專利名稱：：用于檢測被分析物的光電方法和裝置的制作方法用于檢測被分析物的光電方法和裝置
背景技術：
：檢測化學被分析物(尤其是有機化學被分析物)的能力在許多應用(包括環(huán)境監(jiān)測等)中是非常重要的。對被分析物的此類檢測和/或監(jiān)測在例如個人監(jiān)測器(如可由個人佩戴或攜帶的監(jiān)測器)和/或區(qū)域監(jiān)測器(如可置于所需環(huán)境中的監(jiān)測器)中尤其有用。已經開發(fā)出了許多用于檢測化學被分析物的方法，例如光學法、重量分析法、微電子機械法和比色法。雖然比色設備目前可用于一系列被分析物，但大多是基于使用染料或有色化學指示劑來檢測。此類化合物通常具有選擇性，這意味著多個傳感器可能是必要的，以便檢測各類化合物。此外，其中的許多系統(tǒng)由于光漂白或不良副反應而存在壽命有限的問題。許多此類系統(tǒng)還依靠復雜或笨重的光電元件進行光學詢問。
發(fā)明內容本文公開了用于檢測被分析物存在的光電方法和裝置。此類方法和裝置可包括至少一個對所關注的被分析物的存在作出響應并如本文所述可接受光學詢問的感測元件。在一個方面，本文公開了監(jiān)測大氣環(huán)境中的被分析物的方法，該方法包括將至少一個感測元件暴露于可能含有被分析物的大氣環(huán)境中一段時間；將第一波長范圍內的光引導到所述至少一個感測元件上，并獲得第一信號，該信號代表從所述至少一個感測元件上反射回來的第一波長范圍內的光量；將第二波長范圍內的光引導到所述至少一個感測元件上，并獲得第二信號，該信號代表從所述至少一個感測元件上反射回來的第二波長范圍內的光量；比較第一和第二信號，以提供比較信號；以及將比較信號與預定的響應曲線進行相關，從而獲得與所監(jiān)測大氣環(huán)境中的被分析物濃度相關聯的濃度值。在另一方面，本文公開了用于監(jiān)測大氣環(huán)境中的被分析物的光電裝置，該裝置包括至少部分地限定內部空間并包含開口的殼體；至少一個位于內部空間中或殼體開口中的可卸載感測元件；內部空間中，至少一個被布置成將光引導到感測元件上的光源和至少一個被布置成測量感測元件反射回來的光量的光檢測器，其中所述至少一個光源和至少一個光檢測器以并列型共平面構造被布置在裝置內部空間中所含的共用印刷電路板上。在另一方面，本文公開了用于監(jiān)測大氣環(huán)境中的被分析物的光電裝置，該裝置包括至少部分地限定內部空間并包含開口的殼體；至少一個固定在殼體開口中的感測元件；以及在內部空間中，至少一個被布置成將光引導到感測元件上的光源和至少一個被布置成測量感測元件反射回來的光量的光檢測器，其中當感測元件固定在殼體開口中時，開口被封閉，使得裝置的內部空間構成密封的內部空間。本發(fā)明的這些方面以及其他方面在下面的具體實施方式中將顯而易見。然而，在任何情況下都不應將上述
發(fā)明內容理解為是對受權利要求書保護的主題的限制，該主題僅受所附權利要求書的限定，并且在審查期間可以進行修改。圖1為示例性光電裝置的透視圖。圖2為示例性感測元件的一部分的側剖視圖。圖3為示例性感測元件的一部分的側剖視圖。圖4為示例性光電裝置的示意性側剖視圖。圖5為示例性光電裝置的示意性側剖視圖。圖6為示例性光電裝置的示意性側剖視圖。圖7為示例性光電裝置的示意性側剖視圖。圖8為包括示例性感測元件的示例性光電裝置的一部分的局部分解的側剖視圖。圖9為包括示例性感測元件和示例性保護層的示例性光電裝置的一部分的局部分解的側剖視圖。圖10為示出示例性光電裝置的運行的框圖。圖11為示例性感測元件的反射光譜的一般表示。圖12示出了通過示例性光電裝置獲得的響應被分析物的光學反射率數據。圖13示出了用圖12的數據獲得的比率光學反射率數據。在上述各圖中，相同的附圖標記代表相同的元件。除非另外指明，本文中的所有附圖均未按比例繪制，并且選擇這些附圖是為了示出本發(fā)明的不同實施例。具體地講，除非另外指明，各個組件的尺寸僅用于展示性目的，并且不應從繪圖推斷各個組件的尺寸之間的關系。盡管在本公開中可能使用了例如“頂部”、“底部”、“上面”、“下面”、“下方”、“上方”、“前部”、“背部”、“向外”、“向內”、“向上”、“向下”、“第一”和“第二”的術語，但應當理解，除非另外指明，這些術語僅在其相對含義下使用。具體實施例方式如圖1的透視圖所示，示例性光電裝置1包括至少一個可進行光學詢問的感測元件2。裝置1可用于監(jiān)測氣體環(huán)境，通常為空氣。在一些實施例中，例如如果裝置1要用作個人監(jiān)測器，則可將裝置1佩戴在人的身體和/或衣物的一部分上或附近。在此類情況下，可將裝置1附接(如通過夾子、套環(huán)、帶子、套管、系索、口袋保護器等，圖1中未示出)到個人衣物上或以其他方式佩戴或攜帶(如作為標牌)。裝置1還可用于區(qū)域監(jiān)測，例如通過放入需要監(jiān)測被分析物存在情況的室內或室外環(huán)境(如房間、車輛等)。裝置1可包括殼體100，而殼體可以具有任何合適的形狀、尺寸和形式。殼體100可以例如包括通常背離佩戴者身體或墻壁的至少第一主表面103和通常面向佩戴者身體或墻壁的第二主表面104。在一些實施例中，本文所公開的方法和/或裝置可與呼吸保護裝置(如呼吸器，例如可以包含用于從大氣中除去某些物質的過濾元件、吸附介質等)一起使用，以提供所謂的使用壽命終止指示器(ESLI)，它可以監(jiān)測過濾元件、吸附介質床等的剩余吸附能力。感測元件2對被分析物的存在作出響應，并可以如后文所述接受光學詢問。感測元件2顯示反射光譜，該光譜包括不同波長處的一個或多個波峰和波谷，并可以在存在被分析物時或被分析物濃度改變時發(fā)生變化。在一個實施例中，從感測元件2上反射的光為鏡面反射。在另一個實施例中，從感測元件2上反射的光為漫反射。感測元件2包括至少一個對被分析物響應的層，該層的光學性質(如光學厚度)對被分析物的存在作出響應。感測元件2可進一步包括至少一個反射層和/或至少一個半反射層(如后文詳述)。在一些實施例中，感測元件2可包括位于反射層240與半反射層220之間的對被分析物響應的層230，這些層一起構成所謂的干涉濾光器，其顯示在存在被分析物時或被分析物濃度改變時可發(fā)生變化的反射光譜。圖2中示出了示例性感測元件2。在采用此設計的實施例中，感測元件2依次包括半反射層220、對被分析物響應的層230、反射層240和基底210。在詢問感測元件2時，光線40(例如來自光源31，如后文所述)投射在半反射層220上。光線40的某些部分可從半反射層220上以光線41反射。光線40的某些部分可以穿過半反射層220，再穿過對被分析物響應的層230，然后從反射層240上反射，從而以光線42從感測元件2上射出。光線41和42可以結合，共同形成在存在被分析物時或被分析物濃度改變時可發(fā)生變化的反射光譜。在圖2的示例性設計中，被分析物可穿透半反射層220，以進入對被分析物響應的層230。這可改變層230的光學性質(如光學厚度)，使得從感測元件2反射回來的光的反射光譜可充分變化，以指示檢測或監(jiān)測被分析物的存在情況和/或濃度。在采用圖2所示設計的實施例中，半反射層220可由被分析物穿透(該性質可按照本文隨后所述來提供)，并且與對被分析物響應的層230流體連通，使得被分析物可透過層220進入層230。在圖2的設計中，反射層240可以是或不是可由被分析物穿透的層。在圖2的設計中，在對感測元件2進行光學詢問期間，光可以不必穿過基底210或與其相互作用，因此基底210可以不需要任何特定的光學性質(如透明性)。圖3中示出了另一個示例性感測元件2。在采用圖3所示設計的實施例中，感測元件2依次包括(任選的)基底210、半反射層220、對被分析物響應的層230和反射層M0。光線40投射到基底210上并從中穿過。光線40的某些部分可從半反射層220上反射回來，從而以光線41從感測元件2射出。光線40的某些部分可以穿過半反射層220，再穿過對被分析物響應的層230，然后從反射層240上反射，從而以光線42從感測元件2上射出。光線41和42可以結合，共同形成在存在被分析物時或被分析物濃度改變時可以發(fā)生變化的反射光譜。在圖3的示例性設計中，被分析物可以穿透反射層M0，以進入對被分析物響應的層230。這可改變層230的光學性質(如光學厚度)，使得從感測元件2反射回來的光的反射光譜可充分變化，以指示檢測或監(jiān)測被分析物的存在情況和/或濃度。在采用圖3所示設計的實施例中，反射層240可由被分析物穿透(該性質可通過本文隨后所述的方法提供)，并且與對被分析物響應的層230流體連通。