JP6692500B2 - 物質の少なくとも１つの特性を決定するためのシステムおよび方法 - Google Patents

物質の少なくとも１つの特性を決定するためのシステムおよび方法 Download PDF

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関連出願
[0001]本出願は、２０１６年８月１８日に出願した、「Ａ ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＤＥＴＥＣＴＩＮＧ， ＩＤＥＮＴＩＦＹＩＮＧ， ＡＮＤ／ＯＲ ＱＵＡＮＴＩＦＹＩＮＧ ＧＡＳＥＳ（気体を検出し、識別し、および／または定量化するためのシステムおよび方法）」という名称の米国仮特許出願第６２／３７６６７５号の利益を主張する、２０１７年８月１０日に出願した、「ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＯＦ ＤＥＴＥＲＭＩＮＩＮＧ ＡＴ ＬＥＡＳＴ ＯＮＥ ＰＲＯＰＥＲＴＹ ＯＦ Ａ ＭＡＴＥＲＩＡＬ（物質の少なくとも１つの特性を決定するシステムおよび方法）」という名称の米国特許出願第１５／６７４３０５号の利益を主張するものである。
[0002]本開示の実施形態は、物質（例えば蒸気、気体、等）の検出、定量化および／または識別のためのシステムおよびセンサ、ならびに関連する方法に関する。より詳細には、本開示の実施形態は、試料中における１つまたは複数の成分の存在を決定し、試料の１つまたは複数の成分の濃度を決定し、試料中の１つまたは複数の成分の同一性を決定し、試料の１つまたは複数の他の特性を決定するためのシステムおよびセンサ、ならびに関連する試料分析の方法に関する。
[0003]触媒センサは、いくつかのアプリケーションでは可燃性ガスを検出するために使用されている。しかしながら触媒センサは、それらの性能および精度を制限するいくつかの欠点を有している。触媒センサの欠点は、触媒の老化および被毒によるドリフトおよび劣化を含み、それらは触媒センサからの応答の大きさ、延いては触媒センサの精度に影響を及ぼし得る。
[0004]マイクロカンチレバーは気体センサデバイスとして立証されており、通常、特定の気体を引き付けるコーティングを有している。質量がカンチレバーに加えられると、その共振周波数のシフトが検出され得る。共振周波数の変化は、マイクロカンチレバーに対する質量変化に比例する。コーティングされていないマイクロカンチレバーを使用して気体の粘度および密度が検知され得ることが同じく知られている。密度および粘度は、単に粘性減衰（ＶＤ）に比例し得る共振周波数のシフトを観察することによって複合的に考慮されることが可能であり、あるいは密度および粘度は、共振周波数およびＱ値の両方の変化を考察することによって個別に考慮され得る（Ｂｏｓｋｏｖｉｃ ２００２）。
[0005]気体の熱伝導率（ＴＣ）と密度の間の物理的関係が同じく知られている。これを利用して特定の気体が識別され得る（Ｇｒｏｏｔ １９７７およびＬｏｕｉ ＬＬＮＬ ２０１４）。しかしながらいくつかの気体は、重複した、あるいはほぼ重複したＴＣ対密度ベクトルを有しており、これらの気体の互いの区別を困難にしている。また、混合された気体は、混合物の成分の熱伝導率とは異なる熱伝導率を示し得るため、このような技法は、気体混合物中の複数の気体を検出することができず、また、誤った、あるいは信頼性のない測定結果をもたらし得る。
[0006]いくつかの気体は、空気、例えば酸素（Ｏ２）、一酸化炭素（ＣＯ）および酸化窒素（ＮＯ）に極めて類似したＴＣ対ＶＤベクトルを有している。硫化水素（Ｈ２Ｓ）などのいくつかの気体は、濃度が十分に低い場合、ＴＣ対ＶＤベクトルのみを使用しただけでは検出され得ない。金属酸化物半導体（ＭＯＳ）およびコーティングされたマイクロカンチレバーはしばしば気体の相互感受性を有しており、複数の異なる気体を区別することが不可能であり得る。一例として、可燃性ガスおよび他の危険な気体のための現在のセンサ（例えば触媒ベッドセンサ、非分散性赤外線（ＮＤＩＲ）センサ、熱伝導率センサ）は、所与の気体または気体混合物の単一の特性を決定することができず、また、その出力を自己修正して、例えば気体の濃度を決定することはできない。したがっていくつかの実例では、このようなセンサは、例えば５００ｐｐｍの濃度を有する第１の気体と、例えば５，０００ｐｐｍの濃度を有する第２の気体を区別することが不可能であり得る。
[0007]以上の理由から、従来のセンサの欠点を克服し、また、高い信頼性で気体を検出し、識別し、および／または定量化することができるシステムおよび方法が必要である。
[0008]本発明は、高い信頼性で試料（例えば蒸気、気体、液体、それらの組合せ、等）を検出し、識別し、および／または定量化することができるシステムおよび方法を対象としている。一実施形態では、システムは、触媒センサ、熱伝導率センサ、減衰センサ、コーティング材料を備えた１つまたは複数のマイクロカンチレバーセンサ、１つまたは複数の金属酸化物半導体（ＭＯＳ）センサ、１つまたは複数の環境センサ（例えば温度、圧力、湿度（相対湿度、絶対湿度または両方）および流量）、および例えば信号を送り、補正し、較正し、分析し、故障を検出し、かつ、結果を報告するためのソフトウェアを有する処理サブシステムを含む。
[0009]本開示の実施形態による、気体特性を測定するためのシステムの総合ブロック図である。 [0010]本開示の実施形態による、検出器のマイクロホットプレートの上面図である。 [0011]図２Ａの断面線Ｂ−Ｂに沿って取った、明確にするために示された図２Ａの切欠き側面図である。 [0012]２つの温度におけるいくつかの気体の熱伝導率を示すグラフである。 [0013]第２の温度における気体の熱伝導率に対する、第１の温度におけるいくつかの気体の熱伝導率の比率の間の関係を示すグラフである。 [0014]様々な気体の濃度に対する熱伝導率の比率に対する、２つの温度における熱伝導率の比率の間の関係を示すグラフである。 [0015]第２の温度における気体の熱伝導率に対する、第１の温度における試料の熱伝導率の比率と、試料の平均分子量との間の関係を示すグラフである。 [0016]本開示の実施形態による、試料の１つまたは複数の特性を決定する方法の簡易流れ図である。 [0017]様々な気体に対する熱伝導率対温度のプロットである。 [0018]気体に特有の熱伝導率の直線的に増加する応答対温度のグラフである。 [0019]本開示の実施形態による、試料の１つまたは複数の特性を決定する方法の簡易流れ図である。 [0020]本開示の実施形態による、検出器のマイクロカンチレバーの上面図である。 [0021]図７Ａの断面線Ｂ−Ｂに沿って取った、明確にするために示された図７Ａの切欠き側面図である。 [0022]本開示の実施形態による、マイクロカンチレバーの等価回路モデル（ＥＣＭ）の略図である。 [0023]様々な気体に対する熱伝導率対粘性減衰のプロットを示すグラフである。 [0024]複数の気体の直列抵抗および共振周波数を示すグラフである。 [0025]本開示の実施形態による、マイクロカンチレバーの直列抵抗の変化に対する共振周波数の変化の間の関係を示すグラフである。 [0026]本開示の実施形態による、ＭＯＳセンサの電気特性を測定するために使用される、互いに櫛形にかみ合わされている電極を有するマイクロホットプレートの上面図である。 [0027]図９Ａの断面線Ｂ−Ｂに沿って取った、明確にするために示された図９Ａの切欠き側面図である。 [0028]本開示の実施形態による、典型的なシステム・プロセス・シーケンスの概要概説を示す図である。 [0029]本開示の実施形態による、試料の１つまたは複数の特性を決定するために使用され得る、マイクロカンチレバーのＱ値の変化、マイクロカンチレバーの共振周波数の変化および試料の熱伝導率の変化の間の関係を示すグラフである。 [0030]本開示の実施形態による、検出器の個別のセンサを使用して獲得され得るいくつかのパラメータの間の関係を示すグラフである。 [0031]本開示の実施形態による、応答のフィンガープリントを生成するために使用されるセンサ応答のレーダプロットである。 [0032]本開示の他の実施形態による、応答の「フィンガープリント」を生成するために使用されるセンサ応答のレーダプロットである。 [0033]気体が気体センサの前で分離される（ガスクロマトグラフなどによって）際に、レーダプロットが時系列で分析され得る様子を示す図である。 [0034]本開示の実施形態による、試料の１つまたは複数の特性を決定する方法を示す簡易流れ図である。 [0035]本開示の実施形態による、可燃性ガスを検出し、定量化し、かつ、識別するための処理の簡易フローチャートである。 [0036]熱伝導率センサを使用して試料の少なくとも１つの特性を決定するための一実施形態のための簡易フローチャートである。 [0037]本開示の実施形態による、非可燃性ガスを検出し、定量化し、かつ、識別するための代替実施態様のための簡易フローチャートである。 [0038]本開示の一実施形態のためのフローチャートである。 [0039]本開示のいくつかの実施形態に使用される個別のシステムプロセスの概説である。
[0040]本明細書において提供される図解は、何らかの特定の物質、成分またはシステムの実際の図であることを意味するものではなく、単に本開示の実施形態を説明するために使用される理想化された表現にすぎない。
[0041]本明細書において使用されているように、「試料」という用語は、少なくとも１つの特性が決定される１つまたは複数の気体、１つまたは複数の蒸気、１つまたは複数の液体および１つまたは複数の固体を含むことができる物質を意味しており、該物質を含む。非限定的な例として、試料は、平衡状態の液体および気体を含むことができる。
[0042]本明細書において使用されているように、「粘性減衰」および「減衰」という用語は交換可能に使用され得る。
[0043]本明細書において使用されているように、「触媒応答」という用語は、試料への露出に対する触媒センサの応答（例えば出力）を意味しており、該応答を含む。特定の温度における触媒応答は、触媒センサが特定の温度にある場合における試料への露出に対する触媒センサの応答を意味しており、該応答を含む。
[0044]本明細書において使用されているように、「触媒活性」という用語は、触媒センサが特定の温度にある間における試料への露出に対する触媒センサの触媒応答と、触媒センサが特定の温度にある場合における触媒センサのベースライン触媒応答との間の差を意味しており、該差を含む。
[0045]本明細書において使用されているように、「ベクトル」という用語は、方向（例えば傾き、角度、比率、等）と、２つ以上のパラメータ（例えば長さ、距離、サイズ、寸法、等）に基づく大きさとを有する量を意味しており、該量を含む。ベクトルは、二次元、三次元、四次元、五次元、六次元またはそれ以上の次元などの複数の次元における寸法を有することができる。二次元ベクトルおよび三次元ベクトルは、１つのパラメータを１つまたは２つの追加パラメータに対してグラフにすると、グラフによって視覚化され得る。いくつかのベクトルはグラフによって視覚化され得るが、本開示はそれには限定されない。ベクトルは、多次元および特定の３つ以上のパラメータであってもよい。いくつかの実例では、多次元ベクトルは、個々のベクトルパラメータを２つの他のパラメータの比率として定義することによって簡略化され得る。したがってベクトルは、１つまたは複数の追加パラメータを有する１つのパラメータの間の関係（例えば温度の関数としての熱伝導率の変化の間の関係、温度の関数としての触媒活性の変化の間の関係、熱伝導率と触媒活性の間の関係、等）を含むことができる。いくつかの実施形態では、このような関係は比率の形で表現され得る。
[0046]本明細書において説明される実施形態によれば、検出器などのシステムは、試料（例えば気体試料、蒸気試料、液体試料またはそれらの組合せ）の１つまたは複数の特性を決定するように構成され得る。１つまたは複数の特性は、試料中における１つまたは複数の成分（例えば異なる気体成分）の存在、試料中の１つまたは複数の成分の同一性、試料中の１つまたは複数の成分の濃度、試料の分子特性（例えば試料の平均分子量）、試料が可燃性ガスおよび／または爆発性ガスを含んでいるかどうか、試料中の何らかの可燃性ガスまたは爆発性ガスの触媒反応開始（本明細書においては「ライトオフ事象とも呼ばれる）温度、他の特性およびそれらの組合せのうちの１つまたは複数を含むことができる。
[0047]検出器は、本明細書においては熱伝導率マイクロホットプレートセンサまたは熱伝導率マイクロカンチレバーセンサとも呼ばれ得る熱伝導率センサを含むことができる。検出器は、熱伝導率センサから獲得されたデータに基づいて（例えば２つ以上の温度の各々における熱伝導率センサの応答（例えば出力）に基づいて）、２つ以上の温度における試料の熱伝導率を決定するように構成されている処理サブシステムをさらに含むことができる。熱伝導率センサは、熱伝導率センサが第１の温度および少なくとも第２の温度の各々にある間、試料に露出され得る。熱伝導率センサの応答（例えば出力）（例えば２つ以上の温度の各々を維持するための電力）が測定され得る。２つ以上の温度の各々におけるベースライン（例えば基準試料（例えば空気、窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、天然ガス、可燃性ガス、等などのベースライン）に対する試料の熱伝導率の差）に対する試料の熱伝導率の変化は、熱伝導率センサが基準試料に露出される際に、第１の温度および少なくとも第２の温度の各々を維持するための電力に対する、熱伝導率センサを第１の温度および少なくとも第２の温度の各々に維持するための電力の差に基づいて決定され得る。ベースライン値はメモリに記憶されることが可能であり、また、研究室で獲得された値を含むことができる。いくつかの実施形態では、ベースライン値は、熱伝導率センサとは別の基準熱伝導率センサを使用して獲得される。いくつかの実施形態では、ベースライン値は、検出器を使用している間、また、検出器が動作している間、連続的に更新される。熱伝導率センサの応答は、メモリに記憶されている、ベースライン熱伝導率センサから獲得される、熱伝導率センサから獲得される、あるいはそれらの組合せから獲得されるベースライン値を使用して補正され得る。また、熱伝導率センサのベースライン値は、本明細書においては「熱伝導率ベースライン」または「ベースライン熱伝導率」とも呼ばれ得る。
[0048]試料（例えばその１つまたは複数の成分）の同一性は、熱伝導率センサが第２の温度にある間の試料の熱伝導率に対する、熱伝導率センサが第１の温度にある間の試料の熱伝導率の比率に少なくとも部分的に基づいて決定され得る。いくつかの実施形態では、試料の同一性は、熱伝導率センサが第２の温度にある間における試料への露出に対する熱伝導率センサの応答に対する、熱伝導率センサが第１の温度にある間における試料への露出に対する熱伝導率センサの応答の比率に基づいて決定され得る。いくつかの実施形態では、試料中の異なる成分（例えば気体）の濃度は、第１の温度における熱伝導率および第２の温度における熱伝導率のうちの少なくとも１つに基づいて決定され得る。本明細書において使用されているように、特定の温度（例えば第１の温度）における熱伝導率は、熱伝導率センサが特定の温度（例えば第１の温度）にあり、かつ、試料に露出されている間における、試料への露出に対する熱伝導率センサの熱伝導率または応答を意味しており、該熱伝導率または応答を含む。
[0049]いくつかの実施形態では、検出器は、試料の反応性（例えば発熱反応をこうむることになり得る気体を試料が含んでいるかどうか、このような発熱反応の温度、不活性ガスまたはそれらの組合せ）を決定するように構成されている触媒センサ（例えば触媒マイクロホットプレートセンサ）を含むことができる。触媒センサは、触媒センサが熱伝導率センサを参照して上で説明した同じ第１の温度および少なくとも第２の温度にある間、試料に露出されるように構成され得る。これらの温度の各々における触媒センサの応答（例えば出力）（例えば触媒センサを維持するための電力）は、処理サブシステムによって個々の温度毎に測定され、かつ、ベースライン触媒応答に対して比較され得る。ベースライン触媒応答は、メモリに記憶されているデータ、ベースライン試料に露出された際の触媒センサからのベースラインデータまたはそれらの組合せを含むことができる。ベースライン触媒応答と触媒センサの測定された応答との間の差（この差は、本明細書においては「触媒活性」と呼ばれ得る）は、試料の反応性（例えば本明細書においては「ライトオフ」事象または反応開始とも呼ばれる発熱事象）の指標であり得る。いくつかの実施形態では、触媒センサの測定された応答は、差が存在する温度における試料の可燃性の指標であり得る。いくつかの実施形態では、ベースライン触媒応答と触媒センサの測定された応答との間に差が存在する温度は、試料中に１つまたは複数の成分が存在することの指標であり得る。いくつかの実施形態では、第２の温度における触媒センサの応答に対する、第１の温度における触媒センサの応答の比率を使用して、試料中の１つまたは複数の成分が識別され得る。第１の温度（例えば触媒センサが第１の温度にある場合）、第２の温度（例えば触媒センサが第２の温度にある場合）または両方における触媒センサの応答の大きさは、試料中の１つまたは複数の気体または蒸気の濃度の指標であり得る。他の実施形態では、１つまたは複数の成分の同一性は、少なくとも第２の温度における触媒活性に対する、第１の温度における触媒活性の比率に基づいて決定されることが可能であり、また、１つまたは複数の成分の濃度は、第１の温度における触媒活性の大きさ、少なくとも第２の温度における熱伝導率の大きさまたは両方に基づいて決定され得る。
[0050]いくつかの実施形態では、熱伝導率センサからのデータは、試料の組成を決定するために触媒センサからのデータと結合され得る。いくつかのこのような実施形態では、試料の組成は、第２の温度における試料の熱伝導率に対する、第１の温度における試料の熱伝導率の比率、第２の温度における触媒センサ応答に対する、第１の温度における触媒センサ応答の比率、１つまたは複数の温度における熱伝導率センサの応答に対する、１つまたは複数の温度における触媒センサの応答の比率、およびそれらの組合せのうちの１つまたは複数に基づいて決定され得る。
[0051]検出器は、減衰（例えば粘性減衰）の変化、共振周波数の変化、Ｑ値の変化、帯域幅の変化、減衰センサの応答を解釈するために等価回路モデル（ＥＣＭ）を使用することによって決定されたパラメータ（例えば直列抵抗、直列キャパシタンス、直列インダクタンス、並列キャパシタンスまたはそれらの組合せを含む）の変化、または試料中に分散された減衰センサの別の特性のうちの１つまたは複数を決定するように構成されている減衰センサ（例えば不活性マイクロカンチレバー）をさらに含むことができる。粘性減衰、共振周波数、Ｑ値、帯域幅、直列抵抗、直列キャパシタンス、直列インダクタンスおよび並列キャパシタンスの変化は、減衰センサがベースライン試料（例えば空気）に露出される際のベースライン共振特性と関連していてもよい。ベースライン試料に露出される際の減衰センサの粘性減衰、共振周波数、Ｑ値、帯域幅、直列抵抗、直列キャパシタンス、直列インダクタンス、並列キャパシタンスおよびそれらの組合せは、本明細書においてはベースライン共振パラメータと呼ばれ得る。１つまたは複数の特性を使用して試料の組成が決定され得る。非限定的な例として、Ｑ値の変化に対する共振周波数の変化の比率は、試料の組成（例えば試料中における１つまたは複数の重要な検体の存在）の指標であり得る。いくつかの実施形態では、減衰センサ、熱伝導率センサおよび触媒センサから獲得されたデータを結合して、試料の１つまたは複数の成分の同一性、試料の組成および試料中の成分の濃度のうちの１つまたは複数が決定され得る。さらに他の実施形態では、検出器は、特定の検体と相互作用するように配合されているコーティング、および１つまたは複数の特定の検体と相互作用するように構成されている、試料の１つまたは複数の特性をさらに区別するために使用され得る１つまたは複数の金属酸化物半導体マイクロホットプレートセンサを備えた１つまたは複数のマイクロカンチレバーセンサを含むことができる。熱伝導率センサ、触媒センサ、減衰センサ、１つまたは複数のマイクロカンチレバーセンサ（例えばコーティングされたマイクロカンチレバーセンサ）および１つまたは複数の金属酸化物半導体マイクロホットプレートセンサの各々からの応答を補正して、（例えば試料の）温度、圧力、相対湿度、絶対湿度および流量のうちの１つまたは複数が達成され得る。
[0052]いくつかの実施形態では、処理サブシステムは、試料への露出に対するその応答を測定するように触媒センサに周期的に信号を送り、１つまたは複数の可燃性ガスの存在を示す発熱ライトオフ事象が検出されると、ライトオフ温度がメモリに記憶され、また、後続する段落で説明されるように処理する。発熱ライトオフ事象が検出されない場合、ＭＯＳおよびコーティングされたマイクロカンチレバーセンサが非可燃性ガス応答に対してチェックされ得る。ＴＣおよびＶＤは、メモリに記憶され得るベースライン応答に対する変化に対してチェックされ得る（それぞれ熱伝導率センサおよび減衰センサを使用して）。これらの予備応答は、応答をそれらの関連するライトオフ温度を有する可燃性ガス、非可燃性ガス、空気に対するＴＣおよびＶＤの変化（すなわち試料のＴＣおよびＶＤが空気と同様であるか、あるいはそうでないかどうか）、相互感受性を有するＭＯＳおよびコーティングされたマイクロカンチレバー、および相互感受性を有さないＭＯＳおよびコーティングされたマイクロカンチレバーに解析される。
[0053]いくつかの実施形態では、気体が検出されない場合、処理サブシステムは、センサの次の問合せに先立って、触媒センサ、熱伝導率センサおよび減衰センサのための新しいベースラインを確立する（例えばその共振周波数）。センサは、気体を検出し、かつ、このポイントまで気体を解析するためにのみ利用されることに留意されたい。言い換えると、応答の大きさは、試料の成分を識別するために当てにされない場合がある。したがっていくつかの実施形態では、センサ応答の大きさの劣化ならびにドリフトは、すべての分析に影響を及ぼし得ない。後続する処理の結果を使用して応答の大きさが補正され、また、故障が報告されるポイントまでセンサ応答が劣化したかどうかが同じく決定され得る。
[0054]試料中における少なくとも１つの成分（例えば気体）の存在が検出されると、それに応答して処理サブシステムが起動され、それにより記憶されているベースラインに対する熱伝導率センサの電力のシフトを測定することができ、この電力のシフトの測値は試料の熱伝導率（ＴＣ）変化に比例する。ＴＣ応答の大きさは、典型的には温度の上昇に伴って大きくなり、したがっていくつかの実施形態では、高温で測定されたＴＣ値を使用することが有用であり、したがってＴＣ測定の感度を最大化することに留意されたい。言い換えると、いくつかの実施形態では、試料の熱伝導率は、熱伝導率センサの感度を高くするために高温（例えば約５０℃を超える、約４００℃を超える温度など）で測定され得る。温度に伴うＴＣの変化は気体のタイプによって固有であり、気体識別子および数量子として後続する処理にさらに使用され得る。
[0055]非可燃性ガスを検出し、かつ、識別するために、減衰センサの共振周波数（これはＶＤに比例し得る）およびＴＣが監視され、かつ、その前の測定からのベースラインデータに対して比較され得る。ＶＤまたはＴＣのシフトが検出されると、以下で説明されるようにさらなる処理が始動され得る。
[0056]処理サブシステムは、試料の温度、圧力、湿度（相対湿度、絶対湿度または両方）および流量に対してセンサを補正することができる。センサ較正データは不揮発性メモリに記憶され得る。個別の温度センサ、圧力センサ、湿度センサおよび流量センサからのデータを利用して個々のセンサが補正され得る。別法としては、別のマイクロカンチレバーを使用して、温度、圧力、湿度および流量が検知され得る。触媒センサの場合、熱伝導率センサ応答を触媒センサの応答から控除することにより、熱伝導率、温度、圧力、湿度の効果ならびに気体流の効果に対して触媒センサを補正する。
[0057]データが上で説明したようにして収集され、かつ、処理されると、処理サブシステムは、減衰センサの共振周波数のシフトの抽出されたパラメータ（例えばＱ値（Ｑ）およびＲｍ（ＶＤおよび密度に比例する））ベクトルに対する熱伝導率センサの電力のシフトの大きさおよび傾き（これはＴＣに比例し得る）を決定することができ、ベクトルの大きさは気体濃度に比例し、また、ベクトルの傾きは気体同一性のインジケータである。言い換えると、減衰センサの共振周波数または粘性減衰の変化に対する熱伝導率センサの電力の変化（すなわちベースラインに対する試料の熱伝導率の変化）の比率を使用して試料の組成が決定され得る。いくつかの気体は、同様または重複するＴＣ対粘性減衰ベクトルを有しており、したがってＭＯＳおよびコーティングされたマイクロカンチレバー応答またはその欠乏と相俟って、発熱ライトオフ温度および大きさまたはその欠乏を利用して気体がさらに差別される。例えば水素およびメタンは同様の傾き（すなわち共振周波数または減衰（例えば粘性減衰）の変化に対する熱伝導率センサの電力の変化の比率）を有しているが、水素は、典型的には１００℃未満のライトオフ温度を有し、一方、メタンは、典型的には４００℃を超えるライトオフ温度を有しており、厳密な温度は、触媒センサ上で使用される触媒組成で決まる。さらに、いくつかの実施形態では、異なる温度における複数のライトオフ事象は複数の可燃性ガスの存在を示すことが企図されている。ヘリウムは、水素およびメタンと同様のＴＣ対ＶＤベクトル傾きを有する非可燃性ガスの一例であるが、非可燃性であるため、発熱ライトオフが検出されないことによって解析される。固有のＴＣ対温度ベクトルを利用して、可燃性ガスおよび非可燃性ガスの両方がさらに定量化され、かつ、識別され得る。
[0058]試料の１つまたは複数の成分が識別されると、試料中の個々の成分の濃度（例えば気体濃度）を決定するためにＴＣ対ＶＤ大きさデータが成分タイプによって較正され得る。いくつかの実施形態では、大きさ応答は気体のタイプに依存し得るため、成分毎にセンサを較正することは有利であり得る。いくつかの実施形態では、メモリは、識別された特定の成分に基づいて試料中の１つまたは複数の成分の濃度を決定するために使用され得る較正値を含むことができる。成分の濃度は、試料の較正値、減衰（例えば粘性減衰）の値および熱伝導率の値に基づいて決定され得る。試料の成分が識別され、かつ、定量化されると、処理サブシステムは、個々のセンサ応答を相互相関し、それにより必要に応じて故障を検出し、センサを補正し、また、較正データを更新することができる。例えば触媒センサの大きさ応答は、触媒応答劣化を補正するために、ＴＣ対ＶＤベクトルの大きさ（気体濃度）に対して比較され得る。ＴＣ対ＶＤベクトルの大きさに対して比較された触媒センサの大きさ応答がプリセット閾値未満である場合、触媒センサの故障が報告され得る。
[0059]最終分析として、すべてのセンサ応答が多次元分析で同時に処理され、かつ、記憶されている応答データベースまたはフィンガープリントに対して比較され得る。ガスクロマトグラフ（ＧＣ）などの気体分離デバイスが検出器の前に使用される場合、フィンガープリント応答の時系列を使用して気体識別および定量化がさらに解析され得る。
[0060]この実施形態において上で説明した処理は、アプリケーションによる必要に応じて周期ベースで反復され得る。処理と処理の間、システムは、電力を節約するために電力の供給が停止されるか、あるいはスリープモードに置かれ得る。分析の結果は、通信ポートまたはグラフィカル・ユーザ・インタフェース（ＧＵＩ）を介して報告され、かつ、更新され得る。
[0061]したがって、例えば発熱ライトオフ温度、発熱性熱、第２の温度における触媒センサの応答に対する、第１の温度におけるその応答の比率、第１の温度における触媒活性、第２の温度における触媒活性、第２の温度における触媒活性に対する、第１の温度における触媒活性の比率、ＴＣ（例えば２つ以上の温度における熱伝導率、および第２の温度における熱伝導率に対する、第１の温度における熱伝導率の比率）、ＴＣ対温度、減衰（例えば粘性減衰）、減衰センサの共振周波数のシフト、Ｑ値、等価回路モデル・パラメータ・シフトおよびＭＯＳならびにコーティングされたマイクロカンチレバー応答を含む多次元直交データセットが解析され、かつ、分析される。本明細書において説明されるシステムおよび方法は、個々のセンサ欠点の多くを克服する。データを結合し、かつ、分析することにより、同様の二次元特性を有する気体を差別することができる。結果として得られる検出器システムは、頑丈で、敏感で、かつ、正確である。
[0062]図１は、本開示のいくつかの実施形態による検出器１００の総合ブロック図である。一例では、検出器１００のセンサ構成要素は、少なくとも１つの触媒センサ１１２（例えば触媒マイクロホットプレートセンサ）、少なくとも１つの熱伝導率センサ１１４、金属酸化物半導体（ＭＯＳ）センサおよびコーティングされたマイクロカンチレバーセンサのうちの１つまたは複数１１５、減衰センサ１１６および１つまたは複数の環境センサ１１８を含むことができる。いくつかの実施形態では、熱伝導率センサ１１４は、試料のベースライン熱伝導率を測定するように構成されている基準熱伝導率センサおよび基準熱伝導率センサとは別の少なくとも別の熱伝導率センサを備える。いくつかの実施形態では、触媒センサ１１２、熱伝導率センサ１１４、金属酸化物半導体センサおよびコーティングされたマイクロカンチレバーセンサのうちの１つまたは複数１１５、減衰センサ１１６および１つまたは複数の環境センサ１１８の各々は、同じ支持体（例えばシリコン支持体）の上に配置される。処理サブシステム１４０（本明細書においては「サブシステム」とも呼ばれる）は、個々のセンサ１１２、１１４、１１５、１１６および１１８へのデータバス１２２を介してアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）およびデジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器１２０にインタフェースされ得る。処理サブシステム１４０は、中央処理装置（ＣＰＵ）１２４、メモリ１２８（ソフトウェア、データベース、ベースラインデータ、較正データ、等を含む）、通信ポート１３０および任意にグラフィカル・ユーザ・インタフェース（ＧＵＩ）１２６を含むことができる。いくつかの実施形態では、センサ１１２、１１４、１１５、１１６、１１８のうちのいくつかまたはすべてと、分析される気体試料との間に、火炎防止装置、フィルタ、気体予備濃縮器および／または分離デバイス１１０が使用され得る。火炎防止装置は、可燃性環境における火事または爆発の可能性を小さくすることができ、さらには防止することも可能である。フィルタは、知られているセンサ汚染を緩和し、あるいは除去するために使用され、また、強化された選択性を提供するために使用され得る。また、センサ１１２、１１４、１１５、１１６、１１８への気体の流れまたは試料の拡散を調整するために、フィルタおよび火炎防止装置の組合せが同じく設計され得る。いくつかの実施形態では、１１０で示されている、ガスクロマトグラフ、ポンプシステムまたは両方などの気体予備濃縮器または分離デバイスは、ブロック１１０で示されているように、センサ１１２、１１４、１１５、１１６、１１８が露出される気体の選択性を強化するためにセンサデバイスの前で使用され得る。
[0063]本明細書において説明されるように、検出器１００の１つまたは複数の構成要素（例えばセンサ）を使用して、試料の１つまたは複数の特性（例えば少なくとも１つの重要な検体（例えば気体）の存在、試料の組成、試料中の１つまたは複数の検体の濃度、試料の平均分子量、等）が決定され得る。
