EP4305413A1 - Method for characterizing an analyte present in a gas sample containing at least one parasitic chemical species - Google Patents

Method for characterizing an analyte present in a gas sample containing at least one parasitic chemical species

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EP4305413A1
EP4305413A1 EP22709746.6A EP22709746A EP4305413A1 EP 4305413 A1 EP4305413 A1 EP 4305413A1 EP 22709746 A EP22709746 A EP 22709746A EP 4305413 A1 EP4305413 A1 EP 4305413A1
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EP
European Patent Office
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analyte
signatures
concentration
species
parasitic
Prior art date
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Pending
Application number
EP22709746.6A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Pierre MAHO
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aryballe SA
Original Assignee
Aryballe SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aryballe SA filed Critical Aryballe SA
Publication of EP4305413A1 publication Critical patent/EP4305413A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0036General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
    • G01N33/0059Avoiding interference of a gas with the gas to be measured
    • GPHYSICS
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    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55Specular reflectivity
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    • G01N21/553Attenuated total reflection and using surface plasmons
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    • G01N21/7746Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator using reagent-clad optical fibres or optical waveguides the waveguide coupled to a cavity resonator
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    • G01N33/0009General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0011Sample conditioning
    • G01N33/0021Sample conditioning involving the use of a carrier gas for transport to the sensor

Definitions

  • the field of the invention is that of the characterization of an analyte present in a gaseous sample by means of an electronic nose.
  • the gaseous sample here comprises, in addition to the analyte to be characterized, at least one chemical species capable of also interacting with the functionalized measurement surface of the electronic nose.
  • the analyte present in a gaseous sample interacts by adsorption/desorption with receptors located in several distinct sensitive sites of a functionalized measurement surface. It is then a question of detecting in real time a measurement signal associated with each of the sensitive sites, representative of the adsorption/desorption interactions between the analyte and the receptors, in response to a primary signal.
  • the measurement signals can be optical signals representative of a temporal variation of the local refractive index due to the interactions of the analyte with the receptors.
  • the intensity of optical signals is measured in real time.
  • the characterization of the analyte then amounts to determining a value or a variation of a parameter representative of the adsorption/desorption interactions of the analyte with the receptors, here representative of the temporal variation of the local refractive index for each of the sensitive sites.
  • An interaction motif, or a signature which characterizes the analyte is thus obtained.
  • FIGS IA and IB illustrate an example of an electronic nose of the SPR type as described in document WO2018/158458.
  • This type of electronic nose 1 generally comprises a fluid supply device 2, a characterization device 3 by SPR imaging, and a processing unit (not shown).
  • the characterization device 3 comprises a measurement chamber 4 intended to receive the gaseous sample, in which is located a measurement surface 5 on which is located a matrix of sensitive sites.
  • the measurement surface 5 is formed of a metallic layer on which are fixed various receptors suitable for interacting with the analyte, the receptors being arranged so as to form various sensitive sites distinct from one another. These receivers are then located at the interface between the metallic layer and a dielectric medium, here a gaseous medium.
  • This characterization device 3 further comprises a light source 7 of a primary optical signal and an image sensor 8.
  • the light source 7 is adapted to emit the primary optical signal in the direction of the measurement surface 5, at a working angle 0 R making it possible to generate surface plasmons therein.
  • the reflected part of the primary optical signal, forming an optical measurement signal, is then detected by the image sensor 8.
  • the intensity of the optical measurement signal depends locally on the refractive index of the measurement surface 5, which itself depends on the surface plasmons generated and the quantity of matter located at the level of each sensitive site, this quantity of matter varying over time according to the interactions between the analyte and the receptors.
  • the measurement surface 5 comprises a plurality of 6 m sensitive sites, here M distinct sensitive sites, functionalized by the presence of receptors with which the analyte to be characterized can interact by adsorption/desorption.
  • the electronic nose processing unit is suitable for analyzing the "sensorgrams", that is to say the signals corresponding to the temporal evolution of the parameter representative of the adsorption/desorption interactions of the analyte with the receptors of each of the various sensitive sites 6 m , with the aim of extracting therefrom information on the kinetics of interaction (adsorption and desorption) of the analyte with the receptors.
  • sensorgrams can be so-called useful signals Su m (t) corresponding to the temporal evolution of the variation A%R m (t) of the reflectivity associated with each of the sensitive sites 6 m .
  • the reflectivity %R is here the ratio between the intensity of the optical measurement signal detected by the image sensor 8 over the intensity of the primary optical signal emitted by the light source 7.
  • the variation in reflectivity A%R is obtained by subtracting from the temporal evolution of the reflectivity %R(t) a reference value (baseline, in English) associated with the only gas present inside the measurement chamber 4, independently of the analyte.
  • the fluid supply device 2 is adapted to introduce the analyte into the measurement chamber 4 under conditions allowing the analysis of the sensorgrams and therefore the characterization of the analyte.
  • the article by Brenet et al. entitled Highly-Selective Optoelectronic Nose based on Surface Plasmon Resonance Imaging for Sensing Gas Phase Volatile Organic Compounds, Anal. Chem. 2018, 90, 16, 9879-9887 describes a method for characterizing a gaseous sample using an electronic nose of the SPR imaging type. This characterization method consists in supplying the measurement chamber with a gaseous sample in such a way that the kinetics of interaction between the analyte and the receptors reaches a steady state of equilibrium.
  • Figure IC illustrates an example of sensorgrams Su m (t) obtained by the electronic nose of fig.lA.
  • the sensorgrams Su m (t) correspond here to the temporal evolution of the variation of the reflectivity A%R m (t) associated with each of the sensitive sites 6 m .
  • the characterization method comprises several successive fluidic injection steps, namely: a first reference phase Phi, in which a carrier gas alone, without the analyte, is brought into contact with the measurement surface.
  • This carrier gas is generally identical to that of the gaseous sample; a second supply phase Ph2, in which the gaseous sample, formed from the carrier gas and the analyte to be characterized, is brought into contact with the measurement surface; and a third purge phase Ph3, in which the reference gas alone is again injected into the measurement chamber, so as to dissociate the analyte from the receptors, and to evacuate it from the measurement chamber. measure.
  • the initial phase Phi makes it possible to acquire the reference value ⁇ baseline), mentioned above, which is then intended to be subtracted from the measurement signals S m (t) to obtain useful signals Su m (t) ( in other words the temporal evolution of the variation in reflectivity A%R m (t) for each sensitive site of rank m).
  • this phase of fluidic injection is carried out so that the sensorgrams highlight the presence of a transitory regime of assimilation followed by a stationary regime of equilibrium.
  • the (steady state) equilibrium values Su m,f of the useful signals Su m (t) are extracted by the processing unit, and define the signature of the analyte.
  • the object of the invention is to remedy at least in part the drawbacks of the prior art, and more particularly to propose a method for characterizing an analyte which makes it possible to limit or even eliminate the measurement noise associated with a variation in the concentration of one or more parasitic chemical species present between the initial phase Phi and the characterization phase Ph2 of fluidic injection.
  • the characterization method thus makes it possible to improve the quality of characterization of the analyte.
  • the object of the invention is a method for characterizing an analyte A present in a gaseous sample located in contact with a measurement surface of an electronic nose, the measurement surface comprising M sites distinct from each other, of rank m ranging from 1 to M, having receptors adapted to interact by adsorption/desorption with the analyte A and with at least one so-called parasitic chemical species P present in the gaseous sample, the method comprising the following steps: fluidic injection, to bring into contact with the measurement surface: during a first phase Phi, a carrier gas which may contain the parasitic species P with a concentration cp (n)i ; then, during a second phase Ph2, the gaseous sample containing the analyte A in concentration c A(n) and the parasite species P in concentration c P(n)f , the value c P(n)f having a difference Acp (n) not zero with the value c P(n)i ; determination of a measurement signal S (n,m
  • the step of determining the estimated solution can perform the minimization of the objective function f and the maximization of the objective function g at the same time, the values of the relative concentration vector all being positive.
  • the step of determining the estimated solution can be performed by an iterative algorithm, with iteration indicator i.
  • the step of determining the estimated solution may include a sub-step of determining the value of the variable taking into account the value c of the variable C HAS and the value of the variable by a fixed point method.
  • the step of determining the estimated solution may include a sub-step of determining the value c A +1) of the variable C A and the value of the variable k A , given the value fc of the variable k P
  • the step of determining the estimated solution may include a sub-step of minimizing the objective function f to obtain a plurality of Q local solutions minimizing the objective function f, with Q>1, followed by a maximization sub-step of the objective function g.
  • the minimization sub-step can provide Q local solutions formed each of the estimates of rank q going from 1 to Q, variables Q is here greater than 1: Q>1.
  • the maximization sub-step may comprise the determination of Q matrices of so-called corrected signatures
  • the method may comprise, following the determination of the Q corrected signature matrices Suc®, a normalization of each of the corrected signature matrices for obtain Q matrices of corrected and normalized signatures
  • the method may comprise, following the determination of the Q matrices of corrected and normalized signatures S, a determination of a variance score, for each of the Q matrices the variance score being defined as the trace of the covariance matrix for each of the Q matrices having a minimum score characterizing the analyte Now in the N gas samples.
  • the method may comprise, following the determination of the Q matrices of corrected signatures S a determination of a norm of each of the Q matrices followed by a matrix identification having the maximum norm.
  • the matrix can be normalized, thus providing a matrix characterizing the analyte A present in the N gaseous samples.
  • the electronic nose may comprise a device for measuring interactions by adsorption/desorption of the optical type with surface plasmon resonance or of the Mach-Zehnder interferometry type.
  • the electronic nose may comprise a device for measuring interactions by adsorption/desorption of the resistive, piezoelectric, mechanical or acoustic type.
  • the electronic nose may include a fluid supply device suitable for carrying out the fluid injection step, a measuring device suitable for carrying out the step of determining the measurement signal, a sensor for measuring and determining the the relative concentration of the parasitic chemical species, and a processing unit adapted to implement the step of determining the estimated solution.
  • FIG. 1A already described, is a diagrammatic and partial view, in cross-section, of an electronic nose with SPR imaging according to an example of the prior art
  • FIG. 1B already described, is a top view, schematic and partial, of a functionalized measurement surface of the electronic nose of FIG.
  • FIG. 1A comprising M distinct sensitive sites
  • figure IC already described, is an example of sensorgrams Su m (t) obtained by the electronic nose of fig.lA, these sensorgrams corresponding here to the temporal evolution of the variation of the reflectivity A%R m (t) associated with sensitive sites
  • FIG. 2 is a schematic and partial view of an electronic nose according to one embodiment
  • FIG. 3A is an example of three signatures obtained by a characterization method according to the prior art, highlighting the degradation of the characterization of the analyte due to a variation in concentration of a parasitic chemical species (here water in the vapor phase) between the initial phase Phi and the characterization phase Ph2;
  • FIG. 3B illustrates the temporal evolution of the concentration cp of a parasitic chemical species, of the measurement signal S m (t) and of the useful signal Su m (t), in the case where there is no variation of the concentration c P between the initial phase Phi and the characterization phase Ph2 (left part), and in the case where there is a non-zero variation in the concentration c P between the initial phase Phi and the characterization phase Ph2 (right part);
  • FIG. 4 is a flowchart of a characterization method according to a first embodiment
  • FIG. 5 is a flowchart of a characterization method according to a variant of the first embodiment
  • FIG. 6 is a flowchart of a characterization method according to a second embodiment;
  • FIG. 7A illustrates examples of uncorrected signatures of analyte present in gaseous samples for which there has been a variation in the concentration c P of the parasitic chemical species
  • Fig. 7B illustrates the analyte signatures of Fig. 7A corrected by the characterization method according to the second embodiment.
  • the invention relates to the characterization of analyte A present gaseous sample to be analyzed.
  • the characterization is carried out by means of an analysis system called 'electronic nose', which comprises: a measuring device; a fluid supply device fluidics; a sensor for the concentration of the parasitic chemical species P; and a processing unit.
  • the measuring device comprises a functionalized measuring surface defining a plurality of sensitive sites, each sensitive site comprising receptors adapted to interact by adsorption/desorption with the analyte, and here with at least one species chemical P, different from the analyte, and therefore qualified as parasitic insofar as it induces a measurement noise on the signature of the analyte A.
  • the electronic nose uses optical measurement technology by silicon interferometric technology (MZI) or by surface plasmon resonance (SFR).
  • the measuring device then comprises an optical source, and at least one optical detector which can be an image sensor or a matrix of photodetectors.
  • the intensity of the detected measurement signal depends on the value of the local refractive index of the sensitive site considered, which is representative of the interactions between the analyte A to be characterized (and the parasitic chemical species or species P) and the receptors.
  • the measuring device can be of the resistive, piezoelectric, mechanical or acoustic type.
  • the measurement signal can be an electrical signal representative of the vibration of a microbeam or equivalent.
  • characterization is meant obtaining information representative of the interactions of the analyte A contained in the gaseous sample with the receptors of the sensitive sites of the electronic nose.
  • the interactions in question here are events of adsorption and/or desorption of analyte A with the receptors.
  • This information thus forms an interaction pattern, in other words a “signature” of the analyte, this pattern being able to be represented for example in the form of a histogram or a radar diagram.
  • the signature of the analyte A is a vector of dimension M formed by the scalar representative information, these coming from the useful signal Su m (t) associated at the sensitive site considered.
  • the analyte A is at least one chemical species intended to be characterized by the electronic nose, and is present in a gaseous sample. It can be, by way of illustration, bacteria, viruses, proteins, lipids, volatile organic molecules, inorganic compounds, among others.
  • receptors ligands
  • I ⁇ A the chemical and/or physical affinities
  • Analyte A can be a single chemical species, or a set of different chemical species whose relative proportion remains constant (for example to within 5% or 10%) from one gaseous sample to another.
  • the gaseous sample which contains the analyte A also contains at least one so-called parasitic chemical species P because it is distinct from the analyte A to be characterized and which can interact with the receptors. Its interaction by adsorption/desorption with the receptors impacts the measurement signal which can then comprise a useful part associated with the analyte A, and a non-useful part associated with the chemical species P in question and forming a measurement noise.
  • These can be water molecules when the relative humidity of the gaseous sample is not zero, an alcohol (ethanol, butanol, etc.), hydrogen sulphide, among others.
  • the concentration variation of the parasitic species P between the initial phase Phi and the characterization phase Ph2 forms a measurement noise which can degrade the quality of the characterization of the analyte A.
  • the characterization method according to the invention makes it possible to limit or even eliminate this measurement noise.
  • FIG. 2 is a schematic and partial view of an electronic nose 1 with SPR imaging according to one embodiment.
  • the electronic nose 1 according to the invention may be similar to that described with reference to fig.lA and fig.lB, and differs essentially in that it comprises a sensor 9 for the concentration of the chemical species parasite P, located for example in the measuring chamber.
  • the electronic nose may comprise the same sensor 9, or a plurality of sensors 9, adapted to measure the concentration of each parasitic species P. In the rest of the description, for the sake of clarity, it is considered that there is only one parasitic chemical species P.
  • the electronic nose 1 is based, in this example, on SPR technology and has in this example the characteristics of the so-called Kretschmann configuration, known to those skilled in the art, without the invention however being limited to this configuration.
  • other measurement techniques can be used, such as measurements the resonance frequency of a functionalized MEMS or NEMS type microresonator.
  • the electronic nose 1 can also be based on an optical measurement by Mach-Zehnder type interferometry, for example in photonic technology on silicon, as described in the patent application FR2011842 filed on 11/18/2020.
  • the electronic nose 1 comprises M sensitive sites 6 m , with m ranging from 1 to M, distinct from each other and located in a measurement chamber 4 intended to receive the gaseous sample to be analyzed, these sensitive sites 6 m being formed each of the receptors capable of interacting with the analyte A to be characterized (cf. fig.lB) and here with the parasite species P.
  • the sensitive sites 6 m are distinct from each other, in the sense that they comprise different receptors, in terms of chemical and/or physical affinity with respect to the analyte A to be characterized, and are therefore intended to provide information on the interaction that differs from one sensitive site 6 m to another.
  • the 6 m sensitive sites are distinct zones of a surface measuring 5, and can be joined or spaced from each other.
  • the electronic nose 1 can also comprise several identical sensitive sites, for the purpose, for example, of detecting a possible measurement drift and/or of allowing the identification of a defective sensitive site.
  • the electronic nose comprises a measuring device 3, here of the SPR imaging type, making it possible to quantify the interactions of the chemical species with the receptors, for each sensitive site 6 m , here by measuring in real time the intensity of a optical measurement signal coming from the sensitive site 6 m considered, this optical signal here being a reflected part of a primary optical signal emitted by a light source 7.
  • the intensity of the optical measurement signal detected by the optical sensor 8 is directly correlated in particular to the adsorption/desorption interactions of the chemical species with the receptors.
  • the measurement signal can be an electrical signal representative of the vibration of a microbeam or equivalent.
  • the measurement device 3 is adapted to acquire in real time the optical measurement signal S m (t) originating from all of the sensitive sites 6 m .
  • the optical measurement signals S m (t) coming from the sensitive sites 6 m in response to the primary optical signal are detected together and in real time, in the form of an image acquired by the same optical sensor 8.
  • the optical measuring device 3 comprises a light source 7 adapted to transmit a primary optical signal in the direction of the sensitive sites 6 m , and to generate surface plasmons at the level of the measuring support 5.
  • the light source 7 may be formed of a light-emitting diode, the emission spectrum of which has an emission peak centered on a central wavelength ⁇ c .
  • Different optical elements can be arranged between the light source 7 and the measurement support 5.
  • the optical measuring device 3 further comprises an optical sensor 8, and here an image sensor, that is to say a matrix optical sensor adapted to collect or detect an image of the optical signal coming from the sensitive sites in response to the primary optical signal.
  • the image sensor 8 is a matrix photodetector, for example a CMOS or CCD sensor. It therefore comprises a matrix of pixels whose spatial resolution is such that, preferably, several pixels acquire the optical measurement signal coming from the same sensitive site 6 m .
  • the processing unit allows the implementation of the processing operations described below within the framework of the characterization method. It may comprise at least one microprocessor and at least one memory. It is connected to the optical measuring device 3, and more precisely to the image sensor 8. It comprises a programmable processor capable of executing instructions recorded on an information recording medium. It also comprises at least one memory containing the instructions necessary for implementing the characterization method. The memory is also suitable for storing the information calculated at each measurement instant.
  • the processing unit is in particular suitable for storing and processing a plurality of so-called elementary images acquired at a given sampling frequency f e , over a measurement period D ⁇ , in order to determine a measurement signal S m (ti), at the current instant t i , associated with the sensitive site 6 m .
  • the measurement signal S m (ti) corresponds, at a measurement time t, to the average of the intensity of the optical signal reflected and detected by the image sensor 8 on the pixels associated with the sensitive site 6 m .
  • the average of the optical intensity detected on the pixels can be carried out for one or more images of the sensitive site 6 m , as described in detail later.
  • the fluid supply device 2 is adapted to supply the measurement chamber 4 with a carrier gas alone (ie without the analyte A) during the initial phase Phi, and with a gaseous sample formed from the carrier gas and the analytes during the Ph2 characterization phase.
  • the gaseous sample differs from the carrier gas essentially in that it comprises the analyte A to be characterized: the parasitic species P is present in the gaseous sample, and may or may not also be present in the carrier gas.
  • One or more additional gases may be present, but are odorless in the sense that they substantially induce no response from the electronic nose 1.
  • An example of additional gas present in the second gas sample may be vapor phase diluent.
  • the analyte A can thus be stored in a liquid diluent contained in a reservoir 10.
  • the phase diluent vapor and analyte A are added to the carrier gas (eg moist air) to form the sample gas.
  • the carrier gas eg moist air
  • the fluid supply device 2 may comprise an inlet 11 of carrier gas, and a reservoir 10 of analyte A.
  • the reservoir 10 contains a diluent in which is located the analyte A. It comprises several fluidic lines which connect the inlet 11 of the carrier gas and the reservoir 10 on the one hand, to the inlet of the measurement chamber 4 on the other hand, and comprises valves and possibly mass flow regulators.
