在相对湿度变化的测量室中表征感兴趣的化合物的方法与流程

1.本发明的领域是对位于表现出相对湿度变化的测量室中的气体样品中的感兴趣的化合物进行表征的领域。


背景技术：

2.表征和分析气体样品中所含的感兴趣的化合物例如气味分子或挥发性有机化合物的能力在各个领域中变得越来越重要，尤其是在健康领域、食品加工行业和香料行业(香水)、以及在封闭的公共或私人场所(机动车、酒店行业、共享场所等)等的嗅觉舒适度方面等。气体样品中存在的感兴趣的化合物的表征通过称为“电子鼻”的表征系统执行。
3.存在着各种各样的表征方法，它们之间的显著区别在于感兴趣的化合物或受体需要或不需要事先用标记物“标记”。例如，荧光检测需要使用这样的标记物，而表面等离子体共振(spr)检测则是一种无标记技术。
4.spr表征技术可以通过使用例如spr成像技术的电子鼻实施，将感兴趣的化合物包含在气体样品中，并通过吸附/解吸与位于多个不同敏感位点的受体相互作用。这种表征技术在于实时检测与每个敏感位点相关的光学信号，该信号表示由于感兴趣的化合物与受体的吸附/解吸相互作用而导致的局部折射率随时间的变化。
5.在感兴趣的化合物与受体相互作用的化学亲和力或物理亲和力不可知的情况下，对感兴趣的化合物的表征就相当于确定参数的(稳态)平衡值，该参数表示感兴趣的化合物与受体的吸附/解吸相互作用，这里表示了每个敏感位点的局部折射率随时间的变化。因此获得表征感兴趣的化合物的相互作用模式或特征。具体来说，受益于不同的吸附特性，感兴趣的化合物在敏感位点(功能化表面)的吸附/解吸相互作用允许确定气体中存在的已附着到不同敏感位点表面的分子。
6.在这方面，图1a和1b示出了例如在专利申请wo2018/158458中描述的电子鼻的实例。这种类型的电子鼻1通常包含流体供应装置2、spr成像测量装置3、和处理单元(未示出)。
7.测量装置3包含用于接收气体样品的测量室4，该测量室中设有测量载体5上，测量载体5上设有敏感位点6k的矩阵阵列。测量载体5由金属层形成，在金属层上固定有各种适合与感兴趣的化合物相互作用的受体，将各种受体布置以形成彼此不同的敏感位点6k。这些受体之后位于金属层和电介质之间的界面上，这里是气体介质。
8.测量装置3还包含用于发射激发光学信号的光源7和图像传感器8。可以用已知的方式在光源7和传感器8之间的光路上设置至少一个聚焦或准直透镜和至少一个偏振器。将光源7设计成在测量载体5的方向发射激发光学信号，其工作角θr允许在其上产生表面等离子体。形成测量光学信号的激发光学信号的反射部分然后由图像传感器8检测。光学测量信号的强度局部取决于测量载体5的折射率，折射率本身取决于产生的表面等离子体以及位于每个敏感位点6k的材料的量，这种随时间变化的材料的量取决于敏感化合物和受体之间的相互作用。
9.电子鼻的处理单元适用于分析“传感图”，即对应于参数的时间演变的信号，该参数表示感兴趣的化合物与每个不同的敏感位点6k的受体的吸附/解吸相互作用，目的是从中提取有关感兴趣的化合物与受体相互作用(吸附和解吸)的动力学信息。这些传感图可以是对应于每个敏感位点6k的图像传感器8实时检测到的测量信号的强度的测量信号sk(t)，或者是对应于与每个敏感位点6k相关的反射率变化的时间演变δ％rk(t)的“有用的”信号suk(t)。反射率％r定义为传感器8检测到的测量光学信号的强度与光源7发射的激发光学信号的强度之比。反射率变化δ％r是通过从反射率的时间演变％r(t)中减去一个仅与测量室中存在的气体相关的参考值(基线)得到的，与感兴趣的化合物无关。
10.因此，在将感兴趣的化合物引入测量室4之前，有用的信号suk(t)具有相同的稳态初始值，优选基本上等于零。因此，从相应的测量信号sk(t)中减去表示仅气体(没有感兴趣的化合物)对每个敏感位点6k的影响的参考值(基线)。有用的信号suk(t)的强度因此证明了感兴趣的化合物已添加至测量室4。
11.最后，液体供应装置2适用于在允许对感兴趣的化合物进行传感图分析并因此对感兴趣的化合物进行表征的条件下，将感兴趣的化合物引入测量室4。在这方面，由brenet等人的题为highly-selective optoelectronic nose based on surface plasmon resonance imaging for sensing gas phase volatile organic compounds,anal.chem.2018,90,16,9879-9887的文章描述了使用spr成像电子鼻表征气体样品的方法。
12.这种表征方法包括向测量室提供气体样品以使感兴趣的化合物和受体之间的相互作用动力学达到稳定的平衡状态。更具体地说，流体注入步骤依次包括：
[0013]-第一“初始”阶段p1，其中仅将不含感兴趣的化合物的参考气体注入测量室。这种参考气体通常与气体样品的载气相同；
[0014]-第二“表征”阶段p2，其中将由包含感兴趣的化合物的载体形成的气体样品注入测量室；
[0015]-第三“解离”阶段p3，其中感兴趣的化合物从测量室中移出。
[0016]
初始阶段p1允许获得上述参考值(基线)，然后从测量信号sk(t)中减去该参考值，以获得有用的信号suk(t)(换句话说，每个敏感位点反射率变化的时间演变δ％rk(t))。如上所述，流体注入阶段的实施使得传感图揭示了瞬时同化状态的存在，随后是稳定的平衡状态。当达到稳定的平衡状态时，由处理单元提取有用的信号suk(t)的(稳定)平衡值，并定义感兴趣的化合物的特征。
[0017]
