试改正或改进所述数据或者发信号通知必须再次执行所述测试。
继续所述同一卫生护理实例，在系统500的同一或另一实施例中，可使用无线收发器504将原始数据发射到计算机510。计算机510可如所述路由器所做将所述原始数据转发到医生、医院等，或可借助其上所安装的软件来分析所述数据以提供从所述数据提取的信息(例如，一个或一个以上可能的医疗诊断)且将提取的信息提供给装置502的用户。当其提供分析及医疗诊断时，计算机510也可将所述诊断单独地或与所述分析及原始数据一起转发到医生、医院等。如同所述路由器，医生办公室、医院或卫生部门可经由计算机510、天线506及收发器504将指令发送到装置502以尝试改正或改进所述数据、发信号通知必须再次执行所述测试等。
再次继续所述同一卫生护理实例，在系统500的仍另一实施例中，可处理所述原始数据且读取与分析电路128从所述数据提取例如可能诊断的信息。然后，由读取与分析电路128确定的所述可能诊断可被发送到待由用户阅读的计算机510及/或转发，或者可立即单独地或与支持的原始数据一起转发到医生办公室等。
图6图解说明使用基于MEMS的气体分析装置的替代实施例602的系统的实施例600。装置602在大多数方面类似于装置502。装置502与装置602之间的主要差异为无线收发器电路504及天线506用耦合到读取与分析电路128的硬件数据接口604进行替换。在一个实施例中，硬件数据接口604可为网络接口卡，但在其它实施例中，硬件数据接口可为以太网络卡、简单电缆插头等。外部装置可经由例如电缆等传统手段连接到装置602。虽然其具有不同的通信接口，但装置602及系统600具有与装置502及系统500相同的全部功能性。如同系统500，在系统600中，基于MEMS的气体分析装置602可将数据发射到计算机608及无线装置606(例如，蜂窝式电话或个人数字助理(PDA))中的一者或两者且从其接收数据。当发射到无线装置606时，然后可将所述数据转发到医生办公室、医院或政府卫生部门，且所述数据的接收方可又经由所述无线装置将数据或指令发送回到气体分析装置602。如在系统500中，当将数据发射到计算机608时，其可由所述计算机转发或可由所述计算机分析，且针对用户显示及/或转发的结果及指令可经由计算机608发射到装置602。类似地，来自气体分析装置602的数据可由读取与分析电路128分析。在由电路128分析之后，所提取的信息(例如，一个或一个以上诊断)及/或原始数据可经由硬件数据接口604转发。
图7图解说明基于MEMS的气体分析装置的替代实施例700。装置700在大多数方面类似于装置100。系统700与装置100之间的主要差异为装置700包含机载显示器702以用于将由读取与分析电路128所执行的分析的结果传达给用户。
所图解说明的实施例使用可将文本信息传达给用户的机载文本显示器702(举例来说，LCD屏幕)。举例来说，在卫生护理实例中，可使用显示器702来以指示患者的情况的模拟数字显示测试结果。显示器702可指示阳性或阴性诊断、可指示既定诊断的可能性或可指示来自所述检测器阵列的原始数据。在另一卫生护理实施例中，可使用更简单的显示器，例如，具有三个灯的显示器，所述灯取决于哪个灯接通而指示阳性、阴性或不确定的结果。
图8图解说明基于MEMS的气体分析装置的替代实施例800。装置800在大多数方面类似于装置100。装置800与装置100之间的主要差异为在装置800中流体处置组合件101的一个或一个以上元件为可替换的。在所图解说明的实施例中，使所述元件可通过使用以下插座将其安装到衬底102上来替换：过滤器与阀组合件104通过插座804安装到衬底102、预浓缩器通过插座804安装到衬底102、气体色谱仪108通过插座808安装到衬底102、检测器阵列110通过插座810安装到衬底102且泵112通过插座812安装到衬底102。在一个实施例中，插座804到812为准许由用户容易地替换的插座(例如，零插力(ZIF)插座)，但在其它实施例中，可使用其它类型的插座。虽然所图解说明的实施例展示流体处置组合件101的所有组件为可替换的，但在其它实施例中，可仅使所述组件中的一些组件(例如，泵112及检测器阵列110)为可替换的。
图9图解说明基于MEMS的气体分析装置的替代实施例900。气体分析装置900在大多数方面类似于装置100。装置900与装置100之间的主要差异为装置900包含提供外部预浓缩器902(即，安装于衬底102上的预浓缩器)。在所展示的实施例中，将阀904放置于预浓缩器106与气体色谱仪108之间，且采取措施以将外部预浓缩器902附接到所述阀。替代机载预浓缩器106或除机载预浓缩器106以外，阀904还允许用户使用外部预浓缩器902。在一个实施例中，外部预浓缩器902未呼气收集袋，但在其它实施例中，其可为不同的某物。在装置900的替代实施例(未展示)中，预浓缩器106可永久地移除且由外部预浓缩器902替换。在其中外部预浓缩器902替换预浓缩器106的另一实施例中，替代在预浓缩器106与气体色谱仪108之间插入阀，可将外部预浓缩器902耦合于过滤器与阀组合件104的上游。