  • the electronic nose further comprises a sensor 9 of the concentration cp of the parasitic species P, for example here a relative humidity sensor.
  • the concentration variation c P of the parasite species P present in the measurement chamber during the fluid injection step forms a measurement noise which degrades the characterization quality.
  • This measurement noise is a noise linked to a non-zero difference in concentration cp within the measurement chamber between the initial phase Phi and the characterization phase Ph2. It is a measurement noise insofar as it results from a temporal variation of a parameter which characterizes the environment inside the measurement chamber and should normally remain stationary over time.
  • This problem of measurement noise linked to Acp is particularly important when the characterization method is carried out from useful signals Su m (t), that is to say that it comprises a step of subtracting the reference value S m ,i (baseline) to the corresponding measurement signal S m (t).
  • the purpose of this step consists in ruling out from the characterization of the analyte A the effect associated with their environment and in particular the effect of the carrier gas.
  • this reference value S mi is representative of the carrier gas during the initial phase Phi, but is no longer necessarily representative of the carrier gas during the characterization phase Ph2 since the physical properties of this carrier gas in the measurement chamber may have changed (variation in the concentration cp of the parasitic species P).
  • FIG. 3A illustrates three interaction patterns, or signatures, reflecting the characterization of different gaseous samples, this characterization being carried out by a characterization method according to an example of the prior art.
  • These signatures M1, M2 and M3 are here representations in the form of a radar diagram of the (stationary) equilibrium values Su m,f determined from the sensorgrams Su m (t) in the steady state of equilibrium Ph2 .2 (see fig.lC). They make it possible to highlight the effect of the variation in concentration cp between the phases of fluidic injection Phi and Ph2, here a relative concentration Acp, on the characterization of the analyte A.
  • the carrier gas is identical for the three tests and corresponds to humid air having an initial relative humidity cp j of approximately 12%.
  • a first signature M1 corresponds to a gaseous sample formed from humid air with a relative humidity cp ,f equal to approximately 50% and whose analyte A is butanol molecules.
  • the implementation of the characterization process thus presents a relatively large variation in the relative humidity in the measurement chamber, which here goes from cp j equal to approximately 12% during the initial phase Phi, to cp ,f equal to 50 % approximately during the characterization phase.
  • the reference value S mi is determined for the carrier gas (humid air at c P i of 12%) and the equilibrium value is determined for the gaseous sample (humid air at c P,f of 50% with the analyte A) by subtracting this reference value S mi .
  • This relative concentration Ac P thus forms a measurement noise whose effect it is important to limit so that the signature M1 is effectively representative only of the butanol molecules.
  • a second signature M2 corresponds to a gaseous sample formed from humid air with a relative humidity cp ,f substantially equal to cp j (ie 12%), and whose analyte A is also butanol molecules.
  • the implementation of the characterization method makes it possible, by subtracting the reference value S m,i associated with the carrier gas (humid air at cp j ), and insofar as the variation in relative humidity Acp is zero, to rule out the effect of the gaseous environment to thus characterize the interactions of analyte A with the receptors alone.
  • the signature M2 is representative of analyte A alone since there is no measurement noise associated with a variation in relative humidity Acp.
  • the signature M1 is not superimposed on the signature M2, clearly reflecting the presence of the measurement noise associated with Ac P in the case of M1. It is therefore important to be able to correct the signature M1 to tend towards the signature M2, which is the only representative of the analyte, even though there is a difference in relative humidity Acp in the measurement chamber between the initial phase Phi and the characterization phase Ph2.
  • the third signature M3 corresponds to a gaseous sample formed solely of humid air with a relative humidity cp ,f equal to approximately 50%.
  • a relative humidity cp ,f equal to approximately 50%.
  • the Ml signature (humid air with non-zero Acp and the presence of analyte A) is located between the M2 signature (humid air with zero Acp and the presence of analyte A) and the M3 signature (humid air with Acp non-zero and absence of the analyte A), clearly showing the effect of the measurement noise associated with the non-zero relative concentration Acp on the signature of the analyte A. It is therefore important to be able to limit or even rule out this measurement noise to improve the quality of analyte A characterization.
  • FIG. 3B illustrates examples of the temporal evolution of the concentration cp of the parasitic species P present in the measurement chamber during the initial phase Phi and the characterization phase Ph2, of the measurement signal S m ( t) for the sensitive site 6 m of rank m, and finally of the useful signal Su m (t).
  • the left part of the graphs corresponds to the situation in which the concentration cp(t) remains constant between the two fluidic injection phases Phi and Ph2.
  • the parasitic species P has a concentration of CPJ value, which results in a measurement signal S m (t) having a reference value Sm ,i.
  • the gaseous sample to be analyzed is introduced into the measurement chamber. Due to the presence of the analyte A and since the concentration c p (t) remains constant, the measurement signal S m (t) tends towards a stationary value S m ,f greater than S mi .
  • the right part of the graphs corresponds to the situation in which the concentration cp(t) varies between the two fluidic injection phases Phi and Ph2.
  • the parasitic species P has a concentration of CPJ value, which results in a measurement signal S m (t) having a value of reference S m ,i.
  • the introduction of the gaseous sample leads to this that the concentration cp(t) of the parasitic species P varies, here increases up to a value cp ,f , higher than Acp with respect to the reference value CPJ.
  • Patent application FR1913555 filed on November 29, 2019 describes a characterization method comprising such a calibration step.
  • the preliminary calibration amounts to determining a correction function expressing the evolution of the reference value S mj of the measurement signal S m (t) associated with the parasitic species P alone (that is to say without the analyte A) as a function of its concentration cp.
  • the affinity k P of the parasitic species P with the receptors can be impacted by the presence of the analyte A.
  • analyte A adsorbed on the receptors can induce a force of attraction or repulsion of water molecules, modifying the affinity kp accordingly of the parasite species P.
  • A is then noted as being the affinity of the parasite species P in the presence of the analyte A.
  • the calibration step may then not accurately estimate the measurement noise effective during the Ph2 characterization phase insofar as the interactions of the parasite species P with the receptors are influenced by the presence of the analyte A.
  • the characterization method according to the invention is based on the idea of estimating the measurement noise from the interactions of the parasitic species P with the receptors in the presence of the analyte A, and not, as in the prior calibration approach, in the absence of the analyte A.
  • the characterization method provides for carrying out, initially, acquisitions of the stationary values Su (n,m)f of the signal useful Su (n,m) (t) for N different gas samples, which contain the same chemical species, namely the same analyte A and the same species or species parasites P, but for which the relative concentration Ac P(n) is different from one acquisition n to another n+1.
  • this optimization problem can be solved in two stages: this is then the first embodiment (flowcharts of FIG. 4 and FIG. 5). As a variant, it can be solved in one step: this is the second embodiment (flowchart of FIG. 6). Other methods of solving this optimization problem are of course possible.
  • FIG. 4 is a flowchart of a method for characterizing analyte A according to a first embodiment, which makes it possible to improve the quality of the characterization of analyte A by reducing or even eliminating the noise of measurement linked to the non-zero relative Ac P concentration between the Phi and Ph2 injection phases.
  • the analyte A is contained in gaseous samples, the latter also comprising at least one parasitic chemical species P.
  • the parasitic species P is water molecules, but it may be one or more other parasitic species, such as ethanol and hydrogen sulphide, among others.
  • N first signatures (uncorrected signatures) of the gaseous samples are acquired, which are therefore representative of the interactions of the analyte A and of the parasite species P with the receptors .
  • an optimization problem is solved so as to estimate the contribution of the parasite species P in the first signatures, in order to then obtain the corrected signatures then characterizing the only analyte A.
  • Phase 100 Acquisition of N first signatures, with N>1, of the gaseous samples containing the analyte A and the parasitic species P.
  • the following steps 110 to 140 are carried out N times, with N>1, each time for a different gaseous sample, these N gaseous samples containing the analyte A and the parasite species P, and differ from each other at least by the concentration c P of the parasitic species P during the phase Ph2 injection.
  • Each acquisition phase is denoted by an indicator n, a nonzero integer, ranging from 1 to N. Note that the larger N, the better the quality of the estimation of the water signature and therefore the correction of the first signatures.
  • a carrier gas G (n) is injected into the measurement chamber: this is the fluidic injection phase Phi mentioned above.
  • the carrier gas G (n) does not contain the analyte A. It may or may not contain the parasitic species P: the concentration c P(n)i may therefore be non-zero or zero. It may also include other chemical species, but which do not have adsorption/desorption type interactions with the receptors of the 6 m sensitive sites: these are therefore not so-called parasitic species.
  • the gaseous sample E (n) is then injected into the measurement chamber: this is the fluidic injection phase Ph2 mentioned above.
  • the gaseous sample E (n) of rank n comprises the analyte A in concentration C A(n) and the parasite species P in concentration cp (n)f .
  • the gaseous sample may comprise chemical species which do not interact with the receptors. Also, only the analyte A and the parasitic species P have interactions with the receptors and induce a variation of the measurement signal S (n,m) (t).
  • step 120 in parallel with step 110, the measurement signals S (n,m) (t) associated with the sensitive sites 6 m are determined, with m ranging from 1 to M, with M >1.
  • These measurement signals S (n,m) (t) are therefore representative, during the fluidic injection phase Phi (carrier gas G (n) alone), of the interactions of the parasitic species P, then, during the fluidic injection phase Ph2 (gaseous sample E (n) ), of the interactions of the analyte A and the parasite species P.
  • step 130 the reference value S (n,m)i (baseline) associated with the carrier gas during the injection phase Phi is determined, and it is subtracted from the stationary value S (n ,m)f of the measurement signal S (n,m) (t) determined during the injection phase Ph2.
  • a signature Su (n,m)f S(n,m)f - S(n,m)i is thus obtained for each sensitive site m, associated with the gaseous sample E (h > for rank acquisition not.
  • N first signatures Su (n,m)f for N ranging from 1 to N, and m ranging from 1 to M.
  • the corresponding gas samples E (n) and E (n+i) differ between them essentially by the difference Acp (n) 1 Acp (n+i) : we therefore have N differences Ac P of different values from each other.
  • the concentration c A of analyte A may or may not vary from one gas sample to another.
  • a matrix of first signatures SUA,P representative of the interactions of the analyte A and of the parasitic species P with the receptors of the sensitive sites is formed.
  • This matrix is of dimension NxM and is formed of the values Su (n,m)f .
  • each row of rank n represents the signature associated with the gaseous sample E (n) , that is to say the M useful measurement values Su (n,m)f of the sensitive sites 6 m .
  • a relative concentration vector p formed of the N determined values of the concentration difference Ac P(n) is also formed. This vector is here a vector Nxl dimension column.
  • Phase 200 Resolution of an optimization problem so as to obtain N corrected signatures, characterizing the analyte A present in the N gaseous samples.
  • c c A is a concentration vector of analyte A, of dimension N ⁇ 1, formed of the N concentration values c A (n) of the gaseous samples
  • k A is an affinity vector of the analyte A, of dimension M, formed of the M values of an affinity of interaction of the analyte A with the receptors of the sensitive sites
  • A is a vector of affinity of the parasitic chemical species P, of dimension M, formed of the M values of an affinity of interaction of the parasitic chemical species P with the receptors of the sensitive sites in the presence of l analyte A.
  • step 220 the following optimization problem is solved:
  • a matrix of corrected signatures Suc A (q) is determined for each of the Q local solutions:
  • Each of the Q corrected signature matrices Suc A (q) is also normalized to thus obtain Q corrected and normalized signature matrices Sucn A (q) .
  • Q corrected and normalized signature matrices Sucn A (q) are also normalized.
  • step 222 it is then determined which solution qf, among the Q local solutions, has a minimum variance score.
  • a variance score V is calculated for each of the Q matrices Sucn A (q) , and the one which has a minimum score is identified.
  • the variance score here is the trace of the covariance matrix for each of the local solutions, ie the sum of the variance of each sensor m for each local solution q. More precisely, the variance score can be, up to a multiplicative factor: where is an N-dimensional unit vector, and where is an M-dimensional vector where each m-value is the average of the normalized corrected signatures for the site sensitive 6 m row m.
  • the solution of rank qf, among the Q local solutions then corresponds to the vectors whose product is equal to the matrix of corrected signatures
  • the signatures Sucnj ⁇ have been determined which effectively and only characterize the analyte A for the N gaseous samples, despite the presence of the parasitic species P, and without resorting to a prior calibration step.
  • the characterization process then provides more precise signatures of analyte A since the measurement noise Ac P kJ >
  • FIG. 5 is a flowchart of a method for characterizing analyte A according to a variant of the first embodiment. This variant differs from the method of FIG. 4 essentially by the way of optimizing the cost function g.
  • the method comprises a phase 100 of acquisition of N first signatures.
  • This phase 100 can be identical or similar to that described with reference to FIG. It can therefore include steps 110 to 150, and is therefore not detailed again here.
  • the step 210 of minimizing the cost function f can be identical to that described previously and is not explained again here.
  • the step 230 consists in maximizing the cost function g from the Q local solutions obtained following step 210. This amounts here to determining the solution, among the local solutions determined previously, maximizing the function -cost g such that g
  • step 231 the matrix of corrected signatures SUC A (c,) is determined for each of the Q local solutions: This step is identical to step 221. However, unlike step 221, the normalization of the Q matrices of corrected signatures is not carried out
  • step 232 it is then determined which solution (of rank denoted qf), among the Q local solutions, has a maximum norm, here within the meaning of the Frobenius norm. For it, we calculate the norm for each of the Q local solutions, and we identify the one that presents a maximum standard. As before, the solution of rank qf, among the Q. local solutions, then corresponds to the vectors whose product c is equal to the matrix of corrected signatures Suc ⁇ qf ⁇ [0094] We then normalize the matrix of corrected signatures
  • FIG. 6 is a flowchart of a method for characterizing analyte A according to a second embodiment. This method differs from the methods of fig.4 and fig.5 essentially by the way of optimizing the two cost functions f and g.
  • the method comprises a phase 100 of acquisition of N first signatures.
  • This phase 100 can be identical or similar to that described with reference to FIG. It can therefore include steps 110 to 150, and is therefore not detailed again here.
  • which has just been determined.
  • SVD singular value decomposition
  • R Su AP — Ac P kp
  • N is greater than M: N > M.
  • step 314 it is determined whether a convergence criterion is verified or not. This may involve comparing the variation between i and i+1 of one and/or the other of the variables with a predefined threshold value. When this variation is greater than this threshold, steps 312 and 313 are repeated by incrementing the indicator i by one unit. On the other hand, when this variation is less than or equal to this threshold, we move on to the next step.
  • the matrix of corrected signatures Suc A is defined as follows: ⁇ where if is the value of the indicator i when the criterion of convergence is verified.
  • the matrix of corrected signatures is defined as being equal to the matrix of first signatures P from which we have subtracted the estimate of the term representative of the measurement noise (impact of the parasitic species).
  • the matrix SU ⁇ A can then be normalized to obtain the matrix Sucn A as indicated above at steps 221 and 232. A for the N gaseous samples without resorting to a prior calibration step. The characterization process then provides more accurate Sucn A signatures of analyte A.
  • the method according to this second embodiment has the advantage of obtaining the optimal solution in a single step, insofar as the minimization of the objective function f and the maximization of the objective function g are carried out together to obtain the matrix of corrected signatures SU ⁇ A.
  • the deviations Acp (n) determined during the N acquisitions of phase 100 can present a more or less significant amplitude of variation, this amplitude of variation being defined as the difference between the maximum deviation max(Acp ( n) ) and the minimum deviation min(Acp (n) ) among).
  • this amplitude of variation being defined as the difference between the maximum deviation max(Acp ( n) ) and the minimum deviation min(Acp (n) ) among).
  • a low variation amplitude for example of the order of 10%, it is advantageous to use the characterization method according to the second embodiment which then gives more precise results.
  • FIG. 7 A illustrates three uncorrected signatures Sui, Su 2 and Su 3 representative of the analyte A in the presence of a parasitic species P of different concentrations.
  • the analyte A is butanol and the parasitic species P is water in the vapor phase (humid air).
  • the Sui signature (dotted line) corresponds to an Acp ,i deviation of 36.5%
  • the Su 2 signature (dashes) corresponds to an ACP ,2 deviation of 33.5%
  • the Su 3 signature (solid line) corresponds to an ACP , 2 deviation of 3 by -1%.
  • FIG. 7B illustrates two corrected signatures Sui and Suc 2 obtained by correction of the signatures Sui and Su 2 by means of the second phase 300 of the characterization method according to the second embodiment.
  • the uncorrected Su 3 signature is reproduced here for comparison (but is not used in the optimization).
  • Note that a low Acp deviation has a low impact on the signature Su due to the subtraction of the reference value S m,f .
  • It appears that the corrected signatures Suci (dotted lines) and Suc 2 (dashes) are significantly confused and close to the signature Su 3 (solid line), thus illustrating the fact that the impact related to the interactions of the parasite species P with the receivers has been fixed.
  • the gaseous samples used during the acquisition phase 100 can comprise several parasitic chemical species: Pi, P2, etc. Also, during step 140, the concentration of these different parasitic species during the injection phases Phi and Ph2, then the deviations AC PI , AC P 2 ... are determined.
  • the correction phases 200 and 300 are then similar to those described above, and are based on the optimization of the functions- objective

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Abstract

The invention relates to a method for characterizing an analyte A present in a gas sample using an electronic nose comprising M sensitive sites, a parasitic chemical species P being present in the gas sample, comprising: o a phase 100 of acquiring N first signatures, where N>1, of the gas samples containing the analyte A and the parasitic species P, the gas samples exhibiting deviations Δc p(n) which differ from one gas sample to the next; o a phase 200 of solving an optimization problem so as to obtain N corrected signatures, characterizing the analyte A present in the N gas samples, from the N first signatures, by optimizing two objective functions.

Description

PROCEDE DE CARACTERISATION D'UN ANALYTE PRESENT DANS UN ECHANTILLON GAZEUX CONTENANT AU MOINS UNE ESPECE CHIMIQUE PARASITE METHOD FOR CHARACTERIZING AN ANALYTE PRESENT IN A GAS SAMPLE CONTAINING AT LEAST ONE PARASITE CHEMICAL SPECIES
DOMAINE TECHNIQUE TECHNICAL AREA
[001] Le domaine de l'invention est celui de la caractérisation d'un analyte présent dans un échantillon gazeux au moyen d'un nez électronique. L'échantillon gazeux comporte ici, outre l'analyte à caractériser, au moins une espèce chimique susceptible d'interagir également avec la surface de mesure fonctionnalisée du nez électronique. [001] The field of the invention is that of the characterization of an analyte present in a gaseous sample by means of an electronic nose. The gaseous sample here comprises, in addition to the analyte to be characterized, at least one chemical species capable of also interacting with the functionalized measurement surface of the electronic nose.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE PRIOR ART
[002] La capacité de caractériser des analytes contenus dans des échantillons gazeux, par exemple des molécules odorantes ou des composés organiques volatils, est une problématique de plus en plus importante, notamment dans les domaines de la santé, de l'industrie agroalimentaire, de l'industrie de la parfumerie (senteurs), du confort olfactif dans les endroits confinés publics ou privés (automobile, hôtellerie, lieux partagés...), etc... La caractérisation de tels analytes présents dans un échantillon gazeux peut être effectuée par un système de caractérisation appelé « nez électronique ». [002] The ability to characterize analytes contained in gaseous samples, for example odorous molecules or volatile organic compounds, is an increasingly important issue, particularly in the fields of health, the food industry, the perfumery industry (scents), olfactory comfort in confined public or private places (cars, hotels, shared places, etc.), etc. The characterization of such analytes present in a gaseous sample can be carried out by a characterization system called "electronic nose".
[003] Différentes approches de caractérisation existent, qui se distinguent entre elles notamment par la nécessité ou non d'avoir à « marquer » au préalable les analytes ou les récepteurs par un agent de révélation. A la différence par exemple de la mesure par fluorescence qui nécessite d'avoir recours à de tels marqueurs, la mesure utilisant la résonance plasmonique de surface (SPR pour Surface Plasmon Résonance, en anglais), et celle utilisant un principe interférométrique de type Mach-Zehnder (MZI, pour Mach-Zehnder Interferometer, en anglais), sont des techniques dites sans marqueur (label free, en anglais). [003] Different characterization approaches exist, which differ from one another in particular by the need or not to have to “mark” the analytes or the receptors beforehand with a revealing agent. Unlike, for example, measurement by fluorescence which requires the use of such markers, measurement using surface plasmon resonance (SPR for Surface Plasmon Resonance, in English), and measurement using an interferometric principle of the Mach- Zehnder (MZI, for Mach-Zehnder Interferometer, in English), are so-called label-free techniques.