在圖3的設計中，半反射層220可以是或不是可由被分析物穿透的層。在圖3的示例性設計中，光可穿過基底210，因此基底210應在所關注的波長處為光學透明的。在采用圖2所示設計的實施例中，被分析物可穿透半反射層220，這樣被分析物可從對感測元件2進行光學詢問的同一側進入感測元件2。在這種情況下，可以方便地將感測元件2設置在(如圖4的示例性設計中所示)裝置1的殼體100的內部空間125中(如用一個或多個支承托架177固定)，其中感測元件2被光學連接到至少一個光源31和至少一個光檢測器32上。所謂“光學連接”是指感測元件2能夠接收來自光源31的光，光檢測器32能夠接收從感測元件2直接(如元件直接彼此面對時，如圖4的示例性實施例中所示)反射或通過一個或多個反射鏡反射的光。在此類實施例中，可在殼體100中提供一個或多個非封閉的開口101，這樣被分析物可以進入殼體100的內部空間125，從而能夠到達感測元件2的可由被分析物穿透的層220。雖然圖4中所示的感測元件2鄰近殼體100的前主表面103中的非封閉開口101而設置，并面向殼體100第二主表面104附近并列設置的光源31和光檢測器32，但也可以使用許多其他構造。例如，光源31和光檢測器32可以間隔開，可以用反射鏡將感測元件2與光源31和/或光檢測器32進行光學連接，感測元件2的位置可以不鄰近開口101，等等。在采用圖3所示設計的實施例中，被分析物可穿透反射層M0，這樣被分析物可從對感測元件2進行光學詢問的相對面進入感測元件2。在此類實施例中，可以方便地將感測元件2設置在(如圖5的示例性設計中所示)裝置1的殼體100的封閉開口102中或鄰近該開口的位置處，其中感測元件2的可由被分析物穿透的反射層240朝外(即遠離內部空間125)，感測元件2的可光學詢問面則面向內部空間125，使得感測元件2光學連接到至少一個光源31和至少一個光檢測器32上。在此類實施例中，感測元件2和/或隨感測元件2—起提供的其他層可以封閉(密封)開口102，使得內部空間125構成密封的內部空間126。在此類實施例中，感測元件2可以包括至少一個光學透明的、不可由被分析物穿透的基底210(將在下文中詳述)，它位于感測元件2的對被分析物響應的層230與密封的內部空間1之間。下面將更詳細地討論對被分析物響應的層230以及(如果存在的話)基底210、半反射層220和/或反射層240的性質、制備方法等。除非指定適用于特定的實施例，此類性質應被理解為通常適用于制備反射感測元件，尤其是上文結合圖2和3所公開的任一示例性實施例。盡管相同的參考標號用于指定上文提到的層，但本領域的普通技術人員將容易認識到，這樣指定的層可具有相同或不同的構造和/或組成。如果需要，只要層不會無法接受地干擾感測元件2的運行，感測元件2就可包括各種其他層，包括例如粘結層、助粘層、保護層、覆蓋層等等。此外，除非另外指明，應理解本文所討論的裝置1的所有設計、構造和特征適用于上述實施例中的任一者。對被分析物響應的層230可由下述任何材料構成，這些材料足以被所關注的被分析物透過，并且其光學厚度在暴露于被分析物中時可充分變化，以實現如本文所述的感測元件2的所需運行。在一些實施例中，對被分析物響應的層包含多孔材料。在此語境中，“多孔”是指具有至少部分地互連的內部孔的材料?？蛇x擇例如平均孔徑(例如通過吸附等溫線工序表征的)小于約IOOnm的材料。在多個實施例中，可選擇平均孔徑小于20nm、小于約IOnm或小于約2nm的材料。層230可以是均勻的或異質的層，并可以例如由一種或多種無機組分、一種或多種有機組分或無機和有機組分的混合物制成?？捎糜趯?30的代表性無機材料包括金屬氧化物、金屬氮化物、金屬氮氧化物，以及其他可形成合適厚度的透明(并可根據需要為多孔的)層以產生合適光學響應的無機材料。例如，層230可包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化鋁、氧化鈦、氮化鈦、氮氧化鈦、氧化錫、氧化鋯、沸石或它們的組合。多孔二氧化硅可作為特別理想的無機的對被分析物響應的層材料。多孔二氧化硅可例如使用溶膠-凝膠工藝路線制備，并且可使用或不使用有機模板制成。示例性的有機模板包括表面活性劑，如陰離子表面活性劑或非離子表面活性劑，例如烷基三甲基銨鹽、環(huán)氧乙烷-環(huán)氧丙烷嵌段共聚物以及其他表面活性劑或聚合物。溶膠-凝膠混合物可被轉化成硅酸鹽，并可移除有機模板以在二氧化硅內留下孔網。也可采用多種有機分子作為有機模板。例如，糖(例如葡萄糖和甘露糖)可用作有機模板，以生成多孔硅酸鹽。溶膠-凝膠組合物中可包含有機取代的硅氧烷或有機雙硅氧烷，以使微孔更具疏水性并限制水蒸汽的吸附。也可采用等離子體化學氣相沉積法，以生成多孔無機對被分析物響應的材料。此方法通常涉及由氣態(tài)前體形成等離子體，在基底上沉積該等離子體，以形成非晶態(tài)無規(guī)共價網層，然后加熱該非晶態(tài)共價網層，以形成多孔非晶態(tài)無規(guī)共價網層。此類方法和材料在名稱為ORGANICCHEMICALSENSORCOMPRISINGPLASMA-DEPOSITEDMICR0P0R0USLAYER,ANDMETHODOFMAKINGANDUSING(包含等離子體沉積微孔層的有機化學傳感器及其制備和使用方法)的國際(PCT)專利申請US2008/078281中有進一步的描述，該專利為此以引用方式并入本文。在一些實施例中，對被分析物響應的層230至少部分地由在本文中被定義為組合物的有機硅酸鹽材料構成，所述組合物為包含具有一些有機官能團R的共價連接的三維二氧化硅網(-Si-O-Si-)的混合物，其中R為通過至少一個Si-C鍵連接至該二氧化硅網的烴基或雜原子取代的烴基。此類材料及其制備方法在名稱為ORGANICCHEMICALSENSORWITHMICR0P0R0US0RGAN0SILICATEMATERIAL(具有微孔有機硅酸鹽材料的有機化學傳感器)的美國臨時申請No.61/140180中有進一步的描述，該專利為此以引用方式并入本文?？捎糜谛纬蓪?30的代表性有機材料包括聚合物、共聚物(包括嵌段共聚物)及其混合物，它們通過或可通過以下類別的單體制備，這些單體包括疏水性丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯、雙官能化單體、乙烯基單體、烴單體(烯烴)、硅烷單體、氟化單體、羥基化單體、丙烯酰胺、酸酐、醛官能化單體、胺或胺鹽官能化單體、酸官能化單體、環(huán)氧化物官能化單體以及它們的混合物或組合。在一些實施例中，對被分析物響應的層230至少部分地由選自包含所謂的“自具微孔聚合物”(在下文中稱為PIM)的材料系列的組分制成。此系列中的聚合物在以下文獻中有所描述禾口表征例如“PolymersofIntrinsicMicroporosity(PIMs):Robust，Solution-Processable,OrganicMicroporousMaterials,"Buddetal.,Chem.Commun.,2004，pp.230-231(自具微孔聚合物(PIM)穩(wěn)定、可溶液加工的有機微孔材料，Budd等人，《化學通訊》，2004年，第230-231頁)；“PolymersofIntrinsicMicroporosity(PIMs)，”McKeownetal.，Chem.Eur.J.，2005，11，No.9,2610-2620(自具微孔聚合物(PIM)，McKeown等人，《歐洲化學》，2005年，第11卷第9期，第沈10_2620頁)；授予McKeown等人的美國專利申請公開2006/0M6273；以及授予McKeown等人的公開的PCT申請TO2005/012397A2，所有文獻均以引用方式并入本文。PIM可通過使用符合以下要求的任何單體組合來配制這些組合可產生剛性非常強的聚合物，在其中存在足夠的結構特征，以引起扭曲的結構。在多個實施例中，PIM可含有由剛性連接基連接的大致平面的物種構成的有機高分子，所述剛性連接基具有扭曲點，使得由該連接基連接的兩個相鄰的平面的物種保持在非共面取向中。在另外的實施例中，此類材料可含有由剛性連接基主要連接到最多兩個其他所述第一物種的大致平面的第一物種構成的有機高分子，所述剛性連接基具有扭曲點，使得由所述連接基連接的兩個相鄰的第一平面的物種保持在非共面取向中。在多個實施例中，這種扭曲點可以包含螺基、橋環(huán)部分或空間位阻的單個共價鍵，在該單個共價鍵周圍存在受限的旋轉。