JP2012008130A - Analyzer of mixture of gas - Google Patents

Analyzer of mixture of gas Download PDF

Info

Publication number
JP2012008130A
JP2012008130A JP2011155448A JP2011155448A JP2012008130A JP 2012008130 A JP2012008130 A JP 2012008130A JP 2011155448 A JP2011155448 A JP 2011155448A JP 2011155448 A JP2011155448 A JP 2011155448A JP 2012008130 A JP2012008130 A JP 2012008130A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas mixture
chemically
temperature
exposure
electroactive
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Granted
Application number
JP2011155448A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5386552B2 (en
Inventor
Patricia A Morris
モリス,パトリシア・エイ
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.)
EIDP Inc
Original Assignee
EI Du Pont de Nemours and Co
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 EI Du Pont de Nemours and Co filed Critical EI Du Pont de Nemours and Co
Priority to JP2011155448A priority Critical patent/JP5386552B2/en
Publication of JP2012008130A publication Critical patent/JP2012008130A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5386552B2 publication Critical patent/JP5386552B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a chemical sensor array and a method capable of directly detecting nitrogen oxide, hydrocarbon, carbon monoxide, oxygen or the like contained in a multicomponent gas system such as combustion process exhaust gas.SOLUTION: (i) The chemical sensor array is constituted by including processes of: exposing the chemical sensor including at least two arrays of chemical/electroactive materials to the multicomponent gas system; detecting responses; and directly measuring the responses of each chemical/electroactive material. The chemical/electroactive materials are semiconductor materials. The responses to be measured are capacitance, voltage, current, an AC impedance or a DC resistance value.

Description

本発明は、化学センサーおよび化学センサーアレイを用いる、多成分ガス系中のNO、炭化水素、一酸化炭素および酸素をはじめとする、ある種ガスの検知および分析方法および装置である。センサーおよびセンサーアレイは、化学/電気活性材料を使用して多成分ガス系内の個々のガスの存在を検出するおよび/または濃度を計算する。 The present invention is a method and apparatus for the detection and analysis of certain gases, including NO x , hydrocarbons, carbon monoxide and oxygen in multicomponent gas systems using chemical sensors and chemical sensor arrays. Sensors and sensor arrays use chemically / electroactive materials to detect the presence of individual gases and / or calculate concentrations in a multi-component gas system.

ある種のガスを検出するための化学検知デバイスの使用は公知である。ある特定ガスに対する選択性と感度とを持った材料を見出すために多数の試みが行われてきた。例えば、特許文献1は酸素を測定するための抵抗センサーを開示している。非特許文献1もまた参照されたい。検出されるべき各ガスに対して異なる材料が使用されなければならないことは明らかである。しかしながら、ガスが多成分系の一部である場合、一材料を使用して、ある特定ガスを検出することは、混合物の様々な成分ガスに対する材料の交差感度のために困難である。   The use of chemical sensing devices for detecting certain gases is known. Numerous attempts have been made to find materials with selectivity and sensitivity for certain gases. For example, Patent Document 1 discloses a resistance sensor for measuring oxygen. See also Non-Patent Document 1. Obviously, a different material must be used for each gas to be detected. However, if the gas is part of a multi-component system, it is difficult to detect one particular gas using one material due to the cross-sensitivity of the material to the various component gases of the mixture.

多成分ガス系の一例は、酸素、一酸化炭素、窒素酸化物、炭化水素、CO、HS、二酸化硫黄、水素、水蒸気、ハロゲンおよびアンモニアを含み得る燃焼排ガスである。非特許文献2を参照されたい。多くの燃焼プロセスでは、排ガスが様々な管轄区域において連邦および州の大気質規制で制定された要件に適合しているかどうかを判断する必要性がある。幾つかのタイプのガスセンサーがこのニーズに対処するために開発されてきた。電気化学的酸素センサーを開示しているフリーゼ(Friese)らの特許文献2、酸素および窒素の酸化物を検出するためのセンサーを開示しているノダ(Noda)らの特許文献3、および酸素を測定するための抵抗センサーを開示している特許文献4を参照されたい。例えば、ガスのセンサーとの直接接触によって生じたデータのみの点から、かつ、混合物中のガスのいかなるものも分離しなければならないことなしに、燃焼排ガスのような混合物の2つもしくはそれ以上の成分を同時に分析して濃度を計算できることが有利であろう。先行技術方法は現在のところこのニーズを満たしていない。 An example of a multi-component gas system is flue gas that may contain oxygen, carbon monoxide, nitrogen oxides, hydrocarbons, CO 2 , H 2 S, sulfur dioxide, hydrogen, water vapor, halogen and ammonia. See Non-Patent Document 2. In many combustion processes, there is a need to determine whether the exhaust gas meets the requirements established by federal and state air quality regulations in various jurisdictions. Several types of gas sensors have been developed to address this need. Friese et al., Which discloses an electrochemical oxygen sensor, U.S. Pat. No. 6,057,059, Noda et al., U.S. Pat. See U.S. Pat. No. 6,057,089 which discloses a resistance sensor for measuring. For example, two or more of a mixture such as flue gas from the point of data only caused by direct contact with a gas sensor and without having to separate any of the gases in the mixture It would be advantageous to be able to analyze the components simultaneously and calculate the concentration. Prior art methods currently do not meet this need.

食品からおよび他の比較的低温の用途から発生するガスを検出するための多数のセンサーが開示されてきた。非特許文献3を参照されたい。幾つかの非ドープ化およびドープ化酸化錫センサーのアレイもまた450℃以下の様々な燃焼ガスの検出で使用するために開示されてきた。非特許文献4、非特許文献5および非特許文献6を参照されたい。しかしながら、燃焼ガスを監視するために化学センサーを用いるより高い温度でおよび高度に腐食性の環境では、運転温度はセンサーアレイの性能を変えるまたは損なうことがあり得る。そういう場合には、高温環境は、化学的および熱的の両方で安定であり、かつ、当該ガスへの測定可能な応答を維持する材料の使用を必要とする。酸化錫ベースセンサーアレイの応答に及ぼす運転温度の影響が450℃以下で研究された。非特許文献6を参照されたい。しかしながら、当該技術でこれまでに知られているものに加えて、材料は、燃焼ガス系の運転で遭遇するであろうような、より高い温度で多成分ガス系の排ガスを直接監視できる方法および装置を提供できることが依然として必要とされる。   A number of sensors have been disclosed for detecting gases generated from food and from other relatively cold applications. See Non-Patent Document 3. Several arrays of undoped and doped tin oxide sensors have also been disclosed for use in the detection of various combustion gases below 450 ° C. See Non-Patent Document 4, Non-Patent Document 5, and Non-Patent Document 6. However, at higher temperatures and in highly corrosive environments that use chemical sensors to monitor combustion gases, the operating temperature can alter or impair the performance of the sensor array. In such cases, the high temperature environment requires the use of materials that are both chemically and thermally stable and that maintain a measurable response to the gas. The influence of operating temperature on the response of tin oxide based sensor arrays was studied below 450 ° C. See Non-Patent Document 6. However, in addition to what is known in the art so far, the material is capable of directly monitoring the exhaust gases of a multi-component gas system at higher temperatures, as would be encountered in the operation of a combustion gas system, and There is still a need to be able to provide a device.

米国特許第4,535,316号明細書US Pat. No. 4,535,316 米国特許第5,630,920号明細書US Pat. No. 5,630,920 米国特許第4,770,760号明細書U.S. Pat. No. 4,770,760 米国特許第4,535,316号明細書US Pat. No. 4,535,316

エッチ.メイクスナー(H.Meixner)ら著、センサーズおよびアクチュエーターズ(Sensors and Actuators)、B33(1996)198−202ページEtch. H. Meixner et al., Sensors and Actuators, B33 (1996) pp. 198-202. エッチ.メイクスナーら、フレセニウス(Fresenius)著、J.Anal.Chem.、348(1994)536−541ページEtch. Makesner et al., Fresenius, J.M. Anal. Chem. 348 (1994) 536-541 ケイ.アルバート(K.Albert)ら著、ケミカル レビュー(Chem.Rev.)、200(2000)2595−2626ページKay. K. Albert et al., Chemical Review (Chem. Rev.), 200 (2000) 2595-2626. シー.ジ ナテイル(C.Di Natale)ら著、センサーズおよびアクチュエーターズ、B20(1994)217−224ページSea. C. Di Natal et al., Sensors and Actuators, B20 (1994) pp. 217-224 ジェー.ゲチノ(J.Getino)ら著、センサーズおよびアクチュエーターズ、B33(1996)128−133ページJe. J. Getino et al., Sensors and Actuators, B33 (1996) pages 128-133. シー.ジ ナテイルら著、センサーズおよびアクチュエーターズ、B23(1995)187−191ページSea. Jintale et al., Sensors and Actuators, B23 (1995) pp. 187-191

このニーズに対処すれば、自動車排ガスのような燃焼排ガスを測定し、それらの排ガスが機能要件および強制要件に適合しているかどうかを判断するのに化学センサーの使用を可能にするであろう。さらに、自動車排ガスのような高温ガスを分析するのに有用である本発明の方法および装置が低温ガスの分析において同等の効能で使用されるかもしれないことが驚くべきことにも分かった。   Addressing this need would allow the use of chemical sensors to measure flue gases, such as automotive exhaust, and determine whether those exhausts meet functional and mandatory requirements. In addition, it has also been surprisingly found that the method and apparatus of the present invention that are useful for analyzing hot gases such as automotive exhaust gas may be used with equal efficacy in the analysis of cold gases.

本発明は、多成分ガス系中のガス成分の直接検知方法であって、(i)少なくとも2つの化学/電気活性材料のアレイを含んでなる化学センサーを多成分ガス系に暴露する工程と、応答を検出する工程と、各化学/電気活性材料の応答を直接測定する工程とを含んでなる方法を提供する。好ましくは化学/電気活性材料は半導体材料であり、多成分ガス系は燃焼プロセス排ガスである。測定される応答は、静電容量、電圧、電流、ACインピーダンス、またはDC抵抗の測定値であり得る。   The present invention is a method for direct detection of a gas component in a multi-component gas system, comprising: (i) exposing a chemical sensor comprising an array of at least two chemically / electroactive materials to the multi-component gas system; A method is provided comprising the steps of detecting a response and directly measuring the response of each chemically / electroactive material. Preferably the chemical / electroactive material is a semiconductor material and the multi-component gas system is a combustion process exhaust gas. The measured response can be a measurement of capacitance, voltage, current, AC impedance, or DC resistance.

本発明はまた、多成分ガス系中のガス成分の存在を直接検知するための化学センサーであって、基材と、該基材上の少なくとも2つの化学/電気活性材料のアレイと、系中の該検体ガス成分に暴露された時に該化学/電気活性材料からの応答を検出するための手段とを含んでなる化学センサーをも提供する。好ましくは化学/電気活性材料は半導体材料であり、多成分ガス系は燃焼プロセス排ガスである。検出される応答は、静電容量、電圧、電流、ACインピーダンス、またはDC抵抗のような電気的特性であり得る。デバイスはさらにハウジングと、検出された応答を測定するための手段と、検体ガス成分の存在および/または濃度を特定するために測定された応答の結果を解析するための手段とを含むことができる。   The present invention is also a chemical sensor for directly detecting the presence of a gas component in a multi-component gas system comprising a substrate, an array of at least two chemically / electroactive materials on the substrate, And a means for detecting a response from the chemically / electroactive material when exposed to the analyte gas component. Preferably the chemical / electroactive material is a semiconductor material and the multi-component gas system is a combustion process exhaust gas. The detected response can be an electrical characteristic such as capacitance, voltage, current, AC impedance, or DC resistance. The device can further include a housing, means for measuring the detected response, and means for analyzing the result of the measured response to identify the presence and / or concentration of the analyte gas component. .

本発明はまた、多成分ガス系中のガス成分の存在および/または濃度を直接検知するための化学センサーデバイスであって、基材と、該基材上に付着された少なくとも2つの化学/電気活性材料のアレイと、該多成分ガス成分への暴露時の該化学/電気活性材料の電気的特性の変化を検出するための手段と、該ガス成分の存在および/または濃度を特定するために電気的特性の検出された変化の結果を解析するための手段と、ハウジングとを含んでなるデバイスをも提供する。化学/電気活性材料は半導体材料であってもよい。   The present invention also provides a chemical sensor device for directly detecting the presence and / or concentration of a gas component in a multi-component gas system comprising a substrate and at least two chemical / electrical electrodes deposited on the substrate. To identify an array of active materials, means for detecting changes in the electrical properties of the chemically / electroactive material upon exposure to the multi-component gas component, and the presence and / or concentration of the gas component There is also provided a device comprising means for analyzing the result of the detected change in electrical properties and a housing. The chemically / electroactive material may be a semiconductor material.

本発明の別の実施形態は、各化学/電気活性材料が多成分ガス混合物への暴露時に電気
抵抗の変化を示す、少なくとも3つの化学/電気活性材料のアレイを含むガス検出装置であって、少なくとも1つの化学/電気活性材料が、約400℃もしくはそれ以上の温度にある時に、(a)約1オーム−cm〜約10オーム−cmの範囲の電気抵抗率を有し、かつ、(b)暴露前の抵抗と比べて、ガス混合物への材料の暴露時に少なくとも約0.1パーセントの電気抵抗の変化を示す装置である。本発明のさらに別の実施形態は、上に記載されたようなアレイとガス混合物へのアレイの暴露時に化学/電気活性材料の電気的応答を測定するための手段とを含む多成分ガス混合物の分析装置である。
Another embodiment of the present invention is a gas detection device comprising an array of at least three chemically / electroactive materials, wherein each chemically / electroactive material exhibits a change in electrical resistance upon exposure to a multi-component gas mixture, And (a) has an electrical resistivity in the range of about 1 ohm-cm to about 10 6 ohm-cm when the at least one chemically / electroactive material is at a temperature of about 400 ° C. or higher; b) A device that exhibits a change in electrical resistance of at least about 0.1 percent upon exposure of the material to the gas mixture as compared to the resistance before exposure. Yet another embodiment of the present invention provides a multicomponent gas mixture comprising an array as described above and a means for measuring the electrical response of the chemically / electroactive material upon exposure of the array to the gas mixture. It is an analysis device.

本発明のさらに別の実施形態は、各化学/電気活性材料が選択された温度での多成分ガス混合物への暴露時に他の化学/電気活性材料のそれぞれとは異なる電気的応答特性を示し、少なくとも1つの材料の電気的応答特性がある値として定量できる、少なくとも2つの化学/電気活性材料のアレイを含むガス検出装置であって、該材料の応答の値が選択された温度で少なくとも約1分の期間のガス混合物への材料の暴露の間一定であるかまたは約20パーセント以下だけ変わる装置である。本発明のさらに別の実施形態は、上に記載されたようなアレイとガス混合物へのアレイの暴露時に化学/電気活性材料の電気的応答を測定するための手段とを含む多成分ガス混合物の分析装置である。   Yet another embodiment of the present invention exhibits electrical response characteristics that differ from each of the other chemically / electroactive materials when each chemically / electroactive material is exposed to the multi-component gas mixture at a selected temperature, A gas detection device comprising an array of at least two chemically / electroactive materials, wherein the electrical response characteristic of at least one material can be quantified as a value, the response value of the material being at least about 1 at a selected temperature. A device that is constant or varies by no more than about 20 percent during exposure of the material to the gas mixture for a period of minutes. Yet another embodiment of the present invention provides a multicomponent gas mixture comprising an array as described above and a means for measuring the electrical response of the chemically / electroactive material upon exposure of the array to the gas mixture. It is an analysis device.

本発明のさらに別の実施形態は、各化学/電気活性材料が、選択された温度での多成分ガス混合物への暴露時に、他の化学/電気活性材料のそれぞれとは異なる電気的応答特性を示す化学/電気活性材料のアレイであって、少なくとも1つの化学/電気活性材料がM、M およびM (式中、MはCe、Co、Cu、Fe、Ga、Nb、Ni、Pr、Ru、Sn、Ti、Tm、W、Yb、Zn、およびZrよりなる群から選択され、MおよびMはそれぞれ独立してAl、Ba、Bi、Ca、Cd、Ce、Co、Cr、Cu、Fe、Ga、Ge、In、K、La、Mg、Mn、Mo、Na、Nb、Ni、Pb、Pr、Rb、Ru、Sb、Sc、Si、Sn、Sr、Ta、Ti、Tm、V、W、Y、Yb、Zn、およびZrよりなる群から選択されるが、MおよびMはM において同じものではなく、a、bおよびcはそれぞれ独立して約0.0005〜約1であり、かつ、xは存在する酸素が化合物中の他の元素の電荷とバランスするのに十分な数である)よりなる群から選択されるアレイである。本発明のさらに別の実施形態は、上に記載されたようなアレイとガス混合物へのアレイの暴露時に化学/電気活性材料の電気的応答を測定するための手段とを含む多成分ガス混合物の分析装置である。 Yet another embodiment of the invention is that each chemically / electroactive material exhibits different electrical response characteristics than each of the other chemically / electroactive materials upon exposure to a multi-component gas mixture at a selected temperature. The array of chemical / electroactive materials shown, wherein at least one chemical / electroactive material is M 1 O x , M 1 a M 2 b O x and M 1 a M 2 b M 3 c O x , where M 1 is selected from the group consisting of Ce, Co, Cu, Fe, Ga, Nb, Ni, Pr, Ru, Sn, Ti, Tm, W, Yb, Zn, and Zr, and M 2 and M 3 are each independent Al, Ba, Bi, Ca, Cd, Ce, Co, Cr, Cu, Fe, Ga, Ge, In, K, La, Mg, Mn, Mo, Na, Nb, Ni, Pb, Pr, Rb, Ru, Sb, Sc, Si, Sn, Sr, Ta, Ti, T selected from the group consisting of m, V, W, Y, Yb, Zn, and Zr, but M 2 and M 3 are not the same in M 1 a M 2 b M 3 c O x , a, b and each c is independently from about 0.0005 to about 1, and x is a number sufficient to balance the oxygen present with the charge of other elements in the compound. An array. Yet another embodiment of the present invention provides a multicomponent gas mixture comprising an array as described above and a means for measuring the electrical response of the chemically / electroactive material upon exposure of the array to the gas mixture. It is an analysis device.

本発明のさらに別の実施形態は、各化学/電気活性材料が選択された温度での多成分ガス混合物への暴露時に他の化学/電気活性材料のそれぞれとは異なる電気的応答特性を示す、第1および第2化学/電気活性材料のアレイを含むガス検出装置であって、化学/電気活性材料が
(i)第1材料がMであり、第2材料がM である、
(ii)第1材料がMであり、第2材料がM である、
(iii)第1材料がM であり、第2材料がM である、
(iv)第1材料が第1のMであり、第2材料が第2のMである、
(v)第1材料が第1のM であり、第2材料が第2のM である、および
(vi)第1材料が第1のM であり、第2材料が第2のM である
(式中、MはCe、Co、Cu、Fe、Ga、Nb、Ni、Pr、Ru、Sn、Ti、Tm、W、Yb、Zn、およびZrよりなる群から選択され、MおよびMはそれぞれ独立してAl、Ba、Bi、Ca、Cd、Ce、Co、Cr、Cu、Fe、Ga、Ge、In、K、La、Mg、Mn、Mo、Na、Nb、Ni、Pb、Pr、Rb、Ru、Sb
、Sc、Si、Sn、Sr、Ta、Ti、Tm、V、W、Y、Yb、Zn、およびZrよりなる群から選択されるが、MおよびMはM において同じものではなく、a、bおよびcはそれぞれ独立して約0.0005〜約1であり、かつ、xは存在する酸素が化合物中の他の元素の電荷とバランスするのに十分な数である)
よりなる群中のペアリングから選択される装置である。本発明のさらに別の実施形態は、上に記載されたようなアレイとガス混合物へのアレイの暴露時に化学/電気活性材料の電気的応答を測定するための手段とを含む多成分ガス混合物の分析装置である。
Yet another embodiment of the invention is that each chemically / electroactive material exhibits different electrical response characteristics than each of the other chemically / electroactive materials upon exposure to the multi-component gas mixture at a selected temperature. A gas detection device comprising an array of first and second chemical / electroactive materials, wherein the chemical / electroactive material is (i) the first material is M 1 O x and the second material is M 1 a M 2. b O x ,
(Ii) The first material is M 1 O x and the second material is M 1 a M 2 b M 3 c O x .
(Iii) The first material is M 1 a M 2 b O x and the second material is M 1 a M 2 b M 3 c O x .
(Iv) the first material is first M 1 O x and the second material is second M 1 O x ;
(V) the first material is the first M 1 a M 2 b O x , the second material is the second M 1 a M 2 b O x , and (vi) the first material is the first M 1 a M 2 b M 3 c O x and the second material is the second M 1 a M 2 b M 3 c O x (where M 1 is Ce, Co, Cu, Fe, Ga) , Nb, Ni, Pr, Ru, Sn, Ti, Tm, W, Yb, Zn, and Zr, and M 2 and M 3 are each independently Al, Ba, Bi, Ca, Cd, Ce, Co, Cr, Cu, Fe, Ga, Ge, In, K, La, Mg, Mn, Mo, Na, Nb, Ni, Pb, Pr, Rb, Ru, Sb
, Sc, Si, Sn, Sr, Ta, Ti, Tm, V, W, Y, Yb, Zn, and Zr, but M 2 and M 3 are M 1 a M 2 b M 3 c O x is not the same, a, b and c are each independently about 0.0005 to about 1, and x is used to balance the oxygen present with the charge of other elements in the compound. Enough)
A device selected from pairing in the group consisting of: Yet another embodiment of the present invention provides a multicomponent gas mixture comprising an array as described above and a means for measuring the electrical response of the chemically / electroactive material upon exposure of the array to the gas mixture. It is an analysis device.

本発明のさらに別の実施形態は、(a)各化学/電気活性材料が、ガス混合物への暴露時に、他の化学/電気活性材料のそれぞれとは異なる電気的応答特性を示す少なくとも2つの化学/電気活性材料のアレイと、(b)ガス混合物へのアレイの暴露時に個々に各化学/電気活性材料の電気的応答を測定するための手段とを含む多成分ガス混合物の分析装置である。装置はまた、場合により、アレイの温度を測定するための手段と電気的応答および温度測定をデジタル化するための手段とを含んでもよい。   Yet another embodiment of the present invention provides: (a) at least two chemistries where each chemically / electroactive material exhibits different electrical response characteristics than each of the other chemically / electroactive materials upon exposure to the gas mixture. A multi-component gas mixture analyzer comprising: an array of electroactive materials; and (b) means for individually measuring the electrical response of each chemically / electroactive material upon exposure of the array to the gas mixture. The apparatus may also optionally include means for measuring the temperature of the array and means for digitizing the electrical response and temperature measurements.

本発明のさらに別の実施形態は、多成分ガス混合物中の少なくとも2種の個々の検体ガス成分の濃度の計算装置であって、(a)各化学/電気活性材料が、ガス混合物への暴露時に、他の化学/電気活性材料のそれぞれとは異なる電気的応答特性を示す、少なくとも3つの化学/電気活性材料のアレイと、(b)ガス混合物の分離されていない成分のみへのアレイの暴露時に各化学/電気活性材料の電気的応答を測定するための手段と、(c)化学/電気活性材料の電気的応答から個々の検体ガス成分の濃度を計算するための手段とを含む装置である。   Yet another embodiment of the present invention is a device for calculating the concentration of at least two individual analyte gas components in a multi-component gas mixture, wherein (a) each chemically / electroactive material is exposed to the gas mixture. Sometimes an array of at least three chemically / electroactive materials that exhibit different electrical response characteristics than each of the other chemically / electroactive materials, and (b) exposure of the array to only unseparated components of the gas mixture An apparatus that sometimes includes means for measuring the electrical response of each chemical / electroactive material and (c) means for calculating the concentration of individual analyte gas components from the electrical response of the chemical / electroactive material. is there.

本発明のさらに別の実施形態は、(a)各化学/電気活性材料が、ガス混合物への暴露時に、他の化学/電気活性材料のそれぞれとは異なる電気的応答特性を示す、少なくとも3つの化学/電気活性材料のアレイと、(b)ガス混合物へのアレイの暴露時に各化学/電気活性材料の電気的応答を測定するための手段と、(c)(i)第1群の少なくとも2つの化学/電気活性材料の応答から混合物中の亜群のガスの存在を検出し、かつ(ii)第2群の少なくとも2つの化学/電気活性材料の応答から混合物中の個々の成分ガスの存在を検出するための手段とを含む多成分ガス混合物の分析装置である。   Yet another embodiment of the present invention provides that (a) each chemically / electroactive material exhibits an electrical response characteristic different from that of each of the other chemically / electroactive materials upon exposure to the gas mixture. An array of chemically / electroactive materials; (b) means for measuring the electrical response of each chemically / electroactive material upon exposure of the array to the gas mixture; and (c) (i) at least two of the first group. Detecting the presence of a subgroup of gases in the mixture from the responses of two chemically / electroactive materials, and (ii) the presence of individual component gases in the mixture from the responses of at least two chemically / electroactive materials of the second group And an analysis device for a multi-component gas mixture.

本発明のさらに別の実施形態は、
(a)各化学/電気活性材料がガス混合物への暴露時にそれぞれの他の化学/電気活性材料とは異なる電気的応答を示す、少なくとも2つの化学/電気活性材料のアレイを提供する工程と、
(b)アレイをガス混合物に暴露する工程と、
(c)ガス混合物へのアレイの暴露時に個々に各化学/電気活性材料の電気的応答を測定する工程と、
(d)化学/電気活性材料の電気的応答の測定とは独立してガス混合物の温度を測定する工程と、
(e)電気的応答および温度測定をデジタル化する工程と
を含む、多成分ガス混合物の分析方法を含む。
Yet another embodiment of the present invention provides:
(A) providing an array of at least two chemically / electroactive materials wherein each chemically / electroactive material exhibits an electrical response different from each other chemically / electroactive material upon exposure to a gas mixture;
(B) exposing the array to a gas mixture;
(C) measuring the electrical response of each chemically / electroactive material individually upon exposure of the array to the gas mixture;
(D) measuring the temperature of the gas mixture independently of measuring the electrical response of the chemically / electroactive material;
(E) digitizing electrical response and temperature measurements, and including a method for analyzing a multi-component gas mixture.

本発明のさらに別の実施形態は、
(a)各化学/電気活性材料がガス混合物への暴露時に他の化学/電気活性材料のそれぞれとは異なる電気的応答特性を示す、少なくとも3つの化学/電気活性材料のアレイであって、少なくとも1つの化学/電気活性材料が、約400℃もしくはそれ以上の温度にある時に、(i)約1オーム−cm〜約10オーム−cmの範囲の電気抵抗率を有し、かつ、(ii)暴露前の抵抗と比べて、ガス混合物への材料の暴露時に少なくとも約0.1パーセントの電気抵抗の変化を示すアレイをガス混合物内に提供する工程と、
(b)ガス混合物の分離されていない成分へのアレイの暴露時に各化学/電気活性材料の電気的応答を測定する工程と、
(c)化学/電気活性材料の電気的応答から個々の検体ガス成分のそれぞれの濃度を計算する工程と
を含む、約400℃もしくはそれ以上の温度を有する多成分ガス混合物中の少なくとも2種の個々の検体ガス成分の濃度の計算方法を含む。
Yet another embodiment of the present invention provides:
(A) an array of at least three chemically / electroactive materials, wherein each chemically / electroactive material exhibits an electrical response characteristic different from that of each of the other chemically / electroactive materials upon exposure to the gas mixture, comprising at least When one chemically / electroactive material is at a temperature of about 400 ° C. or higher, (i) has an electrical resistivity in the range of about 1 ohm-cm to about 10 6 ohm-cm, and (ii) Providing an array in the gas mixture that exhibits a change in electrical resistance of at least about 0.1 percent upon exposure of the material to the gas mixture as compared to the pre-exposure resistance;
(B) measuring the electrical response of each chemically / electroactive material upon exposure of the array to unseparated components of the gas mixture;
(C) calculating the respective concentrations of the individual analyte gas components from the electrical response of the chemically / electroactive material, and at least two different components in the multicomponent gas mixture having a temperature of about 400 ° C. or higher. Includes a method for calculating the concentration of individual analyte gas components.

本発明のさらに別の実施形態は、
(a)各化学/電気活性材料が選択された温度でのガス混合物への暴露時に他の化学/電気活性材料のそれぞれとは異なる電気的応答特性を示し、少なくとも1つの材料の電気的応答特性がある値として定量化できる、少なくとも2つの化学/電気活性材料のアレイであって、該材料の応答の値が選択された温度で少なくとも約1分の期間の該ガス混合物への該材料の暴露の間一定であるかまたは約20パーセント以下だけ変わるアレイを提供する工程と、
(b)ガス混合物へのアレイの暴露時に各化学/電気活性材料の電気的応答を測定する工程と
を含む、多成分ガス混合物の分析方法を含む。
Yet another embodiment of the present invention provides:
(A) Each chemically / electroactive material exhibits an electrical response characteristic different from that of each of the other chemically / electroactive materials upon exposure to the gas mixture at a selected temperature, and the electrical response characteristics of at least one material An array of at least two chemically / electroactive materials that can be quantified as a value, wherein the value of the response of the material is exposed to the gas mixture for a period of at least about 1 minute at a selected temperature Providing an array that is constant or varies by no more than about 20 percent;
(B) measuring the electrical response of each chemically / electroactive material upon exposure of the array to the gas mixture.

