CN115362369A - 混合传感器方法 - Google Patents

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R·阿切尔
P·凯彻林
D·托布乔克
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Abstract

公开了一种确定环境中第一材料或第二材料的存在、浓度或浓度变化的方法。所述方法包括测量第一传感器对所述第一材料和所述第二材料的响应，其中所述第一传感器是金属氧化物传感器、电化学传感器、光离子化传感器、红外传感器、催化燃烧传感器、光学粒子监测器、石英晶体微量天平传感器、表面声波传感器、腔衰荡光谱传感器或生物传感器中的一种。所述方法进一步包括测量第二传感器对所述第一材料和所述第二材料的响应，其中所述第二传感器是金属氧化物传感器、电化学传感器、光离子化传感器、红外传感器、催化燃烧传感器、光学粒子监测器、石英晶体微量天平传感器、表面声波传感器、腔衰荡光谱传感器、生物传感器或场效应晶体管传感器中的另一种。所述方法进一步包括根据第一传感器测量值和第二传感器测量值确定所述第一材料或所述第二材料的存在、浓度或浓度变化。

Description

混合传感器方法
背景技术
本公开的实施例涉及用于感测环境中的目标气体的方法和系统。更具体地，但非限制性地，本公开的一些实施例涉及用于感测1-甲基环丙烯(1-MCP)和/或乙烯的设备和方法。
薄膜晶体管(TFT)以前已经被用作气体传感器。例如，薄膜晶体管作为气体传感器的这种用途在Feng等人，“用于低功率蒸汽感测的全溶液工艺的非封装空气稳定有机场效应晶体管(Unencapsulated Air-stable Organic Field Effect Transistor by AllSolution Processes for Low Power Vapor Sensing)”，《科学报告(ScientificReports)》6:20671 DOI:10.1038/srep20671和Besar等人，“基于有机场效应晶体管的可印刷氨传感器(Printable ammonia sensor based on organic field effecttransistor)”，《有机电子学(Organic Electronics)》，第15卷，第11期，2014年11月，第3221–3230页中描述。在薄膜晶体管气体传感器中，半导体层与源电极和漏电极电接触，并且栅极电介质被设置在半导体层和栅电极之间。目标材料与TFT气体传感器的相互作用会改变TFT气体传感器的漏极电流。
金属氧化物气体传感器也被用于检测气体环境中目标材料的存在。例如，金属氧化物气体传感器已经在Wang等人，“金属氧化物气体传感器：灵敏度及影响因素(MetalOxide Gas Sensors:Sensitivity and Influencing Factors)”，《传感器(2010)》，10(3)2088-2106DOI:10.3390/s100302088。金属氧化物气体传感器通过测量由于气体吸附引起的金属氧化物的电阻变化来检测各种类型的气体的浓度。
由植物产生的乙烯可以加速跃变型果实的成熟、花朵的开放和植物叶子的脱落。已知1-甲基环丙烯(1-MCP)用于抑制这类过程。
可能期望确定环境中某些材料的存在和/或浓度。然而，用于此目的的传感器可以对环境中除目标材料之外的一种或多种材料作出响应；传感器响应的环境中背景材料的浓度可能随时间而变化；或者传感器对目标或背景材料的响应可能随着传感器的老化而变化。
发明内容