图9A图解说明气体分析装置的另一替代实施例950。气体分析装置950在大多数方面类似于装置100。装置950与装置100之间的主要差异为装置950在介于预浓缩器106与气体色谱仪(GC)108之间的流体连接中包含三通阀TV1以及将三通阀TV1耦合到检测器阵列(DA)110与泵112之间的流体连接的流体连接952。三通阀TV1及流体连接952给装置950提供用于不同操作模式的不同流体路径。
当装置950以取样模式操作(例如，收集呼出样品用于分析)时，三通阀TV1经设定以使得流体沿以S标示的虚线所展示的流动路径流过装置950。在取样模式中，流体进入装置950且穿过过滤器/阀104且穿过预浓缩器106。在所述预浓缩器之后，三通阀TV1将所述流动转向到流体连接952中，以使得所述流动绕过GC 108及DA 110且去往到泵112的入口中，然后泵112将所述流体排放到大气。当装置950以分析模式操作(例如，当分离例如VOC等分析物时)时，三通阀TV1经设定以使得流体沿以A标示的虚线所展示的流动路径流过装置950。在分析模式中，流体进入装置950且穿过过滤器/阀104且穿过预浓缩器106。在所述预浓缩器之后，三通阀TV1经设定将所述流动引导到GC 108中而非流体连接952中。在穿过GC108之后，所述流动继续进入到DA 110中以用于分析且然后去往到泵112中，此后，其被排放到大气。
图9B图解说明气体分析装置的另一替代实施例975。气体分析装置975在大多数方面类似于装置100。装置975与装置100之间的主要差异为装置975包含用以针对不同操作模式提供不同流体路径的额外元件。装置975包含在过滤器/阀单元104与预浓缩器106之间的流体连接中的第一三通阀TV2以及在PC 106与气体色谱仪(GC)108之间的流体连接中的第二三通阀TV3。流体连接977将第二三通阀TV3耦合到第三三通阀TV4，第三三通阀TV4又通过流体连接979耦合到泵112的入口。类似地，流体连接983将第一三通阀TV2耦合到第四三通阀TV5，且第四三通阀TV5又通过流体连接981耦合到泵112的出口。
当装置975以取样模式操作(例如，收集呼出样品用于分析)时，三通阀TV2到TV5经设定以使得流体沿以S标示的虚线展示的流动路径流过装置975。在取样模式中，流体进入装置975且穿过过滤器/阀104及预浓缩器106。在预浓缩器106之后，三通阀TV3将所述流动转向到流体连接977中，以使得所述流动绕过GC 108及DA 110且去往到三通阀TV4。三通阀TV4经设定以使得其将所述流动引导到泵112的入口，然后泵112将所述流体排放到流体连接981中。流体连接981将所述流体从泵112引导到三通阀TV5，三通阀TV5经设定以将所述流体排放到大气。当装置975以分析模式(例如，当分离例如VOC的分析物时)操作时，三通阀TV2到TV5经设定以使得流体沿以A标示的虚线所展示的流动路径流过装置975。在分析模式中，泵112经由三通阀TV4及流体连接979将流体从大气汲取到装置975中。流体连接981耦合到泵112的出口且将所述流体携载到三通阀TV5，三通阀TV5经设定以将所述流体引导到流体连接983中。流体连接983然后将所述流体携载到三通阀TV2，三通阀TV2经设定以将所述流体引导到PC 106的入口。三通阀TV3经设定以使得将排出PC 106的流体引导到GC 108中、然后引导到DA 110中且然后引导到大气中。
图10图解说明使用分析物聚集的级联式气体色谱仪(CGC)1000的实施例。CGC1000包含具有流体入口1006及流体出口1008的第一气体色谱仪(GC)1002。第二GC 1004具有流体入口1010及流体出口1012，其中流体入口1010通过流体连接耦合到流体出口1008。冷却区段1016及加热区段1018环绕在GC 1002与GC 1004之间的流体连接。所述整个组合件定位于GC烘箱1014内。
在CGC 1000的操作中，包含一种或一种以上化学品(也称作分析物)的载体气体经由其流体入口1006进入第一GC 1002。在所述分析物流通穿过GC 1002之后，其经由流体出口1008排出所述GC且经由冷却区段1016流入流体连接中，其中将冷空气射流引导到所述冷却区段中以使所述分析物冷却。可使用液态氮或干冰来产生冷却区段1016中所用的冷空气。在经由冷却区段1016流入所述流体连接之后，所述分析物继续进入到加热区段1018中。在加热区段1018中，使用热空气射流来加热先前经冷却的分析物。在加热区段1018之后，所述分析物继续行进穿过流体入口1010以进入GC 1004用于进一步离分。CGC 1000为庞大且昂贵的，且因此不可用作便携式气体分析系统。此外，由于CGC 1000的大热质量而仅可冷却其的小区段。