[0064]図２Ａおよび２Ｂは、それぞれマイクロホットプレートセンサ２００の上面図および横断面図である。図２Ｂは、図２Ａの断面線Ｂ−Ｂに沿って取ったマイクロホットプレートセンサ２００の横断面図である。マイクロホットプレートセンサ２００は、少なくとも１つの触媒マイクロホットプレートセンサ１１２（図１）、および本明細書においては熱伝導率マイクロホットプレートセンサとも呼ばれ得る少なくとも１つの熱伝導率センサ１１４（図１）の両方のために使用され得る。言い換えると、検出器１００（図１）は、触媒マイクロホットプレートセンサ１１２（図１）を備えた少なくとも１つのマイクロホットプレートセンサ２００、および熱伝導率センサ１１４（図１）を備えた少なくとも別のマイクロホットプレートセンサ２００を含むことができる。
[0065]マイクロホットプレートセンサ２００は、ＭＥＭＳ製造技法を使用してシリコン支持体２１０の上に製造され得る。テザー２２４は、懸垂されたマイクロホットプレート２２６を支持することができ、その直径は５０μｍと約１，０００μｍの間であってもよい。いくつかの実施形態では、テザー２２４は、窒化シリコン、二酸化シリコン、炭化シリコン、別の物質またはそれらの組合せを含むことができる。抵抗加熱器２１８は、マイクロホットプレート２２６の上方に懸垂され、また、マイクロホットプレート２２６に熱を提供してその温度を制御するように構成され得る。パッシベーションコーティング２２０は抵抗加熱器２１８の上に置くことができ、また、コーティング材２２２はパッシベーションコーティング２２０の上に置くことができる。コーティング材２２２は、パッシベーションコーティング２２０を使用して抵抗加熱器２１８との電気接触から隔離され得る。マイクロホットプレートセンサ２００が触媒センサ１１２（図１）に対応する実施形態では、コーティング材２２２は、例えばパラジウム、白金、ルテニウム、銀、イリジウム、別の触媒金属またはそれらの組合せなどの触媒物質を含むことができる。コーティング材２２２は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、酸化セリウム安定化ジルコニア（ＣＳＺ）、別の支持物質またはそれらの組合せなどの支持物質をさらに含むことができる。マイクロホットプレートセンサ２００が熱伝導率センサ１１４（図１）を備える実施形態では、コーティング材２２２は不活性物質を含むことができる。非限定的な例として、不活性コーティング材２２２は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を含むことができる。熱伝導率センサ１１４の他の実施形態では、コーティング材２２２が存在しなくてもよい。他の実施形態では、膜タイプのマイクロホットプレート（テザーがない：図示せず）が利用され得る。
[0066]シリコン支持体２１０は、シリコンテザー２２４とマイクロホットプレート２２６の間のそれらの下方にギャップ２１２を含むことができる。ギャップ２１２およびテザー２２４は、マイクロホットプレート２２６から支持体への熱損失を最小化し、あるいは低減するように構成され得る。言い換えると、ギャップ２１２およびテザー２２４は、支持体２１０およびテザー２２４からのマイクロホットプレート２２６および抵抗加熱器２１８の熱隔離を提供することができ、これは、マイクロホットプレート２２６および抵抗加熱器２１８の近傍に配置される試料への熱伝達を大きくすることができる。抵抗加熱器２１８は、導電材料を含むことができる相互接続２１６を使用してボンドパッド２１４に電気結合され得る。
[0067]抵抗加熱器２１８には、「ｉ＋」および「ｉ−」ボンドパッド２１４とも呼ばれ得るボンドパッド２１４の間に提供される電流が供給され得る。抵抗加熱器２１８の両端間の電圧は、本明細書においては「ケルビン」ボンドパッド２１９、「Ｋ＋」および「Ｋ−」とも呼ばれ得るボンドパッド２１９を介して検知され得る。ボンドパッド２１９と結合した相互接続２１６は、「ケルビン検知線」と呼ばれ得る。他の実施形態では、抵抗加熱器２１８の両端間の電圧は、ケルビン検知線がないマイクロホットプレートセンサ２００中のどこかで測定され得るが、測定精度を改善するためには追加補正が必要であり得る。
[0068]マイクロホットプレート２２６の温度に比例する加熱器抵抗および加熱器電力は、強制される電流値および測定される電圧値から計算され得る。非限定的な例として、抵抗加熱器２１８の抵抗は、以下の式（１）で示されるオームの法則に従って決定され得る。
Ｒ＝Ｖ／Ｉ （１）
上式でＶは抵抗加熱器２１８の両端間の電圧であり（ボンドパッド２１９を使用して測定される）、また、Ｉはボンドパッド２１４を介して抵抗加熱器２１８に印加される電流である。抵抗加熱器への電力は、以下の式（２）に従って決定され得る。
Ｐ＝Ｉ・Ｖ （２）
上式でＰは抵抗加熱器２１８への電力であり、また、ＩおよびＶは上で説明した通りである。
[0069]説明されているマイクロホットプレート構造は、低電力レベル（例えば約５ｍＷから約５０ｍＷ）で、広い温度範囲にわたって、最小の伝熱損失、最小の熱−機械変形および良好な熱対称ならびに一様性で動作するように最適化され得る。
[0070]図１、図２Ａおよび図２Ｂをさらに参照すると、熱伝導率センサ１１４（図１）は、触媒センサ１１２（図１）と同じシリコンウェーハの上に製造されることが可能であり、また、熱伝導率センサ１１４はコーティング材２２２を含んでいなくてもよく、あるいは実質的に不活性のコーティング材２２２を含むことができることを除き、触媒センサ１１２と全く同じ特徴を含むことができる。熱伝導率センサ１１４は、触媒センサの熱質量、発散率および／または熱伝導率を整合させるために、および／または触媒センサの表面積をさらに広くするために使用される非触媒コーティング（例えば実質的に不活性のコーティング材）を含むことができる。
[0071]いくつかの実施形態では、触媒センサ１１２（図１）および熱伝導率センサ１１４（図１）の各々の抵抗加熱器２１８は、処理サブシステム１４０（図１）またはコントローラによって所定の温度ステップで直線的に増加されることが可能であり、また、式（２）を参照して上で説明したように抵抗加熱器２１８への電圧および電流を測定することにより、個々の温度ステップを達成するための電力が監視され得る。いくつかの実施形態では、中央処理装置１２４（図１）は、少なくとも１つの熱伝導率センサが試料に露出されている間、少なくとも１つの熱伝導率センサ１１４（図１）の温度を所定の温度まで直線的に増加させるように構成されているコントローラを備える。所定の温度は、少なくとも約４００℃、少なくとも約６００℃、少なくとも約８００℃、少なくとも約１，０００℃または少なくとも約１，２００℃であってもよいが、本開示はそれには限定されない。
[0072]個々の温度における電力が測定され、かつ、熱伝導率センサ１１４が露出される試料の熱伝導率に相関され得る。したがって熱伝導率センサ１１４は、所定の温度ステップに従って直線的に増加され得る。いくつかの実施形態では、所定の温度ステップは２つ以上の温度を含むことができる。個々の温度で抵抗加熱器２１８の両端間の電圧が測定され得る（例えばそれぞれのマイクロホットプレートセンサ２００のボンドパッド２１９を使用して）。マイクロホットプレートセンサ２００に提供される既知の電流から、マイクロホットプレートセンサ２００の抵抗および電力が温度毎に決定され得る（例えばそれぞれ上記式（１）および式（２）に従って）。
[0073]熱伝導率または基準気体（例えば空気）に対する熱伝導率の変化は、熱伝導率センサ１１４（図１）を使用して決定され得る。試料（例えば採取された気体）と基準（例えばベースライン）気体との間の熱伝導率の差は、以下の式（３）に従って決定され得る。
ΔＴＣ＝ＴＣ（ｎ）−ＴＣ（ベースライン） （３）
上式でＴＣ（ｎ）は、熱伝導率センサが特定の温度にある間における試料への露出に対する熱伝導率センサ１１４の応答（例えば特定の温度を維持するための熱伝導率センサ１１４への電力）であり、ＴＣ（ベースライン）は、その前の温度ランプからの熱伝導率センサ１１４データ（例えば熱伝導率センサ１１４がベースラインまたは基準試料（例えば空気）に露出される際などの特定の温度におけるＴＣ（ｎ）の平均などのベースラインデータ）の熱応答、基準試料への露出に対する基準熱伝導率センサの応答、およびメモリに記憶されているベースラインデータのうちの１つまたは複数であり、また、ΔＴＣは、特定の温度におけるベースライン値（ＴＣ（ベースライン））に対する、特定の温度における熱伝導率センサ１１４の応答の相対変化であり、本明細書においては、特定の温度における熱伝導率の変化と呼ばれ得る。典型的にはメモリに記憶されるベースラインデータ（ＴＣ（ベースライン））は、研究室で決定され得るか、あるいは重要な温度毎のその前の測定からの熱伝導率センサまたは基準熱伝導率センサの応答の平均値を含むことができる。ベースラインまたは基準試料は、空気、酸素、窒素、一酸化炭素、メタン、天然ガス、エタン、プロパン、別の気体またはそれらの組合せを含むことができる。ベースラインに対する、個々の温度を維持するための電力の変化（例えばΔＴＣの値）は、ベースライン（例えば空気）に対する試料の熱伝導率の変化の指標であり得る。いくつかの実施形態では、ΔＴＣは２つ以上の温度で決定され得る。いくつかの実施形態では、ΔＴＣは、温度が直線的に増加している間に、温度間隔（例えば約１００℃おき、約５０℃おき、約２５℃おき、約１０℃おき、約５℃おき、さらには約１℃おき）で決定され得る。いくつかの実施形態では、ベースラインまたは基準試料は、検出器の所望の使用に基づいて選択され得る。非限定的な例として、検出器を使用して天然ガスの含有量が決定されることが可能であり、また、このようなセンサのベースラインは、メタンまたは天然ガスを含むことができる。ベースラインに対する熱伝導率の変化は天然ガスの組成の変化に対応し得る。したがってベースラインは、検出器の所望の使用に基づいて選択され得る。
[0074]いくつかの実施形態では、その前の基準ランプからの、メモリ１２８に記憶されている、熱伝導率センサ１１４からのベースライン履歴データは、熱応答（ΔＴＣ）を表す信号を生成するために現在の基準ランプから控除され得る。熱伝導率センサ１１４からのΔＴＣ電力測値は気体のＴＣに正比例し、２つ以上の温度で測定され得る。比較的低い温度（例えば約５０℃から約２５０℃まで）で、また、同じく比較的高い温度（例えば約４００℃から約８００℃まで）でＴＣを測定することは有利であり得る。
[0075]図３Ａは、ベースライン（例えば空気）に対する、第１の温度におけるいくつかの気体の熱伝導率の変化および第２の温度における気体の熱伝導率の変化を示すグラフである。０の熱伝導率は、プロットされた温度における空気の熱伝導率に対応している。負の熱伝導率は、空気に対する熱伝導率の負のシフト（すなわち減少）を示し、また、正の熱伝導率は、空気に対する熱伝導率の正のシフト（すなわち増加）を示す。熱伝導率センサ１１４（図１）は気体に露出され、また、個々の気体の空気に対する熱伝導率変化は、上記式（３）に従って決定された。図３Ａは、第１の温度（２００℃）および第２の温度（７１０℃）における様々な気体に対する熱伝導率センサ１１４応答を示している。図３Ａに示されているように、示されている気体の場合、空気に対する熱伝導率変化は、温度の上昇に伴って大きくなっている。
[0076]図３Ｂは、図３Ａの気体と同じ気体の第１の温度における（２００℃における）熱伝導率の変化対第２の温度における（７００℃における）熱伝導率の変化を示すプロットである。図３Ｂに示されているデータは、５０％爆発下限界（ＬＥＬ）の濃度におけるメタンに正規化されている。ポイント（０、０）は、検体が全くない空気のＴＣに対応している。プロットされている個々の気体は、５０％ＬＥＬの相対密度露出に対するものである。測値はメタンに対する５０％ＬＥＬに正規化されているため、メタン終点は、（５０、５０）の座標に出現している。気体毎の原点と終点の間の中間点は、センサが測定される気体に露出された際の、時間に対するセンサの応答（例えば２つの温度の各々を維持するための電力）を表している。個々の気体は、第２の温度におけるベースラインに対する熱伝導率の変化に対して、第１の温度におけるベースライン（空気）に対する熱伝導率の変化の固有の傾きを示している。本明細書において使用されているように、「ベースラインに対する熱伝導率の変化」および「熱伝導率の変化」という用語は交換可能に使用されている。本明細書において使用されているように、特定の温度における熱伝導率の参照は、特定の温度におけるベースラインに対する熱伝導率の変化を含む。
[0077]したがって第２の温度における熱伝導率の変化（すなわち第２の温度における熱伝導率ベースラインに対する、熱伝導率センサが第２の温度にある場合における試料への露出に対する熱伝導率センサの応答（例えば第２の温度におけるΔＴＣ））に対する、第１の温度における熱伝導率の変化（すなわち第１の温度における熱伝導率ベースラインに対する、熱伝導率センサが第１の温度にある場合における試料への露出に対する熱伝導率センサの応答（例えば第１の温度におけるΔＴＣ））の比率は、気体のタイプによって固有であり得る。したがっていくつかの実施形態では、試料の組成は、第２の温度における熱伝導率の変化に対する、第１の温度における熱伝導率の変化の比率に少なくとも部分的に基づいて決定され得る。いくつかの実施形態では、熱伝導率センサ１１４は、第１の比較的より低い温度および第２の比較的より高い温度に露出されることが可能であり、また、試料の熱伝導率（または基準に対する熱伝導率の変化）は個々の温度で決定され得る。
[0078]図３Ｃは、複数の気体に対する、いわゆる「ｋファクタ」と、第２の温度における熱伝導率の変化（熱伝導率センサ１１４が第２の温度にあり、かつ、試料に露出された際の）に対する、第１の温度における熱伝導率の変化（熱伝導率センサ１１４が第１の温度にあり、かつ、試料に露出された際の）の比率との間の関係を示すグラフである。個々の気体に対して、ｋファクタは、熱伝導率センサ（例えば７００℃などの第２の温度における）の応答の大きさで割った、熱伝導率センサが露出される気体の濃度に等しくすることができる（例えば爆発下限界（ＬＥＬ）の百分率、パート・パー・ミリオン（ｐｐｍ）、等において）。ｋファクタは研究室で決定されることが可能であり、また、複数の気体の各々に対するｋファクタは、メモリ１２８（図１）に記憶され得る。いくつかの実施形態では、試料の組成は、第２の温度における熱伝導率の変化に対する、第１の温度における試料の熱伝導率の変化の比率、およびメモリ１２８（図１）に記憶され得るｋファクタに基づいて決定され得る。いくつかの実施形態では、気体の同一性が識別されると、そのそれぞれのｋ値に特定の温度における熱伝導率（例えば熱伝導率センサが特定の温度にある間における試料への露出に対する熱伝導率センサの応答）を掛け合わせることによって気体の濃度が決定され得る。
[0079]試料中の気体が識別されると、いくつかの実施形態では、第１の温度におけるベースラインに対する熱伝導率の変化の大きさ、第２の温度におけるベースラインに対する熱伝導率の変化の大きさまたは両方に基づいて試料中の気体の濃度が予測され得る。いくつかの実施形態では、気体の濃度は、第１の温度における熱伝導率の変化の大きさ、および第２の温度における熱伝導率の変化の大きさに基づいて決定され得る。図３Ｂを参照すると、個々の気体は、所与の濃度に対する特定の大きさを示し得る。したがって図３Ｂにおけるベクトルの長さは、試料の濃度を決定するために、メモリ１２８（図１）に記憶されている較正データ（すなわちｋファクタ）によって掛け合わされ得る。
[0080]図３Ｄは、第２の温度における試料の熱伝導率の変化（例えば熱伝導率センサが第２の温度にある場合における試料への露出に対する熱伝導率センサの応答と、熱伝導率センサが第２の温度にある場合における、基準への露出に対する熱伝導率センサのベースライン応答との差）に対する、第１の温度における試料の熱伝導率の変化（例えば熱伝導率センサが第１の温度にある場合における試料への露出に対する熱伝導率センサの応答と、熱伝導率センサが第１の温度にある場合における、基準への露出に対する熱伝導率センサのベースライン応答との差）の比率と、試料の平均分子量との間の関係を示すグラフである。したがっていくつかの実施形態では、試料の平均分子量は比率に基づいて決定され得る。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の気体の存在および試料中の１つまたは複数の気体の濃度のうちの一方または両方が、平均分子量に少なくとも部分的に基づいて決定され得る。図３Ｄでは、第１の温度は２００℃であり、また、第２の温度は７００℃である。
[0081]図４は、熱伝導率センサ１１４（図１）を使用して試料の１つまたは複数の特性（例えば試料の組成）を決定する方法４００を示す簡易流れ図である。方法４００は、熱伝導率センサが第１の温度にある間、熱伝導率センサを試料に露出させることを含む行為４０２、熱伝導率センサが第２の温度にある間、試料の熱伝導率を決定することを含む行為４０４、熱伝導率センサが第１の温度より高い第２の温度にある間、熱伝導率センサを試料に露出させることを含む行為４０６、熱伝導率センサが第２の温度にある間、試料の熱伝導率を決定することを含む行為４０８、熱伝導率センサが第２の温度にある場合の試料の熱伝導率に対する、熱伝導率センサが第１の温度にある場合の試料の熱伝導率の比率を決定することを含む行為４１０、および比率の値に少なくとも部分的に基づいて、試料中における１つまたは複数の気体の存在を識別することを含む行為４１２を含む。
[0082]行為４０２は、熱伝導率センサが第１の温度にある間、熱伝導率センサを試料に露出させることを含むことができる。いくつかの実施形態では、熱伝導率センサは、図２Ａおよび図２Ｂを参照して上で説明したマイクロホットプレートセンサ２００と実質的に同じであってもよい。第１の温度における熱伝導率センサは、重要な検体を含む試料に露出され得る。約１５０℃と約２５０℃の間の温度では、物理吸着種、とりわけＨ２Ｏの第１の脱着は、化学反応の被毒が生じ得るより高い温度へのランピングの前に影響が及ぼされ、したがって触媒コーティングを保護する。いくつかの実施形態では、熱伝導率センサ１１４が比較的低い温度（約５０℃から約２５０℃まで）にある間、また、同じく比較的高い温度（約４００℃と約８００℃の間などの約３００℃から約８００℃まで）にある間にＴＣを測定することが有利であり得る。第１の温度は、水が熱伝導率センサ１１４上に物理吸着し得る温度より高くなるように選択され得る。いくつかの実施形態では、第１の温度は、約２００℃などの約２００℃と約２５０℃の間になるように選択され得る。いくつかのこのような実施形態では、第１の温度は、水の沸点より高くなるように選択される。
[0083]行為４０４は、熱伝導率センサが第１の温度にある間、試料の熱伝導率を決定することを含むことができる。熱伝導率（例えばベースラインに対する熱伝導率の変化）は、上記式（３）に基づいて決定され得る。非限定的な例として、第１の温度を維持するための熱伝導率センサの電力が測定され得る。熱伝導率センサが基準試料に露出される際に第１の温度を維持するための電力（例えばベースライン値）は、熱伝導率センサが試料に露出される際に第１の温度を維持するための電力から控除され得る。差は、ベースライン（例えば空気）に対する試料の熱伝導率の変化に比例し得る。言い換えると、差は、基準の熱伝導率に対する試料の熱伝導率の差に対応し得る。
[0084]行為４０６は、熱伝導率センサが第１の温度より高い第２の温度にある間、熱伝導率センサを試料に露出させることを含むことができる。ＴＣは、通常、温度の上昇と共に大きくなり、したがって高い温度で実施された測定はより大きい応答を与えることになり、したがってシステムの感度が敏感になる。したがっていくつかの実施形態では、第２の温度は、約４００℃より高くなるように選択され得る。第２の温度は、約３００℃と約４００℃の間、約４００℃と約６００℃の間、約６００℃と約７００℃の間、または約７００℃と約８００℃の間などの、約３００℃と約８００℃の間になるように選択され得る。
[0085]行為４０８は、熱伝導率センサが第２の温度にある間、試料の熱伝導率を決定することを含むことができる。熱伝導率センサが第２の温度にある間における試料の熱伝導率の決定は、熱伝導率センサが行為４０４を参照して上で説明した第１の温度にある間における試料の熱伝導率の決定と実質的に同じ方法で実施され得る。例えば第２の温度を維持するための熱伝導率センサの電力が測定され、かつ、熱伝導率センサが基準試料に露出される際に第２の温度を維持するための電力（例えばベースライン値）に対して比較され得る。差は、ベースライン（例えば空気）に対する試料の熱伝導率の変化に比例し得る。
[0086]行為４１０は、熱伝導率センサが第２の温度にある場合のベースラインに対する試料の熱伝導率の変化に対する、熱伝導率センサが第１の温度にある場合のベースラインに対する試料の熱伝導率の変化の比率を決定することを含むことができる。比率は、以下の式（４）に従って決定され得る。
ＲＴＣ＝ＴＣＴ１／ＴＣＴ２ （４）
上式でＲＴＣは比率であり、ＴＣＴ１は、第１の温度における熱伝導率の変化であり、また、ＴＣＴ２は、第２の温度における熱伝導率の変化である。いくつかの実施形態では、ＴＣ１は第１の温度におけるΔＴＣに等しく、また、ＴＣ２は、上記式（３）に従う第２の温度におけるΔＴＣに等しい。
[0087]行為４１２は、比率の値に少なくとも部分的に基づいて、試料中における１つまたは複数の検体の同一性を識別することを含む。いくつかの実施形態では、図３Ｂを参照すると、比率の値は、試料中における１つまたは複数の成分（例えば気体）の存在を示すことができる。いくつかの実施形態では、方法４００は、試料中の１つまたは複数の気体の濃度を決定することをさらに含む。１つまたは複数の気体の濃度は、第１の温度における熱伝導率の変化、第２の温度における熱伝導率の変化または両方のうちの１つまたは複数に基づいて決定され得る。いくつかの実施形態では、気体の濃度は、以下の式（５）に基づいて決定され得る。
Ｃ＝ｋ・（（ＴＣＴ１）２＋（ＴＣＴ２）２）１／２ （５）
上式でｋは、上で説明した、実験によって決定されたｋファクタであり、Ｃは気体の濃度であり、ＴＣＴ１は、第１の温度における試料の熱伝導率の変化であり、また、ＴＣＴ２は、第２の温度における試料の熱伝導率の変化である。より一般的には、ｎ個のパラメータの大きさＰを使用すると、濃度は、以下の式（６）に従って決定され得る。
Ｃ＝ｋ・（（Ｐ１）２＋（Ｐ２）２＋．．．（Ｐｎ）２）１／２ （６）
したがって単一のパラメータＴＣＴ１のみを使用すると、濃度は、Ｃ＝ｋ（（ＴＣＴ１）２）１／２＝ｋＴＣＴ１によって決定され得る。いくつかの実施形態では、試料中の１つまたは複数の気体の濃度を決定するために使用され得るパラメータは、減衰センサの共振周波数の変化、減衰センサのＱ値の変化、減衰センサの直列抵抗の変化（ΔＲｍ）、第１の温度における熱伝導率の変化、第２の温度における熱伝導率の変化、第１の温度における触媒活性、第２の温度における触媒活性、第１の温度における反応性、第２の温度における反応性、別のパラメータまたはそれらの組合せを含む。
[0088]いくつかの実施形態では、試料中における１つまたは複数の気体の存在は、温度の関数としての試料の熱伝導率の変化によって決定され得る。例えば図５Ａを参照すると、いくつかの気体に対するＴＣ対温度ベクトルを示すＴＣ対温度のグラフが示されており、このＴＣ対温度ベクトルは、気体のタイプによって固有である。いくつかの実施形態では、いくつかの気体は、温度、１つまたは複数の温度における熱伝導率または両方に対するそれらの熱伝導率の比率に基づいて差別され得る。ＴＣ対温度のためのデータは、上記式（３）を参照して上で考察した温度ランプ中に、熱伝導率センサ１１４（図１）から収集され得る。気体によって固有であるＴＣ対温度ベクトルの傾きおよび大きさは、採取された気体を識別し、かつ、定量化するための追加分析次元として使用され得る。図５Ｂは、いくつかの気体の熱伝導率と温度の間の関係を示す別のグラフである。図５Ｂでは、メタンのトレースは、試験されたすべての温度における空気のトレースの上方を維持し、一方、プロパンのトレースは、より低い温度では空気の下方から開始し、ランプの途中で空気をクロスオーバすることが分かる。このクロスオーバ特徴および他のこのような特徴と関連する温度を使用して気体が識別され、一方、ＴＣ測値の大きさ（通常、純粋な空気のベースラインＴＣ値からの変化に対する）を使用して、空気中に存在する気体の濃度が定量化され得る。
[0089]試料のＴＣを測定するためのいくつかの方法が存在している。１つの方法は、センサ（例えば熱伝導率センサ１１４（図１））を目標温度（例えば７００℃）に保持し、かつ、この温度を維持するために必要な電力を測定することであり、センサから気体への、また、気体からセンサへの伝導によってより多くのエネルギーが失われるため、より大きい電力はより大きい熱伝導率に相関する。別の方法は、ＴＣを測定している間、センサ温度のランピングを必然的に伴う。図５Ａおよび図５Ｂに示されているように、温度によるＴＣの変化は気体タイプによって固有である。したがって複数の温度におけるＴＣを測定することにより、図３Ａ、図３Ｂ、図５Ａおよび図５Ｂに示されているような気体特化センサ出力が得られる。
[0090]気体の熱伝導率が空気のＴＣと交差する温度は、追加方法でてこ入れされ得る。例えば水蒸気のＴＣは、約２９０℃（図５Ａにおける５６３Ｋ）で空気のＴＣと交差する。２９０℃でＴＣ測定を実施することにより、ＴＣ測定における湿度の効果を小さくすることができ、さらには実質的に除去することも可能である。別法としては、個別の湿度測定を使用して、他の温度で実施された測定が補正され、したがって空気−気体混合物に対する空気ＴＣ交差温度は、気体識別子として使用され得る。
[0091]いくつかの実施形態では、いくつかの気体は、第２の温度における熱伝導率の変化に対する、第１の温度における熱伝導率の変化の同様の比率、第１の温度および／または第２の温度における熱伝導率の変化の同様の大きさ、同様のｋファクタあるいは温度と熱伝導率の間の同様の関係を示し得ることが企図されている。いくつかのこのような実施形態では、試料の少なくとも１つの特性は、触媒センサ１１２（図１）から受け取った１つまたは複数の応答に基づいて決定され得る。いくつかの実施形態では、触媒センサ１１２（図１）は、図４を参照して上で説明したように、熱伝導率センサ１１４（図１）が露出される同じ温度を含む温度ランプに露出され得る。触媒センサ１１２からのベースラインデータは、以下の式（７）に従って、複数の温度の個々の温度毎の触媒センサ１１２のベースライン応答に対する触媒センサの応答の変化（例えば触媒熱応答の変化（Ｄｅｌｔａ Ｃａｔ））を表す信号を生成するために、個々の新しい測値から控除され得る。
Ｄｅｌｔａ Ｃａｔ＝Ｃａｔ（ｎ）−Ｃａｔ（ベースライン） （７）
上式でＤｅｌｔａ Ｃａｔは、触媒センサ１１２の応答の相対変化（例えばベースラインに対する、触媒センサ１１２への電力の変化）であり、Ｃａｔ（ｎ）は、試料への露出に対する触媒センサ１１２の応答（例えば触媒センサ１１２が試料に露出されている間、所定の温度を維持するための電力）であり、また、Ｃａｔ（ベースライン）は、ベースラインまたは基準気体（例えば空気）への露出に対する触媒センサ１１２の応答、およびメモリに記憶されているデータ（例えば較正データ）のうちの１つまたは複数である。Ｄｅｌｔａ Ｃａｔは、本明細書においては、試料への露出に応答する、特定の温度における触媒センサ１１２の「触媒活性」と呼ばれ得る。Ｃａｔ（ｎ）は、本明細書においては、触媒センサ１１２の「触媒応答」または特定の温度における試料への露出に対する触媒センサ１１２の応答と呼ばれ得る。触媒センサ１１２からのベースラインデータは、本明細書においては「触媒ベースライン」または「ベースライン触媒応答」と呼ばれ得る。Ｃａｔ（ベースライン）は、触媒センサ１１２が基準試料に露出される際の重要な温度における触媒センサ１１２の抵抗加熱器２１８（図２Ａ、図２Ｂ）をある温度に維持するための電力の履歴平均値を含むことができ、また、個々の温度ランプの間、連続的に更新され得る。Ｄｅｌｔａ Ｃａｔ値、Ｃａｔ（ｎ）値およびＣａｔ（ベースライン）値は、複数の温度の個々の温度毎に決定され得る。ベースラインデータは、熱伝導率センサ１１４および触媒センサ１１２の各々に対して、温度ランプの個々の温度を維持するための電力の値を含むことができる。したがってベースラインデータはメモリ１２８（図１）に記憶されることが可能であり、また、触媒センサ１１２のその前の温度ランプからの履歴電力対温度データからなり得る。
[0092]Ｄｅｌｔａ Ｃａｔ（触媒センサ１１２の触媒活性）値は、温度ランプの間、個々の温度で決定され得る。したがってＤｅｌｔａ Ｃａｔは、触媒ベースラインに対する、触媒センサ１１２が試料に露出されている間、触媒センサ１１２の所与の温度を維持するための電力、または触媒センサ１１２が基準気体に露出される際に、その所与の温度を維持するための電力の差に対応し得る。いくつかの実施形態では、ゼロから逸脱しているか、または所定の閾値より大きい大きさを有するＤｅｌｔａ Ｃａｔ値は、試料の反応性の指標であってもよく、また、例えば触媒センサ１１２に対する反応（すなわち発熱反応）、触媒センサ１１２と接触している検体の反応開始（例えば発火）温度または両方に対応し得る。そのうちのいくつかが異なる感度を有する異なる触媒配合物を有する複数の触媒センサが同じく利用され得る。
[0093]触媒センサ１１２および熱伝導率センサ１１４（図１）は、センサ測定精度を改善するために時間で相関される測値を得るために同時に直線的に増加され得る。
[0094]ΔＴＣ測値（式（３））はＤｅｌｔａ Ｃａｔ測値（式（７））から控除されることが可能であり、結果として得られる差は、以下の式（８）で示される試料の反応性（例えば触媒センサ上に生成される発熱性熱）に比例する信号応答をもたらす。
Ｅｘｏ（ｎｅｗ）＝Ｄｅｌｔａ Ｃａｔ−ΔＴＣ （８）
上式でＥｘｏ（ｎｅｗ）は、触媒センサ上に生成される熱または触媒センサから除去される熱に比例する信号応答であり、また、Ｄｅｌｔａ ＣａｔおよびΔＴＣは、上で説明した通りである。Ｅｘｏ（ｎｅｗ）は、本明細書においては、試料の反応性または触媒センサ１１２の発熱応答と呼ばれ得る。本明細書において使用されているように、「発熱応答」という用語は、触媒センサの触媒活性と、熱伝導率センサが第１の温度にある場合の熱伝導率センサのベースライン応答に対して比較した、熱伝導率センサが第１の温度にある場合における試料への露出に対する熱伝導率センサの応答の変化との間の差を意味しており、該差を含む。
[0095]ΔＴＣ信号をＤｅｌｔａ Ｃａｔ信号から控除することにより、試験中の気体の温度、圧力、湿度（絶対湿度および相対湿度）および流量変化の効果に対してＤｅｌｔａ Ｃａｔ信号を補正することができる。Ｅｘｏ（ｎｅｗ）は、応答が決定される個々の温度における熱伝導率センサ１１４と触媒センサ１１２の間の応答（例えば信号）の差に対応し得る。したがって公称値からのＥｘｏ（ｎｅｗ）の値の逸脱（例えば０とは異なる、または所定の閾値より大きいＥｘｏ（ｎｅｗ）値）は、発熱反応、反応開始または両方に対応し得る。いくつかの実施形態では、ライトオフの温度は、検出される気体タイプの別の識別子である。異なる温度における複数のライトオフは、試料中に複数の可燃性ガスが存在していることの指標である。