在具有這種剛性扭曲的結構的聚合物中，聚合物鏈無法有效包絡在一起，因而該聚合物具有固有的微孔性。因此，PIM具有的優(yōu)點為擁有并非顯著取決于材料熱過程的微孔性。因而PIM可以在以再生產的方式大量制造方面和在不表現出老化時變化、儲存壽命等性質方面提供優(yōu)點。對于許多應用，對被分析物響應的層230可具有疏水性。這可減少水蒸汽(或液態(tài)水)引起層230的響應變化和干擾被分析物檢測(例如有機溶劑蒸氣的檢測)的可能性?？捎糜趯Ρ环治鑫镯憫膶?30的合適材料的其他細節(jié)和屬性，以及由此類材料制備層230的方法在例如美國公布的專利申請No.2008/0063874中有所描述，該專利以引用方式并入本文。感測元件2可包括反射層M0。在一些實施例中，反射層240可沉積(如通過本文所述的多種方法)到此前形成的對被分析物響應的層230的表面上，或反射層240可沉積到基底210上，然后將對被分析物響應的層230沉積到反射層240上。反射層240可包含任何可提供足夠反射率的合適材料。適用于反射層的材料包括金屬或半金屬，例如鋁、鉻、金、鎳、硅和銀。可以包含在反射層中的其他合適的材料可以包括金屬氧化物。在一些實施例中，反射層在約500nm的波長處的反射率可為至少約90%(即，透射率為至多約10%)，在一些實施例中的反射率為約99%(S卩，透射率為約)。在一些(如采用圖3的設計)實施例中，反射層240可有利地為所關注的被分析物可透過的層。這可例如通過形成金屬納米粒子的反射層240來提供，其以近似炮彈或石彈堆疊的形態(tài)布置，并且被分析物可透過其穿透，以達到并進入對被分析物響應的層230。可采用多種金屬納米粒子。代表性金屬包括銀、鎳、金、鉬和鈀以及含有前述任何金屬的合金。當為納米粒子形式時，易于氧化的金屬(如鋁)可以使用，但有利地應避免使用這類金屬，而選擇對空氣更不敏感的金屬。金屬納米粒子可以為完全單一的，或可以具有層狀結構(例如銀/鈀結構的芯-殼結構)。納米粒子的平均粒徑可以例如為約Inm至約lOOnm、約3nm至約50nm或約5nm至約30nm。金屬納米粒子層的總厚度可以例如小于約200nm或小于約lOOnm，并且最小層厚度可以例如為至少約5nm、至少約IOnm或至少約20nm。雖然可涂覆大粒徑的微粒以形成單層，但是納米粒子層通常為幾個納米粒子厚，如至少2個或以上、3個或以上、4個或以上或者5個或以上的納米粒子，以及至多5個、至多10個、至多20個或至多50個納米粒子的總厚度。金屬納米粒子反射層在500nm處的反射率可以例如為至少約40%、至少約50%或至少約60%。在多個實施例中，金屬納米粒子反射層在約500nm的波長處的反射率可以為至少約80%、至少約90%或約99%。合適的金屬納米粒子的溶液或懸浮液可得自若干供應商，包括=InkjetSilverConductor(噴墨式銀導體)油墨AG-IJ-G-100-S1(得自CabotPrintableElectronicsandDisplays)；SILVERJET.TM.DGH50禾口DGP50油墨(得自AdvancedNanoProducts)；SVffOOUSVW102、SVEOOl、SVE102、NPlOOl、NP1020、NP1021、NP1050和NP1051油墨(得自NipponPaint(America))；METAL0N.TMFS-066和JS-011油墨(得自NovacentrixCorp.),以及NP系列納米粒子糊劑(得自HarimaChemicals,Inc.)0金屬納米粒子可由多種載體承載，包括水和有機溶劑。金屬納米粒子還可承載于可聚合單體粘結劑中，但有利地是該粘結劑從涂覆的涂層中移除(使用如溶劑萃取或燒結法)，以便得到可透過的納米粒子層。層240可這樣形成在對被分析物響應的層230上涂覆金屬納米粒子的稀釋涂層溶液或懸浮液，然后使溶液或懸浮液干燥，以形成可透過的反射層M0。稀釋程度可以例如為能提供滿足以下條件的涂層溶液或懸浮液能提供合適的液體或蒸氣可透過的金屬納米粒子層，例如固體含量低于30重量％、低于20重量％、低于10重量％、低于5重量％或低于4重量％。通過使用另外的溶劑稀釋可直接使用的商業(yè)金屬納米粒子產品并涂覆和干燥此稀溶液或懸浮液，可以獲得相當薄的液體或蒸氣可透過的層?？刹捎枚喾N涂層技術來涂覆金屬納米粒子溶液或懸浮液，包括刷涂法、浸涂法、輥涂法、旋涂法、噴涂法、模具涂布法、噴墨涂布法、絲網印刷(如旋轉網版印刷)、凹版印刷、苯胺印刷和本領域的普通技術人員熟知的其他技術。與使用其他方法所得的涂層相比，旋涂可提供更薄更易透過的涂層。因此，如果以適當的高速和高溫旋涂到合適的基底上，一些以低固體含量提供的銀納米粒子懸浮液(例如得自NipponPaint的5重量％的SVW001銀或者得自AdvancedNanoProducts的10重量％的SILVERJETDGH-50或DGP-50)可以直接使用而無需進一步稀釋。只要燒結不會使本已足夠的穿透性降低，就可在涂覆后對金屬納米粒子層進行燒結(如通過在約125°C至約250°C的溫度下加熱約10分鐘至約1小時)。應當理解，所得的反射層可能不再包含易于識別的納米粒子，但可稱之為納米粒子反射層以表明其制造方式。可用于反射層MO的合適的可由被分析物穿透的材料，特別是金屬納米粒子材料的其他細節(jié)和屬性在例如公布的美國專利申請No.2008/0063874中有所描述，該專利以引用方式并入本文。感測元件2可以包括半反射層220。在多個實施例中，半反射層220可沉積(如通過本文所述的多種方法)到此前形成的對被分析物響應的層230的表面上，或半反射層220可沉積到基底210上，然后將對被分析物響應的層230沉積到半反射層220上。根據定義，半反射層220將包含反射率比反射層240低的層。半反射層220可包含任何可提供適當半反射性(如厚度適當時)的合適材料。合適的材料可包括金屬或半金屬，例如鋁、鉻、金、鎳、硅和銀。其他合適的材料可包括金屬氧化物。在多個實施例中，半反射層220在約500nm的波長處的反射率為約30%至約70%、或反射率為約40%至約60%。在一些(如采用圖2的設計類型)實施例中，半反射層220可有利地為所關注的被分析物可透過的層。因此，在這種情況下，優(yōu)選地以適當的厚度提供半反射層220，以提供適當的反射率，同時可允許被分析物穿透半反射層220，以達到并進入對被分析物響應的層230。在一些情況下，一般5nm范圍內的厚度可能是期望的(例如，如果半反射層220通過氣相沉積法形成金屬層)。具體的期望厚度將取決于用于形成層的材料、待檢測的被分析物，并可根據需要構造。半反射層220和反射層240可由相似或相同的材料(如以不同的厚度或涂層重量沉積，以便在反射率方面賦予期望的差異)。只要能提供具體應用所期望的反射率和穿透性，半反射層220和反射層240就可以為連續(xù)的或不連續(xù)的層。合適的半反射層和反射層、其性質及制備方法的其他細節(jié)在例如公布的美國專利申請2008/0063874中有所描述，該專利以引用方式并入本文。如果存在的話，基底210可由任何能夠為感測元件提供支撐的合適材料(如玻璃、塑料等)構成。在光穿過基底210以便對感測元件2進行詢問的實施例中，基底210應是光學透明的(即，應在所關注的波長處具有足夠的透射率)，并且不應具有會對光學信號產生無法接受的影響的其他性質(如熒光)。在一些實施例中，基底210包含被分析物和/或其他物質(如氣體、蒸氣或固體)不可穿透的阻礙材料。某些聚合物型基底(如半結晶聚合物等)可具有特別加強的阻隔性質。其他聚合物型基底(例如玻璃態(tài)聚合物，如聚碳酸酯、聚苯乙烯等等)盡管沒有與例如聚酯相當的阻隔性質，但它們仍能充分保證不被穿透，可以用于本發(fā)明。參照圖4和5，裝置1包括至少一個用于將光引導到至少一個感測元件2上的光源31。光源31可以包括多種光源中的任何一種，包括燈泡(如白熾光燈泡)等。在一些實施例中，光源31可以包括發(fā)光二極管(LED)。在某些實施例中，光源31可以包括發(fā)出譜帶相對較寬的光(如白光)的光源。在其他實施例中，光源31可以包括發(fā)出特定(如相對較窄)波長范圍的光的窄帶光源(如LED)。在多個實施例中，此類窄帶光源可以發(fā)出最多約50nm、最多約40nm或至最約25nm的半功率帶寬?？捎玫氖纠訪ED包括以商品名0VLBx4C7得自Optek，Carro11ton,TX的那些。參照圖4和圖5，裝置1包括至少一個用于測量從至少一個感測元件2反射回來的光的光檢測器(光電檢測器)32。