然而，如shao等人的题为mechanism and characteristics of humidity sensing with polyvinyl alcohol-coated fiber surface plasmon resonance sensor,sensors 2018,18,2029的文章所指出的，测量室内的相对湿度似乎对光学测量信号的强度有影响。在本文中，作者使用spr传感器作为湿度传感器。然而，在使用电子鼻表征感兴趣的化合物的方法的情况下，测量室内的相对湿度的变化形成了对表征质量造成负面影响的测量噪声。另外，在相对湿度长期变化的情况下，因此对于相同的感兴趣的化合物和相同操作条件，一种表征变化到另一种表征，这导致了时间漂移，会让相同的感兴趣的化合物的特征彼此不同。


技术实现要素：

[0018]
本发明的目的是至少部分地弥补现有技术的缺陷，更具体而言是提供表征感兴趣的化合物的方法，该方法限制甚至消除初始阶段p1和表征阶段p2之间由测量室内相对湿度差而产生的测量噪声。
[0019]
为此，本发明的主题是用于表征引入电子鼻测量室的感兴趣的化合物的方法，该电子鼻包含至少一个具有受体的敏感位点，其受体与感兴趣的化合物通过吸附/解吸相互作用，该方法包括以下步骤：
[0020]-在第一阶段p1，将由不含感兴趣的化合物的载气形成的第一气体样品注入测量室，之后在第二阶段p2，将至少由包含所述感兴趣的化合物的载气形成的第二气体样品注入测量室；
[0021]-在所述阶段p1和p2期间，在不同的测量时间ti，确定响应于敏感位点发出的激发信号的表示存在的气体样品和敏感位点6k上受体之间的相互作用的测量信号。
[0022]
根据本发明，该方法包括以下步骤：
[0023]-第一阶段p1测量室内相对湿度的值第二阶段p2测量室内相对湿度的值其中与不同；
[0024]-确定与敏感位点(6k)相关的校正参数，至少基于：相对湿度的测量值以及预先确定的与敏感位点相关的校正函数，该校正函数将代表与第一气体样品相关的测量信号的参数的变化表示为相对湿度的函数；
[0025]-通过至少基于确定的校正参数校正与第二气体样品相关的测量信号来确定有用的信号，并基于有用的信号表征感兴趣的化合物。
[0026]
以下是这种表征方法的一些优选但非限制性方面。
[0027]
该方法可以包括确定由hk表示的校正函数的阶段，包括以下步骤：
[0028]-将第一气体样品注入测量室，使相对湿度逐渐变化，并测量相对湿度
[0029]-在注入步骤中确定测量信号之后基于确定的测量信号与每个测量的相对湿度值来确定参考值
[0030]-基于确定的参考值和测量的相对湿度值确定将参考值的变化表示为相对湿度的函数的校正函数hk。
[0031]
校正参数可以是表示测量的相对湿度的第一气体样品的测量信号sk(ti)的参考值
[0032]
确定有用的信号的步骤可包括以下子步骤：
[0033]-基于校正函数hk，确定表示测量的相对湿度的第一气体样品的测量信号的参考值
[0034]-通过从初始阶段p1确定的测量信号sk(ti∈p1)中减去确定的参考值来确定与第一个样品相关的有用的信号suk(ti∈p1)。
[0035]-基于确定的与第一个样品相关的有用的信号suk(ti∈p1)来确定参考值su
kref
。
[0036]-通过从有用的信号suk(ti∈p2)中减去确定的参考值su
kref
来确定校正的与第二
气体样品相关的有用的信号suck(ti∈p2)；基于校正的与第二气体样品相关的有用的信号suck(ti∈p2)可以对感兴趣的化合物进行表征(150)。
[0037]
该方法可包括确定由hk表示的校正函数的阶段，其包括以下步骤：
[0038]-将第一气体样品注入测量室中，从而实施多个注入循环，其中每个循环包含在相对湿度为下第一次注入第一气体样品，然后在不同于的相对湿度为下第二次注入第一气体样品，以及确定从一个循环到下一个循环变化的和之间的相对湿度差
[0039]-确定各个注入循环中的测量信号并基于各个注入循环中确定的测量信号来确定每个注入循环和每个确定的相对湿度差的参考值的差
[0040]-基于确定的参考值的差和确定的相对湿度差确定将参考值的差的变化表示为相对湿度差的函数的校正函数fk。
[0041]
校正参数可以是基于在第一阶段p1和第二阶段p2中测量的相对湿度确定的相对湿度差的参考值的差的值的总和以及与第一气体样品相关的并基于第一阶段p1确定的测量信号sk(ti∈p1)确定的参考值
[0042]
确定有用的信号的步骤可以包括从与第二气体样品相关并在第二阶段p2中确定的测量信号sk(ti∈p2)中减去校正参数。
[0043]
校正函数可以是多项式函数、对数函数或指数函数。它可以是二次多项式函数。
[0044]
电子鼻可包含用于测量感兴趣的化合物与表面等离子体共振光学受体之间的相互作用的装置。作为变体，电子鼻可以包含用于测量感兴趣的化合物与电阻、压电、机械、声学或光学受体之间的相互作用的装置。
附图说明
[0045]
本发明的其他方面、目的、优点和特点在阅读以下对其优选实施方案的详细描述时将变得更加明显，通过非限制性实例的方式描述并参考附图，其中：
[0046]
已经描述过图1a和图1b是根据现有技术和测量载体的敏感位点的一个实例的spr成像电子鼻的横截面(图1a)和俯视(图1b)的示意图和局部视图；
[0047]
图1c是根据一个实施方案的spr成像电子鼻的局部视图的示意图；
[0048]
图2是根据现有技术实例由电子鼻测量的传感图suk(t)的实例，这些传感图在此对应于与每个敏感位点6k相关的反射率变化的时间演变δ％rk(t)；