[0096]発熱反応（例えば発熱事象）または反応開始の検出は、後続する処理および分析のための時間ゼロ（Ｔ０）を確立する可燃性ガストリガとして使用され得る。上で言及したように、従来のセンサでは、触媒センサ１１２（図１）の応答の大きさは、時間および被毒によって劣化し得る。いくつかの実施形態では、上で説明した方法による可燃性ガスの存在の決定は、触媒被毒には無関係であり得る。言い換えると、触媒センサからのトリガは、触媒センサからの応答の大きさに無関係であり、また、後続する処理に使用されるライトオフ温度データと共に、ライトオフからの２進イエス／ノートリガに対応し得る。言い換えると、所定の閾値より大きいＥｘｏ（ｎｅｗ）（式（８））値（例えば非ゼロ値）の決定、または触媒センサ１１２の応答と熱伝導率センサ１１４の応答との間の差の決定などによって可燃性ガスの存在を決定すると、それに応答して処理サブシステム１４０（図１）は、試料の分析を実施するように起動され得る。いくつかのこのような実施形態では、処理サブシステム１４０は、ベースライン熱伝導率およびベースライン触媒応答（例えばＣａｔ（ベースライン））が、それぞれの熱伝導率センサ１１４および触媒センサ１１２からの、触媒マイクロホットプレート１１２および熱伝導率センサ１１４の応答の差を検出する直前に測定された最も新しい測値（出力）であることを決定することができる。いくつかのこのような実施形態では、ベースラインデータが連続的に更新されるため、処理サブシステム１４０による分析は触媒被毒には実質的に影響され得ない。後続する処理からのデータを使用して触媒応答の大きさが補正され、かつ、較正され得る方法については後で示される。
[0097]図６は、本開示のいくつかの実施形態による、試料の組成を決定する方法６００を示す簡易流れ図である。いくつかの実施形態では、方法６００は、図４を参照して上で説明した方法４００と同時に実施され得る。方法６００は、図４を参照して上で説明した、熱伝導率センサ１１４（図１）の応答を決定するために使用される温度と同じ２つ以上の温度であってもよい２つ以上の温度における触媒センサ１１２（図１）の応答を決定することを含む。方法６００は、触媒センサが第１の温度にある間、触媒センサを気体に露出させることを含む行為６０２、触媒センサが第１の温度にある間、試料への露出に対する触媒センサの応答を決定することを含む行為６０４、触媒センサが第２の温度にある間、触媒センサを試料に露出させることを含む行為６０６、触媒センサが第２の温度にある間、試料への露出に対する触媒センサの応答を決定することを含む行為６０８、および第１の温度および第２の温度のうちの一方または両方における触媒センサの応答に少なくとも部分的に基づいて、試料の少なくとも１つの特性を決定することを含む行為６１０を含むことができる。
[0098]行為６０２は、触媒センサが第１の温度にある間、触媒センサを試料に露出させることを含むことができる。いくつかの実施形態では、行為６０２は、触媒センサが、熱伝導率センサ１１４（図１）が露出される温度と同じ第１の温度に対応し得る第１の温度にある間、触媒センサを試料に露出させることを含む。いくつかの実施形態では、触媒センサは、触媒センサが約２００℃と約２５０℃の間の温度にある間、試料に露出され得る。
[0099]行為６０４は、触媒センサが第１の温度にある間、試料への露出に対する触媒センサの応答を決定することを含むことができる。いくつかの実施形態では、行為６０４は、例えばそれぞれ上記式（７）および式（８）に従って決定され得る、触媒センサの触媒活性および触媒センサの発熱応答を決定することを含む。行為６０６は、触媒センサが第２の温度（例えば約７００℃）にある間、触媒センサを試料に露出させることを含むことができ、また、行為６０８は、触媒センサが第２の温度にある間、試料への露出に応答する触媒センサの応答を決定することを含むことができる。いくつかの実施形態では、行為６０８は、第２の温度における試料への露出に対する触媒センサの触媒活性および触媒センサの発熱応答を決定することを含むことができる。いくつかの実施形態では、第２の温度は、熱伝導率センサ１１４（図１）が図４を参照して上で説明した行為４０６で露出される温度と同じ第２の温度になるように選択され得る。
[00100]いくつかの実施形態では、行為６０２から行為６０８は、図４を参照して上で説明した行為４０２から行為４０６と同時に実施され得る。
[00101]行為６１０は、第１の温度および第２の温度のうちの一方または両方における触媒センサの応答に少なくとも部分的に基づいて、試料の少なくとも１つの特性を決定することを含むことができる。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの特性を決定することは、第１の温度における触媒センサの触媒活性、第２の温度における触媒センサの触媒活性、第１の温度における発熱応答（第１の温度における試料の反応性）、第２の温度における発熱応答（第２の温度における試料の反応性）、第２の温度における触媒活性に対する、第１の温度における触媒活性の比率、および第２の温度における発熱応答に対する、第１の温度における発熱応答の比率に基づいて、少なくとも１つの特性を決定することをさらに含むことができる。いくつかの実施形態では、気体同一性（例えば試料中における少なくとも１つの成分の存在）は、第２の温度における応答に対する、第１の温度における触媒センサの応答の比率に少なくとも部分的に基づいて決定され得る。非限定的な例として、気体は、第２の温度におけるＥｘｏ（ｎｅｗ）の値に対する、第１の温度におけるＥｘｏ（ｎｅｗ）の値に少なくとも部分的に基づいて識別され得る。
[00102]次に図１、図７Ａおよび図７Ｂを参照すると、検出器１００は、減衰センサ（例えば不活性マイクロカンチレバー）１１６およびコーティングされたマイクロカンチレバーセンサ１１５をさらに含むことができる。本明細書において使用されているように、「不活性マイクロカンチレバー」は、実質的に不活性のコーティング材（すなわち試料と実質的に相互作用（例えば反応）しないコーティング材）またはコーティング材がないマイクロカンチレバーのいずれかを含むマイクロカンチレバーを意味しており、該マイクロカンチレバーを含む。製造プロセスに応じて減衰センサ１１６およびコーティングされたマイクロカンチレバーセンサ１１５は、熱伝導率センサ１１４および触媒センサ１１２と同じシリコンウェーハの上、または個別の支持体の上に製造され得る。それらが動作するように設計される環境における冗長性および応答最適化のために、様々なサイズ、形状および材料の複数のマイクロカンチレバーが利用され得る。特定の検体に対する感度を改善するために、マイクロカンチレバーの自由端７３０にコーティング材３６４が加えられ得る。
[00103]図７Ａおよび図７Ｂは、マイクロカンチレバーセンサ７００のそれぞれ上面図および横断面図である。マイクロカンチレバーセンサ７００は、図１を参照して上で説明した減衰センサ１１６およびコーティングされたマイクロカンチレバーセンサ１１５に対応し得る。マイクロカンチレバーセンサ７００は、ＭＥＭＳ製造技法を利用して、シリコン支持体７６０（熱伝導率センサ１１４および触媒センサが形成されるシリコン支持体２１０（図２Ａ、図２Ｂ）と同じであってもよい）の上に製造され得る。図７Ａに示されているマイクロカンチレバーセンサ７００は、自由端７３０で接続される２つのビームを形成するために、ベース端の近傍の支持体７６０中にギャップ７１０を有する二重ビームカンチレバーである。ベースシリコン材７６２（例えば支持体）は、カンチレバーの自由端７３０を懸垂して、試料との相互作用に応答したマイクロカンチレバー７００の自由端７３０の移動および振動を許容するために、カンチレバーの周囲および下方が同じくエッチングされている。図７Ａは、マイクロカンチレバー７００がギャップ７１０を含むことを示しているが、本開示はそれには限定されず、また、いくつかの実施形態ではマイクロカンチレバーはギャップを含んでいなくてもよい。図７Ａおよび図７Ｂは、マイクロカンチレバー７００が二重ビームマイクロカンチレバーであることを示しているが、単一ビームマイクロカンチレバーまたは異なる形状のマイクロカンチレバー（図示せず）も同じく利用され得る。マイクロカンチレバーセンサ７００は、圧電素子７４０に接続されたボンドパッド７２４を介して電圧を印加することによって駆動（例えば振動）され得る。振動または撓みは、同じ圧電素子を使用して検知され得るか、またはボンドパッド７２４の別の対に電気結合され得るピエゾ抵抗素子７５６を使用して検知され得る。圧電素子７４０はシリコンの層を備えることができ、シリコン層の片面には、窒化アルミニウム、酸化亜鉛またはＰＺＴの薄い層が配置される。酸化亜鉛は、例えばスパッタリングプロセスを使用してマイクロカンチレバーセンサ７００の上に堆積され得る。ＰＺＴは、例えばゾル−ゲルプロセスを使用してマイクロカンチレバーセンサ７００の上に堆積され得る。別の例では、圧電素子７４０は窒化シリコンの層を備え、窒化シリコン層の片面はパターン化された圧電膜である。パターン化された圧電素子７４０の個々の面には、圧電素子７４０への電気接触を提供する、金または白金などの金属の２つの薄い層が配置され得る。
[00104]別の例では、マイクロカンチレバーセンサ７００は、その固定端の近傍にピエゾ抵抗素子７５６を含む。ピエゾ抵抗素子７５６を使用してマイクロカンチレバーセンサ７００中の振動が検出されることが可能であり、また、圧電検知および駆動を使用する代わりに（すなわち駆動素子および検知素子の両方として圧電素子７４０を使用するのではなく）ピエゾ抵抗素子７５６を同じく使用してマイクロカンチレバーセンサ７００中の振動が熱励起され得る。ピエゾ抵抗素子７５６は、二酸化シリコンなどの誘電体層が単結晶シリコン層とピエゾ抵抗層の間に配置された多結晶シリコンを堆積させることによって単結晶シリコンの層の上に形成され得る。別の例では、単結晶シリコンカンチレバーの表面またはその近傍にピエゾ抵抗が形成される。別の例では、ピエゾ抵抗素子７５６は薄膜金属を備える。
[00105]いくつかの実施形態では、マイクロカンチレバーセンサ７００は、マイクロカンチレバーセンサ７００の自由端７３０の表面またはその近傍に抵抗加熱器７５８を含む。抵抗加熱器７５８は、ピエゾ抵抗素子７４０で説明したプロセスと同様のプロセスを使用して形成され得る。高められた温度で測定を実施するためにマイクロカンチレバーセンサ７００を加熱するために、浄化のためにマイクロカンチレバーセンサ７００を加熱するために、マイクロカンチレバー７００の温度を検知するために抵抗加熱器７５８が使用されることが可能であり、また、コーティング材７６４を加熱して、コーティング材７６４と試料中の少なくとも１つの重要な検体との間の検体反応を開始するために同じく抵抗加熱器７５８が使用される。いくつかの実施形態では、抵抗加熱器７５８は、マイクロカンチレバーセンサ７００を浄化し、また、検体をコーティング材７６４から脱着するように構成され得る。抵抗加熱器７５８は、マイクロカンチレバー７００の表面またはマイクロカンチレバー７００の表面に堆積された薄い金属膜の近傍のドープされたシリコンを使用して形成されたピエゾ抵抗素子であってもよい。また、抵抗加熱器７５８を同じく使用してマイクロカンチレバー７００の温度が検知され得る。
[00106]パッシベーション層７４６は、抵抗加熱器７５８、ピエゾ抵抗素子７５６、圧電素子７４０および相互接続配線をマイクロカンチレバーセンサ７００に露出された試料から電気的に隔離するために、これらの要素の上に配置され得る。ボンドパッド７２４の上のパッシベーション層中のボイド７２６は、ボンドパッド７２４へのワイヤボンディングを許容する。マイクロカンチレバーを使用して粘性減衰を検知する場合、マイクロカンチレバーセンサ７００の表面は、試験中の気体と化学的に非反応性であることが好ましい。
[00107]マイクロカンチレバーセンサ７００がコーティングされたマイクロカンチレバーセンサ１１５（図１）を備える実施形態では、コーティング材７６４は、１つまたは複数の検体と相互作用するように配合されている触媒コーティング材を含むことができる。マイクロカンチレバーセンサ７００が減衰センサ１１６（図１）を備える実施形態では、マイクロカンチレバーセンサ７００は、コーティング材を含んでいなくてもよく、あるいは実質的に不活性のコーティング材７６４を含むことができる。いくつかのこのような実施形態では、減衰センサ１１６の主要な機能は、減衰センサ１１６の共振特性の変化を検出することにより、採取された気体中のマイクロカンチレバーセンサ７００の減衰（例えば粘性減衰）を測定することであり、この減衰は、採取された気体の密度に比例し得る。いくつかの実施形態では、マイクロカンチレバーセンサ７００上への試料の吸着の量を少なくするために、マイクロカンチレバーセンサ７００のサイズが最小化され得る。
[00108]空気などの流体中で発振するカンチレバーは、その運動を遅らせ、かつ、そのエネルギーを奪う消散的な力にさらされ得る。これらの力は減衰として知られており、カンチレバーの共振周波数、Ｑ値、直列抵抗、インダクタンスおよびその共振応答（強制周波数の関数としてのその発振振幅）の他の特性パラメータに影響を及ぼす。標準状態における空気中で共振するカンチレバーの場合、支配的な減衰機構は粘性減衰（ＶＤ）である。減衰（例えばＶＤ）の量は、カンチレバー（例えばビーム）が移動する流体の密度および動的粘度と等しい程度まで変化する。したがってカンチレバーの共振応答を測定することは、所与の試料の減衰（例えばＶＤ）特性を測定し、あるいは空気のみに対して比較した減衰（例えば粘性減衰）の変化として観察される、試料中における他の気体および蒸気の存在を監視する手段である。さらに、複数の共振パラメータの測定および分析は、粘性減衰を左右する流体の２つの主要な物理特性（密度および粘度）を個別に観察することを可能にし得る。いくつかの実施形態では、減衰センサ１１６は、基本モードを超える高周波数共振モードなどの複数の共振モードで動作するように構成され得る。より高い次数の撓みモードは、減衰効果に対する異なる感度を有することができ、また、環境効果（例えば温度、圧力、相対湿度および絶対湿度のうちの１つまたは複数の効果）に対する補正に有用であり得る。また、より高いモードは、Ｑおよび共振周波数の改善された分解能のためにより高いＱ値を同じく示し得る。
[00109]図７Ｃを参照すると、減衰センサ１１６（図１）の共振特性（共振パラメータ）の少なくともいくつかは、その電気応答の等価回路モデル（ＥＣＭ）から抽出され得る。等価回路モデルは、共振周波数（ωｒとも呼ばれるＦｒ）、直列抵抗（Ｒｍ）、直列インダクタンス（Ｌｍ）、直列キャパシタンス（Ｃｍ）、および直列要素を分路する並列キャパシタンス（Ｃｐ）を含むことができる。本明細書において使用されているように、マイクロカンチレバーの「共振特性」は、等価回路モデルの１つまたは複数の要素（すなわち直列抵抗、直列インダクタンス、直列キャパシタンスおよび並列キャパシタンスのうちの１つまたは複数）、共振周波数（ωｒとも呼ばれるＦｒ）、Ｑ値（Ｑ）および帯域幅（ＢＷ）を意味しており、それらを含む。「共振特性（resonant property）」、「共振パラメータ」および「共振特性（resonant characteristic）」という用語は、本明細書においては交換可能に使用されている。
[00110]いくつかの実施形態では、減衰センサ１１６（図１）は、中央処理装置１２４（図１）の制御の下で掃引周波数電圧によって駆動される。数値的に制御される発振器または周波数シンセサイザは、圧電素子７４０またはピエゾ抵抗素子７５６のいずれかに対するデジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）１２０（図１）掃引周波数駆動を実施する。ＣＰＵ１２４は、検知された電圧振幅および位相をアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）１２０変換器を介して読み戻し、駆動電圧周波数がマイクロカンチレバー７００の機械的共振周波数を通過することを検出する。したがって減衰センサ１１６は、周波数シンセサイザを使用して圧電素子７４０またはピエゾ抵抗素子７５６を励起し、それにより減衰センサ１１６のいわゆる周波数掃引を実施することによって駆動され得る。周波数を掃引している間、その検知要素（例えばピエゾ抵抗素子７５６）を使用して減衰センサ１１６の電圧が測定され得る。
[00111]周波数を掃引している間に獲得されたデータから、減衰センサ１１６のＱ値が決定され得る。例えばＱ値は、以下の式（９）に従って、発振の共振周波数、インダクタンスおよび直列抵抗（減衰に比例し得る）に関連付けられ得る。
Ｑ＝ＦＲ／ＢＷ＝Ｒｍ／Ｌｍ （９）
上式でＱは減衰センサ１１６のＱ値であり、ＢＷは、周波数掃引中における測定された電圧対減衰センサ１１６の周波数の曲線の帯域幅であり、Ｆｒは減衰センサ１１６の共振周波数であり、Ｒｍは減衰センサ１１６の直列抵抗であり、また、Ｌｍは減衰センサ１１６の直列キャパシタンスである。いくつかの実施形態では、ＱｍおよびＢＷは、周波数掃引中における測定された電圧対減衰センサ１１６の周波数の曲線から誘導され得る。したがってＦＲおよびＲｍ／Ｌｍの比率はＱおよびＢＷから決定され得る。共振周波数ＦＲは、以下の式（１０）に従って決定され得る。
Figure 0006692500
 上式でＬｍおよびＣｍは上で定義した通りである。
[00112]測定された共振周波数は、環境センサ１１８（図１）からのデータを使用して測定されたデータを使用して、試料の温度、湿度（相対湿度、絶対湿度または両方）、圧力および流量に対して補正され得る。気体粘性減衰が大きくなると、減衰センサ１１６の共振周波数が低くなる。マイクロカンチレバーの絶対共振周波数は、時間、マイクロカンチレバー（ビーム）の汚染および機械的劣化によってドリフトし得るが、マイクロカンチレバーの短期間安定性は優れており、また、圧力、温度、湿度および流量に対して補正され得る。ドリフトおよび精度の問題を克服するために、触媒センサからの発熱トリガを検出する前の周波数および粘性減衰を表す値である履歴ベースライン周波数データをメモリ１２８に記憶するべく、減衰センサ１１６の共振周波数が周期的に監視され得る。本明細書において使用されているように、ベースライン共振パラメータは、マイクロカンチレバーが基準試料（例えば空気）に露出される際のマイクロカンチレバー（例えば減衰センサ）の共振パラメータを意味しており、該共振パラメータを含む。いくつかの実施形態では、共振パラメータの値はメモリに記憶されることが可能であり、また、マイクロカンチレバーの較正中（例えば工場における）に得られたデータに基づき得る。マイクロカンチレバーの共振パラメータのシフトは、ベースライン共振パラメータ（例えばマイクロカンチレバーが基準試料に露出される際の共振パラメータの値）に対する、試料への露出に応答するマイクロカンチレバーの共振パラメータの変化を含む。
[00113]使用中および動作中、ベースライン触媒応答に対する触媒センサ１１２（図１）の応答、減衰センサ１１６（図１）の共振パラメータ（例えば共振周波数）のシフト（すなわち減衰センサ１１６が試料に露出される際の減衰センサ１１６の共振パラメータと、減衰センサ１１６がベースライン（例えば基準気体）に露出される際の減衰センサ１１６の共振パラメータの差）、およびベースライン熱伝導率に対する熱伝導率の変化、減衰センサ１１６の共振特性の変化のうちの１つまたは複数の変化に対する応答が測定され得る。ベースライン共振周波数と個々の後続する共振周波数測値との間の差は、試料中の検体の変化する濃度による試料の減衰（例えば粘性減衰）の変化に対応し得る。言い換えると、減衰センサ１１６の共振周波数の変化によって測定され得る減衰（例えば粘性減衰）の変化は、試料中における検体の存在に対応し得る。
[00114]図８Ａを参照すると、その大きさが試料の１つまたは複数の成分の濃度に比例し、また、その傾きが試料の組成のインジケータである、処理された減衰センサ１１６周波数データおよび熱伝導率センサ１１４電力データを使用して、ベースライン（例えば空気）に対するＴＣの変化（すなわちΔＴＣ）対ベースライン（例えば空気）に対するＶＤの変化（共振周波数の変化）の二次元ベクトルが形成され得る。言い換えると、試料中における１つまたは複数の成分（例えば気体）の存在は、試料の熱伝導率の変化に対する減衰センサ１１６のベースラインに対する共振周波数の変化（したがって粘性減衰の変化）の比率に基づいて決定され得る。共振周波数の変化は、減衰センサ１１６が試料に露出される際に対して比較した、減衰センサ１１６が空気に露出される際に対する変化などの、ベースラインに対するものであってもよい。同様に、熱伝導率の変化は、熱伝導率センサが試料に露出される際に対して比較した、熱伝導率センサが空気に露出される際に対する変化などの、ベースラインに対するものであってもよい。したがっていくつかの実施形態では、試料中の１つまたは複数の成分は、熱伝導率の変化を決定するために熱伝導率センサ１１４を使用して、また、粘性減衰（または共振周波数、Ｑ値、直列抵抗および帯域幅のうちの少なくとも１つ）の変化を決定するために減衰センサ１１６を使用して識別され得る。
[00115]さらに、ランプにおけるあるポイント（例えば７００℃）で測定されたＴＣ値を別のポイント（例えば２００℃）で測定された値から控除することにより、所与の気体の固有ＴＣ対温度関係（例えばｍＷ／Ｃ）の「傾き」が決定されることが可能であり、この傾きは、図８Ａに示されているデータ分析技法のようなデータ分析技法における「ＴＣ」値として働くことさえ可能である。さらに、この傾きには、広い温度範囲にわたって比較的不変である傾向があるため、この技法は、環境要因、とりわけ温度および圧力に対するＴＣ測値の補正を補助することができる。このような環境要因には、個々の曲線の傾きを実質的に変えることなく、気体のＴＣ対温度曲線全体を上下にシフトさせる（すなわち移行させる）傾向がある（すなわちプロット上のトレースのｙ−インターセプトに影響を及ぼす）。
[00116]ヘリウム、水素およびメタンなどのいくつかの気体は、極めて類似した、あるいは重複する粘性減衰対ＴＣベクトル（すなわち熱伝導率に対する粘性減衰の比率）を有している。いくつかの実施形態では、ヘリウムおよび水素は、発熱応答の大きさが所定の域値より大きい場合の温度などの、触媒センサ１１２（図１）を使用して決定された反応開始温度（ライトオフ温度）を使用することによって差別され得る。言い換えると、いくつかのこのような実施形態では、ヘリウムおよび水素は、Ｅｘｏ（ｎｅｗ）（式（８））の大きさが所定の閾値より大きいか、あるいは非ゼロ値である温度によって差別され得る。水素反応開始温度は、典型的には１００℃未満であり、一方、メタン反応開始温度は、典型的には４００℃を超える。厳密な反応開始温度は、アプリケーションに使用される触媒および変換器タイプによって変化し得る。ヘリウムは非可燃性であり、したがって触媒センサ１１２からの発熱応答が存在しないことによって差別される。ライトオフ温度またはその欠乏を利用することにより、この例ではヘリウム、水素およびメタンの疑いの余地のない差別が可能である。複数の異なる温度における複数の反応開始温度は、複数の可燃性ガスの存在を示す。燃焼の熱、すなわち反応開始温度における触媒センサ１１２の応答の大きさは、気体識別子−数量子として同じく使用され得る。
[00117]いくつかの実施形態では、試料中における１つまたは複数の気体の存在は、減衰センサ１１６がベースラインまたは基準気体に露出される際に対して比較した、減衰センサ１１６が試料に露出される際の別の少なくとも１つの共振パラメータの変化、直列抵抗の変化、Ｑ値の変化、帯域幅の変化、インダクタンスの変化および並列キャパシタンスの変化に対する、減衰センサ１１６（図１）の少なくとも１つの共振パラメータ（例えば共振周波数）の変化、直列抵抗の変化、Ｑ値の変化、帯域幅の変化、インダクタンスの変化および並列キャパシタンスの変化のうちの１つまたは複数の比率に基づいて識別され得る。少なくとも１つの共振パラメータの変化は、それぞれの共振パラメータのベースラインに対するものであってもよい。
[00118]いくつかの実施形態では、気体の組成は、Ｑ値および直列抵抗のうちの１つの変化に対する共振周波数の変化の比率に基づいて決定され得る。図８Ｂは、減衰センサ１１６の直列抵抗（Ｒｍ）の変化（Ｑ値に比例する）に対する共振周波数の変化の間の関係を示すグラフである。いくつかの実施形態では、異なる気体は異なる関係すなわち比率を示し得る。図８Ｃは、マイクロカンチレバーが異なる気体に露出される際のマイクロカンチレバーの直列抵抗の変化に対する共振周波数の変化の間の関係を示すグラフである。
[00119]減衰センサ１１６（図１）は、マイクロカンチレバーセンサ７００（図７Ａ、図７Ｂ）を備えるものとして説明されているが、本開示はそれには限定されない。他の実施形態では、減衰センサ１１６は、膜センサ、水晶マイクロバランス（ＱＣＭ）センサ、表面弾性波（ＳＡＷ）センサまたは別の共振センサなどの共振センサを含むことができる。さらに、いわゆる「ダッシュポット」方法などの方法によって減衰センサ１１６の少なくとも１つの共振パラメータが決定され得る。
[00120]マイクロカンチレバーセンサ７００（図７Ａ、図７Ｂ）は、試料の粘性減衰または共振特性を決定するように構成されるものとして説明されているが、いくつかの実施形態ではマイクロカンチレバーセンサ７００は、１つまたは複数の温度における試料の熱伝導率、１つまたは複数の温度における触媒応答、１つまたは複数の温度における試料の触媒活性またはそれらの組合せを測定するように構成され得る。非限定的な例として、マイクロカンチレバーセンサ７００は、上記式（１）から（３）などに従ってマイクロカンチレバーセンサ７００を第１の温度および第２の温度に維持するための電力を決定するように構成されている検知機構（例えば検知回路機構）を含むことができる。したがっていくつかのこのような実施形態では、マイクロカンチレバーセンサ７００を使用して、第１の温度および少なくとも第２の温度における試料の熱伝導率が決定されることが可能であり、また、その１つまたは複数の共振特性を決定するようにさらに構成され得る。いくつかの実施形態では、マイクロカンチレバーセンサ７００は、マイクロカンチレバーセンサ７００からマイクロカンチレバーセンサ７００の近傍の試料への熱伝達を大きくするように振動され得る。したがっていくつかの実施形態では、熱伝導率センサ１１４（図１）はマイクロカンチレバーセンサ７００を備えることができる。いくつかの実施形態では、マイクロカンチレバーセンサ７００は、その端部（例えば自由端７３０）に円板またはパドル形構造を含むことができる。円板またはパドル形構造は、加熱され、かつ、マイクロカンチレバーセンサ７００の自由端７３０の近傍の試料に熱を伝達するように構成され得る。
[00121]いくつかの実施形態では、１つまたは複数の特定の検体と相互作用するように配合されており、かつ、構成されている１つまたは複数のコーティング材と相互作用させることによって１つまたは複数の検体が識別され得る。コーティング材は、例えばコーティングされたマイクロカンチレバー１１５（図１）、金属酸化物半導体マイクロホットプレート１１５または両方に結合され得る。もう一度図１、図７Ａおよび図７Ｂを参照すると、いくつかの実施形態では、検出器１００（図１）は、１つまたは複数のコーティングされたマイクロカンチレバー１１５（すなわちコーティング材を備えたマイクロカンチレバー）をさらに含むことができる。コーティングされたマイクロカンチレバーは、マイクロカンチレバーの自由端へのコーティング７６４の追加と共に同じく利用され得る。１つまたは複数のコーティングされたマイクロカンチレバー１１５は、図７Ａおよび図７Ｂを参照して上で説明したマイクロカンチレバーセンサ７００に実質的に類似していてもよく、コーティング材７６４は、特定の検体を吸着し、さもなければ特定の検体と相互作用する選択的コーティング材を含む。コーティング材７６４は、例えば特定の検体を吸着する特性を有する重合体コーティング、金属コーティング、化学薬品コーティングまたは生物学的コーティングを含むことができる。いくつかの実施形態では、コーティングされたマイクロカンチレバー１１５は、ΔＴＣ対ΔＶＤベクトルによって検出することができる閾値未満の感度を達成することができる。コーティングされたマイクロカンチレバー１１５は、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）の検出に同じく有用であり得る。考察された特定の例に加えて、コーティングされたマイクロカンチレバーは、特定の検体に対する追加感度を提供することができる。重合体マイクロカンチレバーコーティングの例示的リストは、ジメチルポリシロキサン（ＰＤＭＳ；無極性重合体）、ポリ（エピクロロヒドリン）（ＰＥＣＨ；ダイポーラ、重合体を含むＨ−ボンド）、ポリ（メタクリル酸ブチル）（ＰＢＭＡ；ダイポーラ、塩基性重合体）、ＯＶ２７５（オハイオ州ＭａｒｉｅｔｔａのＯｈｉｏ Ｖａｌｌｅｙ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｏｍｐａｎｙから商用的に入手することができるポリシロキサン重合体）、ポリ（２−メタクリル酸ジメチルアミノエチル（ＰＤＭＡＥＭＣ；強塩基性重合体）、ＢＰＳ−３（ビスフェノール含有重合体）、ＰＤＺ（分極性フェニル）、ＳＣＦ１０１（カリフォルニア州ＣａｒｌｓｂａｄのＳｅａｃｏａｓｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｉｎｃ．から商用的に入手することができる多分岐フルオロアルコールポリカーボシラン）およびフルオロアルコールポリシロキサン（ＳＸＦＡ；酸性重合体）、等を含む。金属マイクロカンチレバーコーティングの例示的リストは、Ｍｏ、Ａｕ、ＰｄおよびＰｔ、等を含む。他の化学薬品および生物学的コーティングも同じく利用され得る。
[00122]図９Ａおよび図９Ｂは、抵抗加熱器であってもよい加熱器２１８（分かりやすくするために図９Ａには示されていない）の上に互いに櫛形にかみ合わされている電極９３０およびパッシベーションコーティング２２０を有するマイクロホットプレート金属酸化物半導体（「ＭＯＳ」）センサ９００を示したものである。ＭＯＳセンサ９００は、ＭＯＳセンサ９００が電極９３０の直ぐ上にＭＯＳコーティング９２８を含むことができ、したがってＩＤＥ−およびＩＤＥ＋のラベルが振られたボンドパッド９１９を介してＭＯＳコーティングの電気特性が測定され得ることを除き、図２Ａおよび図２Ｂを参照して上で説明したマイクロホットプレートセンサ２００に実質的に類似していてもよい。ＭＯＳコーティング９２８は、金属酸化物（例えば酸化スズ、酸化亜鉛、酸化タングステン（例えばＷＯ３）、酸化マンガン（例えばＭｎＯ、ＭｎＯ２、Ｍｎ２Ｏ３）、ＬａＣｏＯ３、ＬａＮｉＯ３、酸化バナジウム（例えばＶ２Ｏ５）、五酸化リン（例えばＰ２Ｏ５）、酸化モリブデン（ＭｏＯ２）、酸化セシウム（例えばＣｓ２Ｏ）、等）、ドープされた金属酸化物（例えば白金ドープ酸化スズ）、重合体材料（例えば導電性重合体材料）、イオン導体（例えば電気化学的コーティング（ｅ−ｃｈｅｍコーティング材とも呼ばれる））、ｎ−型半導体材料、ｐ−型半導体材料、熱電気材料、別の材料またはそれらの組合せを含むことができる。正確な温度制御は、ＭＯＳマイクロホットプレートにはしばしば不要であり、したがってケルビン測定点は省略されている。温度は、図９Ａに示されているＩ＋およびＩ−端子２１４上で加熱器に供給される電流および電圧に基づいて抵抗を計算することによって制御され、かつ、測定され得る。
[00123]ＭＯＳセンサ９００は、例えば一酸化炭化、酸素、硫化水素または別の気体などの１つまたは複数の重要な特定の検体と相互作用するように構成され得る。ＭＯＳセンサ９００の温度の関数としての抵抗が測定され得る。ＭＯＳ応答化学薬品感度は温度によって変化し、したがって温度プロファイルは、追加化学薬品差別子として有用である。いくつかの実施形態では、試料中における１つまたは複数の検体の存在は、１つまたは複数の温度におけるＭＯＳセンサ９００の抵抗に基づいて決定され得る。
