KR20220088772A - 토양 내 휘발성 유기 화합물을 분석하기 위한 시스템 - Google Patents

토양 내 휘발성 유기 화합물을 분석하기 위한 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20220088772A
KR20220088772A KR1020227017772A KR20227017772A KR20220088772A KR 20220088772 A KR20220088772 A KR 20220088772A KR 1020227017772 A KR1020227017772 A KR 1020227017772A KR 20227017772 A KR20227017772 A KR 20227017772A KR 20220088772 A KR20220088772 A KR 20220088772A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sensor strip
soil
electrode
sampling chamber
sensor
Prior art date
Application number
KR1020227017772A
Other languages
English (en)
Inventor
짐 베일리
그레이엄 베일리
Original Assignee
피.이.에스. 테크놀로지스 리미티드
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 피.이.에스. 테크놀로지스 리미티드 filed Critical 피.이.에스. 테크놀로지스 리미티드
Publication of KR20220088772A publication Critical patent/KR20220088772A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G01N27/125—Composition of the body, e.g. the composition of its sensitive layer
    • G01N27/126—Composition of the body, e.g. the composition of its sensitive layer comprising organic polymers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G01N1/2226—Sampling from a closed space, e.g. food package, head space
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G01N1/2294—Sampling soil gases or the like
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/44—Sample treatment involving radiation, e.g. heat
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0031—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector comprising two or more sensors, e.g. a sensor array
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0036—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
    • G01N33/0047—Organic compounds
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/24—Earth materials
    • G01N33/241—Earth materials for hydrocarbon content
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N20/00—Machine learning
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G01N1/2226—Sampling from a closed space, e.g. food package, head space
    • G01N2001/2241—Sampling from a closed space, e.g. food package, head space purpose-built sampling enclosure for emissions
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2218/00—Aspects of pattern recognition specially adapted for signal processing

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Soil Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

본 발명은 장치(2) 및 토양 휘발성 유기 화합물(VOC) 센서 스트립(20)을 포함하는, 토양 내 VOC를 분석하기 위한 시스템(18)에 관한 것이고,
Figure pct00001
장치(2)는 토양을 수용하기 위한 샘플링 챔버(4), 샘플링 챔버(4)와 유체 연통하는 센서 스트립(20)을 배치하기 위한 샘플링 챔버 내 센서 스트립 구멍(8), 전력원 및 전기 저항 검출기를 포함하고,
Figure pct00002
센서 스트립(20)이 제1 표면을 가진 가요성 기판(22) 및 제1 표면 상에 배열된 반도체 폴리머 센서(24)의 어레이를 포함하고, 반도체 폴리머 센서(24)의 각각이 한 쌍의 전극을 포함하고, 전극의 쌍이 제1 전극(26) 및 제2 전극(30)을 포함하고, 반도체 폴리머(30)가 제1 전극(26)과 제2 전극(28) 사이에 배치되고,
Figure pct00003
센서 스트립(20)이 전력원 및 전기 저항 검출기에 전기적으로 연결 가능하다.

Description

토양 내 휘발성 유기 화합물을 분석하기 위한 시스템
본 발명은 토양 내 휘발성 유기 화합물(volatile organic compound: VOC) 및/또는 토양으로부터 방출된 가스를 분석하기 위한 시스템 및 토양을 분석하기 위한 방법에 관한 것이다.
토양에서 농작물을 재배하는 것을 최적화하는 중요한 부분이 토양의 건강과 비옥함을 보장하는 것으로 알려져 있다. 현재 토양 분석 도구는 샘플이 테스트 센터로 전송되고 며칠 안에 결과를 반환하길 요구한다. 이러한 지연은 사용자, 예컨대, 농부가 토양의 건강을 신속하게 분석할 수 없음을 의미한다.
윤작은 농작물의 수확량을 개선시키는 것으로 알려져 있다. 게다가, 윤작은 토지를 치료하여 비료, 바이오매스, 살균제, 곰팡이, 살균제 및 박테리아를 제공함으로써 토양의 비옥함을 개선시키는 것으로 알려져 있다.
토양으로부터 이산화탄소 방출을 분석하는 것이 알려져 있지만; 이것은 토양에 존재하는 미생물의 유형을 나타내는 것은 아니고 혐기성 호흡의 정도만 나타낸다.
토양 미생물은 다양한 휘발성 유기 화합물(VOC)을 생성한다. VOC 방출물의 조성은 토양 미생물 군집의 구조에 대한 일반적인 정보를 제공할 수도 있다.
전자 코(electronic nose)를 사용하여 다양한 조성물로부터 VOC를 평가하는 것이 알려져 있다. 신뢰할 수 있는 현재의 "전자 코"는 일반적으로 VOC를 분석하기 위해 임피던스 분광법을 사용한다. 이것은 일반적으로 소스 전극, 게이트 전극 및 드레인 전극을 가진 3-단자 구조체를 필요로 한다. 임피던스는 주파수 대역에 걸쳐 측정된다. 그러나, 임피던스 분광법은 수학적 모델링이 곡선을 분석하길 요구한다.
제WO95/32422호는 상이한 물질에 민감한 복수의 전기 회로 소자, 상기 소자를 포함하는 전기 회로 및 상기 회로 소자의 상태에 응답하고 출력 디바이스에 연결되는 상기 회로의 회로망을 포함하는 센서를 개시하고, 상기 회로망은 개별적인 회로 소자의 상태의 하나 이상의 조합에 응답하여 출력 디바이스를 작동시키도록 구성된다. 이 장비는 상처의 괴사 또는 감염과 같은 특정한 병리학적 상태를 검출하기 위해 미생물 활동에서 발생하는 가스를 검출하는 데 사용되거나 또는 양조 산업의 발효 모니터링에서 사용된다. 출력 디바이스는 수개의 가스 중 하나 이상의 가스가 검출되었음을 보여주기 위해 2-상태 표시기(켜짐 또는 꺼짐)를 포함할 수도 있지만, 정확히 검출된 것은 아니다.
제WO 95/25268호는 샘플을 분석하기 위한 테스트 용기를 개시하고, 테스트 용기는 챔버 내의 대기가 알려진 조성인 것을 보장하기 위해 측정 전에 가스로 퍼지할 수 있는 제1 격실에 배치된다. 샘플은 액체, 예컨대, 향수 또는 음료 또는 고체, 예컨대, 식품일 수 있다. 예를 들어, 반전도성 폴리머 및 한 쌍의 전기 접점을 사용하여 가스, 증기 또는 다른 휘발성 물질을 검출할 수 있는 센서는 독립적으로 퍼지될 수 있는 제2 격실에 배치되고 격실 간의 통신을 확립하기 위한 수단이 제공된다.
토양 내 VOC를 분석하기 위한 효율적인 방법이 필요하다. 사용자가 토양 건강의 분석을 신속하게 얻게 하는 휴대용 디바이스가 필요하다. 비용 효율적인 센서 스트립이 필요하다. 토양 건강을 분석하는 용이한 방법이 필요하다. 샘플을 별도의 분석 영역으로 가져가야 하는 것이 아니라, 현장에서 토양을 분석할 수 있는 배터리 구동식 분석 장치가 필요하다. 농작물의 수확량을 증가시키는 방법이 필요하다. 토양 건강을 개선하는 방법에 대한 실시간 조언이 필요하다. 토양을 분석하기 위한 저전력 디바이스가 필요하다. 센서로부터 데이터를 분석하는 간단한 방식이 필요하다. 최소의 컴포넌트를 구비한 장치가 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 위에서 식별된 문제를 완화하는 것이다.
본 발명의 제1 양상에 따르면, 장치 및 토양 휘발성 유기 화합물(VOC) 센서 스트립을 포함하는, 토양 내 VOC를 분석하기 위한 시스템이 제공되되,
장치는 토양을 수용하기 위한 샘플링 챔버, 샘플링 챔버와 유체 연통하는 센서 스트립을 배치하기 위한 샘플링 챔버 내 센서 스트립 구멍, 전력원 및 전기 저항 검출기를 포함하고,
센서 스트립이 제1 표면을 가진 가요성 기판 및 제1 표면 상에 배열된 반도체 폴리머 센서의 어레이를 포함하고, 반도체 폴리머 센서의 각각이 한 쌍의 전극을 포함하고, 전극의 쌍이 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고, 반도체 폴리머가 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되고,
센서 스트립이 전력원 및 전기 저항 검출기에 전기적으로 연결 가능하고,
시스템이 디스플레이 및/또는 데이터 저장소를 더 포함하고, 전기 저항 검출기가 출력을 디스플레이 및/또는 데이터 저장소로 전송하고 출력이 알려진 데이터세트와의 비교를 위해 전송되고 비교 출력이 디스플레이에 디스플레이되고/되거나 데이터 저장소에 저장된다.
본 발명의 제2 양상에서, 제1 표면을 가진 가요성 기판 및 제1 표면 상에 배열된 반도체 폴리머 센서의 어레이를 포함하는 토양 휘발성 유기 화합물(VOC) 센서 스트립이 제공되되,
반도체 폴리머 센서의 각각이 한 쌍의 전극을 포함하고, 전극의 쌍이 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고, 반도체 폴리머가 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된다.
본 발명의 제3 양상에서, 토양 휘발성 유기 화합물(VOC) 센서 스트립을 제작하기 위한 방법이 제공되되, 해당 방법은,
i. 제1 표면을 가진 가요성 기판을 제공하는 단계;
ii. 전기 전도성 잉크를 제공하는 단계;
iii. 복수의 반도체 폴리머 잉크를 제공하는 단계;
iv. 전기 전도성 잉크를 사용하여 제1 표면 상에 전기 전도성 잉크를 인쇄하여 복수의 쌍의 전극을 형성하는 단계로서, 전극의 쌍 중 하나 또는 각각은 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는, 전극을 형성하는 단계;
v. 반도체 폴리머 잉크의 각각을 제1 표면 상에 인쇄하는 단계를 포함하며,
반도체 폴리머 잉크의 각각은 전극의 쌍 중 하나의 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된다.
본 발명의 제4 양상에서, 토양을 분석하는 방법이 제공되되, 방법은,
a) 장치를 제공하는 단계로서, 장치가 샘플링 챔버, 샘플링 챔버 내 센서 스트립 구멍, 전력원과 전기 저항 검출기; 디스플레이 및/또는 데이터 저장소를 포함하는, 장치를 제공하는 단계;
b) 토양 휘발성 유기 화합물(VOC) 센서 스트립을 제공하는 단계로서,
센서 스트립이 제1 표면을 가진 가요성 기판 및 제1 표면 상에 배열된 반도체 폴리머 센서의 어레이를 포함하고,
반도체 폴리머 센서의 각각이 한 쌍의 전극을 포함하고, 전극의 쌍이 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고, 반도체 폴리머가 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되는, 토양 VOC 센서 스트립을 제공하는 단계;
c) 토양 샘플을 제공하는 단계;
d) 센서 스트립 구멍 위에 센서 스트립을 배치하는 단계로서, 반도체 폴리머 센서 중 하나 또는 각각이 샘플링 챔버와 유체 연통하고, 전극의 각각의 쌍이 전력원 및 전기 저항 검출기에 전기적으로 연결되는, 센서 스트립을 배치하는 단계;
e) 토양 샘플을 샘플링 챔버에 배치하는 단계;
f) 전력원을 작동시켜서 전기를 센서 스트립에 공급하고, 전기 저항 검출기를 사용하여 반도체 폴리머 센서 중 하나 또는 각각의 전기 저항을 검출하여 출력을 제공하는 단계; 및
g) 출력을 전기 저항 검출기로부터 디스플레이 및/또는 데이터 저장소로 전송하고, 알려진 데이터세트와의 비교를 위해 출력을 전송하고 비교 출력을 디스플레이 상에 디스플레이하고/하거나 비교 출력을 데이터 저장소에 저장하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제5 양상에서, 토양 상태를 개선시키는 방법이 제공되되, 방법은 본 발명의 제4 양상의 방법을 수행하는 단계 및
h) 단계 g)에 기초하여 토양 관리 조언을 제공하고, 토양 관리 조언을 따르는 단계를 포함한다.
본 발명의 제6 양상에서, 본 발명의 제4 양상 또는 본 발명의 제5 양상에 따른 방법에서 사용되는 장치가 제공되되, 장치는 토양을 수용하기 위한 샘플링 챔버, 샘플링 챔버와 유체 연통하는 센서 스트립을 배치하기 위한 샘플링 챔버 내 센서 스트립 구멍, 전력원 및 전기 저항 검출기를 포함한다.
도 1은 본 발명의 장치를 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 시스템을 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 센서 스트립을 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 확대된 반도체 폴리머 센서를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 반도체 폴리머 센서의 단면을 도시하는 도면.
도 6은 토양 휘발성 유기 화합물(VOC) 임피던스 분광법 센서 스트립의 단면을 도시하는 도면.
도 7은 카세트 챔버를 가진 본 발명의 장치의 실시형태를 도시하는 도면이고 도 8은 도 7의 장치에 설치될 카세트 하우징을 도시하는 도면.
도 9는 제1 샘플 센서 응답을 도시하는 도면.
도 10은 제2 샘플 센서 응답을 도시하는 도면.