[0049]
图3a是使用根据现有技术的表征方法获得的三种相互作用模式(特征)的实例，显示了由于测量室中初始阶段p1和表征阶段p2之间的相对湿度差而导致的感兴趣的化合物表征的恶化；
[0050]
图3b是使用spr成像电子鼻在测量室中的各个相对湿度下获得的各种测量信号sk(t)的实例：即在相对湿度恒定且等于的情况下、在相对湿度恒定且等于不同于的的情况下、以及相对湿度在初始阶段p1和表征阶段p2之间从变为的情况下；
[0051]
图4是根据第一实施方案的表征方法的流程图；
[0052]
图5是将与第一气体样品(不含感兴趣的化合物的载气)相关的参考值的变化
表示为相对湿度的函数的校正函数hk的实例；
[0053]
图6示出了图3a中已经示出的三种相互作用模式(特征)，以及通过使用根据第一实施方案的表征方法获得的相互作用模式；
[0054]
图7是根据第二实施方案的表征方法的流程图；
[0055]
图8a是第一气体样品(不含感兴趣的化合物的载气)的各个注入循环的测量信号sk(t)之间的差δsk(t)的实例，每个循环包含在循环中注入具有恒定相对湿度的第一气体样品，以及在循环中注入具有不同相对湿度的相同的第一气体样品。
[0056]
图8b示出了在图8a中所示的循环中的相对湿度差
[0057]
图8c是将参考值的差的变化表示为相对湿度差的函数的校正函数hk的实例。
具体实施方式
[0058]
在图和说明书的其余部分中，使用相同的标记来表示相同或相似的元素。另外，为了使图清晰，各种元素没有按比例显示。此外，各种实施方案和变体不是相互独立的，并且可以相互组合。除非另有说明，否则术语“基本上”、“约”和“大约”表示偏差在10％以内，优选在偏差在5％以内。此外，除非另有说明，否则术语“包含在...至...”与其等同的词表示包含界限。
[0059]
本发明涉及在形成待分析气体样品的载气中存在的感兴趣的化合物的表征。表征是通过使用称为“电子鼻”的分析系统实施的，其包含：测量装置、流体供应装置、湿度传感器、和处理单元。如下详述，测量装置包含适用于接收气体样品的测量室，在所述测量室中至少有一个敏感位点，优选有多个不同的敏感位点，一个或多于一个敏感位点各自具有适于通过吸附/解吸与感兴趣的化合物相互作用的受体。
[0060]
作为说明，电子鼻使用表面等离子体共振(sfr)测量技术。测量装置包含光学传感器，光学传感器可以是图像传感器，其中测量室有多个敏感位点6k(k是所提到的敏感位点的等级)，或者可以是光电探测器，在这种情况下，测量是通过搜索表示折射率的变化的最小反射角来实施的。作为变体，可以使用其他测量技术，例如使用mems或nems电磁谐振器进行测量。更广泛的，测量装置可以是电阻、压电、机械、声学或光学测量装置。
[0061]
通常，“表征”表示获得表示气体样品中所含感兴趣的化合物与电子鼻中一个或多于一个敏感位点上的受体之间相互作用的信息。这里提到的相互作用是指导致感兴趣的化合物吸附在受体上和/或从受体上解吸的事件。这些信息因此形成了一个相互作用模式，或换句话说感兴趣的化合物的“特征”，这种模式例如可以以形成直方图或雷达图的形式可表示。更确切地说，在电子鼻包含n个不同的敏感位点的情况下，这种相互作用模式由n个代表性的取自所提到的敏感位点6k获得的测量信号的信息项形成。
[0062]
通常，感兴趣的化合物(分析物)是旨在通过电子鼻表征的元素，并被包含在气体样品中。作为说明，他们可以是细菌、病毒、蛋白质、脂质、挥发性有机分子、无机化合物等。此外，尽管敏感化合物和受体之间的化学亲和力和/或物理亲和力不一定是已知的，但受体(配体)是固定在敏感位点并表现出与感兴趣的化合物相互作用的能力的元件。不同敏感位点的受体优选地具有不同的物理/化学性质，这对他们与感兴趣的化合物之间相互作用的
能力有影响。举例来说，这可以涉及氨基酸、肽、核苷酸、多肽、蛋白质、有机聚合物等。
[0063]
参考图1a至图1c，电子鼻1在这里是光电系统，允许对包含在引入电子鼻的测量室4的气体样品中的感兴趣的化合物例如气味分子或挥发性有机物进行表征。尽管该发明并不限于此配置，但这些图示出的是本领域技术人员已知的电子鼻1基于spr技术并且在本实施例中具有kretschmann配置的特征。然而，如上所述，可以使用其他测量技术，例如测量mems或nems微共振器的共振频率，mems或nems微共振器被功能化以具有至少一个配备有受体的敏感位点。
[0064]
电子鼻1包含多个彼此不同的且位于用于接收待分析气体样品的测量室4中的敏感位点6k，这些敏感位点各自由能与待研究感兴趣的化合物相互作用的受体形成(见图1b)。敏感位点6k彼此不同，因为他们包含在化学亲和力或物理亲和力方面与待分析的感兴趣的化合物不同的受体，并且因此用于传递一个敏感位点6k与下一个敏感位点6k不同的相互作用信息。敏感位点6k是与测量载体5的不同的区域，并且可以是连续的或彼此间隔开的。电子鼻1还可以包含多个相同的敏感位点6k，例如为了检测任何测量漂移和/或允许识别有缺陷的敏感位点。
[0065]
电子鼻包含测量装置3，这里是spr成像装置，允许通过实时测量所提到的敏感位点6k的测量光学信号的强度，对每个敏感位点6k的受体与感兴趣的化合物的相互作用进行量化，该光学信号是光源7发射的激发光学信号的一部分，在这里是反射部分。由光学传感器8检测到的光学测量信号的强度，尤其和感兴趣的化合物与受体的吸附/解吸的相互作用直接相关。在用于测量nems或mems微共振器的共振频率的技术的情况下，测量信号可以是表示微束等的电信号。
