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特表2024-528645少なくとも１つの寄生化学種を含有するガス試料内に存在する分析物を特徴づけるための方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-07-30
(54)【発明の名称】少なくとも１つの寄生化学種を含有するガス試料内に存在する分析物を特徴づけるための方法
(51)【国際特許分類】
G01N 33/00 20060101AFI20240723BHJP
G01N 21/41 20060101ALI20240723BHJP
【ＦＩ】
G01N33/00 C
G01N21/41 101
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024502544
(86)(22)【出願日】2022-03-04
(85)【翻訳文提出日】2024-01-16
(86)【国際出願番号】 EP2022055555
(87)【国際公開番号】W WO2022189292
(87)【国際公開日】2022-09-15
(31)【優先権主張番号】FR2102231
(32)【優先日】2021-03-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】522276459
【氏名又は名称】アリバル
【氏名又は名称原語表記】ＡＲＹＢＡＬＬＥ
(74)【代理人】
【識別番号】100098394
【弁理士】
【氏名又は名称】山川 茂樹
(72)【発明者】
【氏名】マホ，ピエール
【テーマコード（参考）】
2G059
【Ｆターム（参考）】
2G059AA01
2G059BB01
2G059EE09
2G059FF01
2G059FF05
2G059KK04
2G059KK08
2G059MM01
2G059MM02
2G059MM04
2G059MM05
2G059MM14
(57)【要約】
本発明は、Ｍの感応性部位を備える電子鼻を使用してガス試料内に存在する分析物Ａを特徴づけるための方法に関し、寄生化学種Ｐは、ガス試料内に存在し、方法は、分析物Ａおよび寄生種Ｐを含有するガス試料のＮの第１のシグネチャを獲得するフェーズ１００であって、Ｎ＞１であり、ガス試料は、一方のガス試料から次のガス試料で異なる偏差ΔｃＰ（ｎ）を示すフェーズ１００と、２つの目的関数を最適化することにより、Ｎの第１のシグネチャから、Ｎのガス試料内に存在する分析物Ａを特徴づけるＮの補正されたシグネチャを得るように、最適化問題を解決するフェーズ２００とを備える。
【選択図】図３Ｂ
【選択図】図３Ｂ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電子鼻の測定表面と接触して配置されたガス試料内に存在する分析物Ａの特徴づけ方法であって、前記測定表面は、吸着／脱着により前記分析物Ａと、かつ前記ガス試料内に存在する少なくとも１つのいわゆる寄生化学種Ｐと相互作用するように適合された受容体を有する、１～Ｍの範囲に及ぶランクｍの互いに別個のＭの感応性部位を含み、前記特徴づけ方法は、○前記接触表面と、
●第１のフェーズＰｈ１の間に、濃度ｃＰ（ｎ）ｉの前記寄生化学種Ｐを含有してよいキャリアガスを、次いで
●第２のフェーズＰｈ２の間に、濃度ｃＡ（ｎ）の前記分析物Ａ、および前記値ｃＰ（ｎ）ｉから非ゼロの偏差ΔｃＰ（ｎ）を有する濃度ｃＰ（ｎ）ｆの前記寄生化学種Ｐを含有する前記ガス試料を
接触させるための流体注入ステップ（１１０）と、
○前記流体注入ステップの間、Ｍの前記感応性部位ごとに前記分析物Ａおよび前記寄生化学種Ｐと前記受容体の前記相互作用を表す測定信号Ｓ（ｎ，ｍ）（ｔ）を決定するステップ（１２０）と、
○前記キャリアガスに関連する前記測定信号Ｓ（ｎ，ｍ）（ｔ∈Ｐｈ１）から得られた基準値Ｓ（ｎ，ｍ）ｉだけ補正された、前記ガス試料に関連する前記測定信号Ｓ（ｎ，ｍ）（ｔ∈Ｐｈ２）から第１のシグネチャＳｕ（ｎ，ｍ）ｆを決定するステップ（１３０）と、
○前記第１のフェーズＰｈ１と前記第２のフェーズＰｈ２の間の前記寄生化学種Ｐの前記濃度の差ΔｃＰ（ｎ）を決定するステップと、
○前記分析物Ａおよび前記寄生化学種Ｐと前記受容体の前記相互作用を表すＮの前記第１のシグネチャを得るまで前記ランクｎを増分させて前述のステップを何回も繰り返すステップであって、Ｎ＞１であり、前記ガス試料は、前記差ΔｃＰ（ｎ）が対で異なるようなものであるステップと、
ように規定される変数である
ステップと
を含む特徴づけ方法。
【請求項2】
前記推定解を決定する前記ステップ（３００）は、【請求項3】
前記推定解を決定する前記ステップ（３００）は、反復インジケータｉの反復アルゴリズムにより遂行される
請求項２に記載の特徴づけ方法。
【請求項4】
前記推定解を決定する前記ステップ（３００）は、【請求項5】
前記推定解を決定する前記ステップ（３００）は、【請求項6】
前記推定解を決定する前記ステップ（２００）は、最初に、Ｑ＞１で、目的関数ｆを最小化して前記目的関数ｆを最小化する複数のＱの局所解を得るサブステップ（２１０）に続いて、前記目的関数ｇを最大化するサブステップ（２２０）を含む
請求項１に記載の特徴づけ方法。
【請求項7】
最小化する前記サブステップ（２１０）は、【請求項8】
前記最大化するサブステップ（２２０）は、【請求項9】
【請求項10】
【請求項11】
【請求項12】
【請求項13】
前記電子鼻（１）は、表面プラズモン共鳴光タイプの、またはマッハ－ツェンダー干渉計タイプの吸着／脱着による相互作用を測定するための機器を含む
請求項１～１２のいずれか一項に記載の特徴づけ方法。
【請求項14】
前記電子鼻（１）は、抵抗性の、圧電性の、機械的、または音響のタイプの吸着／脱着による相互作用を測定するための機器を含む
請求項１～１２のいずれか一項に記載の特徴づけ方法。
【請求項15】