光電檢測器32可以包括能夠測量其上的入射光子數的多種裝置中的任何一種，包括例如光電倍增管、光伏電池、電耦裝置等。光電檢測器32可用于提供與檢測到的光子數相關(如，與從感測元件2接收到的反射光的強度相關)并可如下文所述進一步處理的信號(如電壓、電流等)。在一些實施例中，光電檢測器32可以包括光電二極管。在一些實施例中，光電檢測器32可以檢測特定(如相對較窄)波長范圍的光。在其他實施例中，光電檢測器32可以包括可檢測相對較寬波長范圍內的光的寬帶檢測器。在多個實施例中，此類寬帶光電檢測器能夠檢測到至少約150nm寬、250nm寬或500nm寬的波長范圍內的光。可用的示例性光電檢測器包括以商品名SHIM30得自0SRAM，Regensburg，Germany的光電二極管。因此，裝置1包括至少一個光源31和至少一個被構造為能夠光學詢問至少一個感測元件2的光電檢測器32。光源31可以被布置為使光源31的輸出光的至少一部分射在感測元件2上。在一些實施例中，光源31可以設置在感測元件2附近，并被構造為使得光源31發(fā)出的光直接投射在感測元件2上。在多個實施例中，光源31與感測元件2的距離可以小于約30、20或10mm。同樣，光電檢測器32可以設置在感測元件2附近，并被構造為使得感測元件2反射的光的至少一部分直接被光電檢測器32接收。在多個實施例中，光電檢測器32與感測元件2的距離可以小于約30、20或10mm。在一些實施例中，裝置1可以被構造為通過在光源31與感測元件2之間的光學路徑中使用一個或多個反射鏡(所有圖中均未示出)使得光源31發(fā)出的光被感測元件2間接接收。同樣，在一些實施例中，裝置1可以被構造為通過在感測元件2與光電檢測器32之間的光學路徑中使用一個或多個反射鏡(未示出)使得從感測元件2反射的光被光電檢測器32間接接收。在多個實施例中，光源31和光電檢測器32可以被構造為將來自光源31的至少一些光引導到感測元件2上，并通過光電檢測器32收集從感測元件2反射回來的至少一些光，同時最大程度減少環(huán)境光(或除直接從感測元件2反射回來的光之外的任何光)入射到光電檢測器32上。在某些實施例中，將光電檢測器32設置在光源31附近是有用的，如圖4和圖5的示例性設計所示。在多個實施例中，光電檢測器32與光源31的距離(如中心到中心距離)可最多為約5mm、IOmm或15mm。在一些實施例中，光源31和光電檢測器32可以安裝在共用印刷電路板38上，如圖4和圖5的示例性設計所示。在此類情況下，光源31和光電檢測器32可采用共平面構造，它在本文中被定義為這樣一種構造，其中光源31和光電檢測器32的至少一部分在平行于印刷電路板平面的一個平面中(即使光源31和光電檢測器32之一或兩者可彼此成一定角度，如下文所詳述)。在一些實施例中，光源31、感測元件2和/或光電檢測器32可以設置為彼此成限定的角度，以便增加從光源31引導到感測元件2上的光量和光電檢測器32接收到的來自感測元件2的反射光的量。例如，在圖7示例類型的設計中，光電檢測器32位于感測元件2的法向(“ζ”)軸與印刷電路板38的交點處(即光電檢測器32的光敏感區(qū)的至少一部分位于始于感測元件2中心的感測元件2法向軸與印刷電路板38的交點處)，其中光源31設置在光電檢測器32附近(側旁)(如稍微偏離感測元件2的法向軸)。在這樣的構造中，光源31可以成一定角度，以便增加感測元件2接收到的光源31發(fā)出的光量。光電檢測器32則被設置為接收感測元件2反射的光。在多個其他實施例中，光電檢測器32可以(除光源31外，或代替光源31)設置為稍微偏離感測元件2的法向軸。光源31、感測元件2和光電檢測器32之間的任何合適的關系都是可接受的，只要足以能夠進行感測元件2的光學詢問。例如，感測元件2的位置不是鄰近并相對平行于殼體100的主表面103(如圖4、5和6所示)，而是與其有一定的距離和/或成一定的角度，只要提供感測元件2與光源31和光電檢測器32之間的合適關系即可。在具體的實施例中，光源31可以安裝在(例如附接到)印刷電路板38上，并相對于印刷電路板38成一定角度(如圖6所示)，以便在光源31與感測元件2之間形成所需的角度。例如，如果光源31為發(fā)光二極管，則可以用任何熟知的安裝方法將它電連接到印刷電路板38上。通孔方法可以更好地形成所需角度，但如果需要的話，也可以使用表面安裝方法。如果需要，可以用一個或多個定位裝置(如夾持器、箍等)將光源31以所需角度設置在印刷電路板38上。在多個附加實施例(圖6中未示出)中，可按與光源31相似的方式將光電檢測器32安裝在(例如附接到)印刷電路板38上，并相對于印刷電路板38成一定角度?？梢詫⒀b置1設計為增加光電檢測器32接收到的直接從感測元件2反射回來的光量，同時最大程度減少光電檢測器32從其他光源接收到的光。例如，裝置1的某些設計可以將進入內部空間125的環(huán)境光量減至最低，并可以將可從光源31直接發(fā)射到光電檢測器32上的光量減至最低。因此，在一些實施例中，殼體100的某些部分、大部分或全部可由不透明的材料制成。在一些實施例中，殼體100的內表面127的某些部分、大部分或全部(如面向內部空間125的表面)可以是非反射性的(如吸光的、不透明的、黑色的等等)。這可通過以下方法實現模鑄有色(如不透明)材料的殼體100，在殼體100內表面上使用抗反射、不透明等涂層，等等。在一些實施例中，光源31可以包括以相對較窄的光束角度發(fā)光的光源(如LED)。在多個實施例中，光源31具有的光束角度可使得射出的90%以上的光與光束中心的角度在正或負30度內，或在正或負20度內。在一些實施例中，可以設置一個或多個光學屏障，用于攔截可能直接從光源31射向光電檢測器32的光。例如，在圖6的示例性設計中示出了光學屏障128，它被設置為阻止至少一些光到達光電檢測器32。光學屏障1可以由任何合適的材料(如不透明材料)構成，可以具有任何合適的大小或形狀，并設置在任何合適的位置，只要能獲得所需的阻光效果即可。光學屏障1可以設置在光源31附近。在一些實施例中，光學屏障1可包括有助于使光源31相對于印刷電路板38保持在所需構型(如角度)的夾持器(如箍)。除了該布置方式外，或取代該布置方式，同樣地，光學屏障也可出于類似的目的設置在光電檢測器32附近。在其他實施例中，裝置1中可以使用多個光源31和/或多個光電檢測器32?？梢允褂迷摲椒ǖ亩喾N變型。例如，可以使用兩個、三個、四個或更多個光源31。在具體實施例中，可以使用各自以不同于另一光源的峰值波長發(fā)光的不同光源31a、31b等(例如，具有不同發(fā)光波長范圍的LED)。在這樣的設計中，可以將不同的光源安裝在共同的光電檢測器附近(圖7中示出了包括兩個光源31a和31b的示例性設計)。各個光源的位置可以相對于感測元件2偏軸，和/或相對于印刷電路板38成一定角度，如上文關于光源31所述(如圖7以示例性方式所示)。可以存在一個或多個光學屏障128。在其他實施例中，可以使用多個光電檢測器。例如，以特定峰值波長發(fā)光的每個光源31可以與設計用于檢測該特定波長范圍的光的光電檢測器一起使用。在其他實施例中，多個(如窄帶)光電檢測器可以與單個寬帶光源31—起使用。在其他實施例中，單個光電檢測器32(例如，能夠檢測每個單獨的窄帶光源31發(fā)出的波長范圍的光的寬帶檢測器32)可以與多個窄帶光源31—起使用(如圖7所示)。在此類設計中，可以按順序操作光源31，每個光源31的觸發(fā)之間具有足夠的時間延遲(如至少1毫秒)，使得共用光電檢測器32可以檢測與光源31a發(fā)出的光相對應的信號，然后可以單獨檢測與光源31b發(fā)出的光相對應的信號，以此類推。此設計的優(yōu)勢在于只需要一個光電檢測器。使用多個光源31和/或多個光電檢測器32可以增強裝置1的運行。例如，使用此類設計可以檢測更寬范圍的可檢測被分析物，可以檢測更寬濃度范圍的被分析物，可以更精確地對被分析物的濃度進行定量，可以無需在每次安裝新的感測元件2或更換感測元件2時都要校準裝置1，等等。因此，在一些實施例中，采用本文所述的方法不需要在監(jiān)測可能含有被分析物的大氣環(huán)境之前將感測元件暴露于包含已知非零濃度被分析物的校準氣體中。本文所公開的裝置和方法還可以在使用最小空間和最低花費的情況下借助光學反射來增強感測元件2的詢問，因為這些裝置和方法最大限度地減少了對諸如光纖電纜、透鏡陣列、濾光輪等部件的使用。具體地講，采用本文所公開的裝置和方法，可以生產重量輕、便于攜帶的裝置1，并且在需要時可以在沒有外部電源的情況下運行。在多個實施例中，裝置1的內部空間125/126可以小于約100cm3，小于約60cm3，或小于約30cm3。