[004] Dans un nez électronique à technologie SPR ou MZI, l'analyte présent dans un échantillon gazeux vient interagir par adsorption/désorption avec des récepteurs situés dans plusieurs sites sensibles distincts d'une surface de mesure fonctionnalisée. Il s'agit alors de détecter en temps réel un signal de mesure associé à chacun des sites sensibles, représentatif des interactions d'adsorption/désorption entre l'analyte et les récepteurs, en réponse à un signal primaire. Les signaux de mesure peuvent être des signaux optiques représentatifs d'une variation temporelle de l'indice de réfraction local du fait des interactions de l'analyte avec les récepteurs. Dans le cadre de la technologie SPR par exemple, on mesure en temps réel l'intensité des signaux optiques provenant des différents sites sensibles, ces signaux optiques étant une partie réfléchie d'un signal optique primaire émis par une source lumineuse. L'intensité de chaque signal optique détecté par un capteur optique est directement corrélée aux interactions d'adsorption/désorption de l'analyte avec les récepteurs. La demande WO2018/158458 décrit un exemple d'un tel nez électronique en technologie SPR. [004] In an electronic nose using SPR or MZI technology, the analyte present in a gaseous sample interacts by adsorption/desorption with receptors located in several distinct sensitive sites of a functionalized measurement surface. It is then a question of detecting in real time a measurement signal associated with each of the sensitive sites, representative of the adsorption/desorption interactions between the analyte and the receptors, in response to a primary signal. The measurement signals can be optical signals representative of a temporal variation of the local refractive index due to the interactions of the analyte with the receptors. In the context of SPR technology, for example, the intensity of optical signals is measured in real time. coming from the different sensitive sites, these optical signals being a reflected part of a primary optical signal emitted by a light source. The intensity of each optical signal detected by an optical sensor is directly correlated to the adsorption/desorption interactions of the analyte with the receptors. Application WO2018/158458 describes an example of such an electronic nose in SPR technology.
[005] Dans la mesure où on ne connaît pas opr/or/ l' affinité chimique et/ou physique d'interaction de l'analyte avec les récepteurs, la caractérisation de l'analyte revient alors à déterminer une valeur ou une variation d'un paramètre représentatif des interactions d'adsorption/désorption de l'analyte avec les récepteurs, ici représentatif de la variation temporelle de l'indice de réfraction local pour chacun des sites sensibles. On obtient ainsi un motif d'interaction, ou une signature, qui caractérise l'analyte. En effet, les interactions d'adsorption/désorption de l'analyte sur des sites sensibles (surfaces fonctionnalisées) bénéficiant de caractéristiques d'adsorption différenciées permettent de rendre compte des molécules présentes dans le gaz qui ont été accrochées à la surface des différents sites sensibles. [005] Insofar as the chemical and/or physical affinity of interaction of the analyte with the receptors is not known, the characterization of the analyte then amounts to determining a value or a variation of a parameter representative of the adsorption/desorption interactions of the analyte with the receptors, here representative of the temporal variation of the local refractive index for each of the sensitive sites. An interaction motif, or a signature, which characterizes the analyte is thus obtained. Indeed, the adsorption/desorption interactions of the analyte on sensitive sites (functionalized surfaces) benefiting from differentiated adsorption characteristics make it possible to account for the molecules present in the gas which have been attached to the surface of the different sensitive sites. .
[006] Les figures IA et IB illustrent un exemple de nez électronique de type SPR tel que décrit dans le document WO2018/158458. Ce type de nez électronique 1 comporte, d'une manière générale, un dispositif d'alimentation fluidique 2, un dispositif de caractérisation 3 par imagerie SPR, et une unité de traitement (non représentée). [006] Figures IA and IB illustrate an example of an electronic nose of the SPR type as described in document WO2018/158458. This type of electronic nose 1 generally comprises a fluid supply device 2, a characterization device 3 by SPR imaging, and a processing unit (not shown).
[007] Le dispositif de caractérisation 3 comporte une chambre de mesure 4 destinée à recevoir l'échantillon gazeux, dans laquelle se situe une surface de mesure 5 sur laquelle est située une matrice de sites sensibles. La surface de mesure 5 est formée d'une couche métallique sur laquelle sont fixés différents récepteurs adaptés à interagir avec l'analyte, les récepteurs étant disposés de manière à former différents sites sensibles distincts les uns des autres. Ces récepteurs sont alors situés à l'interface entre la couche métallique et un milieu diélectrique, ici un milieu gazeux. [007] The characterization device 3 comprises a measurement chamber 4 intended to receive the gaseous sample, in which is located a measurement surface 5 on which is located a matrix of sensitive sites. The measurement surface 5 is formed of a metallic layer on which are fixed various receptors suitable for interacting with the analyte, the receptors being arranged so as to form various sensitive sites distinct from one another. These receivers are then located at the interface between the metallic layer and a dielectric medium, here a gaseous medium.
[008] Ce dispositif de caractérisation 3 comporte en outre une source lumineuse 7 d'un signal optique primaire et un capteur d'image 8. La source lumineuse 7 est adaptée à émettre le signal optique primaire en direction de la surface de mesure 5, suivant un angle de travail 0R permettant d'y générer des plasmons de surface. La partie réfléchie du signal optique primaire, formant un signal optique de mesure, est ensuite détectée par le capteur d'image 8. L'intensité du signal optique de mesure dépend localement de l'indice de réfraction de la surface de mesure 5, qui dépend lui-même des plasmons de surface générés et de la quantité de matière située au niveau de chaque site sensible, cette quantité de matière variant au cours du temps au grès des interactions entre l'analyte et les récepteurs. La surface de mesure 5 comporte une pluralité de sites sensibles 6m, ici M sites sensibles distincts, fonctionnalisés par la présence de récepteurs avec lesquels l'analyte à caractériser peut interagir par adsorption/désorption. [008] This characterization device 3 further comprises a light source 7 of a primary optical signal and an image sensor 8. The light source 7 is adapted to emit the primary optical signal in the direction of the measurement surface 5, at a working angle 0 R making it possible to generate surface plasmons therein. The reflected part of the primary optical signal, forming an optical measurement signal, is then detected by the image sensor 8. The intensity of the optical measurement signal depends locally on the refractive index of the measurement surface 5, which itself depends on the surface plasmons generated and the quantity of matter located at the level of each sensitive site, this quantity of matter varying over time according to the interactions between the analyte and the receptors. The measurement surface 5 comprises a plurality of 6 m sensitive sites, here M distinct sensitive sites, functionalized by the presence of receptors with which the analyte to be characterized can interact by adsorption/desorption.
[009] L'unité de traitement du nez électronique est adaptée à analyser les « sensorgrammes », c'est-à-dire les signaux correspondant à l'évolution temporelle du paramètre représentatif des interactions d'adsorption/désorption de l'analyte avec les récepteurs de chacun des différents sites sensibles 6m, dans le but d'en extraire les informations de la cinétique d'interaction (adsorption et désorption) de l'analyte avec les récepteurs. Ces sensorgrammes peuvent être des signaux dits utiles Sum(t) correspondant à l'évolution temporelle de la variation A%Rm(t) de la réflectivité associée à chacun des sites sensibles 6m. La réflectivité %R est ici le rapport entre l'intensité du signal optique de mesure détecté par le capteur d'image 8 sur l'intensité du signal optique primaire émis par la source lumineuse 7. La variation de réflectivité A%R est obtenue en soustrayant à l'évolution temporelle de la réflectivité %R(t) une valeur de référence ( baseline , en anglais) associée au gaz seul présent à l'intérieur de la chambre de mesure 4, indépendamment de l'analyte. [009] The electronic nose processing unit is suitable for analyzing the "sensorgrams", that is to say the signals corresponding to the temporal evolution of the parameter representative of the adsorption/desorption interactions of the analyte with the receptors of each of the various sensitive sites 6 m , with the aim of extracting therefrom information on the kinetics of interaction (adsorption and desorption) of the analyte with the receptors. These sensorgrams can be so-called useful signals Su m (t) corresponding to the temporal evolution of the variation A%R m (t) of the reflectivity associated with each of the sensitive sites 6 m . The reflectivity %R is here the ratio between the intensity of the optical measurement signal detected by the image sensor 8 over the intensity of the primary optical signal emitted by the light source 7. The variation in reflectivity A%R is obtained by subtracting from the temporal evolution of the reflectivity %R(t) a reference value (baseline, in English) associated with the only gas present inside the measurement chamber 4, independently of the analyte.
[0010] Enfin, le dispositif d'alimentation fluidique 2 est adapté à introduire l'analyte dans la chambre de mesure 4 dans des conditions permettant l'analyse des sensorgrammes et donc la caractérisation de l'analyte. A ce titre, l'article de Brenet et al. intitulé Highly-Selective Optoelectronic Nose based on Surface Plasmon Résonance Imaging for Sensing Gas Phase Volatile Organic Compounds, Anal. Chem. 2018, 90, 16, 9879-9887, décrit un procédé de caractérisation d'un échantillon gazeux au moyen d'un nez électronique de type à imagerie SPR. Ce procédé de caractérisation consiste à alimenter la chambre de mesure en un échantillon gazeux de telle manière que la cinétique d'interaction entre l'analyte et les récepteurs atteigne un régime stationnaire d'équilibre. [0010] Finally, the fluid supply device 2 is adapted to introduce the analyte into the measurement chamber 4 under conditions allowing the analysis of the sensorgrams and therefore the characterization of the analyte. As such, the article by Brenet et al. entitled Highly-Selective Optoelectronic Nose based on Surface Plasmon Resonance Imaging for Sensing Gas Phase Volatile Organic Compounds, Anal. Chem. 2018, 90, 16, 9879-9887, describes a method for characterizing a gaseous sample using an electronic nose of the SPR imaging type. This characterization method consists in supplying the measurement chamber with a gaseous sample in such a way that the kinetics of interaction between the analyte and the receptors reaches a steady state of equilibrium.
[0011] A ce titre, la figure IC illustre un exemple de sensorgrammes Sum(t) obtenus par le nez électronique de la fig.lA. Les sensorgrammes Sum(t) correspondent ici à l'évolution temporelle de la variation de la réflectivité A%Rm(t) associée à chacun des sites sensibles 6m. Ainsi, le procédé de caractérisation comporte plusieurs étapes successives d'injection fluidique, à savoir : une première phase Phi de référence, dans laquelle un gaz porteur seul, sans l'analyte, est amené au contact de la surface de mesure. Ce gaz porteur est généralement identique à celui de l'échantillon gazeux ; une deuxième phase Ph2 d'alimentation, dans laquelle l'échantillon gazeux, formé du gaz porteur et de l'analyte à caractériser, est amené au contact de la surface de mesure ; et une troisième phase Ph3 de purge, dans laquelle le gaz de référence seul est à nouveau injecté dans la chambre de mesure, de manière à dissocier l'analyte vis-à-vis des récepteurs, et à l'évacuer hors de la chambre de mesure. [0012] La phase initiale Phi permet d'acquérir la valeur de référence {baseline), mentionnée plus haut, qui est destinée à être ensuite soustraite aux signaux de mesure Sm(t) pour obtenir des signaux utiles Sum(t) (autrement dit l'évolution temporelle de la variation de réflectivité A%Rm(t) pour chaque site sensible de rang m). Comme indiqué précédemment, cette phase d'injection fluidique est effectuée de sorte que les sensorgrammes mettent en évidence la présence d'un régime transitoire d'assimilation suivi d'un régime stationnaire d'équilibre. Lorsque ce régime stationnaire d'équilibre est atteint, les valeurs d'équilibre (stationnaires) Sum,f des signaux utiles Sum(t) sont extraites par l'unité de traitement, et définissent la signature de l'analyte. As such, Figure IC illustrates an example of sensorgrams Su m (t) obtained by the electronic nose of fig.lA. The sensorgrams Su m (t) correspond here to the temporal evolution of the variation of the reflectivity A%R m (t) associated with each of the sensitive sites 6 m . Thus, the characterization method comprises several successive fluidic injection steps, namely: a first reference phase Phi, in which a carrier gas alone, without the analyte, is brought into contact with the measurement surface. This carrier gas is generally identical to that of the gaseous sample; a second supply phase Ph2, in which the gaseous sample, formed from the carrier gas and the analyte to be characterized, is brought into contact with the measurement surface; and a third purge phase Ph3, in which the reference gas alone is again injected into the measurement chamber, so as to dissociate the analyte from the receptors, and to evacuate it from the measurement chamber. measure. The initial phase Phi makes it possible to acquire the reference value {baseline), mentioned above, which is then intended to be subtracted from the measurement signals S m (t) to obtain useful signals Su m (t) ( in other words the temporal evolution of the variation in reflectivity A%R m (t) for each sensitive site of rank m). As indicated previously, this phase of fluidic injection is carried out so that the sensorgrams highlight the presence of a transitory regime of assimilation followed by a stationary regime of equilibrium. When this steady state of equilibrium is reached, the (steady state) equilibrium values Su m,f of the useful signals Su m (t) are extracted by the processing unit, and define the signature of the analyte.
[0013] Or, il apparaît que la présence d'autres espèces chimiques dans le gaz porteur, telles que les molécules d'eau (humidité relative), peut avoir un impact sur l'intensité du signal optique de mesure, comme l'indique l'article de Shao et al. intitulé Mechanism and Characteristics ofHumidity Sensing with Polyvinyl Alcohol-Coated Fi ber Surface Plasmon Résonance Sensor, Sensors 2018, 18, 2029. Dans cet article, les auteurs utilisent un capteur SPR comme d'un capteur d'humidité. Cependant, dans le cadre d'un procédé de caractérisation d'analytes par un nez électronique, la variation d'humidité relative dans la chambre de mesure forme un biais de mesure dégradant la qualité de la caractérisation. De plus, dans le cas où l'humidité relative varie sur des temps longs, et donc varie d'une caractérisation à l'autre pour le même analyte et les mêmes conditions opératoires, cela induit une dérive temporelle qui rend les signatures du même analyte différentes les unes des autres. [0014] Par ailleurs, le document WO 2020/141281 Al décrit un procédé de caractérisation de composés cibles, au moyen d'un système d'analyse de type nez électronique. [0013] However, it appears that the presence of other chemical species in the carrier gas, such as water molecules (relative humidity), can have an impact on the intensity of the optical measurement signal, as indicated the article by Shao et al. titled Mechanism and Characteristics ofHumidity Sensing with Polyvinyl Alcohol-Coated Fi ber Surface Plasmon Resonance Sensor, Sensors 2018, 18, 2029. In this article, the authors use an SPR sensor as a humidity sensor. However, in the context of an analyte characterization method using an electronic nose, the variation in relative humidity in the measurement chamber forms a measurement bias that degrades the quality of the characterization. Moreover, in the case where the relative humidity varies over long times, and therefore varies from one characterization to another for the same analyte and the same operating conditions, this induces a temporal drift which makes the signatures of the same analyte different from each other. [0014] Furthermore, document WO 2020/141281 A1 describes a method for characterizing target compounds, using an electronic nose type analysis system.
EXPOSÉ DE L'INVENTION DISCLOSURE OF THE INVENTION
[0015] L'invention a pour objectif de remédier au moins en partie aux inconvénients de l'art antérieur, et plus particulièrement de proposer un procédé de caractérisation d'un analyte qui permet de limiter voire d'écarter le bruit de mesure lié à une variation de concentration d'une ou plusieurs espèces chimiques parasites présentes entre la phase initiale Phi et la phase de caractérisation Ph2 d'injection fluidique. Le procédé de caractérisation permet ainsi d'améliorer la qualité de caractérisation de l'analyte. [0016] Pour cela, l'objet de l'invention est un procédé de caractérisation d'un analyte A présent dans un échantillon gazeux situé au contact d'une surface de mesure d'un nez électronique, la surface de mesure comportant M sites sensibles distincts les uns des autres, de rang m allant de 1 à M, ayant des récepteurs adaptés à interagir par adsorption/désorption avec l'analyte A et avec au moins une espèce chimique dite parasite P présente dans l'échantillon gazeux, le procédé comportant les étapes suivantes : injection fluidique, pour amener au contact de la surface de mesure : pendant une première phase Phi, un gaz porteur pouvant contenir l'espèce parasite P avec une concentration cp(n)i ; puis, pendant une deuxième phase Ph2, l'échantillon gazeux contenant l'analyte A en concentration cA(n) et l'espèce parasite P en concentration cP(n)f, la valeur cP(n)f présentant un écart Acp(n) non nul avec la valeur cP(n)i ; détermination d'un signal de mesure S(n,m)(t), au cours de l'étape d'injection fluidique, représentatif des interactions de l'analyte A et de l'espèce parasite P avec les récepteurs, pour chacun des M sites sensibles ; détermination de premières signatures Su(n,m)f à partir du signal de mesure S(n,m)(te Ph2) associé à l'échantillon gazeux, lequel ayant été corrigé par une valeur de référence S(n,m)i issue du signal de mesure S(n,m)(te Phi) associé au gaz porteur ; détermination d'un écart Acp(n) de concentration de l'espèce parasite P entre la première phase Phi et la deuxième phase Ph2 ; réitération des étapes précédentes, en incrémentant le rang n jusqu'à obtenir N premières signatures représentatives des interactions de l'analyte A et de l'espèce parasite P avec les récepteurs, avec N>1, les échantillons gazeux étant tels que les écarts Acp(n) sont différents deux à deux ; formation d'une matrice de premières signatures SuAjP, de dimensions NxM, formée à partir des N premières signatures Su(n,m)f déterminées pour les M sites sensibles ; et d'un vecteur de concentration relative Acp, de dimension Nxl, à partir des N écarts Acp(n) déterminés ; détermination d'une solution estimée | dont le produit forme une matrice de signatures dites corrigées SucA caractérisant l'analyte A présent dans les N échantillons gazeux, la solution estimée : minimisant la fonction-coût | maximisant la fonction-coût sont des variables définies de la manière suivante : o cA est un vecteur de concentration de l'analyte A, de dimension N, formé des N valeurs de concentration cA(n) des échantillons gazeux, o kA est un vecteur d'affinité de l'analyte A, de dimension M, formé des M valeurs d'une affinité d'interaction de l'analyte A avec les récepteurs des sites sensibles, o kP|A est un vecteur d'affinité de l'espèce chimique parasite P, de dimension M, formé des M valeurs d'une affinité d'interaction de l'espèce chimique parasite P avec les récepteurs des sites sensibles en présence de l'analyte A. [0017] Certains aspects préférés mais non limitatifs de ce procédé de caractérisation sont les suivants. [0015] The object of the invention is to remedy at least in part the drawbacks of the prior art, and more particularly to propose a method for characterizing an analyte which makes it possible to limit or even eliminate the measurement noise associated with a variation in the concentration of one or more parasitic chemical species present between the initial phase Phi and the characterization phase Ph2 of fluidic injection. The characterization method thus makes it possible to improve the quality of characterization of the analyte. For this, the object of the invention is a method for characterizing an analyte A present in a gaseous sample located in contact with a measurement surface of an electronic nose, the measurement surface comprising M sites distinct from each other, of rank m ranging from 1 to M, having receptors adapted to interact by adsorption/desorption with the analyte A and with at least one so-called parasitic chemical species P present in the gaseous sample, the method comprising the following steps: fluidic injection, to bring into contact with the measurement surface: during a first phase Phi, a carrier gas which may contain the parasitic species P with a concentration cp (n)i ; then, during a second phase Ph2, the gaseous sample containing the analyte A in concentration c A(n) and the parasite species P in concentration c P(n)f , the value c P(n)f having a difference Acp (n) not zero with the value c P(n)i ; determination of a measurement signal S (n,m) (t), during the fluidic injection step, representative of the interactions of the analyte A and of the parasite species P with the receptors, for each of the M sensitive sites; determination of first signatures Su (n,m)f from the measurement signal S (n,m) (te Ph2) associated with the gaseous sample, which having been corrected by a reference value S( n , m )i from the measurement signal S (n,m) (te Phi) associated with the carrier gas; determination of a deviation Acp (n) of concentration of the parasitic species P between the first phase Phi and the second phase Ph2; repetition of the previous steps, by incrementing the rank n until obtaining N first signatures representative of the interactions of the analyte A and the parasite species P with the receptors, with N>1, the gaseous samples being such that the Acp deviations (n) are different in pairs; formation of a matrix of first signatures Su AjP , of dimensions NxM, formed from the N first signatures Su (n,m)f determined for the M sensitive sites; and of a vector of relative concentration Acp, of dimension N×1, from the N deviations Acp (n) determined; determination of an estimated solution | whose product forms a matrix of so-called corrected signatures Suc A characterizing the analyte A present in the N gaseous samples, the estimated solution: minimizing the cost function | maximizing the cost-function are defined variables as follows: oc A is a concentration vector of analyte A, of dimension N, formed from the N concentration values c A (n) of the gaseous samples, ok A is an affinity vector of analyte A , of dimension M, formed of the M values of an affinity of interaction of the analyte A with the receptors of the sensitive sites, ok P|A is an affinity vector of the parasite chemical species P, of dimension M, formed from the M values of an affinity of interaction of the parasitic chemical species P with the receptors of the sensitive sites in the presence of the analyte A. Some preferred but non-limiting aspects of this characterization method are as follows.