本発明のさらに別の実施形態は、(a)各化学/電気活性材料が、ガス混合物への暴露時に、他の化学/電気活性材料のそれぞれとは異なる電気的応答特性を示す、少なくとも3つの化学/電気活性材料のアレイを提供する工程と、(b)ガス混合物へのアレイの暴露時に各化学/電気活性材料の電気的応答を測定する工程と、(c)(i)第1群の少なくとも2つの化学/電気活性材料の応答から混合物中の亜群のガスの存在、および(ii)第2群の少なくとも2つの化学/電気活性材料の応答から混合物中の個々の成分ガスの存在を検出する工程とによる多成分ガス混合物の分析方法である。   Yet another embodiment of the present invention provides that (a) each chemically / electroactive material exhibits an electrical response characteristic different from that of each of the other chemically / electroactive materials upon exposure to the gas mixture. Providing an array of chemically / electroactive materials; (b) measuring the electrical response of each chemically / electroactive material upon exposure of the array to the gas mixture; (c) (i) a first group of The presence of subgroup gases in the mixture from the response of at least two chemically / electroactive materials, and (ii) the presence of individual component gases in the mixture from the responses of at least two chemically / electroactive materials in the second group. This is a method for analyzing a multi-component gas mixture by a detecting step.

化学/電気活性材料のアレイを描く。Draw an array of chemically / electroactive materials. 化学/電気活性材料のアレイにおける、16つの空井孔を形成する、誘電体上層でオーバーレイされた相互にかみ合った電極のパターンの略図である。FIG. 6 is a schematic illustration of a pattern of interdigitated electrodes overlaid with a dielectric top layer that forms sixteen wells in an array of chemically / electroactive materials. 化学/電気活性材料のアレイにおける電極パターン、誘電体パターン、およびセンサー材料パターンを描く。Depicts electrode patterns, dielectric patterns, and sensor material patterns in an array of chemically / electroactive materials.

本発明は、可変温度条件下の多成分ガス系中の1種もしくはそれ以上の検体ガスの直接検知方法および装置である。「直接検知」とは、ガス検知材料のアレイが流れるガスの流れ中のような、多成分ガス系を構成するガスの混合物に暴露されることを意味する。アレイはガス混合物内に、より特に、必要ならば、ガス混合物の発生源内に置かれてもよい。あるいはまた、アレイは、ガス混合物が別の場所のその発生源から導かれる室に存在してもよい。アレイが置かれている室にガスが導かれる場合、ガス混合物は、配管、導管または他の好適なガス転送装置によって室に入れられ、室から取り出されてもよい。   The present invention is a method and apparatus for direct detection of one or more analyte gases in a multi-component gas system under variable temperature conditions. “Direct sensing” means being exposed to a mixture of gases that make up a multi-component gas system, such as in a gas stream through which an array of gas sensing materials flows. The array may be placed in the gas mixture, more particularly in the source of the gas mixture, if necessary. Alternatively, the array may be in a chamber where the gas mixture is directed from its source elsewhere. When gas is directed into the chamber in which the array is located, the gas mixture may be placed into and removed from the chamber by piping, conduits or other suitable gas transfer device.

応答は多成分ガス混合物へのガス検知材料の暴露時に得られてもよく、該応答は、ガス混合物中の検体ガスそのものの1種もしくはそれ以上の濃度の関数であろう。センサー材料は検体ガスのそれぞれに実質的に同時に暴露されるだろうし、検体ガスは、行われるべき混合物および/またはその1種もしくはそれ以上の成分の分析のために多成分ガス混合物から物理的に分離されなければならないことはない。本発明は、例えば、自動車排ガス中の可変温度での、酸素、一酸化炭素、窒素酸化物、ブタンのような炭化水素、CO、HS、二酸化硫黄、ハロゲン、水素、水蒸気およびアンモニアのような、燃焼ガスの濃度を検出するおよび/または測定するのに使用することができる。 A response may be obtained upon exposure of the gas sensing material to the multi-component gas mixture, which response will be a function of one or more concentrations of the analyte gas itself in the gas mixture. The sensor material will be exposed to each of the analyte gases at substantially the same time, and the analyte gas is physically removed from the multi-component gas mixture for analysis of the mixture to be performed and / or one or more components thereof. It doesn't have to be separated. The present invention can be used for example for hydrocarbons such as oxygen, carbon monoxide, nitrogen oxides, butane, CO 2 , H 2 S, sulfur dioxide, halogens, hydrogen, water vapor and ammonia at variable temperatures in automotive exhaust. Can be used to detect and / or measure the concentration of combustion gases.

本発明は、それ故、自動車排ガス系で見出されるより高い温度で、典型的には約400℃から約1000℃の範囲で有用である。さらに、ディーゼルエンジンおよび家庭暖房をはじめとする、本発明を適用できるであろう様々な他の燃焼プロセスがある。これらの適用は、典型的には非常に腐食性環境で、ppm〜パーセントレベルでの窒素酸化物、アンモニア、一酸化炭素、炭化水素および酸素のようなガスの検出を必要とする。本発明はまた、製造プロセス、廃棄物流れ、および環境監視で見出されるもののような他のガス系において、または臭気検出が重要である系および/または医療、農業もしくは食品および飲料産業でのような、より低い温度にある系においてガスを検出するのにも有用である。   The present invention is therefore useful at higher temperatures found in automotive exhaust systems, typically in the range of about 400 ° C to about 1000 ° C. In addition, there are various other combustion processes to which the present invention may be applied, including diesel engines and home heating. These applications typically require the detection of gases such as nitrogen oxides, ammonia, carbon monoxide, hydrocarbons and oxygen at ppm to percent levels in highly corrosive environments. The present invention may also be used in other gas systems such as those found in manufacturing processes, waste streams, and environmental monitoring, or in systems where odor detection is important and / or in the medical, agricultural or food and beverage industries. It is also useful for detecting gases in systems at lower temperatures.

本発明は、ガス混合物および/またはその成分を分析するのに検知材料のアレイを利用して、例えば、系中の1種もしくはそれ以上の個々の検体ガス成分の存在を検出し、および/またはそれらの濃度を計算する。「アレイ」とは、例えば図1に示されるように、空間的に分離されている少なくとも2つの異なる材料を意味する。アレイは、例えば、3、4、5、6、8、10もしくは12のガス検知材料、または所望のような他のより大きなまたはより小さな数のガス検知材料を含んでもよい。分析されるべき混合物中の個々のガスまたは亜群のそれぞれに対して少なくとも1つのセンサー材料が提供されることが好ましい。しかしながら、混合物中の個々のガス成分および/またはある特定亜群に応答する2つ以上のセンサー材料を提供することが望ましいかもしれない。例えば、少なくとも2、3、4、5、6、7、8、9、10、11もしくは12のセンサーの群を、混合物中の1種もしくはそれ以上の個々の成分ガスおよび/または1種もしくはそれ以上の亜群のガスの存在を検出する、および/またはそれらの濃度を計算するのに使用することができよう。共通して構成要素を有してもまたは有さなくてもよい、異なる群のセンサーをこの目的のために使用することができよう。亜群としての検体である亜群のガスは、構成要素としてそれ自体検体である個々のガスを含有してもまたは含有しなくてもよい。好ましくは各ガス検知材料の主要成分のモル百分率は、他のそれぞれのものとは異なる。   The present invention utilizes an array of sensing materials to analyze the gas mixture and / or its components, eg, detecting the presence of one or more individual analyte gas components in the system, and / or Calculate their concentration. “Array” means at least two different materials that are spatially separated, for example as shown in FIG. The array may include, for example, 3, 4, 5, 6, 8, 10, or 12 gas sensing materials, or other larger or smaller numbers of gas sensing materials as desired. Preferably, at least one sensor material is provided for each individual gas or subgroup in the mixture to be analyzed. However, it may be desirable to provide more than one sensor material that responds to individual gas components and / or certain subgroups in the mixture. For example, a group of at least 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 or 12 sensors, one or more individual component gases in the mixture and / or one or more It could be used to detect the presence of these subgroups of gases and / or calculate their concentrations. A different group of sensors, which may or may not have components in common, could be used for this purpose. A sub-group gas that is an analyte as a sub-group may or may not contain an individual gas that is itself an analyte as a component. Preferably, the molar percentage of the main component of each gas sensing material is different from the others.

使用される検知材料は化学/電気活性材料である。「化学/電気活性材料」は、混合物中の少なくとも1種の個々のガスに対して電気的応答をする材料である。幾つかの金属酸化物半導体材料、それらの混合物、または金属酸化物半導体の他の無機化合物との混合物は、化学/電気活性であり、本発明において特に有用である。本明細書で使用される様々な化学/電気活性材料のそれぞれは、好ましくは、混合物および/または検体ガスへの暴露時に、他の化学/電気活性材料のそれぞれとは異なる種類のおよび/または程度の電気的に検出可能な応答を示す。結果として、適切に選ばれた化学/電気活性材料のアレイは、関心のない妨害ガスのその中での存在にもかかわらず、検体ガスと相互作用する、検体ガスを検知する、または、混合物中の1種もしくはそれ以上の検体ガスの存在および/または濃度を測定することによるなど、多成分ガス混合物を分析するのに使用することができる。   The sensing material used is a chemically / electroactive material. A “chemical / electroactive material” is a material that has an electrical response to at least one individual gas in a mixture. Some metal oxide semiconductor materials, mixtures thereof, or mixtures of metal oxide semiconductors with other inorganic compounds are chemically / electroactive and are particularly useful in the present invention. Each of the various chemically / electroactive materials used herein is preferably of a different type and / or degree than each of the other chemically / electroactive materials upon exposure to the mixture and / or analyte gas. Shows an electrically detectable response. As a result, an appropriately selected array of chemically / electroactive materials can interact with the analyte gas, detect the analyte gas, or in the mixture, despite the presence in it of interfering gases of no interest. Can be used to analyze multi-component gas mixtures, such as by measuring the presence and / or concentration of one or more analyte gases.

本発明は、ガス流中に存在すると予期されるそれらのガスを検出するのに有用である。例えば、燃焼プロセスにおいて、存在すると予期されるガスには、酸素、窒素酸化物(NO、NO、NOもしくはNのような)、一酸化炭素、炭化水素(C2n+2、および同様に飽和もしくは不飽和であってもよい、もしくは場合によりヘテロ原子で置換されていてもよい、その環式もしくは芳香族類似物であってもよいような)、アンモニアもしくは硫化水素、二酸化硫黄、CO、またはメタノールが含まれる。他の当該ガスには、アルコール蒸気、溶剤蒸気、水素、水蒸気、飽和および不飽和炭化水素に由来するもの、エーテル、ケトン、アルデヒド、カルボニル、生体分子ならびに微生物が含まれる。当該検体である多成分ガス混合物の成分は、一酸化炭素のような個々のガスであってもよいし、亜群の幾つかであってもよいが、窒素酸化物(NO)のような、混合物中に含まれるガスのすべてでなくてもよく、または1種もしくはそれ以上の個々のガスと1つ
もしくはそれ以上の亜群との組合せであってもよい。亜群のガスが検体である場合、化学/電気活性材料は、一緒にした亜群の構成要素の多成分ガス混合物内全体濃度に応答するであろう。
The present invention is useful for detecting those gases that are expected to be present in a gas stream. For example, gases expected to be present in the combustion process include oxygen, nitrogen oxides (such as NO, NO 2 , N 2 O or N 2 O 4 ), carbon monoxide, hydrocarbons (C n H 2n + 2 And also saturated or unsaturated, or optionally substituted with heteroatoms, such as its cyclic or aromatic analogs), ammonia or hydrogen sulfide, Sulfur, CO 2 or methanol is included. Other such gases include alcohol vapors, solvent vapors, hydrogen, water vapor, those derived from saturated and unsaturated hydrocarbons, ethers, ketones, aldehydes, carbonyls, biomolecules and microorganisms. The component of the multi-component gas mixture as the analyte may be an individual gas such as carbon monoxide or some of a subgroup, such as nitrogen oxide (NO x ). , Not all of the gases contained in the mixture, or a combination of one or more individual gases and one or more subgroups. If the sub-group gas is an analyte, the chemical / electroactive material will respond to the overall concentration within the multi-component gas mixture of the combined sub-group components.

ガス濃度の測定値のような、これらのセンサー材料を用いてガス混合物の組成内容に関連した情報の入手は、1種もしくはそれ以上の検体ガスを含有する混合物への材料の暴露時に材料の、少なくとも1種の、しかし好ましくはそれぞれのおよびすべてのACインピーダンスのような、電気的特性の変化に基づくことができる。ガス混合物の分析はまた、静電容量、電圧、電流またはACもしくはDC抵抗のような、センサー材料の他の電気的特性の変化の程度に関して行うこともできる。DC抵抗の変化は、例えば、一定電圧で温度の変化を測ることによって測定されてもよい。センサー材料のこれら例示的特性の1つの変化は、検体ガスのガス混合物内分圧の関数であり、それは、今度は検体ガスの分子がセンサー材料の表面上に吸着されることになる濃度を決定し、こうして該材料の電気的応答特性に影響を及ぼす。化学/電気活性材料のアレイを使用することにより、1種もしくはそれ以上の検体ガスを含有する混合物への暴露時に材料によって示されるそれぞれの応答のパターンを用いて、多成分ガス系中の少なくとも1種のガスの存在を同時におよび直接検出する、および/またはその濃度を同時におよび直接測定することができる。本発明は、今度は、ガス系の組成を測定するのに用いることができる。本概念は図1に略例示され、下に例証される。   Obtaining information related to the composition content of the gas mixture using these sensor materials, such as gas concentration measurements, can be obtained upon exposure of the material to a mixture containing one or more analyte gases. It can be based on a change in electrical properties, such as at least one, but preferably each and every AC impedance. Analysis of the gas mixture can also be done with respect to the degree of change in other electrical properties of the sensor material, such as capacitance, voltage, current or AC or DC resistance. The change in DC resistance may be measured, for example, by measuring the change in temperature at a constant voltage. One change in these exemplary properties of the sensor material is a function of the partial pressure of the analyte gas in the gas mixture, which in turn determines the concentration at which analyte gas molecules will be adsorbed onto the surface of the sensor material. Thus, this affects the electrical response characteristics of the material. By using an array of chemically / electroactive materials, at least one in a multi-component gas system with a respective response pattern exhibited by the material upon exposure to a mixture containing one or more analyte gases. The presence of the species gas can be detected simultaneously and directly and / or its concentration can be measured simultaneously and directly. The present invention can now be used to measure the composition of a gas system. This concept is illustrated schematically in FIG. 1 and illustrated below.

例示するために、検体ガスを含有する混合物へのセンサー材料の暴露について下の理論的な例を検討されたい。応答が得られる場合には、事象はプラス(+)として表現され、何の応答も得られない場合には、事象はマイナス(−)として表現される。材料1はガス1およびガス2に応答するが、ガス3には何の応答も示さない。材料2はガス1およびガス3に応答するが、ガス2には何の応答も示さず、材料3はガス2およびガス3に応答するが、ガス1には何の応答も示さない。   To illustrate, consider the theoretical example below for exposure of sensor material to a mixture containing analyte gas. If a response is obtained, the event is represented as a plus (+), and if no response is obtained, the event is represented as a minus (-). Material 1 responds to gas 1 and gas 2 but does not show any response to gas 3. Material 2 responds to gas 1 and gas 3 but does not show any response to gas 2 and material 3 responds to gas 2 and gas 3 but does not show any response to gas 1.

Figure 2012008130
Figure 2012008130

それ故、材料1、2および3よりなるアレイが未知ガスに対して次の応答を与えるならば、   Therefore, if an array of materials 1, 2 and 3 gives the following response to an unknown gas:

Figure 2012008130
Figure 2012008130

その時未知ガスはガス2と特定されるであろう。各センサー材料の応答は、検体ガスの混合物内の分圧、従ってその濃度または亜群の検体ガスの全体濃度の関数であり、応答は、数値のような、処理可能な値として定量化または記録することができよう。かかる場合には、1つもしくはそれ以上の応答の値を用いて、1種もしくはそれ以上の検体ガスの混合
物内濃度に関する定量的情報を生み出すことができる。多成分ガス系では、ケモメトリクス、神経回路網または他のパターン認識法を用いて、系の混合物中の1種もしくはそれ以上のガスの濃度を計算することができる。
The unknown gas will then be identified as gas 2. The response of each sensor material is a function of the partial pressure within the mixture of analyte gases, and hence its concentration or the total concentration of subgroup analyte gases, and the response is quantified or recorded as a processable value, such as a numerical value. I can do it. In such cases, one or more response values can be used to generate quantitative information regarding the concentration in the mixture of one or more analyte gases. In multi-component gas systems, chemometrics, neural networks or other pattern recognition methods can be used to calculate the concentration of one or more gases in the mixture of the system.

化学/電気活性材料は任意のタイプのものであり得るが、ZnO、TiO、WO、およびSnOのような半導体金属酸化物が特に有用である。これらの特定材料は、それらの化学的および熱安定性のために有利である。化学/電気活性材料は2種もしくはそれ以上の半導体材料の混合物、もしくは半導体材料の無機材料との混合物、またはそれらの組合せであり得る。当該半導体材料は、アルミナまたはシリカのような、しかしそれらに限定されない絶縁体であり、かつ、多成分ガス混合物の条件下で安定である好適な固体基材上に付着することができる。次に、アレイは基材上に付着されるにつれてセンサー材料の形をとる。他の好適なセンサー材料には、バルクまたは薄膜型の単結晶または多結晶半導体、非晶質半導体材料、および金属酸化物からできていない半導体材料が含まれる。 Although the chemical / electroactive material can be of any type, semiconductor metal oxides such as ZnO, TiO 2 , WO 3 , and SnO 2 are particularly useful. These specific materials are advantageous because of their chemical and thermal stability. The chemically / electroactive material can be a mixture of two or more semiconductor materials, or a mixture of semiconductor materials with inorganic materials, or combinations thereof. The semiconductor material is an insulator, such as but not limited to alumina or silica, and can be deposited on a suitable solid substrate that is stable under the conditions of a multi-component gas mixture. The array then takes the form of a sensor material as it is deposited on the substrate. Other suitable sensor materials include bulk or thin film type single or polycrystalline semiconductors, amorphous semiconductor materials, and semiconductor materials that are not made of metal oxides.

本発明でセンサー材料として使用される化学/電気活性材料は、例えば、式M、M 、もしくはM
(式中、
、MおよびMは、酸素の存在下500℃より上で焼成された時に安定な酸化物を形成する金属であり、
は周期表2〜15族およびランタニド族から選択され、
およびMは独立して周期表1〜15族およびランタニド族から選択されるが、MおよびMはM において同じものではなく、
a、b、およびcはそれぞれ独立して約0.0005〜約1の範囲にあり、かつ、
xは存在する酸素が化合物中の他の元素の電荷とバランスするのに十分な数である)
の金属酸化物またはそれらの混合物であってもよい。
Chemical / electroactive materials used as sensor materials in the present invention are, for example, the formula M 1 O x , M 1 a M 2 b O x , or M 1 a M 2 b M 3 c O x.
(Where
M 1 , M 2 and M 3 are metals that form stable oxides when fired above 500 ° C. in the presence of oxygen;
M 1 is selected from groups 2-15 of the periodic table and lanthanides
M 2 and M 3 are independently selected from groups 1-15 and lanthanide of the periodic table, but M 2 and M 3 are not the same in M 1 a M 2 b M 3 c O x ,
a, b, and c are each independently in the range of about 0.0005 to about 1, and
x is a number sufficient to balance the oxygen present with the charge of other elements in the compound)
Or a mixture thereof.

2個以上の金属を含有する金属酸化物は、化合物または固溶体でなければならないことはないが、個々の金属酸化物の混合物であり得る。それらは、組成勾配を示してもよいし、結晶質または非晶質であり得る。好適な金属酸化物は、
1)約400℃もしくはそれ以上の温度にある時に、約1〜約10オーム−cm、好ましくは約1〜約10オーム−cm、より好ましくは約10〜約10オーム−cmの抵抗率を有するもの、
2)少なくとも1種の当該ガスに対して化学的/電気的応答を示すもの、および
3)安定であり、機械的完全性を有するもの、すなわち、基材に接合することができ、かつ、運転温度で分解しないもの
である。金属酸化物はまた、少量のまたは微量の水和と前駆体材料中に存在する元素とを含有してもよい。
A metal oxide containing two or more metals does not have to be a compound or a solid solution, but can be a mixture of individual metal oxides. They may exhibit a compositional gradient and may be crystalline or amorphous. Suitable metal oxides are
1) A resistance of from about 1 to about 10 6 ohm-cm, preferably from about 1 to about 10 5 ohm-cm, more preferably from about 10 to about 10 4 ohm-cm when at a temperature of about 400 ° C. or higher. Having a rate,
2) one that exhibits a chemical / electrical response to at least one gas of interest, and 3) one that is stable and has mechanical integrity, i.e. can be bonded to a substrate and is in operation. It does not decompose at temperature. The metal oxide may also contain minor or minor amounts of hydration and elements present in the precursor material.

幾つかの好ましい実施形態では、金属酸化物材料には、
はCe、Co、Cu、Fe、Ga、Nb、Ni、Pr、Ru、Sn、Ti、Tm、W、Yb、Zn、およびZrよりなる群から選択され、および/または
およびMはそれぞれ独立してAl、Ba、Bi、Ca、Cd、Ce、Co、Cr、Cu、Fe、Ga、Ge、In、K、La、Mg、Mn、Mo、Na、Nb、Ni、Pb、Pr、Rb、Ru、Sb、Sc、Si、Sn、Sr、Ta、Ti、Tm、V、W、Y、Yb、Zn、およびZrよりなる群から選択されるが、MおよびMはM において同じものではない
ものが含まれてもよい。
In some preferred embodiments, the metal oxide material includes:
M 1 is selected from the group consisting of Ce, Co, Cu, Fe, Ga, Nb, Ni, Pr, Ru, Sn, Ti, Tm, W, Yb, Zn, and Zr, and / or M 2 and M 3 Are each independently Al, Ba, Bi, Ca, Cd, Ce, Co, Cr, Cu, Fe, Ga, Ge, In, K, La, Mg, Mn, Mo, Na, Nb, Ni, Pb, Pr , Rb, Ru, Sb, Sc, Si, Sn, Sr, Ta, Ti, Tm, V, W, Y, Yb, Zn, and Zr, but M 2 and M 3 are M 1 a M 2 b M 3 c O x may not be the same.

幾つかの他の好ましい実施形態では、金属酸化物には、
がCe、CoO、CuO、FeO、GaO、NbO、NiO
、PrO、RuO、SnO、Ta、TiO、TmO、WO、YbO、ZnO、ZrO、Ag添加物入りSnO、Ag添加物入りZnO、Pt添加物入りTiO、フリット添加物入りZnO、フリット添加物入りNiO、フリット添加物入りSnO、もしくはフリット添加物入りWOであり、および/または
がAlCr、AlFe、AlMg、AlNi、AlTi、Al、BaCu、BaSn、BaZn、BiRu、BiSn、BiZn、CaSn、CaZn、CdSn、CdZn、CeFe、CeNb、CeTi、Ce、CoCu、CoGe、CoLa、CoMg、CoNb、CoPb、CoSn、Co、Co、CoZn、CrCu、CrLa、CrMn、CrNi、CrSi、CrTi、Cr、CrZn、CuFe、CuGa、CuLa、CuNa、CuNi、CuPb、CuSn、CuSr、CuTi、CuZn、CuZr、FeGa、FeLa、FeMo、FeNb、FeNi、FeSn、FeTi、Fe、FeZn、FeZr、GaLa、GaSn、GeNb、GeTi、InSn、KNb、MnNb、MnSn、MnTi、Mn、MnZn、MoPb、MoRb、MoSn、MoTi、MoZn、NbNi、NbNi、NbSr、NbTi、Nb、NbZr、NiSi、NiSn、Ni、NiZn、NiZr、PbSn、PbZn、Rb、RuSn、Ru、RuZn、SbSn、SbZn、ScZr、SiSn、SiTi、Si、SiZn、SnTa、SnTi、Sn、SnZn、SnZr、SrTi、TaTi、TaZn、TaZr、Ti、Ti、TiZn、TiZr、VZn、VZr、WZn、WZr、YZr、ZnZr、フリット添加物入りAlNi、フリット添加物入りCrTi、フリット添加物入りFeLa、フリット添加物入りFeNi、フリット添加物入りFeTi、フリット添加物入りNbTi、フリット添加物入りNb、フリット添加物入りNiZn、フリット添加物入りNiZr、フリット添加物入りSbSn、フリット添加物入りTaTi、またはフリット添加物入りTiZnであり、および/または
がAlMgZn、AlSi、BaCuTi、CaCeZr、CoNiTi、CoNiZr、CoPbSn、CoPbZn、CrSrTi、CuFeMn、CuLaSr、FeNbTi、FePbZn、FeSrTi、FeTaTi、FeZr、GaTiZn、LaMnNa、LaMnSr、MnSrTi、MoPbZn、NbSrTi、NbSr、NbTiZn、NiSrTi、SnZn、SrTi、SrTiZn、もしくはTiZrである
ものが含まれてもよい。
In some other preferred embodiments, the metal oxide includes
M 1 O x is Ce a O x , CoO x , CuO x , FeO x , GaO x , NbO x , NiO x
, PrO x, RuO x, SnO x, Ta a O x, TiO x, TmO x, WO x, YbO x, ZnO x, ZrO x, Ag added Monoiri SnO x, Ag added Monoiri ZnO x, Pt added Monoiri TiO x ZnO x with frit additive, NiO x with frit additive, SnO x with frit additive, or WO x with frit additive, and / or M 1 a M 2 b O x is Al a Cr b O x , Al a Fe b O x, Al a Mg b O x, Al a Ni b O x, Al a Ti b O x, Al a V b O x, Ba a Cu b O x, Ba a Sn b O x, Ba a Zn b O x, Bi a Ru b O x, Bi a Sn b O x, Bi a Zn b O x, Ca a Sn b O x, Ca a Zn b O x, C d a Sn b O x, Cd a Zn b O x, Ce a Fe b O x, Ce a Nb b O x, Ce a Ti b O x, Ce a V b O x, Co a Cu b O x, Co a Ge b O x, Co a La b O x, Co a Mg b O x, Co a Nb b O x, Co a Pb b O x, Co a Sn b O x, Co a V b O x, Co a W b O x, Co a Zn b O x, Cr a Cu b O x, Cr a La b O x, Cr a Mn b O x, Cr a Ni b O x, Cr a Si b O x, Cr a Ti b O x, Cr a Y b O x, Cr a Zn b O x, Cu a Fe b O x, Cu a Ga b O x, Cu a La b O x, Cu a Na b O x, Cu a Ni b O x, Cu a Pb b O x, Cu a Sn b O x, Cu a Sr b O x , Cu a Ti b O x, Cu a Zn b O x, Cu a Zr b O x, Fe a Ga b O x, Fe a La b O x, Fe a Mo b O x , Fe a Nb b O x, Fe a Ni b O x, Fe a Sn b O x, Fe a Ti b O x, Fe a W b O x, Fe a Zn b O x, Fe a Zr b O x, Ga a La b O x, Ga a Sn b O x, Ge a Nb b O x, Ge a Ti b O x, In a Sn b O x, K a Nb b O x, Mn a Nb b O x, Mn a Sn b O x, Mn a Ti b O x, Mn a Y b O x, Mn a Zn b O x, Mo a Pb b O x, Mo a Rb b O x, Mo a Sn b O x, Mo a Ti b O x, Mo a Zn b O x, Nb a Ni b O x, Nb a Ni b O x, Nb a Sr b O x, Nb a Ti b O x, Nb a W b O x, Nb a Zr b O x, Ni a Si b O x, Ni a Sn bO x , Ni a Y b O x , Ni a Zn b O x , Ni a Zr b O x , Pb a Sn b O x , Pb a Zn b O x , Rb a W b O x , Ru a Sn b O x, Ru a W b O x, Ru a Zn b O x, Sb a Sn b O x, Sb a Zn b O x, Sc a Zr b O x, Si a Sn b O x, Si a Ti b O x , Si a W b O x , Si a Zn b O x , Sn a Tab b O x , Sn a Ti b O x , Sn a W b O x , Sn a Zn b O x , Sn a Zr b O x , Sr a Ti b O x , Ta a Ti b O x , Ta a Zn b O x, Ta a Zr b O x, Ti a V b O x, Ti a W b O x, Ti a Zn b O x, Ti a Zr b O x, V a Zn b O x, V a Zr b O x, W a Zn b O x, W a Zr b O x, Y a Zr b O x, Zn a Zr b O x, frit added Monoiri Al a Ni b O x, frit added Monoiri Cr a Ti b O x, frit added Monoiri Fe a La b O x, frit added Monoiri Fe a Ni b O x, frit added Monoiri Fe a Ti b O x, frit added Monoiri Nb a Ti b O x, frit added Monoiri Nb a W b O x , Ni a Zn b O x with frit additive, Ni a Zr b O x with frit additive, Sb a Sn b O x with frit additive, Ta with frit additive a Ti b O x , or Ti a Zn b O x with frit additive, and / or M 1 a M 2 b M 3 c O x is Al a Mg b Zn c O x , Al a Si b V c O x, Ba a Cu b Ti c O x, Ca a Ce b Zr c O x, Co a Ni b Ti c O x, Co a Ni b Zr c O x, Co a Pb b Sn c O x, Co a Pb b Zn c O x, Cr a Sr b Ti c O x, Cu a Fe b Mn c O x, Cu a La b Sr c O x, Fe a Nb b Ti c O x, Fe a Pb b Zn c O x , Fe a Sr b Ti c O x, Fe a Ta b Ti c O x, Fe a W b Zr c O x, Ga a Ti b Zn c O x, La a Mn b Na c O x, La a Mn b Sr c O x Mn a Sr b Ti c O x , Mo a Pb b Zn c O x, Nb a Sr b Ti c O x, Nb a Sr b W c O x, Nb a Ti b Zn c O x, Ni a Sr b Ti c O x, Sn a W b Zn c O x, Sr a Ti b V c O x, Sr a Ti b Zn c O x, or Ti a W b Zr c may be included as an O x.