前記電子鼻（１）は、前記流体注入ステップ（１１０）を遂行するように適合された流体供給機器（２）と、前記測定信号を決定する前記ステップ（１２０）を遂行するように適合された測定機器（３）と、前記寄生化学種の前記相対濃度を測定および決定するためのセンサ（９）と、前記推定解を決定する前記ステップ（２００；３００）を実装するように適合された処理ユニットとを含む
請求項１～１４のいずれか一項に記載の特徴づけ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の分野は、電子鼻を用いてガス試料内に存在する分析物を特徴づける分野に関する。特徴づけるべき分析物に加えて、ガス試料はこの場合、電子鼻の官能化された測定表面とさらにまた相互作用できる少なくとも１つの化学種を含む。
【背景技術】
【0002】
ガス試料内に含有される分析物、たとえば匂い分子または有機化合物を特徴づける能力は、特に健康分野、農業食品産業、香水産業（香り）、限られた公共空間または私的空間（自動車、ホテル、共用空間…）での嗅覚的快適さなどにおいてますます重要な課題となっている。ガス試料内に存在するそのような分析物の特徴づけは、「電子鼻」と呼ばれる特徴づけシステムにより行うことができる。
【0003】
詳細には顕色剤（ｒｅｖｅｌａｔｉｏｎ ａｇｅｎｔ）を用いてあらかじめ分析物または受容体に「ラベルを付ける」必要があるかないかという点で互いに異なる、特徴づけのさまざまな取り組み方法が存在する。たとえばそのようなラベルを使用する必要がある蛍光測定と異なり、表面プラズモン共鳴（ｓｕｒｆａｃｅ ｐｌａｓｍｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ、ＳＰＲ）を使用する測定およびマッハ－ツェンダー干渉計（Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ、ＭＺＩ）を使用する測定は、ラベルを用いない技法である。
【0004】
ＳＰＲまたはＭＺＩの技術を使用する電子鼻では、ガス試料内に存在する分析物は、官能化された測定表面のいくつかの別個の感応性部位に位置する受容体と吸着／脱着により相互作用する。電子鼻は、一次信号に応答して分析物と受容体の間の吸着／脱着相互作用を表す、感応性部位の各々に関連する測定信号をリアルタイムで検出することからなる。測定信号は、分析物と受容体の相互作用による局所屈折率の時間的変動を表す光信号であり得る。たとえばＳＰＲ技術では、異なる感応性部位から到来する光信号の強度は、リアルタイムで測定され、これらの光信号は、光源が放出する一次光信号が反射された部分である。光センサが検出した各光信号の強度は、分析物と受容体の吸着／脱着相互作用と直接相関関係がある。国際公開第２０１８／１５８４５８号という出願は、ＳＰＲ技術を使用するそのような電子鼻の例について記述している。
【0005】
分析物と受容体の相互作用の化学的親和力および／または物理的親和力が先験的に公知である限り、分析物の特徴づけはこの場合、分析物と受容体の吸着／脱着相互作用を表すパラメータ、この場合は感応性部位ごとの局所屈折率の時間的変動を表すパラメータの値または変動を決定することに帰着する。このようにして、分析物を特徴づける相互作用パターンまたはシグネチャを得る。実際は、異なる吸着特性を有する感応性部位（官能化された表面）上での分析物の吸着／脱着相互作用により、異なる感応性部位の表面に付着した、ガス内に存在する分子を考慮できるようになる。
【0006】
図１Ａおよび図１Ｂは、国際公開第２０１８／１５８４５８号という文献に記述されるようなＳＰＲタイプの電子鼻の例を示す。このタイプの電子鼻１は、一般に流体供給機器２、ＳＰＲ画像法による特徴づけのための機器３、および処理ユニット（図示せず）を備える。
【0007】
特徴づけ機器３は、感応性部位のマトリックスが存在する測定表面５が配置された、ガス試料を受け取ることを意図する測定チャンバ４を含む。測定表面５は、分析物と相互作用するように適合されたさまざまな受容体が固定された金属層により形成され、受容体は、互いに別個の異なる感応性部位を形成するように配列される。受容体はこの場合、金属層と誘電体媒質、この場合はガス状媒質の間の界面に位置する。
【0008】
この特徴づけ機器３は、一次光信号の光源７および画像センサ８をさらに備える。光源７は、作用角θＲで測定表面５の方向に一次光信号を放出するように適合され、測定表面５で表面プラズモンを発生させることができるようにする。光測定信号を形成する、一次光信号が反射された部分は、次いで画像センサ８により検出される。光測定信号の強度は、局所的に測定表面５の屈折率に依存し、測定表面５の屈折率は次に、発生させた表面プラズモン、および各反応性部位の量に依存し、材料のこの量は、分析物が受容体と相互作用するとき、経時的に変動する。測定表面５は、特徴づけるべき分析物が吸着／脱着により相互作用できる受容体の存在により官能化した複数の感応性部位６ｍを、この場合、別個のＭの感応性部位を備える。
【0009】
電子鼻の処理ユニットは、分析物と受容体の相互作用（吸着および脱着）の動力学に関する情報を感応性部位６ｍから抽出する目的で、「センサーグラム（ｓｅｎｓｏｒｇｒａｍ）」を、すなわち、異なる感応性部位６ｍの各々の受容体と分析物の吸着／脱着相互作用を表すパラメータの時間的進展に対応する信号を分析するのに適している。これらのセンサーグラムは、感応性部位６ｍの各々に関連する反射率の変動の時間的進展Δ％Ｒｍ（ｔ）に対応する有用な信号Ｓｕｍ（ｔ）と言える。反射率％Ｒはこの場合、画像センサ８が検出した光測定信号の強度と光源７が放出した一次光信号の強度の間の比である。反射率の変動Δ％Ｒは、分析物とは無関係に測定チャンバ４内部に存在するガスだけに関連するベースライン値を反射率の時間的変動％Ｒ（ｔ）から減算することにより得られる。
【0010】