[0066]
在使用spr成像进行测量的情况下，测量装置3适用于实时获取所有敏感位点6k的测量光学信号。因此，从敏感位点6k发出的响应于激发光学信号的测量光学信号以由同一光学传感器8获取的图像的形式一起实时检测。
[0067]
因此，光学测量装置3包含适用于在敏感位点6k的方向上传输激发光学信号以及在测量载体5上产生表面等离子体的光源7。光源7可以由发光二极管形成，其发射光谱具有以中心波长λc为中心的发射峰。可以在光源7和测量载体5之间放置各种光学元件(透镜、偏振器等)。
[0068]
光学测量装置3还包含图像传感器8，并且这里的图像传感器，即适用于收集或检测从敏感位点发出的响应于激发光学信号的光学信号图像的矩阵阵列光学传感器。图像传感器8是矩阵阵列光电探测器，例如cmos或ccd传感器。它因此包含像素矩阵阵列，其空间分辨率优选使多个像素获取从给定敏感位点6k发出的测量光学信号。
[0069]
处理单元(未示出)允许实施以下在表征方法上下文中描述的处理操作。它可以包含至少一个微处理器和至少一个存储器。它与光学测量装置3连通，并且更准确地说是连接至图像传感器8。它包含能够执行存储在数据存储介质上的指令的可编程处理器。它还包含至少一个包括实施表征方法所需的指令的存储器。该存储器还适用于存储在每个测量时间计算的信息。
[0070]
如下所述，处理单元特别适用于存储和处理多个被称为基本图像的在测量周期δt内以给定的采样频率fe获取的图像，以便在当前时间ti确定与敏感位点6k相关的测量信号sk(ti)。优选在测量时间ti，测量信号sk(ti)对应于由图像传感器8在与敏感部位6k相关的像
素上反射和检测的光学信号强度的平均值。如下详述，可以对一副或多于一副敏感位点6k的图像的在像素上检测到的光学强度进行平均。
[0071]
将流体供应装置2设计为在初始阶段p1向测量室4供应仅由载气形成的第一气体样品(即不含感兴趣的化合物)，以及在表征阶段p2向测量室4供应由包含感兴趣的化合物的载气形成的第二气体样品。第二气体样品与第一气体样品的主要区别在于第二气体样品包含感兴趣的化合物。可以存在一种或多于一种另外的气体，但是它们是无味的，因此它们基本不会引起电子鼻1的响应。第二气体样品中存在的另外的气体的实例可以是气相稀释剂。如参考图10所述，感兴趣的化合物可以存储在储存器10中所含的液体稀释剂中。将气相稀释剂和感兴趣的化合物加入载气(例如潮湿空气)中以形成第二气体样品。第一气体样品和第二气体样品的区别还在于他们的相对湿度值上。
[0072]
为此，如图1c所示，流体供应装置2包含用于载气的入口11和用于感兴趣的化合物的储存器10。这里，储存器10包含稀释剂，其中能找到感兴趣的化合物。它一方面包含将载气入口11和储存器10与测量室4的入口的多个流体管线连通，另一方面包含阀门和可能的质量流量调节器。因此，它允许在初始阶段p1和解离阶段p3向测量室4供应第一气体样品(例如相对湿度为的潮湿空气)，以及在表征阶段p2供应第二气体样品(例如相对湿度为的潮湿空气、感兴趣的化合物以及气相稀释剂)。它能够确保测量室中感兴趣的化合物的浓度随时间保持恒定。另外，根据一个实施方案的电子鼻还包含能够测量测量室内相对湿度的湿度传感器9。湿度传感器9可以放布置在测量室中，或其上游或下游。它连通至也可以被设计用于计算初始阶段p1和表征阶段p2之间的相对湿度差的处理单元。
[0073]
图2示出了与spr成像电子鼻的敏感位点6k相关的传感图suk(t)实例，在表征方法中，每个传感图都有所谓的常规轮廓，即它们揭示了感兴趣的化合物和受体之间平衡(即稳定)状态的存在。在这个实施例中，相对湿度在初始阶段p1和表征阶段p2之间没有显著的变化。
[0074]
传感图suk(t)对应于表征参数的时间演变，该表征参数表示感兴趣的化合物与所提到的敏感位点6k的受体之间的相互作用。它基于响应激发信号发射而从敏感位点6k发出的测量信号suk(t)的强度确定。在这个实施例中，表征参数是相对于与敏感位点6k相关的反射率％rk(t)的参考值(基线)的变化δ％rk(t)，但是在电子鼻的另一种配置中，它可以是透射系数的变化。反射率的变化δ％rk(t)在这里与所提到的敏感位点6k的折射率变化相关，这取决于感兴趣的化合物与敏感位点6k受体的吸附和解吸的相互作用。
[0075]
以已知的方式，常规轮廓传感图suk(t)表现出初始阶段p1，表征感兴趣的化合物的阶段p2，然后是解离阶段p3。传感图suk(t)的y轴值与所提到的敏感位点6k的受体数量显著成正比。
[0076]
初始阶段p1对应于从时间to至tc将第一气体样品(不包含感兴趣的化合物的载气)引入测量室。测量信号sk(t)，换句话说即在to≤t《tc之间确定的每个敏感位点6k的反射率的时间演变％r(t)，表征了测量室内每个敏感位点6k的环境。由此推导出的通常在一个敏感位点6k与下一个敏感位点6k不同的参考值s
kref
(基线)，然后从测量信号sk(t)中减去该参考值以获得有用的信号suk(t)。因此，传感图示出了有用的信号suk(t)，因此在初始阶段p1，所有敏感位点6k的suk(t)具有接近于零的相同初始值。
[0077]
注入阶段p2对应于从时间tc至时间td将第二气体样品(载气和感兴趣的化合物，以
及任选的无味气相稀释剂)引入测量室。这个阶段包含瞬时同化状态p2.1，之后是稳定的平衡状态p2.2。在这些实施例中，相对湿度在各个阶段p1、阶段p2和阶段p3期间是恒定的。
[0078]