幾つかの他の好ましい実施形態では、金属酸化物材料には、第1および第2化学/電気活性材料のアレイ中にあるものであって、化学/電気活性材料が
(i)第1材料がMであり、第2材料がM である、
(ii)第1材料がMであり、第2材料がM である、
(iii)第1材料がM であり、第2材料がM である、
(iv)第1材料が第1のMであり、第2材料が第2のMである、
(v)第1材料が第1のM であり、第2材料が第2のM である、および
(vi)第1材料が第1のM であり、第2材料が第2のM である
(式中、MはCe、Co、Cu、Fe、Ga、Nb、Ni、Pr、Ru、Sn、Ti、Tm、W、Yb、Zn、およびZrよりなる群から選択され、MおよびMはそれぞれ独立してAl、Ba、Bi、Ca、Cd、Ce、Co、Cr、Cu、Fe、Ga、Ge、In、K、La、Mg、Mn、Mo、Na、Nb、Ni、Pb、Pr、Rb、Ru、Sb、Sc、Si、Sn、Sr、Ta、Ti、Tm、V、W、Y、Yb、Zn、およびZrよりなる群から選択されるが、MおよびMはM において同じものではなく、a、bおよびcはそれぞれ独立して約0.0005〜約1であり、かつ、xは存在する酸素が化合物中の他の元素の電荷とバランスするのに十分な数である)
よりなる群中のペアリングから選択されるものが含まれてもよい。
In some other preferred embodiments, the metal oxide material is in an array of first and second chemical / electroactive materials, wherein the chemical / electroactive material is (i) the first material is M 1 O x and the second material is M 1 a M 2 b O x .
(Ii) The first material is M 1 O x and the second material is M 1 a M 2 b M 3 c O x .
(Iii) The first material is M 1 a M 2 b O x and the second material is M 1 a M 2 b M 3 c O x .
(Iv) the first material is first M 1 O x and the second material is second M 1 O x ;
(V) the first material is the first M 1 a M 2 b O x , the second material is the second M 1 a M 2 b O x , and (vi) the first material is the first M 1 a M 2 b M 3 c O x and the second material is the second M 1 a M 2 b M 3 c O x (where M 1 is Ce, Co, Cu, Fe, Ga) , Nb, Ni, Pr, Ru, Sn, Ti, Tm, W, Yb, Zn, and Zr, and M 2 and M 3 are each independently Al, Ba, Bi, Ca, Cd, Ce, Co, Cr, Cu, Fe, Ga, Ge, In, K, La, Mg, Mn, Mo, Na, Nb, Ni, Pb, Pr, Rb, Ru, Sb, Sc, Si, Sn, Sr, Selected from the group consisting of Ta, Ti, Tm, V, W, Y, Yb, Zn, and Zr, where M 2 and M 3 are M 1 a M 2 b M 3 c O x are not the same, a, b and c are each independently about 0.0005 to about 1 and x is the charge of other elements in the compound Is enough to balance)
What is selected from the pairing in the group consisting of may be included.

半導体材料は、基材への接着を促進するための、またはセンサー材料の導電性、抵抗または選択性を変える1種もしくはそれ以上の添加物を場合により含有してもよい。接着を促進するための添加物の例は、細砕されたガラスであるフリット、または加熱するとガラスもしくはエナメルへ変わる細砕された無機材料である。例示的なフリットには、デュポン・アイテクノロジーズ(DuPont iTechnologies)から入手可能な、F2834、F3876、F2967、KH770、KH710およびKH375と称されるものが含まれる。これらは、それからセンサー材料が製造される組成物の30容積パーセント以下の量で使用されてもよい。導電性、抵抗または選択性を変えるための添加物の例には、フリットだけでなくAg、AuまたはPtが挙げられる。   The semiconductor material may optionally contain one or more additives to promote adhesion to the substrate or to change the conductivity, resistance or selectivity of the sensor material. Examples of additives for promoting adhesion are frit that is crushed glass, or crushed inorganic material that changes to glass or enamel upon heating. Exemplary frits include those referred to as F2834, F3876, F2967, KH770, KH710 and KH375, available from DuPont iTechnologies. These may be used in amounts up to 30 volume percent of the composition from which the sensor material is made. Examples of additives for changing conductivity, resistance or selectivity include Ag, Au or Pt as well as frit.

必要ならば、センサー材料はまた、例えば、当該ガスの酸化を触媒するもしくは特定検体ガスに対する選択性を増進する添加物を含有してもよいし、またはn半導体をp半導体に、もしくは逆に変換する1種もしくはそれ以上のドーパントを含有してもよい。これらの添加物は、それからセンサー材料が製造される組成物の30重量パーセント以下の量で使用されてもよい。使用される任意のフリットまたは他の添加物は、製造される時にセンサー材料の全体にわたって一様にまたは均質に分配される必要はないが、要望通りその特定表面の上にもしくは近くに局在化されてもよい。各化学/電気活性材料は、必要に応じて、多孔質の誘電性オーバー層でカバーされてもよい。好適なオーバー層はデュポン・アイテクノロジーズ製のQM44である。   If necessary, the sensor material may also contain, for example, an additive that catalyzes the oxidation of the gas or enhances the selectivity for a particular analyte gas, or converts n-semiconductor to p-semiconductor or vice versa. One or more dopants may be included. These additives may be used in amounts up to 30 weight percent of the composition from which the sensor material is made. Any frit or other additive used does not need to be distributed uniformly or homogeneously throughout the sensor material as it is manufactured, but is localized on or near that particular surface as desired. May be. Each chemically / electroactive material may be covered with a porous dielectric overlayer, if desired. A preferred overlayer is QM44 from DuPont Eye Technologies.

基材への化学/電気活性材料のいかなる付着方法も好適である。付着に用いられる一技法は、その上に電極がスクリーン印刷されているアルミナ基材上に半導体材料を塗布することである。半導体材料は、基材上への半導体材料の手塗り、井孔(well)中への材料のナノピペッディング、薄膜付着、または厚膜印刷法によって電極の上面上に付着することができる。ほとんどの技法には、その後に半導体材料を焼結するための最終焼成が続く。   Any method of attaching the chemically / electroactive material to the substrate is suitable. One technique used for deposition is to apply a semiconductor material onto an alumina substrate on which electrodes are screen printed. The semiconductor material can be deposited on the top surface of the electrode by hand-coating the semiconductor material onto a substrate, nanopipeding the material into a well, thin film deposition, or thick film printing. Most techniques are followed by a final firing to sinter the semiconductor material.

電極および化学/電気活性材料付き基材のスクリーン印刷法は図2〜3に例示されている。図2は、誘電体でオーバーレイされた互いにかみ合った電極を用いて、その中へ化学/電気活性材料を付着することができる空井孔を形成する方法を描く。図3は、12材料アレイ・チップを提供するために基材の両面上に印刷されている6材料のアレイ用の電極
スクリーンパターンを描く。電極の2つは並列であり、その結果それはたった6つの独特の材料を保持するにすぎない。図3に示されるアレイの上面からカウントダウンして、上面2つの材料は、それらが共接触している分割電極によって同時にアクセスされ得るにすぎない。その下に、ショートの原因になり得るすすの付着のような、ガス混合物との接触によって材料が汚されるのを防ぐために基材両面上の電極の上面上にスクリーン印刷されている誘電体用のスクリーンパターンがある。その下に実半導体材料用のスクリーンパターンがある。これは電極の上面上の誘電体中の穴に印刷されている。2種以上の材料がアレイに使用されている場合、個々の材料は一つずつ印刷される。
Screen printing methods for electrodes and substrates with chemically / electroactive materials are illustrated in FIGS. FIG. 2 depicts a method of using a mating electrode overlaid with a dielectric to form a void hole into which a chemically / electroactive material can be deposited. FIG. 3 depicts an electrode screen pattern for an array of 6 materials printed on both sides of the substrate to provide a 12 material array chip. Two of the electrodes are in parallel, so that it only holds six unique materials. Counting down from the top surface of the array shown in FIG. 3, the top two materials can only be accessed simultaneously by the split electrodes they are in contact with. Below that for dielectrics that are screen-printed on top of the electrodes on both sides of the substrate to prevent contamination of the material by contact with the gas mixture, such as soot deposits that can cause shorts There is a screen pattern. Below that is a screen pattern for real semiconductor materials. This is printed in a hole in the dielectric on the top surface of the electrode. If more than one material is used in the array, each material is printed one by one.

電気的応答は、ガス混合物へのアレイの暴露時に各化学/電気活性材料について測定され、応答を測定するための手段にはセンサー材料を相互連結する導体が含まれる。導体は、今度は、センサー材料によって示された応答を電気信号の形で測定し、記録するのに適切なものとしてデータ収集および操作デバイスを含む、電気入力および出力回路部品に接続される。抵抗に関連した測定値のような応答の値は、信号のサイズによって示されてもよい。検体が1種もしくはそれ以上のガスであろうとおよび/または1種もしくはそれ以上の亜群のガスであろうと、1個もしくはそれ以上の信号が混合物中の各検体成分に関してセンサーのアレイによって生み出されるかもしれない。   The electrical response is measured for each chemically / electroactive material upon exposure of the array to the gas mixture, and means for measuring the response include conductors interconnecting the sensor material. The conductors are in turn connected to electrical input and output circuit components, including data collection and manipulation devices as appropriate to measure and record the response exhibited by the sensor material in the form of an electrical signal. Response values, such as resistance related measurements, may be indicated by the size of the signal. Whether the analyte is one or more gases and / or one or more subgroups of gases, one or more signals are generated by the array of sensors for each analyte component in the mixture. It may be.

電気的応答は、各個々の化学/電気活性材料について他の化学/電気活性材料のそれぞれのそれとは別個に測定される。これは、例えば、時間領域または周波数領域で一材料と別材料との間で区別された信号を提供するためのマルチプレクサーを用いて、各化学/電気活性材料を電流に後でアクセスさせることによって成し遂げることができる。その結果として、何の化学/電気活性材料も任意の他のかかる材料と直列回路で連結されないことが好ましい。それにより電流が化学/電気活性材料へ通される一電極は、それにもかかわらず、2種以上の材料と接触するべくレイアウトすることができる。電極は、アレイ中のすべての、すべてよりも少ない化学/電気活性材料と接触してもよい。例えば、アレイが12の化学/電気活性材料を有する場合、電極は、2、3、4、5もしくは6の(または、場合により、各場合ではもっと多い)群の化学/電気活性材料の各構成要素と接触してもよい。電極は、電流がかかる群の化学/電気活性材料の各構成要素へ連続して通されるのを可能にするべく好ましくはレイアウトされるであろう。   The electrical response is measured separately for each individual chemical / electroactive material from that of each of the other chemical / electroactive materials. This can be done, for example, by having each chemically / electroactive material later access to current using a multiplexer to provide a differentiated signal between one material and another in the time domain or frequency domain. Can be achieved. Consequently, it is preferred that no chemically / electroactive material be connected in series circuit with any other such material. An electrode through which current is passed to the chemically / electroactive material can nevertheless be laid out to contact two or more materials. The electrode may be in contact with all, less than all, chemically / electroactive materials in the array. For example, if the array has twelve chemically / electroactive materials, the electrodes are each configured of 2, 3, 4, 5 or 6 (or more in each case more) groups of chemically / electroactive materials. May contact the element. The electrodes will preferably be laid out to allow current to be passed sequentially through each component of such group of chemically / electroactive materials.

プリント回路のような導体が電源をセンサー材料に接続するのに使用されてもよく、電圧がセンサー材料にかけられる場合、相当する電流が材料を通って生じる。電圧はACまたはDCであってもよいが、電圧の大きさは典型的には一定に保持されるであろう。生じる電流は、かけられた電圧およびセンサー材料の抵抗の両方に比例する。電流、電圧または抵抗のいずれかの形での材料の応答が測定され、そうするための手段には、高精度抵抗器、フィルターキャパシターおよび演算増幅器(OPA4340のような)のような商業用アナログ回路部品が含まれる。電圧、電流および抵抗は、それぞれ、他の2電気的特性の既知関数であるので、一特性についての既知量は別の特性のそれに容易に変換されるかもしれない。   A conductor such as a printed circuit may be used to connect a power supply to the sensor material, and when a voltage is applied to the sensor material, a corresponding current is generated through the material. The voltage may be AC or DC, but the magnitude of the voltage will typically be kept constant. The resulting current is proportional to both the applied voltage and the resistance of the sensor material. The response of the material in either form of current, voltage or resistance is measured, and means for doing so include precision analog resistors, filter capacitors and commercial analog circuits such as operational amplifiers (such as OPA4340) Parts are included. Since voltage, current, and resistance are each a known function of the other two electrical characteristics, a known quantity for one characteristic may be easily converted to that of another characteristic.

抵抗は、例えば、電気的応答のデジタル化に関連して測定されてもよい。電気的応答をデジタル化するための手段には、当該技術で公知のような、アナログ−デジタル(A/D)変換器が含まれ、例えば、比較器の操作を伴う電気部品および回路部品が含まれるかもしれない。センサー材料に電圧をかけることの結果として上に記載されたように生じる電圧信号の形での電気的応答は、比較器部分(LM339のような)への入力として用いられる。比較器への他の入力は、演算増幅器(LT1014のような)および外部トランジスター(PN2007Aのような)から構成される一定電流源を用いてキャパシターを充電することにより生み出されるリニアランプによって駆られる。ランプはマイクロコンピューター(T89C51CC01のような)によって制御され、監視される。第2比較器
部分もまたランプ電圧によっても駆られるが、正確な基準電圧と比較される。マイクロコンピューターは、ランプの開始から比較器の活性化までの時間の長さを捕らえて、カウントされた時間に基づいた信号を発生させる。
Resistance may be measured, for example, in connection with digitization of the electrical response. Means for digitizing the electrical response include analog-to-digital (A / D) converters, such as those known in the art, including, for example, electrical and circuit components that involve the operation of a comparator. May be. The electrical response in the form of a voltage signal that occurs as described above as a result of applying a voltage to the sensor material is used as an input to a comparator portion (such as LM339). The other input to the comparator is driven by a linear ramp created by charging the capacitor with a constant current source consisting of an operational amplifier (such as LT1014) and an external transistor (such as PN2007A). The lamp is controlled and monitored by a microcomputer (such as T89C51CC01). The second comparator portion is also driven by the ramp voltage, but is compared to an accurate reference voltage. The microcomputer captures the length of time from the start of the ramp to the activation of the comparator and generates a signal based on the counted time.

次にセンサー材料の抵抗が、材料の電圧出力から生じる時間信号対既知検査電圧および、究極的には、検査電圧の関数である抵抗に相当する時間信号の比からマイクロコンピューターによって、ある値として計算される、または定量化される。T89C51CC01のようなマイクロプロセッサーチップをこの機能のために用いることができる。マイクロプロセッサーチップはまた、上のように測定された抵抗を前に測定された抵抗の値と比較することによってセンサー材料の抵抗の変化を測定するための手段としても役立つ。   The resistance of the sensor material is then calculated as a value by the microcomputer from the ratio of the time signal resulting from the voltage output of the material to the known test voltage and ultimately the time signal corresponding to the resistance as a function of the test voltage. Or quantified. A microprocessor chip such as T89C51CC01 can be used for this function. The microprocessor chip also serves as a means for measuring the change in resistance of the sensor material by comparing the resistance measured as above with the value of the resistance previously measured.

インピーダンスまたは静電容量のような電気的特性は、例えば、インピーダンス計、静電容量計またはインダクタンス計のような回路部品の使用によって測定されてもよい。   Electrical properties such as impedance or capacitance may be measured, for example, by the use of circuit components such as impedance meters, capacitance meters or inductance meters.

化学/電気活性材料のアレイの温度をデジタル化するための手段は、例えば、物理的特性、温度測定デバイスの状態または状況を代表する信号をカウント時間に基づく信号に変換する、上に記載されたような部品を含むことができる。   Means for digitizing the temperature of an array of chemically / electroactive materials are described above, eg, converting a signal representative of a physical property, a temperature measuring device state or condition into a signal based on a count time Such parts can be included.

一実施形態では、多成分ガス混合物の分析は、上に記載されたようなやり方で、抵抗のような電気的応答の発生時に完結する。ガス混合物への暴露時にセンサー材料によって示される抵抗の測定は、1種もしくはそれ以上の成分ガスの混合物内分圧の関数であるので、測定された抵抗はガス混合物の組成に関して有用な情報を提供する。該情報は、例えば、ある特定ガスまたは亜群のガスの混合物内の存在または不在を示すかもしれない。しかしながら、他の実施形態では、1種もしくはそれ以上の特定成分ガスもしくは亜群のガスの混合物内相対濃度に関する情報を得るのに、または1種もしくはそれ以上の特定成分ガスもしくは亜群の混合物内実濃度を計算するのに必要なやり方で電気的応答を操作する、またはさらに操作することが好ましいかもしれない。   In one embodiment, the analysis of the multi-component gas mixture is completed upon the occurrence of an electrical response, such as resistance, in the manner described above. Since the measurement of resistance exhibited by the sensor material upon exposure to the gas mixture is a function of the partial pressure in the mixture of one or more component gases, the measured resistance provides useful information regarding the composition of the gas mixture To do. The information may indicate, for example, the presence or absence in a mixture of a particular gas or subgroup of gases. However, in other embodiments, to obtain information regarding the relative concentration in the mixture of one or more specific component gases or subgroups, or in the mixture of one or more specific component gases or subgroups. It may be preferable to manipulate or further manipulate the electrical response in the manner necessary to calculate the concentration.

1種もしくはそれ以上の個々の成分ガスおよび/または1つもしくはそれ以上の亜群のガスの混合物内相対濃度に関する情報を得るための手段、または1種もしくはそれ以上の個々の成分ガスおよび/または亜群の混合物内の存在を検出する、もしくは実濃度を計算するための手段には、信号前処理および出力後処理に加えて、PLS(潜在的システム上への投影)モデル、逆伝搬神経回路網モデル、または該2つの組合せのいずれかを組み込んだモデル化アルゴリズムが含まれてもよい。信号前処理には、主成分分析、単線形変換および拡大縮小、対数および自然対数変換、生信号値(例えば、抵抗)の差別、および対数値の差別のような操作が含まれるが、それらに限定されない。アルゴリズムは、そのパラメーターが以前に決定されたモデルであって、前処理された入力信号と当該種のガス濃度に関連した情報との間の関係を経験的にモデル化するモデルを含む。出力後処理には、上にリストされた操作のすべて、ならびにそれらの逆操作が含まれるが、それらに限定されない。   Means for obtaining information on the relative concentration in the mixture of one or more individual component gases and / or one or more subgroups of gases, or one or more individual component gases and / or Means for detecting the presence in a mixture of subgroups or calculating the actual concentration include signal pre-processing and post-output processing as well as PLS (projection onto potential systems) models, back-propagation neural circuits Modeling algorithms that incorporate either a network model or a combination of the two may be included. Signal preprocessing includes operations such as principal component analysis, single linear transformation and scaling, log and natural log transformation, discrimination of raw signal values (eg, resistance), and discrimination of logarithmic values. It is not limited. The algorithms include models whose parameters have been previously determined and empirically model the relationship between the preprocessed input signal and information related to the gas concentration of the species. Post-output processing includes, but is not limited to, all of the operations listed above, and vice versa.

モデルは方程式を用いて構築され、その式で定数、係数または他のファクターは、分析されるべき混合物中の成分として存在すると予期される特定の個々のガスまたは亜群への個々のセンサー材料の正確に測定された電気的応答に特有のあらかじめ定められた値から導かれる。方程式は、ガス混合物への暴露時にセンサー材料によって示される電気的応答とは別個のおよび別の値として温度を考慮に入れる任意のやり方で構築されてもよい。アレイの各個々のセンサー材料は、混合物中の成分ガスまたは亜群の少なくとも1つに対するその応答の点で他のセンサーのそれぞれとは異なり、センサーのそれぞれのこれら異なる応答が測定され、モデルに用いられる方程式を構築するのに用いられる。   The model is built using equations, where constants, coefficients or other factors are used to identify individual sensor materials to specific individual gases or subgroups that are expected to exist as components in the mixture to be analyzed. Derived from a predetermined value specific to an accurately measured electrical response. The equation may be constructed in any way that takes into account the temperature as a separate and separate value from the electrical response exhibited by the sensor material upon exposure to the gas mixture. Each individual sensor material of the array differs from each of the other sensors in its response to at least one of the constituent gases or subgroups in the mixture, and each of these different responses of the sensor is measured and used in the model Is used to construct the resulting equation.

化学/電気活性材料が暴露されるであろう混合物中に含有される検体ガスは、単一ガス、一緒にした亜群のガス、または窒素のような不活性ガスと混合した1種もしくはそれ以上のガスもしくは亜群であり得る。特定の当該ガスはドナー・ガスおよびアクセプター・ガスである。これらは、一酸化炭素、HSおよび炭化水素のような、半導体材料に電子を供与するか、またはO、窒素酸化物(一般にNOと表現される)、およびハロゲンのような、半導体材料から電子を受容するかのどちらのガスである。ドナー・ガスに暴露された時、n型半導体材料は電気抵抗が減少し、電流を増加させ、それ故、それはIR加熱のために温度の上昇を示すであろう。アクセプター・ガスに暴露された時、n型半導体材料は電気抵抗が増加し、電流を減少させ、それ故、IR加熱のために温度の低下を示すであろう。p型半導体材料では各場合に逆が起こる。 The analyte gas contained in the mixture to which the chemical / electroactive material will be exposed is one or more mixed with an inert gas such as a single gas, a combined subgroup of gases, or nitrogen Gas or subgroup. Certain such gases are donor gas and acceptor gas. These donate electrons to semiconductor materials, such as carbon monoxide, H 2 S and hydrocarbons, or semiconductors, such as O 2 , nitrogen oxides (commonly expressed as NO x ), and halogens. Either gas that accepts electrons from the material. When exposed to a donor gas, the n-type semiconductor material decreases in electrical resistance and increases current, and therefore it will show an increase in temperature due to I 2 R heating. When exposed to an acceptor gas, an n-type semiconductor material will increase in electrical resistance and decrease current, and therefore will exhibit a decrease in temperature due to I 2 R heating. The reverse occurs in each case for p-type semiconductor materials.

その厚さのような特性をはじめとする、アレイで二次加工されるようなセンサー材料の形状大きさ、センサーとして使用するための化合物または組成物の選択、およびアレイにかけられる電圧は、必要とされる感度に依存して変わり得る。センサー材料は、約1〜約20ボルト、好ましくは約1〜約12ボルトの電圧がセンサー材料にかけられる回路で並列で好ましくは接続される。多成分ガス混合物の分析を行う場合、アレイ中の各化学/電気活性センサー材料は1種もしくはそれ以上の検体ガスを含有する混合物への暴露時にアレイ中の他の化学/電気活性材料のそれぞれとは異なる電気的応答特性を示すことが好ましい。   The shape of the sensor material, such as its thickness, characteristics such as its thickness, the choice of compound or composition for use as a sensor, and the voltage applied to the array are required. It can vary depending on the sensitivity being used. The sensor material is preferably connected in parallel with a circuit in which a voltage of about 1 to about 20 volts, preferably about 1 to about 12 volts is applied to the sensor material. When analyzing a multi-component gas mixture, each chemical / electroactive sensor material in the array is in contact with each of the other chemical / electroactive materials in the array upon exposure to a mixture containing one or more analyte gases. Preferably exhibit different electrical response characteristics.

述べたように、測定されてもよい電気的応答特性のタイプには、ACインピーダンスまたは抵抗、静電容量、電圧、電流またはDC抵抗が含まれる。センサー材料の電気的応答特性として抵抗を用いることが好ましく、抵抗はガス混合物および/またはその中の成分の分析を行うために測定される。例えば、好適なセンサー材料は、約400℃もしくはそれよりも高い温度にある時に、少なくとも約1オーム−cm、好ましくは少なくとも約10オーム−cm、かつ、それでも約10オーム−cm以下、好ましくは約10オーム−cm以下、より好ましくは約10オーム−cm以下の抵抗率を有するものであるかもしれない。かかるセンサー材料はまた、好ましくは約400℃もしくはそれよりも高い温度で、ガス混合物への暴露時に、暴露なしの抵抗と比べて、少なくとも約0.1パーセント、好ましくは少なくとも約1パーセントの抵抗の変化を示すものとして特徴づけられるかもしれない。 As stated, the types of electrical response characteristics that may be measured include AC impedance or resistance, capacitance, voltage, current or DC resistance. Resistance is preferably used as the electrical response characteristic of the sensor material, and the resistance is measured to perform an analysis of the gas mixture and / or components therein. For example, suitable sensor materials are at least about 1 ohm-cm, preferably at least about 10 ohm-cm, and still less than about 10 6 ohm-cm, preferably at a temperature of about 400 ° C. or higher, preferably It may have a resistivity of about 10 5 ohm-cm or less, more preferably about 10 4 ohm-cm or less. Such a sensor material also preferably has a resistance of at least about 0.1 percent, preferably at least about 1 percent, when exposed to the gas mixture at a temperature of about 400 ° C. or higher, compared to the resistance without exposure. It may be characterized as an indication of change.

混合物および/またはその中の当該ガス成分を分析するという目的のために測定される応答特性のタイプにかかわらず、該応答特性の定量化された値が長期間にわたって安定であるセンサー材料が利用されることが望ましい。センサー材料が検体を含有する混合物に暴露される時、検体の濃度はそれが含有されている特定ガス混合物の組成の関数であり、センサー材料の応答の値は一定温度での長期間にわたる混合物への暴露の間好ましくは一定のままであるかまたは少しだけ変わるにすぎない。例えば、応答の値は、それが変わるとしても、少なくとも約1分の期間、または好ましくは少なくとも約1時間、好ましくは少なくとも約10時間、より好ましくは少なくとも約100時間、最も好ましくは少なくとも約1000時間のような期間にわたって約20パーセント以下、好ましくは約10パーセント、より好ましくは約5パーセント以下、最も好ましくは約1パーセント以下だけ変わるであろう。上に記載されたタイプのセンサー材料の一利点は、それらが応答のこの種の安定性によって特徴づけられることである。   Regardless of the type of response characteristic measured for the purpose of analyzing the mixture and / or the gas component therein, a sensor material is used in which the quantified value of the response characteristic is stable over time. It is desirable. When the sensor material is exposed to a mixture containing the analyte, the concentration of the analyte is a function of the composition of the specific gas mixture in which it is contained, and the value of the response of the sensor material is to the mixture over time at a constant temperature. Preferably remain constant or vary only slightly during the exposure. For example, the value of the response, even if it varies, is a period of at least about 1 minute, or preferably at least about 1 hour, preferably at least about 10 hours, more preferably at least about 100 hours, most preferably at least about 1000 hours. Will vary by no more than about 20 percent, preferably no more than about 10 percent, more preferably no more than about 5 percent, and most preferably no more than about 1 percent. One advantage of sensor materials of the type described above is that they are characterized by this kind of stability of response.

ガス混合物が約400℃よりも高い温度である用途では、センサー材料およびアレイの温度は、ガス検体が含有されるガス混合物の温度によってのみ実質的に測定されてもよく、好ましくは該温度によって専ら測定される。これは典型的には可変の温度である。より高い温度ガスが分析されつつある時、センサー材料を迅速に最低温度にするためにアレイにヒーターを備えつけることが望ましい。しかしながら、いったん分析が始まったら、ヒ
ーター(使用される場合)のスイッチは典型的には切られ、あらかじめ選択された温度にセンサー材料を維持するための何の方法も提供されない。こうしてセンサー材料の温度は、周囲環境の温度が上昇または低下するのと同程度に上昇または低下する。周囲環境、従ってセンサーおよびアレイの温度は、実質的にはアレイが暴露されるガス混合物の温度のみによって典型的には測定される(または該温度に由来する)。
In applications where the gas mixture is at a temperature above about 400 ° C., the temperature of the sensor material and the array may be substantially measured only by the temperature of the gas mixture containing the gas analyte, and preferably is exclusively dependent on that temperature. Measured. This is typically a variable temperature. When higher temperature gases are being analyzed, it is desirable to equip the array with a heater to quickly bring the sensor material to the lowest temperature. However, once analysis has begun, the heater (if used) is typically switched off, providing no method for maintaining the sensor material at a preselected temperature. Thus, the temperature of the sensor material increases or decreases as much as the temperature of the surrounding environment increases or decreases. The ambient environment, and thus the temperature of the sensor and array, is typically measured (or derived from) only substantially the temperature of the gas mixture to which the array is exposed.

ガス混合物が約400℃よりも下である用途では、センサー材料およびアレイを約400℃もしくはそれよりも高いあらかじめ選択された温度に維持することが好ましいかもしれない。このあらかじめ選択された温度は、実質的に一定であってもよいし、または好ましくは一定である。あらかじめ選択された温度は約500℃もしくはそれ以上、約600℃もしくはそれ以上、または約700℃もしくはそれ以上であってもよい。これは、当該技術で公知のようなやり方で、アレイに組み込まれたヒーターで都合よく行われてもよい。ガス混合物の温度はまた約300℃よりも下、約200℃よりも下、または約100℃よりも下であってもよい。   In applications where the gas mixture is below about 400 ° C., it may be preferable to maintain the sensor material and array at a preselected temperature of about 400 ° C. or higher. This preselected temperature may be substantially constant or is preferably constant. The preselected temperature may be about 500 ° C. or higher, about 600 ° C. or higher, or about 700 ° C. or higher. This may conveniently be done with heaters built into the array in a manner known in the art. The temperature of the gas mixture may also be less than about 300 ° C, less than about 200 ° C, or less than about 100 ° C.