[0018] L'étape de détermination de la solution estimée peut effectuer la minimisation de la fonction-objectif f et la maximisation de la fonction-objectif g dans le même temps, les valeurs du vecteur de concentration relative étant toutes positives. The step of determining the estimated solution can perform the minimization of the objective function f and the maximization of the objective function g at the same time, the values of the relative concentration vector all being positive.
[0019] L'étape de détermination de la solution estimée peut être effectuée par un algorithme itératif, d'indicateur d'itération i. The step of determining the estimated solution can be performed by an iterative algorithm, with iteration indicator i.
[0020] L'étape de détermination de la solution estimée peut comporter une sous-étape de détermination de la valeur de la variable compte-tenu de la valeurc de la variable C A et de la valeur de la variable par une méthode de point fixe. [0020] The step of determining the estimated solution may include a sub-step of determining the value of the variable taking into account the value c of the variable C HAS and the value of the variable by a fixed point method.
[0021] L'étape de détermination de la solution estimée peut comporter une sous-étape de détermination de la valeur cA +1) de la variable CA et de la valeur de la variable kA, compte- tenu de la valeurfc de la variablekP|A ayant été déterminée, par une décomposition en valeurs singulières d'une matrice [0022] L'étape de détermination de la solution estimée peut comporter une sous-étape de minimisation de la fonction-objectif f pour obtenir une pluralité de Q solutions locales minimisant la fonction-objectif f, avec Q>1, suivie d'une sous-étape de maximisation de la fonction-objectif g. [0021] The step of determining the estimated solution may include a sub-step of determining the value c A +1) of the variable C A and the value of the variable k A , given the value fc of the variable k P|A having been determined, by a singular value decomposition of a matrix The step of determining the estimated solution may include a sub-step of minimizing the objective function f to obtain a plurality of Q local solutions minimizing the objective function f, with Q>1, followed by a maximization sub-step of the objective function g.
[0023] La sous-étape de minimisation peut fournir Q solutions locales formées chacune des estimations de rang q allant de 1 à Q, des variables Q est ici supérieur à 1 : Q>1. [0023] The minimization sub-step can provide Q local solutions formed each of the estimates of rank q going from 1 to Q, variables Q is here greater than 1: Q>1.
[0024] La sous-étape de maximisation peut comporter la détermination de Q matrices de signatures dites corrigées [0024] The maximization sub-step may comprise the determination of Q matrices of so-called corrected signatures
[0025] Le procédé peut comporter, à la suite de la détermination des Q matrices de signatures corrigées Suc®, une normalisation de chacune des matrices de signatures corrigées pour obtenir Q matrices de signatures corrigées et normalisées The method may comprise, following the determination of the Q corrected signature matrices Suc®, a normalization of each of the corrected signature matrices for obtain Q matrices of corrected and normalized signatures
[0026] Le procédé peut comporter, à la suite de la détermination des Q matrices de signatures corrigées et normalisées S une détermination d'un score de variance, pour chacune des Q matrices le score de variance étant défini comme la trace de la matrice de covariance pour chacune des Q matrices ayant un score minimal caractérisant l'analyte A présent dans les N échantillons gazeux. [0027] Le procédé peut comporter, à la suite de la détermination des Q matrices de signatures corrigées S une détermination d'une norme de chacune des Q matrices suivi d'une identification de la matrice ayant la norme maximale. The method may comprise, following the determination of the Q matrices of corrected and normalized signatures S, a determination of a variance score, for each of the Q matrices the variance score being defined as the trace of the covariance matrix for each of the Q matrices having a minimum score characterizing the analyte Now in the N gas samples. The method may comprise, following the determination of the Q matrices of corrected signatures S a determination of a norm of each of the Q matrices followed by a matrix identification having the maximum norm.
[0028] La matrice peut être normalisée, fournissant ainsi une matrice caractérisant l'analyte A présent dans les N échantillons gazeux. [0028] The matrix can be normalized, thus providing a matrix characterizing the analyte A present in the N gaseous samples.
[0029] Le nez électronique peut comporter un dispositif de mesure des interactions par adsorption/désorption de type optique à résonance des plasmons de surface ou de type à interférométrie de Mach-Zehnder. The electronic nose may comprise a device for measuring interactions by adsorption/desorption of the optical type with surface plasmon resonance or of the Mach-Zehnder interferometry type.
[0030] le nez électronique peut comporter un dispositif de mesure des interactions par adsorption/désorption de type résistif, piézoélectrique, mécanique ou acoustique. [0030] the electronic nose may comprise a device for measuring interactions by adsorption/desorption of the resistive, piezoelectric, mechanical or acoustic type.
[0031] Le nez électronique peut comporter un dispositif d'alimentation fluidique adapté à effectuer l'étape d'injection fluidique, un dispositif de mesure adapté à effectuer l'étape de détermination du signal de mesure, un capteur de mesure et de détermination de la concentration relative de l'espèce chimique parasite, et une unité de traitement adaptée à mettre en oeuvre l'étape de détermination de la solution estimée. [0031] The electronic nose may include a fluid supply device suitable for carrying out the fluid injection step, a measuring device suitable for carrying out the step of determining the measurement signal, a sensor for measuring and determining the the relative concentration of the parasitic chemical species, and a processing unit adapted to implement the step of determining the estimated solution.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS
[0032] D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure IA, déjà décrite, est une vue schématique et partielle, en coupe transversale, d'un nez électronique à imagerie SPR selon un exemple de l'art antérieur ; la figure IB, déjà décrite, est une vue de dessus, schématique et partielle, d'une surface de mesure fonctionnalisée du nez électronique de la fig.lA comportant M sites sensibles distincts ; la figure IC, déjà décrite, est un exemple de sensorgrammes Sum(t) obtenus par le nez électronique de la fig.lA, ces sensorgrammes correspondant ici à l'évolution temporelle de la variation de la réflectivité A%Rm(t) associée aux sites sensibles ; la figure 2 est une vue schématique et partielle, d'un nez électronique selon un mode de réalisation ; la figure 3A est un exemple de trois signatures obtenues par un procédé de caractérisation selon l'art antérieur, mettant en évidence la dégradation de la caractérisation de l'analyte du fait d'une variation de concentration d'une espèce chimique parasite (ici de l'eau en phase vapeur) entre la phase initiale Phi et la phase de caractérisation Ph2 ; la figure 3B illustre l'évolution temporelle de la concentration cp d'une espèce chimique parasite, du signal de mesure Sm(t) et du signal utile Sum(t), dans le cas où il n'y a pas de variation de la concentration cP entre la phase initiale Phi et la phase de caractérisation Ph2 (partie de gauche), et dans le cas où il y a une variation non nulle de la concentration cP entre la phase initiale Phi et la phase de caractérisation Ph2 (partie de droite) ; la figure 4 est un organigramme d'un procédé de caractérisation selon un premier mode de réalisation ; la figure 5 est un organigramme d'un procédé de caractérisation selon une variante du premier mode de réalisation ; la figure 6 est un organigramme d'un procédé de caractérisation selon un deuxième mode de réalisation ; la figure 7A illustre des exemples de signatures non corrigées d'analyte présent dans des échantillons gazeux pour lesquels il y a eu une variation de la concentration cP de l'espèce chimique parasite ; la figure 7B illustre les signatures d'analyte de la fig.7A corrigées par le procédé de caractérisation selon le deuxième mode de réalisation. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Other aspects, objects, advantages and characteristics of the invention will appear better on reading the following detailed description of preferred embodiments thereof, given by way of non-limiting example, and made with reference in the appended drawings in which: FIG. 1A, already described, is a diagrammatic and partial view, in cross-section, of an electronic nose with SPR imaging according to an example of the prior art; FIG. 1B, already described, is a top view, schematic and partial, of a functionalized measurement surface of the electronic nose of FIG. 1A comprising M distinct sensitive sites; figure IC, already described, is an example of sensorgrams Su m (t) obtained by the electronic nose of fig.lA, these sensorgrams corresponding here to the temporal evolution of the variation of the reflectivity A%R m (t) associated with sensitive sites; FIG. 2 is a schematic and partial view of an electronic nose according to one embodiment; FIG. 3A is an example of three signatures obtained by a characterization method according to the prior art, highlighting the degradation of the characterization of the analyte due to a variation in concentration of a parasitic chemical species (here water in the vapor phase) between the initial phase Phi and the characterization phase Ph2; FIG. 3B illustrates the temporal evolution of the concentration cp of a parasitic chemical species, of the measurement signal S m (t) and of the useful signal Su m (t), in the case where there is no variation of the concentration c P between the initial phase Phi and the characterization phase Ph2 (left part), and in the case where there is a non-zero variation in the concentration c P between the initial phase Phi and the characterization phase Ph2 (right part); FIG. 4 is a flowchart of a characterization method according to a first embodiment; FIG. 5 is a flowchart of a characterization method according to a variant of the first embodiment; FIG. 6 is a flowchart of a characterization method according to a second embodiment; FIG. 7A illustrates examples of uncorrected signatures of analyte present in gaseous samples for which there has been a variation in the concentration c P of the parasitic chemical species; Fig. 7B illustrates the analyte signatures of Fig. 7A corrected by the characterization method according to the second embodiment. DETAILED DISCUSSION OF PARTICULAR EMBODIMENTS
[0033] Sur les figures et dans la suite de la description, les mêmes références représentent les éléments identiques ou similaires. De plus, les différents éléments ne sont pas représentés à l'échelle de manière à privilégier la clarté des figures. Par ailleurs, les différents modes de réalisation et variantes ne sont pas exclusifs les uns des autres et peuvent être combinés entre eux. Sauf indication contraire, les termes « sensiblement », « environ », « de l'ordre de » signifient à 10% près, et de préférence à 5% près. Par ailleurs, les termes « compris entre ... et ... » et équivalents signifient que les bornes sont incluses, sauf mention contraire. In the figures and in the following description, the same references represent identical or similar elements. In addition, the various elements are not shown to scale so as to favor the clarity of the figures. Furthermore, the different embodiments and variants are not mutually exclusive and can be combined with each other. Unless otherwise indicated, the terms “substantially”, “approximately”, “of the order of” mean to within 10%, and preferably within 5%. Furthermore, the terms "between ... and ..." and equivalents mean that the terminals are included, unless otherwise stated.
[0034] L'invention porte sur la caractérisation d'analyte A présent un échantillon gazeux à analyser. La caractérisation est effectuée au moyen d'un système d'analyse appelé 'nez électronique', qui comporte : un dispositif de mesure ; un dispositif fluidique d'alimentation fluidique ; un capteur de concentration de la ou des espèces chimiques parasites P ; et une unité de traitement. The invention relates to the characterization of analyte A present gaseous sample to be analyzed. The characterization is carried out by means of an analysis system called 'electronic nose', which comprises: a measuring device; a fluid supply device fluidics; a sensor for the concentration of the parasitic chemical species P; and a processing unit.
[0035] Comme détaillé plus loin, le dispositif de mesure comporte une surface de mesure fonctionnalisée définissant une pluralité de sites sensibles, chaque site sensible comportant des récepteurs adaptés à interagir par adsorption/désorption avec l'analyte, et ici avec au moins une espèce chimique P, différente de l'analyte, et donc qualifiée de parasite dans la mesure où elle induit un bruit de mesure sur la signature de l'analyte A. As detailed below, the measuring device comprises a functionalized measuring surface defining a plurality of sensitive sites, each sensitive site comprising receptors adapted to interact by adsorption/desorption with the analyte, and here with at least one species chemical P, different from the analyte, and therefore qualified as parasitic insofar as it induces a measurement noise on the signature of the analyte A.
[0036] A titre d'illustration, le nez électronique utilise la technologie de mesure optique par technologie interférométrique sur silicium (MZI) ou par résonance plasmonique de surface (SFR). Le dispositif de mesure comporte alors une source optique, et au moins un détecteur optique qui peut être un capteur d'image ou une matrice de photodétecteurs. L'intensité du signal de mesure détecté dépend de la valeur de l'indice de réfraction local du site sensible considéré, lequel est représentatif des interactions entre l'analyte A à caractériser (et la ou les espèces chimiques parasites P) et les récepteurs. By way of illustration, the electronic nose uses optical measurement technology by silicon interferometric technology (MZI) or by surface plasmon resonance (SFR). The measuring device then comprises an optical source, and at least one optical detector which can be an image sensor or a matrix of photodetectors. The intensity of the detected measurement signal depends on the value of the local refractive index of the sensitive site considered, which is representative of the interactions between the analyte A to be characterized (and the parasitic chemical species or species P) and the receptors.
[0037] En variante, d'autres technologies de mesure peuvent être mises en oeuvre, telles que la mesure par résonateurs électromagnétiques de type MEMS ou NEMS (par exemple, décrit dans le document EP3184485). Plus largement, le dispositif de mesure peut être de type résistif, piézoélectrique, mécanique, ou acoustique. Dans le cas des techniques de mesure de la fréquence de résonance d'un microrésonateur NEMS ou MEMS, le signal de mesure peut être un signal électrique représentatif de la vibration d'une micropoutre ou équivalent. As a variant, other measurement technologies can be implemented, such as measurement by electromagnetic resonators of MEMS or NEMS type (for example, described in document EP3184485). More broadly, the measuring device can be of the resistive, piezoelectric, mechanical or acoustic type. In the case of techniques for measuring the resonant frequency of a NEMS or MEMS microresonator, the measurement signal can be an electrical signal representative of the vibration of a microbeam or equivalent.
[0038] D'une manière générale, par caractérisation on entend l'obtention d'informations représentatives des interactions de l'analyte A contenu dans l'échantillon gazeux avec les récepteurs des sites sensibles du nez électronique. Les interactions en question ici sont des évènements d'adsorption et/ou de désorption de l'analyte A avec les récepteurs. Ces informations forment ainsi un motif d'interaction, autrement dit une « signature » de l'analyte, ce motif pouvant être représenté par exemple sous forme d'histogramme ou d'un diagramme en radar. Autrement dit, dans le cas où le nez électronique comporte M sites sensibles distincts, la signature de l'analyte A est un vecteur de dimension M formé par les informations représentatives scalaires, celles-ci étant issues du signal utile Sum(t) associé au site sensible considéré. In general, by characterization is meant obtaining information representative of the interactions of the analyte A contained in the gaseous sample with the receptors of the sensitive sites of the electronic nose. The interactions in question here are events of adsorption and/or desorption of analyte A with the receptors. This information thus forms an interaction pattern, in other words a “signature” of the analyte, this pattern being able to be represented for example in the form of a histogram or a radar diagram. In other words, in the case where the electronic nose comprises M distinct sensitive sites, the signature of the analyte A is a vector of dimension M formed by the scalar representative information, these coming from the useful signal Su m (t) associated at the sensitive site considered.
[0039] L'analyte A est au moins une espèce chimique destinée à être caractérisée par le nez électronique, et est présent dans un échantillon gazeux. Il peut être, à titre illustratif, des bactéries, virus, protéines, lipides, molécules organiques volatiles, composés inorganiques, entre autres. Par ailleurs, les récepteurs (ligands, en anglais) sont des éléments fixés aux sites sensibles et qui présentent une capacité d'interaction avec l'analyte A, bien que les affinités chimique et/ou physique, notées I<A, entre l'analyte A et les récepteurs ne soient pas initialement connues. Les récepteurs des différents sites sensibles présentent des propriétés physico-chimiques différentes, qui impactent leur capacité à interagir avec l'analyte A, et définissent ainsi les différents sites sensibles. Il peut s'agir, à titre d'exemples, des acides aminés, des peptides, des nucléotides, des polypeptides, des protéines, des polymères organiques, entre autres. L'analyte A peut être une espèce chimique seule, ou un ensemble d'espèces chimiques différentes dont la proportion relative reste constante (par exemple à 5% ou 10% près) d'un échantillon gazeux à l'autre. The analyte A is at least one chemical species intended to be characterized by the electronic nose, and is present in a gaseous sample. It can be, by way of illustration, bacteria, viruses, proteins, lipids, volatile organic molecules, inorganic compounds, among others. In addition, receptors (ligands) are elements attached to sensitive sites and which exhibit a capacity for interaction with the analyte A, although the chemical and/or physical affinities, denoted I< A , between the analyte A and the receptors are not initially known. The receptors of the different sensitive sites have different physico-chemical properties, which impact their ability to interact with the analyte A, and thus define the different sensitive sites. They may be, by way of examples, amino acids, peptides, nucleotides, polypeptides, proteins, organic polymers, among others. Analyte A can be a single chemical species, or a set of different chemical species whose relative proportion remains constant (for example to within 5% or 10%) from one gaseous sample to another.
[0040] Dans le cadre de l'invention, l'échantillon gazeux qui contient l'analyte A contient également au moins une espèce chimique dite parasite P car distincte de l'analyte A à caractériser et pouvant interagir avec les récepteurs. Son interaction par adsorption / désorption avec les récepteurs impacte le signal de mesure qui peut alors comporter une partie utile associée à l'analyte A, et une partie non utile associée à la ou aux espèces chimiques P en question et formant un bruit de mesure. Ces dernières peuvent être des molécules d'eau lorsque l'humidité relative de l'échantillon gazeux n'est pas nulle, un alcool (éthanol, butanol...), du sulfure d'hydrogène, entre autres. Or, il apparaît que la variation de concentration de l'espèce parasite P entre la phase initiale Phi et la phase de caractérisation Ph2 forme un bruit de mesure qui peut dégrader la qualité de la caractérisation de l'analyte A. Le procédé de caractérisation selon l'invention permet de limiter voire écarter ce bruit de mesure. In the context of the invention, the gaseous sample which contains the analyte A also contains at least one so-called parasitic chemical species P because it is distinct from the analyte A to be characterized and which can interact with the receptors. Its interaction by adsorption/desorption with the receptors impacts the measurement signal which can then comprise a useful part associated with the analyte A, and a non-useful part associated with the chemical species P in question and forming a measurement noise. These can be water molecules when the relative humidity of the gaseous sample is not zero, an alcohol (ethanol, butanol, etc.), hydrogen sulphide, among others. However, it appears that the concentration variation of the parasitic species P between the initial phase Phi and the characterization phase Ph2 forms a measurement noise which can degrade the quality of the characterization of the analyte A. The characterization method according to the invention makes it possible to limit or even eliminate this measurement noise.