본 발명은 장치 및 토양 VOC 센서 스트립을 포함하는, 토양 내 휘발성 유기 화합물(VOC)을 분석하기 위한 시스템에 관한 것이고,
장치는 토양을 수용하기 위한 샘플링 챔버, 샘플링 챔버와 유체 연통하는 센서 스트립을 배치하기 위한 샘플링 챔버 내 센서 스트립 구멍, 전력원 및 전기 저항 검출기를 포함하고,
센서 스트립이 제1 표면을 가진 가요성 기판 및 제1 표면 상에 배열된 반도체 폴리머 센서의 어레이를 포함하고, 반도체 폴리머 센서의 각각이 한 쌍의 전극을 포함하고, 전극의 쌍이 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고, 반도체 폴리머가 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되고,
센서 스트립이 전력원 및 전기 저항 검출기에 전기적으로 연결 가능하고,
시스템이 디스플레이 및/또는 데이터 저장소를 더 포함하고, 전기 저항 검출기가 출력을 디스플레이 및/또는 데이터 저장소로 전송하고 출력이 알려진 데이터세트와의 비교를 위해 전송되고 비교 출력이 디스플레이에 디스플레이되고/되거나 데이터 저장소에 저장된다.
본 발명의 시스템은 토양 내 VOC 및/또는 토양에서 방출된 가스를 분석하기 위한 효율적인 방식을 제공한다. 센서 스트립은 제작하기 효율적이고 기판이 가요성 기판이기 때문에 저비용이다. 실리콘 기판, 예컨대, 기술에서 사용되는 기판을 제작하는 것보다 훨씬 더 적은 비용이 든다. 추가의 이점은 시스템이 2-단자 전극 구성을 갖고 저항을 측정한다는 것이다. 임피던스 분광법에서 사용되는 더 복잡한 분석 과정과 달리, 수학적 모델이 저항을 분석할 필요가 없고, 이것은 본 발명의 데이터가 수학적 모델을 필요로 하지 않기 때문에, 컴퓨터를 사용하여 분석하는 데 비용이 덜 든다는 것을 의미한다. 특히, 저항 데이터가 기계 학습 알고리즘에 직접적으로 공급될 수도 있고, 반면에 임피던스 데이터는 먼저 수학적 모델에 피팅되어야 하고, 이어서 기계 학습 알고리즘에 공급된다. 임피던스 데이터를 수학적 모델에 피팅하는 부가적인 단계는 저항 데이터를 사용하기 위해 필요한 것보다 더 복잡한 전자 장치 및 더 많은 연산력을 필요로 한다. 게다가, 저항이 측정됨에 따라, 수학적 모델이 부정확하다는 위험이 없다. 게다가, 비용은 오직 2개의 전극을 필요로 하는 것에 의해 감소되는데, 이것이 3-단자 전극 구성보다 제작하기 더 효율적이기 때문이다. 특히, 인쇄 공정의 동일한 단계에서 2개의 전극을 인쇄하는 것이 가능하다. 3 단자 전극 구조체는 인쇄의 수개의 단계가 전체 구조체를 인쇄하기 위해 사용되어야 하고 이것이 하나의 위치에서 인쇄될 수 없기 때문에, 인쇄에서 훨씬 더 큰 정밀도를 필요로 한다. 이것은 가요성 기판이 상이한 인쇄 단계를 통과하기 때문에 제작 라인의 길이를 증가시킨다. 게다가, 3-단자 구조체에서 다른 전극과 게이트 전극의 중첩이 없는 것이 중요하고, 이는 등록을 훨씬 더 어렵게 한다. 게다가, 오직 2-단자 전극을 필요로 하는 것은 센서의 두께, 및 전도성 물질, 예컨대, 전극을 제작하기 위해 사용되는 금속의 양을 감소시키고 센서 내 층의 수를 감소시킨다. 2-단자 구조체의 추가의 이점은 더 적은 단자가 사용되고; 따라서, 신뢰성이 더 높아지고, 제작 비용이 더 낮아지고, 복잡성이 3-단자 구조체보다 더 낮아진다는 것이다. 시스템 내 장치는 최소의 컴포넌트를 갖는다. 게다가, 전기 저항 검출기의 사용은 특히, 높은 전압이 분석을 수행하길 요구하는 임피던스 분광법과 비교하여, 필요한 전압의 수준을 감소시킨다. 더 낮은 전압은 배터리 구동식 디바이스를 제공하는 것을 더 쉽게 하고, 특히, 이것은 전자 장치를 단순화한다. 게다가, 출력을 알려진 데이터 세트와 비교하는 것은 토양의 현재 상태에 대한 정보를 사용자에게 제공한다. 비교 출력은 바람직하게는 토양을 개선시키는 방식에 대한 조언이다.
바람직하게는, 본 발명의 시스템은 임피던스 분광법을 사용하지 않는다.
바람직하게는, 유체 연통은 유체가 샘플링 챔버로부터 센서 스트립으로 이동될 수 있고, 바람직하게는 가스, 예컨대, VOC가 샘플링 챔버로부터 센서 스트립으로 이동될 수 있는 것을 의미한다.
토양 VOC 센서 스트립을 포함하는, 본 발명의 토양 내 휘발성 유기 화합물(VOC)을 분석하기 위한 시스템이 또한 또는 대안적으로 토양에서 방출된 가스를 분석하는 데 적합하다는 것을 이해한다. 본 발명의 토양 VOC 센서 스트립은 또한 토양에서 방출된 가스를 감지하는 데 적합하다.
바람직하게는, 전력원은 배터리이다. 이것은 시스템이 임의의 위치에서 사용되게 하고, 특히, 이것은 시스템이 현장에서 사용되게 하여, 토양 샘플이 수집되는 곳에서 분석이 수행될 수 있다. 이것은 사용자가 미리 결정된 위치에서 결과를 얻게 하고 이들은 나중의 분석을 위해 토양 샘플을 수집하고 표기할 필요가 없다.
바람직하게는, 배터리는 재충전 가능하다. 이것은 일회용 배터리보다 더 환경 친화적이다.
바람직하게는, 배터리는 태양-전력 공급된다. 이것은 배터리를 또 다른 전력원에 연결하여 배터리를 재충전하거나 또는 배터리를 교체할 필요 없이 실험을 수행하는 더 많은 융통성을 사용자에게 제공한다.
바람직하게는, 장치는 GPS 위치 탐지기를 포함한다. 이것은 샘플이 수집되는 위치가 더 쉽게 기록되게 한다.
바람직하게는, 장치는 하우징을 더 포함한다. 바람직하게는, 하우징은 샘플링 챔버를 포함한다. 바람직하게는, 하우징은 전기 저항 검출기 및/또는 전력원을 더 포함한다. 바람직하게는, 하우징은 전기 저항 검출기 및 전력원을 더 포함한다. 바람직하게는, 하우징은 방수 처리된다. 하우징은 장치가 수송될 수 있도록 장치를 함께 수용하는 적합한 방식이다. 게다가, 하우징은 장치의 부분을 비바람, 예컨대 비로부터 보호한다. 특히, 전자 부품, 예컨대, 전력원 및 전기 저항 검출기가 물로부터 보호되는 것이 유리하다.
바람직하게는, 디스플레이 및/또는 데이터 저장소는 블루투스, 와이파이, 모바일 무선 통신 시스템, 케이블 또는 직접적인 전기 연결부를 통해, 바람직하게는 블루투스, 와이파이 또는 모바일 무선 통신 시스템을 통해, 바람직하게는 블루투스를 통해 전기 저항 검출기에 연결 가능하다. 이것은 출력이 디스플레이되거나 또는 저장되게 한다.
바람직하게는, 디스플레이 및/또는 데이터 저장소는 개인용 전자 디바이스(personal electronic device: PED)이고, 바람직하게는 PED는 스마트폰, 태블릿, 휴대폰, 랩탑 또는 노트북, 바람직하게는 스마트폰이다. PED가 휴대용이라면 특히 유용하다.
바람직하게는, 전기 저항 검출기는 반도체 폴리머의 저항이 측정되거나 또는 계산될 수 있도록 출력을 측정하는 임의의 검출기이다. 전기 저항 검출기는 저항이 계산되게 하는 전류 및 전압을 측정할 수도 있다. 전기 저항 검출기는 바람직하게는 저항계이다. 바람직하게는, 임피던스는 측정되고/되거나 분석되지 않는다.
바람직하게는, 샘플링 챔버는 개방된 위치 및 폐쇄된 위치를 갖는다. 이것은 토양 샘플이 샘플링 챔버에 부가되게 하고 이어서 토양 샘플이 분석을 위해 폐쇄된 위치에 유지되게 한다. 바람직하게는, 폐쇄된 위치는 샘플링 챔버 내 실질적인 개구만이 센서 스트립 구멍임을 의미한다. 이것은 VOC가 샘플링 챔버에 포함되게 하고 센서 스트립 구멍을 통해 분석되게 한다.
바람직하게는, 샘플링 챔버는 서랍이고, 서랍은 개방된 위치로부터 폐쇄된 위치로 이동 가능하다. 이것은 분석을 위해 토양 샘플을 도입하는 편리한 방식이다.
바람직하게는, 장치는 스위치를 더 포함하고, 스위치를 작동시키는 것은 전력원을 키거나 또는 절전 모드로부터 전력원을 깨운다. 이것은 사용자가 토양의 분석을 시작할 때를 제어하게 한다. 스위치는 사용자에 의해, 예컨대, 스위치를 물리적으로 누름으로써, 또는 스위치를 전자식으로 작동시킴으로써, 예컨대, 장치에 연결 가능한 디스플레이를 통해 작동될 수도 있다.
바람직하게는, 스위치는 마이크로스위치이다. 이것은 전력원을 작동시키는 신뢰할 수 있는 방식이다.
바람직하게는, 스위치는 샘플링 챔버가 폐쇄된 위치에 있을 때 작동된다. 이것은 토양 샘플이 특정한 위치에 있자마자 검출이 시작되게 한다.
바람직하게는, 스위치는 서랍이 폐쇄된 위치로 이동될 때 작동된다. 바람직하게는, 스위치는 자석 및 자기 센서를 포함하고 자기 센서는 전력원을 키거나 또는 절전 모드로부터 전력원을 깨운다. 이것은 분석을 시작하는 편리한 방식을 제공한다.
바람직하게는, 전력원은 미리 결정된 시간 기간 후에 꺼진다. 이것은 분석이 원하는 시간 기간 동안 수행되게 한다. 이것은 전력 사용을 감소시켜서 전압이 필요할 때 전압이 오직 센서 스트립에 인가된다.
바람직하게는, 전력원은 미리 결정된 시간 기간 후에, 바람직하게는, 측정이 끝날 때 자동으로 꺼지거나 또는 절전 모드가 된다. 이것은 사용자로부터 요구되는 입력을 감소시키고 나중의 분석을 위해 일관된 출력을 생성하는 것을 돕는다.
바람직하게는, 미리 결정된 시간 기간은 적어도 약 30초, 바람직하게는 약 30초 내지 약 60분, 바람직하게는 약 30초 내지 약 30분, 바람직하게는 약 1분 내지 약 15분, 바람직하게는 약 1분 내지 약 10분, 바람직하게는 약 2분 내지 약 8분, 바람직하게는 약 3분 내지 약 6분이다. 분석이 긴 시간 기간 동안 수행될 수 있지만, 사용자가 신속한 피드백을 예컨대, 수분 내에, 예컨대, 10분 미만에 얻는 것이 바람직하다. 이것은 사용자가 시기적절한 방식으로 토양에 대한 조언을 얻기 때문에 특히 유리하다.
바람직하게는, 장치는 센서 스트립 고정 디바이스를 더 포함한다. 바람직하게는, 센서 스트립 고정 디바이스는 하우징에 부착된다. 바람직하게는, 센서 스트립 고정 디바이스는 하우징에 선회 가능하게 부착된다. 바람직하게는, 센서 스트립 고정 디바이스는 개방된 위치로부터 폐쇄된 위치로 이동 가능한 지레이다. 센서 스트립을 제자리에 유지할 수 있는 것이 유리하다. 일반적으로, 시스템은 외부에서, 예컨대, 시스템이 비바람, 예컨대, 바람에 노출될 현장에서 사용될 것이다. 센서 스트립이 실질적으로 이동되거나 또는 불어 날리지 않도록 센서 스트립을 제자리에 유지하는 것이 유리하다. 이것의 목적은 제1 전극 및 제2 전극의 각각이 장치 내 적절한 전기 연결부에 연결되는 것을 보장하는 것이다.
바람직하게는, 장치는 센서 스트립 위치설정 디바이스를 더 포함한다. 바람직하게는, 위치설정 디바이스는 센서 스트립을 수용하도록 크기 설정되고 성형되는 장치 내 함몰부이다. 이것의 목적은 제1 전극 및 제2 전극의 각각이 장치 내 적절한 전기 연결부에 연결되는 것을 보장하는 것이다.
바람직하게는, 장치는 센서 스트립 위치 검출기를 더 포함한다. 이것은 장치가 센서 스트립이 정확한 위치에 있는지를 점검하게 하고, 제1 전극 및 제2 전극 또는 그 각각이 전기 저항 검출기에 전기적으로 연결되었는지를 점검하게 한다. 바람직하게는, 이것은 마이크로스위치, 자기 스위치, 광센서, 센서 스트립이 제자리에 배치될 때 형성되는 회로 또는 센서 스트립이 제자리에 배치될 때 형성되는 단락 회로, 또는 이들 중 2개 이상의 임의의 조합에 의해 달성된다. 바람직하게는, 회로 또는 단락 회로는 센서 스트립이 제자리에 배치될 때 형성된다.