アレイの温度の変化は半導体材料の電気的応答特性、例えば抵抗の定量化された値の変化によって示されるかもしれない。当該ガスの混合物中一定分圧で、センサー材料の電気的応答特性の値は、アレイ、従って材料の温度の変化と共に変化するかもしれない。電気的応答特性の値のこの変化は、温度、従って温度についての値、の変化の程度を測定するまたは測るという目的のために測定されてもよい。温度のこの測定がガス混合物の組成内容に関連した情報とは無関係に行われることは、必要とはされないが、好ましい。これは、温度を測定するという追加目的のために組成情報を提供するセンサーを使用しないことによって、および場合により、直列でよりもむしろ、並列回路で温度測定デバイスをセンサー材料と接続することによって行うことができる。温度を測定するための手段には、センサーのアレイに組み込まれた熱電対または高温計が含まれる。温度測定デバイスが典型的には検体ガスに応答しない材料であるサーミスタである場合、サーミスタは、それからガスセンサーのいずれかが製造されている材料とは異なる材料から好ましくは製造される。温度または温度の変化が測定される方法にかかわらず、温度値または定量化された温度の変化は、好ましくはデジタル化された形で、所望の入力であり、その入力からガスの混合物および/またはその中の成分の分析が行われてもよい。   Changes in the temperature of the array may be indicated by changes in the electrical response characteristics of the semiconductor material, such as a quantified value of resistance. At a constant partial pressure in the gas mixture, the value of the electrical response characteristic of the sensor material may change with changes in the temperature of the array and thus the material. This change in the value of the electrical response characteristic may be measured for the purpose of measuring or measuring the degree of change in temperature, and thus the value for temperature. It is preferred, but not required, that this measurement of temperature be made independently of information related to the composition content of the gas mixture. This is done by not using a sensor that provides compositional information for the additional purpose of measuring temperature, and possibly by connecting the temperature measuring device with the sensor material in a parallel circuit rather than in series. be able to. Means for measuring temperature include thermocouples or pyrometers built into the array of sensors. If the temperature measurement device is a thermistor that is typically a material that does not respond to the analyte gas, the thermistor is preferably manufactured from a material different from the material from which any of the gas sensors are manufactured. Regardless of the temperature or how the temperature change is measured, the temperature value or the quantified temperature change is preferably the desired input, in digitized form, from which the gas mixture and / or Analysis of the components therein may be performed.

本発明の方法および装置では、様々な先行技術とは異なり、例えば膜または電解槽によってなど、分析を行うという目的のために混合物の成分ガスを分離する必要がない。本発明の手段によって分析を行う場合、例えば、応答または分析結果をベースライン値に戻すという目的のためになど、比較ガスを使用する必要もない。その間ずっと各個々の検体ガスへの各個々のセンサー材料の暴露に帰せられるべき標準化応答値が測定される予備試験を除いて、センサー材料は、検体ガスおよび/または亜群が含有されている混合物へのみ暴露される。センサー材料は、検体を含有する混合物への暴露から得られるものと比較のための応答値を得るためにいかなる他のガスへも暴露されることはない。それ故混合物の分析は、検体を含有する混合物への化学/電気活性材料の暴露時に得られる電気的応答からのみ行われる。検体ガスおよび/または亜群に関する何の情報も、混合物内に含有されるような検体そのもの以外の任意のガスへのセンサー材料の暴露によって推論されない。   In the method and apparatus of the present invention, unlike the various prior art, it is not necessary to separate the constituent gases of the mixture for the purpose of performing the analysis, for example by means of a membrane or an electrolytic cell. When analyzing by means of the present invention, it is not necessary to use a reference gas, for example for the purpose of returning the response or analysis result to a baseline value. In the meantime, the sensor material is a mixture containing the analyte gas and / or subgroups, except for preliminary tests where a standardized response value is to be attributed to the exposure of each individual sensor material to each individual analyte gas. Only exposed to. The sensor material is not exposed to any other gas to obtain a response value for comparison with that obtained from exposure to the mixture containing the analyte. Therefore, analysis of the mixture is performed only from the electrical response obtained upon exposure of the chemically / electroactive material to the mixture containing the analyte. No information about the analyte gas and / or subgroup is inferred by exposure of the sensor material to any gas other than the analyte itself as contained within the mixture.

それ故本発明は、多成分ガス系中の1種もしくはそれ以上のガスの存在および/または濃度の直接検知方法および装置であって、多成分ガス流れ中のガスを検出するために選ばれた少なくとも2つの化学/電気活性材料を含んでなる方法および装置を提供する。多成分ガス系は、センサー材料が分解するか、さもなければセンサー装置が誤動作するのに低くもまたは高くもない本質的に任意の温度であり得る。一実施形態では、ガス系は約0℃〜約100℃未満の範囲の室温(約25℃)またはそれ以外のようなより低い温度にあってもよいが、別の実施形態では、ガス混合物は約400℃〜約1000℃の範囲のような
より高い温度にあってもよい。
The present invention is therefore a method and apparatus for the direct detection of the presence and / or concentration of one or more gases in a multi-component gas system, selected for detecting gases in a multi-component gas stream Methods and apparatus are provided comprising at least two chemically / electroactive materials. The multi-component gas system can be essentially any temperature that is neither low nor high enough for the sensor material to decompose or otherwise malfunction the sensor device. In one embodiment, the gas system may be at a lower temperature, such as room temperature (about 25 ° C.) or otherwise in the range of about 0 ° C. to less than about 100 ° C., but in another embodiment the gas mixture is It may be at a higher temperature, such as in the range of about 400 ° C to about 1000 ° C.

本発明は、より高い温度にあるかもしれないガス混合物−例えば、自動車、ディーゼルエンジンまたは家庭暖房装置の排気または排ガスのような燃焼流れに見出されるようなガス−に適用できる。しかしながら、本発明はまた、製造プロセス、廃棄物流れ、および環境監視におけるような、または臭気検出が重要である系および/または例えば医療、農業もしくは食品および飲料産業などでの、より低い温度にある系におけるような、他の発生源ガス混合物にも適用できる。化学/電気活性材料のアレイは、例えば、ガスクロマトグラフの結果を補完するのに、またはガスクロマトグラフを較正するのに用いることができよう。それ故ガス混合物は、約100℃もしくはそれ以上、約200℃もしくはそれ以上、約300℃もしくはそれ以上、約400℃もしくはそれ以上、約500℃もしくはそれ以上、約600℃もしくはそれ以上、約700℃もしくはそれ以上、または約800℃もしくはそれ以上であるが、それでも約1000℃未満である、約900℃未満である、約800℃未満である、約700℃未満である、約600℃未満である、約500℃未満である、約400℃未満である、約300℃未満である、約200℃未満である、または約100℃未満である温度を有する。   The present invention is applicable to gas mixtures that may be at higher temperatures, such as those found in combustion streams such as automobile, diesel engine or home heater exhaust or exhaust. However, the present invention is also at lower temperatures, such as in manufacturing processes, waste streams, and environmental monitoring, or in systems where odor detection is important and / or, for example, in the medical, agricultural or food and beverage industries It can also be applied to other source gas mixtures, such as in the system. An array of chemically / electroactive materials could be used, for example, to complement the gas chromatograph results or to calibrate the gas chromatograph. Thus, the gas mixture is about 100 ° C. or higher, about 200 ° C. or higher, about 300 ° C. or higher, about 400 ° C. or higher, about 500 ° C. or higher, about 600 ° C. or higher, about 700 At or above, or about 800 ° C. or above, but still below about 1000 ° C., below about 900 ° C., below about 800 ° C., below about 700 ° C., below about 600 ° C. Having a temperature that is less than about 500 ° C, less than about 400 ° C, less than about 300 ° C, less than about 200 ° C, or less than about 100 ° C.

本発明は、ガス混合物への暴露時にアレイ中に存在する化学/電気活性材料のそれぞれによって示される応答を測定する、測るおよび記録するための手段をさらに提供する。例えば、電気的特性の変化を測定する、測るおよび記録するであろう任意の手段を用いることができる。これは、例えば、それらの表面での吸着ガス分子の濃度に応じて材料のACインピーダンスの変化を測定することができるデバイスであってもよい。電気的特性を測定するための他の手段は、例えば、静電容量、電圧、電流またはDC抵抗を測定するのに用いられる好適なデバイスであり得る。あるいはまた、検知材料の温度の変化が測定され、記録されてもよい。化学検知方法および装置は、ガスの存在が確認され、かつ、それらの濃度が測定されるように、混合物および/または検出ガスを測定するまたは分析するための手段をさらに提供するかもしれない。これらの手段は、例えば、ケモメトリクス、神経回路網または他のパターン認識法を行うことができる器械または装置を含むことができる。化学センサー装置は、化学/電気活性材料のアレイ用のハウジングと、検出手段と、分析手段とをさらに含んでなるであろう。   The present invention further provides a means for measuring, measuring and recording the response exhibited by each of the chemically / electroactive materials present in the array upon exposure to the gas mixture. For example, any means that will measure, measure and record changes in electrical properties can be used. This may be, for example, a device that can measure the change in AC impedance of the material as a function of the concentration of adsorbed gas molecules at their surface. Other means for measuring electrical properties may be suitable devices used for measuring capacitance, voltage, current or DC resistance, for example. Alternatively, the change in temperature of the sensing material may be measured and recorded. The chemical sensing method and apparatus may further provide a means for measuring or analyzing the mixture and / or the detection gas such that the presence of the gases is confirmed and their concentrations are measured. These means can include, for example, an instrument or device capable of performing chemometrics, neural networks or other pattern recognition methods. The chemical sensor device will further comprise a housing for the array of chemically / electroactive materials, detection means, and analysis means.

本発明はまた、多成分ガス系中の1種もしくはそれ以上のガスの存在および/または濃度を直接検知するための化学センサーであって、基材と、1種もしくはそれ以上のあらかじめ定められたガスを検出するために選ばれた少なくとも2つの化学/電気活性材料のアレイと、ガス系への暴露時に存在する化学/電気活性材料のそれぞれにおける電気的特性の変化を検出するための手段とを含む化学センサーをも提供する。   The present invention is also a chemical sensor for directly detecting the presence and / or concentration of one or more gases in a multicomponent gas system comprising a substrate and one or more predetermined An array of at least two chemically / electroactive materials selected to detect gas and means for detecting changes in electrical properties in each of the chemically / electroactive materials present upon exposure to the gas system; A chemical sensor is also provided.

センサー材料のアレイは、多成分混合物の幾つかの他の成分の存在によってもたらされる競争反応にもかかわらず、当該検体を検出できるべきである。この目的のために、本発明は、本明細書で記載されるように、そのそれぞれが検出されるべき混合物のガス成分の少なくとも1種に対して異なる感度を有する、多センサー材料のアレイを用いる。必要とされる感度を有し、かつ、上に記載されたタイプの分析測定値および結果を生み出すために動作することができるセンサーは、それからセンサーが製造される材料の適切な組成物の選択によって得られる。この目的に好適な材料の様々な組成物は上に記載されている。アレイ中のセンサーの数は、典型的には、混合物中の分析されるべき個々のガス成分の数よりも大きいかまたはそれに等しい。   The array of sensor materials should be able to detect the analyte in spite of the competitive reaction brought about by the presence of several other components of the multicomponent mixture. For this purpose, the present invention uses an array of multi-sensor materials, each of which has a different sensitivity to at least one of the gas components of the mixture to be detected, as described herein. . A sensor having the required sensitivity and capable of operating to produce analytical measurements and results of the type described above is then determined by selection of the appropriate composition of the material from which the sensor is manufactured. can get. Various compositions of materials suitable for this purpose are described above. The number of sensors in the array is typically greater than or equal to the number of individual gas components to be analyzed in the mixture.

分析されるべきガス混合物は、プロセスによって排出されてもよいし、またはデバイスに送られる化学反応の生成物であってもよい。かかる場合には、本発明の装置は、プロセスまたはデバイスを制御するという目的のために、アレイの電気的応答、および場合によ
り温度測定を利用するための手段をさらに含んでもよい。
The gas mixture to be analyzed may be exhausted by the process or may be the product of a chemical reaction that is sent to the device. In such cases, the apparatus of the present invention may further comprise means for utilizing the electrical response of the array, and optionally temperature measurements, for the purpose of controlling the process or device.

プロセスまたはデバイスを制御するために、センサー材料の電気的応答、および場合により温度測定を利用するための手段には、例えば、内燃エンジン中で起こる燃焼の化学反応を制御するための、あるいはエンジンそのもの、またはそれに関連した部品もしくは装置を制御するための意思決定ルーチンが含まれる。   Means for utilizing the electrical response of the sensor material, and optionally temperature measurement, to control the process or device include, for example, to control the chemical reaction of combustion that occurs in an internal combustion engine or to the engine itself Or a decision making routine for controlling the associated part or device.

燃焼は、炭化水素燃料の酸化の化学反応がエンジンのシリンダー中で起こるプロセスである。エンジンは該化学反応の結果が送られるデバイスであり、該結果は、シリンダー中のピストンを動かすのに必要な作業のために燃焼反応によって生み出される力である。ガスの多成分混合物を排出するプロセスの別の例は、燃料電池で起こる化学反応であり、化学反応の生成物が送られるデバイスの他の例は、炉でもしくは発電用に用いられるようなボイラー、または汚染対策処理のために廃ガスが送られる煙突のスクラバーである。   Combustion is a process in which the chemical reaction of the oxidation of hydrocarbon fuel occurs in the engine cylinder. An engine is a device to which the result of the chemical reaction is sent, which is the force produced by the combustion reaction for the work necessary to move the piston in the cylinder. Another example of a process that discharges a multicomponent mixture of gases is a chemical reaction that occurs in a fuel cell, and other examples of devices to which the product of the chemical reaction is sent are boilers such as those used in furnaces or for power generation Or a chimney scrubber to which waste gas is sent for pollution control treatment.

エンジンの場合には、燃焼のプロセスまたはエンジンそのものの運転を制御するために、マイクロコンピューター(T89C51CC01のような)が燃焼のプロセスの様々なパラメーターに関してまたはエンジンの動作特性に関して多数の意思決定ルーチンを行う。マイクロコンピューターは、エンジン排気の組成内容に関する情報を集め、排気の流れへ暴露された化学/電気活性材料のアレイの応答を得ることによってそのようにし、場合により温度測定値を得る。情報は一時的にランダム・アクセス・メモリに蓄えられ、次にマイクロコンピューターは、1つもしくはそれ以上の意思決定ルーチンを情報に加える。   In the case of an engine, a microcomputer (such as T89C51CC01) performs a number of decision-making routines with respect to various parameters of the combustion process or with respect to the operating characteristics of the engine in order to control the combustion process or the operation of the engine itself. . The microcomputer gathers information about the composition content of the engine exhaust and does so by obtaining the response of the array of chemically / electroactive materials exposed to the exhaust stream, and possibly temperature measurements. Information is temporarily stored in random access memory, and then the microcomputer adds one or more decision making routines to the information.

意思決定ルーチンは、1つもしくはそれ以上のアルゴリズムおよび/または数学操作を利用して習得情報を操作し、プロセスの特定パラメーターによってまたはデバイスの動作特性によって処理されるべきである所望の状態または状況と同等である値の形で決定をもたらす。意思決定ルーチンの結果に基づいて、指示は、プロセスのパラメーターまたはデバイスの動作特性の状態または状況の調節をもたらすマイクロコンピューターによって与えられるかまたは制御される。燃焼の化学反応によって体現されるプロセスの場合には、プロセスは、それに供給される反応体の相対量のような、反応のパラメーターを調節することによって制御することができる。シリンダーへの燃料または空気の流れは、例えば、増やすかまたは減らすことができる。燃焼の反応の結果が送られるデバイスである、エンジンそのものの場合には、制御は、トルクまたはエンジン速度のようなエンジンの動作特性を調節することによって成し遂げることができる。   The decision-making routine utilizes one or more algorithms and / or mathematical operations to manipulate the learned information and the desired state or situation to be handled by specific parameters of the process or by the operating characteristics of the device Brings decisions in the form of values that are equivalent. Based on the results of the decision-making routine, the instructions are provided or controlled by a microcomputer that provides adjustment of process parameters or device operating characteristics states or conditions. In the case of a process embodied by a chemical reaction of combustion, the process can be controlled by adjusting the parameters of the reaction, such as the relative amount of reactant supplied to it. The flow of fuel or air to the cylinder can be increased or decreased, for example. In the case of the engine itself, the device to which the result of the combustion reaction is sent, control can be achieved by adjusting the engine's operating characteristics such as torque or engine speed.

次の非限定的な実施例は、本発明を例示することを意図されるが、決してそれを限定することを意図されない。下に提供される実施例では、「チップ」は、電極と検知材料と、誘電体が使用される場合には誘電体とを含んでなるアルミナ基材を記載するのに用いられる。表記法「X%A:MO」は、別の無機化合物(A)が指定濃度(原子基準でX%)で金属酸化物(MO)に添加されたことを意味する。用語「フリット」は、ある温度で通常ガラスを形成する無機化合物の混合物を記載するのに用いられる。   The following non-limiting examples are intended to illustrate the invention but are in no way intended to limit it. In the examples provided below, the “chip” is used to describe an alumina substrate comprising an electrode, a sensing material, and a dielectric if a dielectric is used. The notation “X% A: MO” means that another inorganic compound (A) has been added to the metal oxide (MO) at the specified concentration (X% on an atomic basis). The term “frit” is used to describe a mixture of inorganic compounds that usually form glass at a certain temperature.

センサー材料を製造するために、ならびに赤外(IR)サーモグラフィックおよびACインピーダンス法を用いて信号を測定するために用いてもよい典型的技法を下に記載する。   Exemplary techniques that may be used to manufacture sensor materials and to measure signals using infrared (IR) thermographic and AC impedance methods are described below.

IRサーモグラフィック試料および測定
ガスまたはガス混合物へ暴露された時のセンサー材料のインピーダンスの変化は、赤外サーモグラフィック画像形成のような技法により材料試料の温度の変化を測ることによって測定してもよい。
IR Thermographic Samples and Measurements The change in impedance of the sensor material when exposed to a gas or gas mixture may be measured by measuring the temperature change of the material sample by techniques such as infrared thermographic imaging. .

A.アレイ・チップ製造
図2に示す、相互にかみ合った電極パターンをアルミナ基材(コアーズ・テック(Coors Tek)から入手、96%アルミナ、1インチ×0.75インチ×0.025インチ)上へスクリーン印刷することによってブランク・アレイ・チップを製造した。半自動スクリーン印刷機(ETPエレクトロ−ダイアル(Electro−dial)、シリーズL−400)を用いた。電極ペーストはデュポン・アイテクノロジーズ、製品#5715から入手可能である。使用した電極スクリーン(マイクロサーキット・エンジニアリング・コーポレーション(Microcircuit Engineering Corporation)から入手)は0.5ミルのエマルジョン厚さを有した。スクリーン印刷後に、部品を対流式オーブン中120℃で10分間乾燥し、次に焼成した。焼成は、10ゾーンベルト・リンドバーグ(Lindberg)炉を用いて30分のサイクル時間および850℃のピーク温度10分間で、空気中で行った。電極を基材上へ焼成した後、図2に示した誘電体(デュポン・アイテクノロジーズ、製品#5704)パターンを、0.9ミルのエマルジョン厚さを有するスクリーン(マイクロサーキット・エンジニアリング・コーポレーション)を使って電極の一面にスクリーン印刷した。次に部品を120℃で10分間乾燥し、上に記載したのと同じ焼成サイクルを用いて焼成した。
A. Array Chip Fabrication The interdigitated electrode pattern shown in FIG. 2 is screened onto an alumina substrate (obtained from Coors Tek, 96% alumina, 1 inch × 0.75 inch × 0.025 inch) Blank array chips were produced by printing. A semi-automatic screen printer (ETP electro-dial, series L-400) was used. Electrode paste is available from DuPont Eye Technologies, product # 5715. The electrode screen used (obtained from Microcircuit Engineering Corporation) had an emulsion thickness of 0.5 mil. After screen printing, the parts were dried in a convection oven at 120 ° C. for 10 minutes and then fired. Firing was performed in air using a 10 zone belt Lindberg furnace with a cycle time of 30 minutes and a peak temperature of 850 ° C. for 10 minutes. After firing the electrode onto the substrate, the dielectric (DuPont Eye Technologies, Product # 5704) pattern shown in FIG. 2 is applied to a screen (Microcircuit Engineering Corporation) having an emulsion thickness of 0.9 mil. Used to screen print on one side of the electrode. The parts were then dried at 120 ° C. for 10 minutes and fired using the same firing cycle as described above.

B.半導体金属酸化物製造およびアレイ・チップへの塗布
約175mgの半導体金属酸化物粉末もしくは好適なガラスフリットとの半導体金属酸化物の混合物(デュポン・アイテクノロジーズ製品#F2889もしくはF3876)または他の無機化合物との半導体金属酸化物粉末の混合物を、約75mgの好適な媒体(デュポン・アイテクノロジーズ製品#M2619)および1mgの好適な界面活性剤(デュポン・アイテクノロジーズ製品#R0546)と共にガラススライド上へ量り分けた。媒体および界面活性剤を一緒に混合し、湿潤化を確実にするため金属酸化物粉末または混合物を媒体および界面活性剤に徐々に加えた。必要ならば、この時、粘度を低下させるのに好適な溶剤(デュポン・アイテクノロジーズ製品#R4553)を加えた。次にペーストをより十分な混合のために瑪瑙の乳鉢および乳棒に移した。細く先のとがった木製塗布具を用いて、次に、非常に少量のペーストをアレイ・チップの井孔の1つ中へ入れた。アレイ・チップ上の井孔のすべてを満たすまで、この手順を金属酸化物粉末または混合物のそれぞれで繰り返した。いったんアレイ・チップ上の井孔をペーストで満たしたら、アレイ・チップを、Nガスの低い流れがチップの上方を通過している密室中に放置した。次にアレイ・チップを120℃で10分間乾燥した。焼成を、フィッシャー(Fisher)プログラム化可能箱形炉を用いて650℃まで1℃/分の昇温速度で、その温度にそれを30分間保持して空気中で行った。冷却速度は室温まで5℃/分であった。
B. Semiconductor metal oxide production and application to array chips About 175 mg of semiconductor metal oxide powder or a mixture of semiconductor metal oxides with suitable glass frit (DuPont Eye Technologies products # F2889 or F3876) or other inorganic compounds Of a semiconducting metal oxide powder was weighed onto a glass slide with about 75 mg of a suitable medium (DuPont Eye Technologies product # M2619) and 1 mg of a suitable surfactant (DuPont Eye Technologies product # R0546). . The media and surfactant were mixed together and the metal oxide powder or mixture was gradually added to the media and surfactant to ensure wetting. If necessary, a suitable solvent (DuPont Eye Technologies product # R4553) was added at this time to reduce the viscosity. The paste was then transferred to an agate mortar and pestle for better mixing. Using a thin pointed wooden applicator, a very small amount of paste was then placed into one of the array chip wells. This procedure was repeated with each of the metal oxide powders or mixture until all of the wells on the array chip were filled. Once the wells on the array chip were filled with paste, the array chip was left in a closed chamber where a low flow of N 2 gas passed over the chip. The array chip was then dried at 120 ° C. for 10 minutes. Firing was performed in air using a Fisher programmable box furnace at a rate of 1 ° C./min up to 650 ° C. and holding it at that temperature for 30 minutes. The cooling rate was 5 ° C./min to room temperature.

C.アレイ・チップの配線
0.005インチ白金線の約1.5インチを用いてリード線を製造した。線の一端は裸であり、他端はメスRS232コネクタに接続した。導電性ペースト(ペルコ(Pelco)製品#16023)を用いて白金リード線の裸端をアレイ・チップ上の開放導体パッドの1つに取りつけた。第2のリード線を同じ方法でアレイ・チップ上の他の開放導体パッドに取りつけた。次にチップを120℃で少なくとも4時間乾燥させた。
C. Array Chip Wiring Leads were manufactured using approximately 1.5 inches of 0.005 inch platinum wire. One end of the wire was bare and the other end was connected to a female RS232 connector. The bare end of the platinum lead was attached to one of the open conductor pads on the array chip using a conductive paste (Pelco product # 16023). The second lead was attached to the other open conductor pads on the array chip in the same manner. The chip was then dried at 120 ° C. for at least 4 hours.

D.IRサーモグラフィ測定
試験室は、ガス流用の注入および排出バルブ、1インチMgF窓、2つの熱電対フィードスルーならびに2つの電気フィードスルーを含む2.75インチ立方体を含んでなった。電気フィードスルーは、試料ヒーター(アドバンスト・セラミックス(Advanced Ceramics)、ボラレクトリック(Boralectric)ヒーター#HT−42)および電圧/電流測定装置(ケイスレイ・インスツルメンツ(Keithley
Instruments)モデル#236)への接続を提供した。ガス流はマルチガス
制御装置(MKSモデル#647B)を用いて調節した。試料ヒーターはハンプトン・コントローールズ(Hampton Controls)製の装置(70VAC/700W位相角)を用いて制御した。測定の間ずっと100μmクローズアップレンズを用いて、赤外線カメラ(インフラメトリックス(Inframetrics)PM390)の焦点をアレイ・チップの前面に合わせた。
D. IR Thermography Measurements The test chamber comprised a 2.75 inch cube containing gas flow inlet and outlet valves, a 1 inch MgF window, two thermocouple feedthroughs and two electrical feedthroughs. The electrical feedthrough consists of a sample heater (Advanced Ceramics, Volaelectric heater # HT-42) and a voltage / current measuring device (Keithley Instruments).
Instruments) model # 236) was provided. The gas flow was adjusted using a multi-gas controller (MKS model # 647B). The sample heater was controlled using an apparatus (70 VAC / 700 W phase angle) manufactured by Hampton Controls. The infrared camera (Inframetrics PM390) was focused on the front of the array chip using a 100 μm close-up lens throughout the measurement.

測定を行う前に、試料を試験室内の試料ヒーターの上面上に置いた。次にアレイ・チップに接続したリード線上のメスピンを電圧/電流測定装置に接続した電気フィードスルーに接続した。室を閉鎖し、IRカメラの視経路中に置いた。次にガス(100sccmのN、25sccmのO)を試料の加熱の間ずっと室中へ流れさせた。次に、電圧/電流測定装置のスイッチを入れて電圧をかける前に、試料を所望の温度へ加熱し(約10℃/分)、平衡させた。電圧を典型的に調節して、アレイを通して10〜20mAの電流を流れさせた。 Prior to taking measurements, the samples were placed on the top surface of the sample heater in the test room. The mespin on the lead wire connected to the array chip was then connected to an electrical feedthrough connected to a voltage / current measuring device. The chamber was closed and placed in the IR camera viewing path. Gas (100 sccm N 2 , 25 sccm O 2 ) was then allowed to flow into the chamber during sample heating. The sample was then heated to the desired temperature (about 10 ° C./min) and allowed to equilibrate before the voltage / current measurement device was turned on and the voltage applied. The voltage was typically adjusted to pass 10-20 mA of current through the array.

材料のアレイのIRサーモグラフィック画像を、次のガス(N、O、ならびに1%CO/99%N、1%NO/99%Nおよび1%C10/99%N)の流れ中で各変更の20分後に撮影した。特に記載のない限り、下に記載するすべてのガス混合物の含有率は容積パーセントで提示する。実施例で温度信号を求めるために、2%O/98%N中での材料の温度を他のガス混合物中でのそれらの温度から差し引いた。温度引き算を行うためにサームモニター(ThermMonitor)95プロ(Pro)、バージョン1.61(サーモテクニックス・システムズ社(Thermoteknix Systems,Ltd.))を用いた。ドナー・ガスに暴露された時、n型半導体材料は抵抗率が減少し、電流を増加させるので、IR加熱による温度の上昇を示すであろう。アクセプター・ガスに暴露された時、n型半導体材料は抵抗率が増加し、電流を減少させるので、IR加熱による温度の低下を示すであろう。p型半導体材料では逆が起こる。 IR thermographic images of the array of materials were taken from the following gases (N 2 , O 2 , and 1% CO / 99% N 2 , 1% NO 2 /99% N 2 and 1% C 4 H 10 /99% N 2 ) Photographed 20 minutes after each change in the flow. Unless stated otherwise, the contents of all gas mixtures described below are given in volume percent. In order to determine the temperature signal in the examples, the temperature of the materials in 2% O 2 /98% N 2 was subtracted from their temperature in the other gas mixtures. A Thermmonitor 95 Pro (Pro), version 1.61 (Thermotechnix Systems, Ltd.) was used to perform the temperature subtraction. When exposed to donor gas, the n-type semiconductor material will show an increase in temperature due to I 2 R heating, as the resistivity decreases and the current increases. When exposed to an acceptor gas, the n-type semiconductor material will exhibit a decrease in temperature due to I 2 R heating, as the resistivity increases and the current decreases. The reverse occurs for p-type semiconductor materials.