最後に、流体供給機器２は、センサーグラムの分析、およびしたがって分析物の特徴づけを可能にする状態で、分析物を測定チャンバ４の中に導入するのに適している。この点で、Ｂｒｅｎｅｔ ｅｔ ａｌ．による、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．、２０１８年、９０、１６、ｐ．９８７９－９８８７の「Ｈｉｇｈｌｙ－Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｎｏｓｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｌａｓｍｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ ｆｏｒ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｇａｓ Ｐｈａｓｅ Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ（気相揮発性有機化合物を検知するための表面プラズモン共鳴画像法に基づく高度選択性光電子鼻）」と題する論文は、ＳＰＲ画像法を使用して電子鼻を用いてガス試料を特徴づけるための方法について記述している。この特徴づけ方法は、反応物と受容体の間の相互作用の動力学が定常平衡状態に到達するように、ガス試料を測定チャンバに供給するステップからなる。
【0011】
このために、図１Ｃは、図１Ａの電子鼻により得たセンサーグラムＳｕｍ（ｔ）の例を示す。センサーグラムＳｕｍ（ｔ）はこの場合、感応性部位６ｍの各々に関連する反射率の変動の時間的進展Δ％Ｒｍ（ｔ）に対応する。このように、特徴づけ方法は、複数の連続する流体注入ステップを、すなわち、
－分析物なしにキャリアガスだけを測定表面と接触させる第１の基準フェーズＰｈ１であって、このキャリアガスは、一般にガス試料のキャリアガスと同一である第１の基準フェーズＰｈ１、
－キャリアガスおよび特徴づけるべき分析物により形成されたガス試料を測定表面と接触させる第２の供給フェーズＰｈ２、および
－分析物を受容体から脱着して測定チャンバから分析物を除去するように、基準ガスだけを測定チャンバの中に再度注入する第３のパージフェーズＰｈ３
を含む。
－分析物なしにキャリアガスだけを測定表面と接触させる第１の基準フェーズＰｈ１であって、このキャリアガスは、一般にガス試料のキャリアガスと同一である第１の基準フェーズＰｈ１、
－キャリアガスおよび特徴づけるべき分析物により形成されたガス試料を測定表面と接触させる第２の供給フェーズＰｈ２、および
－分析物を受容体から脱着して測定チャンバから分析物を除去するように、基準ガスだけを測定チャンバの中に再度注入する第３のパージフェーズＰｈ３
を含む。
【0012】
初期フェーズＰｈ１は、上記で言及した基準値（ベースライン）を獲得可能にし、次いで測定信号Ｓｍ（ｔ）から基準値を減算して有用な信号Ｓｕｍ（ｔ）（換言すれば、ランクｍの反応性部位ごとの反射率の変動の時間的進展Δ％Ｒｍ（ｔ））を得る。上記で示すように、この流体注入フェーズは、センサーグラムが遷移性の同化持続期間の存在の後に続いて定常平衡状態を示すように行われる。この定常平衡状態が達成されたとき、有用な信号Ｓｕｍ（ｔ）の（定常）平衡値Ｓｕｍ、ｆは、処理ユニットにより抽出され、分析物のシグネチャを画定する。
【0013】
しかしながら、水分子（相対湿度）など、キャリアガス内に他の化学種が存在することにより、Ｓｈａｏ ｅｔ ａｌ．による、Ｓｅｎｓｏｒｓ、２０１８年、１８、ｐ．２０２９による「Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｈｕｍｉｄｉｔｙ Ｓｅｎｓｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ Ａｌｃｏｈｏｌ－Ｃｏａｔｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｌａｓｍｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｓｅｎｓｏｒ（ポリビニルアルコール被覆繊維表面プラズモン共鳴センサを用いる湿度検知の機構および特性）」と題する論文に示されるように、光測定信号の強度が影響を受け得ることは明らかである。この論文で著者らは、ＳＰＲセンサを湿度センサとして使用している。しかしながら、電子鼻を用いて分析物を特徴づけるための方法に関連して、測定チャンバ内の相対湿度の変動は、特徴づけの品質を低下させる測定バイアスを形成する。それに加えて、長い期間にわたり相対湿度が変動し、したがって、同じ分析物および同じ動作条件に関して一方の特徴づけから他方の特徴づけで変動するとき、この相対湿度の変動は、同じ分析物のシグネチャを互いに異なったものにする時間ドリフトを生じさせる。
【0014】
さらに、国際公開第２０２０／１４１２８１（Ａ１）号という文献は、電子鼻タイプの分析システムを用いて標的化合物を特徴づけるための方法について記述している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0015】
【特許文献1】国際公開第２０１８／１５８４５８号
【特許文献2】国際公開第２０２０／１４１２８１（Ａ１）号
【特許文献3】欧州特許第３１８４４８５号明細書
【特許文献4】仏国特許発明第２０１１８４２号明細書
【特許文献5】仏国特許発明第１９１３５５５号明細書
【非特許文献】
【0016】