바람직하게는, 장치는 샘플링 챔버를 가열하기 위한 가열기를 포함한다.
바람직하게는, 장치가 센서 스트립 저장 디바이스를 더 포함하고; 바람직하게는 센서 스트립 저장 디바이스가 실질적으로 밀봉되고; 그리고/또는 센서 스트립 저장 디바이스가 카세트이다.
바람직하게는, 장치는 샘플링 챔버와 유체 연통하는 센서 스트립의 자동 교체 및/또는 위치설정을 위한 적어도 하나의 이동 기구를 더 포함하고; 바람직하게는 이동 기구는 이들 사이에서 그리고 샘플링 챔버에 걸쳐 센서 스트립을 이동시키기 위한 적어도 2개의 스풀(spool)을 포함하고; 임의로, 이동 기구는 스테퍼 모터 및/또는 센서 스트립 위치설정 디바이스를 포함한다.
센서의 자동 교체는 사용 전에 또는 교체 동안 오염으로부터 센서를 보호하고 그래서 각각의 센서를 위한 단일 사용 플라스틱 포장의 필요성을 감소시킨다. 게다가, 센서의 자동 교체 및 안전한 저장은 장치의 복잡성을 감소시켜서 사용자가 장치로의 센서의 부정확한 삽입에 의해 도입되는 임의의 가능한 오류를 감소시킨다.
바람직하게는, 공기, 수분 또는 오염물질의 진입을 방지하기 위해 적어도 하나의 가스를 포함하는 센서 스트립 저장 디바이스이 밀봉된다.
바람직하게는, 장치는 휴대용 장치이다. 이것은 사용자가 장치를 원하는 사용 장소로 수송하고 운반하는 것이 용이하다는 것을 의미한다. 장치가 임의의 위치에서, 그리고 특히 외부에서, 예컨대, 현장에서 사용될 수 있는 것이 특히 유리하다.
바람직하게는, 샘플링 챔버는 약 10㎤ 내지 약 300㎤의 범위 내, 바람직하게는 약 50㎤ 내지 약 200㎤의 범위 내, 바람직하게는 약 70㎤ 내지 약 150㎤의 범위 내 최대 용량을 갖는다. 최대 용량은 바람직하게는, 샘플링 챔버를 개방된 위치에 둘 수 있는 토양의 용적이고, 이는 샘플링 챔버가 폐쇄된 위치로 이동되게 한다. 실제로, 사용자가 샘플링 챔버를 완전히 충전할 필요가 없지만, 샘플링 챔버에 피팅되는 만큼의 토양이 VOC 수준을 최대화하기 위해 포함되는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 샘플링 챔버가 최대 용량으로 충전될 때 토양의 높이와 센서 스트립 사이의 거리는 약 0.5㎝ 내지 5㎝, 약 1㎝ 내지 약 3㎝의 범위 내이다. VOC가 반도체 폴리머의 각각에 도달하게 하기 위해 토양의 높이와 센서 스트립 사이에 일부 공간이 있는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 이것이 VOC의 농도를 희석하고 측정 시간을 증가시킬 것이기 때문에 과도한 공간이 없다.
바람직하게는, 토양은 센서 스트립과 접촉하지 않는다. 이것은 반도체 폴리머 센서의 오염을 감소시키고 센서의 가장 큰 표면적이 VOC에 대해 이용 가능한 것을 보장한다.
바람직하게는, 반도체 폴리머 센서가 토양 샘플과 관련하여 배치되어 VOC가 적정량의 시간에 충분한 양으로 센서에 도달할 수 있다. 바람직하게는, 샘플링 챔버가 최대 용량으로 충전될 때와 샘플링 챔버가 폐쇄된 위치에 있을 때 헤드룸은 약 3㎤ 내지 약 50㎤, 바람직하게는 약 10㎤ 내지 약 30㎤의 범위 내 용적을 갖는다. 헤드룸은 토양 높이 초과인 샘플링 챔버 내 공간의 용적이다. 이러한 용적은 판독되는 데 충분히 높은 농도를 유지하면서, VOC가 토양에 의해 방출되게 하기 위해 적절하다.
바람직하게는, 센서 스트립 구멍은 토양 샘플 위에 실질적으로 배치된다. 바람직하게는, 센서 스트립은 이의 제1 표면이 토양 샘플을 향하여 실질적으로 하향으로 향하게 배치된다. 이것은 VOC가 상승하고 반도체 폴리머 센서와 접촉하게 한다.
바람직하게는, 전극 쌍 중 하나 또는 각각은 깍지 낀 손가락 또는 동심원 나선의 형태, 바람직하게는 깍지 낀 손가락의 형태이다. 이러한 배열은 전극에 의해 덮인 영역을 감소시키고 효율적인 공간의 사용을 허용한다. 깍지 낀 손가락의 형태는 이들의 쉽게 인쇄될 수 있기 때문에 특히 선호된다. 특히, 깍지 낀 손가락부는 바람직하게는 후속 손가락부 간에 실질적으로 수직 턴을 갖고 손가락부는 실질적으로 곧다. 이것은 이들이 인쇄되기 더 쉽게 한다.
바람직하게는, 제1 전극 중 하나 또는 각각 및/또는 제2 전극 중 하나 또는 각각은 약 30Ω/□ 미만, 바람직하게는 약 20Ω/□ 미만의 면 저항률을 갖는다.
바람직하게는, 제1 전극 중 하나 또는 각각 및/또는 제2 전극 중 하나 또는 각각은 금속, 금속 산화물, 전기 전도성 폴리머, 그래핀 또는 탄소, 바람직하게는 은, 금, 구리, 아연, 탄소, 그래핀 나노플레이트렛, 인듐 주석 산화물, 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜) 폴리스타이렌 설폰산염(PEDOT:PSS), 3,4-에틸렌다이옥시티오펜 또는 이들의 유도체 또는 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜) 또는 이들의 유도체 또는 이들의 2종 이상의 임의의 조합물, 바람직하게는 은, 금, 구리, 아연 또는 탄소, 바람직하게는 은, 금 구리 또는 아연 또는 이들의 2종 이상의 임의의 조합물, 바람직하게는 은, 금 또는 구리 또는 이들의 2종 이상의 임의의 조합물, 바람직하게는 은 및/또는 금, 바람직하게는 은을 포함한다. 은, 금 및 구리는 인쇄에 특히 적합하다. 은은 사용의 용이성 및 비용에서 선호된다.
바람직하게는, 전극의 쌍 중 하나 또는 각각의 제1 전극과 제2 전극 사이의 거리는 약 0.1㎛ 내지 약 40㎛의 범위 내, 바람직하게는 약 1㎛ 내지 약 30㎛의 범위 내, 바람직하게는 약 4㎛ 내지 약 20㎛의 범위 내, 바람직하게는 약 5㎛ 내지 약 15㎛의 범위 내이다. 이 거리는 본 발명에서 전기 저항을 검출하는 데 적합하다. 짧은 거리는 이들이 시스템의 민감도를 증가시키기 때문에 특히 선호된다.
바람직하게는, 제1 전극 중 하나 또는 각각 및/또는 제2 전극 중 하나 또는 각각이 인쇄되고, 바람직하게는 플렉소그래피 인쇄되고, 그라비어 인쇄되고, 오프셋 인쇄되고, 스크린 인쇄되거나 또는 디지털 인쇄되고, 바람직하게는 플렉소그래피 인쇄되거나, 또는 그라비어 인쇄되고, 가장 바람직하게는 플렉소그래피 인쇄된다. 이것은 센서가 높은 처리량 방식으로 일관되게 재현되게 한다. 각각의 제1 전극 및 각각의 제2 전극을 위해 상이한 인쇄 메커니즘을 사용하는 것이 가능하지만, 효율적인 제작 공정을 위해, 바람직하게는 각각의 전극은 동일한 인쇄 공정을 사용하여 인쇄된다.
바람직하게는, 제1 전극 중 하나 또는 각각 및/또는 제2 전극 중 하나 또는 각각의 길이는 약 1㎝ 내지 약 50㎝의 범위 내, 바람직하게는 약 2㎝ 내지 약 30㎝의 범위 내, 바람직하게는 약 3㎝ 내지 약 20㎝의 범위 내, 바람직하게는 약 5㎝ 내지 약 15㎝의 범위 내이다. 이러한 길이는 본 발명의 사용에 적합하다. 이것은 긴 전극을 위한 바람과 이들이 최소 공간을 차지하는 바람의 균형을 유지한다. 전극의 길이가 저항 길이, 즉, 전극이 단일의 실질적으로 곧은 라인으로 배열된 경우의 전극의 길이인 것을 이해할 것이다.
바람직하게는, 제1 전극 중 하나 또는 각각 및/또는 제2 전극 중 하나 또는 각각의 폭 및 두께는 각각 독립적으로 약 3㎚ 내지 약 1.5㎛의 범위 내, 바람직하게는 약 5㎚ 내지 약 1㎛의 범위 내, 바람직하게는 약 10㎚ 내지 약 0.5㎛의 범위 내, 바람직하게는 약 100㎚ 내지 약 300㎚의 범위 내이다. 이러한 폭 및 두께는 전기 저항이 측정되게 하는 데 적합하다.
바람직하게는, 각각의 반도체 폴리머 센서는 제3 전극을 포함하지 않고, 특히, 각각의 반도체 폴리머 센서는 게이트 전극을 포함하지 않는다. 바람직하게는, 각각의 반도체 폴리머 센서는 전계 효과 트랜지스터를 갖지 않는다.
대안적인 실시형태에서, 각각의 반도체 폴리머 센서는 3개의 전극을 포함한다. 이것은 제3 전극의 존재로서 센서의 민감도를 증가시킬 수도 있고, 특히 게이트 전극은 센서의 저항을 감소시킨다. 이 실시형태에서, 저항이 측정되고 임피던스가 측정되지 않는다.
바람직하게는, 반도체 폴리머 중 하나 또는 각각은 유기 반도체 폴리머, 바람직하게는 복합 폴리머, 바람직하게는 도핑된 복합 폴리머이다. 바람직하게는, 반도체 폴리머 중 하나 또는 각각은 측쇄를 가진 유기 복합 폴리머를 포함하고, 측쇄는 결합되거나 또는 결합되지 않을 수도 있다. 바람직하게는, 측쇄는 탄소 원자 및 임의로 헤테로 원자, 예컨대, 산소, 질소 또는 황, 또는 이들의 2개 이상의 조합물을 포함한다. 이러한 반도체 폴리머는 본 발명의 사용에 특히 적합하다.
바람직하게는, 반도체 폴리머 중 하나 또는 각각은 약 10,000 내지 약 500,000의 분자량을 갖는다. 이러한 분자량은 쉽게 인쇄된다.
바람직하게는, 반도체 폴리머 중 적어도 2개는 상이한 반도체 폴리머를 포함하고, 바람직하게는 반도체 폴리머의 각각은 상이한 반도체 폴리머를 포함한다. 반도체 폴리머가 상이해서 이들이 VOC에 대해 상이한 반응을 한다는 것이 이점이다. 이것은 다수의 지문이 분석을 위해 생성되게 한다.
바람직하게는, 반도체 폴리머 중 하나 또는 각각은 약 1㎚ 내지 약 100㎛, 바람직하게는 약 1㎚ 내지 약 1㎛, 바람직하게는 약 2㎚ 내지 약 100㎚, 바람직하게는 약 3㎚ 내지 약 50㎚, 바람직하게는 약 10㎚ 내지 약 30㎚의 두께를 갖는다. 이러한 두께는 본 발명을 위해 충분하다.
바람직하게는, 반도체 폴리머 중 하나 또는 각각이 인쇄되고, 바람직하게는 디지털 인쇄되고, 플렉소그래피 인쇄되고, 그라비어 인쇄되고, 스크린 인쇄되거나 또는 오프셋 인쇄되고, 바람직하게는 디지털 인쇄되고, 바람직하게는 잉크젯 인쇄된다. 이것은 센서가 높은 처리량 방식으로 일관되게 재현되게 한다. 바람직하게는, 각각의 반도체 폴리머는 공정 효율을 위해 동일한 방식으로 인쇄된다. 그러나, 상이한 반도체 폴리머를 위해 상이한 인쇄 기법을 사용하는 것이 가능하다.
본 발명에서 사용될 수 있는 적합한 반도체 폴리머 잉크는 예컨대, Sigma Aldridge 또는 Ossila에서 구입될 수도 있다. 바람직하게는, 반도체 폴리머 잉크는 F8BT(폴리(9,9-다이옥틸플루오렌-알트-벤조티아다이아졸)), F8T2(폴리(9,9-다이옥틸플루오렌-알트-바이티오펜)), PBDD4T-2F(폴리[[5,7-비스(2-에틸헥실)-4,8-다이옥소-4H,8H-벤조[1,2-c:4,5-c']다이티오펜-1,3-다이일][3,3'''-비스(2-에틸헥실)-3'',4'-다이플루오로[2,2':5',2'':5'',2'''-쿼터티오펜]-5,5'''-다이일]]), PDBPyBT(폴리(2,5-비스(2-옥틸도데실)-3,6-다이(피리딘-2-일)-피롤로[3,4-c]피롤-1,4(2H,5H)-다이온-알트-2,2'-바이티오펜)), PNDI(2HD)2T-폴리{[N,N'-비스(2-헥실데실)나프탈렌-1,4,5,8-비스(다이카보시마이드)-2,6-다이일]-알트-5,5'-(2,2'-바이티오펜)}, PTB7(폴리[[4,8-비스[(2-에틸헥실)옥시]벤조[1,2-b:4,5-b']다이티오펜-2,6-다이일][3-플루오로-2-[(2-에틸헥실)카보닐]티에노[3,4-b]티오펜다이일]]), 또는 PolyTPD(폴리[N,N'-비스(4-부틸페닐)-N,N'-비스페닐벤지딘]), 또는 이들의 2개 이상의 임의의 조합을 포함한다.