当感兴趣的化合物被注入测量室时，瞬时同化状态p2.1对应于感兴趣的化合物与受体之间相互作用的逐渐地但呈指数级的增加(langmuir定律)。同化状态下传感图的指数级增长是由于吸附事件远多于解吸事件的事实。
[0079]
应当注意，在这方面，感兴趣的化合物a(分析物)与受体l(配体)之间的相互作用是一种可逆效应，该可逆效应特征在于感兴趣的化合物a在受体l上吸附形成感兴趣的化合物/受体la(分析物/配体)的常数ka(以mol-1
.s-1
为单位)以及对应于化合物la解离的解吸常数kb(以s-1
为单位)。kd/ka的比值形成平衡解离常数kd(以摩尔为单位)，其给出了使50％的受体l饱和的感兴趣的化合物a的浓度ca值。
[0080]
当化合物la的浓度c
la
(t)保持恒定dc
la
/dt＝0，即当常数ka与感兴趣的化合物的浓度ca(t)和受体的浓度c
l
(t)的乘积(吸附事件数)等于常数kd与化合物la浓度c
la
(t)的乘积(解吸事件数)，或换句话说当遵循下列的速率方程dc
la
/dt＝ka×
ca×cl-kd×cla
＝0时，达到稳定的平衡状态p2.2。测量信号的最大稳态值与感兴趣的化合物a的浓度ca(t)成正比。当感兴趣的化合物a的浓度ca足够时，敏感位点上的受体l可以达到饱和。
[0081]
解离阶段p3对应于从时间td开始除去测量室中感兴趣的化合物的步骤，使得化合物la的浓度通常呈指数下降。这可能涉及到将第一气体样品再次引入测量室。
[0082]
然而，在流体注入步骤中测量室内相对湿度的变化似乎形成了测量噪声，测量噪声对表征质量造成负面影响。该测量噪声是由测量室内初始阶段p1和表征阶段p2之间非0的相对湿度差造成的。因为是由表征测量室内环境的参数(这里是相对湿度)的时间演变造成的并且理论上应该随着时间保持稳定，所以它是测量噪声。
[0083]
换句话说，相对湿度可以具有在初始阶段p1中基本恒定的第一值以及在表征阶段p2中基本恒定但不同于值的第二值这里把相对湿度差定义为等于相对湿度表示测量室中存在的气体中的水蒸气含量，这里指的是载气。它是气体中所含水蒸气的分压与在相同温度下的饱和蒸气压之比。
[0084]
当第二气体样品的相对湿度与第一气体样品的相对湿度不同，例如低于第一气体样品的相对湿度时，尤其会出现这种测量噪声。因此，在初始阶段p1，第一气体样品可以是来自电子鼻环境的相对湿度为的潮湿空气。在表征阶段p2，第二气体样品由例如来自电子鼻环境的潮湿空气和来自储存器10的感兴趣的化合物形成。然而，第二空气样品的相对湿度可能与不同。这是因为环境中潮湿空气的相对湿度可能发生了变化。另一种可能的解释是相对湿度从到的变化可能是由于储存器10中顶部空间存在的气体的相对湿度。具体地，为了形成第二气体样品，将来自载气如口11的相对湿度为的潮湿空气引入储存器10，并与已经存在的气体(气相稀释剂和感兴趣的化合物)混合。然而，液相稀释剂可能是亲水的，因此它可能导致引入储存器10顶部空间的潮湿空气的相对湿度降低。因此，第二气体样品的相对湿度湿度小于
[0085]
应当注意热力学平衡可能在储存器10的顶部逐渐建立，使液相中的亲水稀释剂不再引起被引入顶部空间的潮湿气体的相对湿度降低。因此，在这种情况下，第二气体样
品将逐渐表现出与基本上相等的相对湿度使得与非零差相关的测量噪声可能表现出随时间下降的强度。尽管如此，随着时间的推移，各种连续的表征将导致不相同的特征(特征中的时间漂移)。
[0086]
在实施基于有用的信号suk(t)的表征方法，即当其包含从对应测量信号sk(t)减去参考值s
kref
(基线)步骤时，由导致的测量噪声的问题尤为显著。具体地说，这一步骤的目的是要从感兴趣的化合物的表征中排除与其环境相关的影响，特别是载气的影响。然而，虽然这个参考值s
kref
表示初始阶段p1的载气，但因为测量室中载气的物理性质可能发生了变化(相对湿度的变化)，它似乎不再一定表示表征阶段p2中的载气。
[0087]
图3a示出了表示各种气体样品的表征的3种相互作用模式或特征，该表征使用根据现有技术中的实例的表征方法来执行。这些相互作用模式m1、m2和m3在这里以(稳定)平衡值的雷达图的形式表示，其中平衡值基于稳定的平衡状态p2.2中的传感图suk(t)确定。它们允许示出相对湿度差对感兴趣的化合物表征的影响。为了获得这些相互作用模式m1、m2、m3，三次试验的载气相同，并且对应于初始相对湿度大约为12％的潮湿空气。
[0088]
第一个特征m1对应于由相对湿度等于大约50％的潮湿空气形成的气体样品，其感兴趣的化合物是丁醇分子。因此，表征方法的实施表现出测量室内相对湿度相对较大的变化，这里是从初始阶段p1中的等于大约12％的至表征阶段中的等于大约50％的因此参考值s
kref
是由第一气体样品(为12％的潮湿空气)确定的，第二气体样品(为50％的含感兴趣的化合物的潮湿空气)的平衡值是通过减去这个参考值s
kref
确定的。这种相对湿度差因此形成了测量噪声，其影响必须受到限制以便相互作用模式m1能有效地仅表示丁醇分子。
[0089]
第二个特征m2对应于由相对湿度基本上等于(即12％)的潮湿空气形成的第二气体样品，其感兴趣的化合物也是丁醇分子。通过减去与第一气体样品(相对湿度为的潮湿空气)相关的参考值s
kref
，在相对湿度变化为零的情况下，表征方法的实施可以排除气体环境的影响，从而仅表征感兴趣的化合物与受体之间的相互作用。因此，特征m2仅表示感兴趣的化合物，因为没有与相对湿度变化相关的测量噪声。应当注意特征m1没有与特征m2重叠，这表明在m1的情况下存在与相关的测量噪声。因此即使测量室内初始阶段p1和表征阶段p2之间存在相对湿度差能够校正特征m1使其趋向于仅表示感兴趣的化合物的特征m2是很重要的。