在一些實施例中，本文所述的方法可以使感測元件2能夠用作與呼吸保護裝置結合的使用壽命終止指示器(ESLI)。名稱為ORGANICVAPORSORBENTPROTECTIVEDEVICEWITHTHIN-FILMINDICATOR(具有薄膜指示器的有機蒸汽吸附防護裝置)的美國公布的專利申請2008/0063575中描述了多種示例性呼吸保護裝置，該專利以引用方式并入本文。在此類實施例中，當將裝置1用作標牌或區(qū)域監(jiān)測器時使用的某些元件(如頂蓋140、保護層300)可以存在，也可以不存在。在一些實施例中，感測元件2可以作為裝置1的永久性安裝元件。在其他實施例中，感測元件2可以是可卸載(如可拆除的和/或可更換的)元件?？赡苡欣氖?，在極少使用或不使用可能含有會干擾感測元件2運行的小分子的粘合劑(包括例如壓敏粘合劑、液態(tài)粘合劑、熱固化性粘合劑、輻射固化性粘合劑)下，將感測元件2牢固地設置(如連接)在裝置1中的合適位置處(并任選地在這種情況下封閉開口10。因此，可能有利的是，用一個或多個機械連接部件(如夾片、夾具、頂蓋等)將感測元件2保持在合適位置。還可能有利的是，通過不會導致感測元件2轉向、彎曲或變形的方式將感測元件保持在合適位置。在圖8中以示例性方式所示類型的實施例中，用頂蓋140將感測元件2保持在合適位置(并使得封閉開口10。在此類實施例中，殼體100可以包括可支撐感測元件2的外圍邊緣部分215(如感測元件2的基底210的一部分)的凸緣105，以及限制感測元件2相對于開口102橫向移動的壁106。頂蓋140可連接到裝置1的殼體100上，并在連接后將感測元件2牢固地保持在合適位置，從而封閉開口102。可以通過任何合適的附連裝置(所有圖中均未示出)將頂蓋140連接到裝置1的殼體100上。因此，頂蓋140可以包括用螺釘固定的連接機構、卡口式連接機構；可以通過一個或多個夾片、夾具等連接；可以通過使用機械緊固件(如鉤環(huán)扣件、松緊帶等)連接。頂蓋140可以包括設計用于牢固地將感測元件2的外圍邊緣部分215保持在合適位置(如緊靠殼體100的凸緣10的部分141?？梢允褂靡粋€或多個密封墊圈(如0形環(huán))(如在感測元件2的邊緣部分215與頂蓋140的部分141或殼體100的凸緣105之間)幫助實現開口102的閉合。頂蓋140還可以包括可由被分析物穿透的部分142。部分142可以包括開放空間(如圖8的示例性實施例中所示)。或者，它可以包括一個或多個其間具有間隔的構件(如柵格、橫檔)，和/或可以包括打孔的片材、網片等(如圖9的示例性實施例中所示)，以便為感測元件2提供機械保護，同時仍允許被分析物到達感測元件2。盡管在圖8和圖9所示類型的實施例中通過向內(朝裝置1的內部空間126)壓迫將感測元件2保持在合適位置，但在其他實施例中，可以通過向外壓迫(如緊靠殼體100的凸緣或某些其他部分)將感測元件2保持在合適位置。不管怎樣實現，當感測元件2被牢固保持在合適位置時，均可封閉開口102，使得內部空間125變成密封的內部空間(1)。所謂密封是指蒸氣或固體(如粉塵)不能穿透到裝置1的內部空間126中?？梢杂酶袦y元件2封閉開口102(如借助被分析物和/或任何其他氣體、液體、蒸氣等不可穿透的感測元件2的光學透明基底210)；或者可以用一個或多個次級阻擋層封閉開口102。這樣的次級阻擋層可與感測元件2相連(如粘附到感測元件2上，與感測元件2—起以套件形式提供等)，或者可以是裝置1的殼體100的永久性安裝元件(如透明窗口)。在這種類型的設計中，感測元件2的可由被分析物穿透的反射層240可以面向外(背離密封的內部空間1)，感測元件2的光學透明基底210可以面向內，使得可以通過光線40以及穿過光學透明基底210的光線41和42對感測元件2進行光學詢問。在此類設計中，裝置1能夠在被分析物(或任何其他固體、液體或蒸氣材料)不進入密封的內部空間126的情況下檢測被分析物。由于內部空間125含有多種會受被分析物和/或其他物質不利影響的光電元件，所以使內部空間125成為密封的內部空間(126)將具有優(yōu)勢。不可穿透的基底210(和/或存在的任何次級阻擋層)除了保護內部空間126中的光電元件免受裝置1外部物質的危害外，還可以保護感測元件2免受內部空間126中可能存在的物質的不利影響(如光電元件組裝中可能用到的粘合劑或物質)。頂蓋140也可以用于例如圖4中所示類型的實施例，以防止對內部空間125中的各種組件造成物理損壞同時被分析物仍可進入內部空間125的方式覆蓋未封閉的開口101。出于多種目的，裝置1中還可以具有其他層、元件等。例如，感測元件2與光源、光電檢測器32和/或裝置1的各種其他光電元件之間可以具有一個或多個附加層(如光學透明膜)。在一些實施例中，在裝置1的內部空間125中，光源31、光電檢測器32和/或各種其他光電元件可存在于一個或多個光學透明層后面，其中所述一個或多個光學透明層可以保護這些元件(如防止粉塵、灰塵、污染等)，同時仍允許光穿過光學透明層進行感測元件2詢問。在一些實施例中，可能有利的是，提供一個或多個可由蒸汽或氣相被分析物穿透的層，但這些層可以防止液體被分析物或可能干擾裝置1運行的任何液體或固體物質進入裝置1的內部空間125。因此，可能有用的是提供設置在裝置1的開口101/102與內部空間125/1之間的保護層300。保護層300可以包含任何具有足夠(氣體和/或蒸汽)穿透性的材料，以便允許足夠的氣體和/或蒸汽相被分析物通過，從而確保感測元件2作出充分響應，同時可基本上或完全防止不需要的液相材料通過。因此，保護層300可包含任何合適的多孔材料，該多孔材料允許氣體和/或蒸氣通過，同時基本上防止液體通過(在此語境中，基本上防止液體通過意味著雖然在(如通過抽吸)施加足夠高的壓力時保護層可能允許液體穿透材料，但液體在例如偶然接觸、澆注、飛濺的情況下不會穿透該層)。此類材料可包括例如多孔和/或微孔膜、非織造網、織造物等等?？筛鶕枰獙Υ祟惒牧线M行處理，以便調節(jié)其潤濕性和/或其防止液體通過的能力。可用于保護層300的示例性材料包括例如以商品名VersaporeR得自PallCorporation(EastHills,NY)的材料。保護層300可以設置在開口101/102內或其附近，并可以例如通過頂蓋140將其保持在合適位置，如圖9所示的示例性構型。在一些實施例中，保護層300可以包含可壓縮的多孔材料，當將頂蓋140附接到裝置1的殼體100上時，這些材料有助于將感測元件2保持在合適位置。保護層300可以與也可以不與感測元件2(例如，與感測元件2的可由被分析物穿透的反射層M0)直接接觸，只要提供所需的保護即可。保護層300可以設置在頂蓋140的凹陷內，例如鄰近頂蓋140的可由被分析物穿透的部分142，頂蓋140可以位于保護層300上面，以便將其保持在合適位置并提供機械保護，同時仍允許被分析物到達感測元件2。如果需要，保護層300和/或頂蓋140可以是可更換的。用本文所公開的方法和裝置詢問感測元件2時，可以獲得與所關注的被分析物的存在情況和/或濃度(例如在監(jiān)測的大氣環(huán)境中)相關的信號。在一些實施例中，由裝置1的至少一個光電檢測器32產生的信號為電信號，例如為電壓或電流的形式(例如，光電檢測器32對入射到光電檢測器32上的光作出響應而產生的)。也就是說，光電檢測器32可以將來自感測元件2的光學信號(如光強度)轉化成可隨后被操縱、處理等的信號，如電壓。裝置1可進一步包括一個或多個模數轉換器，其可以提供數字形式的信號，以便于由微控制器進行處理。就多個光電檢測器32而言，每個光電檢測器32可以提供單獨的信號。如果需要，可根據裝置1的電路中常駐(如安裝到軟件或固件中)的算法對從一個或多個光電檢測器32接收的信號(單獨地或組合地)進行數學處理。因此，裝置1可以根據需要包括此類部件、電路等，以進行此類所需的信號處理，并且也可以根據需要控制光源31和/或光電檢測器32等。參照圖10的框圖，裝置1可以包括微控制器37，它可以操作光源31以及操作光電檢測器32(并接收來自光電檢測器的信號)，可以對光電檢測器32接收到的信號進行處理、操縱等，可以將各種數據和參數保留在存儲器中，可以操作顯示器36并與用戶界面39通信，可以通過供電系統(tǒng)35接收來自(內部或外部)電源34的電力，并可以根據需要執(zhí)行其他功能。在特定實施例中，裝置1可以包括以MSP430F437IPN得自TexasInstruments的示例性微處理器，其尤其適用于本文所述的用途。裝置1可以根據需要包括其他電子和/或光學元件，以執(zhí)行裝置1的功能。