[00124]図１０は、データ収集および分析プロセスの概要である。データ収集行為１０１０で、センサ（例えば熱伝導率センサ１１４（図１）、触媒センサ１１２（図１）、コーティングされたマイクロカンチレバーセンサ１１５（図１）、減衰センサ１１６（図１）および環境センサ１１８（図１）のうちの１つまたは複数）から生データが収集される。行為１０２０で、センサからの突出した特徴が生データから抽出される。突出した特徴は、非限定的な例として、１つまたは複数の温度における試料への露出に対する熱伝導率センサ１１４の電力応答、１つまたは複数の温度における試料への露出に対する触媒センサ１１２の応答、試料への露出に対する減衰センサ１１６の応答、ならびに試料への露出に対するコーティングされたマイクロカンチレバーセンサ１１５およびコーティングされたマイクロホットプレートセンサ１１５のうちの少なくとも１つの応答を含むことができる。行為１０３０で、突出した特徴が温度、圧力、湿度および／または流量の環境効果に対して補正される。補正の後、行為１０４０でデータがさらに処理され、かつ、記憶されているデータに対して比較されて応答ベクトルを生成する。行為１０５０で、気体濃度（パート・パー・ミリオン（ｐｐｍ）または可燃性に対する爆発下限界（ＬＥＬ））および気体識別が報告され、次に処理が反復され得る。いくつかの実施形態では、行為１０３０における環境効果に対する補正は、行為１０１０の後、行為１０４０の後、またはプロセスのどこかで実施され得る。
[00125]検出器１００（図１）は、第１の温度における熱伝導率（例えば熱伝導率センサが第１の温度にある間におけるベースラインに対する熱伝導率の変化）、第２の温度における熱伝導率（例えば熱伝導率センサが第２の温度にある間におけるベースラインに対する熱伝導率の変化）、第１の温度における触媒センサの応答、第１の温度における触媒センサの触媒活性（例えば触媒センサが第１の温度にあり、かつ、基準に露出される際の触媒センサの応答に対する、触媒センサが第１の温度にあり、かつ、試料に露出される際の触媒センサの応答の変化）、第２の温度における触媒センサの応答、第２の温度における触媒センサの触媒活性（例えば触媒センサが第２の温度にあり、かつ、基準に露出される際の触媒センサの応答に対する、触媒センサが第２の温度にあり、かつ、露出される際の触媒センサの応答の変化）、第２の温度における触媒活性に対する第１の温度における触媒活性の比率、第１の温度における触媒センサの発熱応答、第２の温度における触媒センサの発熱応答、第２の温度における発熱応答に対する第１の温度における発熱応答の比率、減衰センサ１１６の少なくとも１つの共振パラメータの変化、等などの変数の特定の組合せを使用して気体の１つまたは複数の特性を決定するものとして説明されているが、本開示はそれには限定されない。いくつかの実施形態では、３個以上の変数が測定され、かつ、気体の１つまたは複数の特性（例えば識別、濃度、等）に相関され得る。
[00126]図１１は、ΔＴＣ対ΔＦＲ対ΔＱまたはΔＲｍ（ΔＱはΔＲｍに比例するため）を示す三次元プロットである。上で説明したように、ΔＴＣは、ベースライン熱伝導率応答に対する、試料への露出に対する熱伝導率センサ１１４（図１）の応答に基づいて決定され、また、ΔＦＲおよびΔＱ（またはΔＲｍ）は、試料への露出に対する減衰センサ１１６（図１）の応答に基づいて決定され得る。図１１を参照すると、気体は、固有の方向（例えば傾き）および大きさ（すなわちΔＴＣ、ΔＦＲおよびΔＱ（またはΔＲｍ）の各々と、ΔＴＣ、ΔＦＲおよびΔＱ（またはΔＲｍ）のその他との間の関係）を使用してグラフ上の位置を示し得る。例えば気体１、気体２および気体３は、それぞれグラフ上の固有の座標（すなわち方向）を含むことができる。したがって気体は、３つのパラメータの固有の組合せおよび比率を示すことができ、これらを使用して気体の組成が識別され得る。いくつかの実施形態では、少なくとも３つのパラメータの値を使用して、試料の組成および試料中の気体の濃度が決定され得る。図１１は、Ｑ値の変化または直列抵抗の変化、熱伝導率の変化および共振周波数の変化を含むものとして説明されているが、他の実施形態では、３つのパラメータは、Ｑ値の変化、共振周波数の変化、熱伝導率の変化、１つまたは複数の温度における熱伝導率、１つまたは複数の温度における触媒センサ応答、第２の温度における熱伝導率に対する、第１の温度における熱伝導率の比率、第２の温度における触媒応答に対する、第１の温度における触媒応答の比率、所与の温度における熱伝導率応答に対する、所与の温度における触媒応答の比率、共振周波数に対する、ある温度における触媒応答の比率、Ｒｍに対する、ある温度における触媒応答の比率、熱伝導率に対する共振周波数の比率、第２の温度における触媒活性に対する、第１の温度における触媒活性の比率、所与の温度における熱伝導率応答に対する、所与の温度における触媒活性の比率、共振周波数に対する、ある温度における触媒活性の比率、Ｒｍに対する、ある温度における触媒活性の比率、熱伝導率に対する共振周波数の比率、第２の温度における反応性に対する、第１の温度における反応性の比率、所与の温度における熱伝導率応答に対する、所与の温度における反応性の比率、共振周波数に対する、ある温度における反応性の比率、Ｒｍに対する、ある温度における反応性の比率、および熱伝導率に対するＲｍの比率の組合せを含むことができる。
[00127]図１１は、３つのパラメータを使用して試料中の１つまたは複数の気体を識別するものとして説明されているが、本開示はそれには限定されない。他の実施形態では、気体の組成は、もっと多くのパラメータを使用して決定され得る。図１２Ａは、４つのパラメータが多次元分析における６つの二次元投影として視覚化され得る様子を示したものである。言い換えると、図１２Ａは、４つの個別のパラメータがパラメータの６つの全く異なる対をもたらす様子を示している。図１２Ａに示されている４つのパラメータは、比率ＦＲ／ＴＣＴ２、Ｒｍ／ＴＣＴ２、ＴＣＴ１／ＴＣＴ２およびＥｘｏＴ１／ＥｘｏＴ２であり、ＴＣＴ１は第１の温度における熱伝導率の変化であり、ＴＣＴ２は第２の温度における試料の熱伝導率の変化であり、ＥｘｏＴ１は、第１の温度における発熱応答とも呼ばれる、第１の温度における反応性であり（第１の温度で式（８）によって決定される）、また、ＥｘｏＴ２は、第２の温度における発熱応答とも呼ばれる、第２の温度における反応性である（第２の温度で式（８）によって決定される）。図１２Ａにおける個々のパラメータと試料組成の間の関係はほぼ線形であり、また、気体の混合物は線形組合せとして出現する。言い換えると、また、非限定的な例として、５０体積％のペンタンと５０体積％のプロパンの混合物は、１００体積％のペンタンの試料と１００体積％のプロパンの試料の間のほぼ中間に配置される。図１２Ａの投影の直交性は、複数の検体識別および濃度を予測することができる。非限定的な例として、メタンおよびエタンは、直列抵抗、熱伝導率および反応性の各々に対して、共振周波数の同様の比率を示し得る。しかしながらメタンおよびエタンは、ある温度における熱伝導率の変化に対する共振周波数の比率、第２の温度における熱伝導率の変化に対する第１の温度における熱伝導率の変化の比率、および第２の温度における反応性に対する、第１の温度における反応性の比率のうちの少なくとも１つに基づいて互いに区別され得る。
[00128]したがって変数および変数の比率の様々な組合せを使用して気体の組成が決定され得る。比率は、ある温度における熱伝導率の変化に対する共振周波数の比率、ある温度における熱伝導率の変化に対するＲｍの比率、第２の温度における熱伝導率の変化に対する、第１の温度における熱伝導率の変化の比率、第２の温度における触媒活性に対する、第１の温度における触媒活性の比率、第２の温度における反応性に対する、第１の温度における反応性の比率、第２の温度における反応性に対する第１の温度における反応性の比率に対する、第２の温度における熱伝導率の変化に対する第１の温度における熱伝導率の変化の比率の比率（例えば（（ΔＴＣＴ１／ΔＴＣＴ１）／（ＥｘｏＴ１／ＥｘｏＴ２）））、所与の温度における熱伝導率応答に対する、所与の温度における触媒活性の比率、共振周波数に対する、ある温度における触媒活性の比率、Ｒｍに対する、ある温度における触媒活性の比率、共振周波数に対する、ある温度における反応性の比率、およびＲｍに対する、ある温度における反応性の比率を含むことができる。
[00129]したがって気体は、熱伝導率センサ１１４、触媒センサ１１２および減衰センサ１１６のうちの１つまたは複数によって測定された１つまたは複数の特性に基づいて分析され、かつ、決定され得る。１つまたは複数の特性は、第１の温度における熱伝導率の変化、第２の温度における熱伝導率の変化、第１の温度における触媒センサ１１２の応答、第２の温度における触媒センサ１１２の応答、第１の温度における触媒活性、第２の温度における触媒活性、第１の温度における反応性（発熱応答）、第２の温度における反応性（発熱応答）、試料への露出に応答する減衰センサ１１６のＱ値（例えばＱ値のシフト）、試料への露出に応答する減衰センサ１１６（室温などにおける）の共振周波数（例えば共振周波数のシフト）、減衰センサ１１６の直列抵抗（減衰）、高められた温度における減衰センサ１１６の共振周波数、高められた温度における減衰センサ１１６のＱ値、減衰センサ１１６のより高いモードの共振周波数、試料への露出に応答する減衰センサ１１６の等価回路パラメータのシフト、試料への露出に応答する第１の温度における金属酸化物半導体抵抗のシフト、試料への露出に応答する第２の温度における金属酸化物半導体抵抗のシフトまたは別の特性、特性のうちの少なくとも別の特性に対する、特性のうちの１つの特性の比率、およびそれらの組合せを含むことができる。
[00130]図１２Ｂは、図１２Ａに示されているデータと同じデータを使用して（すなわち比率ＦＲ／ＴＣＴ２、Ｒｍ／ＴＣＴ２、ＴＣＴ１／ＴＣＴ２およびＥｘｏＴ１／ＥｘｏＴ２を使用して）、いわゆる「レーダチャート」または「レーダプロット」を使用して試料の少なくとも１つの特性（例えば少なくとも１つの成分の同一性）を決定する別の方法を示したものである。気体の１つまたは複数の特性は異なり得るため、異なる気体は、図１２Ｂに示されているプロットにおいて異なる形すなわち「フィンガープリント」を示し得る。したがって試料中の１つまたは複数の気体または検体の同一性は、中央処理装置１２４（図１）または処理サブシステム１４０（図１）などを使用してパラメータの各々の値をプロット上にプロットし、かつ、パターンすなわちフィンガープリントを認識することによって決定され得る。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の気体の濃度は、フィンガープリントの形およびサイズ（例えばフィンガープリント内の面積）のうちの少なくとも１つに基づいて決定され得る。いくつかの実施形態では、図１２Ｂおよび図１２Ｃの投影における直交性は、複数の検体識別および濃度を予測することができる。非限定的な例として、メタンおよびエタンは、１つまたは複数の同様の特性を示し得る。しかしながらメタンおよびエタンは、ＥｘｏＴ１、ＥｘｏＴ２、ＴＣＴ１、ＴＣＴ２、ＲｍおよびＦＲまたはそれらの比率のうちの１つまたは複数などの１つまたは複数の特性の間の相違に基づいて互いに区別され得る。したがって試料の１つまたは複数の特性は、第１の温度における熱伝導率の変化、第２の温度における熱伝導率の変化、ベースライン（例えば第１の温度における触媒活性）に対する、第１の温度における触媒センサの応答の変化、ベースライン（例えば第２の温度における触媒活性）に対する、第２の温度における触媒センサの応答の変化、第１の温度における反応性、第２の温度における反応性、試料への露出に応答する減衰センサ１１６（図１）のＱ値（例えばＱ値のシフト）、試料への露出に応答する減衰センサ１１６（室温などにおける）の共振周波数（例えば共振周波数のシフト）、減衰センサ１１６の直列抵抗（減衰）、高められた温度における減衰センサ１１６の共振周波数、高められた温度における減衰センサ１１６のＱ値、減衰センサ１１６のより高いモードの共振周波数、試料への露出に対する減衰センサ１１６の等価回路パラメータのシフト、試料への露出に応答する第１の温度における金属酸化物半導体抵抗のシフト、試料への露出に応答する第２の温度における金属酸化物半導体抵抗のシフトまたは別の特性からなるグループから選択される１つまたは複数（例えば２つ以上）のセンサパラメータに基づく試料の多次元分析に基づいて決定され得る。いくつかの実施形態では、試料の１つまたは複数の特性は、一組のセンサパラメータの個々のセンサパラメータと、その一組のセンサパラメータの他のセンサパラメータの各々との間の関係に基づいて決定され得る。
[00131]図１２Ｂは、６個の変数を含むものとしてのレーダプロットを示したものであるが、本開示はそれには限定されない。他の実施形態では、レーダプロットは、もっと少ない、あるいはもっと多くの変数を含むことができる。非限定的な例として、レーダプロットは、３個の変数、４個の変数または５個の変数を含むことができる。他の実施形態では、レーダプロットは、７個、８個、９個、１０個、等などの７個以上の変数を含むことができる。図１２Ｃおよび図１２Ｄは、試料の少なくとも１つの特性を決定する別の方法を示したものである。図１２Ｃを参照すると、試料の組成は、センサの組合せからの応答の組合せに基づいて決定され得る。非限定的な例として、検出器１００（図１）は、モリブデン触媒を備えた触媒センサ、金触媒を備えた触媒センサ、パラジウム触媒を備えた触媒センサ、白金触媒を備えた触媒センサ、熱伝導率センサ、減衰センサ、第１の重合体を備えたコーティングされたマイクロカンチレバーセンサ、第２の重合体を備えたコーティングされたマイクロカンチレバーセンサ、第３の重合体を備えたコーティングされたマイクロカンチレバーセンサ、ＢＰＳ−３重合体を備えたコーティングされたマイクロカンチレバーセンサ、酸と相互作用するように構成されているコーティングを備えたコーティングされたマイクロカンチレバーセンサ、水素結合と相互作用するように構成されているコーティングを備えたコーティングされたマイクロカンチレバーセンサ、フェニル群と相互作用するように構成されているコーティングを備えたコーティングされたマイクロカンチレバー、基本気体と相互作用するように構成されているコーティングを備えたコーティングされたマイクロカンチレバー、一酸化炭素と相互作用するように構成されているコーティングを備えたＭＯＳセンサ、二酸化炭素と相互作用するように配合されているコーティングを備えたＭＯＳセンサ、硫化水素と相互作用するように配合されているコーティングを備えたＭＯＳセンサを含むことができる。試料への露出に応答するセンサの各々からの応答の大きさ（またはベースライン応答に対する応答の変化）が測定され得る。応答は、試料の組成を決定するためにグラフ化され得る。非限定的な例として、重要な個々の気体または検体は、異なるいわゆる「フィンガープリント」を示し得る。いくつかの実施形態では、試料中の異なる検体の濃度は、フィンガープリントのサイズに基づいて決定され得る。試料の組成は、個々のセンサからの応答をいくつかのパターン認識技法またはそれらの組合せによって、ルックアップテーブルに記憶されている値に対して比較することによって決定され得る。
[00132]図１２Ｄは、レーダプロット（フィンガープリント）が濃縮器または分離器を出る試料に応答して変化し得る様子を示す時系列であり、個々の試料は、時系列において異なる組成を有している。濃縮器は、時間に応じて１つまたは複数の検体を蓄積する吸収剤物質を含むことができる。吸収剤物質が加熱されると検体が脱着され得る。異なる検体は、異なる温度で脱着し、したがって温度が時間によって直線的に増加される異なる時間に脱着する。いくつかの実施形態では、検出器１００（図１）は、試料がセンサに先立って分離器１１０に露出されるように配置される分離器１１０（図１）を含むことができる。非限定的な例として、分離器１１０は、センサの近傍（例えば試料が熱伝導率センサ、触媒センサおよび減衰センサに露出される前に分離器を通過する位置）に配置され得る。分離器１１０は、ガスクロマトグラフ（ＧＣ）または様々な気体検体に対して異なる通過時間を有するコラムを含むことができ、したがって異なる時間にコラムを出る異なる検体をもたらす。分離器１１０は、センサ（例えば熱伝導率センサ、触媒センサおよび減衰センサ）が異なる時間に試料の異なる成分に露出されるよう、試料の異なる成分を分離するように構成され得る。したがって試料の異なる成分（例えば気体）は、異なる時間に分離器を通って溶離し、試料中における複数の検体の識別を容易にすることができる。いくつかのこのような実施形態では、処理サブシステムは、特定の成分が分離器を通って溶離する時間に基づいて、試料中の成分毎に異なるフィンガープリントを生成するように構成され得る。
[00133]図１３は、気体試料の１つまたは複数の特性を決定する方法１３００を示す簡易流れ図である。方法１３００は、検出器の１つまたは複数のセンサを１つまたは複数の重要な検体を含む試料に露出させることを含む行為１３０２、熱伝導率センサが第１の温度にある間、また、熱伝導率センサが第２の温度にある間、試料の熱伝導率を測定することを含む行為１３０４、第１の温度および第２の温度における触媒センサの応答を測定することを含む行為１３０６、試料への露出に応答する減衰センサの１つまたは複数の特性を決定することを含む行為１３０８、コーティングされたマイクロカンチレバーセンサおよびＭＯＳセンサのうちの少なくとも１つの１つまたは複数の特性を決定することを含む行為１３１０、行為１３０４から１３１０で受け取った応答を、温度、圧力、相対湿度、絶対湿度および流量のうちの１つまたは複数に対して補正することを含む行為１３１２、行為１３０２から１３１２で獲得された情報に基づいて試料の１つまたは複数の特性を決定することを含む行為１３１４、試料中における１つまたは複数の気体の存在（例えば同一性）を決定することを含む行為１３１６、および試料中の１つまたは複数の気体の濃度を決定することを含む行為１３１８を含む。
[00134]行為１３０２は、検出器の１つまたは複数のセンサを１つまたは複数の重要な検体を含む試料に露出させることを含むことができる。いくつかの実施形態では、検出器は、少なくとも熱伝導率センサ、触媒センサおよび減衰センサを含むことができる。いくつかの実施形態では、検出器は、コーティングされたマイクロカンチレバーセンサおよびＭＯＳセンサのうちの少なくとも１つをさらに含むことができる。
[00135]行為１３０４は、熱伝導率センサが試料への露出に応答する第１の温度および第２の温度にある間、試料の熱伝導率を測定することを含むことができる。第１の温度および第２の温度の各々における熱伝導率は、図４を参照して上で説明した方法４００に従って決定され得る。いくつかの実施形態では、それぞれの第１の温度および第２の温度の各々におけるベースライン熱伝導率に対する、熱伝導率センサが第１の温度および第２の温度の各々にある場合の試料の熱伝導率の変化が決定され得る。言い換えると、いくつかの実施形態では、ΔＴＣ（式（３））の値が第１の温度および第２の温度の各々で決定され得る。
[00136]行為１３０６は、試料への露出に対する、第１の温度および第２の温度における触媒センサの応答を測定することを含むことができる。いくつかの実施形態では、行為１３０６は、行為１３０４と実質的に同時に実施され得る。第１の温度および第２の温度における触媒センサの応答は、図６を参照して上で説明した方法６００を参照して上で説明したように決定され得る。いくつかの実施形態では、行為１３０６は、第１の温度および第２の温度の各々における触媒活性（すなわちＤｅｌｔａ Ｃａｔ（式（７）））を決定することを含むことができる。
[00137]行為１３０８は、試料への露出に応答する減衰センサの１つまたは複数の特性を決定することを含むことができる。いくつかの実施形態では、行為１３０８は、行為１３０４および１３０６と実質的に同時に実施され得る。１つまたは複数の特性は、減衰センサの共振周波数、直列抵抗、直列インダクタンス、直列キャパシタンス、並列キャパシタンス、Ｑ値および帯域幅からなるグループから選択され得る。１つまたは複数の特性は、図８Ａおよび図８Ｂ、ならびに式（９）および式（１０）を参照して上で説明したように決定され得る。
[00138]行為１３１０は、コーティングされたマイクロカンチレバーセンサおよび金属酸化物半導体センサのうちの少なくとも１つの１つまたは複数の特性を決定することを含むことができ、１つまたは複数の特性は、コーティングされたマイクロカンチレバーセンサの温度または少なくとも１つの共振パラメータの変化の関数としてのセンサの抵抗などとして測定され得る。コーティングされたマイクロカンチレバーセンサおよび金属酸化物半導体センサのうちの少なくとも１つは試料に露出され得る。抵抗は、試料中の１つまたは複数の検体との金属酸化物半導体センサのうちの少なくとも１つの相互作用の指標であり得る。コーティングされたマイクロカンチレバーセンサの少なくとも１つの共振パラメータの変化は、試料中の１つまたは複数の検体とのコーティングされたマイクロカンチレバーセンサの相互作用の指標であり得る。
[00139]行為１３１２は、行為１３０４から１３１０で受け取った応答を、温度、圧力、相対湿度、絶対湿度および流量のうちの１つまたは複数に対して補正することを含むことができる。補正は、例えば１つまたは複数の環境センサ１１８（図１）を使用して測定される、試料の温度、圧力、相対湿度、絶対湿度および／または流量に基づき得る。
[00140]行為１３１４は、行為１３０４から１３１２で獲得された情報に基づいて試料の１つまたは複数の特性を決定することを含むことができる。１つまたは複数の特性は、非限定的な例として、第１の温度におけるベースライン熱伝導率に対する、熱伝導率センサが試料への露出に応答する第１の温度にある場合の試料の熱伝導率の変化、第２の温度におけるベースライン熱伝導率に対する、熱伝導率センサが試料への露出に応答する第２の温度にある場合の試料の熱伝導率の変化、触媒センサが第１の温度にある場合の触媒センサの触媒応答、触媒センサが第２の温度にある場合の触媒センサの触媒応答、触媒センサが第１の温度にある場合の触媒センサの触媒活性、触媒センサが第２の温度にある場合の触媒センサの触媒活性、第１の温度における発熱応答、第２の温度における発熱応答、減衰センサの共振周波数の変化、帯域幅の変化、減衰センサのＱ値、１つまたは複数の温度におけるＭＯＳセンサの抵抗または別の特性を含むことができる。
[00141]行為１３１６は、試料中における１つまたは複数の気体の同一性（例えば存在）を決定することを含むことができる。１つまたは複数の気体の存在は、本明細書において説明されている何らかの方法に基づいて決定され得る。いくつかの実施形態では、試料中の１つまたは複数の気体の同一性は、第２の温度における熱伝導率の変化に対する、第１の温度における熱伝導率の変化の比率、第２の温度における反応性の変化に対する、第１の温度における反応性の変化の比率、第２の温度における触媒活性に対する、第１の温度における触媒活性の比率、ある温度における反応性の変化に対する、同じ温度における熱伝導率の変化の比率、熱伝導率の変化に対する、試料に露出された減衰センサのＱ値の比率、共振周波数に対するＱ値の比率、２つの温度における反応性の変化の比率に対する、２つの温度における熱伝導率の変化の比率の比率（すなわち（ＴＣＴ１／ＴＣＴ２）／（ＥｘｏＴ１／ＥｘｏＴ２））、またはそれらの組合せのうちの１つまたは複数に基づいて決定され得る。
[00142]行為１３１８は、試料中の１つまたは複数の気体の濃度を決定することを含むことができる。１つまたは複数の気体の濃度は、本明細書において説明されている方法のうちのいずれかに基づいて決定され得る。
[00143]図１３は、特定の順序を含むものとして示されているが、本開示はそれには限定されない。いくつかの実施形態では、気体の１つまたは複数の特性を決定する方法は、図１３に示されている、図１３を参照して説明した行為のすべてを含まなくてもよい。いくつかの実施形態では、行為１３０２から１３１８は何らかの順序で実施され得る。
[00144]１つまたは複数の可燃性ガスを識別するのに適した一実施形態による簡易プロセスフローチャートは図１４に示されている。行為１４１０で、触媒センサおよび熱伝導率センサを利用して、発熱性ガスが存在しているかどうかが決定される。行為１４６５は、発熱性ガスの存在が検出されない場合、ベースラインデータを更新することを含む。上記式（８）に従って、非ゼロ値のＥｘｏ（ｎｅｗ）（例えば所定の閾値より大きい大きさを有するＥｘｏ（ｎｅｗ）値）に応答して発熱性ガスの存在が検出され得る。反応開始が検出されない場合、触媒センサおよび熱伝導率センサに対するベースラインデータが更新される。発熱性ガスが検出されると、最後に記憶されたベースラインが行為１４１５でベースライン値として使用され、プロセスは、発熱反応が検出されなくなるまでベースラインを更新することなく反復され得る。測定された結果は、行為１４２０で、温度、圧力、湿度（相対湿度、絶対湿度または両方）および流量の環境効果に対して補正される。
[00145]ベクトルデルタ電力（ＴＣ変化に比例する）対デルタ周波数（粘性減衰または密度変化に比例する）の傾きは１４６０で計算される。言い換えると、行為１４６０は、上記式（４）に従って、減衰センサの共振周波数の変化に対するデルタＴＣの変化の比率を決定することを含む。行為１４５５で、傾きしたがって比率を使用して、後続する処理で使用される気体ＩＤおよび適切な較正が決定され得る。較正は、研究室で決定されることが可能であり、また、較正を使用して、較正値およびデルタＴＣ値の大きさならびに共振周波数値の大きさに基づいて、識別された気体の濃度が決定され得る。較正データが適用されると、行為１４４０で、デルタ電力対デルタ周波数ベクトルの大きさを使用して、可燃性ガスに対する百分率爆発下限界（ＬＥＬ）として表されることもあるが、気体の同一性が決定され、また、％ＬＥＬとｐｐｍの間の関係が分かっている場合、パート・パー・ミリオン（ｐｐｍ）として同じく表される気体濃度が決定され得る。大きさは、以下の式（１１）に基づいて決定され得る。
大きさ＝（ＶＤ２＋ＴＣ２）１／２ （１１）
上式でＶＤは粘性減衰であり、また、ＴＣは熱伝導率である。
[00146]いくつかの実施形態では、気体濃度は、最初に気体を識別しないと正確に定量化され得ず、したがって大きさが気体のタイプに応じて変化する際に、適切な較正が適用され得ることに留意されたい。
[00147]さらに気体データ差別分析は、行為１４４５で、熱伝導率センサから複数の温度で収集されたＴＣデータを利用する。様々な気体のＴＣは温度が高くなると大きくなる。温度と共にＴＣが大きくなる割合および大きさは、気体のタイプによって固有であるため、ＴＣ対温度ベクトルの大きさおよび傾きは、追加気体濃度および同一性弁別子として分析に利用され得る。
[00148]分析が完了すると、行為１４５０で結果が報告され、また、処理されたデータを使用して補正および較正データが更新され得る。例えば触媒センサ応答の大きさは、デルタ電力対デルタ周波数ベクトルの大きさに対して比較され得る。触媒応答が被毒または老化のために低下している場合、適切な補正が触媒応答に適用され得る。触媒センサの応答が事前設定済み限度内に補正または較正され得ないか、あるいは性能の許容可能な閾値未満に低下している場合、故障が報告される。
[00149]図１５Ａは、本開示の実施形態による、試料の１つまたは複数の特性を決定する別の実施形態の簡易流れ図であり、可燃性ガス検出および識別アプリケーションおよび非可燃性ガス検出および識別アプリケーションの両方に適している。方法は、行為１５０２で、ベースライン熱伝導率に対する試料の熱伝導率のシフト（例えば変化）が存在しているかどうか（すなわちΔＴＣの値が所定の数より大きいか、あるいは非ゼロ値であるかどうか）を決定することを含む。行為１５０２において試料の熱伝導率の変化が存在していない場合、方法は、行為１５０４で、１つまたは複数のセンサから受け取ったベースライン値を必要に応じて更新することを含む。行為１５０６は、第１の温度における（すなわち熱伝導率センサが第１の温度にある場合の）試料の熱伝導率、および第２の温度における（すなわち熱伝導率センサが第２の温度にある場合の）試料の熱伝導率を確立することを含む。行為１５０８は、温度、圧力、相対湿度、絶対湿度および流量のうちの少なくとも１つに対する環境補正を実施することを含むことができる。行為１５１２は、第２の温度における熱伝導率に対する、第１の温度における熱伝導率のベクトルの傾き、方向または両方を決定することを含むことができる。いくつかの実施形態では、ベクトルの傾きを決定することは、第２の温度における試料の熱伝導率（例えば第２の温度におけるセンサの応答）に対する、第１の温度における試料の熱伝導率（例えば第１の温度におけるセンサの応答）の比率を決定することを含むことができる。行為１５１４は、試料中の１つまたは複数の気体の同一性を決定し、かつ、適切な較正データ（例えばｋファクタ）を選択するために、データベース（例えばメモリ）に記憶されている値に対して、ベクトルの傾き、方向または両方を比較することを含むことができる。行為１５１６は、上記式（５）に従って、１つまたは複数の気体の濃度（Ｃ）（百分率爆発下限界（％ＬＥＬ）またはｐｐｍなど）を決定することを含むことができる。いくつかの実施形態では、濃度は、単一の温度における熱伝導率に基づいて決定され得る。いくつかのこのような実施形態では、濃度は、以下の式（１２）に基づいて決定され得る。
Ｃ＝ｋ（ＴＣＴ１） （１２）
行為１５１８は、結果をプロセッサに報告すること、およびデータベース中の補正および較正データを更新することを含むことができる。
[00150]図１５Ｂは、触媒センサ（すなわち触媒センサ１１２）を利用していない、したがって可燃性ガス検出および識別アプリケーションおよび非可燃性ガス検出および識別アプリケーションの両方における使用に適した、試料の少なくとも１つの特性を決定する別の実施形態の簡易流れ図である。図１５Ｂでは、参照数表示は、参照数表示が「１４」ではなく「１５」で始まっていることを除き、図１４の参照数表示に対応し得る。したがって参照数表示１５２０、１５６０、１５５５、１５４０、１５４５、１５５０、１５６５は、それぞれ参照数表示１４２０、１４６０、１４５５、１４４０、１４４５、１４５０および１４６５に対応し得る。この実施形態では、行為１５１０でＶＤまたはＴＣのシフト（ΔＶＤまたはΔＴＣ）を検出するために、減衰センサおよび熱伝導率センサの共振周波数が監視される。行為１５１０でＶＤまたはＴＣのシフトが検出されない場合、行為１５６５でＴＣおよびＶＤのためのベースライン値が更新され、行為１５１０が反復される。行為１５１５における後続する処理は、ベースラインデータからのシフトが検出されると開始される。図１６に示されているように、追加気体タイプ選択性を提供するために、ＭＯＳおよびコーティングされたマイクロカンチレバーセンサなどの他のセンサも同じく処理に使用され得る。
[00151]図１６は、本開示の態様を利用しているプロセス流れ図を示したものである。プロセスの厳密な順序は変更され得ること、また、並行して動作するように示されているいくつかのプロセスは、逐次方式で実行され得ることを認識されたい。図１６によって示されている処理能力を最も良好に認識するために、以下の気体、すなわちヘリウム（Ｈｅ）、水素（Ｈ２）、メタン（ＣＨ４）、硫化水素（Ｈ２Ｓ）、一酸化炭素（ＣＯ）および二酸化炭素（ＣＯ２）を使用したその動作を考慮されたい。
[00152]方法は、センサ（例えば触媒センサ、熱伝導率センサ、減衰センサ、ＭＯＳセンサ、コーティングされたマイクロカンチレバーセンサ、等）を読み取ること、および試料の温度、圧力、相対湿度、絶対湿度および流量の環境効果に対してそれらを補正することを含む行為１６１２を含むことができる。ヘリウム、水素およびメタンは同様のＴＣおよびＶＤ特性を有しており、これらの特性のみを使用したそれらの区別を困難にしている。ヘリウムは非可燃性であり、したがって行為１６１４で発熱反応（例えば発熱事象）が検出されることはない。行為１６３４で使用されるＭＯＳおよびコーティングされたマイクロカンチレバーの混合に応じて、ヘリウムは相互感受性を有していても、あるいは有していなくてもよく、この例ではＭＯＳまたはコーティングされたマイクロカンチレバーに対する相互感受性は存在しないことが仮定されており、処理は、行為１６４８におけるΔＴＣまたはΔＶＤ変化に対するチェックへ進行することになる。ヘリウムは、ΔＴＣおよびΔＶＤの両方の検出された変化を引き起こすことになり、したがってヘリウムは、行為１６５０で相互感受性がない非可燃性として分類されることになり、処理は、行為１６２０でＴＣ対ＶＤベクトルの傾きを同じく決定している間、ＴＣおよびＶＤのためのベースライン応答の確立へ進行することになる。ヘリウムは、次に、行為１６５２で、相互感受性がない非可燃性に対する記憶されている傾きのリストからのその傾きによって識別されることになる。ヘリウムが適切に識別されると、次に行為１６２４で、較正データおよびＴＣ対ＶＤベクトルの大きさを使用して濃度が決定され得る。ＴＣ対ＶＤベクトルの大きさは気体濃度に比例し得るが、気体のタイプによって変化し、したがって気体識別に固有の較正データを適用して適切な濃度を決定する必要がある。プロセスのこの時点では、ヘリウムは、水素およびメタンから差別されており、また、適切に識別され、かつ、定量化されている。