[0090]
第三个特征m3对应于仅由相对湿度等于大约50％的潮湿空气形成的气体样品。这里，在感兴趣的化合物不存在的情况下，仅通过电子鼻测量相对湿度变化对潮湿空气的表征的影响。从初始阶段p1到表征阶段p2的相对湿度增加与敏感位点6k的反射率变化δ％rk的增加相一致。应该注意特征m1(非零的潮湿空气与感兴趣的化合物)位于特征m2(非零的潮湿空气与感兴趣的化合物)与特征m3(非零的潮湿空气，不含感兴趣的化合物)之间，清楚地示出了与非零相对湿度差相关的测量噪声对感兴趣的化合物特征的影响。因此，为了提高感兴趣的化合物的表征质量，能够限制甚至消除这种测量噪声是
很重要的。
[0091]
图3b示出了各种气体样品的测量信号sk(t)的实例，因此也示出了与相对湿度差相关的测量噪声对感兴趣的化合物表征的影响。在这些实例中，载气是潮湿空气。
[0092]
测量信号对应于在初始阶段p1和表征阶段p2期间测量室中的相对湿度保持恒定并等于的情况。即相对湿度差为零。它具有一个非零的参考值其对应于当第一气体样品(相对湿度为的潮湿空气，不含感兴趣的化合物)在测量室中时电子鼻的响应。
[0093]
测量信号对应于在初始阶段p1和表征阶段p2期间测量室中的相对湿度保持恒定并等于的情况。即相对湿度差为零。这里的相对湿度大于它具有非零并与不同的参考值其对应于当第一气体样品(相对湿度为的潮湿空气，不含感兴趣的化合物)在测量室中时电子鼻的响应。
[0094]
测量信号对应于测量室中的相对湿度不恒定并且从初始阶段p1的到表征阶段p2的的情况。即相对湿度变化非零，在这里是正的。在初始阶段p1中气体样品的相对湿度为的情况下，该信号表现出与测量信号相同的参考值然而，在表征阶段p2中气体样品的相对湿度为的情况下，该信号表现出与测量信号相同的平衡值。因此，测量信号从初始阶段p1的测量信号逐渐改变至表征阶段p2的测量信号之后测量噪声表现出对应于和之间的差的量级的强度。然后涉及为了仅表征感兴趣的化合物，需要对测量噪声的测量信号进行校正，并从减去参考值
[0095]
图4示出了根据第一实施方案的用于表征感兴趣的化合物的方法的流程图，其中，由于非零相对湿度差造成测量噪声被降低甚至消除，测量室内的相对湿度差被定义在初始阶段p1的值与表征阶段p2的值之间，值与值不同。在这个实施方案中，有用的信号基于在相对湿度为的情况下与第一气体样品相关的参考值的估计值进行校正，这个估计值从校正函数hk中获得。
[0096]
在本实例中，测量室包含多个不同的敏感位点6k，但是或者也可以只包含一个。另外，由图像传感器检测到的测量信号是由敏感位点6k反射的激发光学信号部分，但也可能是透射部分。根据一个实施方案的电子鼻包含适用于测量测量室内相对湿度的湿度传感器9。湿度传感器9可以布置在测量室内或其上游或下游的流体导管中。它与确定初始阶段p1与表征阶段p2之间相对湿度差的处理单元连通。
[0097]
在初始校正阶段10，确定与每个敏感位点6k相关的校正函数hk。该校正函数将代表与仅由载气(不含感兴趣的化合物)形成的第一气体样品相关的测量信号的参数的变化表示为相对湿度的函数。更具体地说，这里的表示参数是当第一气体样品存在于测量室中时测量信号的参考值。在这里表示在校正阶段确定的测量信号的估计参考值。更具
体地说，当测量信号与其参考值和校正函数相关时，波浪符号置于字母s上。校正函数是连续函数，其可以是多项式、对数等。如下详述，在校正阶段10期间将校正函数参数化。
[0098]
在第一步骤100中，执行向电子鼻测量室注入流体的步骤。此步骤包括注入第一气体样品(不含感兴趣的化合物的载气)的第一初始阶段p1、注入第二气体样品(含感兴趣的化合物的载气)的第二表征阶段p2和之后的第三解离阶段p3。两种气体样品表现出不同的相对湿度，第一气体样品用表示，第二气体样品用表示。
[0099]
在步骤110中，对于范围从1到n的每个敏感位点6k，在当前时间ti，确定表示所提到的敏感位点6k的反射率％rk(ti)并且因此也表示电子鼻在测量室中存在一种气体样品之后又存在另一种气体样品时的响应的测量信号sk(ti)。
[0100]
为此，在注入步骤100中，获得了n个敏感位点6k的多个“基本图像”iem。更具体地说，敏感位点6k被能够在其上产生表面等离子体的激发光学信号照亮，并且检测激发光学信号的反射部分。图像传感器8与存储所获得的图像的处理单元连通。
[0101]
图像传感器8，在间隔两个连续的测量时刻t
i-1
和ti的持续时间δt上获得n个不同敏感位点的矩阵阵列的多个被称为基本图像的图像iem，m是基本图像ie的获取等级，采样频率是fe。采样频率fe可以是每秒10张图像，获取时间δt可以是几秒，例如4s。
[0102]
对于每个基本图像iem来说，处理单元通过采用与给定敏感位点6k相关的每个像素i、j获取的光学强度(ik(i,j))m的平均值来确定基本光学强度(ik)m，并计算其在获取持续时间δt内的平均值然后该平均值对应于在当前时间ti与敏感位点6k相关的测量信号sk(ti)。
[0103]
用于获取和确定测量信号sk(ti)的步骤110在流体注入步骤100中进行，并且重复多个连续的测量时间ti。每一个迭代i都与一个测量时间ti相关，ti也被称为当前时间。
[0104]