바람직하게는, 반도체 폴리머 중 적어도 하나가 도핑된다. 이것은 반도체 폴리머의 특성을 조정하는 효율적인 방식을 제공한다. 이것은 하나의 잉크가 구입될 수도 있고 이어서 특성이 바람직하게는 약 0.01wt% 내지 약 25wt%, 바람직하게는 0.1wt% 내지 5wt%의 양으로 하나 이상의 도펀트를 잉크에 추가함으로써 변화될 수도 있다는 이점을 갖는다. 도핑된 폴리머 반도체 잉크는 원래의 폴리머 반도체 잉크와 상이한 것으로 간주된다. 상이한 도펀트가 사용된다면, 다시 이것은 상이한 폴리머 반도체 잉크일 것이다.
본 발명에서 사용될 수 있는 반도체 폴리머의 특성을 변화시키기 위해 사용될 수 있는 도펀트는 예컨대, Sigma Aldridge 또는 Ossila에서 구입될 수도 있다. 바람직하게는, 도펀트는 트리스(2-메톡시에톡시)(비닐)실란, 2,3,5,6-테트라플루오로-7,7,8,8-테트라사이아노퀴노다이메탄, 9,10-비스[N,N-다이-(p-톨릴)-아미노]안트라센, 4,4'-비스(2,2-다이페닐비닐)바이페닐, 7,7,8,8-테트라사이아노퀴노다이메탄, N,N'-다이메틸퀴나크리돈, 4,4'-비스(2,2-다이페닐비닐)바이페닐, 리튬-8-하이드록시퀴놀리놀레이트 또는 트리스(2-(1H-피라졸-1-일)피리딘)코발트(III) 트라이[헥사플루오로포스페이트] 또는 이들의 2종 이상의 임의의 조합물을 포함한다.
바람직하게는, 적어도 하나의 반도체 폴리머 센서는 알코올, 알데히드, 비소, 케톤, 벤제노이드, 카복실산, 에터, 에스터, 탄화수소, 테르펜, 알켄, 티오퓨란, 알킨, 브롬화물, 나이트릴, 염화물, 피라진 및 황화물, 또는 이들의 2종 이상의 임의의 조합물, 바람직하게는 에스터, 알데히드, 알데히드 유도체, 3차 알코올 또는 테르펜, 또는 이들의 2종 이상의 임의의 조합물, 바람직하게는 프로판산 및 부트리산, 푸르푸랄, 5-(하이드록시메틸)푸르푸랄, (+/-)-지오스민(Geosmin) 및 2-메틸아이소보르네올, 테르펜, β-캐리오필렌, 아이소프로판올, 아세톤, 톨루엔 또는 이들의 2종 이상의 임의의 조합물의 존재를 나타낼 수 있다. 바람직하게는, 반도체 폴리머가 상이한 VOC에 대한 반응을 나타내도록 선택되어 출력의 세트가 복수의 VOC에 기초한 조언을 제공할 수 있다.
바람직하게는, 반도체 폴리머 센서 중 적어도 하나는 (+/-)-지오스민 및/또는 2-메틸아이소보르네올의 존재를 나타낼 수 있다. 바람직하게는, 반도체 폴리머 센서 중 적어도 하나는 바람직하게는 (+/-)-지오스민 및/또는 2-메틸아이소보르네올의 존재를 검출함으로써, 악티노박테리아의 존재를 나타낼 수 있다.
바람직하게는, 반도체 폴리머 센서 중 적어도 하나는 알켄, 케톤, 피라진 또는 테르펜 또는 이들의 2종 이상의 임의의 조합물의 존재를 나타낼 수 있다. 바람직하게는, 반도체 폴리머 센서 중 적어도 하나는 바람직하게는 알켄, 케톤, 피라진 또는 테르펜 또는 이들의 2종 이상의 임의의 조합물의 존재를 검출함으로써, 박테리아의 존재를 나타낼 수 있다.
바람직하게는, 반도체 폴리머 센서 중 적어도 하나는 벤제노이드, 알데히드, 비소, 염화물, 나이트릴, 티오퓨란, 알킨 또는 브롬화물 또는 이들의 2종 이상의 임의의 조합물의 존재를 나타낼 수 있다. 바람직하게는, 반도체 폴리머 센서 중 적어도 하나는 바람직하게는 벤제노이드, 알데히드, 비소, 염화물, 나이트릴, 티오퓨란, 또는 브롬화물 또는 이들의 2종 이상의 임의의 조합물의 존재를 검출함으로써, 균류의 존재를 나타낼 수 있다.
바람직하게는, 기판은 평면이다.
바람직하게는, 가요성은 기판이 롤 상에 제공될 수 있고, 바람직하게는 기판이 권취 공정을 사용하여 인쇄 가능한 것을 의미한다. 바람직하게는, 가요성은 기판이 250㎛ 미만, 바람직하게는 150㎛ 미만의 두께를 갖는 것을 의미한다. 기판이 가요성인 이점은 센서 스트립의 제작 동안, 가요성 기판의 롤이 사용될 수 있고, 이것이 개별적인 센서로 분할되어야 할 때까지 인쇄된 가요성 기판이 롤링되고 저장될 수 있다는 것이다. 게다가, 가요성 기판의 중량이 감소되고, 이는 더 적은 폴리머 물질이 센서 스트립당 사용되기 때문에 환경에 더 좋다.
바람직하게는, 센서 스트립이 가요성 기판의 제2 표면 상에 백킹층을 포함하고, 제2 표면이 제1 표면 반대편에 있고, 바람직하게는 백킹층이 종이, 판지, 또는 폴리머막, 바람직하게는 종이를 포함한다. 백킹층의 이점은 백킹층이 구조적 강성도를 센서에 제공한다는 것이고, 이는 사용 시 또는 수송 시 센서가 손상될 가능성을 감소시킨다.
바람직하게는, 센서 스트립이 프레임을 포함하고, 바람직하게는 프레임이 센서 스트립의 외부 주위에 실질적으로 배열되고, 바람직하게는 프레임이 제거 가능하다. 프레임은 구조적 강성도를 센서 스트립에 제공할 수 있다. 프레임은 사용 동안 센서의 대부분을 자유롭게 두기 위해 외부 주위에 있는 것이 유리하다. 이것은, 프레임이 후속 센서 스트립을 위해 재사용될 수 있기 때문에, 프레임이 제거 가능하다면 추가의 이점이다.
바람직하게는, 가요성 기판은 폴리머막을 포함한다. 바람직하게는, 가요성 기판은 폴리이미드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리염화비닐, 폴리아마이드, 폴리스타이렌, 폴리카보네이트, 폴리락타이드, 셀룰로스, 녹말, 종이, 왁스 코팅된 종이, 플라스틱 코팅된 종이, 적층된 플라스틱막, 또는 이들의 2종 이상의 임의의 조합물, 바람직하게는 폴리이미드 및/또는 폴리에틸렌, 바람직하게는 폴리이미드, 바람직하게는 폴리(4,4'-옥시다이페닐렌-피로멜리티미드)(Kapton®)을 포함한다. 이러한 물질은 인쇄 동안 장력하에서 최소 변형의 이점을 갖고, 이는 센서 스트립이 일관되게 제작되는 것을 돕는다. 게다가, 이러한 물질은 경량이고 충분한 인장 강도를 갖는다.
바람직하게는, 가요성 기판은 약 10㎛ 내지 약 500㎛, 바람직하게는 약 20㎛ 내지 약 250㎛, 바람직하게는 약 20㎛ 내지 약 150㎛의 범위 내 두께를 갖는다. 이러한 두께는 사용되는 물질의 중량을 최소화하면서, 기판이 쉽게 처리되게 한다. 추가의 실시형태에서, 기판은 약 1㎜보다 더 두꺼울 수도 있고, 예컨대, 약 1㎜ 내지 약 5㎜일 수도 있다.
바람직하게는, 센서 스트립은 약 3 내지 약 20개의 반도체 폴리머 센서, 바람직하게는 약 4 내지 약 15개의 반도체 폴리머 센서, 바람직하게는 약 5 내지 약 10개의 반도체 폴리머 센서, 바람직하게는 약 6 내지 약 8개의 반도체 폴리머 센서를 포함한다. 이들은 시스템의 민감도와 각각의 센서에서 사용되는 물질을 최소화하는 바람의 균형을 유지하기 위해 적합한 수의 반도체 폴리머 센서이다.
바람직하게는, 센서 스트립의 길이는 약 1㎝ 내지 약 12㎝의 범위 내, 바람직하게는 약 3㎝ 내지 약 10㎝의 범위 내, 바람직하게는 약 4㎝ 내지 약 9㎝의 범위 내이다. 다수의 센서 스트립이 함께 연결되는 경우에, 길이는 반복 단위의 길이를 의미한다.
바람직하게는, 센서 스트립의 폭은 약 0.5㎝ 내지 약 8㎝의 범위 내, 바람직하게는 약 2㎝ 내지 약 5㎝의 범위 내이다.
이러한 길이 및 폭은 폴리머 반도체 센서의 수에 적합하게 크기 설정된다.
바람직하게는, 센서 스트립은 실질적으로 직사각형이다. 이것은 기판 물질의 낭비를 제한하는 효율적인 제작을 허용한다.
바람직하게는, 복수의 센서는 롤 상에 제공된다. 바람직하게는, 가요성 기판의 제1 표면은 내부층이다. 게다가, 센서는 센서의 후속층에 의해 보호된다. 이것은 저장 및 처리에 효율적이다.
바람직하게는, 각각의 센서는 다른 센서로부터 분리 가능하다. 이것은 하나의 센서가 한 번에 제거되게 한다. 바람직하게는, 센서는 천공된 영역 또는 티어 스트립에 의해 분리 가능하다. 대안적으로, 센서는 예컨대, 나이프 또는 한 자루의 가위를 사용하여 절단함으로써 분리된다. 바람직하게는, 센서는 롤 상에 단일 라인으로 배열된다. 이것은 이들이 분배되기 더 쉽게 한다.
바람직하게는, 복수의 센서가 카세트 상에 제공된다. 이것은 센서 스트립이 필요할 때 샘플링 챔버와 유체 연통하는 위치로 이동되게 한다. 이어서 카세트는 필요할 때 다음의 센서 스트립을 특정 위치로 이동시킬 수 있다. 이것은 센서 스트립을 운반하고 배치하는 용이한 방식을 제공한다.
바람직하게는, 적어도 센서 스트립의 제1 표면에 보호층이 제공되고, 바람직하게는 보호층은 박리층 또는 포장지이다. 이것은 센서를 사용까지 대기로부터 보호한다.
바람직하게는, 센서는 일회용 센서이다. 이것은 검출이 동일한 베이스 포인트로부터 수행될 때 더 정확한 결과를 제공한다. 특히, VOC가 재사용 가능한 센서에 비가역적으로 묶인다면, 다음의 결과는 비가역적으로 묶인 VOC에 의해 영향받을 것이다. 그러나, 본 발명에서, 이것은 새로운 센서 스트립이 매번 사용될 때 문제가 아니다.
바람직하게는, 시스템은 복수의 센서 스트립을 포함한다. 이것은 시스템의 다회 사용을 허용한다.
바람직하게는, 시스템은 센서 스트립을 위한 프레임을 포함한다. 이것은 센서 스트립이 더 쉽게 처리되게 한다.
바람직하게는, 장치는 온도 센서 및/또는 습도 센서를 더 포함한다. 토양 샘플의 온도 및/또는 습도를 아는 것이 유리한데, 이들이 소프트웨어를 사용하는 결과의 평가 시 패턴 매칭 방식에 영향을 주기 때문이다.
바람직하게는, 시스템은 모종삽, 삽 또는 주걱을 더 포함한다. 이것은 샘플링 챔버로의 토양 샘플의 용이한 이송을 허용한다.
바람직하게는, 시스템은 브러시를 더 포함한다. 이것은 샘플링 챔버가 샘플 간에 세척되게 한다.
바람직하게는, 시스템은 백(bag)을 더 포함한다. 이것은 시스템을 저장하고 운반하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명은 또한 제1 표면을 가진 가요성 기판 및 제1 표면 상에 배열된 반도체 폴리머 센서의 어레이를 포함하는 토양 휘발성 유기 화합물(VOC) 센서 스트립에 관한 것이고,
반도체 폴리머 센서의 각각이 한 쌍의 전극을 포함하고, 전극의 쌍이 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고, 반도체 폴리머가 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된다.
게다가, 센서 스트립의 특징이 본 명세서에 규정된다.
바람직하게는, 토양 휘발성 유기 화합물(VOC) 센서 스트립이 센서 스트립 저장 디바이스 내에 제공되고; 바람직하게는 센서 스트립 저장 디바이스가 실질적으로 밀봉되고; 그리고/또는 센서 스트립 저장 디바이스가 카세트이다.