【非特許文献1】Ｂｒｅｎｅｔ ｅｔ ａｌ．、「Ｈｉｇｈｌｙ－Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｎｏｓｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｌａｓｍｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ ｆｏｒ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｇａｓ Ｐｈａｓｅ Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ（気相揮発性有機化合物を検知するための表面プラズモン共鳴画像法に基づく高度選択性光電子鼻）」、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．、２０１８年、９０、１６、ｐ．９８７９－９８８７
【非特許文献2】Ｓｈａｏ ｅｔ ａｌ．、「Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｈｕｍｉｄｉｔｙ Ｓｅｎｓｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ Ａｌｃｏｈｏｌ－Ｃｏａｔｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｌａｓｍｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｓｅｎｓｏｒ（ポリビニルアルコール被覆繊維表面プラズモン共鳴センサを用いる湿度検知の機構および特性）」、Ｓｅｎｓｏｒｓ、２０１８年、１８、ｐ．２０２９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0017】
本発明の目的は、従来技術の欠点を少なくとも部分的に克服することであり、より詳細には初期フェーズＰｈ１と流体注入の特徴づけフェーズＰｈ２の間に存在する１つまたは複数の寄生化学種（ｐａｒａｓｉｔｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｓｐｅｃｉｅｓ）の濃度の変動に関連する測定ノイズを制限可能にする、またはさらには排除可能にする、分析物を特徴づけるための方法を提案することである。このように、特徴づけ方法は、分析物の特徴づけの品質を改善可能にする。
【課題を解決するための手段】
【0018】
このために、本発明の目的は、電子鼻の測定表面と接触して配置されたガス試料内に存在する分析物Ａを特徴づけるための方法であって、測定表面は、吸着／脱着により分析物Ａと、かつガス試料内に存在する少なくともいわゆる寄生化学種Ｐと相互作用するように適合された受容体を有する、１～Ｍの範囲に及ぶランクｍの、互いに別個のＭの感応性部位を含み、方法は、
－第１のフェーズＰｈ１の間に濃度ｃＰ（ｎ）ｉの寄生種Ｐを含有してよいキャリアガスを、次いで第２のフェーズＰｈ２の間に濃度ｃＡ（ｎ）の分析物Ａおよび濃度ｃＰ（ｎ）ｆの寄生種Ｐを測定表面と接触させるための流体注入ステップであって、値ｃＰ（ｎ）ｆは値ｃＰ（ｎ）ｉからの非ゼロ変動ΔｃＰ（ｎ）を有するステップと、
－流体注入ステップの間にＭの感応性部位ごとに分析物Ａおよび寄生種Ｐと受容体の相互作用を表す測定信号Ｓ（ｎ，ｍ）（ｔ）を決定するステップと、
－キャリアガスに関連する測定信号Ｓ（ｎ，ｍ）（ｔ∈Ｐｈ１）から得られた基準値Ｓ（ｎ，ｍ）ｉだけ補正された第１のシグネチャＳｕ（ｎ，ｍ）ｆをガス試料に関連する測定信号Ｓ（ｎ，ｍ）（ｔ∈Ｐｈ２）から決定するステップと、
－第１のフェーズＰｈ１と第２のフェーズＰｈ２の間の寄生種Ｐの濃度の差ΔｃＰ（ｎ）を決定するステップと、
－分析物Ａおよび寄生種Ｐと受容体の相互作用を表すＮの第１のシグネチャを得るまでランクｎを増分させて前述のステップを何回も繰り返すステップであって、Ｎ＞１であり、ガス試料は、差ΔｃＰ（ｎ）が対で異なるようなものであるステップと、
－第１のフェーズＰｈ１の間に濃度ｃＰ（ｎ）ｉの寄生種Ｐを含有してよいキャリアガスを、次いで第２のフェーズＰｈ２の間に濃度ｃＡ（ｎ）の分析物Ａおよび濃度ｃＰ（ｎ）ｆの寄生種Ｐを測定表面と接触させるための流体注入ステップであって、値ｃＰ（ｎ）ｆは値ｃＰ（ｎ）ｉからの非ゼロ変動ΔｃＰ（ｎ）を有するステップと、
－流体注入ステップの間にＭの感応性部位ごとに分析物Ａおよび寄生種Ｐと受容体の相互作用を表す測定信号Ｓ（ｎ，ｍ）（ｔ）を決定するステップと、
－キャリアガスに関連する測定信号Ｓ（ｎ，ｍ）（ｔ∈Ｐｈ１）から得られた基準値Ｓ（ｎ，ｍ）ｉだけ補正された第１のシグネチャＳｕ（ｎ，ｍ）ｆをガス試料に関連する測定信号Ｓ（ｎ，ｍ）（ｔ∈Ｐｈ２）から決定するステップと、
－第１のフェーズＰｈ１と第２のフェーズＰｈ２の間の寄生種Ｐの濃度の差ΔｃＰ（ｎ）を決定するステップと、
－分析物Ａおよび寄生種Ｐと受容体の相互作用を表すＮの第１のシグネチャを得るまでランクｎを増分させて前述のステップを何回も繰り返すステップであって、Ｎ＞１であり、ガス試料は、差ΔｃＰ（ｎ）が対で異なるようなものであるステップと、
【0019】
【0020】
を最小化し、かつコスト関数
【0021】
【0022】
ステップと
を含む。
【0023】
いくつかの好ましいが限定しないこの特徴づけ方法の様態は、以下のようなものである。
【0024】
【0025】
推定解を決定するステップは、反復インジケータｉの反復アルゴリズムにより遂行できる。
【0026】
【0027】
推定解を決定するステップは、行列
【0028】
【0029】
【0030】
推定解を決定するステップは、Ｑ＞１で、目的関数ｆを最小化する複数のＱの局所解を得るために、目的関数ｆを最小化するサブステップに続いて目的関数ｇを最大化にするサブステップを含み得る。
【0031】
【0032】
最大化するサブステップは、
【0033】
【0034】
【0035】
【0036】
【0037】
【0038】
【0039】
電子鼻は、光表面プラズモン共鳴タイプの、またはマッハ－ツェンダー干渉計タイプの吸着／脱着による相互作用を測定するための機器を含み得る。
【0040】