图11A到11B图解说明通过冷却及/或加热GC来聚集分析物(例如挥发性有机化合物(VOC))的实施例。在每一图中，下部曲线图图解说明应用于GC的温度分布曲线(例如，温度随时间的变化)，而上部曲线图图解说明耦合到所述GC的检测器的响应。图11A图解说明其中所述GC在初始温度处开始的方法，所述初始温度然后以所要斜变速率斜升到目标温度。借助此温度分布曲线，所述GC分离出气体1、2及3，但其它气体保持未分离。在大多数情况中，输入分析物/VOC在进入GC柱时具有宽浓度分布。当分析物在所述GC柱内行进时光谱变得愈加宽及低，同时在GC输出处在时间上彼此分离。在大多数情况中，分析物光谱中的一些光谱过宽且彼此重叠，此如在所述图中所展示产生未分离的气体。
图11B图解说明替代方法。在下部曲线图中展示温度分布曲线：所述色谱仪的温度开始于初始温度处且然后冷却(减少或降低)到较低温度。在达到所要的最低温度之后，在所述冷却后将所述色谱仪加热到操作温度。在检测器响应曲线图中展示应用所述下部曲线图中所展示的温度分布曲线的结果。从所述分析物分离出相同气体1到3，但由于使所述分析物冷却的聚集效果，现在分离先前未分离的气体，如检测器响应中的锐峰所展示。所述冷却产生立即聚集效果及使光谱分布曲线的窄化(锐化)。然后以所要斜变速率将所述微GC加热到目标温度以实现分析物/VOC分离。由于微GC冷却的操作，与无冷却操作相比，输出光谱更加锐化。使用较锐化光谱，将减少在微GC输出处的气体/VOC重叠。因此，可借助微GC冷却分解出更多分析物。
图11C图解说明可应用于GC以获得分析物聚集的温度分布曲线的实施例。出于此应用的目的，术语“温度分布曲线”是指温度随时间的变化。在图11C中，垂直轴表示GC的温度，而水平轴表示时间。
在时间t0之前，所述GC维持处于初始温度T0处。在一个实施例中，初始温度T0为大致室温(通常约20℃，但不限于此温度)，但在其它实施例中，初始温度可为低于或高于室温的温度。在时间t0开始，所述分布曲线开始从时间t0直到时间t1为止的第一时间周期，在此期间使GC的温度降低(即，使GC冷却)直到其达到低于初始温度T0的温度T1为止。在一个实施例中，温度T1为低于冻结的温度，举例来说，-10℃，但在其它实施例中，T1可为低于初始温度T0的任一温度。在一个实施例中，第一周期(t1到t0)的持续时间可为从2秒到10秒，但在其它实施例中，所述第一周期可更短或更长。此外，虽然所述所图解说明的实施例展示在第一周期中温度线性地减少，但在其它实施例中第一周期中的温度减少无需为线性的。
在第一周期结束时，在于时间t1到达温度T1之后，温度分布曲线进入从时间t1到时间t2的第二周期，在第二周期期间GC的温度保持大致处于T1或约T1。在一个实施例中，第二周期的持续时间(t2-t1)可持续从数秒到几分钟，但在其它实施例中，第二周期的持续时间可基本上为零，使得t2＝t1。在第二周期结束时在时间t2处，温度分布曲线进入从时间t2到时间t3的第三周期，在此期间GC温度从T1增加到目标温度T2。在一个实施例中，T2可为约+80℃，但在其它实施例中，其它目标温度为可能的。在一个实施例中，第三周期(t3-t2)的持续时间可为从2秒到10秒，但在其它实施例中，所述第三周期可更短或更长。此外，所图解说明的实施例展示温度在第三周期开始处线性地增加且然后更缓慢地且非线性地增加直到所述温度达到T2为止，但在其它实施例中，随时间的其它温度分布为可能的。举例来说，在一个实施例中，第三周期期间的温度增加可从t2到t3为完全线性的。在另一实例中，气体色谱仪的温度可初始地超过温度T2，且然后经冷却以将所述温度返回到T2。
图12A到12C图解说明系统的实施例1200的构造及操作。系统1200包含具有流体入口1204及流体出口1206的GC 1202。检测器1208通过流体连接耦合到流体出口1206。GC1202包含温度控制件，其允许(举例来说)通过使用例如图11C中所图解说明的温度分布曲线的温度分布曲线将所述GC加热、冷却或既加热又冷却。在一个实施例中，GC 1202可具有图3B到3C中所图解说明的构造，但在其它实施例中，其可具有不同构造，例如图3D到3E中所展示的构造或全然某一其它构造。检测器1208可为任一类别的化学检测器；在一个实施例中，其可为例如图4A到4B中所展示的检测器阵列400的检测器阵列，但在其它实施例中，可使用其它类别的检测器阵列。虽然在所述图中未展示，但气体色谱仪1202的温度控制件可耦合到将温度分布曲线应用于所述温度控制件的控制电路(例如当将色谱仪1202用于例如图1A到1B及图5到9中所展示的气体分析系统的气体分析系统时的控制电路126)。