[00153]ＴＣ対温度も気体のタイプによって同じく固有であり、また、ＴＣ対温度は、行為１６２８で、分析結果を洗練するためにさらに使用され、また、総合センサ性能または故障検出のシステム妥当性検査／信頼検査として使用され得る。すべてのセンサからのデータは、多次元分析において、行為１６３０で比較され得る。このような多次元「フィンガープリント」分析の一例は、図１２Ｂおよび図１２Ｃに示されている。図１２Ｄは、分離器１１０（図１）またはガスクロマトグラフがシステムセンサの前（近傍）に使用される場合に、この分析が時系列で適用され得る様子を示したものである。行為１６３２で、結果が報告され、補正値が更新され、較正値が更新され、また、検出された何らかの故障が報告される。処理は、次に、ベースラインデータ値を更新することなく反復する。行為１６１４における発熱事象、行為１６３６または１６４８におけるΔＴＣまたはΔＶＤによって気体が検出されなかった場合、プロセスの反復に先立ってベースラインデータが更新される。
[00154]次に、同様のΔＴＣ対ΔＶＤベクトルを有する、いずれも可燃性ガスであるＨ２またはＣＨ４を使用した流れを考慮する。行為１６１４で発熱反応（事象）（所定の閾値より大きいＥｘｏ（ｎｅｗ）値によって決定される反応性または発熱応答など）が検出されることになり、また、行為１６１６で反応開始（ライトオフ）温度および発熱反応（事象）の大きさが保存されることになる。ＭＯＳまたはコーティングされたマイクロカンチレバー応答が同じく検出された場合、行為１６１８における可燃性検出情報が、行為１６３８におけるＭＯＳ／コーティングされたマイクロカンチレバー処理と共有され、したがって適切なセンサ相互感受性が分析され得る。行為１６２０で、ベースライン値に対して比較されたΔＴＣ対ΔＶＤベクトルが決定され、また、行為１６２２で、ベクトル傾きおよび反応開始（ライトオフ）温度によって可燃性ガスが識別される。Ｈ２は、そのより低い反応開始（ライトオフ）温度によってＣＨ４から差別される。気体が適切に識別されると、行為１６２６で気体濃度を決定するために適切なΔＴＣ対ΔＶＤ大きさ較正データが適用される。残りの処理は、Ｈｅに対して既に説明した処理と同じであり、プロセスは、発熱事象が検出されなくなるまで、ベースライン値を更新することなく反復される。複数の可燃性ガスが存在していた場合、複数のライトオフ温度が観察されたことになり、それを使用して個々の気体成分が識別され得る。もう一度図３Ｃを参照すると、第１の温度における熱伝導率と第２の温度における熱伝導率の比率に基づいて、試料中の複数の気体が決定され得る。気体の濃度は、ｋファクタに基づいて決定され得る。いくつかの実施形態では、気体の混合物は、混合物の組成に応じた比率を示し得る。単なる一例として、５０％ヘキサンと５０％水素を含む混合物は、個々の成分に対するほぼ平均比率に等しい、第２の温度における熱伝導率に対する第１の温度における熱伝導率の比率を有することができる。
[00155]リスト中の考慮する次の気体はＨ２Ｓである。いくつかの実施形態では、Ｈ２Ｓ ＭＯＳセンサは、ΔＴＣまたはΔＶＤによって検出され得る濃度よりはるかに低い濃度におけるＨ２Ｓを検出することができる。この場合、Ｈ２Ｓは、行為１６３４でＨ２Ｓ ＭＯＳセンサによって検出されることになるが、行為１６３６におけるΔＴＣまたはΔＶＤのシフトによっては検出されない。処理は、空気に類似したΔＴＣまたはΔＶＤを有するＭＯＳ応答を有するものとして気体の識別へ進行することになり、あるいはＨ２Ｓの場合、ΔＴＣまたはΔＶＤは、行為１６４４における検出には小さすぎてもよい。気体は、行為１６４６でＨ２Ｓとして識別されることになり、また、処理は、行為１６３０における多次元分析へ進行することになる。ΔＴＣまたはΔＶＤのシフトが検出されなかったため、行為１６３２で結果が報告された後、行為１６４２でベースラインが更新されることになる。次にプロセス全体が反復されることになる。
[00156]一酸化炭素（ＣＯ）は、ＭＯＳセンサを使用して同じく容易に検出することができる気体である。ＣＯΔＴＣおよびΔＶＤのシフトは標準空気組成のシフトに類似しており、したがって重要なΔＴＣまたはΔＶＤのシフトをもたらすことはなさそうである。Ｈ２ＳおよびＣＯの両方の場合、行為１６３０における多次元分析は、ΔＴＣまたはΔＶＤのシフトがない気体の適切な識別および定量化に有用である。
[00157]二酸化炭素（ＣＯ２）は、ＭＯＳセンサによっては容易に検出されない気体である。非可燃性であるため、行為１６１４における発熱事象によっては検出され得ず、また、行為１６３４におけるＭＯＳセンサによっても検出され得ない。ＣＯ２は、行為１６４８でΔＴＣまたはΔＶＤのシフトをもたらすことになり、また、行為１６２０におけるΔＴＣ対ΔＶＤベクトル傾きによって、行為１６５０でＭＯＳ応答リストがない非可燃性から識別されることになる。濃度は、行為１６２４で適用される適切な較正データを使用して、ΔＴＣ対ΔＶＤ大きさから決定されることになる。処理は、この前の例の場合と同様に進行することになる。ＭＯＳおよびコーティングされたマイクロカンチレバーを同じく使用して、行為１６２４における大きさ較正選択の選択に先立って、行為１６４０で相互感受性を分析することにより、何らかのＴＣ対ＶＤベクトル曖昧性の識別が解析され得る。
[00158]行為１６３０における、また、図１２Ｂおよび図１２Ｃに示されている応答を結合する多次元分析は、極めて低い濃度レベルの複数の気体および揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を識別し、かつ、定量化することができる。
[00159]図１７は、本開示のいくつかの実施形態による、試料の１つまたは複数の特性を決定する方法を示す流れ図である。方法１７００は、コーティングがない（または実質的に不活性のコーティングを有する）マイクロカンチレバーセンサ（例えば減衰センサ１１６（図１））の圧電素子の周波数掃引を実施すること、および不活性マイクロカンチレバーセンサの振幅応答および共振周波数を測定することを含む行為１７１０を含むことができる。マイクロカンチレバーセンサは、中央処理装置（ＣＰＵ）１２４（図１）の制御の下で掃引周波数電圧によって駆動される。数値的に制御される発振器または周波数シンセサイザは、圧電素子またはピエゾ抵抗素子のいずれかに対するデジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器１２０（図１）掃引周波数駆動を実施する。ＣＰＵ１２４は、検知された電圧振幅および位相をアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１２０を介して読み戻し、駆動電圧周波数がマイクロカンチレバーの機械的共振周波数を通過することを検出する。マイクロカンチレバーセンサのインダクタンス、直列キャパシタンス、並列キャパシタンス、直列抵抗、共振周波数、Ｑ値および帯域幅のうちの１つまたは複数が、例えば式（９）および式（１０）を参照して、上で説明した等価回路モデルを使用して周波数掃引中に獲得されたデータから決定され得る。
[00160]行為１７２０は、基準マイクロホットプレートセンサ（例えば熱伝導率センサ１１２（図１））および触媒マイクロホットプレートセンサ（例えば触媒センサ１１２（図１））を基準（例えば空気）に露出させること、およびそれらの温度を直線的に増加させることを含むことができる。式（１）から（３）、（７）および（８）を参照して上で説明したように、基準マイクロホットプレートセンサ（例えば熱伝導率センサ）および触媒マイクロホットプレートセンサの各々に対する電力、抵抗、電圧および電流が個々の温度で測定され得る。行為１７３０は、センサ応答および較正データをデータベースに記憶することを含むことができる。行為１７３０でデータベースは、分析に使用されるセンサ応答、訓練データおよび較正データを記憶する。
[00161]行為１７４０は、熱伝導率センサおよび触媒マイクロホットプレートセンサの温度を再び直線的に増加させること、およびそれぞれ上で説明した式（３）、（７）および（８）に従って、ΔＴＣ、Ｄｅｌｔａ ＣａｔおよびＥｘｏ（ｎｅｗ）の各々を決定することを含む。結果として得られる発熱信号中の電力、Ｅｘｏ（ｎｅｗ）がその公称値から逸脱している場合、行為１７５０で、以下、ライトオフ事象と呼ばれる発熱反応が検出される。ライトオフの温度は、検出される気体のタイプの別の識別子である。異なる温度における複数のライトオフは、試料中に存在する複数の可燃性ガスの指標である。したがって行為１７５０は、Ｅｘｏ（ｎｅｗ）がその公称値（例えばゼロ）から逸脱する１つまたは複数の温度を決定することを含む。Ｅｘｏ（ｎｅｗ）が公称値から逸脱する１つまたは複数の温度を使用して、試料中における１つまたは複数の気体の存在が識別される。
[00162]行為１７６０は、ＭＯＳセンサを試料に露出させることを含むことができる。ＭＯＳセンサデータは、分析に使用される伝導率対温度およびＭＯＳ電気化学測値を含む。
[00163]測定された共振周波数は、環境センサ１１８によって測定されたデータを使用して、温度、湿度および圧力条件に対して補正され得る。行為１７７０は、温度、相対湿度、絶対湿度および圧力のうちの１つまたは複数に対して、共振周波数、熱伝導率マイクロカンチレバーの応答および触媒マイクロカンチレバーの応答のうちの１つまたは複数を補正することを含むことができる。
[00164]行為１７８０は、センサの各々から受け取ったデータを分析することを含むことができる。分析は、データベース中のデータを使用してセンサを較正することを含むことができる。行為１７８０は、試料への露出に応答するセンサの応答に基づいて、試料の１つまたは複数の特性を決定することを含むことができる。
[00165]本開示の追加非制限例実施形態は以下に示されている。
[00166]実施形態１：気体を検出し、識別し、かつ、定量化するためのシステムであって、システムは、気体の熱伝導率を検知するマイクロホットプレートセンサと、気体の粘性減衰を検知するマイクロカンチレバー・プローブ・センサと、記憶されているベースライン応答に対して比較された熱伝導率対粘性減衰ベクトルを測定し、補正し、かつ、分析し、結果として得られるベクトルの傾きから気体識別を決定し、結果として得られる、特定の気体識別に対して較正されたベクトルの大きさから気体濃度を決定するサブシステムとを備える。
[00167]実施形態２：可燃性ガスを検出し、識別し、かつ、定量化するためのシステムであって、システムは、気体の発熱反応およびライトオフ温度を検出するマイクロホットプレート触媒センサと、気体の熱伝導率を検知し、触媒センサを補正するために同じく使用されるマイクロホットプレート基準センサと、粘性減衰を検知するマイクロカンチレバー・プローブ・センサと、追加処理を始動するために発熱反応の検出を利用し、記憶されているベースライン応答に対する熱伝導率対粘性減衰ベクトルを測定し、補正し、かつ、分析するサブシステムとを備え、可燃性ガスの識別を決定するために熱伝導率、粘性減衰およびライトオフ温度データが分析され、結果として得られる、気体識別に基づいて較正されたベクトルの大きさから気体の濃度が決定される。
[00168]実施形態３：気体を検出し、識別し、かつ、定量化するためのシステムであって、システムは、気体の発熱反応およびライトオフ温度を検出するマイクロホットプレート触媒センサと、気体の熱伝導率を検知し、触媒センサを補正するために同じく使用されるマイクロホットプレート基準センサと、粘性減衰を検知するマイクロカンチレバー・プローブ・センサと、複数のマイクロホットプレートＭＯＳセンサと、非可燃性ガスから可燃性を解析し、記憶されているベースライン応答に対する熱伝導率対粘性減衰ベクトルを測定し、補正し、かつ、分析し、ライトオフ温度および熱伝導率対粘性減衰ベクトルの傾きによって可燃性ガスを識別し、熱伝導率対粘性減衰ベクトルの傾きによって非可燃性ガスを識別し、ＭＯＳセンサ応答を利用して気体識別曖昧性を解析し、それにより熱伝導率対粘性減衰ベクトルを使用して検出することができない気体を識別し、かつ、定量化し、記憶されている気体特化較正を熱伝導率対粘性減衰ベクトルの大きさに適用することにより、熱伝導率および粘性減衰の変化が検出された気体を定量化するサブシステムとを備える。
[00169]実施形態４：気体を検出し、識別し、かつ、定量化するためのシステムであって、システムは、気体の発熱反応およびライトオフ温度を検出するマイクロホットプレート触媒センサと、気体の熱伝導率を検知し、触媒センサを補正するために使用されるマイクロホットプレート基準センサと、粘性減衰を検知するマイクロカンチレバー・プローブ・センサと、複数のマイクロホットプレートＭＯＳセンサと、複数のコーティングされたマイクロカンチレバーセンサと、非可燃性ガスから可燃性を解析し、記憶されているベースライン応答に対して比較された熱伝導率対粘性減衰ベクトルを測定し、補正し、かつ、分析し、ライトオフ温度、熱伝導率対粘性減衰ベクトルの傾きによって可燃性ガスを識別し、熱伝導率対粘性減衰ベクトルの傾きによって非可燃性ガスを識別し、ＭＯＳセンサ応答およびコーティングされたマイクロカンチレバー応答を利用して気体識別曖昧性を解析し、熱伝導率対粘性減衰ベクトルを使用して検出することができない気体を識別し、かつ、定量化し、記憶されている気体特化較正を熱伝導率対粘性減衰ベクトルの大きさに適用することにより、熱伝導率および粘性減衰の変化が検出された気体を定量化するサブシステムとを備える。
[00170]実施形態５：気体を検出し、識別し、かつ、定量化するためのシステムであって、システムは、気体の熱伝導率を検知するマイクロホットプレートセンサと、気体の粘性減衰を検知するマイクロカンチレバー・プローブ・センサと、記憶されているベースライン応答に対して比較された熱伝導率対粘性減衰ベクトルを測定し、補正し、かつ、分析し、結果として得られるベクトルの傾きから気体識別を決定し、結果として得られる、特定の気体識別に対して較正されたベクトルの大きさから気体濃度を決定するサブシステムとを備える。
[00171]実施形態６：可燃性ガスを検出し、識別し、かつ、定量化するためのシステムであって、システムは、気体の発熱反応およびライトオフ温度を検出するマイクロホットプレート触媒センサと、気体の熱伝導率を検知し、触媒センサを補正するために同じく使用されるマイクロホットプレート基準センサと、粘性減衰を検知するマイクロカンチレバー・プローブ・センサと、追加処理を始動するために発熱反応の検出を利用し、記憶されているベースライン応答に対する熱伝導率対粘性減衰ベクトルを測定し、補正し、かつ、分析するサブシステムとを備え、可燃性ガスの識別を決定するために熱伝導率、粘性減衰およびライトオフ温度データが分析され、結果として得られる、気体識別に基づいて較正されたベクトルの大きさから気体の濃度が決定される。
[00172]実施形態７：気体を検出し、識別し、かつ、定量化するためのシステムであって、システムは、気体の発熱反応およびライトオフ温度を検出するマイクロホットプレート触媒センサと、気体の熱伝導率を検知し、触媒センサを補正するために同じく使用されるマイクロホットプレート基準センサと、粘性減衰を検知するマイクロカンチレバー・プローブ・センサと、複数のマイクロホットプレートＭＯＳセンサと、非可燃性ガスから可燃性を解析し、記憶されているベースライン応答に対する熱伝導率対粘性減衰ベクトルを測定し、補正し、かつ、分析し、ライトオフ温度および熱伝導率対粘性減衰ベクトルの傾きによって可燃性ガスを識別し、熱伝導率対粘性減衰ベクトルの傾きによって非可燃性ガスを識別し、ＭＯＳセンサ応答を利用して気体識別曖昧性を解析し、それにより熱伝導率対粘性減衰ベクトルを使用して検出することができない気体を識別し、かつ、定量化し、記憶されている気体特化較正を熱伝導率対粘性減衰ベクトルの大きさに適用することにより、熱伝導率および粘性減衰の変化が検出された気体を定量化するサブシステムとを備える。
[00173]実施形態８：気体を検出し、識別し、かつ、定量化するためのシステムであって、システムは、気体の発熱反応およびライトオフ温度を検出するマイクロホットプレート触媒センサと、気体の熱伝導率を検知し、触媒センサを補正するために使用されるマイクロホットプレート基準センサと、粘性減衰を検知するマイクロカンチレバー・プローブ・センサと、複数のマイクロホットプレートＭＯＳセンサと、複数のコーティングされたマイクロカンチレバーセンサと、非可燃性ガスから可燃性を解析し、記憶されているベースライン応答に対して比較された熱伝導率対粘性減衰ベクトルを測定し、補正し、かつ、分析し、ライトオフ温度、熱伝導率対粘性減衰ベクトルの傾きによって可燃性ガスを識別し、熱伝導率対粘性減衰ベクトルの傾きによって非可燃性ガスを識別し、ＭＯＳセンサ応答およびコーティングされたマイクロカンチレバー応答を利用して気体識別曖昧性を解析し、熱伝導率対粘性減衰ベクトルを使用して検出することができない気体を識別し、かつ、定量化し、記憶されている気体特化較正を熱伝導率対粘性減衰ベクトルの大きさに適用することにより、熱伝導率および粘性減衰の変化が検出された気体を定量化するサブシステムとを備える。
[00174]実施形態９：複数の温度における熱伝導率をさらに測定し、かつ、結果として得られる熱伝導率対温度ベクトルを気体濃度および識別の追加測度として利用する、実施形態１から８のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00175]実施形態１０：気体の熱伝導率が周囲温度より高い温度で測定される、実施形態１から８のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00176]実施形態１１：空気より密度が低い気体および空気より密度が高い気体によって気体を解析する、実施形態１から８のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00177]実施形態１２：マイクロホットプレートおよびマイクロカンチレバーセンサ測値を温度変化に対して補正するために使用される温度センサをさらに備える、実施形態１から８のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00178]実施形態１３：マイクロホットプレートおよびマイクロカンチレバーセンサ測値を湿度変化に対して補正するために使用される湿度センサをさらに備える、実施形態１から８のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00179]実施形態１４：マイクロホットプレートおよびマイクロカンチレバーセンサ測値を圧力変化に対して補正するために使用される圧力センサをさらに備える、実施形態１から８のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00180]実施形態１５：触媒センサを温度、圧力、湿度および流量変化に対して補正するために、基準センサ応答が触媒センサ応答から控除される、実施形態１から８のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00181]実施形態１６：センサの各々からのベースライン応答が気体の検出に先立って記憶され、さらなる分析に使用されるデルタ応答を生成するために、引き続いて個々のセンサの応答から控除される、実施形態１から８のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00182]実施形態１７：気体流を外部気体環境からマイクロホットプレートへ選択的に限定するフィルタをさらに備える、実施形態１から８のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00183]実施形態１８：マイクロホットプレートと外部気体環境の間に火炎防止装置をさらに備える、実施形態１から８のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00184]実施形態１９：マイクロカンチレバーのＱ値が誘導され、かつ、密度および粘度の粘性減衰成分の個別の寄与を解析するために使用され、密度、粘度および熱伝導率の組合せ分析を利用して気体成分識別およびその濃度が識別される、実施形態１から８のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00185]実施形態２０：マイクロホットプレート基準センサ、マイクロホットプレート触媒センサおよびマイクロカンチレバーセンサ応答からの測定された応答が、センサのドリフトに対する補正のために、誤動作を検出するために互いに比較される、実施形態２から４または６から８のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00186]実施形態２１：測定と測定の間、回路機構が低減された電力で操作される、実施形態１から８のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00187]実施形態２２：センサのための較正データが不揮発性メモリに記憶され、かつ、センサ測定を較正するために使用される、実施形態１から８のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00188]実施形態２３：気体濃度を定量化するための較正データが不揮発性メモリに記憶され、かつ、気体同一性に基づいて選択される、実施形態１から８のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00189]実施形態２４：異なる気体に対するセンサ応答プロファイルが不揮発性メモリに記憶される、実施形態１から８のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00190]実施形態２５：マイクロカンチレバー振動が駆動され、かつ、単一の圧電素子を使用して検知される、実施形態１から８のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00191]実施形態２６：マイクロカンチレバー振動が圧電素子を使用して駆動され、かつ、ピエゾ抵抗素子を使用して検知される、実施形態１から８のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00192]実施形態２７：ピエゾ抵抗素子を使用してマイクロカンチレバー中の振動が熱的に駆動される、実施形態１から８のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00193]実施形態２８：ピエゾ抵抗素子を使用してマイクロカンチレバー中の振動が検知される、実施形態１から８のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00194]実施形態２９：ピエゾ抵抗素子が、誘電体層が単結晶シリコン層とピエゾ抵抗層の間に配置された多結晶シリコンを堆積させることによって単結晶シリコンの層の上に形成される、実施形態２７または実施形態２８のシステム。
[00195]実施形態３０：ピエゾ抵抗素子が薄膜金属層を備える、実施形態２７または実施形態２８のシステム。
[00196]実施形態３１：マイクロカンチレバーの温度を設定し、かつ、検知するために抵抗加熱器がマイクロカンチレバーの表面に含まれる、実施形態１から８のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00197]実施形態３２：採取された気体を検出し、識別し、かつ、定量化するために、すべてのセンサから収集されたデータがフィンガープリントの記憶されているデータベースに対して比較される、実施形態１から８のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00198]実施形態３３：センサに露出される前に気体が濃縮される、実施形態１から８のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00199]実施形態３４：センサに露出される前に気体が分離器を通される、実施形態１から８のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00200]実施形態３５：分離器を通る気体通過時間が気体のタイプによって変化する、実施形態３４のシステム。
[00201]実施形態３６：分離器がガスクロマトグラフである、実施形態３５のシステム。
[00202]実施形態３７：気体が時間に応じて周期的に採取され、かつ、記憶されているフィンガープリントのデータベースおよび分離器に対する既知の気体通過時間に相関される、実施形態３５のシステム。
[00203]実施形態３８：触媒マイクロホットプレートおよび触媒基準マイクロホットプレートの両方に対して温度が所定の温度ステップで直線的に増加され、個々の温度ステップを達成するために必要な電力が、マイクロホットプレート上の抵抗加熱器への電圧および電流を測定することによって監視される、実施形態２から４または６から８のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00204]実施形態３９：デルタ触媒信号およびデルタ触媒基準信号を生成するために、その前に測定されたベースライン温度ランプの個々の温度ステップを達成するために必要な電力が現在の温度ランプから控除される、実施形態３８のシステム。
[00205]実施形態４０：触媒センサによって生成される発熱性熱信号に比例する測値を生成するために、デルタ触媒基準信号がデルタ触媒信号から控除される、実施形態３９のシステム。
[00206]実施形態４１：気体を検出し、識別し、かつ、定量化する方法であって、方法は、気体の熱伝導率を検出することと、気体の粘性減衰を検出することと、熱伝導率および粘性減衰を温度、圧力および湿度の効果に対して補正することと、記憶されているベースラインに対する熱伝導率対粘性減衰ベクトルの傾きおよび大きさを決定することと、熱伝導率対粘性減衰ベクトルの傾きによって気体を識別することと、記憶されている気体特化較正を熱伝導率対粘性減衰ベクトルの大きさに適用することによって気体を定量化することとを含む。
[00207]実施形態４２：気体を検出し、識別し、かつ、定量化する方法であって、方法は、気体の発熱反応およびライトオフ温度を検出することと、気体の熱伝導率を検出することと、気体の粘性減衰を検出することと、熱伝導率および粘性減衰を温度、圧力および湿度の効果に対して補正することと、記憶されているベースラインに対する熱伝導率対粘性減衰ベクトルの傾きおよび大きさを決定することと、熱伝導率対粘性減衰ベクトルの傾きおよびライトオフ温度によって気体を識別することと、記憶されている気体特化較正を熱伝導率対粘性減衰ベクトルの大きさに適用することによって気体を定量化することとを含む。
[00208]実施形態４３：気体を検出し、識別し、かつ、定量化するための方法であって、方法は、気体の発熱反応およびライトオフ温度を検出することと、気体の熱伝導率を検出することと、気体の粘性減衰を検出することと、複数のＭＯＳセンサから応答を収集することと、検出された応答を温度、圧力および湿度に対して補正することと、非可燃性ガスから可燃性を解析することと、ライトオフ温度および記憶されているベースラインに対する熱伝導率対粘性減衰ベクトルの傾きによって可燃性ガスを識別することと、記憶されているベースラインに対する熱伝導率対粘性減衰ベクトルの傾きによって非可燃性ガスを識別することと、ＭＯＳセンサ応答を利用して気体識別曖昧性を解析し、熱伝導率対粘性減衰ベクトルを使用して検出することができない気体を識別し、かつ、定量化することと、記憶されている気体特化較正を熱伝導率対粘性減衰ベクトルの大きさに適用することにより、熱伝導率および粘性減衰に対する変化が検出された気体を定量化することとを含む。
[00209]実施形態４４：気体を検出し、識別し、かつ、定量化するための方法であって、方法は、気体の発熱反応およびライトオフ温度を検出することと、気体の熱伝導率を検出することと、気体の粘性減衰を検出することと、複数のＭＯＳセンサから応答を収集することと、複数のマイクロカンチレバーセンサから応答を収集することと、すべてのセンサ応答を温度、圧力および湿度に対して補正することと、非可燃性ガスから可燃性を解析することと、ライトオフ温度および記憶されているベースラインに対する熱伝導率対粘性減衰ベクトルの傾きによって可燃性ガスを識別することと、記憶されているベースラインに対する熱伝導率対粘性減衰ベクトルの傾きによって非可燃性ガスを識別することと、ＭＯＳセンサ応答およびコーティングされたマイクロカンチレバー応答を利用して気体識別曖昧性を解析し、熱伝導率対粘性減衰ベクトルを使用して検出することができない気体を識別し、かつ、定量化することと、記憶されている気体特化較正を熱伝導率対粘性減衰ベクトルの大きさに適用することにより、熱伝導率および粘性減衰に対する変化が検出された気体を定量化することとを含む。
[00210]実施形態４５：気体を検出し、識別し、かつ、定量化する方法であって、方法は、気体の熱伝導率を検出することと、気体の粘性減衰を検出することと、熱伝導率および粘性減衰を温度、圧力および湿度の効果に対して補正することと、記憶されているベースラインに対する熱伝導率対粘性減衰ベクトルの傾きおよび大きさを決定することと、熱伝導率対粘性減衰ベクトルの傾きによって気体を識別することと、記憶されている気体特化較正を熱伝導率対粘性減衰ベクトルの大きさに適用することによって気体を定量化することとを含む。
[00211]実施形態４６：気体を検出し、識別し、かつ、定量化する方法であって、方法は、気体の発熱反応およびライトオフ温度を検出することと、気体の熱伝導率を検出することと、気体の粘性減衰を検出することと、熱伝導率および粘性減衰を温度、圧力および湿度の効果に対して補正することと、記憶されているベースラインに対する熱伝導率対粘性減衰ベクトルの傾きおよび大きさを決定することと、熱伝導率対粘性減衰ベクトルの傾きおよびライトオフ温度によって気体を識別することと、記憶されている気体特化較正を熱伝導率対粘性減衰ベクトルの大きさに適用することによって気体を定量化することとを含む。
[00212]実施形態４７：気体を検出し、識別し、かつ、定量化するための方法であって、方法は、気体の発熱反応およびライトオフ温度を検出することと、気体の熱伝導率を検出することと、気体の粘性減衰を検出することと、複数のＭＯＳセンサから応答を収集することと、検出された応答を温度、圧力および湿度に対して補正することと、非可燃性ガスから可燃性を解析することと、ライトオフ温度および記憶されているベースラインに対する熱伝導率対粘性減衰ベクトルの傾きによって可燃性ガスを識別することと、記憶されているベースラインに対する熱伝導率対粘性減衰ベクトルの傾きによって非可燃性ガスを識別することと、ＭＯＳセンサ応答を利用して気体識別曖昧性を解析し、熱伝導率対粘性減衰ベクトルを使用して検出することができない気体を識別し、かつ、定量化することと、記憶されている気体特化較正を熱伝導率対粘性減衰ベクトルの大きさに適用することにより、熱伝導率および粘性減衰に対する変化が検出された気体を定量化することとを含む。