[0041] La figure 2 est une vue schématique et partielle d'un nez électronique 1 à imagerie SPR selon un mode de réalisation. Le nez électronique 1 selon l'invention peut être similaire à celui décrit en référence à la fig.lA et à la fig.lB, et s'en distingue essentiellement en ce qu'il comporte un capteur 9 de concentration de l'espèce chimique parasite P, situé par exemple dans la chambre de mesure. Dans le cas où il y a une variation de concentration de plusieurs espèces parasites Pi, P2... entre les phases d'injection fluidique Phi et Ph2, le nez électronique peut comporter un même capteur 9, ou une pluralité de capteurs 9, adaptés à mesurer la concentration de chaque espèce parasite P. Dans la suite de la description, par souci de clarté, on considère qu'il n'y a qu'une espèce chimique parasite P. Figure 2 is a schematic and partial view of an electronic nose 1 with SPR imaging according to one embodiment. The electronic nose 1 according to the invention may be similar to that described with reference to fig.lA and fig.lB, and differs essentially in that it comprises a sensor 9 for the concentration of the chemical species parasite P, located for example in the measuring chamber. In the case where there is a variation in concentration of several parasitic species Pi, P2, etc. between the fluidic injection phases Phi and Ph2, the electronic nose may comprise the same sensor 9, or a plurality of sensors 9, adapted to measure the concentration of each parasitic species P. In the rest of the description, for the sake of clarity, it is considered that there is only one parasitic chemical species P.
[0042] Le nez électronique 1 repose, dans cet exemple, sur la technologie SPR et présente dans cet exemple les caractéristiques de la configuration dite de Kretschmann, connue de l'homme du métier, sans que l'invention ne soit toutefois limitée à cette configuration. Toutefois, comme indiqué précédemment, d'autres techniques de mesure peuvent être utilisées, comme les mesures de la fréquence de résonance d'un microrésonateur de type MEMS ou NEMS fonctionnalisé. Comme mentionné précédemment, le nez électronique 1 peut également reposer sur une mesure optique par interférométrie de type Mach-Zehnder, par exemple en technologie photonique sur silicium, comme décrit dans la demande de brevet FR2011842 déposée le 18/11/2020. The electronic nose 1 is based, in this example, on SPR technology and has in this example the characteristics of the so-called Kretschmann configuration, known to those skilled in the art, without the invention however being limited to this configuration. However, as indicated previously, other measurement techniques can be used, such as measurements the resonance frequency of a functionalized MEMS or NEMS type microresonator. As mentioned above, the electronic nose 1 can also be based on an optical measurement by Mach-Zehnder type interferometry, for example in photonic technology on silicon, as described in the patent application FR2011842 filed on 11/18/2020.
[0043] Le nez électronique 1 comporte M sites sensibles 6m, avec m allant de 1 à M, distincts les uns des autres et situés dans une chambre de mesure 4 destinée à recevoir l'échantillon gazeux à analyser, ces sites sensibles 6m étant formés chacun des récepteurs aptes à interagir avec l'analyte A à caractériser (cf. fig.lB) et ici avec l'espèce parasite P. Les sites sensibles 6m sont distincts les uns des autres, dans le sens où ils comportent des récepteurs différents, en termes d'affinité chimique et/ou physique vis-à-vis de l'analyte A à caractériser, et sont donc destinés à fournir une information d'interaction différente d'un site sensible 6m à l'autre. Les sites sensibles 6m sont des zones distinctes d'une surface de mesure 5, et peuvent être accolés ou espacés les unes des autres. Le nez électronique 1 peut en outre comporter plusieurs sites sensibles identiques, dans le but par exemple de détecter une éventuelle dérive de mesure et/ou de permettre l'identification d'un site sensible défectueux. The electronic nose 1 comprises M sensitive sites 6 m , with m ranging from 1 to M, distinct from each other and located in a measurement chamber 4 intended to receive the gaseous sample to be analyzed, these sensitive sites 6 m being formed each of the receptors capable of interacting with the analyte A to be characterized (cf. fig.lB) and here with the parasite species P. The sensitive sites 6 m are distinct from each other, in the sense that they comprise different receptors, in terms of chemical and/or physical affinity with respect to the analyte A to be characterized, and are therefore intended to provide information on the interaction that differs from one sensitive site 6 m to another. The 6 m sensitive sites are distinct zones of a surface measuring 5, and can be joined or spaced from each other. The electronic nose 1 can also comprise several identical sensitive sites, for the purpose, for example, of detecting a possible measurement drift and/or of allowing the identification of a defective sensitive site.
[0044] Le nez électronique comporte un dispositif de mesure 3, ici de type imagerie SPR, permettant de quantifier les interactions des espèces chimiques avec les récepteurs, pour chaque site sensible 6m, ici en mesurant en temps réel l'intensité d'un signal optique de mesure provenant du site sensible 6m considéré, ce signal optique étant ici une partie réfléchie d'un signal optique primaire émis par une source lumineuse 7. L'intensité du signal optique de mesure détecté par le capteur optique 8 est directement corrélée notamment aux interactions d'adsorption/désorption des espèces chimiques avec les récepteurs. Dans le cas des techniques de mesure de la fréquence de résonance d'un microrésonateur NEMS ou MEMS, le signal de mesure peut être un signal électrique représentatif de la vibration d'une micropoutre ou équivalent. The electronic nose comprises a measuring device 3, here of the SPR imaging type, making it possible to quantify the interactions of the chemical species with the receptors, for each sensitive site 6 m , here by measuring in real time the intensity of a optical measurement signal coming from the sensitive site 6 m considered, this optical signal here being a reflected part of a primary optical signal emitted by a light source 7. The intensity of the optical measurement signal detected by the optical sensor 8 is directly correlated in particular to the adsorption/desorption interactions of the chemical species with the receptors. In the case of techniques for measuring the resonant frequency of a NEMS or MEMS microresonator, the measurement signal can be an electrical signal representative of the vibration of a microbeam or equivalent.
[0045] Dans le cadre d'une mesure par imagerie SPR, le dispositif de mesure 3 est adapté à acquérir en temps réel le signal optique de mesure Sm(t) provenant de l'ensemble des sites sensibles 6m. Ainsi, les signaux optiques de mesure Sm(t) provenant des sites sensibles 6m en réponse au signal optique primaire sont détectés ensemble et en temps réel, sous la forme d'une image acquise par le même capteur optique 8. In the context of a measurement by SPR imaging, the measurement device 3 is adapted to acquire in real time the optical measurement signal S m (t) originating from all of the sensitive sites 6 m . Thus, the optical measurement signals S m (t) coming from the sensitive sites 6 m in response to the primary optical signal are detected together and in real time, in the form of an image acquired by the same optical sensor 8.
[0046] Ainsi, le dispositif de mesure optique 3 comporte une source lumineuse 7 adaptée à transmettre un signal optique primaire en direction des sites sensibles 6m, et à générer des plasmons de surface au niveau du support de mesure 5. La source lumineuse 7 peut être formée d'une diode électroluminescente, dont le spectre d'émission présente un pic d'émission centré sur une longueur d'onde centrale Âc. Différents éléments optiques (lentilles, polariseur...) peuvent être disposés entre la source lumineuse 7 et le support de mesure 5. Thus, the optical measuring device 3 comprises a light source 7 adapted to transmit a primary optical signal in the direction of the sensitive sites 6 m , and to generate surface plasmons at the level of the measuring support 5. The light source 7 may be formed of a light-emitting diode, the emission spectrum of which has an emission peak centered on a central wavelength  c . Different optical elements (lenses, polariser, etc.) can be arranged between the light source 7 and the measurement support 5.
[0047] Le dispositif de mesure optique 3 comporte en outre un capteur optique 8, et ici un capteur d'image, c'est-à-dire un capteur optique matriciel adapté à collecter ou détecter une image du signal optique provenant des sites sensibles en réponse au signal optique primaire. Le capteur d'image 8 est un photodétecteur matriciel, par exemple un capteur CMOS ou CCD. Il comporte donc une matrice de pixels dont la résolution spatiale est telle que, de préférence, plusieurs pixels acquièrent le signal optique de mesure provenant d'un même site sensible 6m. The optical measuring device 3 further comprises an optical sensor 8, and here an image sensor, that is to say a matrix optical sensor adapted to collect or detect an image of the optical signal coming from the sensitive sites in response to the primary optical signal. The image sensor 8 is a matrix photodetector, for example a CMOS or CCD sensor. It therefore comprises a matrix of pixels whose spatial resolution is such that, preferably, several pixels acquire the optical measurement signal coming from the same sensitive site 6 m .
[0048] L'unité de traitement (non représentée) permet la mise en oeuvre des opérations de traitement décrites par la suite dans le cadre du procédé de caractérisation. Elle peut comporter au moins un microprocesseur et au moins une mémoire. Elle est connectée au dispositif de mesure optique 3, et plus précisément au capteur d'image 8. Elle comporte un processeur programmable apte à exécuter des instructions enregistrées sur un support d'enregistrement d'informations. Elle comporte en outre au moins une mémoire contenant les instructions nécessaires à la mise en oeuvre du procédé de caractérisation. La mémoire est également adaptée à stocker les informations calculées à chaque instant de mesure. The processing unit (not shown) allows the implementation of the processing operations described below within the framework of the characterization method. It may comprise at least one microprocessor and at least one memory. It is connected to the optical measuring device 3, and more precisely to the image sensor 8. It comprises a programmable processor capable of executing instructions recorded on an information recording medium. It also comprises at least one memory containing the instructions necessary for implementing the characterization method. The memory is also suitable for storing the information calculated at each measurement instant.
[0049] Comme décrit plus loin, l'unité de traitement est notamment adaptée à stocker et à traiter une pluralité d'images dites élémentaires acquises à une fréquence d'échantillonnage fe donnée, sur une durée de mesure Dΐ, afin de déterminer un signal de mesure Sm(ti), à l'instant courant t,, associé au site sensible 6m. De préférence, le signal de mesure Sm(ti) correspond, à un instant de mesure t,, à la moyenne de l'intensité du signal optique réfléchi et détecté par le capteur d'image 8 sur les pixels associés au site sensible 6m. La moyenne de l'intensité optique détectée sur les pixels peut être effectuée pour une ou plusieurs images du site sensible 6m, comme décrit en détail plus loin. As described below, the processing unit is in particular suitable for storing and processing a plurality of so-called elementary images acquired at a given sampling frequency f e , over a measurement period Dΐ, in order to determine a measurement signal S m (ti), at the current instant t i , associated with the sensitive site 6 m . Preferably, the measurement signal S m (ti) corresponds, at a measurement time t, to the average of the intensity of the optical signal reflected and detected by the image sensor 8 on the pixels associated with the sensitive site 6 m . The average of the optical intensity detected on the pixels can be carried out for one or more images of the sensitive site 6 m , as described in detail later.
[0050] Le dispositif d'alimentation fluidique 2 est adapté à alimenter la chambre de mesure 4 en un gaz porteur seul (i.e. sans l'analyte A) pendant la phase initiale Phi, et en un échantillon gazeux formé du gaz porteur et des analytes pendant la phase de caractérisation Ph2. L'échantillon gazeux diffère du gaz porteur essentiellement en ce qu'il comporte l'analyte A à caractériser : l'espèce parasite P est présente dans l'échantillon gazeux, et peut, ou non, être présente également dans le gaz porteur. Un ou plusieurs gaz additionnels peuvent être présents, mais sont inodores au sens où ils n'induisent sensiblement pas de réponse de la part du nez électronique 1. Un exemple de gaz additionnel présent dans le deuxième échantillon gazeux peut être le diluant en phase vapeur. L'analyte A peut ainsi être stocké dans un diluant liquide contenu dans un réservoir 10. La phase vapeur du diluant et l'analyte A sont ajoutés au gaz porteur (par ex. de l'air humide) pour former l'échantillon gazeux. Quoi qu'il en soit, l'espèce parasite P présente une concentration CPJ dans le gaz porteur qui peut être non nulle voire nulle, et une concentration cp,f non nulle et différente de cpj dans l'échantillon gazeux. Il y a donc un écart non nul Acp = cp,f - CPJ. The fluid supply device 2 is adapted to supply the measurement chamber 4 with a carrier gas alone (ie without the analyte A) during the initial phase Phi, and with a gaseous sample formed from the carrier gas and the analytes during the Ph2 characterization phase. The gaseous sample differs from the carrier gas essentially in that it comprises the analyte A to be characterized: the parasitic species P is present in the gaseous sample, and may or may not also be present in the carrier gas. One or more additional gases may be present, but are odorless in the sense that they substantially induce no response from the electronic nose 1. An example of additional gas present in the second gas sample may be vapor phase diluent. The analyte A can thus be stored in a liquid diluent contained in a reservoir 10. The phase diluent vapor and analyte A are added to the carrier gas (eg moist air) to form the sample gas. Be that as it may, the parasitic species P has a concentration C P J in the carrier gas which may be non-zero or even zero, and a concentration cp ,f non-zero and different from cp j in the gaseous sample. There is therefore a non-zero difference Ac p = cp ,f - C P J.
[0051] Dans l'exemple de la fig.2, le dispositif d'alimentation fluidique 2 peut comporter une entrée 11 de gaz porteur, et un réservoir 10 d'analyte A. Ici, le réservoir 10 contient un diluant dans lequel se situe l'analyte A. Il comporte plusieurs lignes fluidiques qui relient l'entrée 11 du gaz porteur et le réservoir 10 d'une part, à l'entrée de la chambre de mesure 4 d'autre part, et comporte des vannes et éventuellement des régulateurs d'écoulement massique. Il permet ainsi d'alimenter la chambre de mesure 4 en le gaz porteur (par ex. air humide à concentration cpj en eau) lors de la phase initiale Phi et de la phase de purge Ph3, et en l'échantillon gazeux (par ex. air humide à cp,f en eau, analyte A, et diluant en phase vapeur) lors de la phase de caractérisation Ph2. Il peut être adapté à assurer que la concentration CA de l'analyte A dans la chambre de mesure reste constante au cours du temps. Par ailleurs, le nez électronique comporte en outre un capteur 9 de la concentration cp en l'espèce parasite P, par exemple ici un capteur d'humidité relative. Le capteur 9 de concentration cp peut être disposé dans la chambre de mesure, ou en amont ou en aval de celle-ci. Il est connecté à l'unité de traitement, qui est adaptée à calculer la variation de concentration Acp = cP,f - cP i (ou concentration relative) entre la phase initiale Phi et la phase de caractérisation Ph2. In the example of fig.2, the fluid supply device 2 may comprise an inlet 11 of carrier gas, and a reservoir 10 of analyte A. Here, the reservoir 10 contains a diluent in which is located the analyte A. It comprises several fluidic lines which connect the inlet 11 of the carrier gas and the reservoir 10 on the one hand, to the inlet of the measurement chamber 4 on the other hand, and comprises valves and possibly mass flow regulators. It thus makes it possible to supply the measuring chamber 4 with the carrier gas (for example humid air with a concentration cp j of water) during the initial phase Phi and the purge phase Ph3, and with the gaseous sample (for humid air at cp ,f in water, analyte A, and diluent in the vapor phase) during the Ph2 characterization phase. It can be adapted to ensure that the concentration C A of the analyte A in the measurement chamber remains constant over time. Furthermore, the electronic nose further comprises a sensor 9 of the concentration cp of the parasitic species P, for example here a relative humidity sensor. The cp concentration sensor 9 can be arranged in the measurement chamber, or upstream or downstream of the latter. It is connected to the processing unit, which is suitable for calculating the variation in concentration Ac p =c P,f −c P i (or relative concentration) between the initial phase Phi and the characterization phase Ph2.
[0052] Or, il apparaît que la variation de concentration cP de l'espèce parasite P présente dans la chambre de mesure au cours de l'étape d'injection fluidique (phases Phi et Ph2) forme un bruit de mesure qui dégrade la qualité de la caractérisation. Ce bruit de mesure est un bruit lié à une différence non nulle de concentration cp au sein de la chambre de mesure entre la phase initiale Phi et la phase de caractérisation Ph2. Il s'agit d'un bruit de mesure dans la mesure où il est issu d'une variation temporelle d'un paramètre qui caractérise l'environnement à l'intérieur de la chambre de mesure et devrait normalement rester stationnaire au cours du temps. However, it appears that the concentration variation c P of the parasite species P present in the measurement chamber during the fluid injection step (phases Phi and Ph2) forms a measurement noise which degrades the characterization quality. This measurement noise is a noise linked to a non-zero difference in concentration cp within the measurement chamber between the initial phase Phi and the characterization phase Ph2. It is a measurement noise insofar as it results from a temporal variation of a parameter which characterizes the environment inside the measurement chamber and should normally remain stationary over time.
[0053] Cette problématique de bruit de mesure lié à Acp est particulièrement importante lorsque le procédé de caractérisation est effectué à partir de signaux utiles Sum(t), c'est-à-dire qu'il comporte une étape de soustraction de la valeur de référence Sm,i (baseline) au signal de mesure Sm(t) correspondant. En effet, le but de cette étape consiste à écarter de la caractérisation de l'analyte A l'effet associé à leur environnement et notamment l'effet du gaz porteur. Or, il apparaît que cette valeur de référence Sm i est représentative du gaz porteur lors de la phase initiale Phi, mais n'est plus nécessairement représentative du gaz porteur lors de la phase de caractérisation Ph2 puisque les propriétés physiques de ce gaz porteur dans la chambre de mesure ont pu changer (variation de la concentration cp de l'espèce parasite P). This problem of measurement noise linked to Acp is particularly important when the characterization method is carried out from useful signals Su m (t), that is to say that it comprises a step of subtracting the reference value S m ,i (baseline) to the corresponding measurement signal S m (t). In fact, the purpose of this step consists in ruling out from the characterization of the analyte A the effect associated with their environment and in particular the effect of the carrier gas. However, it appears that this reference value S mi is representative of the carrier gas during the initial phase Phi, but is no longer necessarily representative of the carrier gas during the characterization phase Ph2 since the physical properties of this carrier gas in the measurement chamber may have changed (variation in the concentration cp of the parasitic species P).
[0054] La figure 3A illustre trois motifs d'interaction, ou signatures, traduisant la caractérisation de différents échantillons gazeux, cette caractérisation étant effectuée par un procédé de caractérisation selon un exemple de l'art antérieur. Ces signatures Ml, M2 et M3 sont ici des représentations sous la forme d'un diagramme en radar des valeurs d'équilibres (stationnaires) Sum,f déterminées à partir des sensorgrammes Sum(t) dans le régime stationnaire d'équilibre Ph2.2 (cf. fig.lC). Ils permettent de mettre en évidence l'effet de la variation de concentration cp entre les phases d'injection fluidique Phi et Ph2, ici une concentration relative Acp, sur la caractérisation de l'analyte A. Pour obtenir ces signatures Ml, M2, M3, le gaz porteur est identique pour les trois essais et correspond à de l'air humide présentant une humidité relative initiale cpj de 12% environ. FIG. 3A illustrates three interaction patterns, or signatures, reflecting the characterization of different gaseous samples, this characterization being carried out by a characterization method according to an example of the prior art. These signatures M1, M2 and M3 are here representations in the form of a radar diagram of the (stationary) equilibrium values Su m,f determined from the sensorgrams Su m (t) in the steady state of equilibrium Ph2 .2 (see fig.lC). They make it possible to highlight the effect of the variation in concentration cp between the phases of fluidic injection Phi and Ph2, here a relative concentration Acp, on the characterization of the analyte A. To obtain these signatures M1, M2, M3 , the carrier gas is identical for the three tests and corresponds to humid air having an initial relative humidity cp j of approximately 12%.
[0055] Une première signature Ml correspond à un échantillon gazeux formé d'air humide avec une humidité relative cp,f égale à 50% environ et dont l'analyte A est des molécules de butanol. La mise en oeuvre du procédé de caractérisation présente ainsi une variation relativement importante de l'humidité relative dans la chambre de mesure, qui passe ici de cpj égale à 12% environ lors de la phase initiale Phi, à cp,f égale à 50% environ lors de la phase de caractérisation. Aussi, la valeur de référence Sm i est déterminée pour le gaz porteur (air humide à cP i de 12%) et la valeur d'équilibre est déterminée pour l'échantillon gazeux (air humide à cP,f de 50% avec l'analyte A) en soustrayant cette valeur de référence Sm i. Cette concentration relative AcP forme ainsi un bruit de mesure dont il importe de limiter l'effet pour que la signature Ml soit effectivement représentative uniquement des molécules de butanol. A first signature M1 corresponds to a gaseous sample formed from humid air with a relative humidity cp ,f equal to approximately 50% and whose analyte A is butanol molecules. The implementation of the characterization process thus presents a relatively large variation in the relative humidity in the measurement chamber, which here goes from cp j equal to approximately 12% during the initial phase Phi, to cp ,f equal to 50 % approximately during the characterization phase. Also, the reference value S mi is determined for the carrier gas (humid air at c P i of 12%) and the equilibrium value is determined for the gaseous sample (humid air at c P,f of 50% with the analyte A) by subtracting this reference value S mi . This relative concentration Ac P thus forms a measurement noise whose effect it is important to limit so that the signature M1 is effectively representative only of the butanol molecules.