電子鼻は、抵抗性の、圧電性の、機械的な、または音響的なタイプの吸着／脱着による相互作用を測定するための機器を含み得る。
【0041】
電子鼻は、流体注入ステップを遂行するように適合された流体供給機器と、測定信号を決定するステップを遂行するように適合された測定機器と、寄生化学種の相対濃度を測定および決定するためのセンサと、推定解を決定するステップを遂行するように適合された処理ユニットとを含み得る。
【0042】
本発明の他の様態、目的、有利な点、および特徴は、限定しない例として示し、添付図面を参照して行う、以下の好ましい実施形態の詳細な記述を読むとより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0043】
【図1A】すでに記述したが、従来技術の例によるＳＰＲ画像法電子鼻の横断面の概略の部分投影図である。
【図2】一実施形態による電子鼻の概略的な部分投影図である。
【図3A】従来技術による特徴づけ方法により得た３つのシグネチャの例であり、初期フェーズＰｈ１と特徴づけフェーズＰｈ２の間の寄生化学種（この場合、気相の水）の濃度の変動に起因する分析物の特徴づけの劣化を示す。
【図3B】初期フェーズＰｈ１と特徴づけフェーズＰｈ２の間に濃度ｃＰの変動がまったくない場合（左側部分）、および初期フェーズＰｈ１と特徴づけフェーズＰｈ２の間に濃度ｃＰの非ゼロ変動がある場合（右側部分）の、寄生化学種の濃度ｃＰの、測定信号Ｓｍ（ｔ）の、および有用な信号Ｓｕｍ（ｔ）の時間的進展を例示する。
【図4】第１の実施形態による特徴づけ方法の流れ図である。
【図5】第１の実施形態の変形形態による特徴づけ方法の流れ図である。
【図6】第２の実施形態による特徴づけ方法の流れ図である。
【図7A】寄生化学種の濃度ｃＰの変動が存在したガス試料内に存在する分析物の補正されていないシグネチャの例を示す。
【発明を実施するための形態】
【0044】
図、および本明細書以下の部分では、同じ参照番号は、同一の、または類似する要素を提示する。それに加えて、さまざま要素は、図の明瞭性に優先度を与えるような方法でスケールを変更するように示されていない。その上、さまざまな実施形態および変形形態は、互いに排他的ではなく、一緒に組み合わされてよい。特に指定のない限り、「実質的に」、「ほぼ」、「のオーダーの」という用語は、最も近い１０％を、好ましくは最も近い５％を意味する。その上、「…と…の間」という用語および均等物は、特に指定のない限りそれらの範囲が含まれることを意味する。
【0045】
本発明は、分析すべきガス試料内に存在する分析物Ａの特徴づけに関する。特徴づけは、測定機器、流体供給機器、寄生化学種Ｐ用濃度センサ、および処理ユニットを備える「電子鼻」と呼ばれる分析システムを用いて遂行される。
【0046】
以下で詳細に記述するように、測定機器は、複数の感応性部位を画定する官能化された測定表面を含み、各感応性部位は、吸着／脱着により分析物と、およびこの場合、分析物と異なる、したがって、分析物Ａのシグネチャに測定ノイズを誘発する限り寄生物と分類される少なくとも１つの化学種Ｐと、相互作用できる受容体を含む。
【0047】
例示として、電子鼻は、シリコン干渉計技術（ＭＺＩ）または表面プラズモン共鳴（ＳＦＲ）を使用する光測定技術を使用する。したがって、測定機器は、光源と、画像センサ、または光検出器のマトリックスであり得るがある少なくとも１つの光検出器とを備える。検出した測定信号の強度は、特徴づけるべき分析物Ａ（および寄生化学種Ｐ）と受容体の間の相互作用を表す当該の感応性部位の局所屈折率の値に依存する。
【0048】
あるいは（たとえば、欧州特許第３１８４４８５号明細書という文献で記述される）ＭＥＭＳまたはＮＥＭＳのタイプの電磁共振器などの他の測定技術を実装してよい。より広義的には、抵抗性の、圧電性の、機械的な、音響的な、または光学式のタイプの測定機器であってよい。ＮＥＭＳまたはＭＥＭＳの微小共振器の共振周波数を特定するための技法の場合、測定信号は、ミクロ電子放射線または均等物の変動を表す電気信号であり得る。
【0049】
一般に、「特徴づけ」という用語は、ガス試料が含有する分析物Ａと電子鼻の感応性部位の受容体の相互作用を表す情報を得ることを意味する。当該の相互作用はこの場合、分析物Ａと受容体の吸着および／または脱着の事象である。このように、この情報は、相互作用パターンを、換言すれば分析物の「シグネチャ」を形成し、このパターンは、たとえばヒストグラムまたはレーダー図の形で表現される。換言すれば、電子鼻がＭの別個の感応性部位を備える場合、分析物Ａのシグネチャは、当該の感応性部位に関連する有用な信号Ｓｕｍ（ｔ）から導出されたスカラーの代表情報により形成された次元Ｍのベクトルである。
【0050】
分析物Ａは、電子鼻により特徴づけることを意図する少なくとも１つの化学種であり、ガス試料内に存在する。化学種は、例示として細菌、ウイルス、タンパク質、脂質、揮発性有機分子、無機化合物などであってよい。さらに、受容体（リガンド）は、感受性部位に固定された要素であり、ｋＡで示される分析物Ａと受容体の間の化学的親和力および／または物理的親和力が最初は既知ではないが分析物Ａと相互作用する能力を有する要素である。異なる感応性部位の受容体は、分析物Ａと相互作用する自身の能力に影響を及ぼす異なる物理化学的性質を有し、それにより異なる感応性部位を画定する。たとえば、受容体は、アミノ酸、ペプチド、ヌクレオチド、ポリペプチド、タンパク質、有機ポリマーなどを含んでよい。分析物Ａは、単一化学種、またはガス試料の間で相対的比率が（たとえば、５％または１０％の範囲内で）一定のままである異なる化学種の組であり得る。
【0051】