ACインピーダンス試料および測定
A.半導体金属酸化物ペースト調製
約2〜3グラムの半導体金属酸化物粉末もしくは好適なガラスフリットとの半導体金属酸化物の混合物(デュポン・アイテクノロジーズ製品#F2889もしくはF3876)または他の無機化合物との半導体金属酸化物の混合物を、約40〜70重量%固形分を与えるのに十分な量の好適な媒体(デュポン・アイテクノロジーズ製品#M2619)と共に量り分けた。次にこれらの材料を混和機(フーバー(Hoover)自動混和機、モデル#M5)に移し、そこでそれらを何の乾燥粉末も残っていなくなるまでスパチュラを用いて一緒に混合した。必要ならば、粘度を低下させるためにデュポン・アイテクノロジーズ製品#R0546のような、好適な界面活性剤を添加した。パス当たり25回転で約6パスにわたって500グラムの重量のすり棒を用いてさらなる混合を行った。次に完成ペーストを必要とされるまで容器に移した。
AC impedance sample and measurement Semiconductor Metal Oxide Paste Preparation Semiconductor Metal Oxide Mixtures with about 2-3 grams of semiconductor metal oxide powder or suitable glass frit (DuPont Eye Technologies products # F2889 or F3876) or other inorganic compounds The oxide mixture was weighed with a sufficient amount of a suitable medium (DuPont Eye Technologies product # M2619) to give about 40-70 wt% solids. The materials were then transferred to a blender (Hoover automatic blender, model # M5) where they were mixed together using a spatula until no dry powder remained. If necessary, a suitable surfactant, such as DuPont Eye Technologies product # R0546, was added to reduce the viscosity. Further mixing was done using a 500 gram weight grinder for about 6 passes at 25 revolutions per pass. The finished paste was then transferred to a container until needed.

B.単一センサー製造
検知材料のアレイではなく単一材料を用いて検知チップの幾つかを製造した。長さ0.4インチであり、アルミナ基材(コアーズ・テック、96%アルミナ、1インチ×1インチ×0.025インチ)上へ0.008インチ間隔を有する電極で互いにかみ合った電極パターンをスクリーン印刷することによって単一検知試料チップを製造した。半自動スクリーン印刷機(ETPエレクトロ−ダイアル、シリーズL−400)を用いた。電極ペースト(製品#5715)はデュポン・アイテクノロジーズから入手可能である。電極スクリーン(マイクロサーキット・エンジニアリング・コーポレーション)は0.5ミルのエマルジョン厚さを有した。印刷後に、ペーストを対流式オーブン中120℃で10分間乾燥し、次に焼成した。焼成は、10ゾーンベルト炉(リンドバーグ)を用いて30分のサ
イクル時間および850℃のピーク温度10分間で行った。次に0.5インチ×0.5インチ開口部付きスクリーン(マイクロサーキット・エンジニアリング・コーポレーション)を用いてセンサー材料を基材上にスクリーン印刷した。このスクリーンは1.0ミルのエマルジョン厚さを有した。センサー材料を印刷した後、部品を対流式オーブン中120℃で10分間乾燥した。この時点で部品を、リンドバーグ管状炉を用いて空気中850℃に10〜45分間焼成した。
B. Single Sensor Fabrication Several of the sensing chips were fabricated using a single material rather than an array of sensing materials. Screen an electrode pattern 0.4 inches long and interdigitated with electrodes spaced 0.008 inches onto an alumina substrate (Coors Tech, 96% alumina, 1 inch x 1 inch x 0.025 inch) A single sensing sample chip was manufactured by printing. A semi-automatic screen printer (ETP electro-dial, series L-400) was used. Electrode paste (Product # 5715) is available from DuPont Eye Technologies. The electrode screen (Microcircuit Engineering Corporation) had an emulsion thickness of 0.5 mil. After printing, the paste was dried in a convection oven at 120 ° C. for 10 minutes and then fired. Firing was performed using a 10 zone belt furnace (Lindberg) for a cycle time of 30 minutes and a peak temperature of 850 ° C. for 10 minutes. The sensor material was then screen printed onto the substrate using a 0.5 inch by 0.5 inch aperture screen (Microcircuit Engineering Corporation). This screen had an emulsion thickness of 1.0 mil. After printing the sensor material, the part was dried in a convection oven at 120 ° C. for 10 minutes. At this point, the parts were fired in air at 850 ° C. for 10-45 minutes using a Lindberg tube furnace.

C.センサーアレイ製造
様々な電極およびセンサー配置を用いてセンサーアレイのACインピーダンス・データを取得することができる。12材料アレイの製造を直ぐ下に記載する。
C. Sensor Array Manufacturing A variety of electrodes and sensor arrangements can be used to acquire sensor array AC impedance data. The production of the 12 material array is described immediately below.

アルミナ基材(コアーズ・テック、96%アルミナ、2.5インチ×0.75インチ×0.040インチ)上へ電極パターン(図3)をスクリーン印刷することによってセンサーアレイ・チップを製造した。半自動スクリーン印刷機(ETPエレクトロ−ダイアル、シリーズL−400)を用いた。電極ペースト(製品#4597)はデュポン・アイテクノロジーズから入手可能である。電極スクリーン(マイクロサーキット・エンジニアリング・コーポレーション)は0.4ミルのエマルジョン厚さを有した。図3で、センサーパッドの2つは並列であり、その結果たった6つの独特のセンサー材料測定をこの電極配置から行い得るにすぎないことに注意されたい。印刷後に、ペーストを対流式オーブン中130℃で10分間乾燥し、次に焼成した。焼成は、10ゾーンベルト炉(リンドバーグ)を用いて30分のサイクル時間および850℃のピーク温度10分間で、空気中で行った。電極を基材上へ焼成した後、図3に示す誘電体(デュポン・アイテクノロジーズ、製品#QM44)パターンを、1.0ミルのエマルジョン厚さを有するスクリーン(マイクロサーキット・エンジニアリング・コーポレーション)を使って電極の一面にスクリーン印刷した。次に部品を130℃で10分間乾燥し、上に記載したのと同じ焼成サイクルを用いて焼成した。この時点で、各センサー材料を、図3に示すスクリーン(マイクロサーキット・エンジニアリング・コーポレーション)を用いて基材上の誘電体の井孔中へスクリーン印刷した。このスクリーンは1.0ミルのエマルジョン厚さを有した。各センサー材料を印刷した後、部品を対流式オーブン中130℃で10分間乾燥した。センサー材料(6)のすべてをセンサーのこの面に付着した後、上に記載したのと同じ焼成サイクルを用いて部品を焼成した。この焼成工程の後、上の印刷、乾燥および焼成工程を基材の裏面上で繰り返して、アレイ・チップにもう6つのセンサー材料を追加した。   A sensor array chip was fabricated by screen printing an electrode pattern (FIG. 3) onto an alumina substrate (Coors Tech, 96% alumina, 2.5 inch × 0.75 inch × 0.040 inch). A semi-automatic screen printer (ETP electro-dial, series L-400) was used. Electrode paste (Product # 4597) is available from DuPont Eye Technologies. The electrode screen (Microcircuit Engineering Corporation) had an emulsion thickness of 0.4 mil. Note that in FIG. 3, two of the sensor pads are in parallel, so that only six unique sensor material measurements can be made from this electrode arrangement. After printing, the paste was dried in a convection oven at 130 ° C. for 10 minutes and then fired. Firing was performed in air using a 10 zone belt furnace (Lindberg) with a cycle time of 30 minutes and a peak temperature of 850 ° C. for 10 minutes. After firing the electrode onto the substrate, the dielectric (DuPont Eye Technologies, product # QM44) pattern shown in FIG. 3 is used on a screen (Microcircuit Engineering Corporation) having an emulsion thickness of 1.0 mil. Screen printed on one side of the electrode. The parts were then dried at 130 ° C. for 10 minutes and fired using the same firing cycle as described above. At this point, each sensor material was screen printed into a dielectric well on the substrate using the screen (Microcircuit Engineering Corporation) shown in FIG. This screen had an emulsion thickness of 1.0 mil. After printing each sensor material, the parts were dried in a convection oven at 130 ° C. for 10 minutes. After all of the sensor material (6) was deposited on this side of the sensor, the part was fired using the same firing cycle described above. After this firing step, the above printing, drying and firing steps were repeated on the backside of the substrate to add another 6 sensor materials to the array chip.

D.ACインピーダンス測定
単一センサー材料試料について、1.2インチ白金線を試料上の電極のそれぞれにステンレススチール・スクリューで接続した。次に白金線の末端を、試験室の外側に達する0.127インチ直径インコネル線に接続した。インコネル線の全長を酸化アルミニウムですっぽり包み、炉中に存在する電磁場からの妨害を排除するためにインコネル管をアースした。直径4インチ、長さ24インチである閉鎖一端融合の(closed−one−end fused)石英反応器の端に載せたステンレススチール・フランジ中へインコネル管を溶接した。炉からの電磁妨害を同様に排除するためにアースしたステンレススチール・スクリーンを石英反応器に巻きつけた。全室アセンブリを蝶番付きリンドバーグ管状炉の空洞に入れ、炉を閉鎖した。
D. AC Impedance Measurement For a single sensor material sample, a 1.2 inch platinum wire was connected to each of the electrodes on the sample with a stainless steel screw. The end of the platinum wire was then connected to a 0.127 inch diameter Inconel wire that reached the outside of the test chamber. The entire length of the Inconel wire was completely wrapped with aluminum oxide, and the Inconel tube was grounded to eliminate interference from the electromagnetic field present in the furnace. The Inconel tube was welded into a stainless steel flange mounted on the end of a closed-one-end fused quartz reactor that was 4 inches in diameter and 24 inches long. A grounded stainless steel screen was wrapped around the quartz reactor to similarly eliminate electromagnetic interference from the furnace. The whole chamber assembly was placed in the cavity of a hinged Lindberg tube furnace and the furnace was closed.

試料を、炉外側上のインコネル線から出てスイッチ(2つのケイスレイ7062高周波数カードを含有するケイスレイ7001)に達する10対の同軸ケーブル(試料当たり1対)とスイッチから界面および分析器への一対の同軸ケーブルとを用いて誘電体界面(ソーラートロン(Solartron)1296)および周波数応答分析器(ソーラートロン1260)に接続した。スイッチ、誘電体界面および周波数分析器はすべてコンピューター制御した。   10 pairs of coaxial cables (one pair per sample) and a pair of switches to the interface and analyzer exit the sample from the Inconel wire on the outside of the furnace and reach the switch (Caysley 7001 containing two Kaysley 7062 high frequency cards). To a dielectric interface (Solartron 1296) and a frequency response analyzer (Solartron 1260). The switch, dielectric interface and frequency analyzer were all computer controlled.

石英室中へのガス流は、4つの独立した流量計(MKS製品#1179)およびマルチガス制御装置(MKS製品#647B)よりなるコンピューター制御システムを用いて調節した。炉の温度は、コンピューター制御ファジー論理制御装置(フジ(Fuji)PYX)を用いて測定した。   The gas flow into the quartz chamber was regulated using a computer control system consisting of four independent flow meters (MKS product # 1179) and a multi-gas controller (MKS product # 647B). The furnace temperature was measured using a computer controlled fuzzy logic controller (Fuji PYX).

試料を炉の中へ入れた後、炉の加熱の間ずっと石英反応器を合成空気混合物でパージした。炉を測定温度で平衡させた後、ガス濃度(N、O、1%CO/99%N、および1%NO/99%N)を所望の値にセットし、反応器中雰囲気の平衡にとって十分な時間を与えた。この時点で各試料からACインピーダンス測定値(1Hz〜1MHz)を順次測定した。次にガス濃度を典型的には新たな値にセットし、雰囲気を平衡させ、別の一巡の測定を行った。特定温度で所望の雰囲気のすべてで試料を測定するまで、該手順を繰り返した。この時点で温度を変えて該プロセスを繰り返した。測定のすべてを行った後、炉を室温に冷却し、試料を取り出した。 After placing the sample into the furnace, the quartz reactor was purged with a synthetic air mixture throughout the furnace heating. After the furnace is equilibrated at the measured temperature, the gas concentrations (N 2 , O 2 , 1% CO / 99% N 2 , and 1% NO 2 /99% N 2 ) are set to the desired values in the reactor Sufficient time was allowed for atmospheric equilibrium. At this time, AC impedance measurement values (1 Hz to 1 MHz) were sequentially measured from each sample. The gas concentration was then typically set to a new value, the atmosphere was equilibrated, and another round of measurements was taken. The procedure was repeated until the sample was measured in all of the desired atmosphere at the specified temperature. At this point the temperature was changed and the process was repeated. After all measurements were taken, the furnace was cooled to room temperature and a sample was removed.

センサーアレイ・チップについては、上に記載したものに類似の測定システムを用いることができる。唯一の相違は、炉中のインコネル線に接続されている白金線を、導電性ペースト(ペルコ製品#16023)を用いてアレイ・チップ上の電極パッドに接続しなければならないことである。試料からスイッチへの接続の数はアレイ上のセンサーの数に依存する。   For the sensor array chip, a measurement system similar to that described above can be used. The only difference is that the platinum wire connected to the Inconel wire in the furnace must be connected to the electrode pads on the array chip using a conductive paste (Pelco product # 16023). The number of connections from the sample to the switch depends on the number of sensors on the array.

実施例1
本実施例は、450℃での4種の燃焼ガス組成物の存在下の20種の金属酸化物半導体材料の電気的特性の変化を示す。下の表1にリストする信号は、上に記載した赤外サーモグラフィ法からのものである。信号は、2%O/98%Nである比較ガスでのものと比べて示した4種のガス組成物の1つに暴露された時の材料の温度(℃)の差を表し、半導体材料の電気抵抗の変化を反映する。信号のすべては、特に明記しない限り、材料に10Vかけて発生させた。空欄は、該ガス組成物を該材料と接触させた時に何の検出可能な信号もなかったことを示す。特に明記しない限り、ガスはN中2000ppmで測定した。
Example 1
This example shows the change in electrical properties of 20 metal oxide semiconductor materials in the presence of 4 combustion gas compositions at 450 ° C. The signals listed in Table 1 below are from the infrared thermography method described above. The signal represents the difference in temperature (° C.) of the material when exposed to one of the four gas compositions shown compared to that with a reference gas that is 2% O 2 /98% N 2 , Reflects changes in electrical resistance of semiconductor materials. All signals were generated at 10V across the material unless otherwise stated. The blank indicates that there was no detectable signal when the gas composition was contacted with the material. Gas was measured at 2000 ppm in N 2 unless otherwise stated.

Figure 2012008130
Figure 2012008130

次の測定は10V以外で行った。Pr11は1Vを用いて測定し、BaCuO2.5、CuMnFeO、CuGaOおよびCuFeO4は16Vを用いて測定し、ZnTiOは20Vを用いて測定し、LaCuOおよびSrCuは12Vを用いて測定した。 The next measurement was performed at a voltage other than 10V. Pr 6 O 11 is measured using 1V, BaCuO 2.5 , CuMnFeO 4 , CuGaO 2 and CuFe 2 O4 are measured using 16V, Zn 4 TiO 6 is measured using 20V, LaCuO 4 and SrCu 2 O 2 was measured using 12V.

実施例2
本実施例は、450℃での5種の燃焼ガス組成物の存在下の8種の金属酸化物半導体材料の電気的特性の変化を示す。下の表2にリストする信号は、赤外サーモグラフィ法からのものである。信号は、2%O/98%Nである比較ガスでのものと比べて示したガス組成物に暴露された時の半導体材料の温度(℃)の差である。信号のすべては、特に明記しない限り、半導体材料に10Vかけて発生させた。空欄は、該ガス組成物を該材料と接触させた時に何の検出可能な信号もなかったことを示す。特に明記しない限り、ガスはN中2000ppmで測定した。
Example 2
This example shows the change in electrical properties of eight metal oxide semiconductor materials in the presence of five combustion gas compositions at 450 ° C. The signals listed in Table 2 below are from the infrared thermography method. The signal is the difference in temperature (° C.) of the semiconductor material when exposed to the indicated gas composition compared to that with a reference gas that is 2% O 2 /98% N 2 . All of the signals were generated at 10V across the semiconductor material unless otherwise stated. The blank indicates that there was no detectable signal when the gas composition was contacted with the material. Gas was measured at 2000 ppm in N 2 unless otherwise stated.

Figure 2012008130
Figure 2012008130

実施例3
本実施例は、600℃での4種の燃焼ガス組成物の存在下の26種の金属酸化物半導体材料の電気的特性の変化を示す。直ぐ下の表3にリストする信号は、赤外サーモグラフィ法を用いて得られたものである。信号は、2%O/98%Nである比較ガスでのものと比べて示したガス組成物に暴露された時の材料の温度(℃)の差の測定値である。信号のすべては、特に明記しない限り、材料に10Vかけて発生させた。空欄は、該ガス組成物を該材料と接触させた時に何の検出可能な信号もなかったことを示す。特に明記しない限り、ガスはN中2000ppmで測定した。
Example 3
This example shows the change in electrical properties of 26 metal oxide semiconductor materials in the presence of 4 combustion gas compositions at 600 ° C. The signals listed immediately below in Table 3 were obtained using the infrared thermography method. The signal is a measure of the difference in temperature (° C.) of the material when exposed to the indicated gas composition compared to that with a reference gas that is 2% O 2 /98% N 2 . All signals were generated at 10V across the material unless otherwise stated. The blank indicates that there was no detectable signal when the gas composition was contacted with the material. Gas was measured at 2000 ppm in N 2 unless otherwise stated.

Figure 2012008130
Figure 2012008130

測定値のすべては、BaCuO2.5を4Vで測定し、Feを1Vで測定し、ZnO+2.5%F2889、ZnO+10%F3876、SnO+5%F2889、Tm、Yb、Fe:ZrOおよびMnCrOを5Vで測定し、WO+10%F3876を2Vで測定し、CuFeを6Vで測定し、ZnTiOおよびZnTiOを20Vを用いて測定したことを除いて、10Vを用いて得られた。 All of the measured values are BaCuO 2.5 measured at 4 V, Fe 2 O 3 measured at 1 V, ZnO + 2.5% F2889, ZnO + 10% F3876, SnO 2 + 5% F2889, Tm 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Fe: ZrO 2 and MnCrO 3 were measured at 5V, WO 3 + 10% F3876 was measured at 2V, CuFe 2 O 4 was measured at 6V, and Zn 4 TiO 6 and ZnTiO 3 were measured using 20V. Except that, it was obtained using 10V.

実施例4
本実施例は、実施例3のあるセットの4種の金属酸化物材料がIRサーモグラフィ信号を用いて600℃で示した4種のガス組成物を区別するのに使用できたことを示す。その結果を下の表4に示す。信号は、2%O/98%Nである比較ガスでのものと比べて示したガスに暴露された時の材料の温度(℃)の差の測定値である。信号のすべては、特
に明記しない限り、材料に10Vかけて発生させた。空欄は、該ガス組成物を該材料と接触させた時に何の検出可能な信号もなかったことを示す。特に明記しない限り、ガスはN中2000ppmで測定した。
Example 4
This example shows that a set of four metal oxide materials of Example 3 could be used to distinguish the four gas compositions shown at 600 ° C. using IR thermography signals. The results are shown in Table 4 below. The signal is a measure of the difference in temperature (° C.) of the material when exposed to the indicated gas compared to that with a reference gas that is 2% O 2 /98% N 2 . All signals were generated at 10V across the material unless otherwise stated. The blank indicates that there was no detectable signal when the gas composition was contacted with the material. Gas was measured at 2000 ppm in N 2 unless otherwise stated.

Figure 2012008130
Figure 2012008130

実施例5
本実施例は、実施例3のこの第2セットの4種の金属酸化物材料がIRサーモグラフィ信号を用いて600℃で示した4種のガス組成物を区別するのに使用できたことを実証する。その結果を下の表5に示す。信号は、2%O/98%Nである比較ガスでのものと比べて示したガスに暴露された時の材料の温度(℃)の差の測定値である。信号のすべては、特に明記しない限り、材料に10Vかけて発生させた。空欄は、該ガス組成物を該材料と接触させた時に何の検出可能な信号もなかったことを示す。特に明記しない限り、ガスはN中2000ppmで測定した。
Example 5
This example demonstrates that this second set of four metal oxide materials of Example 3 could be used to distinguish the four gas compositions shown at 600 ° C. using IR thermography signals. To do. The results are shown in Table 5 below. The signal is a measure of the difference in temperature (° C.) of the material when exposed to the indicated gas compared to that with a reference gas that is 2% O 2 /98% N 2 . All signals were generated at 10V across the material unless otherwise stated. The blank indicates that there was no detectable signal when the gas composition was contacted with the material. Gas was measured at 2000 ppm in N 2 unless otherwise stated.

Figure 2012008130
Figure 2012008130

比較例A
本比較例は、実施例3のこのセットの6種の金属酸化物材料がIRサーモグラフィ信号を用いて600℃で2種のガス組成物を区別するのに使用できなかったことを実証し、材料の適切な選択の重要性を例示する。その結果を下の表5Aに示す。信号は、2%O/98%Nである比較ガスでのものとに比べて示したガス組成物に暴露された時の材料の温度(℃)の差の測定値である。信号のすべては、特に明記しない限り、材料に10Vかけて発生させた。空欄は、該ガス組成物を該材料と接触させた時に何の検出可能な信号もなかったことを示す。特に明記しない限り、ガスはN中2000ppmで測定した。
Comparative Example A
This comparative example demonstrates that this set of six metal oxide materials of Example 3 could not be used to distinguish two gas compositions at 600 ° C. using IR thermography signals. Illustrate the importance of proper selection of. The results are shown in Table 5A below. The signal is a measure of the difference in temperature (° C.) of the material when exposed to the indicated gas composition compared to that with a reference gas that is 2% O 2 /98% N 2 . All signals were generated at 10V across the material unless otherwise stated. The blank indicates that there was no detectable signal when the gas composition was contacted with the material. Gas was measured at 2000 ppm in N 2 unless otherwise stated.

Figure 2012008130
Figure 2012008130

比較例B
本比較例は、このセットの3つの材料がIRサーモグラフィ信号を用いて600℃で2種のガス組成物を区別するのに使用できなかったことを実証し、材料の適切な選択の重要性を例示する。その結果を下の表5Bに示す。信号は、2%O/98%Nである比較ガスでのものと比べて示したガス組成物に暴露された時の材料の温度(℃)の差の測定値である。信号のすべては、特に明記しない限り、材料に10Vかけて発生させた。空欄は、該ガス組成物を該材料と接触させた時に何の検出可能な信号もなかったことを示す。特に明記しない限り、ガスはN中2000ppmで測定した。
Comparative Example B
This comparative example demonstrates that this set of three materials could not be used to distinguish between the two gas compositions at 600 ° C. using IR thermographic signals, highlighting the importance of proper selection of materials. Illustrate. The results are shown in Table 5B below. The signal is a measure of the difference in temperature (° C.) of the material when exposed to the indicated gas composition compared to that with a reference gas that is 2% O 2 /98% N 2 . All signals were generated at 10V across the material unless otherwise stated. The blank indicates that there was no detectable signal when the gas composition was contacted with the material. Gas was measured at 2000 ppm in N 2 unless otherwise stated.

Figure 2012008130
Figure 2012008130

実施例6
本実施例は、400℃での4種のガス組成物の存在下の19種の金属酸化物半導体材料の応答の測定へのACインピ−ダンス法の使用を例示する。下の表6にリストする信号は、N中の10,000ppmOにおけるインピーダンスの大きさ対示したガス組成物に暴露された時の材料のインピーダンスの大きさの比である。使用したガスは、N中の200ppmNO、N中の200ppmNOおよび10,000ppmO、N中の1000ppmCOおよびNであった。
Example 6
This example illustrates the use of the AC impedance method to measure the response of 19 metal oxide semiconductor materials in the presence of 4 gas compositions at 400 ° C. The signal listed in Table 6 below is the ratio of the magnitude of impedance at 10,000 ppm O 2 in N 2 to the magnitude of the impedance of the material when exposed to the indicated gas composition. Gas used was 1000ppmCO and N 2 of 200PpmNO 2 and 10,000PpmO 2, N 2 in 200PpmNO 2, N 2 in N 2.

Figure 2012008130
Figure 2012008130

実施例7
本実施例は、550℃での4種のガス組成物の存在下の19種の金属酸化物半導体材料の応答の測定へのACインピ−ダンス法の使用を例示する。表にリストする信号は、ACインピーダンス法からのものである。信号は、N中の10,000ppmOにおけるインピーダンスの大きさ対示したガス組成物に暴露された時の材料のインピーダンスの大きさの比である。使用したガスは、N中の200ppmNO、N中の200ppmNOおよび10,000ppmO、N中の1000ppmCOおよびNであった。
Example 7
This example illustrates the use of the AC impedance method to measure the response of 19 metal oxide semiconductor materials in the presence of 4 gas compositions at 550 ° C. The signals listed in the table are from the AC impedance method. The signal is the ratio of the magnitude of the impedance at 10,000 ppm O 2 in N 2 to the magnitude of the impedance of the material when exposed to the indicated gas composition. Gas used was 1000ppmCO and N 2 of 200PpmNO 2 and 10,000PpmO 2, N 2 in 200PpmNO 2, N 2 in N 2.

Figure 2012008130
Figure 2012008130

実施例8
本実施例は、650〜700℃での4種のガス組成物の存在下の23種の半導体材料の応答の測定へのACインピ−ダンス法の使用を例示する。表にリストする信号は、ACインピーダンス法からのものである。信号は、N中の10,000ppmOにおけるインピーダンスの大きさ対示したガス組成物に暴露された時の材料のインピーダンスの大きさの比である。使用したガスは、N中の200ppmNO、N中の200ppmNOおよび10,000ppmO、N中の1000ppmCOおよびNであった。
Example 8
This example illustrates the use of the AC impedance method to measure the response of 23 semiconductor materials in the presence of 4 gas compositions at 650-700 ° C. The signals listed in the table are from the AC impedance method. The signal is the ratio of the magnitude of the impedance at 10,000 ppm O 2 in N 2 to the magnitude of the impedance of the material when exposed to the indicated gas composition. Gas used was 1000ppmCO and N 2 of 200PpmNO 2 and 10,000PpmO 2, N 2 in 200PpmNO 2, N 2 in N 2.

Figure 2012008130
Figure 2012008130

実施例9
本実施例は、800℃での4種のガス組成物の存在下の16種の半導体材料の応答の測定へのACインピ−ダンス法の使用を例示する。表にリストする信号は、ACインピーダンス法からのものである。信号は、N中の10,000ppmOにおけるインピーダンスの大きさ対示したガス組成物に暴露された時の材料のインピーダンスの大きさの比である。使用したガスは、N中の200ppmNO、N中の200ppmNOおよび10,000ppmO、N中の1000ppmCOおよびNであった。
Example 9
This example illustrates the use of the AC impedance method to measure the response of 16 semiconductor materials in the presence of 4 gas compositions at 800 ° C. The signals listed in the table are from the AC impedance method. The signal is the ratio of the magnitude of the impedance at 10,000 ppm O 2 in N 2 to the magnitude of the impedance of the material when exposed to the indicated gas composition. Gas used was 1000ppmCO and N 2 of 200PpmNO 2 and 10,000PpmO 2, N 2 in 200PpmNO 2, N 2 in N 2.