图12B到12C图解说明当将例如图11A到11C中所展示的温度分布曲线的温度分布曲线应用于GC 1200时且当使用火焰电离检测器(FID)时(图12B)或当使用声谐振器检测器(例如表面声波(SAW)或QCM检测器(图12C))时借助系统1200获得的结果。两个图均展示将三个温度分布曲线应用于GC 1202的结果：其中温度保持处于恒量50C的第一温度分布曲线；其中温度减少为10℃保持达15秒且然后增加到50C的第二温度分布曲线；及其中温度减少为-15C保持达15秒且然后增加到50C的第三温度分布曲线。从两个检测器获得的结果展示VOC(分析物)光谱锐化(更窄且更高的峰)的显著改进。所应用的冷却温度越低，光谱的锐化越好。随着光谱高度的增加，可改进检测器的检测限制。同时，借助更窄的VOC光谱，可将额外VOC从邻近VOC分解(分离)出。
图13A到13C图解说明级联式气体色谱仪(CGC)1300的构造及操作。CGC 1300的实施例可代替例如图1A到1B及图5到9中所展示的气体分析系统等气体分析系统中的气体色谱仪(GC)108及检测器110来使用，或可使用CGC 1300的实施例的组件中的一者或一者以上来补充例如图1A到1B及图5到9中所展示的气体分析系统等的气体分析系统中的气体色谱仪(GC)108及检测器110。CGC 1300包含耦合到第二GC 1304的第一气体色谱仪(GC)1302。在所述所图解说明的实施例中，GC 1302与GC 1304串联耦合以使得通过流体连接1314将GC1302的出口1308耦合到GC 1304的入口1310。通过流体连接1316将GC 1304的出口1312耦合到检测器1318，但在其它实施例中出口1312可耦合到某一完全不同组件。虽然所图解说明的实施例仅具有两个GC，但在其它实施例中，可添加一个或一个以上额外GC以及例如额外流体连接、分流器、三通阀检测器及切换阀等其它组件以形成较大GC级联。
在所述所图解说明的实施例中，GC 1302及GC1304为具有个别温度控制件的MEMSGC，例如在图3B或图3C中所展示的GC，但在其它实施例中，其可为图3D到3E中所展示的毛细柱GC或全然某一其它构造。所述个别温度控制件允许独立于另一者地控制每一GC的操作温度。在其它实施例中，GC 1302与GC 1304无需为相同类型，即，CGC 1300可包含MEMS色谱仪及非MEMS色谱仪两者。在一些实施例中，两个色谱仪可具有相同类别的温度控制件，但在其它实施例中，两个色谱无需具有相同温度控制件；举例来说，在所述所图解说明的具有两个MEMS色谱仪的实施例中，GC 1302可如图3B中所展示具有集成温度控制件，而GC 1304如图3C到3E中所展示具有外部温度控制件。在一个实施例中，如图4A到4B中所展示，检测器1318为检测器阵列，但在其它实施例中，其可为不同类型的检测器。虽然在所述图中未展示，但GC 1302及GC 1304的温度控制件可耦合到将温度分布曲线应用于所述温度控制件的控制电路(例如当将CGC 1300用于例如图1A到1B及图5到9中所展示的气体分析系统的气体分析系统时的控制电路126)。由于GC 1302及GC 1304的温度控制件为独立的，因此在一些实施例中可将不同温度分布曲线应用于每一GC。
在一些实施例中，GC 1302与GC 1304可具有相同特性，但在其它实施例中，GC1302与GC 1304无需具有相同特性且可具有不同柱长度、柱涂层、操作温度等。在一个实施例中，举例来说，GC 1302可涂布有可对极性或非极性化学品具特别选择性的材料A且可具有其分离特定化学品的最佳温度控制分布曲线。同时，GC 1304可具有不同柱长度且可涂布有可分离GC 1302不可分解(分离)的不同化学品的另一材料B；换句话说，GC 1304与GC1302为互补的。由于所述配置中的每一GC可具有其自身的温度控制件，因此GC 1304可经优化以分离所感兴趣的未由GC 1302分解(分离)出的剩余气体。然后，经分离的气体可由GC1304的输出端处的检测器1318检测。
在CGC 1300的操作中，其中具有一种或一种以上化学品的载体流体经由入口1306进入GC 1302且流过所述GC的柱，同时将来自图11C或图13B的温度分布曲线应用于所述GC的温度控制件。具有未由GC 1302分解(分离)出的任何化学品的载体流体经由出口1308排出到流体连接1314中。流体连接1314将所述流体携载到GC 1304中，在GC 1304中所述流体流过所述GC的柱同时将来自图11C或图13C的温度分布曲线应用于GC 1304的温度控制件，所述温度分布曲线可与应用于GC 1302的分布曲线相同或不同。因此，分离出在GC 1302之后保持未分解的一些或全部化学品。GC 1304的出口1312耦合到检测器1318，然后所述检测器可用于检测由所述两个GC从所述载体流体分离的化学品。
图14A到14B一起图解说明多维气体色谱仪的实施例1400的构造及操作。气体色谱仪实施例1400可代替例如图1A到1B及图5到9中所展示的气体分析系统等气体分析系统中的气体色谱仪(GC)108及/或检测器110而使用，或气体色谱仪实施例1400的组件中的一者或一者以上可用于补偿例如图1A到1B及图5到9中所展示的气体分析系统等气体分析系统中的气体色谱仪(GC)108及/或检测器110。