在一些实施例中，提供了一种确定环境中第一材料或第二材料的存在、浓度或浓度变化的方法。所述方法包括测量第一传感器对所述第一材料和所述第二材料的响应。所述第一传感器是金属氧化物传感器、电化学传感器、光离子化传感器、红外传感器、催化燃烧传感器(pellistor sensor)、光学粒子监测器、石英晶体微量天平传感器、表面声波传感器、腔衰荡光谱传感器或生物传感器中的一种。所述方法进一步包括测量第二传感器对所述第一材料和所述第二材料的响应。所述第二传感器是金属氧化物传感器、电化学传感器、光离子化传感器、红外传感器、催化燃烧传感器、光学粒子监测器、石英晶体微量天平传感器、表面声波传感器、腔衰荡光谱传感器、生物传感器或场效应晶体管传感器中的另一种。所述方法进一步包括根据第一传感器测量值和第二传感器测量值确定所述第一材料或所述第二材料的存在、浓度或浓度变化。
在一些实施例中，所述第一材料或所述第二材料已经从环境中移除。
在一些实施例中，所述方法进一步包括基于所述第一材料或所述第二材料的所述第二传感器测量值对相同材料的所述第一传感器测量值应用校正。
在一些实施例中，所述方法进一步包括基于所述第一材料或所述第二材料的所述第一传感器测量值对相同材料的所述第二传感器测量值应用校正。
在一些实施例中，所述环境是气体环境，并且从所述环境中抽取的气体被干燥，并且所述第一传感器和/或所述第二传感器的所述响应是对干燥的气体的响应。
在一些实施例中，所述干燥的气体在干燥后被水合，并且所述第一传感器和/或所述第二传感器的所述响应是对水合的气体的响应。
在一些实施例中，响应于确定所述第一材料低于阈值，增加所述环境中的所述第一材料浓度。
在一些实施例中，所述第一材料是1-甲基环丙烯。
在一些实施例中，所述第二材料是乙烯。
在一些实施例中，提供了一种系统，所述系统包括处理器、所述处理器被配置成对环境中的第一材料和第二材料作出响应的第一传感器。所述第一传感器是金属氧化物传感器、电化学传感器、光离子化传感器、红外传感器、催化燃烧传感器、光学粒子监测器、石英晶体微量天平传感器、表面声波传感器、腔衰荡光谱传感器或生物传感器中的一种。所述系统进一步包括第二传感器，所述第二传感器被配置成对环境中的第一材料和第二材料作出响应。所述第二传感器是金属氧化物传感器、电化学传感器、光离子化传感器、红外传感器、催化燃烧传感器、光学粒子监测器、石英晶体微量天平传感器、表面声波传感器、腔衰荡光谱传感器、生物传感器或场效应晶体管传感器中的另一种。所述处理器被配置成测量所述第一传感器对所述第一材料和所述第二材料的响应，并测量所述第二传感器对所述第一材料和所述第二材料的响应。所述处理器进一步被配置成根据第一传感器测量值和第二传感器测量值确定所述第一和/或第二材料的存在、浓度或浓度变化。
在一些实施例中，所述系统进一步包括第一材料的源。响应于所述第一和/或第二材料高于或低于阈值，所述处理器进一步被配置成将所述第一材料释放到所述环境中。
附图说明
所公开的技术和附图描述了所公开的技术的一些实现方式。
图1示出了用于确定环境中目标材料的存在、浓度或浓度变化的系统；
图2是根据一些实施例的用于使用第一传感器和第二传感器的测量值来确定环境中第一和第二目标材料的存在、浓度或浓度变化的过程流程图；
图3是在潮湿和干燥条件下金属氧化物传感器对乙烯的响应针对时间的图。
图4是在干燥和潮湿条件下金属氧化物传感器针对乙烯浓度的百分比响应的图。
图5是在N2背景下六个金属氧化物传感器对1ppm的1-甲基环丙烯的响应针对时间的图；
图6是在干燥或潮湿条件下在空气或N2背景下金属氧化物传感器对1ppm的1-甲基环丙烯的归一化响应针对时间的图。
图7是在干燥或潮湿条件下在氧气或N2背景下金属氧化物传感器对1ppm的1-甲基环丙烯的归一化响应针对时间的图。
附图没有按比例绘制，并且具有多种观点和视角。附图是一些实现方式和实例。此外，为了讨论所公开的技术的一些实施例的目的，一些部件和/或操作可以被分成不同的块或者被组合成单个块。此外，虽然该技术可以有各种修改和替代形式，但是在附图中已经通过示例的方式示出了具体实施例，并且在下面详细地描述。然而，目的不是将技术限制于所描述的特定实现方式。相反，该技术旨在覆盖落入如由所附权利要求限定的技术范围内的所有修改、等同物和替代物。