[0056] Une deuxième signature M2 correspond à un échantillon gazeux formé d'air humide avec une humidité relative cp,f sensiblement égale à cpj (soit 12%), et dont l'analyte A est également des molécules de butanol. La mise en oeuvre du procédé de caractérisation permet, en soustrayant la valeur de référence Sm,i associée au gaz porteur (air humide à cpj), et dans la mesure où la variation d'humidité relative Acp est nulle, d'écarter l'effet de l'environnement gazeux pour ainsi caractériser les interactions seules de l'analyte A avec les récepteurs. Aussi, la signature M2 est représentative du seul analyte A puisqu'il n'y a pas de bruit de mesure associé à une variation d'humidité relative Acp. On remarque que la signature Ml ne se superpose pas à la signature M2, traduisant bien la présence du bruit de mesure associé à AcP dans le cas de Ml. Il importe donc d'être en mesure de corriger la signature Ml pour tendre vers la signature M2, laquelle est seule représentative de l'analyte, quand bien même il y a une différence d'humidité relative Acp dans la chambre de mesure entre la phase initiale Phi et la phase de caractérisation Ph2. A second signature M2 corresponds to a gaseous sample formed from humid air with a relative humidity cp ,f substantially equal to cp j (ie 12%), and whose analyte A is also butanol molecules. The implementation of the characterization method makes it possible, by subtracting the reference value S m,i associated with the carrier gas (humid air at cp j ), and insofar as the variation in relative humidity Acp is zero, to rule out the effect of the gaseous environment to thus characterize the interactions of analyte A with the receptors alone. Also, the signature M2 is representative of analyte A alone since there is no measurement noise associated with a variation in relative humidity Acp. Note that the signature M1 is not superimposed on the signature M2, clearly reflecting the presence of the measurement noise associated with Ac P in the case of M1. It is therefore important to be able to correct the signature M1 to tend towards the signature M2, which is the only representative of the analyte, even though there is a difference in relative humidity Acp in the measurement chamber between the initial phase Phi and the characterization phase Ph2.
[0057] La troisième signature M3 correspond à un échantillon gazeux formé seulement d'air humide avec une humidité relative cp,f égale à 50% environ. Ici, on mesure l'impact seul de la variation de la concentration relative AcP sur la caractérisation de l'air humide par le nez électronique, en l'absence d'analyte. Il apparaît que l'augmentation de la concentration relative AcP entre la phase initiale Phi et la phase de caractérisation Ph2 se traduit par une augmentation de la variation de réflectivité A%Rm des sites sensibles 6m. On remarque que la signature Ml (air humide avec Acp non nul et présence de l'analyte A) est située entre la signature M2 (air humide avec Acp nul et présence de l'analyte A) et la signature M3 (air humide avec Acp non nul et absence de l'analyte A), montrant bien l'effet du bruit de mesure associé à la concentration relative Acp non nulle sur la signature de l'analyte A. Il importe donc d'être en mesure de limiter voire écarter ce bruit de mesure pour améliorer la qualité de la caractérisation de l'analyte A. The third signature M3 corresponds to a gaseous sample formed solely of humid air with a relative humidity cp ,f equal to approximately 50%. Here, we measure the impact alone of the variation of the relative Ac P concentration on the characterization of humid air by the electronic nose, in the absence of analyte. It appears that the increase in the relative concentration Ac P between the initial phase Phi and the characterization phase Ph2 results in an increase in the variation in reflectivity A%R m of the sensitive sites 6 m . Note that the Ml signature (humid air with non-zero Acp and the presence of analyte A) is located between the M2 signature (humid air with zero Acp and the presence of analyte A) and the M3 signature (humid air with Acp non-zero and absence of the analyte A), clearly showing the effect of the measurement noise associated with the non-zero relative concentration Acp on the signature of the analyte A. It is therefore important to be able to limit or even rule out this measurement noise to improve the quality of analyte A characterization.
[0058] La figure 3B illustre des exemples d'évolution temporelle de la concentration cp de l'espèce parasite P présente dans la chambre de mesure lors de la phase initiale Phi et de la phase de caractérisation Ph2, du signal de mesure Sm(t) pour le site sensible 6m de rang m, et enfin du signal utile Su m (t ) . FIG. 3B illustrates examples of the temporal evolution of the concentration cp of the parasitic species P present in the measurement chamber during the initial phase Phi and the characterization phase Ph2, of the measurement signal S m ( t) for the sensitive site 6 m of rank m, and finally of the useful signal Su m (t).
[0059] La partie gauche des graphes correspond à la situation dans laquelle la concentration cp(t) reste constante entre les deux phases d'injection fluidique Phi et Ph2. Lors de la phase initiale Phi, seul le gaz porteur est présent dans la chambre de mesure : l'espèce parasite P présente une concentration de valeur CPJ, ce qui se traduit par un signal de mesure Sm(t) ayant une valeur de référence Sm,i. Lors de la phase Ph2, l'échantillon gazeux à analyser est introduit dans la chambre de mesure. Du fait de la présence de l'analyte A et comme la concentration cp(t) reste constante, le signal de mesure Sm(t) tend vers une valeur stationnaire Sm,f supérieure à Sm i. Pour obtenir le signal utile Sum(t), on soustrait au signal de mesure Sm(t) sa valeur initiale Sm i, de sorte que la signature est le vecteur Su formé des M valeurs Sum,f obtenues. The left part of the graphs corresponds to the situation in which the concentration cp(t) remains constant between the two fluidic injection phases Phi and Ph2. During the initial phase Phi, only the carrier gas is present in the measurement chamber: the parasitic species P has a concentration of CPJ value, which results in a measurement signal S m (t) having a reference value Sm ,i. During phase Ph2, the gaseous sample to be analyzed is introduced into the measurement chamber. Due to the presence of the analyte A and since the concentration c p (t) remains constant, the measurement signal S m (t) tends towards a stationary value S m ,f greater than S mi . To obtain the useful signal Su m (t), one subtracts from the measurement signal S m (t) its initial value S mi , so that the signature is the vector Su formed of the M values Su m,f obtained.
[0060] La partie droite des graphes correspond à la situation dans laquelle la concentration cp(t) varie entre les deux phases d'injection fluidique Phi et Ph2. Ainsi, lors de la phase initiale Phi, seul le gaz porteur est présent dans la chambre de mesure : l'espèce parasite P présente une concentration de valeur CPJ, ce qui se traduit par un signal de mesure Sm(t) ayant une valeur de référence Sm,i. Cependant, lors de la phase Ph2, l'introduction de l'échantillon gazeux conduit à ce que la concentration cp(t) de l'espèce parasite P varie, ici augmente jusqu'à une valeur cp,f, supérieure de Acp vis-à-vis de la valeur de référence CPJ. The right part of the graphs corresponds to the situation in which the concentration cp(t) varies between the two fluidic injection phases Phi and Ph2. Thus, during the initial phase Phi, only the carrier gas is present in the measurement chamber: the parasitic species P has a concentration of CPJ value, which results in a measurement signal S m (t) having a value of reference S m ,i. However, during the Ph2 phase, the introduction of the gaseous sample leads to this that the concentration cp(t) of the parasitic species P varies, here increases up to a value cp ,f , higher than Acp with respect to the reference value CPJ.
[0061] Cette variation de la concentration de l'espèce parasite P se traduit par une variation du signal de mesure Sm(t) au cours de cette phase Ph2, qui tend ici jusqu'à une valeur Sm,f supérieure de ASm vis-à-vis du cas où il n'y a pas de variation de la concentration cP (courbe en pointillé). Il s'ensuit alors que le signal utile Sum(t) présente un bruit de mesure d'une valeur ASm qui dépend de l'écart AcP. Il s'agit alors, pour caractériser l'analyte A, d'évaluer le bruit de mesure ASm et de le soustraire au signal de mesure Sm(t) avec la valeur de référence Sm,i. This variation in the concentration of the parasite species P results in a variation in the measurement signal S m (t) during this phase Ph2, which here tends to a value S m,f greater than AS m with respect to the case where there is no variation in the concentration c P (dotted curve). It then follows that the useful signal Su m (t) presents a measurement noise of a value AS m which depends on the deviation Ac P . It is then a question, in order to characterize the analyte A, of evaluating the measurement noise AS m and of subtracting it from the measurement signal S m (t) with the reference value S m,i .
[0062] Pour soustraire le bruit de mesure ASm(Acp) du signal de mesure Sm(t), une approche peut consister à effectuer, au préalable de l'étape de caractérisation, une étape de calibration. La demande de brevet FR1913555 déposée le 29 novembre 2019 décrit un procédé de caractérisation comportant une telle étape de calibration. La calibration préalable revient à déterminer une fonction de correction exprimant l'évolution de la valeur de référence Smj du signal de mesure Sm(t) associé à l'espèce parasite P seule (c'est-à-dire sans l'analyte A) en fonction de sa concentration cp. Ainsi, lors de l'étape de caractérisation, au lieu de soustraire à la valeur stationnaire Sm,f la valeur de référence Smj déterminée lors de la phase initiale Phi dans laquelle la concentration cp présente la Cp, j, on soustrait la valeur Sm,i issue de la fonction de correction correspondant à la valeur cp,f effective lors de la phase Ph2. To subtract the measurement noise AS m (Acp) from the measurement signal S m (t), one approach may consist in carrying out, prior to the characterization step, a calibration step. Patent application FR1913555 filed on November 29, 2019 describes a characterization method comprising such a calibration step. The preliminary calibration amounts to determining a correction function expressing the evolution of the reference value S mj of the measurement signal S m (t) associated with the parasitic species P alone (that is to say without the analyte A) as a function of its concentration cp. Thus, during the characterization step, instead of subtracting from the stationary value S m,f the reference value S mj determined during the initial phase Phi in which the concentration cp presents the Cp ,j , we subtract the value S m,i issued from the correction function corresponding to the effective value cp ,f during phase Ph2.
[0063] Cependant, il apparaît que l'affinité kP de l'espèce parasite P avec les récepteurs peut être impactée par la présence de l'analyte A. A titre d'exemple, lorsque l'espèce parasite P est des molécules d'eau (eau en phase vapeur) et que l'analyte A sont hydrophiles ou hydrophobes, l'analyte A adsorbé sur les récepteurs peuvent induire une force d'attraction ou de répulsion des molécules d'eau, modifiant en conséquence l'affinité kp de l'espèce parasite P. On note alors l'affinité kp|A comme étant l'affinité de l'espèce parasite P en présence de l'analyte A. L'étape de calibration peut alors ne pas estimer précisément le bruit de mesure effectif lors de la phase de caractérisation Ph2 dans la mesure où les interactions de l'espèce parasite P avec les récepteurs sont influencées par la présence de l'analyte A. However, it appears that the affinity k P of the parasitic species P with the receptors can be impacted by the presence of the analyte A. By way of example, when the parasitic species P is molecules of water (water in the vapor phase) and analyte A are hydrophilic or hydrophobic, analyte A adsorbed on the receptors can induce a force of attraction or repulsion of water molecules, modifying the affinity kp accordingly of the parasite species P. The affinity kp |A is then noted as being the affinity of the parasite species P in the presence of the analyte A. The calibration step may then not accurately estimate the measurement noise effective during the Ph2 characterization phase insofar as the interactions of the parasite species P with the receptors are influenced by the presence of the analyte A.
[0064] Aussi, le procédé de caractérisation selon l'invention repose sur l'idée d'estimer le bruit de mesure à partir des interactions de l'espèce parasite P avec les récepteurs en présence de l'analyte A, et non pas, comme dans l'approche à calibration préalable, en l'absence de l'analyte A. Pour cela, le procédé de caractérisation prévoit d'effectuer, dans un premier temps, des acquisitions des valeurs stationnaires Su(n,m)f du signal utile Su(n,m)(t) pour N échantillons gazeux différents, qui contiennent les mêmes espèces chimiques, à savoir le même analyte A et la ou les mêmes espèces parasites P, mais pour lesquels la concentration relative AcP(n) est différente d'une acquisition n à l'autre n+1. On obtient alors une matrice de premières signatures SUA,P (i.e signatures non corrigées) représentative des interactions de l'analyte A et de l'espèce parasite P avec les récepteurs, et l'on obtient un vecteur de concentration relative AcP de l'espèce chimique P au cours des N acquisitions. Dans un second temps, un problème d'optimisation est résolu, à partir de la matrice de premières signatures SuA,p et du vecteur de concentration relative AcP, permettant d'obtenir une matrice de signatures corrigées SucnA, lesquelles sont représentatives des seules interactions de l'analyte A avec les récepteurs lors des N acquisitions. Ces signatures corrigées fournissent alors une caractérisation de l'analyte A pour chacun des échantillons gazeux. Also, the characterization method according to the invention is based on the idea of estimating the measurement noise from the interactions of the parasitic species P with the receptors in the presence of the analyte A, and not, as in the prior calibration approach, in the absence of the analyte A. For this, the characterization method provides for carrying out, initially, acquisitions of the stationary values Su (n,m)f of the signal useful Su (n,m) (t) for N different gas samples, which contain the same chemical species, namely the same analyte A and the same species or species parasites P, but for which the relative concentration Ac P(n) is different from one acquisition n to another n+1. We then obtain a matrix of first signatures SUA,P (ie uncorrected signatures) representative of the interactions of the analyte A and of the parasite species P with the receptors, and we obtain a vector of relative concentration Ac P of the chemical species P during the N acquisitions. In a second step, an optimization problem is solved, from the matrix of first signatures Su A,p and the vector of relative concentration Ac P , making it possible to obtain a matrix of corrected signatures Sucn A , which are representative of the only interactions of analyte A with the receptors during the N acquisitions. These corrected signatures then provide a characterization of analyte A for each of the gaseous samples.
[0065] Dans les exemples de procédé de caractérisation qui suivent, ce problème d'optimisation peut être résolu en deux temps : il s'agit alors du premier mode de réalisation (organigrammes de la fig.4 et de la fig.5). En variante, il peut être résolu en un temps : il s'agit du deuxième mode de réalisation (organigramme de la fig.6). D'autres méthodes de résolution de ce problème d'optimisation sont bien entendu possibles. In the examples of characterization method which follow, this optimization problem can be solved in two stages: this is then the first embodiment (flowcharts of FIG. 4 and FIG. 5). As a variant, it can be solved in one step: this is the second embodiment (flowchart of FIG. 6). Other methods of solving this optimization problem are of course possible.
[0066] La figure 4 est un organigramme d'un procédé de caractérisation de l'analyte A selon un premier mode de réalisation, qui permet d'améliorer la qualité de la caractérisation de l'analyte A en réduisant voire en écartant le bruit de mesure lié à la concentration relative AcP non nulle entre les phases d'injection Phi et Ph2. L'analyte A est contenu dans des échantillons gazeux, ces derniers comportant également au moins une espèce chimique parasite P. Dans cet exemple, l'espèce parasite P est des molécules d'eau, mais il peut s'agir d'une ou plusieurs autres espèces parasites, comme l'éthanol et le sulfure d'hydrogène, entre autres. [0066] FIG. 4 is a flowchart of a method for characterizing analyte A according to a first embodiment, which makes it possible to improve the quality of the characterization of analyte A by reducing or even eliminating the noise of measurement linked to the non-zero relative Ac P concentration between the Phi and Ph2 injection phases. The analyte A is contained in gaseous samples, the latter also comprising at least one parasitic chemical species P. In this example, the parasitic species P is water molecules, but it may be one or more other parasitic species, such as ethanol and hydrogen sulphide, among others.
[0067] Comme indiqué précédemment, lors d'une première phase 100, on acquiert N premières signatures (signatures non corrigées) des échantillons gazeux, qui sont donc représentatives des interactions de l'analyte A et de l'espèce parasite P avec les récepteurs. Ensuite, lors d'une deuxième phase 200, on résout un problème d'optimisation de manière à estimer la contribution de l'espèce parasite P dans les premières signatures, pour alors obtenir les signatures corrigées caractérisant alors le seul analyte A. As indicated previously, during a first phase 100, N first signatures (uncorrected signatures) of the gaseous samples are acquired, which are therefore representative of the interactions of the analyte A and of the parasite species P with the receptors . Then, during a second phase 200, an optimization problem is solved so as to estimate the contribution of the parasite species P in the first signatures, in order to then obtain the corrected signatures then characterizing the only analyte A.
[0068] Phase 100 : Acquisition de N premières signatures, avec N>1, des échantillons gazeux contenant l'analyte A et l'espèce parasite P. Phase 100: Acquisition of N first signatures, with N>1, of the gaseous samples containing the analyte A and the parasitic species P.
[0069] Les étapes suivantes 110 à 140 sont effectuées N fois, avec N>1, à chaque fois pour un échantillon gazeux différent, ces N échantillons gazeux contenant l'analyte A et l'espèce parasite P, et diffèrent entre eux au moins par la concentration cP de l'espèce parasite P lors de la phase d'injection Ph2. Chaque phase d'acquisition est notée par un indicateur n, entier non nul, allant de 1 à N. Notons que plus N est grand, meilleure sera la qualité de l'estimation de la signature de l'eau et donc la correction des premières signatures. The following steps 110 to 140 are carried out N times, with N>1, each time for a different gaseous sample, these N gaseous samples containing the analyte A and the parasite species P, and differ from each other at least by the concentration c P of the parasitic species P during the phase Ph2 injection. Each acquisition phase is denoted by an indicator n, a nonzero integer, ranging from 1 to N. Note that the larger N, the better the quality of the estimation of the water signature and therefore the correction of the first signatures.
[0070] Lors d'une première étape 110, on réalise une injection d'un gaz porteur G(n) dans la chambre de mesure : il s'agit de la phase d'injection fluidique Phi mentionnée précédemment. Le gaz porteur G(n) ne contient pas l'analyte A. Il peut contenir, ou non, l'espèce parasite P : la concentration cP(n)i peut donc être non nulle ou nulle. Il peut également comporter d'autres espèces chimiques, mais qui n'ont pas d'interactions de type adsorption/désorption avec les récepteurs des sites sensibles 6m : il ne s'agit donc pas d'espèces dites parasites. During a first step 110, a carrier gas G (n) is injected into the measurement chamber: this is the fluidic injection phase Phi mentioned above. The carrier gas G (n) does not contain the analyte A. It may or may not contain the parasitic species P: the concentration c P(n)i may therefore be non-zero or zero. It may also include other chemical species, but which do not have adsorption/desorption type interactions with the receptors of the 6 m sensitive sites: these are therefore not so-called parasitic species.
[0071] On réalise ensuite l'injection de l'échantillon gazeux E(n) dans la chambre de mesure : il s'agit de la phase d'injection fluidique Ph2 mentionnée précédemment. L'échantillon gazeux E(n) de rang n comporte l'analyte A en concentration CA(n) et l'espèce parasite P en concentration cp(n)f. Ici également, l'échantillon gazeux peut comporter des espèces chimiques n'ayant pas d'interactions avec les récepteurs. Aussi, seuls l'analyte A et l'espèce parasite P ont des interactions avec les récepteurs et induisent une variation du signal de mesure S(n,m)(t). The gaseous sample E (n) is then injected into the measurement chamber: this is the fluidic injection phase Ph2 mentioned above. The gaseous sample E (n) of rank n comprises the analyte A in concentration C A(n) and the parasite species P in concentration cp (n)f . Here also, the gaseous sample may comprise chemical species which do not interact with the receptors. Also, only the analyte A and the parasitic species P have interactions with the receptors and induce a variation of the measurement signal S (n,m) (t).