多维气体色谱仪1400包含第一气体色谱仪(GC)1402、第二GC 1408及第三GC1414，所述GC通过一起形成“迪安(Dean)开关”的数个组件而彼此流体耦合。第一、第二及第三GC中的每一者均具有其自身的独立于另一者的温度控制件。在一个实施例中，所述第一、第二及第三GC可具有图3A到3C中所图解说明的构造，但在其它实施例中，其可具有不同构造，例如在图3D到3E中所展示的构造或全然某一其它构造。在另外其它实施例中，所述第一、第二及第三气体色谱仪无需具有相同构造。如在CGC 1300中，在一些实施例中GC 1402、1408及1414可具有相同特性，但在其它实施例中，所述个别GC无需具有相同特性且可具有不同柱长度、柱涂层、操作温度等。虽然在所述图中未展示，但GC 1402、1408及1414的温度控制件可耦合到在操作期间将温度分布曲线应用于所述个别GC的所述温度控制件的控制器或控制电路(例如当将多维色谱仪1400用于例如图1A到1B及图5到9中所展示的气体分析系统等气体分析系统中时的控制电路126)。
第一GC 1402包含：流体入口1404，分析物(例如，挥发性有机化合物(VOC))经由其进入所述GC；及流体出口1406，已分离的化学品经由其排出GC 1402。流体出口1406通过流体连接1420耦合到第一Y形分流器Y1。第一Y形分流器Y1通过流体连接1422耦合到第二Y形分流器Y2并通过流体连接1426耦合到第三Y形分流器Y3。第二Y形分流器Y2通过流体连接1424进一步流体耦合到第二GC 1408的流体入口1410，且GC 1408的流体出口1412耦合到检测器1446。类似地，第三Y形分流器Y3通过流体连接1428耦合到GC 1414的流体入口1416，且GC 1414的流体出口1418耦合到检测器1448。
第二Y形分流器Y2通过辅助流体连接1430耦合到流率限制器1432，且流率限制器1432通过流体连接1434耦合到三通阀1436。类似地，第三Y形分流器Y3通过辅助流体连接1442耦合到流率限制器1440，且流率限制器1440通过流体连接1438耦合到三通阀1436。三通阀1436还耦合到辅助载体气体的源。任选地，流阻器1444可流体耦合于流体连接1430与1442之间。包含Y形分流器、流率限制器、流阻器及其之间的流体连接的元件群组一起形成“迪安开关”。使用迪安开关准许使用“中心切割”。在中心切割技术中，将来自第一色谱仪(第一维)的一种或一种以上未分解(即，未分离)的分析物传送到具有不同极性(第二维)的一个或一个以上额外色谱仪，在所述额外色谱仪处将实现对第一色谱仪未分离的化合物的分离。
在多维气体色谱仪1400的操作中，将含有化学品(分析物)的载体气体引导到GC1402的流体入口1404中。已分离及未分离的分析物经由流体连接1420排出到Y形分流器Y1。同时，三通阀1436经设定以将辅助载体气体引导到流体连接1438中，以使得辅助载体气体将流过流率限制器1440到达Y形分流器Y3，在Y形分流器Y3中所述辅助气体的部分将流动到第三GC 1414中且剩余部分将流过Y形分流器Y1及Y2进入到第二GC 1408中。当存在流阻器1444时，所述辅助气体的部分流过所述流阻器。通过标示为S的虚线来图解说明所述辅助载体气体所采用的路径。作为辅助载体气体流动的结果，如标示为P的虚线所展示，将携载从第一GC 1402排出的分析物的主要流动路径引导到第二GC 1408中。图14B图解说明多维GC1400的另一操作模式，其中通过将三通阀1436切换到其其它位置来将所述流引导到第三GC1414中而非第二GC 1408中，以使得所述第二载体气体的流动路径S现在改变主要路径P。在操作期间，将温度分布曲线应用于个别GC以改进分析物的分离。由于GC的温度控制件为独立的，因此在一些实施例中可将不同温度分布曲线应用于每一GC。
图15图解说明多维气体色谱仪的替代实施例1500。气体色谱仪实施例1500可代替例如在图1A到1B及图5到9中所展示的气体分析系统等气体分析系统中的气体色谱仪(GC)108及/或检测器110而使用，或可使用气体色谱仪实施例1500的组件中的一者或一者以上来补偿例如在图1A到1B及图5到9中所展示的气体分析系统等气体分析系统中的气体色谱仪(GC)108及/或检测器110。多维色谱仪1500在大多数方面类似于多维色谱仪1400。色谱仪1400与色谱仪1500之间的主要差异为：在色谱仪1500中，迪安开关的元件形成于微芯片1502上。在所述所图解说明的实施例中，Y形分流器Y1、Y2及Y3连同流率限制器1432及1440以及此些元件之间的流体连接一起形成于芯片1502上。在其它实施例中，例如流阻器1444等额外元件也可形成于芯片1502上。