토양 VOC 센서 스트립이 토양 내 VOC를 검출하고/하거나 토양에서 방출된 가스를 검출하는 데 적합하다는 것을 이해한다.
본 발명은 또한 토양 휘발성 유기 화합물(VOC) 센서 스트립을 제작하기 위한 방법에 관한 것이고, 해당 방법은,
i. 제1 표면을 가진 가요성 기판을 제공하는 단계;
ii. 전기 전도성 잉크를 제공하는 단계;
iii. 복수의 반도체 폴리머 잉크를 제공하는 단계;
iv. 제1 표면 상에 전기 전도성 잉크를 인쇄하여 복수의 쌍의 전극을 형성하는 단계로서, 전극의 쌍 중 하나 또는 각각은 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는, 전극을 형성하는 단계;
v. 반도체 폴리머 잉크의 각각을 제1 표면 상에 인쇄하는 단계를 포함하고,
반도체 폴리머 잉크의 각각은 전극의 쌍 중 하나의 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된다.
본 발명의 이점은 센서 스트립이 인쇄될 수 있다는 것이다. 이것은 제작 공정을 개선시킨다. 게다가, 특정한 이점은 가요성 기판이 인쇄 단계 전 및 후에 롤링될 수 있다는 것이다.
전기 전도성 잉크는 바람직하게는 제1 기판 상에 인쇄될 때 전기 전도성인 잉크이다. 전기 전도성 잉크는 바람직하게는 적어도 1×104S/m, 바람직하게는 적어도 1×107S/m의 전도율을 의미한다.
바람직하게는, 전기 전도성 잉크는 금속, 금속 산화물, 전기 전도성 폴리머, 그래핀 또는 탄소, 바람직하게는 은, 금, 구리, 아연, 탄소, 그래핀 나노플레이트렛, 인듐 주석 산화물, 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜) 폴리스타이렌 설폰산염(PEDOT:PSS), 3,4-에틸렌다이옥시티오펜 또는 이들의 유도체 또는 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜 또는 이들의 유도체, 또는 이들의 2종 이상의 임의의 조합물, 바람직하게는 은, 금, 구리, 아연 또는 탄소, 바람직하게는 은, 금 구리 또는 아연 또는 이들의 2종 이상의 임의의 조합물, 바람직하게는 은, 금 또는 구리 또는 이들의 2종 이상의 임의의 조합물, 바람직하게는 은 및/또는 금, 바람직하게는 은을 포함한다. 이러한 물질은 기판 상에 인쇄되는 데 적합하다. 바람직하게는 전기 전도성 잉크는 나노입자, 나노플레이트렛, 마이크론 플레이크 또는 이들의 2종 이상의 임의의 조합물, 바람직하게는 금속 나노플레이크, 금속 마이크론 플레이크, 금속 나노입자, 또는 이들의 2종 이상의 임의의 조합물, 바람직하게는 금속 나노플레이크 또는 금속 마이크론 플레이크, 바람직하게는 금속 나노플레이크를 포함하고, 바람직하게는, 금속은 은, 금, 구리 또는 아연, 또는 이들의 2종 이상의 임의의 조합물이고, 바람직하게는 금속은 은, 금 또는 구리 또는 이들의 2종 이상의 임의의 조합물이고, 바람직하게는 금속은 은 및/또는 금이고, 바람직하게는 금속은 은이다. 이것은 가요성 기판 상에 전극을 인쇄하는 적합한 방식이다.
바람직하게는, 전기 전도성 잉크는 UV 경화되어 잉크를 경화시킨다.
바람직하게는, 전기 전도성 잉크는 소결된다. 소결 단계는 전극의 전도율을 개선시킨다.
바람직하게는, 방법은 가요성 기판 상에 복수의 센서 스트립을 인쇄하는 단계를 포함하고 가요성 기판을 개별적인 센서로 절단하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 방법은 상부에 복수의 센서를 가진 롤에 가요성 기판을 권취하는 단계; 임의로, 적어도 하나의 스풀 주위에서 롤에 가요성 기판을 권취하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 단계 (iv)는 단계 (v) 전에 수행된다. 이것은 반도체 폴리머가 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되는 것을 돕는다.
바람직하게는, 단계 (iv)가 단계 (v) 전에 수행될 때, 반도체 잉크는 또한 제1 전극 및 제2 전극의 상단부 상에 적어도 부분적으로 인쇄될 수도 있다. 이것은 반도체 폴리머가 제1 전극과 제2 전극 사이의 공간을 충전하는 것을 보장한다. 게다가, 이것은 반도체 폴리머 잉크가 오직 전극 간에 인쇄되도록 인쇄기를 정렬시킬 필요성을 제거하고 제작 관점에서 더 효율적이다.
바람직하게는, 단계 (v)가 단계 (iv) 전에 수행될 때, 전기 전도성 잉크는 반도체 폴리머의 상단부 상에 적어도 부분적으로 인쇄될 수도 있다. 이것은 제작 관점에서 더 효율적이다.
바람직하게는, 단계 (v)가 단계 (iv) 전에 수행될 때, 반도체 폴리머 잉크는 단계 (iv)가 수행되기 전에 건조된다.
바람직하게는, 단계 (iv)가 단계 (v) 전에 수행될 때, 전기 전도성 잉크는 단계 (v)가 수행되기 전에 건조된다.
본 발명은 토양을 분석하는 방법에 관한 것이고 방법은,
a) 장치를 제공하는 단계로서, 장치가 샘플링 챔버, 샘플링 챔버 내 센서 스트립 구멍, 전력원과 전기 저항 검출기; 디스플레이 및/또는 데이터 저장소를 포함하는, 장치를 제공하는 단계;
b) 토양 휘발성 유기 화합물(VOC) 센서 스트립을 제공하는 단계로서,
센서 스트립이 제1 표면을 가진 가요성 기판 및 제1 표면 상에 배열된 반도체 폴리머 센서의 어레이를 포함하고,
반도체 폴리머 센서의 각각이 한 쌍의 전극을 포함하고, 전극의 쌍이 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고, 반도체 폴리머가 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되는, 토양 VOC 센서 스트립을 제공하는 단계;
c) 토양 샘플을 제공하는 단계;
d) 센서 스트립 구멍 위에 센서 스트립을 배치하는 단계로서, 반도체 폴리머 센서 중 하나 또는 각각이 샘플링 챔버와 유체 연통하고, 전극의 각각의 쌍이 전력원 및 전기 저항 검출기에 전기적으로 연결되는, 센서 스트립을 배치하는 단계;
e) 토양 샘플을 샘플링 챔버에 배치하는 단계;
f) 전력원을 작동시켜서 전기를 센서 스트립에 공급하는 단계;
g) 전기 저항 검출기를 사용하여 반도체 폴리머 센서 중 하나 또는 각각의 전기 저항을 검출하여 출력을 제공하는 단계; 및
h) 출력을 전기 저항 검출기로부터 디스플레이 및/또는 데이터 저장소로 전송하고 알려진 데이터세트와의 비교를 위해 출력을 전송하고 비교 출력을 디스플레이 상에 디스플레이하고/하거나 비교 출력을 데이터 저장소에 저장하는 단계를 포함한다.
이것은 토양 건강을 분석하는 간단한 방법을 제공한다. 이것은 출력이 보여지거나 또는 저장되게 한다.
바람직하게는, 센서 스트립은 토양 샘플을 포함하는 샘플링 챔버가 폐쇄된 위치로 이동되기 전에 배치된다.
바람직하게는, 방법은,
i) 바람직하게는, 출력에서 패턴을 찾는 기계 학습 알고리즘을 사용하여, 각각의 반도체 폴리머 센서의 출력과 기준 데이터세트를 비교하는 단계를 더 포함한다.
이것은 VOC 지문이 이전의 데이터 및 차이에 대한 조언과 비교되게 한다.
바람직하게는, 방법은,
j) 단계 i)에 기초하여 토양 관리 조언을 제공하는 단계를 더 포함하고, 바람직하게는 토양 관리 조언은 pH 수준, 수분 함량, 질산염 함량, 미생물 바이오매스 또는 균류 함량, 또는 이들의 2종 이상의 임의의 조합물을 조정하는 것을 포함한다.
바람직하게는, 미생물 바이오매스는 유기 비료, 바람직하게는 거름 또는 퇴비를 제공함으로써 증가될 수도 있다.
바람직하게는, 조언이 디스플레이 상에 제공된다. 바람직하게는, 조언은 전력원 작동의 1시간, 바람직하게는 약 2분 내지 약 30분, 바람직하게는 약 4분 내지 약 10분, 바람직하게는 약 5분 내지 약 8분 내에 제공된다.
이것은 사용자가 토양 상태를 개선시키는 방식에 대한 조언을 받게 한다. 각각의 반도체 폴리머 센서에 의해 생성된 지문과 기준 데이터세트의 비교는 사용자가 구현할 수 있는 조언을 제안한다. 실시간 조언은 본 발명의 이점이다.
바람직하게는, 기준 데이터세트는 수분 함량, 습도, 온도, 재배된 농작물, 농작물의 단계, 농작물의 수확량 또는 미생물 다양성 또는 이들의 2종 이상의 임의의 조합물과 같은, 토양에 대한 다른 정보와 결합된, 반도체 폴리머 센서로부터의 일련의 출력을 포함한다.
바람직하게는, 단계 d)는 바람직하게는 센서 스트립 고정 디바이스를 사용하여 센서 스트립을 고정시키는 것을 더 포함한다. 바람직하게는, 센서 스트립 고정 디바이스는 하우징에 부착된다. 바람직하게는, 센서 스트립 고정 디바이스는 하우징에 선회 가능하게 부착된다. 바람직하게는, 센서 스트립 고정 디바이스는 개방된 위치로부터 폐쇄된 위치로 이동 가능한 지레이다. 센서 스트립을 제자리에 유지할 수 있는 것이 유리하다. 일반적으로, 시스템은 외부에서, 예컨대, 시스템이 비바람, 예컨대, 바람에 노출될 현장에서 사용될 것이다. 센서 스트립이 실질적으로 이동되거나 또는 불어 날리지 않도록 센서 스트립을 제자리에 유지하는 것이 유리하다. 이것의 목적은 제1 전극 및 제2 전극의 각각이 장치 내 적절한 전기 연결부에 연결되는 것을 보장하는 것이다.
바람직하게는, 단계 c)는 토양 샘플을 가열하는 것을 더 포함한다.
토양을 가열하여 토양 샘플에서 VOC를 방출하고/하거나 토양 입자가 흡수한 가스를 방출하는 것이 이점이다.
바람직하게는, 단계 d)는 센서 스트립 저장 디바이스를 장치에 삽입하는 것을 더 포함하고; 바람직하게는 센서 스트립 저장 디바이스는 카세트이다.
바람직하게는, 단계 d)는 샘플링 챔버와 유체 연통하는 센서 스트립의 자동 교체 및/또는 위치설정에 의해 센서 스트립 구멍 위에 센서 스트립을 배치하는 것을 더 포함하고; 바람직하게는 자동 교체는 적어도 2개의 스풀 간에 그리고 샘플링 챔버에 걸쳐 센서 스트립을 이동시킴으로써 이루어진다.
바람직하게는, 단계 f)는 약 1 내지 약 10V, 바람직하게는 약 3 내지 약 8V를 인가하는 것을 포함한다. 저 전압이 인가될 수 있는 것이 이점이다.
바람직하게는, 단계 f)는 직류(direct current: DC)를 인가하는 것을 포함한다. 직류만을 필요로 하는 것이 유리하다. 이것은 전기를 센서 스트립에 제공하는 데 필요한 장비를 간소화한다. DC 전류가 사용될 수 있는 것이 본 발명의 이점이다.
대안적으로, 단계 f)는 교류(alternating current: AC)를 인가하는 것을 포함한다.
바람직하게는, 방법은 약 10℃ 초과에서 수행된다. 방법이 이 온도 미만에서 수행될 수 있지만, VOC 수준은 더 낮을 가능성이 있다.
본 발명의 추가의 이점은 토양이 약간의 수분 함량을 가질 때 토양이 분석될 수 있다는 것이다. 따라서, 분석을 수행하기 전에 임의의 특정한 날씨 상태를 기다리는 것이 필수적이지 않다. 토양의 용적 수분 함량이 약 1% 내지 약 50%인 것이 바람직하다. 용적 수분 함량은 토양(약간의 공기 및 수분 존재를 포함함)의 용적으로 나눠진 물의 용적으로 계산될 수도 있다. 토양 샘플의 용적 수분 함량이 약 1 미만이라면 물이 토양 샘플에 추가될 수도 있다. 본 발명은 단계 a) 내지 단계 i)로 본 명세서에서 설명된 토양을 분석하는 방법을 수행하는 단계, 및 토양 관리 조언을 따르는 단계를 포함하는, 토양 상태를 개선시키는 방법에 관한 것이다. 이것은 사용자가 농작물의 수확량을 증가시킬 수 있도록 토양을 처리하는 것을 돕는다. 이것은 토양 건강을 개선시키는 방식에 대한 실시간 조언을 사용자에게 제공한다.
본 발명은 본 명세서에서 설명된 바와 같은 토양을 분석하거나 또는 토양 상태를 개선시키는 방법에서 사용되는 장치에 관한 것이고, 장치는 토양을 수용하기 위한 샘플링 챔버, 샘플링 챔버와 유체 연통하는 센서 스트립을 배치하기 위한 샘플링 챔버 내 센서 스트립 구멍, 전력원 및 전기 저항 검출기를 포함한다.