Figure 2012008130
Figure 2012008130

Claims (114)

多成分ガス混合物の分析装置であって、
(a)各化学/電気活性材料が、該ガス混合物への暴露時に、他の化学/電気活性材料のそれぞれとは異なる電気的応答特性を示す少なくとも2つの化学/電気活性材料のアレイと、
(b)該ガス混合物への該アレイの暴露時に個々に各化学/電気活性材料の電気的応答を測定するための手段と、
(c)該アレイの温度を測定するための手段と、
(d)該電気的応答および温度測定をデジタル化するための手段と
を含んでなる装置。
A multi-component gas mixture analyzer comprising:
(A) an array of at least two chemically / electroactive materials, wherein each chemically / electroactive material exhibits an electrical response characteristic different from that of each of the other chemically / electroactive materials upon exposure to the gas mixture;
(B) means for individually measuring the electrical response of each chemically / electroactive material upon exposure of the array to the gas mixture;
(C) means for measuring the temperature of the array;
(D) an apparatus comprising: means for digitizing the electrical response and temperature measurement.
アレイがガス混合物内に置かれ、かつ、該ガス混合物が約400℃もしくはそれ以上の温度を有する請求項1に記載の装置。   The apparatus of claim 1, wherein the array is placed in a gas mixture and the gas mixture has a temperature of about 400 ° C. or higher. ガス混合物が燃焼プロセスからの排ガスである請求項1に記載の装置。   The apparatus of claim 1 wherein the gas mixture is exhaust gas from a combustion process. ガス混合物中の成分ガスが分離されていない請求項1に記載の装置。   The apparatus according to claim 1, wherein the component gases in the gas mixture are not separated. 各化学/電気活性材料の温度が、可変であるガス混合物の温度によってのみ実質的に測定される請求項1に記載の装置。   The apparatus of claim 1 wherein the temperature of each chemically / electroactive material is substantially measured only by the temperature of the gas mixture being variable. 化学/電気活性材料の電気的応答が多成分ガス混合物のみへの暴露時に測定される請求項1に記載の装置。   The apparatus of claim 1, wherein the electrical response of the chemically / electroactive material is measured upon exposure to the multi-component gas mixture only. 少なくとも1種の個々のガス成分のガス混合物内濃度を計算するための手段をさらに含んでなる請求項1に記載の装置。   The apparatus of claim 1, further comprising means for calculating a concentration in the gas mixture of at least one individual gas component. 少なくとも1つの化学/電気活性材料が、約400℃もしくはそれ以上の温度にある時に、(a)約1オーム−cm〜約10オーム−cmの範囲の電気抵抗率を有し、かつ、(b)暴露前の抵抗と比べて、ガス混合物への該材料の暴露時に少なくとも約0.1パーセントの電気抵抗の変化を示す請求項1に記載の装置。 And (a) has an electrical resistivity in the range of about 1 ohm-cm to about 10 6 ohm-cm when the at least one chemically / electroactive material is at a temperature of about 400 ° C. or higher; 2. The apparatus of claim 1, wherein the apparatus exhibits a change in electrical resistance of at least about 0.1 percent upon exposure of the material to a gas mixture as compared to b) the resistance before exposure. 少なくとも1つの材料の電気的応答特性が選択された温度でのガス混合物への暴露時にある値として定量化でき、かつ、該材料の応答の値が該選択された温度で少なくとも約1分の期間の該ガス混合物への該材料の暴露の間一定であるかまたは約20パーセント以下だけ変わる請求項1に記載の装置。   The electrical response characteristic of at least one material can be quantified as a value upon exposure to the gas mixture at a selected temperature, and the value of the material response is at a period of at least about 1 minute at the selected temperature. The apparatus of claim 1, wherein the apparatus is constant during the exposure of the material to the gas mixture of or changes by no more than about 20 percent. 電気的応答が抵抗、インピーダンス、静電容量、電圧または電流よりなる群から選択される請求項1に記載の装置。   The apparatus of claim 1, wherein the electrical response is selected from the group consisting of resistance, impedance, capacitance, voltage or current. 少なくとも1つの化学/電気活性材料が金属酸化物である請求項1に記載の装置。   The apparatus of claim 1, wherein the at least one chemically / electroactive material is a metal oxide. 多成分ガス混合物がプロセスによって排出されるか、またはデバイスへ送られる化学反応の生成物であり、かつ、装置が該プロセスまたはデバイスを制御するために電気的応答および温度測定を利用するための手段をさらに含んでなる請求項1に記載の装置。   Means for the multi-component gas mixture to be exhausted by the process or the product of a chemical reaction that is sent to the device, and for the apparatus to use electrical response and temperature measurements to control the process or device The apparatus of claim 1 further comprising: 約400℃もしくはそれ以上の温度を有する多成分ガス混合物における、該混合物中の少なくとも2種の個々の検体ガス成分の濃度の計算装置であって、
(a)アレイが該ガス混合物内に置かれ、かつ、各化学/電気活性材料が、該ガス混合
物への暴露時に、他の化学/電気活性材料のそれぞれとは異なる電気的応答特性を示す、少なくとも3つの化学/電気活性材料のアレイと、
(b)該ガス混合物の分離されていない成分のみへの該アレイの暴露時に各化学/電気活性材料の電気的応答を測定するための手段と、
(c)該化学/電気活性材料の電気的応答から個々の検体ガス成分の濃度を計算するための手段と
を含んでなる装置。
An apparatus for calculating the concentration of at least two individual analyte gas components in a multi-component gas mixture having a temperature of about 400 ° C. or higher comprising:
(A) an array is placed in the gas mixture and each chemically / electroactive material exhibits different electrical response characteristics than each of the other chemically / electroactive materials upon exposure to the gas mixture; An array of at least three chemically / electroactive materials;
(B) means for measuring the electrical response of each chemically / electroactive material upon exposure of the array to only unseparated components of the gas mixture;
(C) means for calculating the concentration of individual analyte gas components from the electrical response of the chemically / electroactive material.
ガス混合物が燃焼プロセスからの排ガスである請求項13に記載の装置。   14. The apparatus of claim 13, wherein the gas mixture is exhaust gas from a combustion process. 各化学/電気活性材料の温度が、可変であるガス混合物の温度によってのみ実質的に測定される請求項13に記載の装置。   The apparatus of claim 13, wherein the temperature of each chemically / electroactive material is substantially measured only by the temperature of the gas mixture being variable. 少なくとも1つの化学/電気活性材料が、約400℃もしくはそれ以上の温度にある時に、(i)約1オーム−cm〜約10オーム−cmの範囲の電気抵抗率を有し、かつ、(ii)暴露前の抵抗と比べて、ガス混合物への該材料の暴露時に少なくとも約0.1パーセントの電気抵抗の変化を示す請求項13に記載の装置。 (I) has an electrical resistivity in the range of about 1 ohm-cm to about 10 6 ohm-cm when the at least one chemically / electroactive material is at a temperature of about 400 ° C. or higher; 14. The apparatus of claim 13, wherein the apparatus exhibits a change in electrical resistance of at least about 0.1 percent upon exposure of the material to a gas mixture as compared to ii) resistance prior to exposure. 少なくとも1つの材料の電気的応答特性が選択された温度でのガス混合物への暴露時にある値として定量化でき、かつ、該材料の応答の値が該選択された温度で少なくとも約1分の期間の該ガス混合物への該材料の暴露の間一定であるかまたは約20パーセント以下だけ変わる請求項13に記載の装置。   The electrical response characteristic of at least one material can be quantified as a value upon exposure to the gas mixture at a selected temperature, and the value of the material response is at a period of at least about 1 minute at the selected temperature. 14. The apparatus of claim 13, wherein the apparatus is constant during exposure of the material to the gas mixture of or changes by no more than about 20 percent. 電気的応答が抵抗、インピーダンス、静電容量、電圧または電流よりなる群から選択される請求項13に記載の装置。   14. The device of claim 13, wherein the electrical response is selected from the group consisting of resistance, impedance, capacitance, voltage or current. 少なくとも1つの化学/電気活性材料が金属酸化物である請求項13に記載の装置。   The apparatus of claim 13, wherein the at least one chemically / electroactive material is a metal oxide. 多成分ガス混合物がプロセスによって排出されるか、またはデバイスへ送られる化学反応の生成物であり、かつ、装置が該プロセスまたはデバイスを制御するために電気的応答を利用するための手段をさらに含んでなる請求項13に記載の装置。   The multi-component gas mixture is the product of a chemical reaction that is exhausted by the process or sent to the device, and the apparatus further includes means for utilizing the electrical response to control the process or device The apparatus of claim 13 comprising: 約400℃もしくはそれ以上の温度を有する多成分ガス混合物における、該混合物中の少なくとも2種の個々の検体ガス成分の濃度の計算装置であって、
(a)アレイが該ガス混合物内に置かれ、かつ、各化学/電気活性材料が該ガス混合物への暴露時に電気抵抗の変化を示す少なくとも3つの化学/電気活性材料のアレイであって、少なくとも1つの化学/電気活性材料が、約400℃もしくはそれ以上の温度にある時に、(i)約1オーム−cm〜約10オーム−cmの範囲の電気抵抗率を有し、かつ、(ii)暴露前の抵抗と比べて、該ガス混合物への該材料の暴露時に少なくとも約0.1パーセントの電気抵抗の変化を示すアレイと、
(b)該ガス混合物への該アレイの暴露時に個々に各化学/電気活性材料の抵抗の該変化を測定するための手段と、
(c)該化学/電気活性材料の抵抗の該変化から個々の検体ガス成分の濃度を計算するための手段と
を含んでなる装置。
An apparatus for calculating the concentration of at least two individual analyte gas components in a multi-component gas mixture having a temperature of about 400 ° C. or higher comprising:
(A) an array of at least three chemically / electroactive materials, wherein an array is placed in the gas mixture and each chemically / electroactive material exhibits a change in electrical resistance upon exposure to the gas mixture, wherein at least one chemo / electro-active material, when in about 400 ° C. or higher temperature has an electrical resistivity of (i) about 1 ohm -cm~ about 10 5 ohm -cm range and, (ii ) An array that exhibits a change in electrical resistance of at least about 0.1 percent upon exposure of the material to the gas mixture as compared to resistance before exposure;
(B) means for measuring the change in resistance of each chemically / electroactive material individually upon exposure of the array to the gas mixture;
(C) means for calculating the concentration of individual analyte gas components from the change in resistance of the chemically / electroactive material.
ガス混合物が燃焼プロセスからの排ガスである請求項21に記載の装置。   The apparatus of claim 21, wherein the gas mixture is an exhaust gas from a combustion process. 各化学/電気活性材料の温度が、可変であるガス混合物の温度によってのみ実質的に測定される請求項21に記載の装置。   The apparatus of claim 21, wherein the temperature of each chemically / electroactive material is substantially measured only by the temperature of the gas mixture being variable. 少なくとも1つの材料の抵抗の変化が選択された温度でのガス混合物への暴露時にある値として定量化でき、かつ、該材料の抵抗の値が該選択された温度で少なくとも約1分の期間の該ガス混合物への該材料の暴露の間一定であるかまたは約20パーセント以下だけ変わる請求項21に記載の装置。   The change in resistance of at least one material can be quantified as a value upon exposure to the gas mixture at a selected temperature, and the resistance value of the material is at a selected temperature for a period of at least about 1 minute. 24. The apparatus of claim 21, wherein the apparatus is constant during exposure of the material to the gas mixture or varies by no more than about 20 percent. 少なくとも1つの化学/電気活性材料が金属酸化物である請求項21に記載の装置。   The apparatus of claim 21, wherein the at least one chemically / electroactive material is a metal oxide. 多成分ガス混合物がプロセスによって排出されるか、またはデバイスへ送られる化学反応の生成物であり、かつ、装置が該プロセスまたはデバイスを制御するために抵抗の変化を利用するための手段をさらに含んでなる請求項21に記載の装置。   The multi-component gas mixture is the product of a chemical reaction that is exhausted by the process or sent to the device, and the apparatus further includes means for utilizing the change in resistance to control the process or device The apparatus of claim 21 comprising: 多成分ガス混合物の分析装置であって、
(a)各化学/電気活性材料が、選択された温度での該ガス混合物への暴露時に、他の化学/電気活性材料のそれぞれとは異なる電気的応答特性を示し、少なくとも1つの材料の該電気的応答特性がある値として定量できる、少なくとも2つの化学/電気活性材料のアレイであって、該材料の応答の値が該選択された温度で少なくとも約1分の期間の該ガス混合物への該材料の暴露の間一定であるかまたは約20パーセント以下だけ変わるアレイと、
(b)該ガス混合物への該アレイの暴露時に各化学/電気活性材料の該電気的応答を測定するための手段と
を含んでなる装置。
A multi-component gas mixture analyzer comprising:
(A) each chemically / electroactive material exhibits an electrical response characteristic different from that of each of the other chemically / electroactive materials upon exposure to the gas mixture at a selected temperature; An array of at least two chemically / electroactive materials, the electrical response characteristic of which can be quantified as a value, wherein the value of the response of the material to the gas mixture for a period of at least about 1 minute at the selected temperature An array that is constant during exposure of the material or changes by no more than about 20 percent;
(B) a device comprising: means for measuring the electrical response of each chemically / electroactive material upon exposure of the array to the gas mixture.
アレイがガス混合物内に置かれ、かつ、該ガス混合物が約400℃もしくはそれ以上の温度を有する請求項27に記載の装置。   28. The apparatus of claim 27, wherein the array is placed in a gas mixture and the gas mixture has a temperature of about 400 degrees Celsius or higher. ガス混合物が燃焼プロセスからの排ガスである請求項27に記載の装置。   28. The apparatus of claim 27, wherein the gas mixture is exhaust gas from a combustion process. 少なくとも1種の個々のガス成分のガス混合物内濃度を計算するための手段をさらに含んでなる請求項27に記載の装置。   28. The apparatus of claim 27, further comprising means for calculating a concentration in the gas mixture of at least one individual gas component. 各化学/電気活性材料の温度が、可変であるガス混合物の温度によってのみ実質的に測定される請求項27に記載の装置。   28. The apparatus of claim 27, wherein the temperature of each chemically / electroactive material is substantially measured only by the temperature of the gas mixture being variable. 電気的応答が抵抗、インピーダンス、静電容量、電圧または電流よりなる群から選択される請求項27に記載の装置。   28. The apparatus of claim 27, wherein the electrical response is selected from the group consisting of resistance, impedance, capacitance, voltage or current. 少なくとも1つの化学/電気活性材料が金属酸化物である請求項27に記載の装置。   28. The apparatus of claim 27, wherein the at least one chemically / electroactive material is a metal oxide. 多成分ガス混合物がプロセスによって排出されるか、またはデバイスへ送られる化学反応の生成物であり、かつ、装置が該プロセスまたはデバイスを制御するために電気的応答を利用するための手段をさらに含んでなる請求項27に記載の装置。   The multi-component gas mixture is the product of a chemical reaction that is exhausted by the process or sent to the device, and the apparatus further includes means for utilizing the electrical response to control the process or device 28. The apparatus of claim 27, comprising: 約400℃未満の温度を有する多成分ガス混合物における、該ガス混合物の分析装置であって、
(a)各化学/電気活性材料が、選択された温度での該ガス混合物への暴露時に、他の化学/電気活性材料のそれぞれとは異なる電気的応答特性を示す、少なくとも2つの化学/電気活性材料のアレイであって、該ガス混合物内に置かれ、約400℃もしくはそれ以上の実質的に一定の温度を有するアレイと、
(b)該ガス混合物への該アレイの暴露時に各化学/電気活性材料の該電気的応答を測
定するための手段と
を含んでなる装置。
An apparatus for analyzing a gas mixture in a multi-component gas mixture having a temperature of less than about 400 ° C., comprising:
(A) at least two chemical / electroactive materials, each chemical / electroactive material exhibiting different electrical response characteristics than each of the other chemical / electroactive materials upon exposure to the gas mixture at a selected temperature; An array of active materials disposed within the gas mixture and having a substantially constant temperature of about 400 ° C. or higher;
(B) a device comprising: means for measuring the electrical response of each chemically / electroactive material upon exposure of the array to the gas mixture.
ガス混合物中の成分ガスが分離されていない請求項35に記載の装置。   36. The apparatus of claim 35, wherein the component gases in the gas mixture are not separated. 化学/電気活性材料の電気的応答が多成分ガス混合物のみへの暴露時に測定される請求項35に記載の装置。   36. The apparatus of claim 35, wherein the electrical response of the chemically / electroactive material is measured upon exposure to the multi-component gas mixture only. 少なくとも1種の個々のガス成分のガス混合物内濃度を計算するための手段をさらに含んでなる請求項35に記載の装置。   36. The apparatus of claim 35, further comprising means for calculating a concentration in the gas mixture of at least one individual gas component. ガス混合物の温度を測定するための手段と、電気的応答および温度測定をデジタル化するための手段とをさらに含んでなる請求項35に記載の装置。   36. The apparatus of claim 35, further comprising means for measuring the temperature of the gas mixture and means for digitizing the electrical response and temperature measurement. 少なくとも1つの化学/電気活性材料が、約400℃もしくはそれ以上の温度にある時に、(a)約1オーム−cm〜約10オーム−cmの範囲の電気抵抗率を有し、かつ、(b)暴露前の抵抗と比べて、ガス混合物への該材料の暴露時に少なくとも約0.1パーセントの電気抵抗の変化を示す請求項35に記載の装置。 And (a) has an electrical resistivity in the range of about 1 ohm-cm to about 10 6 ohm-cm when the at least one chemically / electroactive material is at a temperature of about 400 ° C. or higher; 36. The device of claim 35, wherein the device exhibits a change in electrical resistance of at least about 0.1 percent upon exposure of the material to a gas mixture as compared to the resistance before exposure. 少なくとも1つの材料の電気的応答特性が選択された温度でのガス混合物への暴露時にある値として定量化でき、かつ、該材料の応答の値が該選択された温度で少なくとも約1分の期間の該ガス混合物への該材料の暴露の間一定であるかまたは約20パーセント以下だけ変わる請求項35に記載の装置。   The electrical response characteristic of at least one material can be quantified as a value upon exposure to the gas mixture at a selected temperature, and the value of the material response is at a period of at least about 1 minute at the selected temperature. 36. The apparatus of claim 35, wherein the apparatus is constant during exposure of the material to the gas mixture of or changes by no more than about 20 percent. 電気的応答が抵抗、インピーダンス、静電容量、電圧または電流よりなる群から選択される請求項35に記載の装置。   36. The apparatus of claim 35, wherein the electrical response is selected from the group consisting of resistance, impedance, capacitance, voltage or current. 少なくとも1つの化学/電気活性材料が金属酸化物である請求項35に記載の装置。   36. The apparatus of claim 35, wherein the at least one chemically / electroactive material is a metal oxide. 多成分ガス混合物がプロセスによって排出されるか、またはデバイスへ送られる化学反応の生成物であり、かつ、装置が該プロセスまたはデバイスを制御するために電気的応答を利用するための手段をさらに含んでなる請求項35に記載の装置。   The multi-component gas mixture is the product of a chemical reaction that is exhausted by the process or sent to the device, and the apparatus further includes means for utilizing the electrical response to control the process or device 36. The apparatus of claim 35, comprising: 多成分ガス混合物の分析装置であって、
(a)各化学/電気活性材料が、選択された温度での該ガス混合物への暴露時に、他の化学/電気活性材料のそれぞれとは異なる電気的応答特性を示す、第1および第2化学/電気活性材料のアレイであって、該化学/電気活性材料が、
(i)該第1材料がMであり、かつ、該第2材料がM である、
(ii)該第1材料がMであり、かつ、該第2材料がM である、
(iii)該第1材料がM であり、かつ、該第2材料がM である、
(iv)該第1材料が第1のMであり、かつ、該第2材料が第2のMである、
(v)該第1材料が第1のM であり、かつ、該第2材料が第2のM である、および
(vi)該第1材料が第1のM であり、かつ、該第2材料が第2のM である
(式中、MはCe、Co、Cu、Fe、Ga、Nb、Ni、Pr、Ru、Sn、Ti、Tm、W、Yb、Zn、およびZrよりなる群から選択され、MおよびMはそれぞれ
独立してAl、Ba、Bi、Ca、Cd、Ce、Co、Cr、Cu、Fe、Ga、Ge、In、K、La、Mg、Mn、Mo、Na、Nb、Ni、Pb、Pr、Rb、Ru、Sb、Sc、Si、Sn、Sr、Ta、Ti、Tm、V、W、Y、Yb、Zn、およびZrよりなる群から選択されるが、MおよびMはM において同じものではなく、a、bおよびcはそれぞれ独立して約0.0005〜約1であり、かつ、xは存在する酸素が該化合物中の他の元素の電荷とバランスするのに十分な数である)
よりなる群中のペアリングから選択されるアレイと、
(b)該ガス混合物への該アレイの暴露時に各化学/電気活性材料の該電気的応答を測定するための手段と
を含んでなる装置。
A multi-component gas mixture analyzer comprising:
(A) first and second chemistries wherein each chemically / electroactive material exhibits different electrical response characteristics than each of the other chemically / electroactive materials upon exposure to the gas mixture at a selected temperature; An array of electroactive materials, wherein the chemically / electroactive materials are
(I) the first material is M 1 O x and the second material is M 1 a M 2 b O x ;
(Ii) a first material is M 1 O x, and the second material is M 1 a M 2 b M 3 c O x,
(Iii) The first material is M 1 a M 2 b O x , and the second material is M 1 a M 2 b M 3 c O x .
(Iv) the first material is first M 1 O x and the second material is second M 1 O x ;
(V) the first material is a first M 1 a M 2 b O x and the second material is a second M 1 a M 2 b O x ; and (vi) the first The material is a first M 1 a M 2 b M 3 c O x and the second material is a second M 1 a M 2 b M 3 c O x where M 1 is Ce , Co, Cu, Fe, Ga, Nb, Ni, Pr, Ru, Sn, Ti, Tm, W, Yb, Zn, and Zr, and M 2 and M 3 are each independently Al, Ba, Bi, Ca, Cd, Ce, Co, Cr, Cu, Fe, Ga, Ge, In, K, La, Mg, Mn, Mo, Na, Nb, Ni, Pb, Pr, Rb, Ru, Sb, sc, Si, Sn, Sr, Ta, Ti, Tm, V, W, Y, Yb, Zn, and is selected from the group consisting of Zr, M 2 Contact Fine M 3 are not the same as in M 1 a M 2 b M 3 c O x, a, b and c are from about 0.0005 to about 1 independently, and oxygen is the x is present Sufficient to balance the charge of other elements in the compound)
An array selected from pairing in the group consisting of:
(B) a device comprising: means for measuring the electrical response of each chemically / electroactive material upon exposure of the array to the gas mixture.
(a)MがCe、CoO、CuO、FeO、GaO、NbO、NiO、PrO、RuO、SnO、Ta、TiO、TmO、WO、YbO、ZnO、ZrO、Ag添加物入りSnO、Ag添加物入りZnO、Pt添加物入りTiO、フリット添加物入りZnO、フリット添加物入りNiO、フリット添加物入りSnO、もしくはフリット添加物入りWOよりなる群から選択され、
(b)M がAlCr、AlFe、AlMg、AlNi、AlTi、Al、BaCu、BaSn、BaZn、BiRu、BiSn、BiZn、CaSn、CaZn、CdSn、CdZn、CeFe、CeNb、CeTi、Ce、CoCu、CoGe、CoLa、CoMg、CoNb、CoPb、CoSn、Co、Co、CoZn、CrCu、CrLa、CrMn、CrNi、CrSi、CrTi、Cr、CrZn、CuFe、CuGa、CuLa、CuNa、CuNi、CuPb、CuSn、CuSr、CuTi、CuZn、CuZr、FeGa、FeLa、FeMo、FeNb、FeNi、FeSn、FeTi、Fe、FeZn、FeZr、GaLa、GaSn、GeNb、GeTi、InSn、KNb、MnNb、MnSn、MnTi、Mn、MnZn、MoPb、MoRb、MoSn、MoTi、MoZn、NbNi、NbNi、NbSr、NbTi、Nb、NbZr、NiSi、NiSn、Ni、NiZn、NiZr、PbSn、PbZn、Rb、RuSn、Ru、RuZn、SbSn、SbZn、ScZr、SiSn、SiTi、Si、SiZn、SnTa、SnTi、Sn、SnZn、SnZr、SrTi、TaTi、TaZn、TaZr、Ti、Ti、TiZn、TiZr、VZn、VZr、WZn、WZr、YZr、ZnZr、フリット添加物入りAlNi、フリット添加物入りCrTi、フリット添加物入りFeLa、フリット添加物入りFeNi、フリット添加物入りFeTi、フリット添加物入りNbTi、フリット添加物入りNb、フリット添加物入りNiZn、フリット添加物入りNiZr、フリット添加物入りSbSn、フリット添加物入りTaTi、もしくはフリット添加物入りTiZnよりなる群から選択され、および/または
(c)M がAlMgZn、AlSi、BaCuTi、CaCeZr、CoNiTi、CoNiZr、CoPbSn、CoPbZn、CrSrTi、CuFeMn、CuLaSr、FeNbTi、FePbZn、FeSrTi、FeTaTi、FeZr、GaTiZn、LaMnNa、LaMnSr、MnSrTi、MoPbZn、NbSrTi、NbSr、NbTiZn、NiSrTi、SnZn、SrTi、SrTiZn、もしくはTiZrよりなる群から選択される
請求項45に記載の装置。
(A) M 1 O x is Ce a O x , CoO x , CuO x , FeO x , GaO x , NbO x , NiO x , PrO x , RuO x , SnO x , Ta a O x , TiO x , TmO x WO x , YbO x , ZnO x , ZrO x , SnO x with Ag additive, ZnO x with Ag additive, TiO x with Pt additive, ZnO x with frit additive, NiO x with frit additive, SnO x with frit additive, or Selected from the group consisting of WO x with frit additive,
(B) M 1 a M 2 b O x is Al a Cr b O x, Al a Fe b O x, Al a Mg b O x, Al a Ni b O x, Al a Ti b O x, Al a V b O x, Ba a Cu b O x, Ba a Sn b O x, Ba a Zn b O x, Bi a Ru b O x, Bi a Sn b O x, Bi a Zn b O x, Ca a Sn b O x , Ca a Zn b O x , Cd a Sn b O x , Cd a Zn b O x , Ce a Fe b O x , Ce a Nb b O x , Ce a Ti b O x , Ce a V b O x, Co a Cu b O x , Co a Ge b O x, Co a La b O x, Co a Mg b O x, Co a Nb b O x, Co a Pb b O x, Co a Sn b O x , Co a V b O x, Co a W b O x, Co a n b O x, Cr a Cu b O x, Cr a La b O x, Cr a Mn b O x, Cr a Ni b O x, Cr a Si b O x, Cr a Ti b O x, Cr a Y b O x, Cr a Zn b O x, Cu a Fe b O x, Cu a Ga b O x, Cu a La b O x, Cu a Na b O x, Cu a Ni b O x, Cu a Pb b O x, Cu a Sn b O x, Cu a Sr b O x, Cu a Ti b O x, Cu a Zn b O x, Cu a Zr b O x, Fe a Ga b O x, Fe a La b O x, Fe a Mo b O x , Fe a Nb b O x, Fe a Ni b O x, Fe a Sn b O x, Fe a Ti b O x, Fe a W b O x, Fe a Zn b O x , Fe a Zr b O x, Ga a La b O , Ga a Sn b O x, Ge a Nb b O x, Ge a Ti b O x, In a Sn b O x, K a Nb b O x, Mn a Nb b O x, Mn a Sn b O x, Mna a Ti b O x , Mna a Y b O x , Mna a Zn b O x , Mo a Pb b O x , Mo a Rb b O x , Mo a Sn b O x , Mo a Ti b O x , Mo a Zn b O x , Nb a Ni b O x , Nb a Ni b O x , Nb a Sr b O x , Nb a Ti b O x , Nb a W b O x , Nb a Zr b O x , Ni a Si b O x, Ni a Sn b O x, Ni a Y b O x, Ni a Zn b O x, Ni a Zr b O x, Pb a Sn b O x, Pb a Zn b O x, Rb a W b O x, Ru a Sn b O x, Ru a W b x, Ru a Zn b O x , Sb a Sn b O x, Sb a Zn b O x, Sc a Zr b O x, Si a Sn b O x, Si a Ti b O x, Si a W b O x , Si a Zn b O x, Sn a Ta b O x, Sn a Ti b O x, Sn a W b O x, Sn a Zn b O x, Sn a Zr b O x, Sr a Ti b O x, Ta a Ti b O x, Ta a Zn b O x, Ta a Zr b O x, Ti a V b O x, Ti a W b O x, Ti a Zn b O x, Ti a Zr b O x, V a Zn b O x, V a Zr b O x, W a Zn b O x, W a Zr b O x, Y a Zr b O x, Zn a Zr b O x, frit added Monoiri Al a Ni b O x , Cr a Ti b O x with frit additive, Tsu DOO added Monoiri Fe a La b O x, frit added Monoiri Fe a Ni b O x, frit added Monoiri Fe a Ti b O x, frit added Monoiri Nb a Ti b O x, frit added Monoiri Nb a W b O x , Ni a Zn b O x with frit additive, Ni a Zr b O x with frit additive, Sb a Sn b O x with frit additive, Ta a Ti b O x with frit additive, or Ti a Zn b O x with frit additive It is selected from the group consisting of x, and / or (c) M 1 a M 2 b M 3 c O x is Al a Mg b Zn c O x , Al a Si b V c O x, Ba a Cu b Ti c O x, Ca a Ce b Zr c O x, Co a Ni b Ti c O x, Co a Ni b Zr c O x, Co a Pb b S c O x, Co a Pb b Zn c O x, Cr a Sr b Ti c O x, Cu a Fe b Mn c O x, Cu a La b Sr c O x, Fe a Nb b Ti c O x, Fe a Pb b Zn c O x, Fe a Sr b Ti c O x, Fe a Ta b Ti c O x, Fe a W b Zr c O x, Ga a Ti b Zn c O x, La a Mn b Na c O x, La a Mn b Sr c O x, Mn a Sr b Ti c O x, Mo a Pb b Zn c O x, Nb a Sr b Ti c O x, Nb a Sr b W c O x, Nb a Ti b Zn c O x, Ni a Sr b Ti c O x, Sn a W b Zn c O x, Sr a Ti b V c O x, Sr a Ti b Zn c O x or Ti a W b Zr c, from the group consisting of O x The apparatus of claim 45 which is-option.
アレイがガス混合物内に置かれ、かつ、該ガス混合物が約400℃もしくはそれ以上の温度を有する請求項45に記載の装置。   46. The apparatus of claim 45, wherein the array is placed in a gas mixture and the gas mixture has a temperature of about 400 ° C. or higher. ガス混合物が燃焼プロセスからの排ガスである請求項45に記載の装置。   46. The apparatus of claim 45, wherein the gas mixture is exhaust gas from a combustion process. ガス混合物中の成分ガスが分離されていない請求項45に記載の装置。   46. The apparatus of claim 45, wherein the component gases in the gas mixture are not separated. 化学/電気活性材料の電気的応答が多成分ガス混合物のみへの暴露時に測定される請求項45に記載の装置。   46. The apparatus of claim 45, wherein the electrical response of the chemically / electroactive material is measured upon exposure to the multi-component gas mixture only. 少なくとも1種の個々のガス成分のガス混合物内濃度を計算するための手段をさらに含んでなる請求項45に記載の装置。   46. The apparatus of claim 45, further comprising means for calculating a concentration in the gas mixture of at least one individual gas component. ガス混合物の温度を測定するための手段と、電気的応答および温度測定をデジタル化するための手段とをさらに含んでなる請求項45に記載の装置。   46. The apparatus of claim 45, further comprising means for measuring the temperature of the gas mixture and means for digitizing the electrical response and temperature measurement. 各化学/電気活性材料の温度が、可変であるガス混合物の温度によってのみ実質的に測定される請求項45に記載の装置。   46. The apparatus of claim 45, wherein the temperature of each chemically / electroactive material is substantially measured only by the temperature of the gas mixture being variable. 少なくとも1つの化学/電気活性材料が、約400℃もしくはそれ以上の温度にある時に、(a)約1オーム−cm〜約10オーム−cmの範囲の電気抵抗率を有し、かつ、(b)暴露前の抵抗と比べて、ガス混合物への該材料の暴露時に少なくとも約0.1パーセントの電気抵抗の変化を示す請求項45に記載の装置。 And (a) has an electrical resistivity in the range of about 1 ohm-cm to about 10 6 ohm-cm when the at least one chemically / electroactive material is at a temperature of about 400 ° C. or higher; 46. The apparatus of claim 45, wherein the apparatus exhibits a change in electrical resistance of at least about 0.1 percent upon exposure of the material to a gas mixture as compared to the resistance before exposure. 少なくとも1つの材料の電気的応答特性が選択された温度でのガス混合物への暴露時にある値として定量化でき、かつ、該材料の応答の値が該選択された温度で少なくとも約1分の期間の該ガス混合物への該材料の暴露の間一定であるかまたは約20パーセント以下だけ変わる請求項45に記載の装置。   The electrical response characteristic of at least one material can be quantified as a value upon exposure to the gas mixture at a selected temperature, and the value of the material response is at a period of at least about 1 minute at the selected temperature. 46. The apparatus of claim 45, wherein the apparatus is constant during exposure of the material to the gas mixture of or changes by no more than about 20 percent. 電気的応答が抵抗、インピーダンス、静電容量、電圧または電流よりなる群から選択される請求項45に記載の装置。   46. The apparatus of claim 45, wherein the electrical response is selected from the group consisting of resistance, impedance, capacitance, voltage or current. 多成分ガス混合物がプロセスによって排出されるか、またはデバイスへ送られる化学反応の生成物であり、かつ、装置が該プロセスまたはデバイスを制御するために電気的応答を利用するための手段をさらに含んでなる請求項45に記載の装置。   The multi-component gas mixture is the product of a chemical reaction that is exhausted by the process or sent to the device, and the apparatus further includes means for utilizing the electrical response to control the process or device 46. The apparatus of claim 45, comprising: 多成分ガス混合物の分析装置であって、
(a)各化学/電気活性材料が、選択された温度での該ガス混合物への暴露時に、他の
化学/電気活性材料のそれぞれとは異なる電気的応答特性を示す、化学/電気活性材料のアレイであって、少なくとも1つの化学/電気活性材料がM、M およびM
(式中、MはCe、Co、Cu、Fe、Ga、Nb、Ni、Pr、Ru、Sn、Ti、Tm、W、Yb、Zn、およびZrよりなる群から選択され、MおよびMはそれぞれ独立してAl、Ba、Bi、Ca、Cd、Ce、Co、Cr、Cu、Fe、Ga、Ge、In、K、La、Mg、Mn、Mo、Na、Nb、Ni、Pb、Pr、Rb、Ru、Sb、Sc、Si、Sn、Sr、Ta、Ti、Tm、V、W、Y、Yb、Zn、およびZrよりなる群から選択されるが、MおよびMはM において同じものではなく、a、bおよびcはそれぞれ独立して約0.0005〜約1であり、かつ、xは存在する酸素が該化合物中の他の元素の電荷とバランスするのに十分な数である)よりなる群から選択されるアレイと、
(b)該ガス混合物への該アレイの暴露時に各化学/電気活性材料の該電気的応答を測定するための手段と
を含んでなる装置。
A multi-component gas mixture analyzer comprising:
(A) a chemically / electroactive material, wherein each chemically / electroactive material exhibits different electrical response characteristics than each of the other chemically / electroactive materials upon exposure to the gas mixture at a selected temperature; An array, wherein at least one chemically / electroactive material is M 1 O x , M 1 a M 2 b O x and M 1 a M 2 b M 3 c O x
Wherein M 1 is selected from the group consisting of Ce, Co, Cu, Fe, Ga, Nb, Ni, Pr, Ru, Sn, Ti, Tm, W, Yb, Zn, and Zr, and M 2 and M 3 are each independently Al, Ba, Bi, Ca, Cd, Ce, Co, Cr, Cu, Fe, Ga, Ge, In, K, La, Mg, Mn, Mo, Na, Nb, Ni, Pb, Pr, Rb, Ru, Sb, Sc, Si, Sn, Sr, Ta, Ti, Tm, V, W, Y, Yb, Zn, and Zr are selected, but M 2 and M 3 are M 1 a M 2 b M 3 c O x are not the same, a, b and c are each independently about 0.0005 to about 1, and x is the other oxygen in the compound Selected from the group consisting of a sufficient number to balance the charge of the element) And the array,
(B) a device comprising: means for measuring the electrical response of each chemically / electroactive material upon exposure of the array to the gas mixture.
(a)MがCe、CoO、CuO、FeO、GaO、NbO、NiO、PrO、RuO、SnO、Ta、TiO、TmO、WO、YbO、ZnO、ZrO、Ag添加物入りSnO、Ag添加物入りZnO、Pt添加物入りTiO、フリット添加物入りZnO、フリット添加物入りNiO、フリット添加物入りSnO、もしくはフリット添加物入りWOよりなる群から選択され、
(b)M がAlCr、AlFe、AlMg、AlNi、AlTi、Al、BaCu、BaSn、BaZn、BiRu、BiSn、BiZn、CaSn、CaZn、CdSn、CdZn、CeFe、CeNb、CeTi、Ce、CoCu、CoGe、CoLa、CoMg、CoNb、CoPb、CoSn、Co、Co、CoZn、CrCu、CrLa、CrMn、CrNi、CrSi、CrTi、Cr、CrZn、CuFe、CuGa、CuLa、CuNa、CuNi、CuPb、CuSn、CuSr、CuTi、CuZn、CuZr、FeGa、FeLa、FeMo、FeNb、FeNi、FeSn、FeTi、Fe、FeZn、FeZr、GaLa、GaSn、GeNb、GeTi、InSn、KNb、MnNb、MnSn、MnTi、Mn、MnZn、MoPb、MoRb、MoSn、MoTi、MoZn、NbNi、NbNi、NbSr、NbTi、Nb、NbZr、NiSi、NiSn、Ni、NiZn、NiZr、PbSn、PbZn、Rb、RuSn、Ru、RuZn、SbSn、SbZn、ScZr、SiSn、SiTi、Si、SiZn、SnTa、SnTi、Sn、SnZn、SnZr、SrTi、TaTi、TaZn、TaZr、Ti、Ti、TiZn、TiZr、VZn、VZr、WZn、WZr、YZr、ZnZr、フリット添加物入りAlNi、フリット添加物入りCrTi、フリット添加物入りFeLa、フリット添加物入りFe
Ni、フリット添加物入りFeTi、フリット添加物入りNbTi、フリット添加物入りNb、フリット添加物入りNiZn、フリット添加物入りNiZr、フリット添加物入りSbSn、フリット添加物入りTaTi、もしくはフリット添加物入りTiZnよりなる群から選択され、および/または
(c)M がAlMgZn、AlSi、BaCuTi、CaCeZr、CoNiTi、CoNiZr、CoPbSn、CoPbZn、CrSrTi、CuFeMn、CuLaSr、FeNbTi、FePbZn、FeSrTi、FeTaTi、FeZr、GaTiZn、LaMnNa、LaMnSr、MnSrTi、MoPbZn、NbSrTi、NbSr、NbTiZn、NiSrTi、SnZn、SrTi、SrTiZn、もしくはTiZrよりなる群から選択される
請求項58に記載の装置。
(A) M 1 O x is Ce a O x , CoO x , CuO x , FeO x , GaO x , NbO x , NiO x , PrO x , RuO x , SnO x , Ta a O x , TiO x , TmO x WO x , YbO x , ZnO x , ZrO x , SnO x with Ag additive, ZnO x with Ag additive, TiO x with Pt additive, ZnO x with frit additive, NiO x with frit additive, SnO x with frit additive, or Selected from the group consisting of WO x with frit additive,
(B) M 1 a M 2 b O x is Al a Cr b O x, Al a Fe b O x, Al a Mg b O x, Al a Ni b O x, Al a Ti b O x, Al a V b O x, Ba a Cu b O x, Ba a Sn b O x, Ba a Zn b O x, Bi a Ru b O x, Bi a Sn b O x, Bi a Zn b O x, Ca a Sn b O x , Ca a Zn b O x , Cd a Sn b O x , Cd a Zn b O x , Ce a Fe b O x , Ce a Nb b O x , Ce a Ti b O x , Ce a V b O x, Co a Cu b O x , Co a Ge b O x, Co a La b O x, Co a Mg b O x, Co a Nb b O x, Co a Pb b O x, Co a Sn b O x , Co a V b O x, Co a W b O x, Co a n b O x, Cr a Cu b O x, Cr a La b O x, Cr a Mn b O x, Cr a Ni b O x, Cr a Si b O x, Cr a Ti b O x, Cr a Y b O x, Cr a Zn b O x, Cu a Fe b O x, Cu a Ga b O x, Cu a La b O x, Cu a Na b O x, Cu a Ni b O x, Cu a Pb b O x, Cu a Sn b O x, Cu a Sr b O x, Cu a Ti b O x, Cu a Zn b O x, Cu a Zr b O x, Fe a Ga b O x, Fe a La b O x, Fe a Mo b O x , Fe a Nb b O x, Fe a Ni b O x, Fe a Sn b O x, Fe a Ti b O x, Fe a W b O x, Fe a Zn b O x , Fe a Zr b O x, Ga a La b O , Ga a Sn b O x, Ge a Nb b O x, Ge a Ti b O x, In a Sn b O x, K a Nb b O x, Mn a Nb b O x, Mn a Sn b O x, Mna a Ti b O x , Mna a Y b O x , Mna a Zn b O x , Mo a Pb b O x , Mo a Rb b O x , Mo a Sn b O x , Mo a Ti b O x , Mo a Zn b O x , Nb a Ni b O x , Nb a Ni b O x , Nb a Sr b O x , Nb a Ti b O x , Nb a W b O x , Nb a Zr b O x , Ni a Si b O x, Ni a Sn b O x, Ni a Y b O x, Ni a Zn b O x, Ni a Zr b O x, Pb a Sn b O x, Pb a Zn b O x, Rb a W b O x, Ru a Sn b O x, Ru a W b x, Ru a Zn b O x , Sb a Sn b O x, Sb a Zn b O x, Sc a Zr b O x, Si a Sn b O x, Si a Ti b O x, Si a W b O x , Si a Zn b O x, Sn a Ta b O x, Sn a Ti b O x, Sn a W b O x, Sn a Zn b O x, Sn a Zr b O x, Sr a Ti b O x, Ta a Ti b O x, Ta a Zn b O x, Ta a Zr b O x, Ti a V b O x, Ti a W b O x, Ti a Zn b O x, Ti a Zr b O x, V a Zn b O x, V a Zr b O x, W a Zn b O x, W a Zr b O x, Y a Zr b O x, Zn a Zr b O x, frit added Monoiri Al a Ni b O x , Cr a Ti b O x with frit additive, Tsu DOO added Monoiri Fe a La b O x, frit added Monoiri Fe a
Ni b O x , Fe a Ti b O x with frit additive, Nb a Ti b O x with frit additive, Nb a W b O x with frit additive, Ni a Zn b O x with frit additive, Ni a with frit additive Selected from the group consisting of Zr b O x , Sb a Sn b O x with frit additive, Ta a Ti b O x with frit additive, or Ti a Zn b O x with frit additive, and / or (c) M 1 a M 2 b M 3 c O x is Al a Mg b Zn c O x , Al a Si b V c O x, Ba a Cu b Ti c O x, Ca a Ce b Zr c O x, Co a Ni b Ti c O x, Co a Ni b Zr c O x, Co a Pb b Sn c O x, Co a Pb b Zn c O x, Cr a Sr b Ti O x, Cu a Fe b Mn c O x, Cu a La b Sr c O x, Fe a Nb b Ti c O x, Fe a Pb b Zn c O x, Fe a Sr b Ti c O x, Fe a ta b Ti c O x, Fe a W b Zr c O x, Ga a Ti b Zn c O x, La a Mn b Na c O x, La a Mn b Sr c O x, Mn a Sr b Ti c O x, Mo a Pb b Zn c O x, Nb a Sr b Ti c O x, Nb a Sr b W c O x, Nb a Ti b Zn c O x, Ni a Sr b Ti c O x, Sn a W b Zn c O x, according to Sr a Ti b V c O x , Sr a Ti b Zn c O x or Ti a W b Zr c O x claim 58 which is selected from the group consisting of.