[0072] Lors de l'étape 120, en parallèle de l'étape 110, on détermine les signaux de mesure S(n,m)(t) associés aux sites sensibles 6m, avec m allant de 1 à M, avec M>1. Ces signaux de mesure S(n,m)(t) sont donc représentatifs, lors de la phase d'injection fluidique Phi (gaz porteur G(n) seul), des interactions de l'espèce parasite P, puis, lors de la phase d'injection fluidique Ph2 (échantillon gazeux E(n)), des interactions de l'analyte A et de l'espèce parasite P. During step 120, in parallel with step 110, the measurement signals S (n,m) (t) associated with the sensitive sites 6 m are determined, with m ranging from 1 to M, with M >1. These measurement signals S (n,m) (t) are therefore representative, during the fluidic injection phase Phi (carrier gas G (n) alone), of the interactions of the parasitic species P, then, during the fluidic injection phase Ph2 (gaseous sample E (n) ), of the interactions of the analyte A and the parasite species P.
[0073] Lors de l'étape 130, on détermine la valeur de référence S(n,m)i (baseline) associée au gaz porteur lors de la phase d'injection Phi, et on la soustrait à la valeur stationnaire S(n,m)f du signal de mesure S(n,m)(t) déterminée lors de la phase d'injection Ph2. On obtient ainsi une signature Su(n,m)f = S(n,m)f - S(n,m)i pour chaque site sensible m, associée à l'échantillon gazeux E(h> pour l'acquisition de rang n. During step 130, the reference value S (n,m)i (baseline) associated with the carrier gas during the injection phase Phi is determined, and it is subtracted from the stationary value S (n ,m)f of the measurement signal S (n,m) (t) determined during the injection phase Ph2. A signature Su (n,m)f = S(n,m)f - S(n,m)i is thus obtained for each sensitive site m, associated with the gaseous sample E (h > for rank acquisition not.
[0074] Lors de l'étape 140, on mesure la valeur cp(n)i de la concentration de l'espèce P lors de la phase d'injection Phi, puis la valeur cp(n>f lors de la phase d'injection Ph2, et on détermine l'écart Acp(n) = cp(n)f - cp(n)i de concentration (ou concentration relative). During step 140, the value cp (n)i of the concentration of the species P during the injection phase Phi is measured, then the value cp (n > f during the phase of injection Ph2, and the difference Acp (n) = cp (n) f - cp (n) i of concentration (or relative concentration) is determined.
[0075] On réitère les étapes précédentes N fois, de manière à obtenir N premières signatures Su(n,m)f pour N allant de 1 à N, et m allant de 1 à M. D'une itération à l'autre, donc entre n et n+1, les échantillons gazeux correspondants E(n) et E(n+i) diffèrent entre eux essentiellement par l'écart Acp(n) ¹ Acp(n+i) : on a donc N écarts AcP de valeurs différentes les unes des autres. Notons que la concentration cA de l'analyte A peut varier, ou non, d'un échantillon gazeux à l'autre. [0076] Lors de l'étape 150, on forme une matrice de premières signatures SUA,P représentatives des interactions de l'analyte A et de l'espèce parasite P avec les récepteurs des sites sensibles. Cette matrice est de dimension NxM et est formée des valeurs Su(n,m)f. Autrement dit, chaque ligne de rang n représente la signature associée à l'échantillon gazeux E(n), c'est-à-dire les M valeurs de mesure utile Su(n,m)f des sites sensibles 6m. On forme également un vecteur de concentration relative p formé des N valeurs déterminées de l'écart de concentration AcP(n). Ce vecteur est ici un vecteur colonne de dimension Nxl. The previous steps are repeated N times, so as to obtain N first signatures Su (n,m)f for N ranging from 1 to N, and m ranging from 1 to M. From one iteration to another, therefore between n and n+1, the corresponding gas samples E (n) and E (n+i) differ between them essentially by the difference Acp (n) ¹ Acp (n+i) : we therefore have N differences Ac P of different values from each other. Note that the concentration c A of analyte A may or may not vary from one gas sample to another. During step 150, a matrix of first signatures SUA,P representative of the interactions of the analyte A and of the parasitic species P with the receptors of the sensitive sites is formed. This matrix is of dimension NxM and is formed of the values Su (n,m)f . In other words, each row of rank n represents the signature associated with the gaseous sample E (n) , that is to say the M useful measurement values Su (n,m)f of the sensitive sites 6 m . A relative concentration vector p formed of the N determined values of the concentration difference Ac P(n) is also formed. This vector is here a vector Nxl dimension column.
[0077] Phase 200 : Résolution d'un problème d'optimisation de manière à obtenir N signatures corrigées, caractérisant l'analyte A présent dans les N échantillons gazeux. Phase 200: Resolution of an optimization problem so as to obtain N corrected signatures, characterizing the analyte A present in the N gaseous samples.
[0078] D'une manière générale, on cherche une solution estimée dont le produit cAkJ forme une matrice de signatures corrigées SucA caractérisant l'analyte A présent dans les N échantillons gazeux, la solution estimée minimisant la fonction-objectif et maximisant la fonction-objectif . Les variables de ce problème d'optimisation sont c cA est un vecteur de concentration de l'analyte A, de dimension Nxl, formé des N valeurs de concentration cA(n) des échantillons gazeux ; kA est un vecteur d'affinité de l'analyte A, de dimension M, formé des M valeurs d'une affinité d'interaction de l'analyte A avec les récepteurs des sites sensibles ; kP|A est un vecteur d'affinité de l'espèce chimique parasite P, de dimension M, formé des M valeurs d'une affinité d'interaction de l'espèce chimique parasite P avec les récepteurs des sites sensibles en présence de l'analyte A. [0078] In general, we are looking for an estimated solution whose product c A kJ forms a matrix of corrected signatures Suc A characterizing the analyte A present in the N gaseous samples, the estimated solution minimizing the objective function and maximizing the objective-function. The variables of this problem optimization are c c A is a concentration vector of analyte A, of dimension N×1, formed of the N concentration values c A (n) of the gaseous samples; k A is an affinity vector of the analyte A, of dimension M, formed of the M values of an affinity of interaction of the analyte A with the receptors of the sensitive sites; k P|A is a vector of affinity of the parasitic chemical species P, of dimension M, formed of the M values of an affinity of interaction of the parasitic chemical species P with the receptors of the sensitive sites in the presence of l analyte A.
[0079] Lors d'une étape 210, on résout le problème d'optimisation suivant : During a step 210, the following optimization problem is solved:
[0080] Autrement dit, on détermine les solutions, ici locales, minimisant la fonction-coût f telle que : Cela revient à minimiser l'erreur quadratique, ici au sens de la norme de Frobenius, entre la matrice de premières signatures SuA,p et le terme Comme indiqué précédemment, les termes , sont les variables à optimiser, et les termes SuA,p et Acp sont des données ayant été déterminées lors de l'étape 150. La fonction f (et la fonction g) est appelée ici « fonction-coût », mais elle peut être appelée « coût », « fonction- objectif », « objectif », voire encore « critère ». Notons que minimiser une fonction-coût f est équivalent de maximiser la fonction -f. [0081] Différentes techniques connues de résolution des problèmes d'optimisation peuvent être mises en oeuvre, par exemple une descente de gradient sur l'ensemble des paramètres ou une descente de gradient par bloc où chaque paramètre est optimisé en considérant les autres paramètres comme fixes. Dans les deux cas, il est nécessaire de partir d'un tirage aléatoire des conditions initiales du fait de la non-convexité de la fonction-objectif qui rend difficile la recherche de l'optimum. On obtient alors une pluralité de solutions locales, notées In other words, we determine the solutions, local here, minimizing the cost function f such that: This amounts to minimizing the quadratic error, here in the sense of Frobenius norm, between the matrix of first signatures Su A,p and the term As indicated previously, the terms , are the variables to be optimized, and the terms Su A,p and Acp are data having been determined during step 150. The function f (and the function g) is called here “cost-function”, but it can be called “cost”, “cost-function”. objective”, “objective”, or even “criterion”. Note that minimizing a cost function f is equivalent to maximizing the function -f. Various known techniques for solving optimization problems can be implemented, for example a gradient descent on all the parameters or a gradient descent by block where each parameter is optimized by considering the other parameters as fixed. . In both cases, it is necessary to start from a random selection of the initial conditions because of the non-convexity of the objective-function which makes it difficult to find the optimum. We then obtain a plurality of local solutions, denoted
Autrement dit, on obtient Q solutions locales, formées chacune des vecteurs estimés In other words, we obtain Q local solutions, each formed of the estimated vectors
[0082] Lors de l'étape 220, on résout le problème d'optimisation suivant : [0082] During step 220, the following optimization problem is solved:
[0083] Cela revient ici, à déterminer la solution, parmi les solutions locales déterminées précédemment, maximisant la fonction-coût g telle que This amounts here to determining the solution, among the local solutions previously determined, maximizing the cost function g such that
[0084] Pour cela, lors de l'étape 221, on détermine une matrice de signatures corrigées SucA (q) pour chacune des Q solutions locales : Ainsi, en soustrayant la contribution estimée A ^ de l'espèce parasite P dans la matrice de premières signaturesFor this, during step 221, a matrix of corrected signatures Suc A (q) is determined for each of the Q local solutions: Thus, by subtracting the estimated contribution A ^ of the parasite species P in the matrix of first signatures
SuA P, on ne garde que la contribution utile c'est-à-dire celle liée à l'analyte A. Il s'agit alors de déterminer quelle solution, parmi les Q solutions locales déterminées, maximise la contribution utile (et donc la fonction-coût g). Su AP , only the useful contribution is kept, i.e. that linked to the analyte A. This is then to determine which solution, among the Q determined local solutions, maximizes the useful contribution (and therefore the cost function g).
[0085] On normalise également chacune des Q matrices de signatures corrigées SucA (q) pour ainsi obtenir Q matrices de signatures corrigées et normalisées SucnA (q). Ainsi, on calcule, pour chacune des signatures corrigées de rang n Each of the Q corrected signature matrices Suc A (q) is also normalized to thus obtain Q corrected and normalized signature matrices Sucn A (q) . Thus, we calculate, for each of the corrected signatures of rank n
[0086] Lors de l'étape 222, on détermine ensuite quelle solution qf, parmi les Q solutions locales, présente un score de variance minimal. Pour cela, on calcule un score de variance V pour chacune des Q matrices SucnA (q), et on identifie celle qui présente un score minimal. Le score de variance est ici la trace de la matrice de covariance pour chacune des solutions locales, c'est-à-dire la somme de la variance de chaque capteur m pour chaque solution locale q. Plus précisément, le score de variance peut être, à un facteur multiplicatif près : où est un vecteur unité de dimension N, et où est un vecteur de dimension M où chaque valeur m est la moyenne des signatures corrigées normalisées pour le site sensible 6m de rang m. La solution de rang qf, parmi les Q solutions locales, correspond alors aux vecteurs dont le produit est égal à la matrice de signatures corrigées During step 222, it is then determined which solution qf, among the Q local solutions, has a minimum variance score. To do this, a variance score V is calculated for each of the Q matrices Sucn A (q) , and the one which has a minimum score is identified. The variance score here is the trace of the covariance matrix for each of the local solutions, ie the sum of the variance of each sensor m for each local solution q. More precisely, the variance score can be, up to a multiplicative factor: where is an N-dimensional unit vector, and where is an M-dimensional vector where each m-value is the average of the normalized corrected signatures for the site sensitive 6 m row m. The solution of rank qf, among the Q local solutions, then corresponds to the vectors whose product is equal to the matrix of corrected signatures
[0087] Ainsi, grâce au procédé de détermination selon ce premier mode de réalisation, on a déterminé les signatures Sucnj^ qui caractérisent effectivement et uniquement l'analyte A pour les N échantillons gazeux, malgré la présence de l'espèce parasite P, et sans avoir recours à une étape préalable de calibration. Le procédé de caractérisation fournit alors des signatures de l'analyte A plus précises puisque le bruit de mesure AcPkJ>|A est estimé en présence de l'analyte A et non pas en l'absence de ce dernier (ce qui est le cas dans le cadre de la calibration préalable). Thus, thanks to the determination method according to this first embodiment, the signatures Sucnj ^ have been determined which effectively and only characterize the analyte A for the N gaseous samples, despite the presence of the parasitic species P, and without resorting to a prior calibration step. The characterization process then provides more precise signatures of analyte A since the measurement noise Ac P kJ >|A is estimated in the presence of analyte A and not in the absence of the latter (which is the case as part of the prior calibration).
[0088] La figure 5 est un organigramme d'un procédé de caractérisation de l'analyte A selon une variante du premier mode de réalisation. Cette variante se distingue du procédé de la fig.4 essentiellement par la manière d'optimiser la fonction-coût g. FIG. 5 is a flowchart of a method for characterizing analyte A according to a variant of the first embodiment. This variant differs from the method of FIG. 4 essentially by the way of optimizing the cost function g.
[0089] Le procédé comporte une phase 100 d'acquisition de N premières signatures. Cette phase 100 peut être identique ou similaire à celle décrite en référence à la fig.4. Elle peut donc comporter les étapes 110 à 150, et n'est donc pas détaillée à nouveau ici. The method comprises a phase 100 of acquisition of N first signatures. This phase 100 can be identical or similar to that described with reference to FIG. It can therefore include steps 110 to 150, and is therefore not detailed again here.
[0090] Il comporte ensuite une phase 200 de résolution d'un problème d'optimisation consistant à minimiser la fonction-coût f puis à maximiser la fonction-coût g. L'étape 210 de minimisation de la fonction-coût f peut être identique à celle décrite précédemment et n'est pas explicitée à nouveau ici. It then includes a phase 200 of solving an optimization problem consisting of minimizing the cost function f then maximizing the cost function g. The step 210 of minimizing the cost function f can be identical to that described previously and is not explained again here.
[0091] L'étape 230 consiste à maximiser la fonction-coût g à partir des Q solutions locales obtenues à la suite de l'étape 210. Cela revient ici, à déterminer la solution, parmi les solutions locales déterminées précédemment, maximisant la fonction-coût g telle que g The step 230 consists in maximizing the cost function g from the Q local solutions obtained following step 210. This amounts here to determining the solution, among the local solutions determined previously, maximizing the function -cost g such that g
[0092] Lors de l'étape 231, on détermine la matrice de signatures corrigées SUCA (c,) pour chacune des Q solutions locales : Cette étape est identique à l'étape 221. Cependant, à la différence de l'étape 221, on ne procède pas à la normalisation des Q matrices de signatures corrigées During step 231, the matrix of corrected signatures SUC A (c,) is determined for each of the Q local solutions: This step is identical to step 221. However, unlike step 221, the normalization of the Q matrices of corrected signatures is not carried out
[0093] Lors de l'étape 232, on détermine ensuite quelle solution (de rang noté qf), parmi les Q solutions locales, présente une norme maximale, ici au sens de la norme de Frobenius. Pour cela, on calcule la norme pour chacune des Q solutions locales, et on identifie celle qui présente une norme maximale. Comme précédemment, la solution de rang qf, parmi les Q. solutions locales, correspond alors aux vecteurs dont le produit c est égal à la matrice de signatures corrigées Suc^qf\ [0094] On normalise ensuite la matrice de signatures corrigées During step 232, it is then determined which solution (of rank denoted qf), among the Q local solutions, has a maximum norm, here within the meaning of the Frobenius norm. For it, we calculate the norm for each of the Q local solutions, and we identify the one that presents a maximum standard. As before, the solution of rank qf, among the Q. local solutions, then corresponds to the vectors whose product c is equal to the matrix of corrected signatures Suc^ qf \ [0094] We then normalize the matrix of corrected signatures
. Ainsi, grâce au procédé de détermination selon cette variante de réalisation, on a déterminé les signatures qui caractérisent effectivement et uniquement l'analyte A pour les N échantillons gazeux sans avoir recours à une étape préalable de calibration. Le procédé de caractérisation fournit alors des signatures de l'analyte A plus précises. . Thus, thanks to the determination method according to this variant embodiment, we determined the signatures which effectively and only characterize the analyte A for the N gaseous samples without having recourse to a prior calibration step. The characterization process then provides more accurate Analyte A signatures.
[0095] La figure 6 est un organigramme d'un procédé de caractérisation de l'analyte A selon un deuxième mode de réalisation. Ce procédé se distingue des procédés des fig.4 et fig.5 essentiellement par la manière d'optimiser les deux fonctions-coût f et g. FIG. 6 is a flowchart of a method for characterizing analyte A according to a second embodiment. This method differs from the methods of fig.4 and fig.5 essentially by the way of optimizing the two cost functions f and g.
[0096] Le procédé comporte une phase 100 d'acquisition de N premières signatures. Cette phase 100 peut être identique ou similaire à celle décrite en référence à la fig.4. Elle peut donc comporter les étapes 110 à 150, et n'est donc pas détaillée à nouveau ici. The method comprises a phase 100 of acquisition of N first signatures. This phase 100 can be identical or similar to that described with reference to FIG. It can therefore include steps 110 to 150, and is therefore not detailed again here.
[0097] Il comporte ensuite une phase 300 de résolution d'un problème d'optimisation consistant, dans le même temps, à minimiser la fonction-coût et à maximiser la fonction-coût g = SuA P — AcPkP|A). Cela revient à minimiser la fonction suivante J suivante : It then includes a phase 300 of solving an optimization problem consisting, at the same time, in minimizing the cost function and maximizing the cost-function g = Su AP — Ac P k P|A ). This amounts to minimizing the following function J:
[0098] Ce problème d'optimisation est résolu ici par un algorithme itératif avec une condition de convergence. Ainsi, après une étape 311 d'initialisation, on effectue les étapes 312 et 313 de manière itérative, jusqu'à ce qu'un critère de convergence soit vérifié. On n'a donc pas à effectuer un grand nombre d'initialisations aléatoires, dans la mesure où chaque initialisation permet d'aboutir à la solution globale (pas de solutions locales). Notons ici que, pour cela, les valeurs du vecteur Acp sont toutes positives (augmentation de la concentration cP(n) entre la phase d'injection fluidique Phi et la phase d'injection fluidique Ph2). [0099] Ainsi, lors de l'étape 311, pour l'indicateur d'itération i=0, on initialise l'algorithme itératif en attribuant une valeur initiale aux trois variables A Ces valeurs initiales peuvent être choisies de manière quelconque. This optimization problem is solved here by an iterative algorithm with a convergence condition. Thus, after an initialization step 311, steps 312 and 313 are carried out iteratively, until a convergence criterion is verified. One thus does not have to carry out a great number of random initializations, insofar as each initialization makes it possible to lead to the total solution (no local solutions). Note here that, for this, the values of the vector Acp are all positive (increase in the concentration c P(n) between the fluidic injection phase Phi and the fluidic injection phase Ph2). Thus, during step 311, for the iteration indicator i=0, the iterative algorithm is initialized by assigning an initial value to the three variables A. These initial values can be chosen in any way.
[00100] Lors de l'étape 312, on détermine ensuite la valeur à i+1 (ici i=l) de la variable compte tenu des valeurs à i (ici i=0) des variables On utilise ici la méthode du point fixe, dans la mesure où il apparaît qu'écrire que le jacobien de la fonction J en fonction de la variable kP|A est égal à zéro est une équation de forme ( ) [00100] During step 312, the value at i+1 (here i=1) of the variable is then determined given the values at i (here i=0) of the variables Here we use the fixed point method, insofar as it appears that writing the Jacobian of the function J as a function of the variable k P | A equals zero is an equation of the form ( )
[00101] Aussi, on résout, par exemple de manière itérative, l'équation : manière à obtenir la valeur La méthode revient à appliquer successivement la fonction h jusqu'à convergence. Also, we solve, for example iteratively, the equation: way to obtain the value The method amounts to successively applying the function h until convergence.