具体实施方式
除非上下文另有明确要求，否则在整个说明书和权利要求书中，词语“包括(comprise)”、“包括(comprising)”等应以包含性的意义，而不是以排他性的或穷尽性的意义解释；也就是说，以“包括但不限于”的意义解释。如本文所使用的，术语“连接”、“耦接”或其任何变体表示两个或更多个元件之间的任何直接或间接的连接或耦接；元件之间的耦接或连接可以是物理的、逻辑的、电磁的或其组合。此外，当在本申请中使用时，词语“在本文中”、“上面”、“下面”和类似含义的词语指的是本申请的整体，而不是本申请的任何特定部分。在上下文允许的情况下，具体实施方式中使用单数或复数的词语也可以分别包括复数或单数。词语“或”在涉及两个或更多个项目的列表时，涵盖了该词语的所有以下解释：列表中的任何项目、列表中的所有项目以及列表中项目的任何组合。
如本文所使用的，层“上方”的材料是指该材料与该层直接接触，或者通过一个或多个中间层与该层隔开。
如本文所使用的，层“上”的材料是指该材料与该层直接接触。
如本文所述的“在两个其他层之间”的层可以与其之间的两个层中的每一个直接接触，或者可以通过一个或多个中间层与两个其他层中的一个或两个隔开。
本文提供的技术的教导可以应用于其他系统，不一定是下面描述的系统。下面描述的各种实例的要素和动作可以被组合以提供该技术的另外的实现方式。该技术的一些替代实现方式不仅可以包括下面提到的那些实现方式的附加要素，而且还可以包括更少的要素。
根据下面的详细描述，可以对该技术进行这些和其他改变。虽然该描述描述了该技术的某些实例，并且描述了预期的最佳模式，但是无论该描述看起来多么详细，该技术都可以以多种方式实践。该系统的细节在其具体实现方式中可以有相当大的变化，同时仍然被本文公开的技术所涵盖。如上所述，当描述技术的某些特征或方面时使用的特定术语不应被理解为暗示该术语在本文中被重新定义为限于与该术语相关联的技术的任何特定特性、特征或方面。一般而言，在所附权利要求中使用的术语不应被解释为将技术限制于说明书中公开的特定实例，除非具体实施方式部分明确定义了这类术语。因此，本技术的实际范围不仅涵盖所公开的实例，而且还涵盖在权利要求下实践或实现本技术的所有等同方式。
为了减少权利要求的数量，该技术的某些方面在下面以某些权利要求的形式给出，但是申请人考虑了以任何数量的权利要求形式的该技术的各个方面。例如，虽然该技术的一些方面可以作为计算机可读介质权利要求来陈述，但是其他方面同样可以作为计算机可读介质权利要求来体现，或者以其他形式来体现，如以装置加功能的权利要求来体现。
在以下描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节，以便提供对所公开的技术的实现方式的全面理解。然而，对本领域技术人员来说将显而易见的是，所公开的技术的实施例可以在没有这些具体细节中的一些具体细节的情况下实施。
本文介绍的技术可以作为专用硬件(例如，电路)、作为用软件和/或固件适当编程的可编程电路、或者专用电路和可编程电路的组合来体现。因此，实施例可以包括其上存储有指令的机器可读介质，该指令可以用于对计算机(或其他电子装置)进行编程以执行过程。机器可读介质可以包括但不限于软盘、光盘、光盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘、ROM、随机存取存储器(RAM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、磁卡或光卡、闪存或其他类型的适合于存储电子指令的介质/机器可读介质。机器可读介质包括非暂时性介质，其中非暂时性不包括传播信号。例如，处理器可以连接到存储用于由处理器执行指令的指令的非暂时性计算机可读介质。