本発明の範囲内で、分析物Ａを含有するガス試料はまた、特徴づけるべき分析物Ａと別個のものであり受容体と相互作用できるとき、少なくとも１つのいわゆる寄生化学種Ｐを含有する。吸着／脱着によるガス試料と受容体の相互作用は、測定信号に影響を及ぼし、測定信号はこの場合、分析物Ａに関連する有用な部分、および当該の化学種Ｐに関連し測定ノイズを形成する有用ではない部分を含み得る。有用ではない部分はとりわけ、ガス試料の相対湿度がゼロではないときの水分子、アルコール（エタノール、ブタノール、…）、硫化水素であり得る。しかしながら、初期フェーズＰｈ１と特徴づけフェーズＰｈ２の間の化学種Ｐの濃度の変動は、分析物Ａの特徴づけの品質を劣化させ得る測定ノイズを形成することは明らかである。本発明による特徴づけ方法は、この測定ノイズを排除可能にする。
【0052】
図２は、一実施形態によるＳＰＲ画像法を使用する電子鼻１の概略的な部分図である。本発明による電子鼻１は、図１Ａおよび図１Ｂを参照して記述する電子鼻に類似し得、たとえば測定チャンバ内に位置する寄生化学種Ｐの濃度用センサ９を含むという点で本質的に異なる。流体注入フェーズＰｈ１とＰｈ２の間にいくつかの寄生種Ｐ１、Ｐ２、…の濃度に変動が存在する場合、電子鼻は、各寄生種Ｐの濃度を測定するように適合された単一センサ９または複数のセンサ９を備え得る。本明細書の残りの部分では、明確にするために、１つの寄生種Ｐだけが存在すると仮定する。
【0053】
この例では、電子鼻１は、ＳＰＲ技術に基づき、この例では当業者に公知のクレッチマン（Ｋｒｅｔｓｃｈｍａｎｎ）構成の特徴を有し、本発明はこの構成に限定されない。しかしながら、上記に示すように、ＭＥＭＳまたは官能化ＮＥＭＳのタイプの微小共振器の共振周波数の測定などの他の測定技法を使用できる。上記に言及するように、電子鼻１はまた、２０２０年１１月１８日に提出された特許出願である仏国特許発明第２０１１８４２号明細書に記述されるような、たとえばシリコンフォトニクス技術で、マッハ－ツェンダー干渉計による光測定に基づき得る。
【0054】
電子鼻１は、分析すべきガス試料を受け取ることを意図する測定チャンバ４内に配置された互いに別個の、ｍが１～Ｍの範囲に及ぶＭの感応性部位６ｍを含み、これらの感応性部位６ｍはそれぞれ、特徴づけるべき分析物Ａと（図１Ｂを参照されたい）この場合、寄生種Ｐと相互作用できる受容体により形成される。感応性部位６ｍは、特徴づけるべき分析物Ａについて化学的親和力および／または物理的親和力に関して異なる受容体を備えているという意味で互いに別個のものであり、したがって、感応性部位６ｍの間で異なる相互作用情報を提供することを意図する。感応性部位６ｍは、測定表面５の別個のゾーンであり、互いに隣接する、または間隔を置いて離して配置され得る。電子鼻１はまた、たとえばどんな測定ドリフトも検出すること、および／または欠陥がある感応性部位の識別を可能にすることを目的として、複数の同一感応性部位を含み得る。
【0055】
電子鼻はこの場合、ＳＰＲ画像法タイプの測定機器３を含み、この場合、当該の感応性部位６ｍから到来する測定光信号の強度をリアルタイムで測定することにより感応性部位６ｍごとに化学種と受容体の相互作用を定量化可能にし、この光信号はこの場合、光源７が放出した一次光信号が反射した部分である。光センサ８が検出した光測定信号の強度は、詳細には化学種と受容体の吸着／脱着相互作用と直接相関関係がある。ＭＥＭＳまたはＮＥＭＳの微小共振器の共振周波数を測定するための技法の場合、測定信号は、ミクロ電子放射線または均等物の変動を表す電気信号であり得る。
【0056】
ＳＰＲ画像法測定に関連して、測定機器３は、感受性部位６ｍのすべてから到来する光測定信号Ｓｍ（ｔ）をリアルタイムで獲得できる。このように、一次光信号に応答して感受性部位６ｍから到来する光測定信号Ｓｍ（ｔ）は、同じ光センサ８が獲得した画像の形でリアルタイムに一緒に検出される。
【0057】
このように、光測定機器３は、感応性部位６ｍの方向に一次光信号を送ることができ測定支持物５の高さで表面プラズモンを発生させることができる光源７を含む。光源７は、放出スペクトルが中心波長λｃを中心とする放出ピークを有する発光ダイオードにより形成できる。光源７と測定支持物５の間にさまざまな光学素子（レンズ、偏光子、…）を配列できる。
【0058】
光測定機器３はまた、光センサ８を、この場合、画像センサを、すなわち、一次光信号に応答して感応性部位から到来する光信号の画像を収集し検出できるマトリックス光センサを含む。画像センサ８は、マトリックス光検出器、たとえばＣＭＯＳセンサまたはＣＣＤセンサである。したがって、光センサ８は、好ましくは、空間分解能が、同じ感応性部位６ｍから到来する光測定信号をいくつかの画素が獲得するようなものである画素のマトリックスを含む。
【0059】
処理ユニット（図示せず）は、特徴づけ方法の一部として、以下で記述する処理動作を行うことを可能にする。この処理ユニットは、少なくとも１つのマイクロプロセッサおよび少なくとも１つのメモリを含み得る。処理ユニットは、光測定機器３に、より具体的には画像センサ８に接続される。処理ユニットは、情報記録媒体に記録された命令を実行できるプログラム可能プロセッサを含む。処理ユニットは、特徴づけ方法を実装するのに必要な命令を包含する少なくとも１つのメモリをさらに含む。メモリはまた、測定の各瞬間に算出した情報を記憶するように適合される。
【0060】
以下で記述するように、処理ユニットは詳細には、現在の瞬間ｔｉに、感応性部位６ｍに関連する測定信号Ｓｍ（ｔｉ）を決定するために、測定期間Δｔにわたり所与のサンプリング周波数ｆｅで獲得した複数のいわゆる基本画像を記憶および処理するように構成される。好ましくは、測定信号Ｓｍ（ｔｉ）は、測定の瞬間ｔｉに、感応性部位６ｍに関連する画素上で反射し画像センサ８が検出した光信号の平均強度に対応する。画素上で検出した平均光強度は、以下で詳細に記述するように、感応性部位６ｍの１つまたは複数の画像に関して実現できる。
【0061】