[00102] Lors de l'étape 313, on détermine ensuite les valeurs à i+1 (ici i=l) des variables compte tenu de la valeur ^ qui vient d'être déterminée. Pour cela, on procède ici à une décomposition en valeurs singulières (SVD, pour Singular Value Décomposition, en anglais) de la matrice de résidu R telle que R = SuA P — AcPkp|A. Dans cet exemple, N est supérieur à M : N > M. Ainsi, la matrice de résidu R peut être factorisée sous la forme : R = UåVT, où U est une matrice de dimensions NxM dont la première colonne um de rang m est proportionnelle au vecteur CA de concentration de l'analyte A, où å est une matrice de dimensions MxM dont les éléments diagonaux (om)i< <M sont les valeurs singulières de la matrice de résidu R, et où V est une matrice de dimensions MxM dont la première colonne vm de rang m est proportionnelle au vecteur d'affinité I<A. [00102] During step 313, the values at i+1 (here i=1) of the variables are then determined, taking into account the value ^ which has just been determined. For this, we proceed here to a singular value decomposition (SVD, for Singular Value Decomposition, in English) of the residual matrix R such that R = Su AP — Ac P kp| A. In this example, N is greater than M: N > M. Thus, the residual matrix R can be factorized in the form: R = UåV T , where U is a matrix of dimensions NxM whose first column u m of rank m is proportional to the concentration vector CA of analyte A, where å is a matrix of dimensions MxM whose diagonal elements (o m )i <<M are the singular values of the residual matrix R, and where V is a matrix of dimensions MxM whose first column v m of rank m is proportional to the affinity vector I<A.
[00103] Aussi, l'approximation de rang 1 de la décomposition en valeurs singulières de la matrice de résidu R est égale à [00103] Also, the approximation of rank 1 of the singular value decomposition of the residual matrix R is equal to
[00104] Lors de l'étape 314, on détermine si un critère de convergence est vérifié ou non. Il peut s'agir de comparer la variation entre i et i+1 de l'une et/ou l'autre des variables à une valeur seuil prédéfinie. Lorsque cette variation est supérieure à ce seuil, on réitère les étapes 312 et 313 en incrémentant l'indicateur i d'une unité. En revanche, lorsque cette variation est inférieure ou égale à ce seuil, on passe à l'étape suivante. [00104] During step 314, it is determined whether a convergence criterion is verified or not. This may involve comparing the variation between i and i+1 of one and/or the other of the variables with a predefined threshold value. When this variation is greater than this threshold, steps 312 and 313 are repeated by incrementing the indicator i by one unit. On the other hand, when this variation is less than or equal to this threshold, we move on to the next step.
[00105] Lors de l'étape 320, on considère alors que la matrice de signatures corrigées SucA est définie ainsi : ^ où if est la valeur de l'indicateur i lorsque le critère de convergence est vérifié. Ainsi, la matrice de signatures corrigées est définie comme étant égale à la matrice de premières signatures P à laquelle on a soustrait l'estimation du terme représentatif du bruit de mesure (impact de l'espèce parasite). On peut ensuite normaliser la matrice SUÇA pour obtenir la matrice SucnA comme indiqué précédemment aux étapes 221 et 232. [00106] Ainsi, grâce au procédé de détermination selon ce mode de réalisation, on a déterminé les signatures qui caractérisent effectivement l'analyte A pour les N échantillons gazeux sans avoir recours à une étape préalable de calibration. Le procédé de caractérisation fournit alors des signatures SucnA de l'analyte A plus précises. Notons également que le procédé selon ce deuxième mode de réalisation présente l'avantage d'obtenir la solution optimale en un seul temps, dans la mesure où on effectue ensemble la minimisation de la fonction-objectif f et la maximisation de la fonction-objectif g pour obtenir la matrice de signatures corrigées SUÇA. [00105] During step 320, it is then considered that the matrix of corrected signatures Suc A is defined as follows: ^ where if is the value of the indicator i when the criterion of convergence is verified. Thus, the matrix of corrected signatures is defined as being equal to the matrix of first signatures P from which we have subtracted the estimate of the term representative of the measurement noise (impact of the parasitic species). The matrix SUÇ A can then be normalized to obtain the matrix Sucn A as indicated above at steps 221 and 232. A for the N gaseous samples without resorting to a prior calibration step. The characterization process then provides more accurate Sucn A signatures of analyte A. Note also that the method according to this second embodiment has the advantage of obtaining the optimal solution in a single step, insofar as the minimization of the objective function f and the maximization of the objective function g are carried out together to obtain the matrix of corrected signatures SUÇA.
[00107] Notons que les écarts Acp(n) déterminés lors des N acquisitions de la phase 100, peuvent présenter une amplitude de variation plus ou moins importante, cette amplitude de variation étant définie comme la différence entre l'écart maximal max(Acp(n)) et l'écart minimal min(Acp(n)) parmi). Pour une amplitude de variation faible, par exemple de l'ordre de 10%, il est avantageux d'utiliser le procédé de caractérisation selon le deuxième mode de réalisation qui donne alors des résultats plus précis. [00107] Note that the deviations Acp (n) determined during the N acquisitions of phase 100, can present a more or less significant amplitude of variation, this amplitude of variation being defined as the difference between the maximum deviation max(Acp ( n) ) and the minimum deviation min(Acp (n) ) among). For a low variation amplitude, for example of the order of 10%, it is advantageous to use the characterization method according to the second embodiment which then gives more precise results.
[00108] La figure 7 A illustre trois signatures non corrigées Sui, Su2 et Su3 représentatives de l'analyte A en présence d'une espèce parasite P de différentes concentrations. Dans ces exemples, l'analyte A est du butanol et l'espèce parasite P est l'eau en phase vapeur (air humide). La signature Sui (pointillés) correspond à un écart Acp,i de 36.5%, la signature Su2 (tirets) correspond à un écart ACP,2 de 33.5%, et la signature Su3 (ligne continue) correspond à un écart ACP,3 de -1%. [00108] FIG. 7 A illustrates three uncorrected signatures Sui, Su 2 and Su 3 representative of the analyte A in the presence of a parasitic species P of different concentrations. In these examples, the analyte A is butanol and the parasitic species P is water in the vapor phase (humid air). The Sui signature (dotted line) corresponds to an Acp ,i deviation of 36.5%, the Su 2 signature (dashes) corresponds to an ACP ,2 deviation of 33.5%, and the Su 3 signature (solid line) corresponds to an ACP , 2 deviation of 3 by -1%.
[00109] La figure 7B illustre deux signatures corrigées Suci et Suc2 obtenues par correction des signatures Sui et Su2 au moyen de la deuxième phase 300 du procédé de caractérisation selon le deuxième mode de réalisation. La signature non corrigée Su3 est reproduite ici à titre de comparaison (mais n'est pas utilisée dans l'optimisation). Notons qu'un écart Acp faible a un impact faible sur la signature Su du fait de la soustraction de la valeur de référence Sm,f. Il apparaît que les signatures corrigées Suci (pointillés) et Suc2 (tirets) sont sensiblement confondues et proches de la signature Su3 (ligne continue), illustrant ainsi le fait que l'impact lié aux interactions de l'espèce parasite P avec les récepteurs a été corrigé. [00109] FIG. 7B illustrates two corrected signatures Sui and Suc 2 obtained by correction of the signatures Sui and Su 2 by means of the second phase 300 of the characterization method according to the second embodiment. The uncorrected Su 3 signature is reproduced here for comparison (but is not used in the optimization). Note that a low Acp deviation has a low impact on the signature Su due to the subtraction of the reference value S m,f . It appears that the corrected signatures Suci (dotted lines) and Suc 2 (dashes) are significantly confused and close to the signature Su 3 (solid line), thus illustrating the fact that the impact related to the interactions of the parasite species P with the receivers has been fixed.
[00110] Des modes de réalisation particuliers viennent d'être décrits. Différentes variantes et modifications apparaîtront à l'homme du métier. [00111] Ainsi, comme indiqué précédemment, les échantillons gazeux utilisés lors de la phase d'acquisition 100 peuvent comporter plusieurs espèces chimiques parasites : Pi, P2... Aussi, lors de l'étape 140, on mesure la concentration de ces différentes espèces parasites lors des phases d'injection Phi et Ph2, puis on détermine les écarts ACPI, ACP2... Les phases de correction 200 et 300 sont alors similaires à celles décrites précédemment, et reposent sur l'optimisation des fonctions- objectif [00110] Particular embodiments have just been described. Various variations and modifications will occur to those skilled in the art. [00111] Thus, as indicated above, the gaseous samples used during the acquisition phase 100 can comprise several parasitic chemical species: Pi, P2, etc. Also, during step 140, the concentration of these different parasitic species during the injection phases Phi and Ph2, then the deviations AC PI , AC P 2 ... are determined. The correction phases 200 and 300 are then similar to those described above, and are based on the optimization of the functions- objective

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de caractérisation d'un analyte A présent dans un échantillon gazeux situé au contact d'une surface de mesure d'un nez électronique, la surface de mesure comportant M sites sensibles distincts les uns des autres, de rang m allant de 1 à M, ayant des récepteurs adaptés à interagir par adsorption/désorption avec l'analyte A et avec au moins une espèce chimique dite parasite P présente dans l'échantillon gazeux, le procédé comportant les étapes suivantes : o injection fluidique (110), pour amener au contact de la surface de mesure : 1. Method for characterizing an analyte A present in a gaseous sample located in contact with a measurement surface of an electronic nose, the measurement surface comprising M sensitive sites distinct from each other, of rank m ranging from 1 to M, having receptors suitable for interacting by adsorption/desorption with the analyte A and with at least one so-called parasitic chemical species P present in the gaseous sample, the method comprising the following steps: o fluidic injection (110), for bring into contact with the measurement surface:
• pendant une première phase Phi, un gaz porteur pouvant contenir l'espèce parasite P avec une concentration cP(n)i ; puis • during a first phase Phi, a carrier gas which may contain the parasitic species P with a concentration c P(n)i ; then
• pendant une deuxième phase Ph2, l'échantillon gazeux contenant l'analyte A en concentration CA(n) et l'espèce parasite P en concentration cp(n)f, la valeur cp(n)f présentant un écart Acp(n) non nul avec la valeur cP(n)i ; o détermination (120) d'un signal de mesure S(n,m)(t), au cours de l'étape d'injection fluidique, représentatif des interactions de l'analyte A et de l'espèce parasite P avec les récepteurs, pour chacun des M sites sensibles ; o détermination (130) de premières signatures Su(n,m)f à partir du signal de mesure S(n,m)(tePh2) associé à l'échantillon gazeux, lequel ayant été corrigé par une valeur de référence S(n,m)i issue du signal de mesure S(n,m)(te Phl) associé au gaz porteur ; o détermination (140) d'un écart AcP(n) de concentration de l'espèce parasite P entre la première phase Phi et la deuxième phase Ph2 ; o réitération des étapes précédentes, en incrémentant le rang n jusqu'à obtenir N premières signatures représentatives des interactions de l'analyte A et de l'espèce parasite P avec les récepteurs, avec N>1, les échantillons gazeux étant tels que les écarts AcP(n) sont différents deux à deux ; o formation (150) d'une matrice de premières signatures SUA,P, de dimensions NxM, formée à partir des N premières signatures Su(n,m)f déterminées pour les M sites sensibles ; et d'un vecteur de concentration relative AcP, de dimension Nxl, à partir des N écarts Acp(n) déterminés ; o détermination (200 ; 300) d'une solution estimée {kP|A; cA; kA}; dont le produit cAkJ forme une matrice de signatures dites corrigées SUÇA caractérisant l'analyte A présent dans les N échantillons gazeux, la solution estimée : • during a second phase Ph2, the gaseous sample containing the analyte A in concentration C A(n) and the parasitic species P in concentration cp (n)f , the value cp (n)f presenting a difference Acp (n ) non-zero with the value c P(n)i ; o determination (120) of a measurement signal S (n,m) (t), during the fluidic injection step, representative of the interactions of the analyte A and the parasitic species P with the receptors , for each of the M sensitive sites; o determination (130) of first signatures Su (n,m)f from the measurement signal S (n,m) (tePh2) associated with the gaseous sample, which having been corrected by a reference value S (n, m)i from the measurement signal S (n,m) (te Phl) associated with the carrier gas; o determination (140) of a deviation Ac P(n) of concentration of the parasitic species P between the first phase Phi and the second phase Ph2; o repetition of the previous steps, by incrementing the rank n until obtaining N first signatures representative of the interactions of the analyte A and the parasitic species P with the receptors, with N>1, the gaseous samples being such that the deviations Ac P(n) are different in pairs; o formation (150) of a matrix of first signatures SUA,P, of dimensions NxM, formed from the N first signatures Su (n,m)f determined for the M sensitive sites; and a vector of relative concentration Ac P , of dimension N×1, from the N deviations Acp (n) determined; o determination (200; 300) of an estimated solution {k P|A ; cA ; kA }; whose product c A kJ forms a matrix of so-called corrected signatures SUÇA characterizing the analyte A present in the N gaseous samples, the estimated solution:
• minimisant la fonction-coût • minimizing the cost function
• maximisant la fonction-coût sont des variables définies de la manière suivante : • maximizing the cost function are variables defined as follows:
CA est un vecteur de concentration de l'analyte A, de dimension N, formé des N valeurs de concentration CA(P) des échantillons gazeux, kA est un vecteur d'affinité de l'analyte A, de dimension M, formé des M valeurs d'une affinité d'interaction de l'analyte A avec les récepteurs des sites sensibles, est un vecteur d'affinité de l'espèce chimique parasite P, de dimension M, formé des M valeurs d'une affinité d'interaction de l'espèce chimique parasite P avec les récepteurs des sites sensibles en présence de l'analyte A. C A is a concentration vector of analyte A, of dimension N, formed of the N concentration values C A(P) of the gaseous samples, k A is an affinity vector of analyte A, of dimension M, formed from the M values of an affinity of interaction of the analyte A with the receptors of the sensitive sites, is an affinity vector of the parasite chemical species P, of dimension M, formed from the M values of an affinity of interaction of the parasitic chemical species P with the receptors of the sensitive sites in the presence of the analyte A.
2. Procédé de caractérisation selon la revendication 1, dans lequel l'étape de détermination (300) de la solution estimée effectue la minimisation de la fonction-objectif f et la maximisation de la fonction-objectif g dans le même temps, les valeurs du vecteur de concentration relative étant toutes positives. 2. Characterization method according to claim 1, in which the step of determining (300) the estimated solution performs the minimization of the objective function f and the maximization of the objective function g at the same time, the values of the relative concentration vector all being positive.
3. Procédé de caractérisation selon la revendication 2, dans lequel l'étape de détermination (300) de la solution estimée est effectuée par un algorithme itératif, d'indicateur d'itération i. 3. Characterization method according to claim 2, in which the step of determining (300) the estimated solution is performed by an iterative algorithm, with iteration indicator i.
4. Procédé de caractérisation selon la revendication 3, dans lequel l'étape de détermination (300) de la solution estimée comporte une sous-étape de détermination de la valeur de la variable kP|A, compte-tenu de la valeur de la variable cA et de la valeur de la variable kA, par une méthode de point fixe. 4. Characterization method according to claim 3, in which the step of determining (300) the estimated solution comprises a sub-step of determining the value of the variable k P|A , given the value of variable c A and the value of variable k A , by a fixed point method.
5. Procédé de caractérisation selon la revendication 4, dans lequel l'étape de détermination5. Characterization method according to claim 4, in which the step of determining
(300) de la solution estimée comporte une sous-étape de détermination de la valeur de la variable cA et de la valeur de la variable kA, compte-tenu de la valeur de la variable kP|A ayant été déterminée, par une décomposition en valeurs singulières d'une matrice R = (300) of the estimated solution comprises a sub-step of determining the value of the variable c A and the value of the variable k A , taking into account the value of the variable k P|A having been determined, by a singular value decomposition of a matrix R =
6. Procédé de caractérisation selon la revendication 1, dans lequel l'étape de détermination (200) de la solution estimée comporte tout d'abord une sous-étape (210) de minimisation de la fonction-objectif f pour obtenir une pluralité de Q solutions locales minimisant la fonction-objectif f, avec Q>1, suivie d'une sous-étape (220) de maximisation de la fonction-objectif g. 6. Characterization method according to claim 1, in which the step of determining (200) the estimated solution firstly comprises a sub-step (210) of minimizing the objective function f to obtain a plurality of Q local solutions minimizing the objective function f, with Q>1, followed by a sub-step (220) of maximizing the objective function g.
7. Procédé de caractérisation selon la revendication 6, dans lequel la sous-étape de minimisation (210) fournit Q solutions locales formées chacune des estimations de rang q allant de 1 à Q, des variables 7. Characterization method according to claim 6, in which the minimization sub-step (210) provides Q local solutions formed each of the estimates of rank q ranging from 1 to Q, of the variables
8. Procédé de caractérisation selon la revendication 7, dans lequel la sous-étape de maximisation (220) comporte la détermination (221) de Q matrices de signatures dites corrigées telles que : 8. Characterization method according to claim 7, in which the maximization sub-step (220) comprises the determination (221) of Q so-called corrected signature matrices such as:
9. Procédé de caractérisation selon la revendication 8, comportant, à la suite de la détermination (221) des Q matrices de signatures corrigées une normalisation de chacune des matrices de signatures corrigées pour obtenir Q matrices de signatures corrigées et normalisées 9. Characterization method according to claim 8, comprising, following the determination (221) of the Q matrices of corrected signatures, a normalization of each matrices of corrected signatures to obtain Q matrices of corrected signatures and normalized
10. Procédé de caractérisation selon la revendication 9, comportant, à la suite de la détermination (221) des Q matrices de signatures corrigées et normalisées une détermination d'un score de variance, pour chacune des Q matrices le score de variance étant défini comme la trace de la matrice de covariance pour chacune des Q matrices la matrice ayant un score minimal caractérisant l'analyte A présent dans les N échantillons gazeux. 10. Characterization method according to claim 9, comprising, following the determination (221) of the Q matrices of corrected and normalized signatures a determination of a variance score, for each of the Q matrices the variance score being defined as the trace of the covariance matrix for each of the Q matrices the matrix having a minimum score characterizing the analyte A present in the N gaseous samples.
11. Procédé de caractérisation selon la revendication 8, comportant, à la suite de la détermination (221) des Q matrices de signatures corrigées une détermination d'une norme de chacune des Q matrices suivi d'une identification de la matrice ayant la norme maximale. 11. Characterization method according to claim 8, comprising, following the determination (221) of the Q matrices of corrected signatures, a determination of a norm of each of the Q matrices followed by an identification of the matrix having the maximum standard.
12. Procédé de caractérisation selon la revendication 11, dans lequel la matrice est normalisée, fournissant ainsi une matrice caractérisant l'analyte A présent dans les N échantillons gazeux. 12. Characterization method according to claim 11, in which the matrix is normalized, thus providing a matrix characterizing the analyte A present in the N gas samples.
13. Procédé de caractérisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel le nez électronique (1) comporte un dispositif de mesure des interactions par adsorption/désorption de type optique à résonance des plasmons de surface ou de type à interférométrie de Mach- Zehnder. 13. Characterization method according to any one of claims 1 to 12, in which the electronic nose (1) comprises a device for measuring interactions by adsorption/desorption of the surface plasmon resonance optical type or of the surface plasmon interferometry type. Mach-Zehnder.
14. Procédé de caractérisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel le nez électronique (1) comporte un dispositif de mesure des interactions par adsorption/désorption de type résistif, piézoélectrique, mécanique ou acoustique. 14. Characterization method according to any one of claims 1 to 12, in which the electronic nose (1) comprises a device for measuring interactions by adsorption/desorption of the resistive, piezoelectric, mechanical or acoustic type.
15. Procédé de caractérisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, dans lequel le nez électronique (1) comporte un dispositif d'alimentation fluidique (2) adapté à effectuer l'étape d'injection fluidique (110), un dispositif de mesure (3) adapté à effectuer l'étape de détermination du signal de mesure (120), un capteur (9) de mesure et de détermination de la concentration relative de l'espèce chimique parasite, et une unité de traitement adaptée à mettre en oeuvre l'étape de détermination de la solution estimée (200 ; 300). 15. Characterization method according to any one of claims 1 to 14, in which the electronic nose (1) comprises a fluid supply device (2) adapted to perform the fluid injection step (110), a device (3) adapted to carry out the step of determining the measurement signal (120), a sensor (9) for measuring and determining the relative concentration of the parasitic chemical species, and a processing unit adapted to put implements the step of determining the estimated solution (200; 300).
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