此類元件可以包括但不限于一個或多個電阻器、電容器、電感器、集成電路、驅動器、收發(fā)機、天線等。裝置1的多個元件可以連接到和/或物理安裝到一個或多個印刷電路板上。在一些實施例中，裝置1的多個元件可以安裝到單個、共用的電路板38上。概括地說，裝置1可以通過如本文所述接收和/或處理的信號產生與所監(jiān)測大氣環(huán)境中的所關注被分析物的濃度值相關(例如，代表所述值)的通知信號。該通知信號可被傳達給裝置1的使用者(例如，通過視覺、聽覺或觸覺信號)。在一個實施例中，通知信號可以是所監(jiān)測大氣環(huán)境中的被分析物濃度的實際數值。除此之外，和/或取而代之，可以提供盡管不是數值但與該數值相關的通知信號。例如，裝置1可以在檢測到被分析物和/或檢測到一定量的被分析物時提供聽覺信號(如嗶嗶聲、喳喳聲、警報信號)、視覺信號和/或振動信號。在一些實施例中，裝置1可提供非定量性指示(例如，指示所關注的被分析物是否以例如高于一定濃度的量存在)。在一些實施例中，裝置1可提供半定量和/或定量信息(例如，估計或指示被監(jiān)測的空氣中被分析物的濃度)。在一些實施例中，裝置1可提供累計指示(即，源于范圍可長達數小時的一段時間內所監(jiān)測空氣中被分析物的濃度的綜合指示)。在一些其他實施例中，裝置1可提供源于空氣中被分析物的瞬時(如經數分鐘或更少的周期)濃度的“實時”讀數。在一些實施例中，裝置1可以實時或定期(如通過傳輸數據記錄信息)將此類信息傳輸至接收站。例如，裝置1可以將此類信息(如通過無線或紅外傳輸)傳輸至計算機、工作站、中央處理設備等。裝置1可以用于檢測和/或監(jiān)測一種或多種所關注的被分析物。此類被分析物可以包括可存在于需要監(jiān)測的環(huán)境(通常為空氣)中的蒸氣或氣體。在一些實施例中，被分析物為有機蒸氣(如揮發(fā)性有機化合物)。代表性的有機被分析物可包括取代或未取代的碳化合物，其包括烷烴類、環(huán)烷類、芳族化合物、醇類、醚類、酯類、酮類、商代烴類、胺類、有機酸類、氰酸酯類、硝酸鹽類以及腈類，例如正辛烷、環(huán)己烷、甲基乙基酮、丙酮、乙酸乙酯、二硫化碳、四氯化碳、苯、甲苯、苯乙烯、二甲苯類、甲基氯仿、四氫呋喃、甲醇、乙醇、異丙醇、正丁醇、叔丁醇、2-乙氧基乙醇、乙酸、2-氨基吡啶、乙二醇單甲醚、甲苯-2，4-二異氰酸酯、硝基甲烷、乙腈等等。裝置1可以通過從至少一個光源31發(fā)出光，將發(fā)出的光的至少一部分引導到至少一個感測元件2上，并用至少一個光電檢測器32測量從感測元件2反射回來的光量從而對感測元件2進行光學詢問。從感測元件2上反射回來的光的特性將由從感測元件2的各層(如反射層和/或半反射層)和/或界面反射回來的光的干涉作用產生。此反射光可以具有圖11中以一般形式示出的一般型反射光譜，其中在給定的波長范圍內具有一個或多個波峰(如181、182和/或183等)和波谷。波峰的大小和/或位置可以響應被分析物的存在而發(fā)生改變。不用嘗試詢問整個反射光譜(可由復雜儀器完成)，而是有選擇地以一個或多個具體波長范圍詢問感測元件2。因此，在一些實施例中，裝置1包括一個光源31，該光源被設計為可發(fā)出預定的、相對較窄波長范圍A內的光(參照圖11)。波長范圍A的邊界可以是也可以不是尖銳的或絕對的截止值，這取決于所用的特定光源和/或檢測器的特性。波峰182的位置或大小變化時(即，由于被分析物濃度的改變)，光電檢測器32檢測到的反射光的量或強度也會改變。在一些實施例中，選擇的波長范圍A應使得對于感測元件2的給定設計而言，在不存在被分析物時，波長范圍A落在感測元件2反射光譜中的波峰182(例如，主峰)的最大值184處或附近。在這樣的構型中，將波長范圍A的光引導到感測元件2上可以使感測元件2反射和光電檢測器32檢測到的光在響應被分析物含量改變、波峰182的大小和位置相應改變時發(fā)生相對較大的變化。因此，此類方法可以提高裝置1對被分析物存在情況和/或濃度的響應能力。選擇的特定波長范圍可取決于所用的特定感測元件2的性質、需要監(jiān)測的特定被分析物等等。在多個實施例中，波長范圍的中心可以在最大峰值的約10nm、20nm或40nm范圍內。在具體實施例中，可能優(yōu)選的是，在以大約520nm為中心的波長范圍內或以大約640nm為中心的波長范圍內詢問感測元件2。在上文所述的某些實施例中，通過使用窄帶光源31在給定的預定波長范圍內進行詢問。在這種情況下，光電檢測器32可以根據需要為窄帶或寬帶的。作為另外一種選擇，可以使用窄帶光電檢測器32，在這種情況下，光源31可以根據需要為窄帶或寬帶的。在一些實施例中，在至少兩個不同的波長范圍A和B處監(jiān)測從感測元件2反射的光(參照圖11)。這可以例如通過使用附加的光源31和/或光電檢測器32來實現。在特定實施例中，這可以通過使用兩個或更多個單獨的窄帶光源31a和31b來完成，如圖7的示例性設計中所示。在這種情況下，可以使用單個(如寬帶)光電檢測器，也如圖7所示，其中不同波長范圍處的信號通過暫時隔開(即，及時交錯)光源31a和31b發(fā)出的光而獲得，使得可以用光電檢測器32單獨檢測由此產生的反射光。也可以使用其他方法。在一些實施例中，可以聯合使用寬帶光源31與能夠區(qū)分波長范圍A與波長范圍B內的光的窄帶光電檢測器。然而實現這一點時，在多個波長范圍內監(jiān)測感測元件2反射回來的光可具有明顯的優(yōu)勢。在特定實施例中，選擇的波長范圍A應落在不存在被分析物時感測元件2的反射光譜中的波峰182的最大值184處或附近，如上文所述。波長范圍B可以至少一定程度地與波長范圍A分離，在一些實施例中，可以在不存在被分析物時感測元件2的反射光譜中的波谷最小值185處或附近。在特定實施例中，波長B落在緊鄰監(jiān)測波長A的波峰182的波谷最小值185處或附近(如圖11所示)。在此類構型中，可以將表示在波長范圍A內檢測到的光量的光電檢測器32信號與表示在波長范圍B內檢測到的光量的光電檢測器32信號進行比較(如用裝置1的微處理器37確定比值)。此比較/比值可提供顯著的優(yōu)點。例如，可用來確定新的或更換的感測元件2的運行狀況(如未過早暴露于被分析物、受到損壞等)。因此，在一些實施例中，本文所述的方法包括以下步驟用暴露于無被分析物(如被分析物含量低于lppm)的大氣環(huán)境中的感測元件獲得初始比較信號，以及確定該初始比較信號是否處在可接受的范圍內。比較(如比率)信號的這種用途還可增大裝置1的動態(tài)范圍。在本文所公開方法的上下文中，比較第一和第二信號(如表示在第一波長范圍和第二波長范圍內檢測到的光量的信號)可以包括比較平均信號(如，獲得多個第一信號并取它們的平均值，獲得多個第二信號并取它們的平均值，然后比較第一信號平均值與第二信號平均值)以及比較各個第一信號與各個第二信號。可以根據所用的具體感測元件2的性能、需要監(jiān)測的具體被分析物等因素選擇具體的波長范圍。在多個實施例中，選擇的波長范圍A和波長范圍B應使得它們的中點間隔至少20、至少40或至少60納米。在其他特定實施例中，選擇的波長范圍A和波長范圍B應使得它們的中點間隔至多140、至多120或最多l(xiāng)OOnm。在多個實施例中，第一波長范圍的中心可以在波峰最大值的約10nm、20nm或40nm內，第二波長范圍的中心可以在波谷最小值的約10nm、20nm或40nm內。在其他特定實施例中，進行光學詢問，其中波長范圍A的中心在大約520nm附近，波長范圍B的中心在大約640nm附近。如上所述，例如可以通過使用窄帶光源(如LED等)完成波長范圍A和B內的詢問。不同光源發(fā)出的光的波長可以具有一些重疊；然而，只要由此獲得的信號具有足夠的差異，就不會影響感測元件2的成功詢問。如果需要，可在其他波長范圍(例如圖11中標出C和D的那些)處進行額外的光學詢問。這些額外的范圍可以在范圍A與B之間(如在范圍C內)，或可以在范圍A和B之外(如在范圍D內)。此類額外的光學詢問范圍(如，可以通過使用額外的光源31和/或光電檢測器32提供)可以增大分辨率、動態(tài)范圍、精度等?？梢詫⒃谶@些波長范圍內獲得的信號與在其他波長范圍處獲得的信號進行比較(如，確定比值)，如上文所述。裝置1的信號處理能力的創(chuàng)新應用(如用微處理器37進行)可提供額外的優(yōu)點。例如，光電檢測器32收集到的信號可被保留在(如微處理器37的)存儲器中，從而可以存取和查詢信號的時間相關史。