[00213]実施形態４８：気体を検出し、識別し、かつ、定量化するための方法であって、方法は、気体の発熱反応およびライトオフ温度を検出することと、気体の熱伝導率を検出することと、気体の粘性減衰を検出することと、複数のＭＯＳセンサから応答を収集することと、複数のマイクロカンチレバーセンサから応答を収集することと、すべてのセンサ応答を温度、圧力および湿度に対して補正することと、非可燃性ガスから可燃性を解析することと、ライトオフ温度および記憶されているベースラインに対する熱伝導率対粘性減衰ベクトルの傾きによって可燃性ガスを識別することと、記憶されているベースラインに対する熱伝導率対粘性減衰ベクトルの傾きによって非可燃性ガスを識別することと、ＭＯＳセンサ応答およびコーティングされたマイクロカンチレバー応答を利用して気体識別曖昧性を解析し、熱伝導率対粘性減衰ベクトルを使用して検出することができない気体を識別し、かつ、定量化することと、記憶されている気体特化較正を熱伝導率対粘性減衰ベクトルの大きさに適用することにより、熱伝導率および粘性減衰に対する変化が検出された気体を定量化することとを含む。
[00214]実施形態４９：複数の温度における熱伝導率をさらに測定し、かつ、結果として得られる熱伝導率対温度ベクトルを気体濃度および識別の追加測度として利用する、実施形態４１から４８のうちのいずれかの実施形態の方法。
[00215]実施形態５０：気体の熱伝導率が周囲温度より高い温度で測定される、実施形態４１から４８のうちのいずれかの実施形態の方法。
[00216]実施形態５１：空気より密度が低い気体および空気より密度が高い気体によって気体を解析する、実施形態４１から４８のうちのいずれかの実施形態の方法。
[00217]実施形態５２：マイクロホットプレートおよびマイクロカンチレバーセンサ測値を温度変化に対して補正するために使用される温度センサをさらに利用する、実施形態４１から４８のうちのいずれかの実施形態の方法。
[00218]実施形態５３：マイクロホットプレートおよびマイクロカンチレバーセンサ測値を湿度変化に対して補正するために使用される湿度センサをさらに利用する、実施形態４１から４８のうちのいずれかの実施形態の方法。
[00219]実施形態５４：マイクロホットプレートおよびマイクロカンチレバーセンサ測値を圧力変化に対して補正するために使用される圧力センサをさらに利用する、実施形態４１から４８のうちのいずれかの実施形態の方法。
[00220]実施形態５５：触媒センサを温度、圧力、湿度および流量変化に対して補正するために、基準センサ応答が触媒センサ応答から控除される、実施形態４２から４４または４６から４８のうちのいずれかの実施形態の方法。
[00221]実施形態５６：センサの各々からのベースライン応答が気体の検出に先立って記憶され、さらなる分析に使用されるデルタ応答を生成するために、引き続いて個々のセンサの応答から控除される、実施形態４１から４８のうちのいずれかの実施形態の方法。
[00222]実施形態５７：気体流を外部気体環境からマイクロホットプレートへ選択的に限定するフィルタをさらに利用する、実施形態４１から４８のうちのいずれかの実施形態の方法。
[00223]実施形態５８：マイクロホットプレートと外部気体環境の間に火炎防止装置をさらに利用する、実施形態４１から４８のうちのいずれかの実施形態の方法。
[00224]実施形態５９：マイクロカンチレバーのＱ値が誘導され、かつ、密度および粘度の粘性減衰成分の個別の寄与を解析するために使用され、密度、粘度および熱伝導率の組合せ分析を利用して気体成分識別およびその濃度が識別される、実施形態４１から４８のうちのいずれかの実施形態の方法。
[00225]実施形態６０：マイクロホットプレート基準センサ、マイクロホットプレート触媒センサおよびマイクロカンチレバーセンサ応答からの測定された応答が、センサのドリフトに対する補正のため、および誤動作を検出するために互いに比較される、実施形態４２から４４または４６から４８のうちのいずれかの実施形態の方法。
[00226]実施形態６１：測定と測定の間、回路機構が低減された電力で操作される、実施形態４１から４８のうちのいずれかの実施形態の方法。
[00227]実施形態６２：センサのための較正データが不揮発性メモリに記憶され、かつ、センサ測定を較正するために使用される、実施形態４１から４８のうちのいずれかの実施形態の方法。
[00228]実施形態６３：気体濃度を定量化するための較正データが不揮発性メモリに記憶され、かつ、気体同一性に基づいて選択される、実施形態４１から４８のうちのいずれかの実施形態の方法。
[00229]実施形態６４：異なる気体に対するセンサ応答プロファイルが不揮発性メモリに記憶される、実施形態４１から４８のうちのいずれかの実施形態の方法。
[00230]実施形態６５：マイクロカンチレバーを使用して粘性減衰が検知され、単一の圧電素子を使用してマイクロカンチレバー振動が駆動され、かつ、検出される、実施形態４１から４８のうちのいずれかの実施形態の方法。
[00231]実施形態６６：マイクロカンチレバーを使用して粘性減衰が検知され、マイクロカンチレバー振動が圧電素子を使用して駆動され、かつ、ピエゾ抵抗素子を使用して検知される、実施形態４１から４８のうちのいずれかの実施形態の方法。
[00232]実施形態６７：マイクロカンチレバーを使用して粘性減衰が検知され、ピエゾ抵抗素子を使用してマイクロカンチレバー中の振動が熱的に駆動される、実施形態４１から４８のうちのいずれかの実施形態の方法。
[00233]実施形態６８：マイクロカンチレバーを使用して粘性減衰が検知され、ピエゾ抵抗素子を使用してマイクロカンチレバー中の振動が検知される、実施形態４１から４８のうちのいずれかの実施形態の方法。
[00234]実施形態６９：ピエゾ抵抗素子が、誘電体層が単結晶シリコン層とピエゾ抵抗層の間に配置された多結晶シリコンを堆積させることによって単結晶シリコンの層の上に形成される、実施形態６７または実施形態６８の方法。
[00235]実施形態７０：ピエゾ抵抗素子が薄膜金属層によって形成される、実施形態６７または実施形態６８の方法。
[00236]実施形態７１：採取された気体を検出し、識別し、かつ、定量化するために、すべてのセンサから収集されたデータがフィンガープリントの記憶されているデータベースに対して比較される、実施形態４１から４８のうちのいずれかの実施形態の方法。
[00237]実施形態７２：センサに露出される前に気体が濃縮される、実施形態４１から４８のうちのいずれかの実施形態の方法。
[00238]実施形態７３：センサに露出される前に気体が分離器を通される、実施形態４１から４８のうちのいずれかの実施形態の方法。
[00239]実施形態７４：分離器を通る気体通過時間が気体のタイプによって変化する、実施形態７３の方法。
[00240]実施形態７５：分離器がガスクロマトグラフである、実施形態７３の方法。
[00241]実施形態７６：気体が時間に応じて周期的に採取され、かつ、記憶されているフィンガープリントのデータベースおよび分離器に対する既知の気体通過時間に相関される、実施形態７３の方法。
[00242]実施形態７７：触媒マイクロホットプレートおよび触媒基準マイクロホットプレートの両方に対して温度が所定の温度ステップで直線的に増加され、個々の温度ステップを達成するために必要な電力が、マイクロホットプレート上の抵抗加熱器への電圧および電流を測定することによって監視される、実施形態４２から４４または４６から４８のうちのいずれかの実施形態の方法。
[00243]実施形態７８：デルタ触媒信号およびデルタ触媒基準信号を生成するために、その前に測定されたベースライン温度ランプの個々の温度ステップを達成するために必要な電力が現在の温度ランプから控除される、実施形態７７の方法。
[00244]実施形態７９：触媒センサによって生成される発熱性熱信号に比例する測値を生成するために、デルタ触媒基準信号がデルタ触媒信号から控除される、実施形態７８の方法。
[00245]実施形態８０：１つまたは複数の試料の１つまたは複数の特性を決定するためのシステムであって、システムは、２つ以上の温度における試料への露出に対する熱伝導率センサの応答を測定するように構成されている熱伝導率センサと、熱伝導率センサの出力に応答して、２つ以上の温度の各々における試料の熱伝導率を決定し、２つ以上の温度の各々における試料の熱伝導率に少なくとも部分的に基づいて、試料の少なくとも１つの成分の存在を決定するように構成されている処理サブシステムとを備える。
[00246]実施形態８１：処理サブシステムが、試料への露出に対する、２つ以上のそれぞれの温度の各々における熱伝導率センサの応答から熱伝導率センサのベースライン応答を控除することにより、２つ以上の温度の各々における試料の熱伝導率を決定するように構成される、実施形態８０のシステム。
[00247]実施形態８２：処理サブシステムが、２つ以上の温度の第２の温度における試料の熱伝導率に対する、２つ以上の温度の第１の温度における試料の熱伝導率の比率に基づいて、試料の同一性を決定するように構成される、実施形態８０または実施形態８１のシステム。
[00248]実施形態８３：処理サブシステムが、第１の温度における試料の熱伝導率および第２の温度における試料の熱伝導率のうちの少なくとも１つに基づいて試料の濃度を決定するようにさらに構成される、実施形態８０から８２のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00249]実施形態８４：触媒マイクロホットプレートセンサをさらに備え、処理サブシステムが、２つ以上の温度の各々における試料への触媒マイクロホットプレートセンサの露出に応答する触媒マイクロホットプレートセンサの出力を受け取るようにさらに構成される、実施形態８０から８３のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00250]実施形態８５：触媒マイクロホットプレートセンサが、熱伝導率センサが２つ以上の温度の各々における試料に露出されるのと同時に、２つ以上の温度の各々における試料に露出されるように配置される、実施形態８４のシステム。
[00251]実施形態８６：処理サブシステムが、第２の温度における試料への露出に対する、第２の温度における触媒マイクロホットプレートセンサの出力に対する、第１の温度における試料への露出に対する、第１の温度における触媒マイクロホットプレートセンサの出力の比率を決定するように構成される、実施形態８４または実施形態８５のシステム。
[00252]実施形態８７：処理サブシステムが、熱伝導率センサの出力に基づいて触媒マイクロホットプレートセンサの出力を補正するように構成される、実施形態８４から８６のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00253]実施形態８８：処理サブシステムが、触媒マイクロホットプレートセンサの出力に基づいて、発熱反応および反応開始のうちの１つの温度を決定するように構成される、実施形態８４から８７のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00254]実施形態８９：処理サブシステムが、２つ以上の温度のうちの１つまたは複数における、触媒マイクロホットプレートセンサの出力の大きさ、および熱伝導率センサの出力の大きさのうちの少なくとも１つに基づいて、試料の少なくとも１つの成分の濃度を決定するようにさらに構成される、実施形態８４から８８のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00255]実施形態９０：気体試料に露出されるように構成されているマイクロカンチレバーセンサをさらに備え、処理サブシステムが、マイクロカンチレバーセンサの少なくとも１つの特性を決定するように構成され、マイクロカンチレバーセンサの少なくとも１つの特性が、マイクロカンチレバーセンサのＱ値、共振周波数、直列キャパシタンス、直列インダクタンス、直列抵抗、粘性減衰および帯域幅からなるグループから選択され、処理サブシステムが、マイクロカンチレバーセンサの少なくとも１つの特性に少なくとも部分的に基づいて、試料の少なくとも１つの成分の存在を決定するように構成される、実施形態８４から８９のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00256]実施形態９１：処理サブシステムが、２つ以上の温度のうちの１つまたは複数における試料の粘性減衰および試料の熱伝導率に基づいて、試料の少なくとも１つの成分の濃度を決定するように構成される、実施形態９０のシステム。
[00257]実施形態９２：試料中に存在する１つまたは複数の特定の検体と相互作用するように構成されている、コーティングされたマイクロカンチレバーセンサおよび金属酸化物半導体センサのうちの少なくとも１つをさらに備える、実施形態８０から９１のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00258]実施形態９３：試料の少なくとも１つの特性を決定するためのシステムであって、システムは、重要な検体を含む試料に露出されるように配置される不活性マイクロカンチレバーと、不活性マイクロカンチレバーの共振周波数、ならびに基準試料への露出に応答する不活性マイクロカンチレバーのＱ値および直列抵抗のうちの少なくとも１つを含むベースラインデータを含むメモリ、ならびに試料への露出に応答する不活性マイクロカンチレバーの共振周波数の変化、ならびにＱ値および直列抵抗の変化のうちの少なくとも１つに少なくとも部分的に基づいて、重要な検体の存在を決定するように構成されているプロセッサを備える処理サブシステムとを備える。
[00259]実施形態９４：熱伝導率センサをさらに備え、処理サブシステムが、１つまたは複数の温度における試料の熱伝導率に基づいて重要な検体の存在を決定するようにさらに構成される、実施形態９３のシステム。
[00260]実施形態９５：処理サブシステムが、試料への露出に応答する不活性マイクロカンチレバーの共振周波数の変化の大きさ、Ｑ値の変化の大きさ、および直列抵抗の変化の大きさのうちの少なくとも１つに基づいて重要な検体の濃度を決定するように構成される、実施形態９３または実施形態９４のシステム。
[00261]実施形態９６：試料の少なくとも１つの特性を決定する方法であって、方法は、検出器の熱伝導率センサを試料に露出させることと、第１の温度および第２の温度における試料の熱伝導率を決定することと、第２の温度における試料の熱伝導率に対する、第１の温度における試料の熱伝導率の比率に少なくとも部分的に基づいて、試料中における１つまたは複数の検体の存在を決定することとを含む。
[00262]実施形態９７：約５０℃と約２５０℃の間になるように第１の温度を選択し、約３００℃と約８００℃の間になるように第２の温度を選択することをさらに含む、実施形態９６の方法。
[00263]実施形態９８：第１の温度における試料の熱伝導率および第２の温度における試料の熱伝導率に基づいて、１つまたは複数の検体の濃度を決定することをさらに含む、実施形態９６または実施形態９７の方法。
[00264]実施形態９９：選択された大気圧における水の沸点より高くなるように第１の温度および第２の温度を選択することをさらに含む、実施形態９６から９８のうちのいずれかの実施形態の方法。
[00265]実施形態１００：空気の熱伝導率が水の熱伝導率と実質的に同じである温度になるように第１の温度および第２の温度のうちの少なくとも１つを選択することをさらに含む、実施形態９６から９９のうちのいずれかの実施形態の方法。
[00266]実施形態１０１：触媒マイクロホットプレートセンサを第１の温度および第２の温度における試料に露出させること、および試料への露出に対する、第１の温度および第２の温度の各々における触媒マイクロホットプレートセンサの応答を測定することをさらに含む、実施形態９６から１００のうちのいずれかの実施形態の方法。
[00267]実施形態１０２：１つまたは複数の検体の存在を決定することが、第２の温度における触媒マイクロホットプレートセンサの応答に対する、第１の温度における触媒マイクロホットプレートセンサの応答の比率に基づいて、１つまたは複数の検体の存在を決定することをさらに含む、実施形態１０１の方法。
[00268]実施形態１０３：１つまたは複数の検体の存在を決定することが、１つまたは複数の温度における熱伝導率センサの応答に対する、１つまたは複数の温度における触媒マイクロホットプレートセンサの応答の比率に基づいて、１つまたは複数の検体の存在を決定することをさらに含む、実施形態１０１または実施形態１０２の方法。
[00269]実施形態１０４：試料に露出された不活性マイクロカンチレバーの共振周波数、およびＱ値および直列抵抗のうちの少なくとも１つを決定することをさらに含む、実施形態９６から１０３のうちのいずれかの実施形態の方法。
[00270]実施形態１０５：試料中における１つまたは複数の検体の存在を決定することが、不活性マイクロカンチレバーのＱ値および直列抵抗のうちの少なくとも１つに対する共振周波数の比率に基づいて、試料中における１つまたは複数の検体の存在を決定することをさらに含む、実施形態１０４の方法。
[00271]実施形態１０６：試料への露出に対する、金属酸化物半導体センサおよびコーティングされたマイクロカンチレバーのうちの少なくとも１つの応答を測定することをさらに含む、実施形態９６から１０５のうちのいずれかの実施形態の方法。
[00272]実施形態１０７：試料中における１つまたは複数の検体の存在を決定することが、試料への露出に応答する金属酸化物半導体センサの抵抗に少なくとも部分的に基づいて、試料中における１つまたは複数の検体の存在を決定することをさらに含む、実施形態１０６の方法。
[00273]実施形態１０８：少なくとも１つのセンサと、該少なくとも１つのセンサと動作可能通信する処理サブシステムとを備える気体分析システムであり、処理サブシステムは、一組のセンサパラメータのうちの２つ以上のセンサパラメータに基づいて１つまたは複数のベクトルを生成するように構成され、一組のセンサパラメータは、第１の温度における試料の熱伝導率、第２の温度における試料の熱伝導率、第１の温度における発熱応答、第２の温度における発熱応答、試料への露出に応答するマイクロカンチレバーの共振周波数のシフト、試料への露出に応答するマイクロカンチレバーのＱ値のシフト、試料への露出に応答するマイクロカンチレバーの少なくとも１つの等価回路パラメータのシフト、試料への露出に応答する第１の温度における金属酸化物半導体抵抗のシフト、試料への露出に応答する第２の温度における金属酸化物半導体抵抗のシフトを含み、処理サブシステムは、少なくとも１つのセンサの応答を、温度、圧力および湿度のうちの１つまたは複数の効果に対して補正し、１つまたは複数のベクトルの方向に基づいて試料中の１つまたは複数の気体の同一性を決定し、かつ、１つまたは複数のベクトルの大きさに基づいて試料中の１つまたは複数の気体の濃度を決定するようにさらに構成される。
[00274]実施形態１０９：処理サブシステムが、一組のセンサパラメータの３つ以上のセンサパラメータから形成される多次元ベクトルに基づいて、試料中の１つまたは複数の気体の同一性および濃度を決定するように構成される、実施形態１０８の気体分析システム。
[00275]実施形態１１０：処理サブシステムが、一組のセンサパラメータの少なくとも２つのセンサパラメータの、該一組のセンサパラメータの少なくとも２つの他のセンサパラメータとの間の関係に基づいて、試料中の１つまたは複数の気体の同一性を決定するように構成される、実施形態１０８または実施形態１０９の気体分析システム。
[00276]実施形態１１１：処理サブシステムが、第１の温度における試料の熱伝導率、第２の温度における試料の熱伝導率、第１の温度における発熱応答および第２の温度における発熱応答の間の関係に基づいて、試料中の１つまたは複数の気体の同一性を決定するように構成される、実施形態１０８から１１０のうちのいずれかの実施形態の気体分析システム。
[00277]実施形態１１２：処理サブシステムが、試料への露出に応答するマイクロカンチレバーの共振周波数のシフト、および試料への露出に応答するマイクロカンチレバーの少なくとも１つの等価回路パラメータのシフトに基づいて、試料中の１つまたは複数の気体の同一性を決定するようにさらに構成される、実施形態１０８から１１１のうちのいずれかの実施形態の気体分析システム。
[00278]実施形態１１３：１つまたは複数の試料の１つまたは複数の特性を決定するためのシステムであって、システムは、少なくとも１つの熱伝導率センサであって、少なくとも１つの熱伝導率センサが第１の温度にある間、および少なくとも１つの熱伝導率センサが少なくとも第２の温度にある間に、試料への露出に対する少なくとも１つの熱伝導率センサの応答を測定するように構成されている少なくとも１つの熱伝導率センサと、少なくとも１つの熱伝導率センサが第１の温度にある間における試料への露出に対する少なくとも１つの熱伝導率センサの応答、および少なくとも１つの熱伝導率センサが少なくとも第２の温度にある間における試料への露出に対する少なくとも１つの熱伝導率センサの応答に少なくとも部分的に基づいて、試料の少なくとも１つの成分の存在を決定するように構成されているサブシステムとを備える。
[00279]実施形態１１４：サブシステムが、少なくとも１つの熱伝導率センサが第１の温度にある間における試料への露出に対する少なくとも１つの熱伝導率センサの応答と、少なくとも１つの熱伝導率センサが第１の温度にある間の少なくとも１つの熱伝導率センサのベースライン応答との間の第１の差を決定し、少なくとも１つの熱伝導率センサが少なくとも第２の温度にある間における試料への露出に対する少なくとも１つの熱伝導率センサの応答と、少なくとも１つの熱伝導率センサが少なくとも第２の温度にある間の少なくとも１つの熱伝導率センサのベースライン応答との間の第２の差を決定するように構成される、実施形態１１３のシステム。
[00280]実施形態１１５：サブシステムが、第２の差に対する第１の差の比率に基づいて試料の同一性を決定するように構成される、実施形態１１４のシステム。
[00281]実施形態１１６：サブシステムが、第１の差と第２の差の結合ベクトルの大きさ、第１の差の大きさ、および第２の差の大きさのうちの少なくとも１つに基づいて試料の濃度を決定するように構成される、実施形態１１４のシステム。
[00282]実施形態１１７：少なくとも１つの熱伝導率センサが第１の温度および少なくとも第２の温度にある間のベースライン応答が、少なくとも１つの熱伝導率センサがそれぞれの第１の温度および少なくとも第２の温度の各々にある間における空気への露出に対する少なくとも１つの熱伝導率センサの応答を含む、実施形態１１４から１１６のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00283]実施形態１１８：少なくとも１つの熱伝導率センサが第１の温度および少なくとも第２の温度にある間のベースライン応答が、少なくとも１つの熱伝導率センサがそれぞれの第１の温度および少なくとも第２の温度の各々にある間における基準気体への露出に対する少なくとも１つの熱伝導率センサの応答を含む、実施形態１１４から１１６のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00284]実施形態１１９：サブシステムが、少なくとも１つの熱伝導率センサが第１の温度にある間における試料の熱伝導率と基準気体の熱伝導率の間の差を決定し、少なくとも１つの熱伝導率センサが少なくとも第２の温度にある間における試料の熱伝導率と基準気体の熱伝導率の間の差を決定するように構成される、実施形態１１８のシステム。
[00285]実施形態１２０：少なくとも１つの熱伝導率センサが、第１の熱伝導率センサであって、第１の熱伝導率センサが第１の温度にある間、試料に露出されるように構成されている第１の熱伝導率センサと、第２の熱伝導率センサであって、第２の熱伝導率センサが少なくとも第２の温度にある間、試料に露出されるように構成されている第２の熱伝導率センサとを備える、実施形態１１３から１１９のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00286]実施形態１２１：少なくとも１つの熱伝導率センサが、単一の熱伝導率センサであって、単一の熱伝導率センサが第１の温度および少なくとも第２の温度にある間、試料に露出されるように構成されている単一の熱伝導率センサを備える、実施形態１１３から１１９のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00287]実施形態１２２：少なくとも１つの熱伝導率センサが試料に露出されている間、少なくとも１つの熱伝導率センサの温度を所定の温度まで直線的に増加させるように構成されているコントローラをさらに備える、実施形態１１３から１２１のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00288]実施形態１２３：サブシステムが、少なくとも１つの熱伝導率センサが少なくとも第２の温度にある間における試料への露出に対する少なくとも１つの熱伝導率センサの応答に対する、少なくとも１つの熱伝導率センサが第１の温度にある間における試料への露出に対する少なくとも１つの熱伝導率センサの応答の比率に基づいて、試料の同一性を決定するように構成される、実施形態１１３から１２２のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00289]実施形態１２４：サブシステムが、試料の濃度と、少なくとも１つの熱伝導率センサが第１の温度にある間、または少なくとも１つの熱伝導率センサが少なくとも第２の温度にある間における試料への露出に対する少なくとも１つの熱伝導率センサの応答との間の関係に基づいて、試料の平均分子量および濃度のうちの少なくとも１つを決定するようにさらに構成される、実施形態１１３から１２３のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00290]実施形態１２５：サブシステムが、試料の熱伝導率が空気の熱伝導率に等しい温度に基づいて試料の同一性を決定するように構成される、実施形態１１３から１２４のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00291]実施形態１２６：サブシステムが、空気の熱伝導率が湿り空気の熱伝導率に等しい温度における試料の熱伝導率を決定するようにさらに構成される、実施形態１１３から１２５のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00292]実施形態１２７：サブシステムが、少なくとも１つの熱伝導率センサが第１の温度にある間における試料への露出に対する少なくとも１つの熱伝導率センサの応答対少なくとも１つの熱伝導率センサが少なくとも第２の温度にある間における試料への露出に対する少なくとも１つの熱伝導率センサの応答のベクトルの大きさ、および少なくとも１つの熱伝導率センサが第１の温度および少なくとも第２の温度のうちの一方または両方にある間における試料への露出に対する少なくとも１つの熱伝導率センサの応答の大きさのうちの少なくとも１つに基づいて試料の濃度を決定するようにさらに構成される、実施形態１１３から１２６のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00293]実施形態１２８：温度、圧力、湿度および流量のうちの少なくとも１つを測定するように構成されている少なくとも１つの環境センサをさらに備え、サブシステムが、少なくとも１つの熱伝導率センサの出力を、温度、圧力、湿度および流量のうちの少なくとも１つに対して補正するようにさらに構成される、実施形態１１３から１２７のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00294]実施形態１２９：サブシステムが、少なくとも１つの熱伝導率センサが約５０℃と約２５０℃の間の第１の温度にある間における試料への露出に対する少なくとも１つの熱伝導率センサの応答、および少なくとも１つの熱伝導率センサが約３００℃と約８００℃の間の第２の温度にある間における試料への露出に対する少なくとも１つの熱伝導率センサの応答を決定するように構成される、実施形態１１３から１２８のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00295]実施形態１３０：触媒センサをさらに備え、サブシステムが、触媒センサが第１の温度および少なくとも第２の温度のうちの一方にある間における試料への露出に対する触媒センサの応答と、少なくとも１つの熱伝導率センサが第１の温度および少なくとも第２の温度のうちのそれぞれの温度にある間における試料への露出に対する少なくとも１つの熱伝導率センサの応答との間の差に基づいて、少なくとも１つの成分の存在を決定するように構成される、実施形態１１３から１２９のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00296]実施形態１３１：減衰センサをさらに備え、サブシステムが、基準気体への露出に対する減衰センサのベースライン応答に対する、試料への露出に対する減衰センサの応答の間の関係に基づいて、少なくとも１つの成分の存在を決定するようにさらに構成される、実施形態１１３から１３０のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00297]実施形態１３２：サブシステムが、少なくとも１つの共振パラメータのベースラインに対する減衰センサの少なくとも１つの共振パラメータの変化の間の関係に基づいて、少なくとも１つの成分の存在を決定するように構成される、実施形態１３１のシステム。
[00298]実施形態１３３：減衰センサがマイクロカンチレバーを備える、実施形態１３０または実施形態１３１のシステム。
[00299]実施形態１３４：試料中の１つまたは複数の特定の検体と相互作用するように構成されている金属酸化物半導体センサをさらに備え、サブシステムが、試料への露出に対する金属酸化物半導体センサの応答に基づいて、試料の少なくとも１つの成分の存在を決定するようにさらに構成される、実施形態１１３から１３３のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00300]実施形態１３５：試料中に存在する１つまたは複数の特定の検体と相互作用するように配合されているコーティングを備えたマイクロカンチレバーセンサをさらに備え、サブシステムが、試料への露出に応答するマイクロカンチレバーセンサの１つまたは複数の共振パラメータに基づいて、試料の少なくとも１つの成分の存在を決定するようにさらに構成される、実施形態１１３から１３４のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00301]実施形態１３６：試料の少なくとも１つの特性を決定するためのシステムであって、システムは、少なくとも１つの熱伝導率センサと、少なくとも１つの減衰センサと、少なくとも１つの熱伝導率センサが約５０℃より高い温度にある間、試料への露出に対する少なくとも１つの熱伝導率センサの応答を決定し、試料への露出に対する少なくとも１つの減衰センサの応答を決定し、少なくとも１つの熱伝導率センサが約５０℃より高い温度にある間における試料への露出に対する少なくとも１つの熱伝導率センサの応答と、試料への露出に対する減衰センサの応答との間の関係に少なくとも部分的に基づいて、試料の少なくとも１つの成分の存在を決定するように構成されているサブシステムとを備える。
[00302]実施形態１３７：サブシステムが、少なくとも１つの熱伝導率センサのベースライン応答に対する、試料への露出に対する少なくとも１つの熱伝導率センサの応答を決定し、少なくとも１つの減衰センサのベースライン応答に対する、試料への露出に対する少なくとも１つの減衰センサの応答を決定するように構成される、実施形態１３６のシステム。