如气体传感器、液体传感器或颗粒传感器的传感器可能遭受漂移，即，所产生的信号可能随着时间而变化，而环境没有任何变化(例如，环境的组成或压力或温度的变化)。这可能会限制传感器的寿命和/或其测量精度。本发明人已经发现，可以使用如本文描述的传感器系统、设备和方法来补偿由这种漂移引起的变化。
系统概述
参考图1，示出了根据一些实施例的用于感测环境(例如气体或液体环境)中目标材料的存在、浓度或浓度变化的传感器系统。系统1包括可操作地连接到控制器3的传感器设备2。传感器设备2包括第一传感器6和第二传感器7。第一传感器6和第二传感器7被配置成对环境中的目标材料作出响应，以允许它们检测环境中目标材料的存在、浓度或浓度变化。第一传感器6和第二传感器7可以被配置成对第一和第二目标材料作出响应。
目标材料可以是挥发性有机化合物。目标材料可以是在环境压力下的沸点可以高于环境温度的蒸发的有机化合物，例如在一个大气压下沸点高于25℃的有机化合物。
目标材料可以是气体、液体或悬浮在流体中的颗粒。在一些实施例中，目标材料是烯烃。烯烃可以是无环烯烃，例如乙烯。烯烃可以包括被芳香族基团取代的烯烃基团，例如苯乙烯。烯烃可以是环状的，例如1-MCP。
在一些实施例中，目标材料是烷烃，例如甲烷。
在一些实施例中，目标材料是酯。酯可以是C1-10烷基酯或C1-10链烷酸酯，任选地C1-10烷基-C1-10链烷酸酯，例如乙酸乙酯；丁酸乙酯；己酸乙酯；乙酸丙酯；乙酸丁酯；丁酸丁酯；己酸丁酯；乙酸戊酯；乙酸己酯；丁酸己酯；己酸己酯；2-甲基丙基乙酸酯；2-甲基丁基乙酸酯；2-甲基丁酸乙酯；2-甲基丁酸丁酯；和2-甲基丁酸己酯。
在一些实施例中，目标材料是极性化合物。目标极性化合物可以是不具有将烃的碳-碳键一分为二的镜像平面的烃。目标极性化合物可以具有大于0.2德拜(Debyes)，任选地大于0.3或0.4德拜的偶极矩。目标极性化合物可以是1-MCP。目标材料可以是，例如，1-甲基环丙烯(1-MCP)和/或乙烯。
任选地，传感器设备2可以包括第一过滤室10和第二过滤室11，其可以包括，例如，过滤器。过滤器可以是过滤材料、过滤网、化学过滤器、洗涤器或过滤装置等。将根据需要去除或降低浓度的材料选择合适的过滤器。过滤室10、过滤室11可以分别布置在任选的流体入口12与第一传感器6和第二传感器7之间。在使用中，这将允许过滤器10、过滤器11在来自环境的流体到达第一传感器6和第二传感器7之前过滤环境。
如果要感测的环境是气体环境，则过滤器可以包括干燥剂或除湿剂(dehumidifier)、包括干燥剂或除湿剂，或者由干燥剂或除湿剂组成。干燥剂或除湿剂可以是任何合适的干燥剂，例如可以具有被选择为除去水但不去除目标材料的尺寸的分子筛，例如如果目标气体是有机化合物如烯烃，例如1-MCP或乙烯；醇，如乙醇；或CO2，具有小于
Figure BDA0003860532580000061
例如
Figure BDA0003860532580000062
的孔径的分子筛。干燥剂可以是固态盐(例如，固体金属盐)。该盐可以是铵盐、碱金属盐、碱土金属盐或过渡金属盐。该盐可以是但不限于卤化物、氢氧化物、硫酸盐、乙酸盐、重铬酸盐、甲酸盐或硝酸盐。示例性的盐包括但不限于NH4NO3、(NH4)2SO4、LiCl、NaCl、MgCl2、KCl、KOH、KBr、KI、NaBr、Mg(NO3)2、NaNO3、KNO3、乙酸钠或乙酸钾、重铬酸钠或重铬酸钾、甲酸钙和硫酸铜。干燥剂可以是硅胶，其可以从样品中去除水并且也可以从样品中去除目标材料。