這在以下情況中是有用的，例如，(如在存在一定量的被分析物的情況下)第二波峰(如波峰181)充分偏移而靠近波長范圍A，使得在由波峰181產生的波長范圍A內接收到的信號類似于在不存在被分析物時從第一波峰(如波峰182)最初接收到的信號。通過遵循從光電檢測器32收到的信號的時間相關史(如，波長范圍A內的信號下降，然后再次朝其初始值上升)，裝置1能夠將這樣的情況(如，可能由大量被分析物導致)與在可能暴露于被分析物期間接收到相對恒定的反射光信號(如，由波峰182產生)的情況區(qū)分開來。使用比較(如比率)信號時可以進行類似的信號處理。裝置1增強的性能可能需要以比感測元件2的反射特性對被分析物的預期響應速率足夠快的采樣速率對感測元件2進行詢問。然而，例如對于連續(xù)監(jiān)測感測元件2的功耗來說，這可能是不利的。在多個實施例中，以每分鐘至少6次詢問、每分鐘至少60次詢問、每分鐘至少120次詢問或每分鐘至少240次詢問的頻率對感測元件2進行詢問。其他信息也可被保留在微處理器37的存儲器中，以增強裝置1的運行。例如，可以提供將信號(如波長范圍A處的光強度)或比較信號(如波長范圍A與波長范圍B處的光強度比率)等與監(jiān)測環(huán)境中的被分析物濃度關聯起來的信息(例如，通過將感測元件暴露于已知被分析物濃度下從經驗上獲得的預定響應曲線)。因此，裝置1可以通過將比較信號與預定響應曲線關聯起來以獲得與監(jiān)測環(huán)境中的被分析物濃度相關或表示該濃度的濃度值而運行?？梢詫螚l響應曲線預先裝入(如永久性地)裝置1的存儲器中；或者可以將響應曲線定期上傳到裝置1的存儲器中，以便用于感測元件2的特定設計、特定被分析物等?？梢允褂枚鄺l響應曲線。在本文所公開的方法的上下文中，將比較信號與響應曲線關聯起來包括關聯平均比較信號(如獲取多個比較信號并取其平均值而得)，以及關聯各個比較信號。實例將得自3MCompany,St.PaulMN的3M110型一氧化碳監(jiān)測器拆卸，取出電子元件，液晶顯示器除外。設計具有合適尺寸和合適接頭的印刷電路板，以便安裝到110監(jiān)測器的殼體中，并通過導電膠條連接件與LCD顯示器接合。將印刷電路板定制設計為接收、支持和電連接下文所述的多種元件。在印刷電路板上安裝光電二極管(SFH2430，OSRAM，Regensburg，Germany)。選擇印刷電路板以及光電二極管的位置，使得當將印刷電路板固定在110殼體中，將感測元件設置在110殼體的開口中，將殼體的兩個半塊安裝在一起時，光電二極管面向感測元件并與感測元件的法向軸對齊(以與圖7所示設計相似的方式)。在印刷電路板上安裝兩個LED。第一個為綠色LED(0VLBG4C7，0ptek，Carrollton，TX)，其發(fā)射光的峰值波長的中心在約520nm處；第二個為紅色LED(0VLBR4C7,Optek)，其發(fā)射光的峰值波長的中心在約640nm處。以與圖7所示相似的方式，將LED安裝在光電二極管的側面，每個LED與光電二極管的間距為約7mm(中心至中心測量)。用通孔連接件將LED安裝到印刷電路板上，其中連接線稍微彎曲，使得每個LED以與圖7所示相似的方式朝向光電二極管稍微成一定角度。計算該角度，使得當感測元件位于110殼體的開口中，并將殼體的兩個半塊安裝在一起時，每個LED朝向感測元件的中心區(qū)域發(fā)射光。采用LED箍式夾持器(通過螺釘附接到印刷電路板上)幫助將每個LED固定在合適的位置和角度。LED夾持器由不透明的(黑色的)塑料制成，位于各個LED與光電二極管之間的箍的一部分用于最大程度減少可從該LED直接傳輸到光電二極管的光量。將其他元件安裝到印刷電路板上，包括SPI總線串行FRAM(FM25H20-DG,Ramtron)、低噪CMOS(AD8603AUJZ，AnalogDevices),600mA步進直流/直流轉換器(LTC3429ES6,LinearTechnology),50mAM低功率LDO(TPS79730DCKR，iTexasInstruments)、16-bitFlash/RAMA/D/120segLCD(MSP430F437IPN,TexasInstruments)、單芯片2.4Hz收發(fā)機(nRF24L01+,NordicSemiconductor)和2.4HGz芯片天線(RFD58005，RFD)。也可以將根據需要用于操作電路及其多個部件的其他元件提供到和/或安裝到印刷電路板上，包括如本領域熟知的各種電阻器、電容器、電感器等。將3.6V鋰電池硬連線到印刷電路板上。重新組裝包括印刷電路板和上述元件在內的監(jiān)測器殼體。把根據需要用于操作裝置、驅動LED、處理從光電二極管接收到的信號等的各種信息和算法上傳到裝置的固件和/或軟件存儲器中。具體地講，將算法上傳，裝置則可根據該算法按順序操作紅色和綠色LED，并監(jiān)測與每個LED的操作相對應的反射光信號。將算法配置為以大約每秒一次的頻率觸發(fā)每個LED，其中時間模式如下紅色LED開啟-aiiS(毫秒)，測量并處理所得的反射光信號-2mS，暫停-990mS，綠色LED開啟-^iiS,測量并處理所得的反射光信號_2mS，暫停anS。還上傳其他計算法，以使得裝置可以計算(對于紅色和綠色LED的每次觸發(fā)以及光電二極管對反射光的接收情況而言)感測元件響應綠色LED的發(fā)射光而反射的光與感測元件響應紅色LED的發(fā)射光而反射的光的比率。還上傳將監(jiān)測環(huán)境中的被分析物含量與各種波長處的反射光比率相關聯的響應曲線(為了示范，在這種情況下為任意曲線，而不是通過將感測元件暴露于已知被分析物濃度而獲得的曲線)。結果是獲得包括操作電路的功能性光電裝置，所述操作電路能夠驅動LED發(fā)光，能夠操作光電二極管接收光信號，能夠與用戶交互從而上傳上文所述的信息，能夠根據不同波長處的光信號的比率以及提供的響應曲線計算監(jiān)測環(huán)境中的被分析物濃度，以及能夠在裝置的IXD顯示屏上顯示代表監(jiān)測環(huán)境中被分析物濃度的通知信號(如，單位為百萬分率的讀數)。取下百葉窗式前蓋(其覆蓋進入110裝置內部的開口)。通過立體光刻(SLA)制備環(huán)狀殼體(設計用于安裝到殼體的開口中并具有環(huán)狀凸緣)，并將其附接到殼體的開口中。通過與美國公布的專利申請2008/0063874的實例1_6中所述的相似方法制備與此專利申請中所述類型相似的感測元件，不同的是該感測元件包括透明聚合物基底(聚酯)，而不是玻璃基底。感測元件的直徑為約16mm。將感測元件放入包括上述光電系統(tǒng)的監(jiān)測器殼體的開口中，感測元件的周邊邊緣因此倚靠在SLA殼體的環(huán)狀凸緣上。感測元件的可由被分析物穿透的反射表面面向外，而感測元件的光學透明的基底則面向內，朝向監(jiān)測器的內部空間。將聚合物頂蓋(設計為通過卡口式連接與SLA殼體相連，并包括百葉窗式中部)附接到監(jiān)測器110的SLA殼體上，從而將感測元件牢固地保持在合適位置。構造被分析物暴露系統(tǒng)，其包括可以輸入液體被分析物的次室，以及通過兩條導管與次室相連的主室。次室包含使液體被分析物揮發(fā)的加熱元件。提供風扇，使空氣通過主/次室閉環(huán)系統(tǒng)循環(huán)，從而在主室中可以建立并保持相對恒定的被分析物水平。提供光離子檢測器，以在任何給定時間監(jiān)測系統(tǒng)中存在的空中傳播被分析物的大約含量?？梢酝ㄟ^增加次室的液體被分析物暴露量來提高被分析物水平，以及通過讓空氣流入系統(tǒng)來降低被分析物水平。給光電裝置通電，將其插入被分析物暴露系統(tǒng)的主室中，使其穩(wěn)定在不含丙酮的再循環(huán)空氣環(huán)境中。然后在次室中加入足量的液體丙酮，使再循環(huán)環(huán)境中的丙酮濃度達至約100ppm(用光離子檢測器測得)。一段時間后，繼續(xù)添加丙酮，使丙酮濃度達至約275ppm。一段時間后，再次添加丙酮，使丙酮濃度達至約500ppm。一段時間后，放入空氣，使丙酮濃度降至可忽略不計的水平。這些實驗的數據示于圖12和13中。在圖12中，標記為紅色的數據表示(即，表示為來自光電二極管的電壓信號，其經過微控制器的A/D轉換和輪詢)感測元件響應紅色LED的照明而反射的光。標記為綠色的數據同樣地表示感測元件響應綠色LED的照明而反射的光。(圖12中的小峰是因雜散光瞬間進入測試室而產生的偽峰)。在圖13中，標記為比率的數據是通過紅色信號與綠色信號的比值(通過微控制器進行操作)獲得的代表性信號。