图16图解说明多维气体色谱仪的另一替代实施例1600。气体色谱仪实施例1600可代替例如在图1A到1B及图5到9中所展示的气体分析系统等气体分析系统中的气体色谱仪(GC)108及/或检测器110而使用，或可使用气体色谱仪实施例1600的组件中的一者或一者以上来补偿例如在图1A到1B及图5到9中所展示的气体分析系统等气体分析系统中的气体色谱仪(GC)108及/或检测器110。多维色谱仪1600在大多数方面类似于多维色谱仪1400及1500。色谱仪1600中的个别GC 1602、1604及1606具有至少与色谱仪1400及1500中的个别GC相同的特征及特性。色谱仪1600与色谱仪1400及1500之间的主要差异为：在色谱仪1600中，迪安开关的某些元件整体地形成于个别GC中。在所述所图解说明的实施例中，Y形分流器Y1连同允许将GC 1602耦合到其它GC的所述流体连接一起整体地形成于第一GC 1602中。类似地，第二GC 1604具有形成于其中的流率限制器1432及Y形分流器Y2，而第三GC 1606具有形成于其中的第三Y形分流器Y3及流率限制器1440。
本发明揭示使用多维微型化气体色谱柱(GC)的气体分析物(例如，例如挥发性有机化合物(VOC)等化学品)的光谱锐化及分离增强的新方法或微GC配置的实施例。与具有缓慢且有限的温度控制灵活性的传统的庞大GC系统不同，所揭示的实施例利用微型化GC/微GC柱，所述微型化GC/微GC柱可为级联式的且具有用于气体分离分析的不同涂层材料。微GC的大小较小(如果必需则可制作成微芯片大小)且因此可借助简单的小冷却装置(例如，热电冷却器、TE冷却器)迅速地冷却到零下温度，此是使用传统的庞大GC而不使用液态氮所不可实现的。借助简单、快速且直接的微GC冷却，可实现使分析物光谱锐化且改进柱分离能力的直接柱聚集效果。此外，所揭示的实施例还可包含级联的多个微GC以形成中心切割气体色谱配置。
所揭示的实施例为借助简单冷却装置对微GC的直接快速GC冷却的第一实施方案，此允许可在不使用液态氮的情况下实现光谱锐化。同时，其还改进检测限制。因此，所揭示的实施例可实施为便携式气体分析系统且显著改进系统分解及检测限制。
包含发明摘要中所描述内容的本发明所图解说明实施例的以上说明并非打算穷尽性或将本发明限于所揭示的确切形式。虽然出于说明性目的而在本文中阐述本发明之特定实施例及实例，但如所属领域的技术人员将认识到，可在本发明之范围内作出各种等效修改。可根据以上详细说明对本发明作出此些修改。
以上权利要求书中使用的术语不应理解为将本发明限于说明书及权利要求书中所揭示的特定实施例。而是，本发明的范围将完全由以上权利要求书来确定，所述权利要求书将根据已建立的权利要求解释规则来理解。

Claims (42)

1.一种用于气体分析的设备，其包括：
第一气体色谱仪，其包含流体入口、流体出口及第一温度控制件；
第二气体色谱仪，其具有流体入口、流体出口及第二温度控制件，所述第二气体色谱仪的所述流体入口通过流体连接耦合到所述第一气体色谱仪的所述流体出口；和
控制器，其耦合到所述第一温度控制件和所述第二温度控制件，其中所述控制器包含用以将第一温度分布曲线应用于所述第一温度控制件以既加热又冷却所述第一气体色谱仪的逻辑，和用以将第二温度分布曲线应用于所述第二温度控制件以既加热又冷却所述第二气体色谱仪的逻辑，
其中所述第一温度分布曲线先冷却后加热所述第一气体色谱仪，且其中所述第二温度分布曲线不同于所述第一温度分布曲线，
其中所述第一气体色谱仪和所述第二气体色谱仪具有微型化气体色谱柱。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一温度分布曲线包括：
第一时间周期，在所述第一时间周期期间所述温度控制件将所述气体色谱仪从初始温度冷却到第一温度；及
第二时间周期，在所述第二时间周期期间所述温度控制件将所述气体色谱仪从所述第一温度加热到第二温度。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述第一温度分布曲线进一步包括第三时间周期，在所述第三时间周期期间所述温度控制件使所述气体色谱仪保持处于所述第一温度。
4.根据权利要求2所述的设备，其中所述初始温度为室温，所述第一温度低于室温，且所述第二温度大于室温。
5.根据权利要求2所述的设备，其中所述第一时间周期中的所述温度改变及所述第二时间周期中的所述温度改变两者均为线性的。
6.根据权利要求2所述的设备，其中所述第一时间周期中的所述温度改变及所述第二时间周期中的所述温度改变中的至少一者为非线性的。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的设备，其中应用于所述第二温度控制件的所述第二温度分布曲线不同于所述第一温度分布曲线。
8.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括：
第三气体色谱仪，其具有流体入口、流体出口及第三温度控制件；