流体供給機器２は、初期フェーズＰｈ１の間にキャリアガスだけを（すなわち、分析物Ａなしに）、かつ特徴づけフェーズＰｈ２の間にキャリアガスにより形成されたガス試料、および分析物を測定チャンバ４に供給するのに適している。ガス試料は、特徴づけるべき分析物Ａを含むという点で本質的にキャリアガスと異なり、寄生種Ｐは、ガス試料内に存在し、さらにまたキャリアガス内に存在しても存在しなくてもよい。１つまたは複数の追加ガスは、存在してよいが、電子鼻１から実質的に応答をまったく誘発しないという意味で無臭である。第２のガス試料内に存在する追加ガスの例は、気相の希釈剤であり得る。このように、分析物Ａは、貯蔵器１０が含有する液状希釈剤に貯蔵できる。希釈剤の気相および分析物Ａをキャリアガス（たとえば、湿った空気）に追加してガス試料を形成する。いずれの場合も、寄生種Ｐは、キャリアガス内で非ゼロまたはさらにはゼロであり得る濃度ｃＰ，ｉを、およびガス試料内で非ゼロでありｃＰ，ｉと異なる濃度ｃＰ，ｆを有する。したがって、ゼロではない差ΔｃＰ＝ｃＰ，ｆ－ｃＰ，ｉが存在する。
【0062】
図２の例では、流体供給機器２は、キャリアガス注入口１１、および分析物Ａの貯蔵器１０を含み得る。この場合、貯蔵器１０は、中に分析物Ａが配置された希釈剤を含有する。貯蔵器１０は、一方ではキャリアガス注入口１１および貯蔵器１０を、他方では測定チャンバ４の注入口に接続する複数の流体管路を含み、弁、および場合によって質量流調整器を含む。このように、貯蔵器１０は、初期フェーズＰｈ１およびパージフェーズＰｈ３の間にキャリアガス（たとえば、水濃度がｃＰ，ｉの湿った空気）を、かつ特徴づけフェーズＰｈ２の間にガス試料（水の濃度がｃＰ，ｆの湿った空気、分析物Ａ、および気相の希釈剤）を測定チャンバ４に供給可能にする。貯蔵器１０は、測定チャンバ内の分析物Ａの濃度ｃＡが経時的に一定のままであることを確実にするのに適し得る。さらに、電子鼻は、寄生種Ｐの濃度ｃＰ用センサ９を、この場合たとえば相対湿度センサをさらに備える。濃度ｃＰのセンサ９は、測定チャンバ内に、または測定チャンバの上流もしくは下流に配列できる。濃度ｃＰのセンサ９は、初期フェーズＰｈ１と特徴づけフェーズＰｈ２の間の濃度の変動ΔｃＰ＝ｃＰ，ｆ－ｃＰ，ｉ（または相対濃度）を算出できる処理ユニットに接続される。
【0063】
しかしながら、流体注入ステップ（フェーズＰｈ１およびＰｈ２）の間に測定チャンバ内に存在する寄生種Ｐの濃度ｃＰの変動は、特徴づけの品質を低下させる測定ノイズを生じさせることは明らかである。この測定ノイズは、初期フェーズＰｈ１と特徴づけフェーズＰｈ２の間の、測定チャンバ内部の濃度ｃＰの非ゼロの差につながるノイズである。この測定ノイズは、測定チャンバの内側の環境を特徴づける、通常は経時的に定常のままであるべきパラメータの時間的変動から生じるという点で測定ノイズを構成する。
【0064】
ΔｃＰに関係するこの測定ノイズの問題は、有用な信号Ｓｕｍ（ｔ）に基づき特徴づけ方法が行われるとき、すなわち、特徴づけ方法が、対応する測定信号Ｓｍ（ｔ）から基準値Ｓｍ，ｉ（ベースライン）を減算するステップを含むとき、特に重要である。実際は、このステップの目的は、測定信号の環境に関連する影響を、詳細にはキャリアガスの影響を、分析物Ａの特徴づけから除去することである。しかしながら、この基準値Ｓｍ，ｉは、初期フェーズＰｈ１の間のキャリアガスを表すが、測定チャンバ内でのキャリアガスの物理的性質は変化してしまっていることがあるので（寄生種Ｐの濃度ｃＰの変動）、特徴づけフェーズＰｈ２の間にもはや必ずしもキャリアガスを表さないことは明らかである。
【0065】
図３Ａは、異なるガス試料の特徴づけを反映する３つの相互作用パターンまたはシグネチャを例示し、この特徴づけは、従来技術の例による特徴づけ方法により行われる。これらのシグネチャＭ１、Ｍ２、Ｍ３はこの場合、定常平衡状態Ｐｈ２．２（図１Ｃを参照されたい）でセンサーグラムＳｕｍ（ｔ）により決定された平衡値（定常）Ｓｕｍ，ｆのレーダー図の形をとる表現である。これらのシグネチャＭ１、Ｍ２、Ｍ３は、流体注入フェーズＰｈ１とＰｈ２の間の濃度ｃＰの変動の影響を、この場合、分析物Ａの特徴づけでの相対濃度ΔｃＰの変動の影響を強調する。これらのシグネチャＭ１、Ｍ２、Ｍ３を得るために、キャリアガスは、３つの試験の間、同一であり、約１２％の初期相対湿度ｃＰ，ｉを有する湿った空気に対応する。
【0066】
第１のシグネチャＭ１は、相対湿度ｃＰ，ｆが約５０％に等しい湿った空気から形成された、分析物Ａがブタノール分子であるガス試料に対応する。このように、特徴づけ方法の実装形態は、この場合、初期フェーズＰｈ１の間にほぼ１２％に等しいｃＰ，ｉから特徴づけフェーズの間にほぼ５０％に等しいｃＰ、ｆになる、測定チャンバ内の相対湿度の比較的大きな変動を有する。また、基準値Ｓｍ，ｉは、キャリアガス（１２％のｃＰ，ｉの湿った空気）に関して決定され、平衡値は、この基準値Ｓｍ，ｉを減算することによりガス試料（分析物Ａを伴う５０％のｃＰ，ｆの湿った空気）に関して決定される。このように、この相対濃度ΔｃＰは、測定ノイズを形成し、測定ノイズの影響は、シグネチャＭ１がブタノール分子だけを効果的に表すように制限しなければならない。
【0067】
第２のシグネチャＭ２は、相対湿度ｃＰ，ｆがｃＰ，ｉ（すなわち、１２％）に実質的に等しい湿った空気により形成された、分析物Ａが同じくブタノール分子であるガス試料に対応する。特徴づけ方法の実装形態は、相対湿度の変動ΔｃＰがゼロである限り、キャリアガス（ｃＰ，ｉの湿った空気）に関連する基準値Ｓｍ，ｉを減算することにより、ガス状の環境の影響を排除して、その結果、分析物Ａと受容体だけの相互作用を特徴づけることを可能にする。また、シグネチャＭ２は、相対湿度の変動ΔｃＰに関連する測定ノイズがまったく存在しないので、分析物Ａだけを表す。シグネチャＭ１は、シグネチャＭ２の上に重ならず、Ｍ１の場合ΔｃＰに関連する測定ノイズの存在を反映することが留意される。したがって、初期フェーズＰｈ１と特徴づけフェーズＰｈ２の間に測定チャンバ内に相対湿度の差ΔｃＰが存在する場合でさえ、分析物だけを表すシグネチャＭ２に向けて移行するために、シグネチャＭ１を補正できることは重要である。