如果要感测的环境是气体环境，则传感器设备2可以进一步包括第一加湿器14和第二加湿器15。加湿器14、加湿器15可以分别被布置在第一过滤室10和第二过滤室11与第一传感器6和第二传感器7之间。在使用中，这将允许加湿器14、加湿器15在气体到达传感器6、传感器7之前再加湿或水合和/或控制气体的湿度。第一加湿器14和第二加湿器15可以是，例如，储水器或饱和盐溶液。第一加湿器14和第二加湿器15可以包括凝胶加湿器。凝胶可以包含盐或可以不包含盐。在其中传感器是有机薄膜晶体管的情况下，到达第一传感器6或第二传感器7的气体的优选的湿度在60％-95％的范围内。
控制器3可以进一步包括处理器17、系统存储器18和接口19(例如，显示器)，以允许控制器3，例如，由人编程。控制器3可以包括用于记录环境条件的附加外围装置，例如，温度计(未示出)和湿度计(未示出)等。
传感器设备2可以与控制器3有线或无线通信，该控制器被配置成从第一传感器6和/或第二传感器7接收测量值。处理器17可以被配置成根据接收到的传感器测量值确定目标材料的存在、浓度和/或浓度变化。系统存储器18可以存储传感器测量值和/或由系统1记录的其他环境信息。
在其中目标材料是1-MCP的情况下，传感器设备可以被配置成如果如根据传感器设备的测量值确定的1-MCP浓度低于阈值浓度，则向接口19或控制器3发送信号。控制器3可以被配置成在从处理器17接收到1-MCP浓度已经下降到低于阈值浓度的信号时，激活1-MCP源以用于将1-MCP释放到环境中。
系统1可以进一步包括用于从传感器设备2排出流体的流体出口20。任选地，传感器系统1被配置成用于流体连接到材料21，该材料可以是非目标材料源，即，不希望在环境中被感测的材料。非目标材料源可以是第一传感器和/或第二传感器不响应的流体源，例如氮气，并且其中传感器能够解吸目标材料。
感测方法
在存在目标材料的情况下，第一传感器6的响应可以不同于第二传感器7。例如，第一传感器6可以是基于金属氧化物的传感器，并且第二传感器可以是基于场效应晶体管的传感器(例如，薄膜晶体管(TFT)传感器)。在可能含有乙烯和/或1-MCP的环境中，与基于场效应的晶体管相比，基于金属氧化物的传感器对1-MCP的响应更快且幅度更大，但可能经受来自包括乙烯的挥发物的更大的交叉敏感性。在这种环境中，基于金属氧化物的传感器可能会随时间漂移，这意味着在连续感测持续几个小时后，1-MCP的存在、浓度或浓度变化可能不准确。
与基于金属氧化物的传感器相比，基于场效应晶体管的传感器对环境背景中的乙烯不太敏感，这是因为它们的不同的操作机制。基于场效应晶体管的传感器可能对环境背景中的乙烯不敏感。例如，接触电阻受限的有机薄膜晶体管传感器(OTFT)放大由基于Au的源极和漏极触点上的1-MCP分子引起的功函数偏移，这种偏移在暴露于乙烯时不改变。因此，基于场效应晶体管的传感器能够选择性地感测1-MCP和乙烯(即，区分这两种材料)。然而，虽然如OTFT传感器的基于场效应晶体管的传感器可能是准确的，并且不会受到它们所部署的环境背景中的挥发物的影响，但是它们在对于某些应用可能需要的长时间感测(如感测包含水果的存储单元中的1-MCP)方面可能是不可靠的。
发明人做出了令人惊讶的发现，即，通过使用两种不同类型的传感器，如这些传感器(例如，基于场效应晶体管的传感器和基于金属氧化物的传感器)，可以准确地且可靠地确定环境中材料的存在、浓度或浓度变化。例如，可以实现对食品店或花店中的1-MCP和乙烯的准确和可靠的感测。如果单独使用这些传感器中的任何一个，准确和可靠的感测可能是不可能的。
参考图2，测量第一传感器6对环境中的第一材料和/或第二材料的响应(步骤S1)。第一传感器6是金属氧化物传感器、电化学传感器、光离子化传感器、红外传感器、催化燃烧传感器、光学粒子监测器、石英晶体微量天平传感器、表面声波传感器(SAWS)、腔衰荡光谱传感器(CRDS)或生物传感器中的一种。测量第二传感器7对环境中的第一材料和/或第二材料的响应(步骤S2)。第二传感器7是金属氧化物传感器、电化学传感器、光离子化传感器、红外传感器、催化燃烧传感器、光学粒子监测器、石英晶体微量天平传感器、表面声波传感器、腔衰荡光谱传感器、生物传感器或场效应晶体管传感器中的另一种。