[00303]実施形態１３８：サブシステムが、試料の熱伝導率と基準気体の熱伝導率の間の差に基づいて、基準気体に対する試料の熱伝導率の変化を決定し、試料への露出に対する少なくとも１つの減衰センサの応答と、少なくとも１つの減衰センサのベースライン応答との間の差に基づいて、少なくとも１つの減衰センサの少なくとも１つの共振パラメータの変化を決定するように構成される、実施形態１３６のシステム。
[00304]実施形態１３９：サブシステムが、試料の熱伝導率と基準気体の熱伝導率の間の差と、試料への露出に対する少なくとも１つの減衰センサの応答と、少なくとも１つの減衰センサのベースライン応答との間の差の比率に基づいて、試料の同一性を決定するように構成される、実施形態１３８のシステム。
[00305]実施形態１４０：サブシステムが、熱伝導率の変化対少なくとも１つの共振パラメータの変化のベクトルの大きさに基づいて試料の濃度を決定するように構成される、実施形態１３８または実施形態１３９のシステム。
[00306]実施形態１４１：サブシステムが、基準気体に対する試料の熱伝導率の変化、少なくとも１つの減衰センサの少なくとも１つの共振パラメータの変化、および少なくとも１つの減衰センサの少なくとも別の共振パラメータの変化の間の関係に基づいて、試料の少なくとも１つの成分の存在を決定するように構成される、実施形態１３８から１４０のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00307]実施形態１４２：少なくとも１つの減衰センサがマイクロカンチレバーを備える、実施形態１３６から１４１のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00308]実施形態１４３：少なくとも１つの熱伝導率センサが試料に露出されている間、少なくとも１つの熱伝導率センサの温度を所定の温度まで直線的に増加させるように構成されているコントローラをさらに備える、実施形態１３６から１４２のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00309]実施形態１４４：温度、圧力、湿度および流量のうちの少なくとも１つを測定するように構成されている少なくとも１つの環境センサをさらに備え、サブシステムが、少なくとも１つの熱伝導率センサの出力および少なくとも１つの減衰センサの出力を、温度、圧力、湿度および流量のうちの少なくとも１つに対して補正するようにさらに構成される、実施形態１３６から１４３のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00310]実施形態１４５：触媒センサをさらに備え、サブシステムが、試料への触媒センサの露出に応答する触媒センサから出力を受け取るようにさらに構成され、触媒センサの出力に基づいて少なくとも１つの成分の存在を決定するようにさらに構成される、実施形態１３６から１４４のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00311]実施形態１４６：触媒センサが触媒マイクロホットプレートセンサおよび触媒マイクロカンチレバーセンサのうちの１つを備える、実施形態１４５のシステム。
[00312]実施形態１４７：サブシステムが、触媒センサからの発熱応答の検出に応答して、試料への露出に対する少なくとも１つの熱伝導率センサの応答と、試料への露出に対する少なくとも１つの減衰センサの応答との間の関係に少なくとも部分的に基づいて、試料の少なくとも１つの成分の同一性および濃度のうちの少なくとも１つを決定するように構成される、実施形態１４５または実施形態１４６のシステム。
[00313]実施形態１４８：試料中に存在する１つまたは複数の特定の検体と相互作用するように構成されている金属酸化物半導体センサをさらに備え、サブシステムが、試料への露出に対する金属酸化物半導体センサの応答に基づいて、試料の少なくとも１つの成分の存在を決定するようにさらに構成される、実施形態１３６から１４７のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00314]実施形態１４９：試料中に存在する１つまたは複数の特定の検体と相互作用するように配合されているコーティングを備えたマイクロカンチレバーセンサをさらに備え、サブシステムが、試料への露出に応答するマイクロカンチレバーセンサの１つまたは複数の共振パラメータに基づいて、試料の少なくとも１つの成分の存在を決定するようにさらに構成される、実施形態１３６から１４８のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00315]実施形態１５０：試料の少なくとも１つの特性を決定するためのシステムであって、システムは、少なくとも１つの熱伝導率センサと、少なくとも１つの触媒センサと、少なくとも１つの熱伝導率センサが第１の温度および少なくとも第２の温度の各々にある間、試料への露出に対する少なくとも１つの熱伝導率センサの応答を決定し、少なくとも１つの触媒センサが第１の温度および少なくとも第２の温度の各々にある間、試料への露出に対する少なくとも１つの触媒センサの応答を決定し、少なくとも１つの熱伝導率センサが第１の温度および少なくとも第２の温度の各々にある間における試料への露出に対する少なくとも１つの熱伝導率センサの応答、ならびに少なくとも１つの触媒センサが第１の温度および少なくとも第２の温度の各々にある間における試料への露出に対する少なくとも１つの触媒センサの応答に少なくとも部分的に基づいて、試料の少なくとも１つの成分の存在を決定するように構成されているサブシステムとを備える。
[00316]実施形態１５１：サブシステムが、第１の温度および少なくとも第２の温度の各々におけるベースライン熱伝導率応答に対する、少なくとも１つの熱伝導率センサが第１の温度および少なくとも第２の温度の各々にある間における試料への露出に対する少なくとも１つの熱伝導率センサの応答の変化を決定し、それぞれの第１の温度および少なくとも第２の温度の各々におけるベースライン触媒応答に対する、少なくとも１つの触媒センサが第１の温度および少なくとも第２の温度の各々にある間における試料への露出に対する少なくとも１つの触媒センサの応答の変化を決定することにより、第１の温度および少なくとも第２の温度の各々における触媒活性を決定し、少なくとも１つの熱伝導率センサが第１の温度および少なくとも第２の温度の各々にある間における試料への露出に対する少なくとも１つの熱伝導率センサの応答の変化、ならびに第１の温度における触媒活性および少なくとも第２の温度における触媒活性に基づいて、少なくとも１つの成分の存在を決定するように構成される、実施形態１５０のシステム。
[00317]実施形態１５２：サブシステムが、第１の温度における触媒活性と、第１の温度における少なくとも１つの熱伝導率センサの応答の変化との間の差によって決定される、第１の温度における発熱応答、および少なくとも第２の温度における触媒活性と、少なくとも第２の温度における少なくとも１つの熱伝導率センサの応答の変化との間の差によって決定される、少なくとも第２の温度における発熱応答に基づいて、少なくとも１つの成分の存在を決定するように構成される、実施形態１５１のシステム。
[00318]実施形態１５３：サブシステムが、少なくとも第２の温度における発熱応答に対する、第１の温度における発熱応答の比率に基づいて、少なくとも１つの成分の存在を決定するように構成される、実施形態１５２のシステム。
[00319]実施形態１５４：サブシステムが、試料への露出に対する少なくとも１つの熱伝導率センサの応答および少なくとも１つの触媒センサの触媒活性の変化が域値より高い温度の決定に応答して、試料の少なくとも１つの成分の同一性を決定するように構成される、実施形態１５１から１５３のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00320]実施形態１５５：サブシステムが、少なくとも第２の温度における触媒活性に対する、第１の温度における触媒活性の比率に基づいて、試料の同一性を決定するようにさらに構成される、実施形態１５１から１５４のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00321]実施形態１５６：サブシステムが、第１の温度における触媒活性の大きさ、および少なくとも第２の温度における触媒活性の大きさのうちの少なくとも１つに基づいて、試料中の１つまたは複数の気体の濃度を決定するようにさらに構成される、実施形態１５１から１５５のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00322]実施形態１５７：サブシステムが、少なくとも１つの熱伝導率センサが第１の温度にある間における試料への露出に対する少なくとも１つの熱伝導率センサの応答の変化、少なくとも１つの熱伝導率センサが少なくとも第２の温度にある間における試料への露出に対する少なくとも１つの熱伝導率センサの応答の変化、第１の温度における触媒活性、および少なくとも第２の温度における触媒活性のうちの少なくとも２つの比率に基づいて、試料の同一性を決定するように構成される、実施形態１５１から１５６のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00323]実施形態１５８：サブシステムが、少なくとも１つの熱伝導率センサが第１の温度にある間における試料への露出に対する少なくとも１つの熱伝導率センサの応答の変化の大きさ、少なくとも１つの熱伝導率センサが少なくとも第２の温度にある間における試料への露出に対する少なくとも１つの熱伝導率センサの応答の変化の大きさ、第１の温度における触媒活性の大きさ、および少なくとも第２の温度における触媒活性の大きさのうちの少なくとも１つに基づいて、試料の少なくとも１つの成分の濃度を決定するように構成される、実施形態１５１から１５７のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00324]実施形態１５９：触媒センサが触媒マイクロホットプレートセンサを備える、実施形態１５０から１５８のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00325]実施形態１６０：触媒センサが、加熱器を備えたマイクロカンチレバーセンサを備える、実施形態１５０から１５８のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00326]実施形態１６１：減衰センサをさらに備え、サブシステムが、少なくとも１つの共振パラメータのベースライン値に対する、試料への露出に応答する減衰センサの少なくとも１つの共振パラメータの変化に基づいて、試料の少なくとも１つの成分の同一性を決定するようにさらに構成される、実施形態１５０から１６０のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00327]実施形態１６２：温度、圧力、湿度および流量のうちの少なくとも１つを測定するように構成されている少なくとも１つの環境センサをさらに備え、サブシステムが、少なくとも１つの熱伝導率センサの応答、および少なくとも１つの触媒センサの出力を、温度、圧力、湿度および流量のうちの測定された少なくとも１つに基づいて補正するようにさらに構成される、実施形態１５０から１６１のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00328]実施形態１６３：試料中に存在する１つまたは複数の特定の検体と相互作用するように構成されている金属酸化物半導体センサをさらに備え、サブシステムが、試料への露出に対する金属酸化物半導体センサの応答に基づいて、試料の少なくとも１つの成分の存在を決定するようにさらに構成される、実施形態１５０から１６２のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00329]実施形態１６４：試料中に存在する１つまたは複数の特定の検体と相互作用するように配合されているコーティングを備えた少なくとも１つのマイクロカンチレバーセンサをさらに備え、サブシステムが、試料への露出に応答する少なくとも１つのマイクロカンチレバーセンサの１つまたは複数の共振パラメータに基づいて、試料の少なくとも１つの成分の存在を決定するようにさらに構成される、実施形態１５０から１６３のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00330]実施形態１６５：試料の同一性を決定するためのシステムであって、システムは、少なくとも１つの熱伝導率センサと、少なくとも１つの触媒センサと、少なくとも１つの減衰センサと、少なくとも１つの熱伝導率センサが第１の温度および第２の温度の各々にある間、少なくとも１つの熱伝導率センサが第１の温度および第２の温度にある間における試料への露出に対する少なくとも１つの熱伝導率センサの応答に基づいて試料の熱伝導率を決定し、少なくとも１つの触媒センサが第１の温度および第２の温度の各々にある間、試料への露出に対する少なくとも１つの触媒センサの応答を決定し、それぞれの第１の温度および第２の温度の各々におけるベースライン触媒応答に対する、少なくとも１つの触媒センサが第１の温度および第２の温度の各々にある間における試料への露出に対する少なくとも１つの触媒センサの応答の変化を決定することにより、第１の温度および第２の温度の各々における触媒活性を決定し、試料への露出に対する少なくとも１つの減衰センサの応答を決定するように構成されているサブシステムとを備える。
[00331]実施形態１６６：サブシステムが、第１の温度における触媒活性と、第１の温度における少なくとも１つの熱伝導率センサのベースライン熱伝導率応答に対する、第１の温度における試料への露出に対する少なくとも１つの熱伝導率センサの応答の変化との間の差によって決定される、第１の温度における発熱応答、および第２の温度における触媒活性と、第２の温度における少なくとも１つの熱伝導率センサのベースライン熱伝導率応答に対する、第２の温度における試料への露出に対する少なくとも１つの熱伝導率センサの応答の変化との間の差によって決定される、第２の温度における発熱応答に基づいて、試料の少なくとも１つの成分の存在を決定するように構成される、実施形態１６５のシステム。
[00332]実施形態１６７：サブシステムが、少なくとも１つの熱伝導率センサが第１の温度にある間における基準気体の熱伝導率に対する、少なくとも１つの熱伝導率センサが第１の温度にある間における試料の熱伝導率の変化、少なくとも１つの熱伝導率センサが第２の温度にある間における基準気体の熱伝導率に対する、少なくとも１つの熱伝導率センサが第２の温度にある間における試料の熱伝導率の変化、第１の温度における少なくとも１つの触媒センサの触媒活性、第２の温度における少なくとも１つの触媒センサの少なくとも１つの触媒活性、ならびに第１の温度および第２の温度のうちの一方または両方における少なくとも１つの触媒センサの熱伝導率および触媒活性の変化のうちの一方または両方に対する、少なくとも１つの減衰センサの少なくとも１つの共振パラメータの変化の多次元分析に基づいて、試料中における１つまたは複数の検体の存在を決定するように構成される、実施形態１６５または実施形態１６６のシステム。
[00333]実施形態１６８：試料中に存在する１つまたは複数の特定の検体と相互作用するように構成されている金属酸化物半導体センサをさらに備え、サブシステムが、試料への露出に対する金属酸化物半導体センサの応答に基づいて、試料の少なくとも１つの成分の存在を決定するようにさらに構成される、実施形態１６５から１６７のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00334]実施形態１６９：試料中に存在する１つまたは複数の特定の検体と相互作用するように配合されているコーティングを備えた少なくとも１つのマイクロカンチレバーセンサをさらに備え、サブシステムが、試料への露出に応答する少なくとも１つのマイクロカンチレバーセンサの１つまたは複数の共振パラメータに基づいて、試料の少なくとも１つの成分の存在を決定するようにさらに構成される、実施形態１６５から１６８のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00335]実施形態１７０：少なくとも１つの熱伝導率センサ、少なくとも１つの触媒センサおよび少なくとも１つの減衰センサに先立って試料に露出されるように配置された気体予備濃縮器をさらに備え、気体予備濃縮器からの検体の脱着が気体予備濃縮器の温度を直線的に増加させることによって制御され、サブシステムが、少なくとも１つの温度で生成される少なくとも１つのフィンガープリントに基づいて、異なる成分の同一性を決定するように構成される、実施形態１６５から１６９のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00336]実施形態１７１：気体予備濃縮器の近傍に配置された金属酸化物半導体センサおよびコーティングされたマイクロカンチレバーセンサのうちの少なくとも１つをさらに備える、実施形態１７０のシステム。
[00337]実施形態１７２：少なくとも１つの熱伝導率センサ、少なくとも１つの触媒センサおよび少なくとも１つの減衰センサの近傍に配置された分離器をさらに備え、サブシステムが、分離器から時系列で出力されている間に、成分毎の少なくとも１つのフィンガープリントに基づいて、試料中の異なる成分の同一性を決定するように構成される、実施形態１６５から１７１のうちのいずれかの実施形態のシステム。
[00338]実施形態１７３：気体分離器の近傍に配置された金属酸化物半導体センサおよびコーティングされたマイクロカンチレバーセンサのうちの少なくとも１つをさらに備える、実施形態１７２のシステム。
[00339]本明細書において開示されている本発明の実施形態は、現時点において好ましいものと見なされているが、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、様々な変更および修正が加えられ得る。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲に示されており、等価物の意味および範囲の範疇であるすべての変更は本明細書に包含される。
[00340]本開示の実施形態は、様々な修正および代替形態が可能であり得るが、特定の実施形態が一例として図面に示され、また、本明細書において詳細に説明された。しかしながら本開示は、開示されている特定の形態に限定されないことを理解されたい。そうではなく、本開示は、添付の特許請求の範囲およびそれらの合法的等価物によって定義されているように、本開示の範囲の範疇であるすべての修正、変形形態、組合せおよび代替を包含している。
［発明の態様］
［１］
１つまたは複数の試料の１つまたは複数の特性を決定するためのシステムであって、
少なくとも１つの熱伝導率センサであって、前記少なくとも１つの熱伝導率センサが第１の温度にある間、および前記少なくとも１つの熱伝導率センサが少なくとも第２の温度にある間に、試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの応答を測定するように構成されている、少なくとも１つの熱伝導率センサ、および
サブシステムであって、前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記第１の温度にある間における前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの応答、および前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記少なくとも第２の温度にある間における前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの応答に少なくとも部分的に基づいて、前記試料の少なくとも１つの成分の存在を決定するように構成されている、サブシステム
を備える、システム。
［２］
前記サブシステムが、
前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記第１の温度にある間における前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの前記応答と、前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記第１の温度にある間の前記少なくとも１つの熱伝導率センサのベースライン応答の間の第１の差を決定し、および
前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記少なくとも第２の温度にある間における前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの前記応答と、前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記少なくとも第２の温度にある間の前記少なくとも１つの熱伝導率センサのベースライン応答の間の第２の差を決定する
ように構成されている、［１］のシステム。
［３］
前記サブシステムが、前記第２の差に対する前記第１の差の比率に基づいて前記試料の同一性を決定するように構成されている、［２］のシステム。
［４］
前記サブシステムが、前記第１の差と前記第２の差の結合ベクトルの大きさ、前記第１の差の大きさ、および前記第２の差の大きさのうちの少なくとも１つに基づいて前記試料の濃度を決定するように構成されている、［２］のシステム。
［５］
前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記第１の温度および前記少なくとも第２の温度にある間の前記ベースライン応答が、前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記第１の温度および前記少なくとも第２の温度それぞれの各々にある間における空気への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの応答を含む、［２］のシステム。
［６］
前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記第１の温度および前記少なくとも第２の温度にある間の前記ベースライン応答が、前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記第１の温度および前記少なくとも第２の温度それぞれの各々にある間における基準気体への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの応答を含む、［２］のシステム。
［７］
前記サブシステムが、
前記少なくとも１つの熱伝導率センサが、前記第１の温度にある間における前記試料の熱伝導率と前記基準気体の熱伝導率の間の差を決定し、および
前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記少なくとも第２の温度にある間における前記試料の前記熱伝導率と前記基準気体の前記熱伝導率の間の差を決定する
ように構成されている、［６］のシステム。
［８］
前記少なくとも１つの熱伝導率センサが、第１の熱伝導率センサであって、前記第１の熱伝導率センサが前記第１の温度にある間、前記試料に露出されるように構成されている、第１の熱伝導率センサ、および第２の熱伝導率センサであって、前記第２の熱伝導率センサが前記少なくとも第２の温度にある間、前記試料に露出されるように構成されている、第２の熱伝導率センサを備える、［１］のシステム。
［９］
前記少なくとも１つの熱伝導率センサが、単一の熱伝導率センサであって、前記単一の熱伝導率センサが前記第１の温度および前記少なくとも第２の温度にある間、前記試料に露出されるように構成されている、単一の熱伝導率センサを備える、［１］のシステム。
［１０］
前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記試料に露出されている間、前記少なくとも１つの熱伝導率センサの温度を所定の温度まで直線的に増加させるように構成されているコントローラをさらに備える、［１］のシステム。
［１１］
前記サブシステムが、前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記第２の温度にある間における前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの前記応答に対する、前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記第１の温度にある間における前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの前記応答の比率に基づいて、前記試料の同一性を決定するように構成されている、［１］のシステム。
［１２］
前記サブシステムが、前記試料の濃度と、前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記第１の温度にある間、または前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記少なくとも第２の温度にある間における前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの前記応答の間の関係に基づいて、前記試料の平均分子量および濃度のうちの少なくとも１つを決定するようにさらに構成されている、［１］のシステム。
［１３］
前記サブシステムが、前記試料の熱伝導率が空気の熱伝導率に等しい温度に基づいて前記試料の同一性を決定するように構成されている、［１］のシステム。
［１４］
前記サブシステムが、空気の熱伝導率が湿り空気の熱伝導率に等しい温度における前記試料の熱伝導率を決定するようにさらに構成されている、［１］のシステム。
［１５］
前記サブシステムが、前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記第１の温度にある間における前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの前記応答対前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記少なくとも第２の温度にある間における前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの前記応答のベクトルの大きさ、および前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記第１の温度および前記少なくとも第２の温度のうちの一方または両方にある間における前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの前記応答の大きさのうちの少なくとも１つに基づいて、前記試料の濃度を決定するようにさらに構成されている、［１］のシステム。
［１６］
温度、圧力、湿度および流量のうちの少なくとも１つを測定するように構成されている少なくとも１つの環境センサをさらに備え、前記サブシステムが、前記少なくとも１つの熱伝導率センサの出力を、温度、圧力、湿度および流量のうちの前記少なくとも１つに対して補正するようにさらに構成されている、［１］のシステム。
［１７］
前記サブシステムが、前記少なくとも１つの熱伝導率センサが約５０℃と約２５０℃の間の第１の温度にある間における前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの前記応答、および前記少なくとも１つの熱伝導率センサが約３００℃と約８００℃の間の第２の温度にある間における前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの前記応答を決定するように構成されている、［１］のシステム。
［１８］
触媒センサをさらに備え、前記サブシステムが、前記触媒センサが前記第１の温度および前記少なくとも第２の温度のうちの一方にある間における前記試料への露出に対する前記触媒センサの応答と、前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記第１の温度および前記少なくとも第２の温度のうちのそれぞれ一方にある間における前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの前記応答との間の差に基づいて、前記少なくとも１つの成分の存在を決定するように構成されている、［１］のシステム。
［１９］
減衰センサをさらに備え、前記サブシステムが、基準気体への露出に対する前記減衰センサのベースライン応答に対する、前記試料への露出に対する前記減衰センサの応答の間の関係に基づいて、前記少なくとも１つの成分の存在を決定するようにさらに構成されている、［１］のシステム。
［２０］
前記サブシステムが、少なくとも１つの共振パラメータのベースラインに対する前記減衰センサの前記少なくとも１つの共振パラメータの変化の間の関係に基づいて、前記少なくとも１つの成分の存在を決定するように構成されている、［１９］のシステム。
［２１］
前記減衰センサがマイクロカンチレバーを備える、［１９］のシステム。
［２２］
前記試料中の１つまたは複数の特定の検体と相互作用するように構成されている金属酸化物半導体センサをさらに備え、前記サブシステムが、前記試料への露出に対する前記金属酸化物半導体センサの応答に基づいて、前記試料の前記少なくとも１つの成分の存在を決定するようにさらに構成されている、［１］のシステム。
［２３］
前記試料中に存在する１つまたは複数の特定の検体と相互作用するように配合されているコーティングを備えたマイクロカンチレバーセンサをさらに備え、前記サブシステムが、前記試料への露出に応答する前記マイクロカンチレバーセンサの１つまたは複数の共振パラメータに基づいて、前記試料の前記少なくとも１つの成分の存在を決定するようにさらに構成されている、［１］のシステム。
［２４］
試料の少なくとも１つの特性を決定するためのシステムであって、
少なくとも１つの熱伝導率センサ、
少なくとも１つの減衰センサ、および
サブシステムであって、
前記少なくとも１つの熱伝導率センサが約５０℃より高い温度にある間、試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの応答を決定し、
前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの減衰センサの応答を決定し、および
前記少なくとも１つの熱伝導率センサが約５０℃より高い前記温度にある間における前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの前記応答と、前記試料への露出に対する前記減衰センサの前記応答との間の関係に少なくとも部分的に基づいて、前記試料の少なくとも１つの成分の存在を決定する
ように構成されている、サブシステム
を備える、システム。
［２５］
前記サブシステムが、
前記少なくとも１つの熱伝導率センサのベースライン応答に対する、前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの応答を決定し、および
前記少なくとも１つの減衰センサのベースライン応答に対する、前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの減衰センサの応答を決定する
ように構成されている、［２４］のシステム。