其中所述第一气体色谱仪的所述流体出口通过中心切割阀耦合到所述第二及第三气体色谱仪的所述流体入口，其中所述第二及第三温度控制件耦合到所述控制器，且其中所述控制器包含用以将第二温度分布曲线应用于所述第二温度控制件并将第三温度分布曲线应用于所述第三温度控制件以加热、冷却或既加热又冷却所述第二及第三气体色谱仪的逻辑。
9.根据权利要求8所述的设备，其中所述中心切割阀包括：
第一Y形分流器，其耦合到所述第一气体色谱仪的所述流体出口；
第二Y形分流器，其耦合到所述第一Y形分流器、所述第二气体色谱仪的所述流体入口及第一辅助流体连接；及
第三Y形分流器，其耦合到所述第一Y形分流器、所述第三气体色谱仪的所述流体入口及第二辅助流体连接。
10.根据权利要求9所述的设备，其进一步包括三通阀，所述三通阀耦合到所述第一辅助流体连接、所述第二辅助流体连接及辅助载体流体的源。
11.根据权利要求9所述的设备，其进一步包括所述第一辅助流体连接中的第一限流器及所述第二辅助流体连接中的第二限流器。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述中心切割阀进一步包括流阻器，所述流阻器耦合到在所述第一限流器与所述第二Y形分流器之间的所述第一辅助流体连接且耦合到在所述第二限流器与所述第三Y形分流器之间的所述第二辅助流体连接。
13.根据权利要求9所述的设备，其中所述中心切割阀形成于微芯片上。
14.根据权利要求11所述的设备，其中所述第一Y形分流器形成于所述第一气体色谱仪中，所述第二Y形分流器及所述第一限流器形成于所述第二气体色谱仪中，且所述第三Y形分流器及所述第二限流器形成于所述第三气体色谱仪中。
15.一种气体分析系统，其包括：
衬底；
气体色谱仪，其具有一流体入口及一个或多个流体出口且安装到所述衬底，所述气体色谱仪包括具有第一温度控制件的第一气体色谱仪；
一个或多个检测器阵列，其具有流体入口及流体出口且安装到所述衬底，其中所述一个或多个检测器阵列中的每一者的所述流体入口可流通地耦合到级联式气体色谱仪的所述一个或多个流体出口中的对应者；
控制电路，其耦合到所述级联式气体色谱仪且耦合到所述检测器阵列，其中所述控制电路包含用以将第一温度分布曲线应用于所述第一温度控制件以既加热又冷却所述第一气体色谱仪的逻辑，且其中所述控制电路可与所述气体色谱仪通信且可与所述一个或多个检测器阵列通信；
读出电路，其耦合到所述一个或多个检测器阵列且耦合到所述控制电路，其中所述读出电路可与所述控制电路及所述一个或多个检测器阵列通信；及
第二气体色谱仪，其具有流体入口、流体出口及第二温度控制件，所述第二气体色谱仪的所述流体入口通过流体连接耦合到所述第一气体色谱仪的所述流体出口且所述第二温度控制件耦合到所述控制电路，其中所述控制电路包含用以将第二温度分布曲线应用于所述第二温度控制件以既加热又冷却所述第二气体色谱仪的逻辑，
其中所述第一温度分布曲线先冷却后加热所述第一气体色谱仪，且其中所述第二温度分布曲线不同于所述第一温度分布曲线，
其中所述第一气体色谱仪和所述第二气体色谱仪具有微型化气体色谱柱。
16.根据权利要求15所述的气体分析系统，其中所述第一温度分布曲线包括：
第一时间周期，在所述第一时间周期期间所述温度控制件将所述气体色谱仪从初始温度冷却到第一温度；及
第二时间周期，在所述第二时间周期期间所述温度控制件将所述气体色谱仪从所述第一温度加热到第二温度。
17.根据权利要求16所述的气体分析系统，其中所述第一温度分布曲线进一步包括第三时间周期，在所述第三时间周期期间所述温度控制件使所述气体色谱仪保持处于所述第一温度。
18.根据权利要求17所述的气体分析系统，其中所述初始温度为室温，所述第一温度低于室温，且所述第二温度大于室温。
19.根据权利要求15-18中任一项所述的气体分析系统，其中所述第一温度分布曲线不同于所述第二温度分布曲线。
20.根据权利要求16所述的气体分析系统，其中所述气体色谱仪进一步包括：
第三气体色谱仪，其具有流体入口、流体出口及第三温度控制件；
其中所述第一气体色谱仪的所述流体出口通过中心切割阀耦合到所述第二及第三气体色谱仪的所述流体入口，其中所述第二及第三温度控制件耦合到所述控制电路，且其中所述控制电路包含用以将第二温度分布曲线应用于所述第二温度控制件并将第三温度分布曲线应用于所述第三温度控制件以加热、冷却或既加热又冷却所述第二及第三气体色谱仪的逻辑。
21.根据权利要求20所述的气体分析系统，其中所述中心切割阀包括：
第一Y形分流器，其耦合到所述第一气体色谱仪的所述流体出口；
第二Y形分流器，其耦合到所述第一Y形分流器、所述第二气体色谱仪的所述流体入口及第一辅助流体连接；及
第三Y形分流器，其耦合到所述第一Y形分流器、所述第三气体色谱仪的所述流体入口及第二辅助流体连接。
22.根据权利要求21所述的气体分析系统，其进一步包括三通阀，所述三通阀耦合到所述第一辅助流体连接、所述第二辅助流体连接及辅助载体流体的源。