第二传感器7可以是与第一传感器6不同类型的传感器。第二传感器可以是与第一传感器相同类型的传感器，但是第一传感器和第二传感器对目标材料具有不同的灵敏度、响应速度和/或特异性。例如，第一传感器和第二传感器都可以是电化学传感器，但是第一传感器可以比第二传感器以更大的幅度和更快地响应目标材料，并且还可以更容易地响应环境背景中的非目标材料。
使用来自第一传感器6和第二传感器7的测量值，确定第一材料或第二材料的存在、浓度或浓度变化(步骤S3)。如果仍然需要环境感测，则该方法可以返回到步骤S1。该方法可以由系统1中的控制器3和/或处理器17来实现。
在一些实施例中，第一传感器6和第二传感器7可以测量对第一材料和第二材料的响应，并且通过一个传感器对第一材料或第二材料的测量值可以用于校正通过另一个传感器对相同材料的测量值。在一些实施例中，第一材料或第二材料仅在进行测量期间的一些时间内存在于环境中。例如，在水果储存容器或花卉储存容器中，当水果首次被储存在容器中时，乙烯可能不存在，但浓度随着时间增加。
可以对第一材料或第二材料更敏感(例如，对存在或浓度的变化具有更大幅度的响应)和/或对第一材料或第二材料具有更快响应的传感器的实例是金属氧化物传感器、光离子化传感器、电化学传感器或催化燃烧传感器。这些类型的传感器也可能对环境中不是第一材料或第二材料的其他材料敏感。例如，在气体环境中，这些传感器可能对存在的挥发物和/或乙烯敏感。对环境中这些其他材料的敏感性也可以被称为交叉敏感性。交叉敏感性可能导致响应于第一材料或第二材料的传感器的测量值不准确或不可靠。
可能对第一材料或第二材料不太敏感(例如对存在或浓度的变化具有较小的响应幅度)和/或对第一材料或第二材料具有较慢响应的传感器的实例是电化学传感器、红外传感器、有机薄膜晶体管或其他基于场效应晶体管的传感器、生物传感器、石英晶体微量天平传感器、表面声波传感器、腔衰荡光谱传感器或光学粒子监测器。QCMB和SAWS传感器可以具有施加至它们的功能化涂层，以便降低交叉敏感性。虽然这些类型的传感器可能对存在或浓度的变化具有较低的响应幅度，但是它们可能不太容易受到环境中其他材料的影响，这些材料不是它们感测的第一材料或第二材料。这些类型的传感器可以被称为是更具选择性的传感器类型。
第一传感器6和第二传感器7可以相互校准，使得响应于第一材料从第一传感器6获得的测量值可以用于校正或调整从第一材料的第二传感器7获得的测量值。这可以通过测量第一传感器和第二传感器对第一材料的浓度范围的响应来计算校正(例如，第一材料的浓度的减少或增加)来完成。第一传感器和第二传感器也可以针对它们对第二材料的响应而相互校准。第一传感器6和第二传感器7相对于第一材料和第二材料中的每一种的校准可以在存在或不存在其他材料的情况下进行。
半导体传感器可以包括有机半导体、无机半导体或其组合。有机半导体可以是聚合的或非聚合的。
任选地，第一材料或第二材料可以在与第一传感器6或第二传感器7流体连通之前从环境中去除。第一过滤室10和第二过滤室11可以含有过滤材料，以任选地去除第一目标材料或第二目标材料。
第一传感器6可以通过使用来自第二传感器7的测量值和/或来自第一传感器6的测量值来校准或者计算并应用校正，其中目标材料已经被去除。第二传感器7可以通过使用来自第一传感器6的测量值和/或来自第二传感器7的测量值来校准或者计算并应用校正，其中目标材料已经被去除。
这种混合传感器方法的应用之一将是用作乙烯传感器，以监测水果商店或运输容器内的浓度。这可能有助于监测成熟过程，并且能够实现干预(例如，去除水果或应用1-MCP处理)。例如，苹果可能会在受控环境的商店里储存长达一年，并且在此时间期间不应该被打开。在储存期间乙烯浓度的增加可能非常缓慢，此外，在背景条件(如水果挥发性水平)也会发生显著变化。对于许多气体传感器来说，这些都是具有挑战性的条件，因为它们可能会遇到漂移和交叉敏感性问题。然而，通过偶尔从环境中去除目标材料，传感器可能能够解吸材料并提供更准确的读数。用于乙烯的合适的过滤器可以是分子筛，例如