［２６］
前記サブシステムが、
前記試料の熱伝導率と基準気体の熱伝導率の間の差に基づいて、前記基準気体に対する前記試料の熱伝導率の変化を決定し、および
前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの減衰センサの前記応答と、前記少なくとも１つの減衰センサの前記ベースライン応答との間の差に基づいて、前記少なくとも１つの減衰センサの少なくとも１つの共振パラメータの変化を決定する
ように構成されている、［２５］のシステム。
［２７］
前記サブシステムが、前記試料の前記熱伝導率と前記基準気体の前記熱伝導率の間の前記差と、前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの減衰センサの前記応答と、前記少なくとも１つの減衰センサの前記ベースライン応答との間の前記差の比率に基づいて、前記試料の同一性を決定するように構成されている、［２６］のシステム。
［２８］
前記サブシステムが、前記熱伝導率の変化対前記少なくとも１つの共振パラメータの変化のベクトルの大きさに基づいて前記試料の濃度を決定するように構成されている、［２６］のシステム。
［２９］
前記サブシステムが、前記基準気体に対する前記試料の前記熱伝導率の変化、前記少なくとも１つの減衰センサの前記少なくとも１つの共振パラメータの変化、および前記少なくとも１つの減衰センサの少なくとも別の共振パラメータの変化の間の関係に基づいて、前記試料の前記少なくとも１つの成分の存在を決定するように構成されている、［２６］のシステム。
［３０］
前記少なくとも１つの減衰センサがマイクロカンチレバーを備える、［２４］のシステム。
［３１］
前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記試料に露出されている間、前記少なくとも１つの熱伝導率センサの温度を所定の温度まで直線的に増加させるように構成されているコントローラをさらに備える、［２４］のシステム。
［３２］
温度、圧力、湿度および流量のうちの少なくとも１つを測定するように構成されている少なくとも１つの環境センサをさらに備え、前記サブシステムが、前記熱伝導率センサの出力および前記少なくとも１つの減衰センサの出力を、温度、圧力、湿度および流量のうちの前記少なくとも１つに対して補正するようにさらに構成されている、［２４］のシステム。
［３３］
触媒センサをさらに備え、前記サブシステムが、前記試料へ前記触媒センサを露出することに応答する前記触媒センサから出力を受け取るようにさらに構成されており、且つ前記触媒センサの前記出力に基づいて前記少なくとも１つの成分の存在を決定するようにさらに構成されている、［２４］のシステム。
［３４］
前記触媒センサが触媒マイクロホットプレートセンサおよび触媒マイクロカンチレバーセンサのうちの１つを備える、［３３］のシステム。
［３５］
前記サブシステムが、前記触媒センサからの発熱応答の検出に応答して、前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの前記応答と、前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの減衰センサの前記応答との間の関係に少なくとも部分的に基づいて、前記試料の少なくとも１つの成分の同一性および濃度のうちの少なくとも１つを決定するように構成されている、［３３］のシステム。
［３６］
前記試料中に存在する１つまたは複数の特定の検体と相互作用するように構成されている金属酸化物半導体センサをさらに備え、前記サブシステムが、前記試料への露出に対する前記金属酸化物半導体センサの応答に基づいて、前記試料の前記少なくとも１つの成分の存在を決定するようにさらに構成されている、［２４］のシステム。
［３７］
前記試料中に存在する１つまたは複数の特定の検体と相互作用するように配合されているコーティングを備えたマイクロカンチレバーセンサをさらに備え、前記サブシステムが、前記試料への露出に応答する前記マイクロカンチレバーセンサの１つまたは複数の共振パラメータに基づいて、前記試料の前記少なくとも１つの成分の存在を決定するようにさらに構成されている、［２４］のシステム。
［３８］
試料の少なくとも１つの特性を決定するためのシステムであって、
少なくとも１つの熱伝導率センサ、
少なくとも１つの触媒センサ、および
サブシステムであって、
前記少なくとも１つの熱伝導率センサが第１の温度および少なくとも第２の温度の各々にある間、前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの応答を決定し、
前記少なくとも１つの触媒センサが前記第１の温度および前記少なくとも第２の温度の各々にある間、前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの触媒センサの応答を決定し、および
前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記第１の温度および前記少なくとも第２の温度の各々にある間における前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの前記応答、ならびに前記少なくとも１つの触媒センサが前記第１の温度および前記少なくとも第２の温度の各々にある間における前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの触媒センサの前記応答に少なくとも部分的に基づいて、前記試料の少なくとも１つの成分の存在を決定する
ように構成されている、サブシステム
を備える、システム。
［３９］
前記サブシステムが、
前記第１の温度および前記少なくとも第２の温度の各々におけるベースライン熱伝導率応答に対する、前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記第１の温度および前記少なくとも第２の温度の各々にある間における前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの前記応答の変化を決定し、
前記第１の温度および少なくとも第２の温度それぞれの各々におけるベースライン触媒応答に対する、前記少なくとも１つの触媒センサが前記第１の温度および前記少なくとも第２の温度の各々にある間における前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの触媒センサの前記応答の変化を決定することにより、前記第１の温度および前記少なくとも第２の温度の各々における触媒活性を決定し、および
前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記第１の温度および前記少なくとも第２の温度の各々にある間における前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの前記応答の変化、ならびに前記第１の温度における前記触媒活性および前記少なくとも第２の温度における前記触媒活性に基づいて、前記少なくとも１つの成分の存在を決定する
ように構成されている、［３８］のシステム。
［４０］
前記サブシステムが、
前記第１の温度における前記触媒活性と、前記第１の温度における前記少なくとも１つの熱伝導率センサの前記応答の変化との間の差によって決定される、前記第１の温度における発熱応答、および
前記少なくとも第２の温度における前記触媒活性と、前記少なくとも第２の温度における前記少なくとも１つの熱伝導率センサの前記応答の変化との間の差によって決定される、前記少なくとも第２の温度における発熱応答
に基づいて、前記少なくとも１つの成分の存在を決定するように構成されている、［３９］のシステム。
［４１］
前記サブシステムが、前記少なくとも第２の温度における前記発熱応答に対する、前記第１の温度における前記発熱応答の比率に基づいて、前記少なくとも１つの成分の存在を決定するように構成されている、［４０］のシステム。
［４２］
前記サブシステムが、前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの前記応答および前記少なくとも１つの触媒センサの触媒活性の変化が域値より高い温度の決定に応答して、前記試料の前記少なくとも１つの成分の同一性を決定するように構成されている、［３９］のシステム。
［４３］
前記サブシステムが、前記少なくとも第２の温度における前記触媒活性に対する、前記第１の温度における前記触媒活性の比率に基づいて、前記試料の同一性を決定するようにさらに構成されている、［３９］のシステム。
［４４］
前記サブシステムが、前記第１の温度における前記触媒活性の大きさ、および前記少なくとも第２の温度における前記触媒活性の大きさのうちの少なくとも１つに基づいて、前記試料中の１つまたは複数の気体の濃度を決定するようにさらに構成されている、［３９］のシステム。
［４５］
前記サブシステムが、
前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記第１の温度にある間における前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの前記応答の変化、
前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記少なくとも第２の温度にある間における前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの前記応答の変化、
前記第１の温度における前記触媒活性、および
前記少なくとも第２の温度における前記触媒活性
のうちの少なくとも２つの比率に基づいて、前記試料の同一性を決定するように構成されている、［３９］のシステム。
［４６］
前記サブシステムが、
前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記第１の温度にある間における前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの前記応答の変化の大きさ、
前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記少なくとも第２の温度にある間における前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの前記応答の変化の大きさ、
前記第１の温度における前記触媒活性の大きさ、および
前記少なくとも第２の温度における前記触媒活性の大きさ
のうちの少なくとも１つに基づいて、前記試料の少なくとも１つの成分の濃度を決定するように構成されている、［３９］のシステム。
［４７］
前記少なくとも１つの触媒センサが触媒マイクロホットプレートセンサを備える、［３８］のシステム。
［４８］
前記少なくとも１つの触媒センサが、加熱器を備えたマイクロカンチレバーセンサを備える、［３８］のシステム。
［４９］
減衰センサをさらに備え、前記サブシステムが、少なくとも１つの共振パラメータのベースライン値に対する、前記試料への露出に応答する前記減衰センサの前記少なくとも１つの共振パラメータの変化に基づいて、前記試料の少なくとも１つの成分の同一性を決定するようにさらに構成されている、［３８］のシステム。
［５０］
温度、圧力、湿度および流量のうちの少なくとも１つを測定するように構成されている少なくとも１つの環境センサをさらに備え、前記サブシステムが、前記少なくとも１つの熱伝導率センサの前記応答、および前記少なくとも１つの触媒センサの出力を、前記温度、前記圧力、前記湿度および前記流量のうちの前記測定された少なくとも１つに基づいて補正するようにさらに構成されている、［３８］のシステム。
［５１］
前記試料中に存在する１つまたは複数の特定の検体と相互作用するように構成されている金属酸化物半導体センサをさらに備え、前記サブシステムが、前記試料への露出に対する前記金属酸化物半導体センサの応答に基づいて、前記試料の少なくとも１つの成分の存在を決定するようにさらに構成されている、［３８］のシステム。
［５２］
前記試料中に存在する１つまたは複数の特定の検体と相互作用するように配合されているコーティングを備えた少なくとも１つのマイクロカンチレバーセンサをさらに備え、前記サブシステムが、前記試料への露出に応答する前記少なくとも１つのマイクロカンチレバーセンサの１つまたは複数の共振パラメータに基づいて、前記試料の少なくとも１つの成分の存在を決定するようにさらに構成されている、［３８］のシステム。
［５３］
試料の同一性を決定するためのシステムであって、
少なくとも１つの熱伝導率センサ、
少なくとも１つの触媒センサ、
少なくとも１つの減衰センサ、および
サブシステムであって、
前記少なくとも１つの熱伝導率センサが第１の温度および第２の温度の各々にある間、前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記第１の温度および前記第２の温度にある間における前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの応答に基づいて前記試料の熱伝導率を決定し、
前記少なくとも１つの触媒センサが前記第１の温度および前記第２の温度の各々にある間、前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの触媒センサの応答を決定し、
前記第１の温度および前記第２の温度それぞれの各々におけるベースライン触媒応答に対する、前記少なくとも１つの触媒センサが前記第１の温度および前記第２の温度の各々にある間における前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの触媒センサの前記応答の変化を決定することにより、前記第１の温度および前記第２の温度の各々における触媒活性を決定し、および
前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの減衰センサの応答を決定する
ように構成されている、サブシステム
を備える、システム。
［５４］
前記サブシステムが、
前記第１の温度における前記触媒活性と、前記第１の温度における前記少なくとも１つの熱伝導率センサのベースライン熱伝導率応答に対する、前記第１の温度における前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの前記応答の変化との間の差によって決定される、前記第１の温度における発熱応答、および
前記第２の温度における前記触媒活性と、前記第２の温度における前記少なくとも１つの熱伝導率センサのベースライン熱伝導率応答に対する、前記第２の温度における前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの前記応答の変化との間の差によって決定される、前記第２の温度における発熱応答
に基づいて、前記試料の少なくとも１つの成分の存在を決定するように構成されている、［５３］のシステム。
［５５］
前記サブシステムが、
前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記第１の温度にある間における基準気体の熱伝導率に対する、前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記第１の温度にある間における前記試料の前記熱伝導率の変化、
前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記第２の温度にある間における前記基準気体の熱伝導率に対する、前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記第２の温度にある間における前記試料の前記熱伝導率の変化、
前記第１の温度における前記少なくとも１つの触媒センサの前記触媒活性、
前記第２の温度における前記少なくとも１つの触媒センサの前記触媒活性、ならびに
前記第１の温度および前記第２の温度のうちの一方または両方における前記少なくとも１つの触媒センサの前記熱伝導率および前記触媒活性の変化のうちの一方または両方に対する、前記少なくとも１つの減衰センサの少なくとも１つの共振パラメータの変化
の多次元分析に基づいて、前記試料中における１つまたは複数の検体の存在を決定するように構成されている、［５３］のシステム。
［５６］
前記試料中に存在する１つまたは複数の特定の検体と相互作用するように構成されている金属酸化物半導体センサをさらに備え、前記サブシステムが、前記試料への露出に対する前記金属酸化物半導体センサの応答に基づいて、前記試料の少なくとも１つの成分の存在を決定するようにさらに構成されている、［５３］のシステム。
［５７］
前記試料中に存在する１つまたは複数の特定の検体と相互作用するように配合されているコーティングを備えた少なくとも１つのマイクロカンチレバーセンサをさらに備え、前記サブシステムが、前記試料への露出に応答する前記少なくとも１つのマイクロカンチレバーセンサの１つまたは複数の共振パラメータに基づいて、前記試料の少なくとも１つの成分の存在を決定するようにさらに構成されている、［５３］のシステム。
［５８］
前記少なくとも１つの熱伝導率センサ、前記少なくとも１つの触媒センサおよび前記少なくとも１つの減衰センサに先立って前記試料に露出されるように配置された気体予備濃縮器をさらに備え、前記気体予備濃縮器からの検体の脱着が前記気体予備濃縮器の温度を直線的に増加させることによって制御され、前記サブシステムが、少なくとも１つの温度で生成される少なくとも１つのフィンガープリントに基づいて、異なる成分の同一性を決定するように構成されている、［５３］のシステム。
［５９］
前記気体予備濃縮器の近傍に配置された金属酸化物半導体センサおよびコーティングされたマイクロカンチレバーセンサのうちの少なくとも１つをさらに備える、［５８］のシステム。
［６０］
前記少なくとも１つの熱伝導率センサ、前記少なくとも１つの触媒センサおよび前記少なくとも１つの減衰センサの近傍に配置された分離器をさらに備え、前記サブシステムが、前記分離器から時系列で出力されている間に、成分毎の少なくとも１つのフィンガープリントに基づいて、前記試料中の異なる成分の同一性を決定するように構成されている、［５３］のシステム。
［６１］
前記気体分離器の近傍に配置された金属酸化物半導体センサおよびコーティングされたマイクロカンチレバーセンサのうちの少なくとも１つをさらに備える、［６０］のシステム。

Claims (20)

  1. １つまたは複数の試料の１つまたは複数の特性を決定するためのシステムであって、
    少なくとも１つの熱伝導率センサであって、前記少なくとも１つの熱伝導率センサが第１の温度にある間、および前記少なくとも１つの熱伝導率センサが少なくとも第２の温度にある間に、試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの応答を測定するように構成されている、少なくとも１つの熱伝導率センサ、および
    サブシステムであって、
    前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記第１の温度にある間における前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの応答と、前記第１の温度における第１のベースライン熱伝導率応答との間の第１の差を決定し、
    前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記少なくとも第２の温度にある間における前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの応答と、前記少なくとも第２の温度における第２のベースライン熱伝導率応答との間の第２の差を決定し、および
    前記第２の差に対する前記第１の差の比率に少なくとも部分的に基づいて、前記試料の少なくとも１つの成分の存在を決定する
    ように構成されている、サブシステム
    を備える、システム。
  2. 前記第１の温度における前記第１のベースライン熱伝導率応答および前記少なくとも第２の温度における前記第２のベースライン熱伝導率応答が、前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記第１の温度および前記少なくとも第２の温度それぞれの各々にある間における基準気体への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの応答を含む、請求項１に記載のシステム。
  3. 前記サブシステムが、
    前記少なくとも１つの熱伝導率センサが、前記第１の温度にある間における前記試料の熱伝導率と前記基準気体の熱伝導率の間の差を決定し、および
    前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記少なくとも第２の温度にある間における前記試料の前記熱伝導率と前記基準気体の前記熱伝導率の間の差を決定する
    ように構成されている、請求項２に記載のシステム。
  4. 前記サブシステムが、前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記第２の温度にある間における前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの前記応答に対する、前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記第１の温度にある間における前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの前記応答の比率に基づいて、前記試料の同一性を決定するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
  5. 前記サブシステムが、前記試料の濃度と、前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記第１の温度にある間、または前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記少なくとも第２の温度にある間における前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの前記応答の間の関係に基づいて、前記試料の平均分子量および濃度のうちの少なくとも１つを決定するようにさらに構成されている、請求項１に記載のシステム。
  6. 前記サブシステムが、
    前記試料の熱伝導率が空気の熱伝導率に等しい温度に基づいて前記試料の同一性を決定する、および
    空気の熱伝導率が湿り空気の熱伝導率に等しい温度における前記試料の熱伝導率を決定する
    のうち少なくとも１つをするように構成されている、請求項１に記載のシステム。
  7. 前記サブシステムが、
    前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記第１の温度にある間における前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの前記応答対前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記少なくとも第２の温度にある間における前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの前記応答のベクトルの大きさ、および
    前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記第１の温度および前記少なくとも第２の温度のうちの一方または両方にある間における前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの前記応答の大きさ
    のうちの少なくとも１つに基づいて、前記少なくとも１つの成分の濃度を決定するようにさらに構成されている、請求項１に記載のシステム。
  8. 温度、圧力、湿度および流量のうちの少なくとも１つを測定するように構成されている少なくとも１つの環境センサをさらに備え、
    前記サブシステムが、前記少なくとも１つの熱伝導率センサの出力を、温度、圧力、湿度および流量のうちの前記少なくとも１つに対して補正するようにさらに構成されている、請求項１に記載のシステム。
  9. 触媒センサをさらに備え、
    前記サブシステムが、前記触媒センサが前記第１の温度および前記少なくとも第２の温度のうちの一方にある間における前記試料への露出に対する前記触媒センサの応答と、前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記第１の温度および前記少なくとも第２の温度のうちのそれぞれ一方にある間における前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの前記応答との間の差に基づいて、前記少なくとも１つの成分の存在を決定するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
  10. 前記サブシステムが、
    前記第１の温度および前記少なくとも第２の温度それぞれの各々におけるベースライン触媒応答に対する、前記少なくとも１つの触媒センサが前記第１の温度および前記少なくとも第２の温度の各々にある間における前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの触媒センサの前記応答の変化を決定することにより、前記第１の温度および前記少なくとも第２の温度の各々における触媒活性を決定し、および
    前記第１の差および前記第２の差、並びに
    前記第１の温度における前記触媒活性および前記少なくとも第２の温度における前記触媒活性
    に基づいて、前記少なくとも１つの成分の存在を決定する
    ように構成されている、請求項９に記載のシステム。
  11. 前記サブシステムが、
    前記第１の温度における前記触媒活性と、前記第１の差との間の差によって決定される、前記第１の温度における発熱応答、および
    前記少なくとも第２の温度における前記触媒活性と、前記第２の差との間の差によって決定される、前記少なくとも第２の温度における発熱応答
    に基づいて、前記少なくとも１つの成分の存在を決定するように構成されている、請求項１０に記載のシステム。
  12. 前記サブシステムが、前記少なくとも第２の温度における前記発熱応答に対する、前記第１の温度における前記発熱応答の比率に基づいて、前記少なくとも１つの成分の存在を決定するように構成されている、請求項１１に記載のシステム。
  13. 前記サブシステムが、
    前記第１の差の大きさ、
    前記第２の差の大きさ、
    前記第１の温度における前記触媒活性の大きさ、および
    前記少なくとも第２の温度における前記触媒活性の大きさ
    のうちの少なくとも１つに基づいて、前記試料の少なくとも１つの成分の濃度を決定するように構成されている、請求項１０に記載のシステム。
  14. 減衰センサをさらに備え、
    前記サブシステムが、
    基準気体への露出に対する前記減衰センサのベースライン応答に対する、前記試料への露出に対する前記減衰センサの応答の間の関係に基づいて、前記少なくとも１つの成分の存在を決定し、および
    前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記第１の温度にある間における前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの前記応答と、前記試料への露出に対する前記減衰センサの前記応答との間の関係に基づいて、前記少なくとも１つの成分の存在を決定する
    ようにさらに構成されている、請求項１に記載のシステム。
  15. 前記サブシステムが、前記第１の差と、前記試料への露出に対する前記減衰センサの前記応答と前記減衰センサのベースライン応答との間の差の比率に基づいて、前記試料の同一性を決定するように構成されている、請求項１４に記載のシステム。
  16. 前記試料中に存在する１つまたは複数の特定の検体と相互作用するように配合されているコーティングを備えたマイクロカンチレバーセンサをさらに備え、
    前記サブシステムが、前記試料への露出に応答する前記マイクロカンチレバーセンサの１つまたは複数の共振パラメータに基づいて、前記試料の前記少なくとも１つの成分の存在を決定するようにさらに構成されている、請求項１に記載のシステム。
  17. 試料の少なくとも１つの特性を決定する方法であって、
    第１の温度および第２の温度において試料に検出器の熱伝導率センサを露出させること、
    前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記第１の温度にある間における前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの応答と、前記第１の温度における第１のベースライン熱伝導率応答との間の第１の差を決定すること、
    前記少なくとも１つの熱伝導率センサが前記第２の温度にある間における前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの熱伝導率センサの応答と、前記第２の温度における第２のベースライン熱伝導率応答との間の第２の差を決定すること、および
    前記第２の差に対する前記第１の差の比率に少なくとも部分的に基づいて、前記試料の少なくとも１つの成分の存在を決定すること
    を含む、方法。
  18. 触媒マイクロホットプレートセンサを前記第１の温度および前記第２の温度における前記試料に露出させること、および前記試料への露出に対する、前記第１の温度および前記第２の温度の各々における前記触媒マイクロホットプレートセンサの応答を測定することをさらに含み、
    前記試料の少なくとも１つの成分の存在を決定することが、前記第２の温度における前記触媒マイクロホットプレートセンサの前記応答に対する、前記第１の温度における前記触媒マイクロホットプレートセンサの前記応答の比率を決定することをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
  19. 前記第１の温度および前記第２の温度それぞれの各々におけるベースライン触媒応答に対する、前記少なくとも１つの触媒センサが前記第１の温度および前記第２の温度の各々にある間における前記試料への露出に対する前記少なくとも１つの触媒センサの前記応答の変化を決定することにより、前記第１の温度および前記第２の温度の各々における触媒活性を決定することをさらに含み、
    前記少なくとも１つの成分の存在を決定することが、前記第１の温度における前記触媒活性および前記少なくとも第２温度における前記触媒活性に基づいて、前記少なくとも１つの成分の存在を決定することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
  20. 少なくとも１つの成分の存在を決定することが、
    前記第１の温度における前記触媒活性と、前記第２の差との間の差によって決定される、前記第１の温度における発熱応答、および
    前記少なくとも第２の温度における前記触媒活性と、前記第２の差との間の差によって決定される、前記少なくとも第２の温度における発熱応答
    に基づいて前記少なくとも１つの成分の存在を決定することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
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