도면의 상세한 설명
본 발명의 예시적인 실시형태가 이제 첨부 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 장치(2)를 도시한다. 장치(2)는 샘플링 챔버(4)를 포함한다. 샘플링 챔버(4)는 서랍(10)의 형태이고 개방된 위치로 도시된다. 샘플링 챔버(4)는 토양 샘플을 수용할 준비가 되어 있다. 샘플링 챔버가 폐쇄된 위치에 있을 때 샘플링 챔버(4)가 있을 곳 위에 배치된 센서 스트립 구멍(8)이 도시된다. 센서 스트립 고정 디바이스(12)는 지레로서 도시되고 개방된 위치에 있다. 센서 스트립 위치설정 디바이스(14)는 센서 스트립(20)(미도시)을 수용하기 위한 함몰부로서 도시된다. 함몰부는 센서 스트립(20)을 수용하도록 크기 설정되고 성형된다. 전력 공급부(미도시) 및 전기 저항 검출기(미도시)를 포함하는 하우징(6)이 도시된다. 디스플레이(5) 및/또는 데이터 저장소(3)는 블루투스, 와이파이, 모바일 무선 통신 시스템 케이블 또는 직접적인 전기 연결부를 통해 전기 저항 검출기에 연결 가능하다.
도 2는 디스플레이(3) 및/또는 데이터 저장소(3)를 포함하는 본 발명의 시스템(18)을 도시한다. 도 1의 장치 및 센서 스트립(20)을 가진 시스템이 도시된다. 서랍(10)이 폐쇄된 위치로 도시된다. 함몰부로서 도시되는 센서 스트립 위치설정 디바이스에 배치된 센서 스트립(20)이 도시된다. 샘플링 챔버(4)의 내부와 대면하는, 센서 스트립 구멍(8) 위에 센서 스트립(20)의 제1 표면이 배치된 반도체 폴리머 센서(24)와 함께 센서 스트립(20)이 배치된다. 전력 공급부(미도시) 및 전기 저항 검출기(미도시)에 연결되는 전기 연결부(32)가 도시된다. 개방된 위치와 폐쇄된 위치 간에 센서 스트립 고정 디바이스(12)가 일부분 도시된다. 사용 시, 이것은 센서 스트립(20)과 접촉하도록 이동될 것이다.
도 3은 본 발명의 센서 스트립(20)을 도시한다. 센서 스트립(20)은 반도체 폴리머 센서(24)의 어레이를 가진 가요성 기판(22)을 갖는다. 이 실시예에서, 6개의 센서가 도시되지만, 다른 수도 본 명세서에서 설명된 바와 같이 가능하다. 전기 연결부(32)에 연결된 각각의 반도체 폴리머 센서(24)가 도시된다.
도 4는 본 발명의 확대된 반도체 폴리머 센서(24)를 도시한다. 제1 전극(26) 및 제2 전극(28)을 가진 반도체 폴리머 센서(24)가 도시된다. 깍지 낀 손가락의 형태인 제1 전극(26) 및 제2 전극(28)이 도시된다. 도시된 바와 같이, 제1 전극(26) 및 제2 전극(28)은 후속 손가락부 간에 실질적으로 수직 턴을 갖고 손가락부는 실질적으로 곧다. 각각의 반도체 폴리머 센서에서, 반도체 폴리머(30)는 제1 전극(26)과 제2 전극(28) 사이에 배치된다.
도 5는 본 발명의 반도체 폴리머 센서(24)의 단면을 도시한다. 반도체 센서(24)는 가요성 기판(22)을 포함한다. 반도체 폴리머(30)는 가요성 기판(22)의 제1 표면(36) 상에 배열되고 제1 전극(26)과 제2 전극(28) 사이에 배치된다. 전기 연결부(32)는 제1 전극(26) 및 제2 전극(28)을 전력 공급부(60)에 연결시킨다. 도시된 바와 같이, 전류(IDS)는 시계 방향으로 전력 공급부(60)로부터 제1 전극(26)으로 유기 반도체 폴리머(30)에 걸쳐 제2 전극(28)으로 다시 전력 공급부(60)로 흐른다. 제1 전극(26)과 제2 전극(28) 간의 전기 저항은 전기 저항 검출기(미도시)를 사용하여 측정될 수 있다.
도 6은 토양 휘발성 유기 화합물(VOC) 임피던스 분광법 센서 스트립(40)의 단면을 도시한다. 센서 스트립(40)은 전계 효과 트랜지스터로서 도시되고 가요성 기판(42)의 제1 표면(54) 상에 게이트 전극(50)을 가진 가요성 기판(42)을 갖는다. 절연체층(44)이 게이트 전극(50) 위에 배열된다. 소스 전극(46) 및 드레인 전극(48)이 절연체층(44)의 상단부 상에 배열된다. 반도체 폴리머(62)가 절연체층(44) 상에 그리고 소스 전극(46)과 드레인 전극(48) 사이에 배열된다. 절연체층(44)은 소스 전극(46), 드레인 전극(48) 및 반도체 폴리머(62)로부터 게이트 전극(50)을 분리시킨다. 전기 연결부(64)는 소스 전극(46) 및 드레인 전극(48)을 전력 공급부(66)에 연결시킨다. 도시된 바와 같이, 전류(IDS)는 시계 방향으로 전력 공급부(66)로부터 드레인 전극(48)으로 유기 반도체 폴리머(62)에 걸쳐 소스 전극(46)으로 다시 전력 공급부(66)로 흐른다. 교류의 공급(70)은 게이트 전극(50)에 공급된다. 주파수 응답 분석기(72)는 (IAC)의 주파수를 측정한다. 게다가, 소스 전극(46)과 제2 전극(48) 간의 전기 저항이 전기 저항 검출기(미도시)를 사용하여 측정될 수 있다. 2회의 측정을 수행하고, 이어서 임피던스를 계산하는 것이 필요하다. 이것은 도 5에 도시된 센서 스트립보다 더 복잡한 전자 장치 및 더 많은 연산력을 필요로 한다. 게다가, 출력은 도 5의 센서보다 더 복잡하다.
도 7은 본 발명의 장치의 추가의 실시형태를 도시한다. 추가의 실시형태의 장치(102)는 샘플링 챔버(104)를 포함한다. 샘플링 챔버(104)는 서랍(110)의 형태이고 도 7에서 개방된 위치로 도시된다. 서랍(11)은 하우징(106)의 내외로 이동 가능하다. 토양 샘플을 수용할 준비가 된 샘플링 챔버(104)가 도 7에 도시된다. 장치(102)는 전력 공급부(미도시), 스테퍼 모터(미도시) 및 전기 저항 검출기(미도시)를 포함하는 하우징(106)을 더 포함한다. 디스플레이(105) 및/또는 데이터 저장소(103)는 블루투스, 와이파이, 모바일 무선 통신 시스템 케이블 또는 직접적인 전기 연결부를 통해 전기 저항 검출기에 연결 가능하다. 하우징(106)은 또한 토양 서랍(110) 내 토양을 가열하여 토양 샘플의 입자가 흡수한 가스 및 VOC를 방출하는 가열 소자(미도시)를 부가적으로 포함할 수 있다.
센서 스트립(120)은 사용 시, 카세트 챔버(101)에 삽입되는, 도 8에 도시된 바와 같은, 카세트(115) 내 카세트 스풀(114) 상에 권취된다. 센서 스트립(120)의 형태인 센서(124)는 카세트 스풀(114)과 카세트 스풀 구동축(112)의 제거 가능한 맞물림을 통해 스테퍼 모터(미도시)에 의해 특정 위치로 이동된다. 대안적인 이동 기구 및 대안적인 센서 스트립 저장 수단이 센서(124)를 샘플링 챔버(104)와 대면하는 요구되는 위치로 자동으로 이동시키기 위해 사용될 수 있다는 것을 이해한다.
사용 시, 토양 샘플을 분석하기 위해, 센서 스트립(120)의 형태인 센서(124)가 토양 스캔을 위해 장치(102)와 전기적으로 접촉하고, 이어서 자동으로 이동되고 센서 스트립(120) 내 새로운 센서(124)가 자리 잡는다. 사용 시, 전기 연결기(132)는 필요할 때 연결기 시스템을 위해 필요한 신호를 전송하여 센서 스트립(120)을 이동시킨다.
도 8은 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 장치의 추가의 실시형태와 함께 사용되는 카세트(115)의 분해도를 도시한다. 카세트(115)는 제1 카세트 스풀 하우징 챔버(117), 제2 카세트 스풀 하우징 챔버(119), 카세트 하우징 뚜껑(121), 카세트(115) 내 센서 구멍(108), 제1 카세트 스풀(114), 제2 카세트 스풀(미도시), 센서 스트립(120)을 배치하기 위한 가이드(116), 및 센서(124)를 포함한다. 센서 스트립(120)이 센서(124)의 짧은 스트립을 포함하는 것으로 도 8에 도시되지만; 사용 시, 약 10 내지 1000개 또는 더 많은 센서의 긴 스트립(120)이 각각의 카세트 스풀(114) 상에 권취되는 것을 이해한다. 센서 스트립(124)은 도 3에 대해 설명된 바와 같이 센서(124)를 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 각각의 센서(124)의 폭이 약 1.5㎝이고 각각의 센서(124)의 길이가 약 3㎝이고 기판의 길이, 즉, 각각의 센서 사이의 갭은 약 3㎝의 길이를 갖는다. 대안적인 실시형태에서, 센서(124)가 함께 더 가까이 배치되어 센서 스트립(120)의 길이를 감소시키고; 예를 들어, 각각의 센서(124) 사이의 기판의 길이는 약 1㎝ 내지 약 5㎝이다. 대안적인 실시형태에서, 각각의 센서의 폭이 약 1㎝이고 각각의 센서의 길이가 약 2㎝이다. 본 발명의 센서 스트립(120)이 제작 효율의 균형을 유지하기 위해 주의깊게 구성되고 흡수되는 가스 및/또는 VOC에 대한 필요한 민감도를 달성한다는 것을 이해한다. 감소된 표면적을 가진 센서 스트립이 제작을 위해 더 효율적이지만 감소된 민감도를 가질 것이다.
사용 전에, 센서 스트립(120)이 질소-함유 포장재로 포장되어 공기, 산소, 습도, 또는 다른 오염물질에 대한 센서(124)의 노출을 방지할 수 있다.
사용 시, 하나 이상의 새로운, 미사용된 센서 스트립(120)이 제1 카세트 스풀(114) 주위에 빽빽히 권취되고, 스트립의 마지막 센서가 제2 카세트 스풀(미도시)에 부착된다. 따라서, 센서 스트립(120)의 형태인 새로운 센서(124)가 하나의 카세트 스풀로부터 센서 구멍(108)에 걸쳐 권취되고 스캔 위치에 유지되고, 후속하여 이들이 사용 시 자동으로 이동되기 때문에 다른 카세트 스풀 상에 빽빽히 권취된다. 센서 스트립(120)의 부분으로서 센서(124)가 가이드(116)를 통해 센서 구멍(108)을 지나가서 센서가 도 7에 도시된 장치와 전기적으로 접촉하게 한다. 각각의 카세트 스풀(114) 주위의 센서 스트립/들(120)의 빽빽한 권취는 공기 및 습도가 각각의 센서 표면으로부터 배제되어 이들을 대기 상태에 의한 저하로부터 보호함으로써 센서 스트립(120) 상의 센서(124)의 수명을 연장시키는 것을 보장한다.
실시예
본 발명이 이제 다음의 비제한적인 실시예를 참조하여 설명될 것이다.
6개의 반도체 폴리머 센서의 어레이를 가진 본 발명에 따른 센서 스트립은 제1 토양 샘플 및 제2 토양 샘플로부터의 출력을 측정하기 위해 본 발명의 장치에서 사용되었다. 토양 샘플은 상이한 조성을 가졌다. 센서 스트립이 센서 스트립 구멍 위에 배치되었고 제1 토양 샘플이 샘플링 챔버에 배치되었다. 전기가 센서 스트립에 인가되었고 전기 저항이 적어도 5분 동안 각각의 반도체 폴리머 센서에 대해 측정되었다. 이것은 제2 토양 샘플에 대해 새로운 센서 스트립을 사용하여 반복되었다. 결과가 제1 토양 샘플에 대해 도 9에서 시간에 걸친 저항의 그래프로 도시되고 도 10에서 제2 토양 샘플에 대해 도시된다. 도 9에 도시된 바와 같이, 각각의 반도체 폴리머 센서는 각각의 반도체 폴리머 센서가 제1 토양 샘플로부터의 VOC에 대한 상이한 응답을 갖는 것을 나타내는 다른 반도체 폴리머 센서와 비교되는 상이한 패턴을 생성하였다. 유사한 결과가 도 10에 도시된다. 게다가, 각각의 토양 샘플은 특정한 반도체 폴리머 센서에 대한 상이한 플롯을 생성하였고, 즉, 도 9의 S1(센서 1)은 도 10의 S1(센서 1)에 대해 상이한 패턴을 나타내고 6개의 센서의 각각에 대해 상이한 패턴을 나타내는 등이다. 이 패턴을 기준 데이터세트와 비교함으로써, 토양의 속성이 분석될 수도 있다. 본 발명은 각각의 센서로부터의 패턴과 알려진 데이터세트를 비교하기 위해 기계 학습 알고리즘을 사용한다. 이것은 사용자가 토양의 중요한 특징을 식별하게 하고 토양의 품질을 개선시키는 방식에 대한 조언을 받게 한다.