アレイがガス混合物内に置かれ、かつ、該ガス混合物が約400℃もしくはそれ以上の温度を有する請求項58に記載の装置。   59. The apparatus of claim 58, wherein the array is placed in a gas mixture, and the gas mixture has a temperature of about 400 degrees Celsius or higher. ガス混合物が燃焼プロセスからの排ガスである請求項58に記載の装置。   59. The apparatus of claim 58, wherein the gas mixture is exhaust gas from a combustion process. ガス混合物中の成分ガスが分離されていない請求項58に記載の装置。   59. The apparatus of claim 58, wherein the component gases in the gas mixture are not separated. 化学/電気活性材料の電気的応答が多成分ガス混合物のみへの暴露時に測定される請求項58に記載の装置。   59. The apparatus of claim 58, wherein the electrical response of the chemically / electroactive material is measured upon exposure to the multi-component gas mixture only. 少なくとも1種の個々のガス成分のガス混合物内濃度を計算するための手段をさらに含んでなる請求項58に記載の装置。   59. The apparatus of claim 58, further comprising means for calculating a concentration in the gas mixture of at least one individual gas component. ガス混合物の温度を測定するための手段と、電気的応答および温度測定をデジタル化するための手段とをさらに含んでなる請求項58に記載の装置。   59. The apparatus of claim 58, further comprising means for measuring the temperature of the gas mixture and means for digitizing the electrical response and temperature measurement. 各化学/電気活性材料の温度が、可変であるガス混合物の温度によってのみ実質的に測定される請求項58に記載の装置。   59. The apparatus of claim 58, wherein the temperature of each chemically / electroactive material is substantially measured only by the temperature of the gas mixture being variable. 少なくとも1つの化学/電気活性材料が、約400℃もしくはそれ以上の温度にある時に、(a)約1オーム−cm〜約10オーム−cmの範囲の電気抵抗率を有し、かつ、(b)暴露前の抵抗と比べて、ガス混合物への該材料の暴露時に少なくとも約0.1パーセントの電気抵抗の変化を示す請求項58に記載の装置。 And (a) has an electrical resistivity in the range of about 1 ohm-cm to about 10 6 ohm-cm when the at least one chemically / electroactive material is at a temperature of about 400 ° C. or higher; 59. The apparatus of claim 58, wherein the apparatus exhibits a change in electrical resistance of at least about 0.1 percent upon exposure of the material to a gas mixture as compared to b) resistance before exposure. 少なくとも1つの材料の電気的応答特性が選択された温度でのガス混合物への暴露時にある値として定量化でき、かつ、該材料の応答の値が該選択された温度で少なくとも約1分の期間の該ガス混合物への該材料の暴露の間一定であるかまたは約20パーセント以下だけ変わる請求項58に記載の装置。   The electrical response characteristic of at least one material can be quantified as a value upon exposure to the gas mixture at a selected temperature, and the value of the material response is at a period of at least about 1 minute at the selected temperature. 59. The apparatus of claim 58, wherein the apparatus is constant during exposure of the material to the gas mixture of or changes by no more than about 20 percent. 電気的応答が抵抗、インピーダンス、静電容量、電圧または電流よりなる群から選択される請求項58に記載の装置。   59. The apparatus of claim 58, wherein the electrical response is selected from the group consisting of resistance, impedance, capacitance, voltage or current. 多成分ガス混合物がプロセスによって排出されるか、またはデバイスへ送られる化学反
応の生成物であり、かつ、装置が該プロセスまたはデバイスを制御するために電気的応答を利用するための手段をさらに含んでなる請求項58に記載の装置。
The multi-component gas mixture is the product of a chemical reaction that is exhausted by the process or sent to the device, and the apparatus further includes means for utilizing the electrical response to control the process or device 59. The apparatus of claim 58, comprising:
多成分ガス混合物の分析装置であって、
(a)各化学/電気活性材料が、選択された温度での該ガス混合物への暴露時に、他の化学/電気活性材料のそれぞれとは異なる電気的応答特性を示し、少なくとも1つの材料の該電気的応答特性がある値として定量できる、少なくとも2つの化学/電気活性材料のアレイであって、該材料の応答の値が該選択された温度で少なくとも約1分の期間の該ガス混合物への該材料の暴露の間一定であるかまたは約20パーセント以下だけ変わるアレイと、
(b)該ガス混合物への該アレイの暴露時に個々に各化学/電気活性材料の該電気的応答を測定するための手段と、
(c)該ガス混合物の温度を測定するための手段と、
(d)該電気的応答および温度測定をデジタル化するための手段と
を含んでなる装置。
A multi-component gas mixture analyzer comprising:
(A) each chemically / electroactive material exhibits an electrical response characteristic different from that of each of the other chemically / electroactive materials upon exposure to the gas mixture at a selected temperature; An array of at least two chemically / electroactive materials, the electrical response characteristic of which can be quantified as a value, wherein the value of the response of the material to the gas mixture for a period of at least about 1 minute at the selected temperature An array that is constant during exposure of the material or changes by no more than about 20 percent;
(B) means for measuring the electrical response of each chemically / electroactive material individually upon exposure of the array to the gas mixture;
(C) means for measuring the temperature of the gas mixture;
(D) an apparatus comprising: means for digitizing the electrical response and temperature measurement.
アレイがガス混合物内に置かれ、かつ、該ガス混合物が約400℃もしくはそれ以上の温度を有する請求項71に記載の装置。   72. The apparatus of claim 71, wherein the array is placed in a gas mixture and the gas mixture has a temperature of about 400 degrees Celsius or higher. ガス混合物が燃焼プロセスからの排ガスである請求項71に記載の装置。   72. The apparatus of claim 71, wherein the gas mixture is exhaust gas from a combustion process. ガス混合物中の成分ガスが分離されていない請求項71に記載の装置。   72. The apparatus of claim 71, wherein the component gases in the gas mixture are not separated. 各化学/電気活性材料の温度が、可変であるガス混合物の温度によってのみ実質的に測定される請求項71に記載の装置。   72. The apparatus of claim 71, wherein the temperature of each chemically / electroactive material is substantially measured only by the temperature of the gas mixture being variable. 化学/電気活性材料の電気的応答が多成分ガス混合物のみへの暴露時に測定される請求項71に記載の装置。   72. The apparatus of claim 71, wherein the electrical response of the chemically / electroactive material is measured upon exposure to the multicomponent gas mixture only. 少なくとも1種の個々のガス成分のガス混合物内濃度を計算するための手段をさらに含んでなる請求項71に記載の装置。   72. The apparatus of claim 71, further comprising means for calculating a concentration in the gas mixture of at least one individual gas component. 少なくとも1つの化学/電気活性材料が、約400℃もしくはそれ以上の温度にある時に、(a)約1オーム−cm〜約10オーム−cmの範囲の電気抵抗率を有し、かつ、(b)暴露前の抵抗と比べて、ガス混合物への該材料の暴露時に少なくとも約0.1パーセントの電気抵抗の変化を示す請求項71に記載の装置。 And (a) has an electrical resistivity in the range of about 1 ohm-cm to about 10 6 ohm-cm when the at least one chemically / electroactive material is at a temperature of about 400 ° C. or higher; 72. The apparatus of claim 71, wherein the apparatus exhibits a change in electrical resistance of at least about 0.1 percent upon exposure of the material to a gas mixture as compared to resistance before exposure. 電気的応答が抵抗、インピーダンス、静電容量、電圧または電流よりなる群から選択される請求項71に記載の装置。   72. The apparatus of claim 71, wherein the electrical response is selected from the group consisting of resistance, impedance, capacitance, voltage or current. アレイが約400℃未満の温度を有するガス混合物内に置かれ、かつ、該アレイが約400℃もしくはそれ以上の実質的に一定の温度を有する請求項71に記載の装置。   72. The apparatus of claim 71, wherein the array is placed in a gas mixture having a temperature less than about 400 degrees Celsius, and the array has a substantially constant temperature of about 400 degrees Celsius or higher. 少なくとも1つの化学/電気活性材料が金属酸化物である請求項71に記載の装置。   72. The apparatus of claim 71, wherein the at least one chemically / electroactive material is a metal oxide. 多成分ガス混合物がプロセスによって排出されるか、またはデバイスへ送られる化学反応の生成物であり、かつ、装置が該プロセスまたはデバイスを制御するために電気的応答を利用するための手段をさらに含んでなる請求項71に記載の装置。   The multi-component gas mixture is the product of a chemical reaction that is exhausted by the process or sent to the device, and the apparatus further includes means for utilizing the electrical response to control the process or device 72. The apparatus of claim 71, comprising: 約400℃もしくはそれ以上の温度を有する多成分ガス混合物における、該混合物中の
少なくとも2種の個々の検体ガス成分の濃度の計算装置であって、
(a)アレイが該ガス混合物内に置かれ、かつ、各化学/電気活性材料が該ガス混合物への暴露時に電気抵抗の変化を示す少なくとも3つの化学/電気活性材料のアレイであって、少なくとも1つの化学/電気活性材料が、約400℃もしくはそれ以上の温度にある時に、(i)約1オーム−cm〜約10オーム−cmの範囲の電気抵抗率を有し、かつ、(ii)暴露前の抵抗と比べて、該ガス混合物への該材料の暴露時に少なくとも約0.1パーセントの電気抵抗の変化を示すアレイと、
(b)該ガス混合物の分離されていない成分への該アレイの暴露時に個々に各化学/電気活性材料の抵抗の該変化を測定するための手段と、
(c)該多成分ガス混合物のみへの暴露時に該化学/電気活性材料の抵抗の該変化から個々の検体ガス成分の濃度を計算するための手段と
を含んでなる装置。
An apparatus for calculating the concentration of at least two individual analyte gas components in a multi-component gas mixture having a temperature of about 400 ° C. or higher comprising:
(A) an array of at least three chemically / electroactive materials, wherein an array is placed in the gas mixture and each chemically / electroactive material exhibits a change in electrical resistance upon exposure to the gas mixture, wherein at least When one chemically / electroactive material is at a temperature of about 400 ° C. or higher, (i) has an electrical resistivity in the range of about 1 ohm-cm to about 10 6 ohm-cm, and (ii ) An array that exhibits a change in electrical resistance of at least about 0.1 percent upon exposure of the material to the gas mixture as compared to resistance before exposure;
(B) means for measuring the change in resistance of each chemically / electroactive material individually upon exposure of the array to unseparated components of the gas mixture;
(C) means for calculating the concentration of individual analyte gas components from the change in resistance of the chemical / electroactive material upon exposure to the multi-component gas mixture alone.
ガス混合物が燃焼プロセスからの排ガスである請求項83に記載の装置。   84. The apparatus of claim 83, wherein the gas mixture is exhaust gas from a combustion process. ガス混合物の温度を測定するための手段をさらに含んでなり、かつ、個々のガス成分の濃度が化学/電気活性材料の抵抗の変化および温度測定から計算される請求項83に記載の装置。   84. The apparatus of claim 83, further comprising means for measuring the temperature of the gas mixture, and wherein the concentrations of the individual gas components are calculated from the change in resistance of the chemically / electroactive material and the temperature measurement. 各化学/電気活性材料の温度が、可変であるガス混合物の温度によってのみ実質的に測定される請求項83に記載の装置。   84. The apparatus of claim 83, wherein the temperature of each chemically / electroactive material is substantially measured only by the temperature of the gas mixture being variable. 少なくとも1つの材料の抵抗の変化が選択された温度でのガス混合物への暴露時にある値として定量化でき、かつ、該材料の抵抗の値が該選択された温度で少なくとも約1分の期間の該ガス混合物への該材料の暴露の間一定であるかまたは約20パーセント以下だけ変わる請求項83に記載の装置。   The change in resistance of at least one material can be quantified as a value upon exposure to the gas mixture at a selected temperature, and the resistance value of the material is at a selected temperature for a period of at least about 1 minute. 84. The apparatus of claim 83, wherein the apparatus is constant during exposure of the material to the gas mixture or varies by no more than about 20 percent. 少なくとも1つの化学/電気活性材料が金属酸化物である請求項83に記載の装置。   The apparatus of claim 83, wherein the at least one chemically / electroactive material is a metal oxide. 多成分ガス混合物がプロセスによって排出されるか、またはデバイスへ送られる化学反応の生成物であり、かつ、装置が該プロセスまたはデバイスを制御するために抵抗の変化を利用するための手段をさらに含んでなる請求項83に記載の装置。   The multi-component gas mixture is the product of a chemical reaction that is exhausted by the process or sent to the device, and the apparatus further includes means for utilizing the change in resistance to control the process or device 84. The apparatus of claim 83, comprising: 各化学/電気活性材料が多成分ガス混合物への暴露時に電気抵抗の変化を示す、少なくとも3つの化学/電気活性材料のアレイを含んでなるガス検出装置であって、少なくとも1つの化学/電気活性材料が、約400℃もしくはそれ以上の温度にある時に、(a)約1オーム−cm〜約10オーム−cmの範囲の電気抵抗率を有し、かつ、(b)暴露前の抵抗と比べて、該ガス混合物への該材料の暴露時に少なくとも約0.1パーセントの電気抵抗の変化を示す装置。 A gas detection device comprising an array of at least three chemically / electroactive materials, wherein each chemically / electroactive material exhibits a change in electrical resistance upon exposure to a multi-component gas mixture, wherein the at least one chemical / electroactive material When the material is at a temperature of about 400 ° C. or higher, (a) has an electrical resistivity in the range of about 1 ohm-cm to about 10 6 ohm-cm, and (b) resistance before exposure; In comparison, an apparatus that exhibits a change in electrical resistance of at least about 0.1 percent upon exposure of the material to the gas mixture. 少なくとも1つの材料の電気的応答特性が選択された温度でのガス混合物への暴露時にある値として定量化でき、かつ、該材料の応答の値が該選択された温度で少なくとも約1分の期間の該ガス混合物への該材料の暴露の間一定であるかまたは約20パーセント以下だけ変わる請求項91に記載の装置。   The electrical response characteristic of at least one material can be quantified as a value upon exposure to the gas mixture at a selected temperature, and the value of the material response is at a period of at least about 1 minute at the selected temperature. 92. The apparatus of claim 91, wherein the apparatus is constant during exposure of the material to the gas mixture of or changes by no more than about 20 percent. アレイの温度を測定するための手段をさらに含んでなる請求項91に記載の装置。   92. The apparatus of claim 91, further comprising means for measuring the temperature of the array. 少なくとも1つの化学/電気活性材料が金属酸化物である請求項91に記載の装置。   92. The apparatus of claim 91, wherein the at least one chemically / electroactive material is a metal oxide. 各化学/電気活性材料が選択された温度での多成分ガス混合物への暴露時に他の化学/
電気活性材料のそれぞれとは異なる電気的応答特性を示し、少なくとも1つの材料の該電気的応答特性がある値として定量できる、少なくとも2つの化学/電気活性材料のアレイを含んでなるガス検出装置であって、該材料の応答の値が該選択された温度で少なくとも約1分の期間の該ガス混合物への該材料の暴露の間一定であるかまたは約20パーセント以下だけ変わる装置。
Each chemical / electroactive material is exposed to other chemicals / exposures upon exposure to the multi-component gas mixture at the selected temperature.
A gas detection device comprising an array of at least two chemically / electroactive materials that exhibit different electrical response characteristics than each of the electroactive materials and that can be quantified as a certain value of the electrical response characteristics of at least one material. An apparatus wherein the value of the response of the material is constant during the exposure of the material to the gas mixture for a period of at least about 1 minute at the selected temperature or varies by no more than about 20 percent.
アレイの温度を測定するための手段をさらに含んでなる請求項94に記載の装置。   95. The apparatus of claim 94, further comprising means for measuring the temperature of the array. 少なくとも1つの化学/電気活性材料が金属酸化物である請求項94に記載の装置。   95. The apparatus of claim 94, wherein the at least one chemically / electroactive material is a metal oxide. 各化学/電気活性材料が、選択された温度での多成分ガス混合物への暴露時に、他の化学/電気活性材料のそれぞれとは異なる電気的応答特性を示す、化学/電気活性材料のアレイを含んでなるガス検出装置であって、少なくとも1つの化学/電気活性材料がM、M およびM (式中、MはCe、Co、Cu、Fe、Ga、Nb、Ni、Pr、Ru、Sn、Ti、Tm、W、Yb、Zn、およびZrよりなる群から選択され、MおよびMはそれぞれ独立してAl、Ba、Bi、Ca、Cd、Ce、Co、Cr、Cu、Fe、Ga、Ge、In、K、La、Mg、Mn、Mo、Na、Nb、Ni、Pb、Pr、Rb、Ru、Sb、Sc、Si、Sn、Sr、Ta、Ti、Tm、V、W、Y、Yb、Zn、およびZrよりなる群から選択されるが、MおよびMはM において同じものではなく、a、bおよびcはそれぞれ独立して約0.0005〜約1であり、かつ、xは存在する酸素が該化合物中の他の元素の電荷とバランスするのに十分な数である)よりなる群から選択される装置。 An array of chemically / electroactive materials wherein each chemically / electroactive material exhibits different electrical response characteristics than each of the other chemically / electroactive materials upon exposure to the multi-component gas mixture at a selected temperature. A gas detection device comprising, wherein at least one chemically / electroactive material is M 1 O x , M 1 a M 2 b O x and M 1 a M 2 b M 3 c O x , wherein M 1 Is selected from the group consisting of Ce, Co, Cu, Fe, Ga, Nb, Ni, Pr, Ru, Sn, Ti, Tm, W, Yb, Zn, and Zr, and M 2 and M 3 are each independently Al, Ba, Bi, Ca, Cd, Ce, Co, Cr, Cu, Fe, Ga, Ge, In, K, La, Mg, Mn, Mo, Na, Nb, Ni, Pb, Pr, Rb, Ru, Sb, Sc, Si, Sn, Sr, Ta, Ti, Tm, Selected from the group consisting of V, W, Y, Yb, Zn, and Zr, but M 2 and M 3 are not the same in M 1 a M 2 b M 3 c O x and a, b and c are Each independently of about 0.0005 to about 1, and x is a number sufficient to balance the oxygen present with the charge of other elements in the compound) . (a)MがCe、CoO、CuO、FeO、GaO、NbO、NiO、PrO、RuO、SnO、Ta、TiO、TmO、WO、YbO、ZnO、ZrO、Ag添加物入りSnO、Ag添加物入りZnO、Pt添加物入りTiO、フリット添加物入りZnO、フリット添加物入りNiO、フリット添加物入りSnO、もしくはフリット添加物入りWOよりなる群から選択され、
(b)M がAlCr、AlFe、AlMg、AlNi、AlTi、Al、BaCu、BaSn、BaZn、BiRu、BiSn、BiZn、CaSn、CaZn、CdSn、CdZn、CeFe、CeNb、CeTi、Ce、CoCu、CoGe、CoLa、CoMg、CoNb、CoPb、CoSn、Co、Co、CoZn、CrCu、CrLa、CrMn、CrNi、CrSi、CrTi、Cr、CrZn、CuFe、CuGa、CuLa、CuNa、CuNi、CuPb、CuSn、CuSr、CuTi、CuZn、CuZr、FeGa、FeLa、FeMo、FeNb、FeNi、FeSn、FeTi、Fe、FeZn、FeZr、GaLa、GaSn、GeNb、GeTi、InSn、KNb、MnNb、MnSn、MnTi、Mn、MnZn、MoPb、MoRb、MoSn、MoTi、MoZn、NbNi、NbNi、NbSr、NbTi、Nb、NbZr、NiSi、NiSn、Ni、NiZn、NiZr、PbSn、PbZn、Rb、RuSn、Ru、RuZn、SbSn、Sb
Zn、ScZr、SiSn、SiTi、Si、SiZn、SnTa、SnTi、Sn、SnZn、SnZr、SrTi、TaTi、TaZn、TaZr、Ti、Ti、TiZn、TiZr、VZn、VZr、WZn、WZr、YZr、ZnZr、フリット添加物入りAlNi、フリット添加物入りCrTi、フリット添加物入りFeLa、フリット添加物入りFeNi、フリット添加物入りFeTi、フリット添加物入りNbTi、フリット添加物入りNb、フリット添加物入りNiZn、フリット添加物入りNiZr、フリット添加物入りSbSn、フリット添加物入りTaTi、もしくはフリット添加物入りTiZnよりなる群から選択され、および/または
(c)M がAlMgZn、AlSi、BaCuTi、CaCeZr、CoNiTi、CoNiZr、CoPbSn、CoPbZn、CrSrTi、CuFeMn、CuLaSr、FeNbTi、FePbZn、FeSrTi、FeTaTi、FeZr、GaTiZn、LaMnNa、LaMnSr、MnSrTi、MoPbZn、NbSrTi、NbSr、NbTiZn、NiSrTi、SnZn、SrTi、SrTiZn、もしくはTiZrよりなる群から選択される
請求項97に記載の装置。
(A) M 1 O x is Ce a O x , CoO x , CuO x , FeO x , GaO x , NbO x , NiO x , PrO x , RuO x , SnO x , Ta a O x , TiO x , TmO x WO x , YbO x , ZnO x , ZrO x , SnO x with Ag additive, ZnO x with Ag additive, TiO x with Pt additive, ZnO x with frit additive, NiO x with frit additive, SnO x with frit additive, or Selected from the group consisting of WO x with frit additive,
(B) M 1 a M 2 b O x is Al a Cr b O x, Al a Fe b O x, Al a Mg b O x, Al a Ni b O x, Al a Ti b O x, Al a V b O x, Ba a Cu b O x, Ba a Sn b O x, Ba a Zn b O x, Bi a Ru b O x, Bi a Sn b O x, Bi a Zn b O x, Ca a Sn b O x , Ca a Zn b O x , Cd a Sn b O x , Cd a Zn b O x , Ce a Fe b O x , Ce a Nb b O x , Ce a Ti b O x , Ce a V b O x, Co a Cu b O x , Co a Ge b O x, Co a La b O x, Co a Mg b O x, Co a Nb b O x, Co a Pb b O x, Co a Sn b O x , Co a V b O x, Co a W b O x, Co a n b O x, Cr a Cu b O x, Cr a La b O x, Cr a Mn b O x, Cr a Ni b O x, Cr a Si b O x, Cr a Ti b O x, Cr a Y b O x, Cr a Zn b O x, Cu a Fe b O x, Cu a Ga b O x, Cu a La b O x, Cu a Na b O x, Cu a Ni b O x, Cu a Pb b O x, Cu a Sn b O x, Cu a Sr b O x, Cu a Ti b O x, Cu a Zn b O x, Cu a Zr b O x, Fe a Ga b O x, Fe a La b O x, Fe a Mo b O x , Fe a Nb b O x, Fe a Ni b O x, Fe a Sn b O x, Fe a Ti b O x, Fe a W b O x, Fe a Zn b O x , Fe a Zr b O x, Ga a La b O , Ga a Sn b O x, Ge a Nb b O x, Ge a Ti b O x, In a Sn b O x, K a Nb b O x, Mn a Nb b O x, Mn a Sn b O x, Mna a Ti b O x , Mna a Y b O x , Mna a Zn b O x , Mo a Pb b O x , Mo a Rb b O x , Mo a Sn b O x , Mo a Ti b O x , Mo a Zn b O x , Nb a Ni b O x , Nb a Ni b O x , Nb a Sr b O x , Nb a Ti b O x , Nb a W b O x , Nb a Zr b O x , Ni a Si b O x, Ni a Sn b O x, Ni a Y b O x, Ni a Zn b O x, Ni a Zr b O x, Pb a Sn b O x, Pb a Zn b O x, Rb a W b O x, Ru a Sn b O x, Ru a W b x, Ru a Zn b O x , Sb a Sn b O x, Sb
a Zn b O x, Sc a Zr b O x, Si a Sn b O x, Si a Ti b O x, Si a W b O x, Si a Zn b O x, Sn a Ta b O x, Sn a Ti b O x, Sn a W b O x, Sn a Zn b O x, Sn a Zr b O x, Sr a Ti b O x, Ta a Ti b O x, Ta a Zn b O x, Ta a Zr b O x, Ti a V b O x, Ti a W b O x, Ti a Zn b O x, Ti a Zr b O x, V a Zn b O x, V a Zr b O x, W a Zn b O x , W a Zr b O x , Y a Zr b O x , Zn a Zr b O x , Al a Ni b O x with frit additive, Cr a Ti b O x with frit additive, Fe a La with frit additive b O x, frit addition Monoiri e a Ni b O x, frit added Monoiri Fe a Ti b O x, frit added Monoiri Nb a Ti b O x, frit added Monoiri Nb a W b O x, frit added Monoiri Ni a Zn b O x, frit added Monoiri Selected from the group consisting of Ni a Zr b O x , Sb a Sn b O x with frit additive, Ta a Ti b O x with frit additive, or Ti a Zn b O x with frit additive, and / or (c) M 1 a M 2 b M 3 c O x is Al a Mg b Zn c O x , Al a Si b V c O x, Ba a Cu b Ti c O x, Ca a Ce b Zr c O x, Co a Ni b Ti c O x, Co a Ni b Zr c O x, Co a Pb b Sn c O x, Co a Pb b Zn c O x, Cr a Sr b Ti c O x, Cu a Fe b Mn c O x, Cu a La b Sr c O x, Fe a Nb b Ti c O x, Fe a Pb b Zn c O x, Fe a Sr b Ti c O x, Fe a Ta b Ti c O x , Fe a W b Zr c O x, Ga a Ti b Zn c O x, La a Mn b Na c O x, La a Mn b Sr c O x, Mn a Sr b Ti c O x, Mo a Pb b Zn c O x, Nb a Sr b Ti c O x, Nb a Sr b W c O x, Nb a Ti b Zn c O x, Ni a Sr b Ti c O x, Sn a W b Zn c O x, Sr a Ti b V c O x, Sr a Ti b Zn c O x, or Ti a W b Zr c O x system according to claim 97 which is selected from the group consisting of.
少なくとも1つの化学/電気活性材料が、約400℃もしくはそれ以上の温度にある時に、(a)約1オーム−cm〜約10オーム−cmの範囲の電気抵抗率を有し、かつ、(b)暴露前の抵抗と比べて、ガス混合物への該材料の暴露時に少なくとも約0.1パーセントの電気抵抗の変化を示す請求項97に記載の装置。 And (a) has an electrical resistivity in the range of about 1 ohm-cm to about 10 6 ohm-cm when the at least one chemically / electroactive material is at a temperature of about 400 ° C. or higher; 98. The apparatus of claim 97, wherein the apparatus exhibits a change in electrical resistance of at least about 0.1 percent upon exposure of the material to a gas mixture as compared to the resistance before exposure. 少なくとも1つの材料の電気的応答特性が選択された温度でのガス混合物への暴露時にある値として定量化でき、かつ、該材料の応答の値が該選択された温度で少なくとも約1分の期間の該ガス混合物への該材料の暴露の間一定であるかまたは約20パーセント以下だけ変わる請求項97に記載の装置。   The electrical response characteristic of at least one material can be quantified as a value upon exposure to the gas mixture at a selected temperature, and the value of the material response is at a period of at least about 1 minute at the selected temperature. 98. The apparatus of claim 97, wherein the apparatus is constant during exposure of the material to the gas mixture of or changes by no more than about 20 percent. アレイの温度を測定するための手段をさらに含んでなる請求項97に記載の装置。   98. The apparatus of claim 97, further comprising means for measuring the temperature of the array. 各化学/電気活性材料が選択された温度での多成分ガス混合物への暴露時に他の化学/電気活性材料のそれぞれとは異なる電気的応答特性を示す、第1および第2化学/電気活性材料のアレイを含んでなるガス検出装置であって、該化学/電気活性材料が、
(i)該第1材料がMであり、かつ、該第2材料がM である、
(ii)該第1材料がMであり、かつ、該第2材料がM である、
(iii)該第1材料がM であり、かつ、該第2材料がM である、
(iv)該第1材料が第1のMであり、かつ、該第2材料が第2のMである、
(v)該第1材料が第1のM であり、かつ、該第2材料が第2のM である、および
(vi)該第1材料が第1のM であり、かつ、該第2材料が第2のM である
(式中、MはCe、Co、Cu、Fe、Ga、Nb、Ni、Pr、Ru、Sn、Ti、Tm、W、Yb、Zn、およびZrよりなる群から選択され、MおよびMはそれぞれ独立してAl、Ba、Bi、Ca、Cd、Ce、Co、Cr、Cu、Fe、Ga、Ge、In、K、La、Mg、Mn、Mo、Na、Nb、Ni、Pb、Pr、Rb、Ru、Sb、Sc、Si、Sn、Sr、Ta、Ti、Tm、V、W、Y、Yb、Zn、およびZrよりなる群から選択されるが、MおよびMはM において同じものではなく、a、bおよびcはそれぞれ独立して約0.0005〜約1であり、かつ、xは存在する酸素が該化合物中の他の元素の電荷とバランスするのに十分な数である)
よりなる群中のペアリングから選択される装置。
First and second chemically / electroactive materials wherein each chemically / electroactive material exhibits different electrical response characteristics than each of the other chemically / electroactive materials upon exposure to a multi-component gas mixture at a selected temperature A gas detection device comprising an array of: the chemically / electroactive material comprising:
(I) the first material is M 1 O x and the second material is M 1 a M 2 b O x ;
(Ii) a first material is M 1 O x, and the second material is M 1 a M 2 b M 3 c O x,
(Iii) The first material is M 1 a M 2 b O x , and the second material is M 1 a M 2 b M 3 c O x .
(Iv) the first material is first M 1 O x and the second material is second M 1 O x ;
(V) the first material is a first M 1 a M 2 b O x and the second material is a second M 1 a M 2 b O x ; and (vi) the first The material is a first M 1 a M 2 b M 3 c O x and the second material is a second M 1 a M 2 b M 3 c O x where M 1 is Ce , Co, Cu, Fe, Ga, Nb, Ni, Pr, Ru, Sn, Ti, Tm, W, Yb, Zn, and Zr, and M 2 and M 3 are each independently Al, Ba, Bi, Ca, Cd, Ce, Co, Cr, Cu, Fe, Ga, Ge, In, K, La, Mg, Mn, Mo, Na, Nb, Ni, Pb, Pr, Rb, Ru, Sb, sc, Si, Sn, Sr, Ta, Ti, Tm, V, W, Y, Yb, Zn, and is selected from the group consisting of Zr, M 2 And M 3 are not the same as in M 1 a M 2 b M 3 c O x, a, b and c are from about 0.0005 to about 1 independently, and oxygen is the x is present Sufficient to balance the charge of other elements in the compound)
A device selected from pairing in the group consisting of:
(a)MがCe、CoO、CuO、FeO、GaO、NbO、NiO、PrO、RuO、SnO、Ta、TiO、TmO、WO、YbO、ZnO、ZrO、Ag添加物入りSnO、Ag添加物入りZnO、Pt添加物入りTiO、フリット添加物入りZnO、フリット添加物入りNiO、フリット添加物入りSnO、またはフリット添加物入りWOよりなる群から選択され、
(b)M がAlCr、AlFe、AlMg、AlNi、AlTi、Al、BaCu、BaSn、BaZn、BiRu、BiSn、BiZn、CaSn、CaZn、CdSn、CdZn、CeFe、CeNb、CeTi、Ce、CoCu、CoGe、CoLa、CoMg、CoNb、CoPb、CoSn、Co、Co、CoZn、CrCu、CrLa、CrMn、CrNi、CrSi、CrTi、Cr、CrZn、CuFe、CuGa、CuLa、CuNa、CuNi、CuPb、CuSn、CuSr、CuTi、CuZn、CuZr、FeGa、FeLa、FeMo、FeNb、FeNi、FeSn、FeTi、Fe、FeZn、FeZr、GaLa、GaSn、GeNb、GeTi、InSn、KNb、MnNb、MnSn、MnTi、Mn、MnZn、MoPb、MoRb、MoSn、MoTi、MoZn、NbNi、NbNi、NbSr、NbTi、Nb、NbZr、NiSi、NiSn、Ni、NiZn、NiZr、PbSn、PbZn、Rb、RuSn、Ru、RuZn、SbSn、SbZn、ScZr、SiSn、SiTi、Si、SiZn、SnTa、SnTi、Sn、SnZn、SnZr、SrTi、TaTi、TaZn、TaZr、Ti、Ti、TiZn、TiZr、VZn、VZr、WZn、WZr、YZr、ZnZr、フリット添加物入りAlNi、フリット添加物入りCrTi、フリット添加物入りFeLa、フリット添加物入りFeNi、フリット添加物入りFeTi、フリット添加物入りNbTi、フリット添加物入りNb、フリット添加物入りNiZn、フリット添加物入りNiZr、フリット添加物入りSbSn、フリット添加物入りTaTi、またはフリット添加物入りTiZnよりなる群から選択され、および/または
(c)M がAlMgZn、AlSi、BaCuTi、CaCeZr、CoNiTi、CoNi
Zr、CoPbSn、CoPbZn、CrSrTi、CuFeMn、CuLaSr、FeNbTi、FePbZn、FeSrTi、FeTaTi、FeZr、GaTiZn、LaMnNa、LaMnSr、MnSrTi、MoPbZn、NbSrTi、NbSr、NbTiZn、NiSrTi、SnZn、SrTi、SrTiZn、またはTiZrよりなる群から選択される
請求項102に記載の装置。
(A) M 1 O x is Ce a O x , CoO x , CuO x , FeO x , GaO x , NbO x , NiO x , PrO x , RuO x , SnO x , Ta a O x , TiO x , TmO x , WO x , YbO x , ZnO x , ZrO x , SnO x with Ag additive, ZnO x with Ag additive, TiO x with Pt additive, ZnO x with frit additive, NiO x with frit additive, SnO x with frit additive, or Selected from the group consisting of WO x with frit additive,
(B) M 1 a M 2 b O x is Al a Cr b O x, Al a Fe b O x, Al a Mg b O x, Al a Ni b O x, Al a Ti b O x, Al a V b O x, Ba a Cu b O x, Ba a Sn b O x, Ba a Zn b O x, Bi a Ru b O x, Bi a Sn b O x, Bi a Zn b O x, Ca a Sn b O x , Ca a Zn b O x , Cd a Sn b O x , Cd a Zn b O x , Ce a Fe b O x , Ce a Nb b O x , Ce a Ti b O x , Ce a V b O x, Co a Cu b O x , Co a Ge b O x, Co a La b O x, Co a Mg b O x, Co a Nb b O x, Co a Pb b O x, Co a Sn b O x , Co a V b O x, Co a W b O x, Co a n b O x, Cr a Cu b O x, Cr a La b O x, Cr a Mn b O x, Cr a Ni b O x, Cr a Si b O x, Cr a Ti b O x, Cr a Y b O x, Cr a Zn b O x, Cu a Fe b O x, Cu a Ga b O x, Cu a La b O x, Cu a Na b O x, Cu a Ni b O x, Cu a Pb b O x, Cu a Sn b O x, Cu a Sr b O x, Cu a Ti b O x, Cu a Zn b O x, Cu a Zr b O x, Fe a Ga b O x, Fe a La b O x, Fe a Mo b O x , Fe a Nb b O x, Fe a Ni b O x, Fe a Sn b O x, Fe a Ti b O x, Fe a W b O x, Fe a Zn b O x , Fe a Zr b O x, Ga a La b O , Ga a Sn b O x, Ge a Nb b O x, Ge a Ti b O x, In a Sn b O x, K a Nb b O x, Mn a Nb b O x, Mn a Sn b O x, Mna a Ti b O x , Mna a Y b O x , Mna a Zn b O x , Mo a Pb b O x , Mo a Rb b O x , Mo a Sn b O x , Mo a Ti b O x , Mo a Zn b O x , Nb a Ni b O x , Nb a Ni b O x , Nb a Sr b O x , Nb a Ti b O x , Nb a W b O x , Nb a Zr b O x , Ni a Si b O x, Ni a Sn b O x, Ni a Y b O x, Ni a Zn b O x, Ni a Zr b O x, Pb a Sn b O x, Pb a Zn b O x, Rb a W b O x, Ru a Sn b O x, Ru a W b x, Ru a Zn b O x , Sb a Sn b O x, Sb a Zn b O x, Sc a Zr b O x, Si a Sn b O x, Si a Ti b O x, Si a W b O x , Si a Zn b O x, Sn a Ta b O x, Sn a Ti b O x, Sn a W b O x, Sn a Zn b O x, Sn a Zr b O x, Sr a Ti b O x, Ta a Ti b O x, Ta a Zn b O x, Ta a Zr b O x, Ti a V b O x, Ti a W b O x, Ti a Zn b O x, Ti a Zr b O x, V a Zn b O x, V a Zr b O x, W a Zn b O x, W a Zr b O x, Y a Zr b O x, Zn a Zr b O x, frit added Monoiri Al a Ni b O x , Cr a Ti b O x with frit additive, Tsu DOO added Monoiri Fe a La b O x, frit added Monoiri Fe a Ni b O x, frit added Monoiri Fe a Ti b O x, frit added Monoiri Nb a Ti b O x, frit added Monoiri Nb a W b O x , Ni a Zn b O x with frit additive, Ni a Zr b O x with frit additive, Sb a Sn b O x with frit additive, Ta a Ti b O x with frit additive, or Ti a Zn b O x with frit additive It is selected from the group consisting of x, and / or (c) M 1 a M 2 b M 3 c O x is Al a Mg b Zn c O x , Al a Si b V c O x, Ba a Cu b Ti c O x, Ca a Ce b Zr c O x, Co a Ni b Ti c O x, Co a Ni
b Zr c O x, Co a Pb b Sn c O x, Co a Pb b Zn c O x, Cr a Sr b Ti c O x, Cu a Fe b Mn c O x, Cu a La b Sr c O x , Fe a Nb b Ti c O x, Fe a Pb b Zn c O x, Fe a Sr b Ti c O x, Fe a Ta b Ti c O x, Fe a W b Zr c O x, Ga a Ti b Zn c O x, La a Mn b Na c O x, La a Mn b Sr c O x, Mn a Sr b Ti c O x, Mo a Pb b Zn c O x, Nb a Sr b Ti c O x, Nb a Sr b W c O x , Nb a Ti b Zn c O x , Ni a Sr b Ti c O x , Sn a W b Zn c O x , Sr a Ti b V c O x , Sr a Ti b Zn c O x or Ti, W b Zr c O x The apparatus of claim 102 which is selected from the group consisting of.
少なくとも1つの化学/電気活性材料が、約400℃もしくはそれ以上の温度にある時に、(a)約1オーム−cm〜約10オーム−cmの範囲の電気抵抗率を有し、かつ、(b)暴露前の抵抗と比べて、ガス混合物への該材料の暴露時に少なくとも約0.1パーセントの電気抵抗の変化を示す請求項102に記載の装置。 And (a) has an electrical resistivity in the range of about 1 ohm-cm to about 10 6 ohm-cm when the at least one chemically / electroactive material is at a temperature of about 400 ° C. or higher; 105. The apparatus of claim 102, wherein the apparatus exhibits a change in electrical resistance of at least about 0.1 percent upon exposure of the material to a gas mixture as compared to b) resistance before exposure. 少なくとも1つの材料の電気的応答特性が選択された温度でのガス混合物への暴露時にある値として定量化でき、かつ、該材料の応答の値が該選択された温度で少なくとも約1分の期間の該ガス混合物への該材料の暴露の間一定であるかまたは約20パーセント以下だけ変わる請求項102に記載の装置。   The electrical response characteristic of at least one material can be quantified as a value upon exposure to the gas mixture at a selected temperature, and the value of the material response is at a period of at least about 1 minute at the selected temperature. 105. The apparatus of claim 102, wherein the apparatus is constant during exposure of the material to the gas mixture of or changes by no more than about 20 percent. アレイの温度を測定するための手段をさらに含んでなる請求項102に記載の装置。   The apparatus of claim 102, further comprising means for measuring the temperature of the array. アレイが4つ以上の化学/電気活性材料を有し、かつ、装置が該化学/電気活性材料の3つの群の各構成要素と接触している電極をさらに含んでなる請求項102に記載の装置。   103. The array of claim 102, wherein the array comprises four or more chemically / electroactive materials and the device further comprises an electrode in contact with each member of the three groups of the chemically / electroactive materials. apparatus. アレイが3つ以上の化学/電気活性材料を有し、かつ、装置が該化学/電気活性材料の2つの群の各構成要素と接触している電極をさらに含んでなり、その電極によって電流が2つの化学/電気活性材料の該群の各構成要素へ順々に通される請求項102に記載の装置。   The array further comprises three or more chemically / electroactive materials and the device further comprises an electrode in contact with each member of the two groups of the chemically / electroactive material, through which the current is passed. 103. The device of claim 102, which is passed sequentially to each member of the group of two chemically / electroactive materials. 多成分ガス混合物の分析装置であって、
(a)各化学/電気活性材料が、該ガス混合物への暴露時に、他の化学/電気活性材料のそれぞれとは異なる電気的応答特性を示す、少なくとも3つの化学/電気活性材料のアレイと、
(b)該ガス混合物への該アレイの暴露時に各化学/電気活性材料の電気的応答を測定するための手段と、
(c)(i)第1群の少なくとも2つの化学/電気活性材料の該応答から該混合物中の亜群のガスの存在を検出し、かつ(ii)第2群の少なくとも2つの化学/電気活性材料の該応答から該混合物中の個々の成分ガスの存在を検出するための手段と
を含んでなる装置。
A multi-component gas mixture analyzer comprising:
(A) an array of at least three chemically / electroactive materials, wherein each chemically / electroactive material exhibits different electrical response characteristics than each of the other chemically / electroactive materials upon exposure to the gas mixture;
(B) means for measuring the electrical response of each chemically / electroactive material upon exposure of the array to the gas mixture;
(C) (i) detecting the presence of a subgroup of gases in the mixture from the response of at least two chemically / electroactive materials of the first group; and (ii) at least two chemical / electrical groups of the second group. Means for detecting the presence of individual component gases in the mixture from the response of the active material.
個々の成分ガスが亜群のガスの構成要素ではない請求項109に記載の装置。   110. The apparatus of claim 109, wherein the individual component gases are not constituents of a subgroup of gases. 第1群の化学/電気活性材料のどれもが第2群の化学/電気活性材料のいずれとも同じものではない請求項109に記載の装置。   110. The apparatus of claim 109, wherein none of the first group of chemically / electroactive materials is the same as any of the second group of chemically / electroactive materials. 検出するための手段が亜群のガス、もしくは個々の成分ガス、または両方の混合物内濃度を計算するための手段をさらに含んでなる請求項109に記載の装置。   110. The apparatus of claim 109, wherein the means for detecting further comprises means for calculating a concentration within a subgroup of gases, or individual component gases, or a mixture of both. 請求項1、13、21、27、35、45、58、71、83、90、94、97、102または109のいずれか一項に記載の装置を含んでなる内燃エンジン。   110. An internal combustion engine comprising an apparatus according to any one of claims 1, 13, 21, 27, 35, 45, 58, 71, 83, 90, 94, 97, 102 or 109. 請求項1、13、21、27、35、45、58、71、83、90、94、97、102または109のいずれか一項に記載の装置を含んでなる自動車。   110. A motor vehicle comprising the device according to any one of claims 1, 13, 21, 27, 35, 45, 58, 71, 83, 90, 94, 97, 102 or 109.
JP2011155448A 2011-07-14 2011-07-14 Gas mixture analyzer Expired - Fee Related JP5386552B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011155448A JP5386552B2 (en) 2011-07-14 2011-07-14 Gas mixture analyzer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011155448A JP5386552B2 (en) 2011-07-14 2011-07-14 Gas mixture analyzer