在步骤120中，在阶段p1和p2期间测量测量室内的相对湿度。为此，湿度传感器9在阶段p1和p2期间测量相对湿度并将测量值传输到处理单元。这里的相对湿度与不同。相对湿度值和可以是所提到的这个阶段或给定持续时间期间的相对湿度的平均值。相对湿度优选是在时间tc和表征阶段p2之前的时间段计算的平均值。相对湿度优选是在位于稳态p2.2期间的时间段内计算的平均值，例如在时间td和解离阶段p3之前的的时间段内。
[0105]
在步骤130中，在相对湿度为的情况下确定表示与第一气体样品相关的测量信号的参考值该参考值是基于校正函数hk和测量值计算出来的。换句话说
[0106]
在步骤140中，通过减去确定的参考值来校正与第二气体样品相关的测量信号sk(ti)，即在属于阶段p2的ti时刻。因此获得了一个有用的信号suk(ti∈p2)。因此，在该实施方案的上下文中，与第二气体样品相关的有用的信号，即包含感兴趣的化合物但经历了相对湿度的变化的有用的信号，通过使用来自校正函数hk的参考值校正它在阶段p2的测量信号sk(ti∈p2)而不是通过从中减去其参考值s
kref
来计算。具体来说，值s
kref
与阶段p1的第一气体样品的相对湿度相关，而第二气体样品的测量信号已经经历了由于差
导致的测量噪声。因此，从测量信号sk(ti∈p2)中减去参考值s
kref
不能考虑测量噪声。然而，从中减去来自校正函数hk的参考值会得到相对湿度差
[0107]
在步骤150中，感兴趣的化合物基于经校正的有用的信号suk(ti∈p2)进行表征。从这些信号中提取平衡值，即稳定值，以提供以直方图、雷达图等形式表示的形成的感兴趣的化合物的特征。
[0108]
因此，根据该实施方案的表征方法可以通过限制或甚至消除由于阶段p1和p2之间相对湿度差产生的测量噪声，来提高感兴趣的化合物的表征质量。通过使用与第一气体样品和相对湿度相关的参考值校正与第二气体样品相关的测量信号sk(ti∈p2)来计算允许表征感兴趣的化合物的有用的信号suk(ti∈p2)。这相当于在相对湿度为时估计第一气体样品的参考值然后从在步骤110中检测的测量信号sk(ti)中减去这个值。之后使感兴趣的化合物的表征更加准确和精确，因为其仅涉及感兴趣的化合物而不涉及或者只略微涉及经历其相对湿度变化的载气。
[0109]
步骤141到144可以以有利的方式实施。在电子鼻表现出传感器漂移的情况下，它们使进一步提高感兴趣的化合物的表征质量成为可能，也就是说，即使感兴趣的化合物和操作条件是相同的，电子鼻发出的测量信号也会发生变化。在这里，该传感器漂移发生在校正阶段10和表征阶段100至150之间。
[0110]
在步骤141中，在相对湿度为的情况下确定表示与第一气体样品相关的测量信号的参考值该参考值是根据校正函数hk和测量值计算出来的。换句话说，
[0111]
在步骤142中，通过减去确定的参考值来校正与第一气体样品相关的测量信号sk(ti)，即在属于阶段p1的ti时刻。因此获得有用的信号suk(ti∈p1)，使由于传感器漂移，有用的信号suk(ti∈p1)基本上不为零，虽然它应该是。
[0112]
在步骤143中，确定有用的信号suk(ti∈p1)的参考值su
kref
。这是，例如，在时间tc之前，并且因此在阶段p2之前的，在预定义的持续时间内这个有用的信号的平均值。
[0113]
在步骤144中，与第二气体样品相关的有用的信号suk(ti∈p2)通过从中减去确定的参考值su
kref
来校正。因此得到了忽略传感器漂移的校正的有用的信号suck(ti∈p2)。
[0114]
在步骤150中，感兴趣的化合物基于校正的有用的信号suk(ti∈p2)进行表征。在校正了传感器漂移的情况下，就可以得到质量提高的感兴趣的化合物的表征。
[0115]
现参考图4和图5描述校正阶段10，其中图4和图5示出了将与第一气体样品相关的参考值的变化表示为相对湿度的函数的实例。在这一阶段，使用字母s上的波浪号来区分这一阶段获得的测量信号与表征阶段获得的测量信号。
[0116]
在步骤11中，将第一气体样品注入测量室。因此，第一气体样品由载气形成，但不包含感兴趣的化合物。它有随时间变化的优选分阶段变化的非零的相对湿度
[0117]
在步骤12中，对于范围从1到n的每个敏感位点6k，在当前时间ti，确定在这里表示所提到的敏感位点6k的反射率％rk(ti)，并且因此也表示了测量室内存在第一气体样品时电子鼻的响应的测量信号此步骤类似于步骤120，因此不再进行描述。在第一气体样
品不包含任何感兴趣的化合物的情况下，测量信号不表现出瞬时同化状态p2.1和稳定的平衡状态p2.2。因此，确定与给定的相对湿度值相关的参考值是可能的。它优选是在预定义的持续时间内的平均值，其中优选是常数。
[0118]
在步骤13中，使用湿度传感器9测量相对湿度随时间的变化。
[0119]
在步骤14中，基于确定的参考值和测量的相对湿度值确定校正函数hk。图5示出了校正函数hk的实例，该函数将与第一气体样品(例如潮湿空气)相关的参考值的变化说明为相对湿度的函数。在这个实例中，校正函数是多项式函数，它的参数化，即多项式和系数的n阶的确定，在这里通过多项式回归的方式执行。也可以使用其他类型的校正函数，如对数函数、sigmoid神经网络、高斯混合模型等。因此，在校正阶段之后，获得了与每个敏感位点6k相关的校正函数hk，它使确定与给定相对湿度为的第一气体样品(例如潮湿空气)相关的参考值成为可能。
[0120]