이 명세서에서, 실시형태가 분명하고 간결한 명세서가 작성되게 하는 방식으로 설명되었지만, 실시형태가 본 발명으로부터 분리되는 일 없이 다양하게 결합되거나 또는 분리될 수도 있다는 것이 의도되고 이해될 것이다. 예를 들어, 본 명세서에서 설명된 모든 선호되는 특징이 본 명세서에서 설명된 본 발명의 모든 양상에 적용 가능하고 그 역도 가능하다는 것을 이해할 것이다.
이 명세서에서, 용어 "약"은 ±20%, 더 바람직하게는 ±10%, 훨씬 더 바람직하게는 ±5%, 가장 바람직하게는 ±2%를 의미한다.
이 명세서에서, 용어 "실질적으로"는 ±20%, 더 바람직하게는 ±10%, 훨씬 더 바람직하게는 ±5%, 가장 바람직하게는 ±2%의 편차를 의미한다.
이 명세서에서, 용어 "하나 또는 각각"은 바람직하게는 적어도 하나, 바람직하게는 각각을 의미한다.
본 명세서에서 설명된 현재 선호되는 실시형태에 대한 다양한 변경 및 수정이 당업자에게 명백할 것임이 이해되어야 한다. 이러한 변경 및 수정은 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어나는 일 없이 그리고 수반되는 이점을 감소시키는 일 없이 이루어질 수 있다. 따라서 이러한 변경 및 수정이 첨부된 청구범위에 의해 포함된다는 것이 의도된다.

Claims (25)

  1. 장치 및 토양 휘발성 유기 화합물(volatile organic compound: VOC) 센서 스트립을 포함하는, 토양 내 VOC를 분석하기 위한 시스템으로서,
    상기 장치는 토양을 수용하기 위한 샘플링 챔버, 상기 샘플링 챔버와 유체 연통하는 상기 센서 스트립을 배치하기 위한 상기 샘플링 챔버 내 센서 스트립 구멍, 전력원 및 전기 저항 검출기를 포함하고,
    상기 센서 스트립이 제1 표면을 가진 가요성 기판 및 상기 제1 표면 상에 배열된 반도체 폴리머 센서의 어레이를 포함하고, 상기 반도체 폴리머 센서의 각각이 한 쌍의 전극을 포함하고, 상기 전극의 쌍이 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고, 상기 반도체 폴리머가 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되고,
    상기 센서 스트립이 상기 전력원 및 상기 전기 저항 검출기에 전기적으로 연결 가능하고,
    상기 시스템이 디스플레이 및/또는 데이터 저장소를 더 포함하고, 상기 전기 저항 검출기가 출력을 상기 디스플레이 및/또는 상기 데이터 저장소로 전송하고 상기 출력이 알려진 데이터세트와의 비교를 위해 전송되고 비교 출력이 상기 디스플레이에 디스플레이되고/되거나 상기 데이터 저장소에 저장되는, 토양 내 VOC를 분석하기 위한 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전력원은 배터리인, 토양 내 VOC를 분석하기 위한 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 장치는,
    i. 하우징을 더 포함하되, 바람직하게는 상기 하우징이 상기 샘플링 챔버를 포함하고, 바람직하게는 상기 하우징이 상기 전기 저항 검출기 및/또는 상기 전력원을 더 포함하고, 바람직하게는 상기 하우징이 상기 전기 저항 검출기 및 상기 전력원을 더 포함하고; 그리고/또는
    ii. 상기 디스플레이 및/또는 데이터 저장소가 블루투스, 와이파이, 모바일 무선 통신 시스템, 케이블 또는 직접적인 전기 연결부를 통해, 바람직하게는 블루투스, 와이파이 또는 모바일 무선 통신 시스템을 통해, 바람직하게는 블루투스를 통해 상기 전기 저항 검출기에 연결 가능하고; 그리고/또는
    상기 디스플레이 및/또는 데이터 저장소는 개인용 전자 디바이스(personal electronic device: PED)이고, 바람직하게는 상기 PED는 스마트폰, 태블릿, 휴대폰, 랩탑 또는 노트북, 바람직하게는 스마트폰이고; 그리고/또는
    iii. 상기 장치는 센서 스트립 고정 디바이스를 더 포함하고, 바람직하게는 상기 센서 스트립 고정 디바이스는 상기 하우징에 부착되고, 바람직하게는 상기 센서 스트립 고정 디바이스는 상기 하우징에 선회 가능하게 부착되고, 바람직하게는 상기 센서 스트립 고정 디바이스는 개방된 위치로부터 폐쇄된 위치로 이동 가능한 지레이고; 그리고/또는
    iv. 상기 장치는 상기 샘플링 챔버를 가열하기 위한 가열기를 포함하는, 토양 내 VOC를 분석하기 위한 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치가 센서 스트립 저장 디바이스를 더 포함하고; 바람직하게는 상기 센서 스트립 저장 디바이스가 실질적으로 밀봉되고; 그리고/또는 상기 센서 스트립 저장 디바이스가 카세트이고; 그리고/또는
    상기 장치가 상기 샘플링 챔버와 유체 연통하는 상기 센서 스트립의 자동 교체 및/또는 위치설정을 위한 적어도 하나의 이동 기구를 더 포함하고; 바람직하게는 상기 이동 기구는 이들 사이에서 그리고 상기 샘플링 챔버에 걸쳐 상기 센서 스트립을 이동시키기 위한 적어도 2개의 스풀(spool)을 포함하고; 임의로, 상기 이동 기구는 스테퍼 모터 및/또는 센서 스트립 위치설정 디바이스를 포함하는, 토양 내 VOC를 분석하기 위한 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 샘플링 챔버가 개방된 위치 및 폐쇄된 위치를 갖고, 바람직하게는 상기 샘플링 챔버가 서랍이고, 상기 서랍이 상기 개방된 위치로부터 상기 폐쇄된 위치로 이동 가능하고; 그리고/또는
    상기 장치가 스위치를 더 포함하고, 상기 스위치를 작동시키는 것은 상기 전력원을 키고, 바람직하게는 상기 스위치는 상기 샘플링 챔버가 상기 폐쇄된 위치에 있을 때 작동되고; 그리고/또는
    상기 전력원은 미리 결정된 시간 기간 후에 꺼지고, 바람직하게는 상기 전력원은 미리 결정된 시간 기간 후에 자동으로 꺼지고, 바람직하게는 상기 미리 결정된 시간 기간은 적어도 약 30초, 바람직하게는 약 30초 내지 약 60분, 바람직하게는 약 30초 내지 약 30분, 바람직하게는 약 1분 내지 약 15분, 바람직하게는 약 1분 내지 약 10분, 바람직하게는 약 2분 내지 약 8분, 바람직하게는 약 3분 내지 약 6분인, 토양 내 VOC를 분석하기 위한 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 휴대용 장치인, 토양 내 VOC를 분석하기 위한 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 샘플링 챔버는 약 10㎤ 내지 약 300㎤의 범위 내, 바람직하게는 약 50㎤ 내지 약 200㎤의 범위 내, 바람직하게는 약 70㎤ 내지 약 150㎤의 범위 내 최대 용량을 갖고; 그리고/또는
    상기 샘플링 챔버가 최대 용량으로 충전될 때 상기 토양의 높이와 상기 센서 스트립 사이의 거리는 약 0.5㎝ 내지 5㎝, 약 1㎝ 내지 약 3㎝의 범위 내이고; 그리고/또는
    상기 샘플링 챔버가 최대 용량으로 충전될 때와 상기 샘플링 챔버가 상기 폐쇄된 위치에 있을 때 헤드룸은 약 3㎤ 내지 약 50㎤, 바람직하게는 약 10㎤ 내지 약 30㎤의 범위 내 용적을 갖는, 토양 내 VOC를 분석하기 위한 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극 쌍 중 하나 또는 각각은 깍지 낀 손가락 또는 동심원 나선의 형태, 바람직하게는 깍지 낀 손가락의 형태이고; 그리고/또는
    상기 제1 전극 중 하나 또는 각각 및/또는 상기 제2 전극 중 하나 또는 각각은 금속, 금속 산화물, 전기 전도성 폴리머, 그래핀 또는 탄소, 바람직하게는 은, 금, 구리, 아연, 탄소, 그래핀 나노플레이트렛, 인듐 주석 산화물, 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜) 폴리스타이렌 설폰산염(PEDOT:PSS), 3,4-에틸렌다이옥시티오펜 또는 이들의 유도체 또는 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜 또는 이들의 유도체 또는 이들의 2종 이상의 임의의 조합물, 바람직하게는 은, 금, 구리, 아연 또는 탄소, 바람직하게는 은, 금 구리 또는 아연 또는 이들의 2종 이상의 임의의 조합물, 바람직하게는 은, 금 또는 구리 또는 이들의 2종 이상의 임의의 조합물, 바람직하게는 은 및/또는 금, 바람직하게는 은을 포함하고; 그리고/또는
    상기 전극 쌍 중 하나 또는 각각의 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 거리는 약 0.1㎛ 내지 약 40㎛의 범위 내, 바람직하게는, 약 1㎛ 내지 약 30㎛의 범위 내, 바람직하게는, 약 4㎛ 내지 약 20㎛의 범위 내, 바람직하게는, 약 5㎛ 내지 약 15㎛의 범위 내인, 토양 내 VOC를 분석하기 위한 시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 전극 중 하나 또는 각각 및/또는 상기 제2 전극 중 하나 또는 각각이 인쇄되고, 바람직하게는 플렉소그래피 인쇄되고, 그라비어 인쇄되고, 오프셋 인쇄되고, 스크린 인쇄되거나 또는 디지털 인쇄되고, 바람직하게는 플렉소그래피 인쇄되거나, 또는 그라비어 인쇄되고, 가장 바람직하게는 플렉소그래피 인쇄되고; 그리고/또는
    상기 반도체 폴리머 중 하나 또는 각각이 인쇄되고, 바람직하게는 디지털 인쇄되고, 플렉소그래피 인쇄되고, 그라비어 인쇄되고, 스크린 인쇄되거나 또는 오프셋 인쇄되고, 바람직하게는 디지털 인쇄되고, 바람직하게는 잉크젯 인쇄되는, 토양 내 VOC를 분석하기 위한 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 전극 중 하나 또는 각각 및/또는 상기 제2 전극 중 하나 또는 각각의 길이는 약 1㎝ 내지 약 50㎝의 범위 내, 바람직하게는 약 2㎝ 내지 약 30㎝의 범위 내, 바람직하게는 약 3㎝ 내지 약 20㎝의 범위 내, 바람직하게는 약 5㎝ 내지 약 15㎝의 범위 내이고; 그리고/또는
    상기 제1 전극 중 하나 또는 각각 및/또는 상기 제2 전극 중 하나 또는 각각의 폭 및 두께는 각각 독립적으로 약 3㎚ 내지 약 1.5㎛의 범위 내, 바람직하게는 약 5㎚ 내지 약 1㎛의 범위 내, 바람직하게는 약 10㎚ 내지 약 0.5㎛의 범위 내, 바람직하게는 약 100㎚ 내지 약 300㎚의 범위 내이고; 그리고/또는
    상기 반도체 폴리머 중 하나 또는 각각은 유기 반도체 폴리머이고; 그리고/또는
    상기 반도체 폴리머 중 하나 또는 각각은 약 10,000 내지 약 500,000의 분자량을 갖는, 토양 내 VOC를 분석하기 위한 시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반도체 폴리머 중 적어도 2개는 상이한 반도체 폴리머를 포함하고, 바람직하게는 상기 반도체 폴리머의 각각은 상이한 반도체 폴리머를 포함하고; 그리고/또는
    상기 반도체 폴리머 중 하나 또는 각각은 약 1㎚ 내지 약 100㎛, 바람직하게는 약 1㎚ 내지 약 1㎛, 바람직하게는 약 2㎚ 내지 약 100㎚, 바람직하게는 약 3㎚ 내지 약 50㎚, 바람직하게는 약 10㎚ 내지 약 30㎚의 두께를 갖는, 토양 내 VOC를 분석하기 위한 시스템.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서 스트립이 상기 가요성 기판의 제2 표면 상에 백킹층을 포함하고, 상기 제2 표면이 상기 제1 표면 반대편에 있고, 바람직하게는 상기 백킹층이 종이, 판지, 또는 폴리머막, 바람직하게는 종이를 포함하고; 그리고/또는
    상기 센서 스트립이 프레임을 포함하고, 바람직하게는 상기 프레임이 상기 센서 스트립의 외부 주위에 실질적으로 배열되고, 바람직하게는 상기 프레임이 제거 가능한, 토양 내 VOC를 분석하기 위한 시스템.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가요성 기판은 폴리이미드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리염화비닐, 폴리아마이드, 폴리스타이렌, 폴리카보네이트, 폴리락타이드, 셀룰로스, 녹말, 종이, 왁스 코팅된 종이, 플라스틱 코팅된 종이, 적층된 플라스틱막, 또는 이들의 2종 이상의 임의의 조합물, 바람직하게는 폴리이미드 및/또는 폴리에틸렌, 바람직하게는 폴리이미드, 바람직하게는, 폴리(4,4'-옥시다이페닐렌-피로멜리티미드)(Kapton®)을 포함하는, 토양 내 VOC를 분석하기 위한 시스템.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가요성 기판은 약 10㎛ 내지 약 1㎜의 범위 내, 바람직하게는 약 20㎛ 내지 약 250㎛의 범위 내, 바람직하게는 약 20㎛ 내지 약 150㎛의 범위 내 두께를 갖고; 그리고/또는
    상기 센서 스트립은 약 3 내지 약 20개의 반도체 폴리머 센서, 바람직하게는 약 4 내지 약 15개의 반도체 폴리머 센서, 바람직하게는 약 5 내지 약 10개의 반도체 폴리머 센서, 바람직하게는 약 6 내지 약 8개의 반도체 폴리머 센서를 포함하고; 그리고/또는
    상기 센서 스트립의 길이는 약 1㎝ 내지 약 12㎝의 범위 내, 바람직하게는 약 3㎝ 내지 약 10㎝의 범위 내, 바람직하게는 약 4㎝ 내지 약 9㎝의 범위 내이고; 그리고/또는
    상기 센서 스트립의 폭은 약 0.5㎝ 내지 약 8㎝의 범위 내, 바람직하게는 약 2㎝ 내지 약 5㎝의 범위 내인, 토양 내 VOC를 분석하기 위한 시스템.