Figure BDA0003860532580000101
它可能无法去除较大的水果挥发性分子。
Figure BDA0003860532580000102
分子筛还从气体环境中去除1-MCP。1-MCP还与水果储存应用相关，因为这可以通过封闭乙烯受体而用作用于停止或减缓成熟过程的处理。可以通过使用具有Au触点的有机薄膜晶体管(OTFT)来感测1-MCP(例如，在0.1ppm-10ppm)，除非它们已经进行了硫醇处理，即，硫醇沉积在触点表面上。存在许多其他类型的传感器，这些传感器也可以用于感测1-MCP(除了气相色谱法(GC))，例如金属氧化物传感器、红外检测器、电化学(EC)检测器和光离子化检测器(PID)。
金属氧化物传感器在干燥环境中可能更灵敏和/或更准确。如先前所述，如果环境是气体环境，则待由第一传感器和第二传感器感测的样品可以在气体与第一传感器和第二传感器流体连通之前被干燥。在与第一气体传感器和第二气体传感器流体连通之前，环境还可以被再加湿或水合，或者将其湿度控制在一定范围内。
如果确定目标材料中的一种低于阈值，则它可以触发更多的该目标材料释放到环境中。例如，在果实或花朵储存单元中，在使用1-MCP来抑制果实的成熟或花朵的开放的情况下，如果该方法确定1-MCP的量或1-MCP与乙烯的比率低于阈值，则可能触发1-MCP释放到环境中。
参见图3，示出了在干燥和潮湿条件下，基于金属氧化物的传感器(FigaroTGS823)对在含1％氧气的氮气背景下暴露于不同浓度乙烯(1ppm至50ppm)两小时的响应。y轴上的计数代表由微控制器读取的10位(1024计数)模数转换器(ADC)的电压。电压读数随着传感器元件电阻的变化而变化。
参见图4，示出了在干燥和潮湿条件下，基于金属氧化物的传感器(FigaroTGS823)对含1％氧气的氮气背景中不同浓度的乙烯(1ppm至50ppm)的响应幅度。浓度依赖性是非线性的，但是在低和高相对湿度背景下是相似的。
参考图5，绘制了来自组装在多传感器室中的Figaro和AMS的六种市售的基于金属氧化物的传感器组件的1-MCP响应(在潮湿N2背景下)。
对乙烯的交叉敏感性可能是许多传感器的问题，除了一些OTF之外，例如如在WO2020/021251A1(其内容通过引用并入本文)中描述的顶栅OTFT。
表1示出了在背景中乙烯的恒定乙烯浓度为100ppm时对1-MCP的响应的变化。
表1
传感器 响应的变化(％)
TGS823MOx -98
AS-MLV -76
AQ-VOC PID -86
AQ-VOC EC -100
OTFT -2
在存在乙烯的背景下，基于金属氧化物的传感器、光离子化检测器和电化学传感器都表现出低得多的敏感性(以及因此低得多的响应幅度)，这可能是在水果商店和运输容器中的情况。
如前所述，OTFT对乙烯背景不敏感的原因是因为操作的机制不同。接触电阻受限的OTFT放大由基于Au的源极和漏极触点上的1-MCP分子诱发的功函数漂移，这种漂移在暴露于乙烯时不发生变化。
参考图6和7，分别绘制了两种市售金属氧化物传感器CC811和TGS823在空气中和在N2以及在干燥和潮湿背景下对两小时暴露于1ppm的1-MCP的归一化的响应。这些图表明，在具有N2背景的干燥环境中，传感器对1-MCP更敏感。
通过将更灵敏和/或更快速响应的传感器，但具有更大的交叉敏感性的传感器(例如基于金属氧化物的传感器)与具有更大选择性或特异性的较不灵敏的传感器(例如基于场效应晶体管的传感器)相结合，通过使用来自每个传感器的测量值来确定第一材料和第二材料的准确浓度，第一材料(例如1-MCP)的存在或浓度和第二材料(例如乙烯)的存在或浓度的选择性测量可以以不同的方式实现。