图6示出了图3a中所示的三个特征m1、m2和m3。特征m1c对应于与特征m1相同的第二气体样品，即由相对湿度等于大约50％的潮湿空气形成的气体样品(因此相对湿度的差为)，其感兴趣的化合物是丁醇分子。特征m1是使用根据现有技术实例的表征方法获得的，而特征m1c是通过使用图4所示的表征方法获得的。应当注意，特征m1c叠加在特征m2上，这对应于阶段p1和p2之间相对湿度变化的缺失。因此，根据本发明实施方案的表征方法使减少或甚至消除与阶段p1和p2之间非零相对湿度变化相关的测量噪声成为可能。
[0121]
图7示出了根据第二实施方案的用于表征感兴趣的化合物的方法的流程图，其中，由于阶段p1和p2之间的非零相对湿度差造成的测量噪声被降低甚至消除，测量室内的相对湿度差被定义为在初始阶段p1的值与表征阶段p2的值之间，值与值不同。这种方法与图4中所描述的方法的主要区别在于，尤其是有用的信号是使用从校正函数fk中获得的参考值的差的估计值来进行校正的。
[0122]
在校正阶段100中，确定校正函数fk。这个阶段在图8a至图8c中示出。目的是确定将参考值的差的变化表示为相对湿度差的函数的校正函数fk。
[0123]
在步骤21中，实施将第一气体样品注入测量室的多个注入循环。因此，第一气体样品由载气形成，但不包含感兴趣的化合物。每个循环由注入具有恒定的且非零的相对湿度的第一气体样品，随后第二次注入具有恒定的与不同的相对湿度的第一气体样品形成。在各个循环中，相对湿度发生变化，从而获得多个相对湿度差
[0124]
在步骤22中，涉及在步骤21中获得测量信号图8a更精确地将与敏感位点61的每个循环的两次注入相关的测量信号之间的差示出为时间的函数。更具体地说，从第二次注入的测量信号中减去第一次注入的测量信号。因此，如图8a所示，差在第一次注入中为零值，在第二次注入中为非零值。
[0125]
然后确定每个循环的第一次和第二次注入之间的参考值的差这意味着确定
每个循环的第一次和第二次注入参考值并确定差值。参考值优选是在预定义阶段测量信号的平均值。
[0126]
在步骤23中，测量了每个循环中第一次和第二次注入之间的相对湿度差图8将相对湿度差的变化示出为时间的函数。应当注意在每一个第一次注入中差是零，并且在第二次注入到下一次注入是非零的并且随着时间的推移变化。
[0127]
在步骤24中，基于参考值的差的确定值和相对湿度差的测量值确定校正函数fk。图8c示出了将与第一气体样品(例如潮湿空气)相关的参考值的差的变化说明为相对湿度的函数的两个校正函数f1、f2的实例。在这个实例中，校正函数是多项式函数，它的参数化，即多项式和系数的n阶的确定，在这里通过多项式回归的方式执行。如图4的实施方案所示，还可以使用其他类型的校正函数，例如对数函数、sigmoid神经网络、高斯混合模型等。因此，在校正阶段之后，得到与每个敏感位点6k相关的校正函数fk，这使得确定与给定相对湿度差为的第一气体样品有关的参考值的差成为可能。
[0128]
接下来，实施校正阶段200至250。在步骤200中，执行向电子鼻测量室中注入流体的步骤。此步骤包含注入第一气体样品(不含感兴趣的化合物的载气)的第一初始阶段p1、注入第二气体样品(含感兴趣的化合物的载气)的第二表征阶段p2和之后的第三解离阶段p3。两种气体样品的相对湿度不同，第一气体样品用表示，第二气体样品用表示。
[0129]
在步骤210中，对于范围从1到n的每个敏感位点6k，在当前时间ti，确定表示电子鼻在测量室中存在一种气体样品之后又存在另一种气体样品时响应的测量信号sk(ti)。此步骤类似于步骤110，因此不再进行详细描述。
[0130]
在步骤220中，在阶段p1和p2期间测量测量室内的相对湿度。为此，湿度传感器9在阶段p1和p2期间测量相对湿度并将测量值传输到处理单元。这里的相对湿度与不同。然后处理单元确定相对湿度的差
[0131]
在步骤230中，基于测量的相对湿度差确定了参考值的差的估计值。如图3b所示，这个参考值的差对应于阶段p1与p2之间的相对湿度差对与第二气体样品相关的测量信号的影响。这个参考值的差是由校正函数fk和测量差计算出来的。接下来，基于测量信号sk(ti∈p1)确定与第一气体样品相关的参考值优选是在阶段p1的预定义持续时间内测量信号sk(ti∈p1)的平均值。
[0132]
在步骤240中，与第二气体样品相关的测量信号sk(ti)，即在属于阶段p2的ti时刻，通过减去测量的相对湿度差的参考值的估计值与减去与第一气体样品相关的参考值进行校正。因此获得了一个有用的信号suk(ti∈p2)。换句话说，因此，在本实施方案的上下文中，与第二气体样品即包含感兴趣的化合物但是经历了相对湿度变化的气体样品的相关的有用的信号通过校正该气体样本的测量信号sk(ti∈p2)进行计算，该校正方法是从sk(ti∈p2)中减去由相对湿
度差造成的影响和参考值因此，该实施方案使排除与相对湿度差相关的测量噪声以及排除任何传感器漂移成为可能。
[0133]
在步骤250中，感兴趣的化合物基于有用的信号suk(ti∈p2)进行表征。从这些信号中提取平衡值，即稳定值，以提供以直方图、雷达图等形式表示的形成的感兴趣的化合物的特征。
[0134]
因此，根据该实施方案的表征方法不仅可以通过限制或甚至消除由于阶段p1和p2之间相对湿度的变化产生的测量噪声，而且可以通过限制或甚至消除校正阶段和表征阶段之间的任何传感器漂移，使提高感兴趣的化合物的表征质量成为可能。之后使感兴趣的化合物的表征会变得更加准确和精确，因为其仅涉及感兴趣的化合物相关而不涉及或者只略微涉及经历过相对湿度变化的载气。
[0135]
刚刚已经描述了特定的实施方案。各种的修改和变体对本行业任何技术人员来说都是显而易见的。