23.根据权利要求16所述的气体分析系统，其进一步包括具有流体入口及流体出口的预浓缩器，其中所述预浓缩器安装于所述衬底上且耦合到所述控制电路，且其中所述预浓缩器的所述流体出口耦合到所述级联式气体色谱仪的所述流体入口。
24.根据权利要求23所述的气体分析系统，其进一步包括具有流体入口及流体出口的过滤器与阀单元，其中所述过滤器与阀单元安装到所述衬底且耦合到所述控制电路，且其中所述过滤器与阀单元的所述流体出口耦合到所述预浓缩器的所述流体入口。
25.根据权利要求24所述的气体分析系统，其进一步包括具有流体入口及流体出口的一个或多个泵，其中每一泵安装于所述衬底上且耦合到所述控制电路，且其中每一泵的所述流体入口耦合到对应检测器阵列的所述流体出口。
26.根据权利要求25所述的气体分析系统，其进一步包括：
三通阀，其耦合于在所述预浓缩器与所述气体色谱仪之间的流体连接中；及
流体连接，其耦合到所述三通阀且耦合到在所述一个或多个检测器阵列与所述对应泵之间的流体连接。
27.根据权利要求25所述的气体分析系统，其进一步包括：
第一三通阀，其耦合于在所述过滤器与所述预浓缩器之间的流体连接中；
第二三通阀，其耦合于在所述预浓缩器与所述气体色谱仪之间的所述流体连接中；
耦合到所述第一三通阀且耦合到所述一个或多个泵的所述流体出口的流体连接；及耦合到所述第二三通阀且耦合到所述一个或多个泵的所述流体入口的流体连接。
28.根据权利要求27所述的气体分析系统，其进一步包括：第三三通阀，所述第三三通阀在介于所述第二三通阀与所述一个或多个泵的所述入口之间的流体连接中；及
第四三通阀，其在介于所述第一三通阀与所述一个或多个泵的所述出口之间的流体连接中。
29.根据权利要求16所述的气体分析系统，其中所述读出电路在其上包含分析电路及相关联逻辑以分析从所述一个或多个检测器阵列接收的输出信号。
30.根据权利要求29所述的气体分析系统，其进一步包括耦合到所述分析电路的输出的指示器以向用户指示所述分析的结果。
31.根据权利要求16所述的气体分析系统，其进一步包括耦合到所述读出电路的通信接口以允许所述气体分析系统与外部装置通信。
32.根据权利要求16所述的气体分析系统，其中每一检测器阵列中的一个或多个检测器对所述一个或多个气体色谱仪未分离或部分地分离的化学品具有选择性。
33.一种用于从流体时域分离一种或多种化学品的方法，所述方法包括：
将包含多种化学品的流体注入到包括具有第一温度控制件的第一气体色谱仪的气体色谱仪中，所述第一温度控制件既加热又冷却所述第一气体色谱仪；
将第一温度分布曲线应用于所述第一温度控制件以先冷却后加热所述第一气体色谱仪；
将来自所述第一气体色谱仪的流体注入到第二气体色谱仪中，所述第二气体色谱仪包含第二温度控制件以既加热又冷却所述第二气体色谱仪；
将第二温度分布曲线应用于所述第二温度控制件以既加热又冷却所述第二气体色谱仪，其中所述第二温度分布曲线不同于所述第一温度分布曲线；
使用耦合到所述第二气体色谱仪的流体出口的一个或多个检测器阵列中的传感器来检测所述多种经时域分离的化学品中的每一者；及
处理来自所述一个或多个检测器阵列中的每一传感器的信号以确定每一化学品的存在及浓度。
34.根据权利要求33所述的方法，其中所述第一温度分布曲线包括：
第一时间周期，在所述第一时间周期期间所述温度控制件将所述气体色谱仪从初始温度冷却到第一温度；及
第二时间周期，在所述第二时间周期期间所述温度控制件将所述气体色谱仪从所述第一温度加热到第二温度。
35.根据权利要求34所述的方法，其中所述第一温度分布曲线进一步包括第三时间周期，在所述第三时间周期期间所述温度控制件使所述气体色谱仪保持处于所述第一温度。
36.根据权利要求34所述的方法，其中所述初始温度为室温，所述第一温度低于室温，且所述第二温度大于室温。
37.根据权利要求33-36中任一项所述的方法，其中所述第二温度分布曲线不同于所述第一温度分布曲线。
38.根据权利要求33所述的方法，其进一步包括：
将来自所述第一气体色谱仪的所述流体出口的流体注入到具有第三温度控制件的第三气体色谱仪的流体入口中；
将第二温度分布曲线应用于所述第二温度控制件以加热、冷却或既加热又冷却所述第二气体色谱仪；及
将第三温度分布曲线应用于所述第三温度控制件以加热、冷却或既加热又冷却所述第三气体色谱仪。
39.根据权利要求33所述的方法，其进一步包括：在时域分离之前于预浓缩器中预浓缩所述多种化学品。
40.根据权利要求39所述的方法，其进一步包括：在预浓缩所述化学品之前过滤所述流体。
41.根据权利要求33所述的方法，其中处理所述信号进一步包括：分析每一化学品的存在及浓度以确定意义。
42.根据权利要求33所述的方法，其中检测所述多种经时域分离的化学品中的每一者进一步包括：使用对一种或多种未分离或部分地分离的化学品具有选择性的传感器来检测所述未分离或部分地分离的化学品。
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