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003584705A Division JP4824910B2 (en) 2002-04-05 2002-04-05 Gas mixture analyzer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012008130A true JP2012008130A (en) 2012-01-12
JP5386552B2 JP5386552B2 (en) 2014-01-15

Family

ID=45538815

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011155448A Expired - Fee Related JP5386552B2 (en) 2011-07-14 2011-07-14 Gas mixture analyzer

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5386552B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017191036A (en) * 2016-04-14 2017-10-19 富士通株式会社 Gas automatic analyzer and gas analyzing method
CN114813880A (en) * 2022-04-28 2022-07-29 安徽大学 Integrated electrochemical gas sensor and preparation process thereof

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5766347A (en) * 1980-10-09 1982-04-22 Hitachi Ltd Detector for mixture gas
JPH0225742A (en) * 1988-07-14 1990-01-29 Figaro Eng Inc Exhaust gas sensor and its production
JPH0623710B2 (en) * 1987-12-08 1994-03-30 徳山曹達株式会社 NOx gas detection element
JPH0676980B2 (en) * 1989-06-13 1994-09-28 株式会社トクヤマ NOx gas detection element
JPH0862168A (en) * 1994-06-17 1996-03-08 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Nitrogen oxide detecting device
JPH11503231A (en) * 1995-03-27 1999-03-23 カリフォルニア・インスティチュート・オブ・テクノロジー Sensor array for detecting analytes in fluids
JP2002528370A (en) * 1998-10-26 2002-09-03 キャプチャー センサーズ アンド アナライザーズ リミティド Materials for solid gas sensors

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5766347A (en) * 1980-10-09 1982-04-22 Hitachi Ltd Detector for mixture gas
JPH0623710B2 (en) * 1987-12-08 1994-03-30 徳山曹達株式会社 NOx gas detection element
JPH0225742A (en) * 1988-07-14 1990-01-29 Figaro Eng Inc Exhaust gas sensor and its production
JPH0676980B2 (en) * 1989-06-13 1994-09-28 株式会社トクヤマ NOx gas detection element
JPH0862168A (en) * 1994-06-17 1996-03-08 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Nitrogen oxide detecting device
JPH11503231A (en) * 1995-03-27 1999-03-23 カリフォルニア・インスティチュート・オブ・テクノロジー Sensor array for detecting analytes in fluids
JP2002528370A (en) * 1998-10-26 2002-09-03 キャプチャー センサーズ アンド アナライザーズ リミティド Materials for solid gas sensors

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017191036A (en) * 2016-04-14 2017-10-19 富士通株式会社 Gas automatic analyzer and gas analyzing method
CN114813880A (en) * 2022-04-28 2022-07-29 安徽大学 Integrated electrochemical gas sensor and preparation process thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP5386552B2 (en) 2014-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101127378B1 (en) Method and apparatus for analyzing mixtures of gases
US8043566B2 (en) Method and apparatus for analyzing mixtures of gases
JP4824910B2 (en) Gas mixture analyzer
JP4885726B2 (en) System and method for detecting and analyzing gas
US20050063873A1 (en) Apparatus for analyzing mixtures of gases
JP2011237447A (en) Method for restoring the sensitivity, speed or stability of a gas-sensitive material
JP5386552B2 (en) Gas mixture analyzer
JP2009150904A (en) Analyzing apparatus for gas composite
ES2369200T3 (en) METHOD FOR ANALYZING GAS MIXTURES.
TWI255340B (en) Method and apparatus for analyzing mixtures of gases

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130219

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20130520

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20130523

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130816

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130910

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20131007

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees