專利名稱：利用用于氣體色譜分析的多維微氣體色譜儀的氣體分析物光譜銳化及分離的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體來說涉及氣體色譜，且特定來說(但非排他地)涉及借助使用個別級聯(lián)式及/或多維微氣體色譜儀(微GC)的氣體分析物光譜銳化及分離的氣體色譜。
背景技術(shù)：
氣體分析可為用于檢測氣體中的某些化學(xué)品的存在及濃度且確定所存在化學(xué)品的特定組合的意義的重要手段。舉例來說，在衛(wèi)生護理中，人所呼出的呼氣中的某些揮發(fā)性有機化合物(VOC)的存在與某些疾病相關(guān)，例如，肺炎、肺結(jié)核(TB)、哮喘、肺癌、肝病、腎病等。所述相關(guān)性尤其可作為與肺相關(guān)的疾病的證據(jù)。在其它應(yīng)用中，氣體分析可用以確定與人存在不相容的危險物質(zhì)(例如，礦井中的甲烷、一氧化碳或二氧化碳)的存在。當前氣體分析系統(tǒng)仍主要依賴于大且貴的實驗室儀器，例如，氣體色譜(GC)及質(zhì)譜法(MS)。大多數(shù)此些儀器(特別是質(zhì)譜儀)具有妨礙顯著減小其的大小的操作特性，意指當前氣體分析系統(tǒng)是大且貴的工作臺裝置。除貴且笨重以外，當前氣體分析裝置的大的大小也使得不可廣泛使用此些儀器。GC柱涂層通常是針對特定溫度及化學(xué)品而優(yōu)化，使得即使通過改變其溫度也無單個GC可分離大量化學(xué)品。由于現(xiàn)有GC為安置于實驗室中的大且重的器材，因此可需要將具有許多化學(xué)品的載體氣體發(fā)送到多個位置以用于分離，此相當大地增加成本。氣體分析物/揮發(fā)性有機化合物(VOC)濃度分布(光譜)通常在被注入到GC柱中時加寬。在應(yīng)用便攜式氣體分析中，不存在使分析物/VOC光譜銳化而不會降低檢測極限的可行解決方案。此外，當前柱聚集僅可通過將液態(tài)氮或干冰直接射到龐大的GC柱的小區(qū)段以達到聚集效果來實現(xiàn)。此方法為昂貴的且可不實施為便攜式氣體分析系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容


參考以下各圖描述本發(fā)明的非限定及非窮盡性實施例，其中除非另有說明，否則在各個視圖中相似元件符號是指相似部件。圖IA為氣體分析裝置的實施例的側(cè)視立面圖式。圖IB為圖I中所展示的氣體分析裝置的實施例的平面圖。圖2A為可在圖IA到IB中所展示的氣體分析裝置的實施例中使用的MEMS預(yù)濃縮器的實施例的剖視立面圖式。圖2B為可在圖IA到IB中所展示的氣體分析裝置的實施例中使用的MEMS預(yù)濃縮器的替代實施例的剖視立面圖式。圖3A為可在圖IA到IB中所展示的氣體分析裝置的實施例中使用的MEMS氣體色譜儀的實施例的平面式。圖3B為圖3A中所展示的MEMS氣體色譜儀的實施例大致沿剖面線B-B截取的剖視立面圖式。圖3C為圖3B中所展示的MEMS氣體色譜儀的替代實施例的剖視立面圖式。圖3D為可在圖IA到IB中所展示的氣體分析裝置的實施例中使用的氣體色譜儀的替代實施例的平面圖。圖3E為圖3D中所展示的氣體色譜儀的實施例的剖視立面圖式。圖4A為可在圖IA到IB的氣體分析裝置的實施例中使用的檢測器陣列的實施例的平面式。圖4B為圖4A中所展示的檢測器陣列的實施例大致沿剖面線B-B截取的剖視立面圖式。圖4C為圖解說明未分離或部分地分離的化學(xué)品及對部分地分離的化學(xué)品的選擇性傳感器響應(yīng)的實施例的一組曲線圖。圖5為氣體分析裝置的替代實施例與使用所述氣體分析裝置的所述實施例的系統(tǒng)的實施例的示意圖。圖6為氣體分析裝置的另一替代實施例與使用氣體分析裝置的所述實施例的系統(tǒng)的實施例的示意圖。圖7為氣體分析裝置的額外替代實施例的平面圖示意圖。圖8為氣體分析裝置的額外替代實施例的側(cè)視立面示意圖。圖9為氣體分析裝置的額外替代實施例的側(cè)視立面示意圖。圖9A為氣體分析裝置的另一額外替代實施例的平面圖示意圖。圖9B為氣體分析裝置的另一額外替代實施例的平面圖示意圖。圖10為利用光譜銳化的級聯(lián)式氣體色譜儀的實施例的示意圖。圖IlA為檢測器對應(yīng)用于氣體色譜儀的溫度分布曲線的實施例的響應(yīng)的實施例的曲線圖。圖IlB為檢測器對應(yīng)用于氣體色譜儀的溫度分布曲線的替代實施例的響應(yīng)的實施例的曲線圖。圖IlC為用于氣體色譜儀的溫度分布曲線的實施例的曲線圖。圖12A為氣體色譜儀的實施例的示意圖。圖12B到12C為檢測器對應(yīng)用于圖12A中所展示的氣體色譜儀的實施例的溫度分布曲線的各個實施例的響應(yīng)的曲線圖。
曲線圖。
圖13A為級聯(lián)式氣體色譜儀的實施例的示意圖。
圖13B到13C為可應(yīng)用于圖13A的級聯(lián)式氣體色譜儀的溫度分布曲線的實施例的
圖14A到14B為多維氣體色譜儀的實施例的示意圖。
圖15為多維氣體色譜儀的替代實施例的示意圖。
圖16為多維氣體色譜儀的另一替代實施例的示意圖。
具體實施例方式本文中描述在護理醫(yī)療應(yīng)用中用于氣體分析的設(shè)備、工藝及系統(tǒng)的實施例。在以下的說明中，描述眾多特定細節(jié)以提供對本發(fā)明的實施例的透徹理解。然而，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認識到，本發(fā)明可在不具有所述特定細節(jié)中的一者或一者以上的情況下或借助其它方法、組件、材料等來實踐。在其它例項中，雖然未詳細地展示或描述眾所周知的結(jié)構(gòu)、材料或操作，但此些眾所周知的結(jié)構(gòu)、材料或操作仍涵蓋于本發(fā)明的范圍內(nèi)。本說明書通篇所提及的“一個實施例”或“實施例”意指結(jié)合所述實施例所描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包含于本發(fā)明的至少一個實施例中。因此，本說明書中的短語“在一個實施例中”或“在實施例中”的出現(xiàn)未必全部是指同一實施例。此外，所述特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可以任一適合方式組合于一個或一個以上實施例中。圖IA及IB —起圖解說明小型(例如，手持式)氣體分析裝置的實施例100。裝置100包含襯底102，其上安裝有流體處置組合件101、耦合到流體處置組合件101內(nèi)的個別元件的控制器126及耦合到檢測器陣列110及控制器126的讀取與分析電路128。圖中所展示的實施例圖解說明襯底102上的所述元件的一個可能布置，但在其它實施例中，所述元件當然可以不同方式布置于所述襯底上。襯底102可以是為裝置100的元件提供所需物理支撐及通信連接的任一類別的襯底。在一個實施例中，襯底102可為在其表面上具有導(dǎo)電跡線的單層種類的印刷電路板(PCB)，但在其它實施例中，其可為在電路板的內(nèi)部中具有導(dǎo)電跡線的多層種類的PCB。在其它實施例(舉例來說，其中裝置100建造為單個裸片上的單體式系統(tǒng)的實施例)中，襯底102可為由硅或某一其它半導(dǎo)體制成的芯片或晶片。在另外其它實施例中，襯底102也可為其中可形成光學(xué)波導(dǎo)以支持裝置100的組件之間的光學(xué)通信的芯片或晶片。流體處置組合件101包含過濾器與閥組合件104、預(yù)濃縮器106、氣體色譜儀108、檢測器陣列110及泵112。元件104到112流體串聯(lián)耦合過濾器與閥組合件104通過流體連接116流體耦合到預(yù)濃縮器106，預(yù)濃縮器106通過流體連接118流體耦合到氣體色譜儀108，氣體色譜儀108通過流體連接120流體耦合到檢測器陣列110，且檢測器陣列110通過流體連接122耦合到泵112。如下文進一步描述，在裝置100的一個實施例中，元件104到112可為微機電(MEMS)元件或基于MEMS的元件，意指每一裝置的一些部件可為MEMS而其它部件并非MEMS。在裝置100的其它實施例中，元件104到112中的某些或所有元件無需為MEMS或基于MEMS，而可替代地為某一非MEMS芯片級裝置。如圖中由箭頭所指示,元件104到112之間的流體連接允許流體(例如,一種或一種以上氣體)經(jīng)由入口 114進入過濾器與閥組合件104、流過元件104到112流動且最后經(jīng)由出口 124排出泵112。流體處置組合件101還包含保護個別元件104到112的罩或蓋112。在所圖解說明的實施例中，形成于罩112中的通道提供所述元件之間的流體連接，但在其它實施例中，元件之間的流體連接可通過其它手段(例如，敷設(shè)管道)來提供。在另外其它實施例中，可省略罩112。過濾器與閥組合件104包含入口 114及耦合到流體連接116以使得排出過濾器與閥組合件104的流體流動到預(yù)濃縮器106中的出口。過濾器與閥組合件104包含過濾器以從經(jīng)由入口 114進入的流體移除粒子。在其中元件104到112中的一者或一者以上為MEMS
9元件的裝置100的實施例中，所述MEMS元件內(nèi)的部件的小型意指經(jīng)由入口 114進入的流體可需要經(jīng)過濾以移除此些顆粒以使得所述顆粒不進入所述MEMS元件，且將所述顆粒去除或使其變得無效。在不包含MEMS組件或其中進入入口 114的流體不含有顆粒(例如，這是因為已在裝置100外部對其預(yù)過濾)的裝置100的實施例中，可省略過濾器與閥組合件104 的過濾器部分。過濾器與閥組合件104還包含閥，以使得一旦足夠流體已穿過所述裝置，即可停止進一步經(jīng)由入口 114流動到流體處置組合件101中。停止進一步流過入口 114防止在裝置100的稍后操作期間稀釋將從預(yù)濃縮器106流出的流體(參見下文的操作說明)。在其它實施例中，過濾器與閥組合件104還可包含除濕器以從經(jīng)由入口 114進入的流體移除水蒸氣，因此改進裝置100的準確性及敏感性。預(yù)濃縮器106包含耦合到流體連接116的入口及耦合到流體連接118的出口。預(yù)濃縮器106經(jīng)由流體連接116從過濾器與閥組合件104接收流體且經(jīng)由流體連接118將流體輸出到氣體色譜儀108。當流體流過預(yù)濃縮器106時，所述預(yù)濃縮器從正經(jīng)過的流體吸收某些化學(xué)品，因此濃縮那些化學(xué)品以供稍后分離及檢測。在裝置100的一個實施例中，預(yù)濃縮器106可為MEMS預(yù)濃縮器，但在其它實施例中，預(yù)濃縮器106可為非MEMS芯片級裝置。下文結(jié)合圖2描述MEMS預(yù)濃縮器的實施例的進一步的細節(jié)。氣體色譜儀108包含耦合到流體連接118的入口及耦合到流體連接120的出口。氣體色譜儀108經(jīng)由流體連接118從預(yù)濃縮器106接收流體且經(jīng)由流體連接120將流體輸出到檢測器陣列110。當從預(yù)濃縮器106接收的流體流過氣體色譜儀108時，從所述預(yù)濃縮器接收的所述流中的個別化學(xué)品在時域上彼此分離以供稍后輸入到檢測器陣列110中。在裝置100的一個實施例中，氣體色譜儀108可為MEMS氣體色譜儀，但在其它實施例中，氣體色譜儀108可為非MEMS芯片級裝置。下文結(jié)合圖3A到3C描述MEMS氣體色譜儀108的實施例的進一步的細節(jié)。雖然在所述圖式中展示為單個色譜儀，但在其它實施例中氣體色譜儀108可為圖10以及下列等等中所展示的氣體色譜儀中的任一者。在其中氣體色譜儀108包含多個色譜儀的實施例中，可必需調(diào)整裝置100中的下游及/或上游組件的數(shù)目以與所述氣體色譜的輸入或輸出配置一致。舉例來說，如果將圖14A中所展示的色譜儀1400用作裝置100中的色譜儀108，那么可必需調(diào)整檢測器陣列110、泵112等等的數(shù)目以對應(yīng)于色譜儀1400的輸出的數(shù)目。檢測器陣列110包含耦合到流體連接120的入口及耦合到流體連接122的出口。檢測器陣列110經(jīng)由流體連接120從氣體色譜儀108接收流體且經(jīng)由流體連接122將流體輸出到泵112。當流體流過檢測器陣列110時，由氣體色譜儀108時域分離的化學(xué)品進入所述檢測器陣列且由所述檢測器陣列內(nèi)的傳感器感測其的存在及/或濃度。在裝置100的一個實施例中，檢測器陣列110可為MEMS檢測器陣列，但在其它實施例中，檢測器陣列110可為非MEMS芯片級裝置。下文結(jié)合圖4描述檢測器陣列110的實施例的進一步的細節(jié)。雖然在所述圖中展示為單個檢測器陣列，但在其它實施例中，檢測器陣列110可實際上包含多個檢測器陣列。舉例來說，在其中氣體色譜儀108為由數(shù)個個別色譜儀(例如，圖14中所展示的色譜儀1400)組成的配置的實施例中，可必需調(diào)整檢測器陣列的數(shù)目以匹配所述級聯(lián)式色譜儀的輸出配置。泵112包含耦合到流體連接122的入口以及耦合到排放口 124的出口，以使得泵112經(jīng)由流體連接122從檢測器陣列110汲取流體且經(jīng)由排放口 124將其傳回到大氣。泵112可為滿足裝置100的大小及形狀因數(shù)要求、提供所要的流率及流率控制且具有充足可靠性(即，充足平均故障間隔時間(MTBF))的任一類別的泵。在一個實施例中，泵112可為MEMS或基于MEMS的泵，但在其它實施例中，其可為另一類型的泵?？墒褂玫谋玫膶嵗≥S向泵(例如，風扇)、活塞泵及電滲泵。雖然在所述圖中是展示為單個泵，但在其它實施例中，泵112可實際上由多個泵組成。舉例來說，在其中氣體色譜儀108是由數(shù)個個別色譜 儀(例如，圖14中所展示的色譜儀1400)組成的級聯(lián)式配置的實施例中，可必需調(diào)整泵的數(shù)目以匹配所述級聯(lián)式色譜儀的輸出配置?？刂破?26以通信方式耦合到流體處置組合件101內(nèi)的個別元件以使得其可發(fā)送控制信號及/或從所述個別元件接收反饋信號。在一個實施例中，控制器126可為經(jīng)設(shè)計而專門用于所述工作的專用集成電路(ASIC)(舉例來說，CMOS控制器)，其包含處理、易失性及/或非易失性存儲裝置、存儲器及通信電路以及用以控制各種電路且與流體處置組合件101的所述元件外部通信的相關(guān)聯(lián)的邏輯。然而，在其它實施例中，控制器126可替代地為其中在軟件中實施所述控制功能的通用微處理器。在所圖解說明的實施例中，控制器126通過襯底102的表面上或其內(nèi)部中的導(dǎo)電跡線130而電耦合到流體處置組合件101內(nèi)的個別元件，但在其它實施例中，控制器126可通過其它手段(例如，光學(xué))耦合到所述元件。讀出與分析電路128耦合到檢測器陣列110的輸出以使得其可從檢測器陣列110內(nèi)的個別傳感器接收數(shù)據(jù)信號且處理并分析此些數(shù)據(jù)信號。在一個實施例中，讀出與分析電路128可為經(jīng)設(shè)計而專門用于所述工作的專用集成電路(ASIC)(例如，CMOS控制器)，其包含處理、易失性及/或非易失性存儲裝置、存儲器及通信電路以及用以控制各種電路且與外部通信的相關(guān)聯(lián)的邏輯。然而，在其它實施例中，讀出與分析電路128可替代地為其中在軟件中實施所述控制功能的通用微處理器。在一些實施例中，讀出與分析電路128還可包含信號調(diào)節(jié)及處理元件(例如，放大器、過濾器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器等)以用于由讀出與分析電路128預(yù)處理從檢測器陣列110接收的數(shù)據(jù)信號及對從所接收數(shù)據(jù)產(chǎn)生或提取的數(shù)據(jù)進行后處理兩者。在所述所圖解說明的實施例中，讀出與分析電路128通過定位于襯底102的表面上或其內(nèi)部中的導(dǎo)電跡線132電耦合到檢測器陣列110，但在其它實施例中，控制器126可通過其它手段(例如，光學(xué)手段)耦合到所述元件。讀出與分析電路128還耦合到控制器126且可將信號發(fā)送到控制器126且從其接收信號以使得所述兩個元件可協(xié)調(diào)且優(yōu)化裝置100的操作。雖然所圖解說明的實施例將控制器126及讀出與分析電路128展示為物理上單獨的單元，但在其它實施例中，所述控制器與所述讀出及分析電路可組合于單個單元中。在裝置100的操作中，首先給所述系統(tǒng)通電且將任一所需邏輯(即，軟件指令)加載到控制器126及讀出與分析電路128中且將其初始化。在初始化之后，打開過濾器與閥單元104中的閥且設(shè)定泵112以允許流過所述流體處置組合件。然后，流體經(jīng)由入口 114以某一流率及/或在某一時間量內(nèi)輸入到流體處置組合件101 ;所需的時間量通常將由預(yù)濃縮器106產(chǎn)生(正確定其存在及/或濃度的)特定分析物(例如，化學(xué)品或V0C)的充足濃度所需的時間來確定。當流體經(jīng)由入口 114輸入到所述系統(tǒng)時，其由過濾器與閥組合件104過濾且借助流體處置組合件101內(nèi)的元件104到112之間的流體連接而流過此些元件。在流過元件104到112之后，所述流體經(jīng)由排放口 124排出所述流體處置組合件。
在已經(jīng)由入口 114輸入所需量的流體之后，關(guān)閉過濾器與閥組合件104中的閥以防止進一步輸入流體。在關(guān)閉閥之后，預(yù)濃縮器106中的加熱器啟動以加熱所述預(yù)濃縮器。所述熱釋放由所述預(yù)濃縮器吸收且濃縮的所述化學(xué)品。當從預(yù)濃縮器106釋放所述化學(xué)品時，啟動泵112以將所釋放的化學(xué)品汲取經(jīng)過氣體色譜儀108及檢測器陣列110且經(jīng)由排放口 124輸出所述化學(xué)品。泵112的啟動還防止回流過流體處置組合件101。 當泵112將從預(yù)濃縮器106釋放的化學(xué)品汲取氣體色譜儀108時，所述色譜儀在時域上將不同化學(xué)品彼此分離-即，在不同時間從所述氣體色譜儀輸出不同化學(xué)品。當不同化學(xué)品在時間上分離地排出氣體色譜儀108時，每一化學(xué)品均進入MEMS檢測陣列110，其中所述檢測陣列中的傳感器檢測每一化學(xué)品的存在及/或濃度。氣體色譜儀108中所執(zhí)行的時域分離相當大地增強了 MEMS檢測陣列110的準確性及敏感性，這是因為其防止眾多化學(xué)品同時進入所述檢測陣列且因此防止所述陣列內(nèi)的所述傳感器中的交叉污染及可能干涉。當MEMS檢測陣列110內(nèi)的個別傳感器與進入的經(jīng)時域分離的化學(xué)品相互作用時，所述檢測陣列感測所述相互作用且將信號輸出到讀出與分析電路128，讀出與分析電路128然后可使用所述信號來確定所述化學(xué)品的存在及/或濃度。當讀出與分析電路128已確定所感興趣的所有化學(xué)品的存在及/或濃度時，其可使用各種分析技術(shù)(例如，相關(guān)性及型式匹配)從存在的化學(xué)品及其的濃度的特定組合提取某一意義。圖2A圖解說明可用作裝置100中的預(yù)濃縮器106的MEMS預(yù)濃縮器的實施例200。預(yù)濃縮器200包含襯底202，襯底202具有接合到其且圍繞所述襯底的外圍密封以形成腔206的蓋板204。襯底202已在其中形成有在一個側(cè)上的入口 208、在不同側(cè)上的出口 210及其中具有吸收劑的袋狀物212。在一個實施例中，襯底202為硅襯底，但在其它實施例中，襯底202當然可由其它材料制成。在襯底202的與其中附接有蓋板204的側(cè)相對的側(cè)上形成加熱器216。在其中襯底202係硅的實施例中，可使用標準光刻圖案化及蝕刻來形成入口 208、出口 210及袋狀物212。雖然所圖解說明的實施例展示七個袋狀物212a到212g，但所需袋狀物的數(shù)目取決于待吸收且濃縮的不同化學(xué)品的數(shù)目及所用吸收劑的性質(zhì)。在其中每一吸收劑僅吸收一種化學(xué)品的實施例中，袋狀物212的數(shù)目可確切地對應(yīng)于待吸收且濃縮的化學(xué)品的數(shù)目，但在其中每一吸收劑僅吸收一種化學(xué)品的其它實施例中，可使用較大數(shù)目個袋狀物以增加吸收面積。在其中每一吸收劑可吸收一種以上化學(xué)品的另外其它實施例中，可使用較少數(shù)目個袋狀物。每一袋狀物212在其內(nèi)部具有對應(yīng)的吸收劑214-袋狀物212a具有吸收劑214a，袋狀物212b具有吸收劑214b，等等。雖然在所圖解說明的實施例中展示為粒狀吸收劑，但在其它實施例中，吸收劑214可為袋狀物212的壁上的涂層或可為部分地或完全地填充每一袋狀物212的連續(xù)物質(zhì)。其它實施例可包含粒狀、壁涂層或連續(xù)填充吸收劑的組合。每一吸收劑可針對一種或一種以上特定化學(xué)品具有化學(xué)親和性，意指所用的確切吸收劑將取決于待吸收且濃縮的化學(xué)品的數(shù)目及性質(zhì)?？墒褂玫奈談┑膶嵗亢?cabopack)B、石墨化炭黑X等。在裝置100中的MEMS預(yù)濃縮器200的操作期間，來自過濾器與閥組合件104的流體經(jīng)由入口 208進入、穿過袋狀物212a中的吸收劑214a且進入腔206。蓋板204幫助將進入腔206的流體導(dǎo)引到不同袋狀物212b到212g中且經(jīng)過吸收劑214b到214g直到所述流體減去由吸收劑214a到214g吸收的化學(xué)品、經(jīng)由出口 210排出所述預(yù)濃縮器為止。一旦足夠流體已流過所述預(yù)濃縮器，即關(guān)閉過濾器與閥組合件104中的閥以防止進一步流過入口 208。然后，啟動加熱器216。加熱器216加熱吸收劑214a到214f，從而致使其經(jīng)由例如除氣等工藝釋放所吸收的化學(xué)品。與啟動加熱器216同時地或此后不久，啟動泵112，從而 將經(jīng)由出口 210釋放的化學(xué)品汲取到氣體色譜儀108。圖2B圖解說明MEMS預(yù)濃縮器的替代實施例250。MEMS預(yù)濃縮器250在許多方面類似于MEMS預(yù)濃縮器200。所述兩者的主要差異為在MEMS預(yù)濃縮器250中，蓋板252直接接合到襯底202而未形成在蓋板204中所見的腔206。在MEMS預(yù)濃縮器250的一個實施例中，在襯底202中的不同袋狀物212之間可存在通道/開口 252以允許流體流過鄰近袋狀物。在MEMS預(yù)濃縮器250的操作中，流體經(jīng)由入口 208進入、經(jīng)由袋狀物之間的通道/開口 252穿過不同的袋狀物212a到212g且最后經(jīng)由出口 210排出所述預(yù)濃縮器。圖3A到3B圖解說明可用作裝置100中的GC 108的個別MEMS氣體色譜儀的實施例300。MEMS氣體色譜儀300包含襯底302，襯底302具有在一個側(cè)上的入口 306、在不同側(cè)上的出口 308及在其壁上具有固定相涂層的分離柱310。蓋板304接合到襯底302以密封柱310。在一個實施例中，襯底302為硅襯底，但在其它實施例中，襯底302當然可由其它材料制成。在其中襯底302為硅的實施例中，可使用標準光刻圖案化及蝕刻(例如，深反應(yīng)性離子蝕刻(DRIE))來形成入口 306、出口 308及柱310。在襯底302的與其中附接有蓋板204的側(cè)相對的側(cè)上形成溫度控制件314。在一個實施例中，溫度控制件與色譜儀300集成且可包含加熱元件及/或冷卻元件或能夠進行加熱及冷卻兩者的元件(例如，帕耳帖(Peltier)裝置或熱電冷卻器(TEC))。在其中GC 300較小(在一個實施例中為 I英寸范圍)的實施例中，可借助此些裝置將其迅速地加熱及冷卻。溫度控制件314還可包含一個或一個以上溫度傳感器316以允許對溫度控制件314的監(jiān)測及/或反饋控制。通道或柱310提供從入口 306到出口 308的連續(xù)流體路徑，且柱310的壁中的一些或所有壁涂布有可與由所述色譜儀分離的所述化學(xué)品相互作用的固定相涂層，或換句話說，所述柱壁針對所要的氣體分析涂布有具有特定選擇性/分離能力的特定材料。多徹底及多快地從所述流體分離化學(xué)品取決于所述固定相涂層、柱310的總路徑長度及溫度。對于既定固定相涂層，所述柱越長，所述化學(xué)品光譜分離得越佳，但長柱也延長分離時間。因此，對于既定應(yīng)用，所需路徑長度通常將通過在涂層、柱長度與溫度之間的折衷來確定。所圖解說明的實施例將柱310展示為螺旋柱，其中所述柱路徑長度將取決于螺旋線圈的數(shù)目。然而，在其它實施例中，柱310可以不同方式成形。在一個實施例中，柱310的長度可介于Im與IOm之間，但在其它實施例中，可超出此范圍。在所圖解說明的MEMS GC中，柱310可通過對硅晶片、玻璃晶片、PCB板或任一類型的襯底的微機械加工或微機電系統(tǒng)(MEMS)工藝來形成。在裝置100中的MEMS氣體色譜儀300的操作期間，來自預(yù)濃縮器106的流體經(jīng)由入口 306進入且穿過柱310。當流體穿過柱310時，流體中的不同化學(xué)品以不同速率與固定相涂層312相互作用，意指所述化學(xué)品在行進經(jīng)過所述柱之后被分離，其中首先分離與所述固定相強烈地相互作用的化學(xué)品且最后分離與所述固定相微弱地相互作用的化學(xué)品。換句話說，與所述固定相強烈地相互作用的化學(xué)品在所述固定相中保存得較長，而與所述固定相微弱地相互作用的化學(xué)品在所述固定相中保存較少時間。在氣體色譜儀300的一些實施例中，可根據(jù)分子量發(fā)生此時域分離(例如，首先分離具有最低分子量的化學(xué)品，后續(xù)接著具有較高分子量的化學(xué)品)，但在其它實施例中，其可根據(jù)其它化學(xué)特性或其它分離機制發(fā)生。當化學(xué)品已經(jīng)時域分離時，泵112經(jīng)由出口 308將其從MEMS氣體色譜儀300汲取出。一般來說，化學(xué)品以與其分離相反的次序經(jīng)由出口 308排出-即，具有低保留時間的化學(xué)品首先排出，而具有較高保留時間的化學(xué)品稍后排出。在離開出口 308之后，所述化學(xué)品進入檢測器陣列110。圖3C圖解說明個別氣體色譜儀的替代實施例350。氣體色譜儀350在大多數(shù)方面類似于圖3B中所展示的氣體色譜儀300。氣體色譜儀300與氣體色譜儀350之間的主要差異為溫度控制件的配置。在氣體色譜儀350中，溫度控制件352未集成到所述色譜儀中，而替代地為熱耦合到所述色譜儀的外部組件，例如，帕耳帖裝置、熱電冷卻器(TEC)或加熱及/或冷卻板。舉例來說，可使用導(dǎo)熱粘合劑或借助熱接口材料來實現(xiàn)外部溫度控制件352與所述色譜儀之間的熱耦合。如同溫度控制件314，溫度控制件352可包含一個或一個以上溫度傳感器354以監(jiān)測溫度及/或提供對所述溫度控制件的反饋控制。由于所述GC較小(在一個實施例中為大約I英寸范圍，但并不限于此范圍)，因此可借助經(jīng)集成或外部溫度控制件來事先較快的加熱及冷卻控制。圖3D及3E —起圖解說明個別氣體色譜儀的替代實施例380。氣體色譜儀380與氣體色譜儀350之間的主要差異為在色譜380中形成常規(guī)色譜柱而非MEMS色譜柱。氣體色譜儀380包含其中具有腔或開口 384的襯底382。將色譜柱386定位于腔384內(nèi)，在一個實施例中，所述色譜柱可使用常規(guī)色譜中所用的盤繞的毛細管道來形成。在一個實施例中，柱386的長度可為從Im到10m，但在其它實施例中，由于更龐大的配置可必需將所述長度限制為Im到3m。將溫度控制件390接合到襯底382以關(guān)閉腔384，因此圍封柱386。在一個實施例中，如針對圖3C中所展示及描述，溫度控制件390可為外部溫度控制件且可包含一個或一個以上溫度傳感器388以監(jiān)測溫度及/或提供對所述溫度控制件的反饋控制。GC 380可以較小的大小封裝以實現(xiàn)較快的加熱及冷卻控制。氣體色譜儀380的操作類似于圖3C中所展示的氣體色譜儀350。氣體色譜儀380與氣體色譜儀350之間的主要差異為色譜柱的形成。替代使用MEMS制作的柱芯片，所述柱可由常規(guī)色譜中所用的盤繞的毛細管道形成。然后，如圖3D中所展示，所述柱由溫度控制件381圍封。此GC可以小的大小封裝以實現(xiàn)較快的加熱及冷卻控制。圖4A到4B圖解說明可用作裝置100中的檢測器陣列110的檢測器陣列的實施例400。檢測器陣列400包含襯底402，其中所述襯底上形成有傳感器SI到S9的陣列。在所圖解說明的實施例中，傳感器SI到S9形成規(guī)則形狀的3 X 3傳感器陣列，但在其它實施例中，所述傳感器陣列可具有較大或較少數(shù)目個傳感器，且所述傳感器可布置成任一圖案(規(guī)則或不規(guī)則)。將蓋404接合到襯底402的外圍以形成使傳感器SI到S9位于其內(nèi)的腔410。蓋404還包含入口 406，流體可經(jīng)由其從氣體色譜儀108進入；及出口 408，流體可經(jīng)由其排出到泵112。在襯底402的與其中附接有蓋404的側(cè)相對的側(cè)上形成加熱器412以在操作期間控制檢測器陣列400的溫度且借此控制所述檢測器陣列內(nèi)的傳感器的溫度。雖然所述圖中未展示，但檢測器陣列400當然包含可通過其輸出由傳感器SI到S9產(chǎn)生的信號以供處理的輸出。每一傳感器SI到S9均包含其上具有涂層的表面。所用的每一涂層將針對正檢測的特定化學(xué)品中的一種或一種以上具有親和性，以使得所述涂層吸收其對應(yīng)化學(xué)品(一種或一種以上)或與其化學(xué)地相互作用。涂層與化學(xué)品之間的相互作用又改變傳感器的物理性質(zhì)(例如，諧振頻率、電容或電阻)，且可使用變換器或其它測量裝置來測量所述傳感器的經(jīng)改變物理性質(zhì)。所選擇的用于傳感器SI到S9的特定涂層將取決于傳感器陣列110將用以檢測的化學(xué)品。涂層的化學(xué)親和性也隨溫度而強烈地變化，以致應(yīng)在選擇涂層時考慮操作溫度范圍。在其中傳感器陣列110將用以檢測人呼氣中的揮發(fā)性有機化合物-例如，苯、甲苯、正-辛烷、乙基苯、間，對-二甲苯、α-菔烯、d-檸檬烯、壬醛及苯甲醛、2-甲基己烷、4-甲基辛烷等的實施例中，可用于不同應(yīng)用中的涂層包含2，2_雙三氟甲基-4，5-二氟-1，3-間二氧雜環(huán)戊烯(I3DD)及四氟乙烯(TFE)、PtC12(烯烴)、C8-MPN等的非晶共聚物。雖然所圖解說明的實施例具有九個傳感器，但所需傳感器的數(shù)目取決于待檢測的不同化學(xué)品的數(shù)目及所述傳感器上所用的涂層的性質(zhì)。在其中每一涂層僅吸收一種化學(xué)品或僅與一種化學(xué)品化學(xué)地相互作用的實施例中，傳感器的數(shù)目可確切地對應(yīng)于待檢測的化學(xué)品的數(shù)目，但在其它實施例中，可期望在一個以上傳感器上具有既定涂層以用于冗余。然而，在大多數(shù)情況下，在化學(xué)品與涂層之間不存在一對一的相關(guān)性；換句話說，每一涂層與一種以上不同化學(xué)品反應(yīng)且不同化學(xué)品與既定涂層之間的反應(yīng)將在性質(zhì)及強度上變化。因此，可使用具有帶有不同涂層的傳感器的檢測器陣列，這是因為所述檢測器陣列的響應(yīng)可針對不同氣體而具有不同型式。在傳感器陣列400的一個實施例中，傳感器SI到S9是定位于襯底402的表面上的MEMS傳感器，意指其為表面微機械加工式傳感器。然而，在使用MEMS傳感器的其它實施例中，傳感器SI到S9可為體微機械加工式傳感器，意指所述MEMS傳感器中的至少一些傳感器形成于襯底402內(nèi)而非所述表面上。使用MEMS傳感器的傳感器陣列110的另外其它實施例可包含表面微機械加工式傳感器與體微機械加工式傳感器的組合?？墒褂貌煌愋偷腗EMS傳感器，此取決于應(yīng)用及所需敏感性?？墒褂玫腗EMS傳感器的實例包含化敏電阻器、體聲波(BAW)傳感器等。在檢測器陣列400的其它實施例中，傳感器SI到S9中的一者或一者以上可為非MEMS傳感器?？捎糜跈z測器陣列400中的非MEMS傳感器的實例包含具有石英或砷化鎵(GaAs)襯底的石英晶體微天平(QCM)或表面聲波(SAW)傳感器。在裝置100中的MEMS檢測器陣列400的操作期間，來自氣體色譜儀108的流體經(jīng)由入口 406進入且行進到腔410中。進入腔410的流體攜載經(jīng)時域分離的化學(xué)品。當每一化學(xué)品進入腔410時，所述化學(xué)品與其涂層針對所述化學(xué)品具有親和性的一個或一個以上傳感器相互作用。感測且測量所述化學(xué)品與所述傳感器的相互作用，且可提取特定化學(xué)品的存在及濃度。當更多流體流動到腔410中時，經(jīng)由出口 408從腔410推出第一種化學(xué)品，且具有下一種經(jīng)時域分離的化學(xué)品的流體進入腔410、與所述傳感器陣列相互作用且被測量。此工藝繼續(xù)直到來自氣體色譜儀108的所有經(jīng)時域分離的化學(xué)品均已流過檢測器陣列110為止。在其中所述涂層針對其化學(xué)品的親和性并不強烈的一些實施例中，可再使用檢測器陣列110 :在已感測所有經(jīng)時域分離的化學(xué)品之后，可啟動加熱器412以加熱所述傳感器且致使所述涂層釋放所述涂層與其相互作用的相應(yīng)化學(xué)品，使所述相互作用可逆。在其中每一涂層針對其化學(xué)品的親和性可為強烈的實施例中，加熱所述傳感器陣列可幫助從所述涂層材料釋放經(jīng)部分吸收的氣體。圖4C圖解說明裝置100中的檢測器陣列400的操作的替代實施例。在此操作實施例中，可通過選擇個別檢測器SI到S9的化學(xué)敏感性，使用檢測器陣列400檢測GC 108未分離或未完全分離(例如，部分地分離)的分析物(例如，例如氣體或揮發(fā)性有機化合物(VOC)的化學(xué)品)。頂部曲線解說明GC 108的輸出的實例。在此實例中，流過系統(tǒng)100的流體含有7種分析物，但GC 108不可完全分離所有7種分析物GC 108已完全分離分析物I到3，如所述曲線圖上的分析物的窄峰所指示；但不可完全分離分析物4到5，也不可分離分析物6到7，如所述曲線圖中的分析物的寬峰所指示。在此實例中，仍然可通過選擇檢測器陣列400中對GC 108不可分離的分析物具有選擇性(或換句話說，對可完全分離的分析物無響應(yīng))的個別檢測器SI到S9來正確地檢測出分析物4到7。舉例來說，圖4C中的第二曲線解說明檢測器S4的響應(yīng)，其中檢測器S4經(jīng)選擇而對分析物5到7無響應(yīng)，以便檢測器S4可檢測出即使未由GC 108完全分離的分析物4。類似地，圖4C中的第三曲線解說明檢測器S5的響應(yīng)，其中檢測器S5經(jīng)選擇而對分析物4及7無響應(yīng)，以便檢測器S5可檢測出即使未由GC 108完全分離的分析物5及6。最后，圖4C中的最后曲線解說明檢測器S6的響應(yīng)，其中檢測器S6經(jīng)選擇而對分析物4、5及6無響應(yīng)，以便檢測器S6可檢測出即使未由GC 108完全分離的分析物7。以此方式，GC 108及檢測器陣列有效地協(xié)作而分離GC 108不可單獨分離的化學(xué)品。圖5圖解說明使用基于MEMS的氣體分析裝置的替代實施例502的系統(tǒng)的實施例500。裝置502在大多數(shù)方面類似于裝置100。裝置502與裝置100之間的主要差異為裝置502中存在無線收發(fā)器電路504及安裝于襯底102上的天線506。無線收發(fā)器電路504可既發(fā)射(Tx)數(shù)據(jù)又接收(Rx)數(shù)據(jù)且耦合到讀取與分析電路128及天線506。在系統(tǒng)500的一個實施例中，可使用收發(fā)器504來將原始數(shù)據(jù)從讀取與分析電路128無線發(fā)射到路由器508及計算機510中的一者或兩者。當發(fā)射到路由器508時，然后可將所述數(shù)據(jù)再發(fā)射到另一目的地以用于分析。舉例來說，在其中裝置502用于與衛(wèi)生相關(guān)的化學(xué)分析的應(yīng)用中，可將發(fā)送到路由器508的數(shù)據(jù)再發(fā)射到醫(yī)生辦公室、醫(yī)院、政府衛(wèi)生部門或其它某一場所中的一者或一者以上以用于分析及解釋。在完成分析之后或當數(shù)據(jù)存在問題時，醫(yī)生辦公室、醫(yī)院或衛(wèi)生部門可經(jīng)由路由器508、天線506及收發(fā)器504將指令發(fā)送到裝置502以發(fā)信號通知所述結(jié)果、嘗試改正或改進所述數(shù)據(jù)或者發(fā)信號通知必須再次執(zhí)行所述測試。繼續(xù)所述同一衛(wèi)生護理實例，在系統(tǒng)500的同一或另一實施例中，可使用無線收發(fā)器504將原始數(shù)據(jù)發(fā)射到計算機510。計算機510可如所述路由器所做將所述原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到醫(yī)生、醫(yī)院等，或可借助其上所安裝的軟件來分析所述數(shù)據(jù)以提供從所述數(shù)據(jù)提取的信息(例如，一個或一個以上可能的醫(yī)療診斷)且將提取的信息提供給裝置502的用戶。當其提供分析及醫(yī)療診斷時，計算機510也可將所述診斷單獨地或與所述分析及原始數(shù)據(jù)一起轉(zhuǎn)發(fā)到醫(yī)生、醫(yī)院等。如同所述路由器，醫(yī)生辦公室、醫(yī)院或衛(wèi)生部門可經(jīng)由計算機510、天線506及收發(fā)器504將指令發(fā)送到裝置502以嘗試改正或改進所述數(shù)據(jù)、發(fā)信號通知必須再次執(zhí)行所述測試等。再次繼續(xù)所述同一衛(wèi)生護理實例，在系統(tǒng)500的仍另一實施例中，可處理所述原始數(shù)據(jù)且讀取與分析電路128從所述數(shù)據(jù)提取例如可能診斷的信息。然后，由讀取與分析電路128確定的所述可能診斷可被發(fā)送到待由用戶閱讀的計算機510及/或轉(zhuǎn)發(fā)，或者可立即單獨地或與支持的原始數(shù)據(jù)一起轉(zhuǎn)發(fā)到醫(yī)生辦公室等。圖6圖解說明使用基于MEMS的氣體分析裝置的替代實施例602的系統(tǒng)的實施例600。裝置602在大多數(shù)方面類似于裝置502。裝置502與裝置602之間的主要差異為無線收發(fā)器電路504及天線506用耦合到讀取與分析電路128的硬件數(shù)據(jù)接口 604進行替換。在一個實施例中，硬件數(shù)據(jù)接口 604可為網(wǎng)絡(luò)接口卡，但在其它實施例中，硬件數(shù)據(jù)接口可為以太網(wǎng)絡(luò)卡、簡單電纜插頭等。外部裝置可經(jīng)由例如電纜等傳統(tǒng)手段連接到裝置602。雖然其具有不同的通信接口，但裝置602及系統(tǒng)600具有與裝置502及系統(tǒng)500相同的全部功能性。如同系統(tǒng)500，在系統(tǒng)600中，基于MEMS的氣體分析裝置602可將數(shù)據(jù)發(fā)射到計算機608及無線裝置606 (例如，蜂窩式電話或個人數(shù)字助理(PDA))中的一者或兩者且從其接收數(shù)據(jù)。當發(fā)射到無線裝置606時，然后可將所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到醫(yī)生辦公室、醫(yī)院或政府衛(wèi)生部門，且所述數(shù)據(jù)的接收方可又經(jīng)由所述無線裝置將數(shù)據(jù)或指令發(fā)送回到氣體分析裝置602。如在系統(tǒng)500中，當將數(shù)據(jù)發(fā)射到計算機608時，其可由所述計算機轉(zhuǎn)發(fā)或可由所述計算機分析，且針對用戶顯示及/或轉(zhuǎn)發(fā)的結(jié)果及指令可經(jīng)由計算機608發(fā)射到裝置602。類似地，來自氣體分析裝置602的數(shù)據(jù)可由讀取與分析電路128分析。在由電路128分析之后，所提取的信息(例如，一個或一個以上診斷)及/或原始數(shù)據(jù)可經(jīng)由硬件數(shù)據(jù)接口 604轉(zhuǎn)發(fā)。圖7圖解說明基于MEMS的氣體分析裝置的替代實施例700。裝置700在大多數(shù)方面類似于裝置100。系統(tǒng)700與裝置100之間的主要差異為裝置700包含機載顯示器702以用于將由讀取與分析電路128所執(zhí)行的分析的結(jié)果傳達給用戶。所圖解說明的實施例使用可將文本信息傳達給用戶的機載文本顯示器702(舉例來說，IXD屏幕)。舉例來說，在衛(wèi)生護理實例中，可使用顯示器702來以指示患者的情況的模擬數(shù)字顯示測試結(jié)果。顯示器702可指示陽性或陰性診斷、可指示既定診斷的可能性或可指示來自所述檢測器陣列的原始數(shù)據(jù)。在另一衛(wèi)生護理實施例中，可使用更簡單的顯示器，例如，具有三個燈的顯示器，所述燈取決于哪個燈接通而指示陽性、陰性或不確定的結(jié)果O圖8圖解說明基于MEMS的氣體分析裝置的替代實施例800。裝置800在大多數(shù)方面類似于裝置100。裝置800與裝置100之間的主要差異為在裝置800中流體處置組合件101的一個或一個以上元件為可替換的。在所圖解說明的實施例中，使所述元件可通過使用以下插座將其安裝到襯底102上來替換過濾器與閥組合件104通過插座804安裝到襯底102、預(yù)濃縮器通過插座804安裝到襯底102、氣體色譜儀108通過插座808安裝到襯底102、檢測器陣列110通過插座810安裝到襯底102且泵112通過插座812安裝到襯底102。在一個實施例中，插座804到812為準許由用戶容易地替換的插座(例如，零插力(ZIF)插座)，但在其它實施例中，可使用其它類型的插座。雖然所圖解說明的實施例展示流體處置組合件101的所有組件為可替換的，但在其它實施例中，可僅使所述組件中的一些組件(例如，泵112及檢測器陣列110)為可替換的。圖9圖解說明基于MEMS的氣體分析裝置的替代實施例900。氣體分析裝置900在大多數(shù)方面類似于裝置100。裝置900與裝置100之間的主要差異為裝置900包含提供外部預(yù)濃縮器902 (即，安裝于襯底102上的預(yù)濃縮器)。在所展示的實施例中，將閥904放置于預(yù)濃縮器106與氣體色譜儀108之間，且采取措施以將外部預(yù)濃縮器902附接到所述閥。替代機載預(yù)濃縮器106或除機載預(yù)濃縮器106以外，閥904還允許用戶使用外部預(yù)濃縮器902。在一個實施例中，外部預(yù)濃縮器902未呼氣收集袋，但在其它實施例中，其可為不同的某物。在裝置900的替代實施例(未展示)中，預(yù)濃縮器106可永久地移除且由外部預(yù)濃縮器902替換。在其中外部預(yù)濃縮器902替換預(yù)濃縮器106的另一實施例中，替代在預(yù)濃 縮器106與氣體色譜儀108之間插入閥，可將外部預(yù)濃縮器902耦合于過濾器與閥組合件104的上游。圖9A圖解說明氣體分析裝置的另一替代實施例950。氣體分析裝置950在大多數(shù)方面類似于裝置100。裝置950與裝置100之間的主要差異為裝置950在介于預(yù)濃縮器106與氣體色譜儀(GC) 108之間的流體連接中包含三通閥TVl以及將三通閥TVl耦合到檢測器陣列(DA) 110與泵112之間的流體連接的流體連接952。三通閥TVl及流體連接952給裝置950提供用于不同操作模式的不同流體路徑。當裝置950以取樣模式操作(例如，收集呼出樣品用于分析)時，三通閥TVl經(jīng)設(shè)定以使得流體沿以S標示的虛線所展示的流動路徑流過裝置950。在取樣模式中，流體進入裝置950且穿過過濾器/閥104且穿過預(yù)濃縮器106。在所述預(yù)濃縮器之后，三通閥TVl將所述流動轉(zhuǎn)向到流體連接952中，以使得所述流動繞過GC 108及DA 110且去往到泵112的入口中，然后泵112將所述流體排放到大氣。當裝置950以分析模式操作(例如，當分離例如VOC等分析物時)時，三通閥TVl經(jīng)設(shè)定以使得流體沿以A標示的虛線所展示的流動路徑流過裝置950。在分析模式中，流體進入裝置950且穿過過濾器/閥104且穿過預(yù)濃縮器106。在所述預(yù)濃縮器之后，三通閥TVl經(jīng)設(shè)定將所述流動引導(dǎo)到GC 108中而非流體連接952中。在穿過GC 108之后，所述流動繼續(xù)進入到DA 110中以用于分析且然后去往到泵112中，此后，其被排放到大氣。圖9B圖解說明氣體分析裝置的另一替代實施例975。氣體分析裝置975在大多數(shù)方面類似于裝置100。裝置975與裝置100之間的主要差異為裝置975包含用以針對不同操作模式提供不同流體路徑的額外元件。裝置975包含在過濾器/閥單元104與預(yù)濃縮器106之間的流體連接中的第一三通閥TV2以及在PC 106與氣體色譜儀(GC) 108之間的流體連接中的第二三通閥TV3。流體連接977將第二三通閥TV3耦合到第三三通閥TV4，第三三通閥TV4又通過流體連接979耦合到泵112的入口。類似地，流體連接983將第一三通閥TV2耦合到第四三通閥TV5，且第四三通閥TV5又通過流體連接981耦合到泵112的出口。當裝置975以取樣模式操作(例如，收集呼出樣品用于分析)時，三通閥TV2到TV5經(jīng)設(shè)定以使得流體沿以S標示的虛線展示的流動路徑流過裝置975。在取樣模式中，流體進入裝置975且穿過過濾器/閥104及預(yù)濃縮器106。在預(yù)濃縮器106之后，三通閥TV3將所述流動轉(zhuǎn)向到流體連接977中，以使得所述流動繞過GC 108及DA 110且去往到三通閥TV4。三通閥TV4經(jīng)設(shè)定以使得其將所述流動引導(dǎo)到泵112的入口，然后泵112將所述流體排放到流體連接981中。流體連接981將所述流體從泵112引導(dǎo)到三通閥TV5，三通閥TV5經(jīng)設(shè)定以將所述流體排放到大氣。當裝置975以分析模式(例如，當分離例如VOC的分析物時)操作時，三通閥TV2到TV5經(jīng)設(shè)定以使得流體沿以A標示的虛線所展示的流動路徑流過裝置975。在分析模式中，泵112經(jīng)由三通閥TV4及流體連接979將流體從大氣汲取到裝置975中。流體連接981耦合到泵112的出口且將所述流體攜載到三通閥TV5，三通閥TV5經(jīng)設(shè)定以將所述流體引導(dǎo)到流體連接983中。流體連接983然后將所述流體攜載到三通閥TV2，三通閥TV2經(jīng)設(shè)定以將所述流體引導(dǎo)到PC 106的入口。三通閥TV3經(jīng)設(shè)定以使得將排出PC 106的流體引導(dǎo)到GC 108中、然后引導(dǎo)到DA 110中且然后引導(dǎo)到大氣中。圖10圖解說明使用分析物聚集的級聯(lián)式氣體色譜儀(CGC)IOOO的實施例。CGC1000包含具有流體入口 1006及流體出口 1008的第一氣體色譜儀(GC) 1002。第二GC1004具有流體入口 1010及流體出口 1012，其中流體入口 1010通過流體連接耦合到流體出口 1008。冷卻區(qū)段1016及加熱區(qū)段1018環(huán)繞在GC 1002與GC 1004之間的流體連接。所述整個組合件定位于GC烘箱1014內(nèi)。在CGC 1000的操作中，包含一種或一種以上化學(xué)品(也稱作分析物)的載體氣體經(jīng)由其流體入口 1006進入第一 GC 1002。在所述分析物流通穿過GC 1002之后，其經(jīng)由流體出口 1008排出所述GC且經(jīng)由冷卻區(qū)段1016流入流體連接中，其中將冷空氣射流引導(dǎo)到所述冷卻區(qū)段中以使所述分析物冷卻?？墒褂靡簯B(tài)氮或干冰來產(chǎn)生冷卻區(qū)段1016中所用的冷空氣。在經(jīng)由冷卻區(qū)段1016流入所述流體連接之后，所述分析物繼續(xù)進入到加熱區(qū)段1018中。在加熱區(qū)段1018中，使用熱空氣射流來加熱先前經(jīng)冷卻的分析物。在加熱區(qū)段1018之后，所述分析物繼續(xù)行進穿過流體入口 1010以進入GC 1004用于進一步離分。CGC1000為龐大且昂貴的，且因此不可用作便攜式氣體分析系統(tǒng)。此外，由于CGC 1000的大熱質(zhì)量而僅可冷卻其的小區(qū)段。圖IlA到IlB圖解說明通過冷卻及/或加熱GC來聚集分析物(例如揮發(fā)性有機化合物(VOC))的實施例。在每一圖中，下部曲線解說明應(yīng)用于GC的溫度分布曲線(例如，溫度隨時間的變化)，而上部曲線解說明耦合到所述GC的檢測器的響應(yīng)。圖IlA圖解說明其中所述GC在初始溫度處開始的方法，所述初始溫度然后以所要斜變速率斜升到目標溫度。借助此溫度分布曲線，所述GC分離出氣體1、2及3，但其它氣體保持未分離。在大多數(shù)情況中，輸入分析物/VOC在進入GC柱時具有寬濃度分布。當分析物在所述GC柱內(nèi)行進時光譜變得愈加寬及低，同時在GC輸出處在時間上彼此分離。在大多數(shù)情況中，分析物光譜中的一些光譜過寬且彼此重疊，此如在所述圖中所展示產(chǎn)生未分離的氣體。圖IlB圖解說明替代方法。在下部曲線圖中展示溫度分布曲線所述色譜儀的溫度開始于初始溫度處且然后冷卻(減少或降低)到較低溫度。在達到所要的最低溫度之后，在所述冷卻后將所述色譜儀加熱到操作溫度。在檢測器響應(yīng)曲線圖中展示應(yīng)用所述下部曲線圖中所展示的溫度分布曲線的結(jié)果。從所述分析物分離出相同氣體I到3，但由于使所述分析物冷卻的聚集效果，現(xiàn)在分離先前未分離的氣體，如檢測器響應(yīng)中的銳峰所展示。所述冷卻產(chǎn)生立即聚集效果及使光譜分布曲線的窄化(銳化)。然后以所要斜變速率將所述微GC加熱到目標溫度以實現(xiàn)分析物/VOC分離。由于微GC冷卻的操作，與無冷卻操作相比，輸出光譜更加銳化。使用較銳化光譜，將減少在微GC輸出處的氣體/VOC重疊。因此，可借助微GC冷卻分解出更多分析物。圖IlC圖解說明可應(yīng)用于GC以獲得分析物聚集的溫度分布曲線的實施例。出于此應(yīng)用的目的，術(shù)語“溫度分布曲線”是指溫度隨時間的變化。在圖Iic中，垂直軸表示GC的溫度，而水平軸表不時間。在時間h之前，所述GC維持處于初始溫度TO處。在一個實施例中，初始溫度TO為大致室溫(通常約20°C，但不限于此溫度)，但在其它實施例中，初始溫度可為低于或高于室溫的溫度。在時間h開始，所述分布曲線開始從時間h直到時間h為止的第一時間周期，在此期間使GC的溫度降低(即，使GC冷卻)直到其達到低于初始溫度TO的溫度Tl為止。在一個實施例中，溫度Tl為低于凍結(jié)的溫度，舉例來說，-10°C，但在其它實施例中，Tl可為低于初始溫度TO的任一溫度。在一個實施例中，第一周期U1到‘)的持續(xù)時間可為從2秒到10秒，但在其它實施例中，所述第一周期可更短或更長。此外，雖然所述所圖解說明的實施例展示在第一周期中溫度線性地減少，但在其它實施例中第一周期中的溫度減少無需為線性的。在第一周期結(jié)束時，在于時間h到達溫度Tl之后，溫度分布曲線進入從時間h到時間t2的第二周期，在第二周期期間GC的溫度保持大致處于Tl或約Tl。在一個實施例中，第二周期的持續(xù)時間可持續(xù)從數(shù)秒到幾分鐘，但在其它實施例中，第二周期的持續(xù)時間可基本上為零，使得t2 = h。在第二周期結(jié)束時在時間t2處，溫度分布曲線進入從時間t2到時間t3的第三周期，在此期間GC溫度從Tl增加到目標溫度T2。在一個實施例中，T2可為約+80°C，但在其它實施例中，其它目標溫度為可能的。在一個實施例中，第三周期(t3-t2)的持續(xù)時間可為從2秒到10秒，但在其它實施例中，所述第三周期可更短或更長。此外，所圖解說明的實施例展示溫度在第三周期開始處線性地增加且然后更緩慢地且非線性地增加直到所述溫度達到T2為止，但在其它實施例中，隨時間的其它溫度分布為可能的。舉例來說，在一個實施例中，第三周期期間的溫度增加可從t2到t3為完全線性的。在另一實例中，氣體色譜儀的溫度可初始地超過溫度T2，且然后經(jīng)冷卻以將所述溫度返回到T2。圖12A到12C圖解說明系統(tǒng)的實施例1200的構(gòu)造及操作。系統(tǒng)1200包含具有流體入口 1204及流體出口 1206的GC 1202。檢測器1208通過流體連接耦合到流體出口1206。GC 1202包含溫度控制件，其允許(舉例來說)通過使用例如圖IlC中所圖解說明的溫度分布曲線的溫度分布曲線將所述GC加熱、冷卻或既加熱又冷卻。在一個實施例中，GC1202可具有圖3B到3C中所圖解說明的構(gòu)造，但在其它實施例中，其可具有不同構(gòu)造，例如圖3D到3E中所展示的構(gòu)造或全然某一其它構(gòu)造。檢測器1208可為任一類別的化學(xué)檢測器；在一個實施例中，其可為例如圖4A到4B中所展示的檢測器陣列400的檢測器陣列，但在其它實施例中，可使用其它類別的檢測器陣列。雖然在所述圖中未展示，但氣體色譜儀1202的溫度控制件可耦合到將溫度分布曲線應(yīng)用于所述溫度控制件的控制電路(例如當將色譜儀1202用于例如圖IA到IB及圖5到9中所展示的氣體分析系統(tǒng)的氣體分析系統(tǒng)時的控制電路126)。圖12B到12C圖解說明當將例如圖IlA到IlC中所展示的溫度分布曲線的溫度分布曲線應(yīng)用于GC 1200時且當使用火焰電離檢測器(FID)時(圖12B)或當使用聲諧振器檢測器(例如表面聲波(SAW)或QCM檢測器(圖12C))時借助系統(tǒng)1200獲得的結(jié)果。兩個圖均展示將三個溫度分布曲線應(yīng)用于GC 1202的結(jié)果其中溫度保持處于恒量50C的第一溫度分布曲線；其中溫度減少為10°C保持達15秒且然后增加到50C的第二溫度分布曲線；及其中溫度減少為-15C保持達15秒且然后增加到50C的第三溫度分布曲線。從兩個檢測器獲得的結(jié)果展示VOC(分析物)光譜銳化(更窄且更高的峰)的顯著改進。所應(yīng)用的冷卻溫度越低，光譜的銳化越好。隨著光譜高度的增加，可改進檢測器的檢測限制。同時，借助更窄的VOC光譜，可將額外VOC從鄰近VOC分解(分離)出。
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圖13A到13C圖解說明級聯(lián)式氣體色譜儀(CGC) 1300的構(gòu)造及操作。CGC 1300的實施例可代替例如圖IA到IB及圖5到9中所展示的氣體分析系統(tǒng)等氣體分析系統(tǒng)中的氣體色譜儀(GC) 108及檢測器110來使用，或可使用CGC 1300的實施例的組件中的一者或一者以上來補充例如圖IA到IB及圖5到9中所展示的氣體分析系統(tǒng)等的氣體分析系統(tǒng)中的氣體色譜儀(GC) 108及檢測器110。CGC 1300包含耦合到第二 GC 1304的第一氣體色譜儀 (GC) 1302。在所述所圖解說明的實施例中，GC 1302與GC 1304串聯(lián)耦合以使得通過流體連接1314將GC 1302的出口 1308耦合到GC 1304的入口 1310。通過流體連接1316將GC1304的出口 1312耦合到檢測器1318，但在其它實施例中出口 1312可耦合到某一完全不同組件。雖然所圖解說明的實施例僅具有兩個GC，但在其它實施例中，可添加一個或一個以上額外GC以及例如額外流體連接、分流器、三通閥檢測器及切換閥等其它組件以形成較大GC級聯(lián)。在所述所圖解說明的實施例中，GC 1302及GC1304為具有個別溫度控制件的MEMSGC，例如在圖3B或圖3C中所展示的GC，但在其它實施例中，其可為圖3D到3E中所展示的毛細柱GC或全然某一其它構(gòu)造。所述個別溫度控制件允許獨立于另一者地控制每一 GC的操作溫度。在其它實施例中，GC 1302與GC 1304無需為相同類型，S卩，CGC 1300可包含MEMS色譜儀及非MEMS色譜儀兩者。在一些實施例中，兩個色譜儀可具有相同類別的溫度控制件，但在其它實施例中，兩個色譜無需具有相同溫度控制件；舉例來說，在所述所圖解說明的具有兩個MEMS色譜儀的實施例中，GC 1302可如圖3B中所展示具有集成溫度控制件，而GC 1304如圖3C到3E中所展示具有外部溫度控制件。在一個實施例中，如圖4A到4B中所展示，檢測器1318為檢測器陣列，但在其它實施例中，其可為不同類型的檢測器。雖然在所述圖中未展示，但GC 1302及GC 1304的溫度控制件可耦合到將溫度分布曲線應(yīng)用于所述溫度控制件的控制電路(例如當將CGC 1300用于例如圖IA到IB及圖5到9中所展示的氣體分析系統(tǒng)的氣體分析系統(tǒng)時的控制電路126)。由于GC 1302及GC 1304的溫度控制件為獨立的，因此在一些實施例中可將不同溫度分布曲線應(yīng)用于每一 GC。在一些實施例中，GC 1302與GC 1304可具有相同特性，但在其它實施例中，GC1302與GC 1304無需具有相同特性且可具有不同柱長度、柱涂層、操作溫度等。在一個實施例中，舉例來說，GC 1302可涂布有可對極性或非極性化學(xué)品具特別選擇性的材料A且可具有其分離特定化學(xué)品的最佳溫度控制分布曲線。同時，GC 1304可具有不同柱長度且可涂布有可分離GC 1302不可分解(分離)的不同化學(xué)品的另一材料B;換句話說，GC1304與GC 1302為互補的。由于所述配置中的每一 GC可具有其自身的溫度控制件，因此GC 1304可經(jīng)優(yōu)化以分離所感興趣的未由GC 1302分解(分離)出的剩余氣體。然后，經(jīng)分離的氣體可由GC 1304的輸出端處的檢測器1318檢測。在CGC 1300的操作中，其中具有一種或一種以上化學(xué)品的載體流體經(jīng)由入口1306進入GC 1302且流過所述GC的柱，同時將來自圖IlC或圖13B的溫度分布曲線應(yīng)用于所述GC的溫度控制件。具有未由GC 1302分解(分離)出的任何化學(xué)品的載體流體經(jīng)由出口 1308排出到流體連接1314中。流體連接1314將所述流體攜載到GC 1304中，在GC 1304中所述流體流過所述GC的柱同時將來自圖IlC或圖13C的溫度分布曲線應(yīng)用于GC 1304的溫度控制件，所述溫度分布曲線可與應(yīng)用于GC 1302的分布曲線相同或不同。因此，分離出在GC 1302之后保持未分解的一些或全部化學(xué)品。GC 1304的出口 1312耦合到檢測器1318，然后所述檢測器可用于檢測由所述兩個GC從所述載體流體分離的化學(xué)品。圖14A到14B —起圖解說明多維氣體色譜儀的實施例1400的構(gòu)造及操作。氣體色譜儀實施例1400可代替例如圖IA到IB及圖5到9中所展示的氣體分析系統(tǒng)等氣體分析系統(tǒng)中的氣體色譜儀(GC) 108及/或檢測器110而使用，或氣體色譜儀實施例1400的組件中的一者或一者以上可用于補償例如圖IA到IB及圖5到9中所展示的氣體分析系統(tǒng)等氣體分析系統(tǒng)中的氣體色譜儀(GC) 108及/或檢測器110。多維氣體色譜儀1400包含第一氣體色譜儀(GC) 1402、第二 GC 1408及第三GC1414，所述GC通過一起形成“迪安(Dean)開關(guān)”的數(shù)個組件而彼此流體耦合。第一、第二及第三GC中的每一者均具有其自身的獨立于另一者的溫度控制件。在一個實施例中，所述第一、第二及第三GC可具有圖3A到3C中所圖解說明的構(gòu)造，但在其它實施例中，其可具有不同構(gòu)造，例如在圖3D到3E中所展示的構(gòu)造或全然某一其它構(gòu)造。在另外其它實施例中，所述第一、第二及第三氣體色譜儀無需具有相同構(gòu)造。如在CGC1300中，在一些實施例中GC 1402、1408及1414可具有相同特性，但在其它實施例中，所述個別GC無需具有相同特性且可具有不同柱長度、柱涂層、操作溫度等。雖然在所述圖中未展示，但GC 1402,1408及1414的溫度控制件可耦合到在操作期間將溫度分布曲線應(yīng)用于所述個別GC的所述溫度控制件的控制器或控制電路(例如當將多維色譜儀1400用于例如圖IA到IB及圖5到9中所展示的氣體分析系統(tǒng)等氣體分析系統(tǒng)中時的控制電路126)。第一 GC 1402包含流體入口 1404，分析物(例如，揮發(fā)性有機化合物(VOC))經(jīng)由其進入所述GC ;及流體出口 1406，已分離的化學(xué)品經(jīng)由其排出GC 1402。流體出口 1406通過流體連接1420耦合到第一 Y形分流器Yl。第一 Y形分流器Yl通過流體連接1422耦合到第二 Y形分流器Y2并通過流體連接1426耦合到第三Y形分流器Y3。第二 Y形分流器Y2通過流體連接1424進一步流體耦合到第二 GC 1408的流體入口 1410，且GC1408的流體出口 1412耦合到檢測器1446。類似地，第三Y形分流器Y3通過流體連接1428耦合到GC1414的流體入口 1416，且GC 1414的流體出口 1418耦合到檢測器1448。第二 Y形分流器Y2通過輔助流體連接1430耦合到流率限制器1432，且流率限制器1432通過流體連接1434耦合到三通閥1436。類似地，第三Y形分流器Y3通過輔助流體連接1442耦合到流率限制器1440，且流率限制器1440通過流體連接1438耦合到三通閥1436。三通閥1436還耦合到輔助載體氣體的源。任選地，流阻器1444可流體耦合于流體連接1430與1442之間。包含Y形分流器、流率限制器、流阻器及其之間的流體連接的元件群組一起形成“迪安開關(guān)”。使用迪安開關(guān)準許使用“中心切割”。在中心切割技術(shù)中，將來自第一色譜儀(第一維)的一種或一種以上未分解(即，未分離)的分析物傳送到具有不同極性(第二維)的一個或一個以上額外色譜儀，在所述額外色譜儀處將實現(xiàn)對第一色譜儀未分離的化合物的分離。在多維氣體色譜儀1400的操作中，將含有化學(xué)品(分析物)的載體氣體引導(dǎo)到GC1402的流體入口 1404中。已分離及未分離的分析物經(jīng)由流體連接1420排出到Y(jié)形分流器Y1。同時，三通閥1436經(jīng)設(shè)定以將輔助載體氣體引導(dǎo)到流體連接1438中，以使得輔助載體氣體將流過流率限制器1440到達Y形分流器Y3，在Y形分流器Y3中所述輔助氣體的部分將流動到第三GC 1414中且剩余部分將流過Y形分流器Yl及Y2進入到第二 GC 1408中。當存在流阻器1444時，所述輔助氣體的部分流過所述流阻器。通過標示為S的虛線來圖解說明所述輔助載體氣體所采用的路徑。作為輔助載體氣體流動的結(jié)果，如標示為P的虛線所展示，將攜載從第一GC 1402排出的分析物的主要流動路徑引導(dǎo)到第二GC 1408中 。圖14B圖解說明多維GC 1400的另一操作模式，其中通過將三通閥1436切換到其其它位置來將所述流引導(dǎo)到第三GC 1414中而非第二 GC 1408中，以使得所述第二載體氣體的流動路徑S現(xiàn)在改變主要路徑P。在操作期間，將溫度分布曲線應(yīng)用于個別GC以改進分析物的分離。由于GC的溫度控制件為獨立的，因此在一些實施例中可將不同溫度分布曲線應(yīng)用于每一 GC。圖15圖解說明多維氣體色譜儀的替代實施例1500。氣體色譜儀實施例1500可代替例如在圖IA到IB及圖5到9中所展示的氣體分析系統(tǒng)等氣體分析系統(tǒng)中的氣體色譜儀(GC) 108及/或檢測器110而使用，或可使用氣體色譜儀實施例1500的組件中的一者或一者以上來補償例如在圖IA到IB及圖5到9中所展示的氣體分析系統(tǒng)等氣體分析系統(tǒng)中的氣體色譜儀(GC) 108及/或檢測器110。多維色譜儀1500在大多數(shù)方面類似于多維色譜儀1400。色譜儀1400與色譜儀1500之間的主要差異為在色譜儀1500中，迪安開關(guān)的元件形成于微芯片1502上。在所述所圖解說明的實施例中，Y形分流器Yl、Y2及Y3連同流率限制器1432及1440以及此些元件之間的流體連接一起形成于芯片1502上。在其它實施例中，例如流阻器1444等額外元件也可形成于芯片1502上。圖16圖解說明多維氣體色譜儀的另一替代實施例1600。氣體色譜儀實施例1600可代替例如在圖IA到IB及圖5到9中所展示的氣體分析系統(tǒng)等氣體分析系統(tǒng)中的氣體色譜儀(GC) 108及/或檢測器110而使用，或可使用氣體色譜儀實施例1600的組件中的一者或一者以上來補償例如在圖IA到IB及圖5到9中所展示的氣體分析系統(tǒng)等氣體分析系統(tǒng)中的氣體色譜儀(GC) 108及/或檢測器110。多維色譜儀1600在大多數(shù)方面類似于多維色譜儀1400及1500。色譜儀1600中的個別GC 1602、1604及1606具有至少與色譜儀1400及1500中的個別GC相同的特征及特性。色譜儀1600與色譜儀1400及1500之間的主要差異為在色譜儀1600中，迪安開關(guān)的某些元件整體地形成于個別GC中。在所述所圖解說明的實施例中，Y形分流器Yl連同允許將GC 1602耦合到其它GC的所述流體連接一起整體地形成于第一 GC 1602中。類似地，第二 GC 1604具有形成于其中的流率限制器1432及Y形分流器Y2，而第三GC 1606具有形成于其中的第三Y形分流器Y3及流率限制器1440。本發(fā)明揭示使用多維微型化氣體色譜柱(GC)的氣體分析物(例如，例如揮發(fā)性有機化合物(VOC)等化學(xué)品)的光譜銳化及分離增強的新方法或微GC配置的實施例。與具有緩慢且有限的溫度控制靈活性的傳統(tǒng)的龐大GC系統(tǒng)不同，所揭示的實施例利用微型化GC/微GC柱，所述微型化GC/微GC柱可為級聯(lián)式的且具有用于氣體分離分析的不同涂層材料。微GC的大小較小(如果必需則可制作成微芯片大小)且因此可借助簡單的小冷卻裝置(例如，熱電冷卻器、TE冷卻器)迅速地冷卻到零下溫度，此是使用傳統(tǒng)的龐大GC而不使用液態(tài)氮所不可實現(xiàn)的。借助簡單、快速且直接的微GC冷卻，可實現(xiàn)使分析物光譜銳化且改進柱分離能力的直接柱聚集效果。此外，所揭示的實施例還可包含級聯(lián)的多個微GC以形成中心切割氣體色譜配置。所揭示的實施例為借助簡單冷卻裝置對微GC的直接快速GC冷卻的第一實施方案，此允許可在不使用液態(tài)氮的情況下實現(xiàn)光譜銳化。同時，其還改進檢測限制。因此，所揭示的實施例可實施為便攜式氣體分析系統(tǒng)且顯著改進系統(tǒng)分解及檢測限制。
包含發(fā)明摘要中所描述內(nèi)容的本發(fā)明所圖解說明實施例的以上說明并非打算窮盡性或?qū)⒈景l(fā)明限于所揭示的確切形式。雖然出于說明性目的而在本文中闡述本發(fā)明之特定實施例及實例，但如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到，可在本發(fā)明之范圍內(nèi)作出各種等效修改。可根據(jù)以上詳細說明對本發(fā)明作出此些修改。以上權(quán)利要求書中使用的術(shù)語不應(yīng)理解為將本發(fā)明限于說明書及權(quán)利要求書中所揭示的特定實施例。而是，本發(fā)明的范圍將完全由以上權(quán)利要求書來確定，所述權(quán)利要求書將根據(jù)已建立的權(quán)利要求解釋規(guī)則來理解。
2權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，其包括第一氣體色譜儀，其包含流體入口、流體出口及第一溫度控制件；及控制器，其耦合到所述第一溫度控制件，其中所述控制器包含用以將第一溫度分布曲線應(yīng)用于所述第一溫度控制件以加熱、冷卻或既加熱又冷卻所述第一氣體色譜儀的邏輯。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中所述第一溫度分布曲線包括第一時間周期，在所述第一時間周期期間所述溫度控制件將所述氣體色譜儀從初始溫度冷卻到第一溫度；及第二時間周期，在所述第二時間周期期間所述溫度控制件將所述氣體色譜儀從所述第一溫度加熱到第二溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述第一溫度分布曲線進一步包括第三時間周期，在所述第三時間周期期間所述溫度控制件使所述氣體色譜儀保持處于所述第一溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述初始溫度為大致室溫，所述第一溫度低于室溫，且所述第二溫度大于室溫。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述第一時間周期中的所述溫度改變及所述第二時間周期中的所述溫度改變兩者均為線性的。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述第一時間周期中的所述溫度改變及所述第二時間周期中的所述溫度改變中的至少一者為非線性的。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其進一步包括第二氣體色譜儀，其具有流體入口、流體出口及第二溫度控制件，所述第二氣體色譜儀的所述流體入口通過流體連接耦合到所述第一氣體色譜儀的所述流體出口且所述第二溫度控制件耦合到所述控制器，其中所述控制器包含用以將第二溫度分布曲線應(yīng)用于所述第二溫度控制件以加熱、冷卻或既加熱又冷卻所述第二氣體色譜儀的邏輯。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中應(yīng)用于所述第二溫度控制件的所述第二溫度分布曲線不同于所述第一溫度分布曲線。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其進一步包括第二氣體色譜儀，其具有流體入口、流體出口及第二溫度控制件；第三氣體色譜儀，其具有流體入口、流體出口及第三溫度控制件；其中所述第一氣體色譜儀的所述流體出口通過中心切割閥耦合到所述第二及第三氣體色譜儀的所述流體入口，其中所述第二及第三溫度控制件耦合到所述控制器，且其中所述控制器包含用以將第二溫度分布曲線應(yīng)用于所述第二溫度控制件并將第三溫度分布曲線應(yīng)用于所述第三溫度控制件以加熱、冷卻或既加熱又冷卻所述第二及第三氣體色譜儀的邏輯。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述中心切割閥包括第一 Y形分流器，其耦合到所述第一氣體色譜儀的所述流體出口 ；第二 Y形分流器，其耦合到所述第一 Y形分流器、所述第二氣體色譜儀的所述流體入口及第一輔助流體連接 '及第三Y形分流器，其耦合到所述第一 Y形分流器、所述第三氣體色譜儀的所述流體入口及第二輔助流體連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其進一步包括三通閥，所述三通閥耦合到所述第一2輔助流體連接、所述第二輔助流體連接及輔助載體流體的源。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其進一步包括所述第一輔助流體連接中的第一限流器及所述第二輔助流體連接中的第二限流器。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述中心切割閥進一步包括流阻器，所述流阻器耦合到在所述第一限流器與所述第二 Y形分流器之間的所述第一輔助流體連接且耦合到在所述第二限流器與所述第三Y形分流器之間的所述第二輔助流體連接。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述中心切割閥形成于微芯片上。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述第一Y形分流器形成于所述第一氣體色譜儀中，所述第二 Y形分流器及所述第一限流器形成于所述第二氣體色譜儀中，且所述第三Y形分流器及所述第二限流器形成于所述第三氣體色譜儀中。
16.—種氣體分析系統(tǒng),其包括襯底；氣體色譜儀，其具有一流體入口及一個或一個以上流體出口且安裝到所述襯底，所述氣體色譜儀包括具有第一溫度控制件的第一氣體色譜儀；一個或一個以上檢測器陣列，其具有流體入口及流體出口且安裝到所述襯底，其中所述一個或一個以上檢測器陣列中的每一者的所述流體入口流體耦合到級聯(lián)式氣體色譜儀的所述一個或一個以上流體出口中的對應(yīng)一者；控制電路，其耦合到所述級聯(lián)式氣體色譜儀且耦合到所述檢測器陣列，其中所述控制電路包含用以將第一溫度分布曲線應(yīng)用于所述第一溫度控制件以加熱、冷卻或既加熱又冷卻所述第一氣體色譜儀的邏輯，且其中所述控制電路可與所述氣體色譜儀通信且可與所述一個或一個以上檢測器陣列通信；及讀出電路，其耦合到所述一個或一個以上檢測器陣列且耦合到所述控制電路，其中所述讀出電路可與所述控制電路及所述一個或一個以上檢測器陣列通信。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的氣體分析系統(tǒng)，其中所述第一溫度分布曲線包括第一時間周期，在所述第一時間周期期間所述溫度控制件將所述氣體色譜儀從初始溫度冷卻到第一溫度；及第二時間周期，在所述第二時間周期期間所述溫度控制件將所述氣體色譜儀從所述第一溫度加熱到第二溫度。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的氣體分析系統(tǒng)，其中所述第一溫度分布曲線進一步包括第三時間周期，在所述第三時間周期期間所述溫度控制件使所述氣體色譜儀保持處于所述第一溫度。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的氣體分析系統(tǒng)，其中所述初始溫度為大致室溫，所述第一溫度低于室溫，且所述第二溫度大于室溫。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的氣體分析系統(tǒng)，其中所述氣體色譜儀進一步包括第二氣體色譜儀，其具有流體入口、流體出口及第二溫度控制件，所述第二氣體色譜儀的所述流體入口通過流體連接耦合到所述第一氣體色譜儀的所述流體出口且所述第二溫度控制件耦合到所述控制器，其中所述控制器包含用以將第二溫度分布曲線應(yīng)用于所述第二溫度控制件以加熱、冷卻或既加熱又冷卻所述第二氣體色譜儀的邏輯。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的氣體分析系統(tǒng)，其中所述第一溫度分布曲線不同于所述第二溫度分布曲線。
22.根據(jù)權(quán)利要求16所述的氣體分析系統(tǒng)，其中所述氣體色譜儀進一步包括第二氣體色譜儀，其具有流體入口、流體出口及第二溫度控制件；第三氣體色譜儀，其具有流體入口、流體出口及第三溫度控制件；其中所述第一氣體色譜儀的所述流體出口通過中心切割閥耦合到所述第二及第三氣體色譜儀的所述流體入口，其中所述第二及第三溫度控制件耦合到所述控制器，且其中所述控制器包含用以將第二溫度分布曲線應(yīng)用于所述第二溫度控制件并將第三溫度分布曲線應(yīng)用于所述第三溫度控制件以加熱、冷卻或既加熱又冷卻所述第二及第三氣體色譜儀的邏輯。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的氣體分析系統(tǒng)，其中所述中心切割閥包括第一 Y形分流器，其耦合到所述第一氣體色譜儀的所述流體出口 ；第二 Y形分流器，其耦合到所述第一 Y形分流器、所述第二氣體色譜儀的所述流體入口及第一輔助流體連接 '及第三Y形分流器，其耦合到所述第一 Y形分流器、所述第三氣體色譜儀的所述流體入口及第二輔助流體連接。
24.根據(jù)權(quán)利要求16所述的氣體分析系統(tǒng)，其進一步包括三通閥，所述三通閥耦合到所述第一輔助流體連接、所述第二輔助流體連接及輔助載體流體的源。
25.根據(jù)權(quán)利要求16所述的氣體分析系統(tǒng)，其進一步包括具有流體入口及流體出口的預(yù)濃縮器，其中所述預(yù)濃縮器安裝于所述襯底上且耦合到所述控制電路，且其中所述預(yù)濃縮器的所述流體出口耦合到所述級聯(lián)式氣體色譜儀的所述流體入口。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的氣體分析系統(tǒng)，其進一步包括具有流體入口及流體出口的過濾器與閥單元，其中所述過濾器與閥單元安裝到所述襯底且耦合到所述控制電路，且其中所述過濾器與閥單元的所述流體出口耦合到所述預(yù)濃縮器的所述流體入口。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的氣體分析系統(tǒng)，其進一步包括具有流體入口及流體出口的一個或一個以上泵，其中每一泵安裝于所述襯底上且耦合到所述控制電路，且其中每一泵的所述流體入口耦合到對應(yīng)檢測器陣列的所述流體出口。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的氣體分析系統(tǒng)，其進一步包括三通閥，其耦合于在所述預(yù)濃縮器與所述氣體色譜儀之間的流體連接中；及流體連接，其耦合到所述三通閥且耦合到在所述一個或一個以上檢測器陣列與所述對應(yīng)泵之間的流體連接。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的氣體分析系統(tǒng)，其進一步包括第一三通閥，其耦合于在所述過濾器與所述預(yù)濃縮器之間的流體連接中；第二三通閥，其耦合于在所述預(yù)濃縮器與所述氣體色譜儀之間的所述流體連接中；耦合到所述第一三通閥且耦合到所述一個或一個以上泵的所述流體出口的流體連接；及耦合到所述第二三通閥且耦合到所述一個或一個以上泵的所述流體入口的流體連接。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的氣體分析系統(tǒng)，其進一步包括第三三通閥，所述第三三通閥在介于所述第二三通閥與所述一個或一個以上泵的所述入口之間的流體連接中；及第四三通閥，其在介于所述第一三通閥與所述一個或一個以上泵的所述出口之間的流
31.根據(jù)權(quán)利要求16所述的氣體分析系統(tǒng)，其中所述讀出電路在其上包含分析電路及相關(guān)聯(lián)邏輯以分析從所述一個或一個以上檢測器陣列接收的輸出信號。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的氣體分析系統(tǒng)，其進一步包括耦合到所述分析電路的輸出的指示器以向用戶指示所述分析的結(jié)果。
33.根據(jù)權(quán)利要求16所述的氣體分析系統(tǒng)，其進一步包括耦合到所述讀出電路的通信接口以允許所述氣體分析系統(tǒng)與外部裝置通信。
34.根據(jù)權(quán)利要求16所述的氣體分析系統(tǒng)，其中每一檢測器陣列中的一個或一個以上檢測器對所述一個或一個以上氣體色譜儀未分離或部分地分離的化學(xué)品具有選擇性。
35.一種用于從流體時域分離一種或一種以上化學(xué)品的方法，所述方法包括將包含多種化學(xué)品的流體注入到包括具有第一溫度控制件的第一氣體色譜儀的氣體色譜儀中；將第一溫度分布曲線應(yīng)用于所述第一溫度控制件以加熱、冷卻或既加熱又冷卻所述第一氣體色譜儀；使用耦合到所述氣體色譜儀的一個或一個以上檢測器陣列中的一個或一個以上傳感器來檢測所述多種經(jīng)時域分離的化學(xué)品中的每一者；及處理來自所述一個或一個以上檢測器陣列中的每一傳感器的信號以確定每一化學(xué)品的存在及濃度。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述第一溫度分布曲線包括 第一時間周期，在所述第一時間周期期間所述溫度控制件將所述氣體色譜儀從初始溫度冷卻到第一溫度；及第二時間周期，在所述第二時間周期期間所述溫度控制件將所述氣體色譜儀從所述第一溫度加熱到第二溫度。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中所述第一溫度分布曲線進一步包括第三時間周期，在所述第三時間周期期間所述溫度控制件使所述氣體色譜儀保持處于所述第一溫度。
38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中所述初始溫度為大致室溫，所述第一溫度低于室溫，且所述第二溫度大于室溫。
39.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其進一步包括將來自所述第一氣體色譜儀的所述流體出口的流體注入到具有第二溫度控制件的第二氣體色譜儀的流體入口中；將第二溫度分布曲線應(yīng)用于所述第二溫度控制件以加熱、冷卻或既加熱又冷卻所述第二氣體色譜儀。
40.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其進一步包括將來自所述第一氣體色譜儀的所述流體出口的流體注入到具有第二溫度控制件的第二氣體色譜儀的流體入口中；將來自所述第一氣體色譜儀的所述流體出口的流體注入到具有第三溫度控制件的第三氣體色譜儀的流體入口中；將第二溫度分布曲線應(yīng)用于所述第二溫度控制件以加熱、冷卻或既加熱又冷卻所述第二氣體色譜儀 ’及將第三溫度分布曲線應(yīng)用于所述第三溫度控制件以加熱、冷卻或既加熱又冷卻所述第三氣體色譜儀。
41.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其進一步包括在時域分離之前于預(yù)濃縮器中預(yù)濃縮所述多種化學(xué)品。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其進一步包括在預(yù)濃縮所述化學(xué)品之前過濾所述流體。
43.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中處理所述信號進一步包括分析每一化學(xué)品的所述存在及濃度以確定意義。
44.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中檢測所述多種經(jīng)時域分離的化學(xué)品中的每一者進一步包括使用對一種或一種以上未分離或部分地分離的化學(xué)品具有選擇性的傳感器來檢測所述未分離或部分地分離的化學(xué)品。
全文摘要
本發(fā)明描述包含第一氣體色譜儀的設(shè)備的實施例，所述第一氣體色譜儀包含流體入口、流體出口及第一溫度控制件?？刂破黢詈系剿龅谝粶囟瓤刂萍野靡詫⒌谝粶囟确植记€應(yīng)用于所述第一溫度控制件以加熱、冷卻或既加熱又冷卻所述第一氣體色譜儀的邏輯。本發(fā)明還揭示并主張其它實施例。
文檔編號B01D15/08GK102918390SQ201180026437
公開日2013年2月6日 申請日期2011年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月23日
發(fā)明者宗冠·A·周, 朱世琦, 鄭嘉升, 王禮鵬, 黃建霖 申請人:創(chuàng)控生技股份有限公司