Claims (11)

1.一种确定环境中第一材料或第二材料的存在、浓度或浓度变化的方法，所述方法包括：
测量第一传感器对所述第一材料和所述第二材料的响应，其中所述第一传感器是金属氧化物传感器、电化学传感器、光离子化传感器、红外传感器、催化燃烧传感器、光学粒子监测器、石英晶体微量天平传感器、表面声波传感器、腔衰荡光谱传感器或生物传感器中的一种；
测量第二传感器对所述第一材料和所述第二材料的响应，其中所述第二传感器是金属氧化物传感器、电化学传感器、光离子化传感器、红外传感器或催化燃烧传感器、光学粒子监测器、石英晶体微量天平传感器、表面声波传感器、腔衰荡光谱传感器、生物传感器或场效应晶体管传感器中的另一种；
根据第一传感器测量值和第二传感器测量值确定所述第一材料或所述第二材料的存在、浓度或浓度变化。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一材料或所述第二材料已经从所述环境中去除。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其进一步包括基于所述第一材料或所述第二材料的所述第二传感器测量值对相同材料的所述第一传感器测量值应用校正。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其进一步包括基于所述第一材料或所述第二材料的所述第一传感器测量值对相同材料的所述第二传感器测量值应用校正。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述环境是气体环境，并且从所述环境抽取的气体是干燥的，并且所述第一传感器和/或所述第二传感器的所述响应是对干燥的气体的响应。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述干燥的气体在干燥后被水合，并且所述第一传感器和/或所述第二传感器的所述响应是对水合的气体的响应。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中响应于确定所述第一材料低于阈值，增加所述环境中的所述第一材料浓度。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述第一材料是1-甲基环丙烯。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述第二材料是乙烯。
10.一种系统，其包括：
处理器；
第一传感器，所述第一传感器被配置成对环境中的第一材料和第二材料作出响应，其中所述第一传感器是金属氧化物传感器、电化学传感器、光离子化传感器、红外传感器、催化燃烧传感器、光学粒子监测器、石英晶体微量天平传感器、表面声波传感器、腔衰荡光谱传感器或生物传感器中的一种；
第二传感器，所述第二传感器被配置成对环境中的第一材料和第二材料作出响应，其中所述第二传感器是金属氧化物传感器、电化学传感器、光离子化传感器、红外传感器、催化燃烧传感器、光学粒子监测器、石英晶体微量天平传感器、表面声波传感器、腔衰荡光谱传感器、生物传感器或场效应晶体管传感器中的另一种；
其中所述处理器被配置成：
测量所述第一传感器对所述第一材料或所述第二材料的响应；
测量所述第二传感器对所述第一材料或所述第二材料的响应；和
根据第一传感器测量值和第二传感器测量值确定所述第一材料和/或所述第二材料的存在、浓度或浓度变化。
11.根据权利要求10所述的系统，其进一步包括所述第一材料的源；并且
其中响应于所述第一材料或所述第二材料高于或低于阈值，所述处理器进一步被配置成将所述第一材料释放到所述环境中。
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