  15. 제1 표면을 가진 가요성 기판 및 상기 제1 표면 상에 배열된 반도체 폴리머 센서의 어레이를 포함하는 토양 휘발성 유기 화합물(VOC) 센서 스트립으로서,
    상기 반도체 폴리머 센서의 각각이 한 쌍의 전극을 포함하고, 상기 전극의 쌍이 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고, 반도체 폴리머가 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되는, 토양 VOC 센서 스트립.
  16. 제8항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 특징을 포함하는, 토양 VOC 센서 스트립.
  17. 토양 휘발성 유기 화합물(VOC) 센서 스트립을 제작하기 위한 방법으로서,
    i. 제1 표면을 가진 가요성 기판을 제공하는 단계;
    ii. 전기 전도성 잉크를 제공하는 단계;
    iii. 복수의 반도체 폴리머 잉크를 제공하는 단계;
    iv. 상기 제1 표면 상에 상기 전기 전도성 잉크를 인쇄하여 복수의 쌍의 전극을 형성하는 단계로서, 상기 전극의 쌍 중 하나 또는 각각은 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는, 상기 전극을 형성하는 단계;
    v. 상기 반도체 폴리머 잉크의 각각을 상기 제1 표면 상에 인쇄하는 단계
    를 포함하되, 상기 반도체 폴리머 잉크의 각각은 상기 전극의 쌍 중 하나의 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되는, 토양 VOC 센서 스트립을 제작하기 위한 방법.
  18. 제17항에 있어서, 제8항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 특징을 더 포함하는, 토양 VOC 센서 스트립을 제작하기 위한 방법.
  19. 토양을 분석하는 방법으로서,
    a) 장치를 제공하는 단계로서, 상기 장치가 샘플링 챔버, 상기 샘플링 챔버 내 센서 스트립 구멍, 전력원과 전기 저항 검출기; 디스플레이 및/또는 데이터 저장소를 포함하는, 상기 장치를 제공하는 단계;
    b) 토양 휘발성 유기 화합물(VOC) 센서 스트립을 제공하는 단계로서,
    상기 센서 스트립이 제1 표면을 가진 가요성 기판 및 상기 제1 표면 상에 배열된 반도체 폴리머 센서의 어레이를 포함하고,
    상기 반도체 폴리머 센서의 각각이 한 쌍의 전극을 포함하고, 상기 전극의 쌍이 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고, 반도체 폴리머가 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되는, 상기 토양 VOC 센서 스트립을 제공하는 단계;
    c) 토양 샘플을 제공하는 단계;
    d) 상기 센서 스트립 구멍 위에 상기 센서 스트립을 배치하는 단계로서, 상기 반도체 폴리머 센서 중 하나 또는 각각이 상기 샘플링 챔버와 유체 연통하고, 전극의 각각의 쌍이 상기 전력원 및 상기 전기 저항 검출기에 전기적으로 연결되는, 상기 센서 스트립을 배치하는 단계;
    e) 상기 토양 샘플을 상기 샘플링 챔버에 배치하는 단계;
    f) 상기 전력원을 작동시켜서 전기를 상기 센서 스트립에 공급하는 단계;
    g) 상기 전기 저항 검출기를 사용하여 상기 반도체 폴리머 센서 중 하나 또는 각각의 전기 저항을 검출하여 출력을 제공하는 단계; 및
    h) 출력을 상기 전기 저항 검출기로부터 상기 디스플레이 및/또는 상기 데이터 저장소로 전송하고; 알려진 데이터세트와의 비교를 위해 상기 출력을 전송하고 비교 출력을 상기 디스플레이 상에 디스플레이하고/하거나 상기 비교 출력을 상기 데이터 저장소에 저장하는 단계
    를 포함하는, 토양을 분석하는 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 출력에서 패턴을 찾는 기계 학습 알고리즘을 사용하는 단계를 더 포함하되,
    단계 d)는 센서 스트립 저장 디바이스를 상기 장치에 삽입하는 것을 더 포함하고; 바람직하게는 상기 센서 스트립 저장 디바이스는 카세트이고; 그리고/또는
    단계 d)는 상기 샘플링 챔버와 유체 연통하는 상기 센서 스트립의 자동 교체 및/또는 위치설정에 의해 상기 센서 스트립 구멍 위에 상기 센서 스트립을 배치하는 것을 더 포함하고; 바람직하게는 상기 자동 교체는 적어도 2개의 스풀 간에 그리고 상기 샘플링 챔버에 걸쳐 상기 센서 스트립을 이동시킴으로써 이루어지는, 토양을 분석하는 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    j) 단계 i)에 기초하여, 토양 관리 조언을 제공하는 단계를 더 포함하고, 바람직하게는 상기 토양 관리 조언은 토양 유기물 함량, pH 수준, 수분 함량, 질산염 함량, 미생물 바이오매스 또는 균류 함량, 또는 이들의 2종 이상의 임의의 조합물을 조정하는 것을 포함하는, 토양을 분석하는 방법.
  22. 제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 특징을 더 포함하는, 토양을 분석하는 방법.
  23. 토양 상태를 개선시키는 방법으로서, 제21항 또는 제22항의 방법을 수행하는 단계 및 상기 토양 관리 조언을 따르는 단계를 포함하는, 토양 상태를 개선시키는 방법.
  24. 제19항 내지 제23항 중 어느 한 항에 따른 방법에서 사용되는 장치로서, 상기 장치는 토양을 수용하기 위한 샘플링 챔버, 상기 샘플링 챔버와 유체 연통하는 상기 센서 스트립을 배치하기 위한 상기 샘플링 챔버 내 센서 스트립 구멍, 전력원 및 전기 저항 검출기를 포함하는, 장치.
  25. 제24항에 있어서, 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 특징을 더 포함하는, 장치.
KR1020227017772A 2019-10-29 2020-10-26 토양 내 휘발성 유기 화합물을 분석하기 위한 시스템 KR20220088772A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1915639.7 2019-10-29
GB201915639A GB201915639D0 (en) 2019-10-29 2019-10-29 A sensor
PCT/GB2020/052707 WO2021084235A1 (en) 2019-10-29 2020-10-26 System for analysing volatile organic compounds in soil

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220088772A true KR20220088772A (ko) 2022-06-28

Family

ID=68768833

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227017772A KR20220088772A (ko) 2019-10-29 2020-10-26 토양 내 휘발성 유기 화합물을 분석하기 위한 시스템

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20220397543A1 (ko)
EP (1) EP4052032A1 (ko)
KR (1) KR20220088772A (ko)
CN (1) CN114729920B (ko)
CA (1) CA3156429A1 (ko)
GB (1) GB201915639D0 (ko)
IL (1) IL292528A (ko)
WO (1) WO2021084235A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116183289B (zh) * 2023-04-25 2023-07-14 太原海纳辰科仪器仪表有限公司 一种土壤环境监测设备

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9405150D0 (en) 1994-03-16 1994-04-27 Neotronics Ltd Testing vessel
GB9410411D0 (en) 1994-05-23 1994-07-13 Aromascan Plc Sensor
US6575013B2 (en) * 2001-02-26 2003-06-10 Lucent Technologies Inc. Electronic odor sensor
US20050150778A1 (en) * 2002-11-18 2005-07-14 Lewis Nathan S. Use of basic polymers in carbon black composite vapor detectors to obtain enhanced sensitivity and classification performance for volatile fatty acids
JP2005003544A (ja) * 2003-06-12 2005-01-06 Tdk Corp 二酸化炭素センサおよびその製造方法
GB2434647A (en) * 2006-01-13 2007-08-01 Asthma Alert Ltd Gas Concentration and Humidity Sensor
US9080942B2 (en) * 2007-04-18 2015-07-14 The Research Foundation for State University of New York Flexible multi-moduled nanoparticle-structured sensor array on polymer substrate and methods for manufacture
FR2922310B1 (fr) * 2007-10-15 2012-05-11 Univ Pierre Et Marie Curie Paris Vi Transducteur a semi conducteurs,et son utilisation dans un capteur d'especes donneuses ou acceptrices d'electrons.
US9506888B2 (en) * 2011-04-13 2016-11-29 3M Innovative Properties Company Vapor sensor including sensor element with integral heating
US11721192B2 (en) * 2015-08-14 2023-08-08 Matthew Hummer System and method of detecting chemicals in products or the environment of products using sensors
CN105137107A (zh) * 2015-09-02 2015-12-09 叶永茂 全自动取样分析系统及检测方法
CN105241925B (zh) * 2015-10-29 2017-11-07 四川农业大学 一种恒温可替换电极及敏感元件的传感检测装置
CN105486819A (zh) * 2015-12-15 2016-04-13 东北大学 一种移动式室内空气质量检测仪及其使用方法
CN106442873B (zh) * 2016-08-29 2019-05-03 河北先河环保科技股份有限公司 一种voc监测仪用的传感器切换机构
US20200072810A1 (en) * 2016-12-22 2020-03-05 King Abdullah University Of Science And Technology Dissolvable sensor system for environmental parameters
EP3602044A4 (en) * 2017-03-23 2021-05-05 Technion Research & Development Foundation Limited DEVICE AND METHOD FOR DETECTION AND MONITORING OF TUBERCULOSIS
CN207336407U (zh) * 2017-09-30 2018-05-08 西安中核核仪器有限公司 一种擦拭样品中α、β放射性表面污染测量装置
CN107699049A (zh) * 2017-11-10 2018-02-16 上海幂方电子科技有限公司 可喷墨打印的有机半导体材料组合物
CN108663351A (zh) * 2018-05-15 2018-10-16 上海洞舟实业有限公司 一种土壤重金属超标的检测方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP4052032A1 (en) 2022-09-07
CA3156429A1 (en) 2021-05-06
US20220397543A1 (en) 2022-12-15
IL292528A (en) 2022-06-01
CN114729920B (zh) 2024-10-11
CN114729920A (zh) 2022-07-08
GB201915639D0 (en) 2019-12-11
WO2021084235A1 (en) 2021-05-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sokolov et al. Fabrication of low-cost electronic biosensors
Matindoust et al. Ammonia gas sensor based on flexible polyaniline films for rapid detection of spoilage in protein-rich foods
Andre et al. Recent progress in amine gas sensors for food quality monitoring: novel architectures for sensing materials and systems
Ma et al. Highly sensitive, printable nanostructured conductive polymer wireless sensor for food spoilage detection
Zhang et al. Organic field-effect transistor-based gas sensors
Neethirajan et al. Development of carbon dioxide (CO2) sensor for grain quality monitoring
Angione et al. Interfacial electronic effects in functional biolayers integrated into organic field-effect transistors
Chang et al. Printable polythiophene gas sensor array for low-cost electronic noses
Oprea et al. Work function changes in gas sensitive materials: Fundamentals and applications
US9052263B2 (en) Methods for analyte detection
US7522040B2 (en) Remotely communicating, battery-powered nanostructure sensor devices
DE102011056622A1 (de) Temperaturunabhängige chemische und biologische Sensoren
Tan et al. Volatile organic compound sensors based on 2D materials
GB2519110A (en) An apparatus and associated methods for analyte detection
Pacher et al. A novel concept for humidity compensated sub-ppm ammonia detection
Li et al. Achieving humidity-insensitive ammonia sensor based on Poly (3, 4-ethylene dioxythiophene): Poly (styrenesulfonate)
KR20220088772A (ko) 토양 내 휘발성 유기 화합물을 분석하기 위한 시스템
Shin et al. Highly reliable organic field-effect transistors with molecular additives for a high-performance printed gas sensor
US11650176B2 (en) Semiconductor gas sensor and gas sensing method
Oh et al. Advanced organic transistor-based sensors utilizing a solvatochromic medium with twisted intramolecular charge-transfer behavior and its application to ammonia gas detection
Biswas et al. Geometrical optimization of printed interdigitated electrode sensors to improve soil moisture sensitivity
Yan et al. Molecularly Imprinted Polymer‐Based Electrochemical Sensor for In Situ Detection of Free Proline in Cucumber Leaves
Alzate-Carvajal et al. Arrays of functionalized graphene chemiresistors for selective sensing of volatile organic compounds
US20230304959A1 (en) Solid state soil sensor
Yang et al. Inexpensive, Versatile, and Robust USB-Driven Sensor Platform