上述測試和測試結果僅用于示例性目的，而不用于預測性目的，并且可預期測試工序的改變會產生不同的結果。給定上述詳細描述和實例僅為了清楚地理解本發(fā)明。這些描述和實例不應被理解為不必要的限制。對于本領域的技術人員將顯而易見的是，本文所公開的具體示例性結構、特征、細節(jié)、構造等在許多實施例中可修改和/或組合。本發(fā)明人所構思的所有此類變型和組合均在所構思的發(fā)明的范圍內。因此，本發(fā)明的范圍不應受本文所述的具體示例性結構限制，而是受權利要求書的文字所描述的結構或其等同形式限制。如果在本說明書與以引用方式并入本文的任何文獻的公開內容之間存在沖突或差異，則以本說明書為準。權利要求1.一種監(jiān)測大氣環(huán)境中的被分析物的方法，所述方法包括a)將至少一個感測元件暴露于可能含有被分析物的大氣環(huán)境中一段時間；b)將第一波長范圍內的光引導到所述至少一個感測元件上并獲得第一信號，所述第一信號代表從所述至少一個感測元件反射回來的所述第一波長范圍內的光量；c)將第二波長范圍內的光引導到所述至少一個感測元件上并獲得第二信號，所述第二信號代表從所述至少一個感測元件反射回來的所述第二波長范圍內的光量；d)比較所述第一和第二信號以提供比較信號；以及e)將所述比較信號與預定的響應曲線進行相關，從而獲得與所述監(jiān)測的大氣環(huán)境中的所述被分析物濃度相關聯的濃度值。2.根據權利要求1所述的方法，所述方法進一步包括在將所述感測元件暴露于可能含有所述被分析物的大氣環(huán)境中一段時間的至少一部分內重復步驟b)、c)、d)和e)。3.根據權利要求1所述的方法，其中所述比較信號為通過將所述第一和第二信號之一除以所述第一和第二信號中的另一個獲得的比率信號。4.根據權利要求1所述的方法，其中在監(jiān)測可能含有所述被分析物的大氣環(huán)境之前，不將所述感測元件暴露于包含已知濃度被分析物的校準氣體中。5.根據權利要求1所述的方法，其中所述感測元件包括光強度相對波長的反射光譜，所述反射光譜包括一個或多個波峰和波谷，并且其中所述第一波長范圍位于所述光譜的波峰處或附近，并且所述第二波長范圍位于所述光譜的波谷處或附近。6.根據權利要求1所述的方法，其中所述方法包括以下步驟使所述感測元件暴露于不含被分析物的大氣環(huán)境中獲得初始比較信號，以及確定所述初始比較信號是否處在可接受的范圍內。7.根據權利要求1所述的方法，其中步驟b)和c)為以至少1毫秒的時間延遲為間隔進行的順序步驟。8.根據權利要求1所述的方法，其中所述第一波長范圍內的光從第一窄帶光源發(fā)出，并且所述第二波長范圍內的光從第二窄帶光源發(fā)出。9.根據權利要求8所述的方法，其中代表從所述至少一個感測元件反射回來的所述第一波長范圍內的光量的第一信號和代表從所述至少一個感測元件反射回來的所述第二波長范圍內的光量的第二信號均由測量從所述感測元件反射回來的光的單個寬帶光檢測器獲得。10.根據權利要求1所述的方法，所述方法進一步包括提供代表所述濃度值的通知信號。11.根據權利要求10所述的方法，其中所述通知信號記錄在存儲器中。12.根據權利要求11所述的方法，其中所述第一和第二信號以及所述比較信號也儲存在存儲器中。13.根據權利要求10所述的方法，其中所述通知信號被傳輸至接收站。14.根據權利要求1所述的方法，所述方法進一步包括將第三波長范圍內的光引導到所述至少一個感測元件上并獲得第三信號，所述第三信號代表從所述至少一個感測元件反射回來的所述第三波長范圍內的光量；以及將所述第三信號與所述第一和第二信號中的至少一個進行比較。15.一種用于監(jiān)測大氣環(huán)境中的被分析物的光電裝置，所述裝置包括至少部分地限定內部空間并包含開口的殼體；至少一個可卸載感測元件，其位于所述內部空間中或所述殼體開口中；在所述內部空間中，至少一個光源和至少一個光檢測器，所述至少一個光源被布置成將光引導到所述感測元件上，所述至少一個光檢測器被布置成測量所述感測元件反射的光量，其中所述至少一個光源和所述至少一個光檢測器以并列型共平面構型布置在所述裝置內部空間中所含的共用印刷電路板上。16.根據權利要求15所述的裝置，其中所述感測元件具有法向軸，并且其中所述光檢測器設置在所述感測元件的法向軸與所述印刷電路板的交叉點處；其中所述光源的位置遠離所述感測元件的法向軸與所述印刷電路板的交叉點；并且其中所述光源與所述印刷電路板成一定的角度，使得將所述光源發(fā)出的光引導到所述感測元件。17.根據權利要求15所述的裝置，其中所述裝置進一步包括至少一個位于所述至少一個光源與所述至少一個光檢測器之間的光學屏障，所述光學屏障至少部分地阻擋光直接從所述光源傳輸至所述光檢測器。18.根據權利要求17所述的裝置，其中所述光學屏障包括有助于將所述光源定位在所述印刷電路板上的夾持器。19.根據權利要求15所述的裝置，其中所述至少一個光源和所述至少一個檢測器彼此間的中心至中心距離在15mm內。20.根據權利要求15所述的裝置，其中所述裝置包括發(fā)出不重疊波長范圍內的光的第一和第二窄帶LED光源，以及單個寬帶光檢測器。21.根據權利要求20所述的方法，其中所述第一和第二光源為間歇光源，所述光源以時間延遲為至少1毫秒的間隔時間，以每分鐘6次和每分鐘240次之間的頻率閃光。22.根據權利要求15所述的裝置，其中用所述光檢測器測量的光從所述感測元件上發(fā)生鏡面反射。23.根據權利要求15所述的裝置，其中所述感測元件位于所述裝置的內部空間中，并且其中所述開口允許被分析物進入所述內部空間并到達所述感測元件。24.根據權利要求15所述的裝置，其中所述裝置包括三個或更多個窄帶光源。25.根據權利要求15所述的裝置，其中所述監(jiān)測環(huán)境為空氣環(huán)境，并且其中引導到所述感測元件上的光和從其上反射的光通過所述裝置的內部空間中的空氣傳輸。26.一種用于監(jiān)測大氣環(huán)境中的被分析物的光電裝置，所述裝置包括至少部分地限定內部空間并包含開口的殼體；至少一個感測元件，其固定在所述殼體的所述開口中；以及，所述內部空間中，至少一個光源和至少一個光檢測器，所述至少一個光源被布置成將光引導到所述感測元件上，所述至少一個光檢測器被布置成測量所述感測元件反射的光量，其中當將所述感測元件固定在所述殼體的開口中時，所述開口被封閉，使得所述裝置的內部空間構成密封的內部空間。27.根據權利要求沈所述的裝置，其中所述感測元件是可卸載感測元件，其包括對被分析物響應的層，并且進一步包括在所述對被分析物響應的層與所述光檢測器之間的可由被分析物穿透的半反射層。28.根據權利要求27所述的裝置，其中所述感測元件依次包括可由被分析物穿透的反射層、對被分析物響應的層、半反射層以及光學透明的不可由被分析物穿透的層，其中所述光學透明的不可由被分析物穿透的層面向所述裝置的內部空間。29.根據權利要求沈所述的裝置，其中所述裝置包括可由被分析物穿透的保護層，所述保護層在所述感測元件與所述裝置的內部空間相對的一側上靠近所述感測元件。30.根據權利要求沈所述的裝置，其中所述感測元件通過機械連接部件固定在所述開口中。31.根據權利要求沈所述的裝置，其中所述裝置進一步包括至少一個微控制器，所述微控制器被構造為操作所述光源和光檢測器、處理來自所述光檢測器的信號以及將通過此信號處理獲得的結果通知用戶。32.根據權利要求31所述的裝置，其中所述裝置進一步包括儲存在存儲器中的響應曲線，可以將所述微控制器處理的信號與所述響應曲線關聯起來，從而獲得代表所述監(jiān)測環(huán)境中的被分析物濃度的濃度值。33.根據權利要求32所述的裝置，所述裝置進一步包括存儲器，所述存儲器可以存儲來自所述光檢測器的任何或全部信號、據其得出的處理信號以及濃度值。34.根據權利要求31所述的裝置，所述裝置進一步包括發(fā)射機，其中可將任何或全部所述信號發(fā)射至外部接收站。全文摘要本文公開了用于檢測被分析物存在情況的光電方法和裝置。此類方法和裝置可以包括至少一個感測元件，所述感測元件對所關注的被分析物的存在情況作出響應，并可以通過使用至少一個光源和至少一個光檢測器對其進行光學詢問。文檔編號G01N21/27GK102439422SQ201080022621公開日2012年5月2日申請日期2010年3月20日優(yōu)先權日2009年3月30日發(fā)明者基蘭·S·卡努庫爾蒂,安杰伊·F·雷巴查,尼爾·A·拉科,澤利科·祖潘茨,理查德·L·呂蘭德,約翰·C·赫爾蒂恩,阿瑟·舍夫勒申請人:3M創(chuàng)新有限公司