【0068】
第３のシグネチャＭ３は、相対湿度ｃＰ，ｆがほぼ５０％に等しい湿った空気だけにより形成されたガス試料に対応する。この場合、相対濃度の変動ΔｃＰだけが湿った空気の特徴づけに及ぼす影響は、分析物が存在しない状態で電子鼻により測定される。初期フェーズＰｈ１と特徴づけフェーズＰｈ２の間の相対濃度の増分ΔｃＰは、反応性部位６ｍの反射率の変動のΔ％Ｒｍの増大に帰着することは明らかである。シグネチャＭ１（非ゼロのΔｃＰの、分析物Ａが存在する湿った空気）は、シグネチャＭ２（ゼロのΔｃＰの、分析物Ａが存在する湿った空気）とシグネチャＭ３（非ゼロのΔｃＰの、分析物Ａが存在しない湿った空気）の間に位置し、非ゼロの相対濃度ΔｃＰに関連する測定ノイズが分析物Ａのシグネチャに及ぼす影響を明確に示すことが理解できる。したがって、分析物Ａの特徴づけの品質を改善するために、この測定ノイズを制限できる、またはさらには排除できることは重要である。
【0069】
図３Ｂは、初期フェーズＰｈ１と特徴づけフェーズＰｈ２の間に測定チャンバ内に存在する寄生種Ｐの濃度ｃＰの時間的進展の例、ランクｍの感応性部位６ｍに関する測定信号Ｓｍ（ｔ）の時間的進展の例、および最後に有用な信号Ｓｕｍ（ｔ）の時間的進展の例を示す。
【0070】
グラフの左側は、２つの流体注入フェーズＰｈ１とＰｈ２の間に濃度ｃＰ（ｔ）が一定のままである状況に対応する。初期フェーズＰｈ１では、測定チャンバ内にキャリアガスだけが存在し、寄生種Ｐは、値ｃＰ，ｉの濃度を有し、その結果、基準値Ｓｍ，ｉを有する測定信号Ｓｍ（ｔ）をもたらす。フェーズＰｈ２では、分析すべきガス試料を測定チャンバの中に導入する。分析物Ａが存在することに起因して、かつ濃度ｃＰ（ｔ）が一定のままであるので、測定信号Ｓｍ（ｔ）は、Ｓｍ，ｉよりも大きな定常値Ｓｍ，ｆに向けて移行する。
【0071】
グラフの右側は、２つの流体注入フェーズＰｈ１とＰｈ２の間に濃度ｃＰ（ｔ）が変動する状況に対応する。その結果、初期フェーズＰｈ１の間、測定チャンバ内にキャリアガスだけが存在し、寄生種Ｐは、値ｃＰ，ｉの濃度を有し、その結果、基準値Ｓｍ，ｉを有する測定信号Ｓｍ（ｔ）を得る。しかしながら、フェーズＰｈ２では、ガス試料を導入することにより、寄生種Ｐの濃度ｃＰ（ｔ）を変動させ、この場合、基準値ｃＰ，ｉに対してΔｃＰ大きな値ｃＰ，ｆまで増大する。
【0072】
寄生種Ｐの濃度がこのように変動する結果、このフェーズＰｈ２の間、この場合、濃度ｃＰの変動がまったく存在しない場合（点線の曲線）よりも、ΔＳｍ大きな値Ｓｍ，ｆに移行する測定信号Ｓｍ（ｔ）の変動をもたらす。この場合、有用な信号Ｓｕｍ（ｔ）は、差ΔｃＰに依存する値ΔＳｍの測定ノイズを有すると言える。これはこの場合、分析物Ａの特徴づけに関して、測定ノイズΔＳｍを評価して、基準値Ｓｍ，ｉを有する測定信号Ｓｍ（ｔ）から測定ノイズΔＳｍを減算する問題である。
【0073】
測定信号Ｓｍ（ｔ）から測定ノイズΔＳｍ（ΔｃＰ）を減算するために、１つの取り組み方法は、特徴づけステップの前に較正を遂行することであり得る。２０１９年１１月２９日に提出された特許出願である仏国特許発明第１９１３５５５号明細書という特許出願は、そのような較正ステップを含む特徴づけ方法について記述している。従来の較正は、寄生種Ｐだけに関連する（すなわち、分析物Ａなしに）測定信号Ｓｍ（ｔ）の基準値Ｓｍ，ｉの変化を表現する補正関数を寄生種Ｐの濃度ｃＰの関数として決定するステップを伴う。このように、特徴づけステップでは、濃度ｃＰがｃＰ，ｉを有する初期フェーズＰｈ１の間に決定された基準値Ｓｍ，ｉを定常値Ｓｍ，ｆから減算する代わりに、フェーズＰｈ２の間に有効値ｃＰ，ｆに対応する補正関数から得られた値Ｓｍ，ｉを減算する。
【0074】
しかしながら、寄生種Ｐと受容体の親和力ｋＰは、分析物Ａの存在により影響を受得ることは明らかである。たとえば、寄生種Ｐが水分子（気相の水）であり分析物Ａが親水性または疎水性であるとき、受容体に吸着した分析物Ａは、引力または反発力を水分子に誘発し得、それにより、寄生種Ｐの親和力ｋＰを修正する。親和力ｋＰ｜Ａはこの場合、分析物Ａが存在する状態での寄生種Ｐの親和力であるとして留意される。較正ステップはこの場合、寄生種Ｐと受容体の相互作用が分析物Ａの存在により影響を受ける限り、特徴づけフェーズＰｈ２の間の実際の測定ノイズを正確に推定しないことがある。
【0075】
また、本発明による特徴づけ方法は、これまでの較正の取り組み方法のように分析物Ａが存在しない状態ではなく、分析物Ａが存在する状態で寄生種Ｐと受容体の相互作用から測定ノイズを推定するという考え方に基づく。このために、特徴づけ方法は最初に、同じ化学種を、すなわち、同じ分析物Ａおよび同じ寄生種Ｐを含有するが、一方の獲得ｎからｎ＋１へ相対濃度ΔｃＰ（ｎ）が異なる、Ｎの異なるガス試料に関して有用な信号Ｓｕ（ｎ，ｍ）（ｔ）の定常値Ｓｕ（ｎ，ｍ）ｆを獲得するステップを伴う。
【0076】
特徴づけ方法の次の例では、この最適化問題は、２段階で解決でき、これは、第１の実施形態（図４および図５の流れ図）である。あるいは、この最適化問題は、１段階で解決でき、これは、第２の実施形態（図６の流れ図）である。当然のことながら、この最適化問題を解決する他の方法が可能である。
【0077】
図４は、注入フェーズＰｈ１とＰｈ２の間の、非ゼロの相対濃度度ΔｃＰに関連する測定ノイズを低減する、またはさらには排除することにより、分析物Ａの特徴づけの品質を改善可能にする第１の実施形態による、分析物Ａを特徴づけるための方法の流れ図である。ガス試料は分析物Ａを含有し、さらにまた少なくとも１つの寄生化学種Ｐを含有する。この例では、寄生種Ｐは、水分子であるが、とりわけエタノールおよび硫化水素などの１つまたは複数の他の寄生種であってよい。
【0078】
上記で示すように、第１のフェーズ１００では、ガス試料のＮの最初のシグネチャ（補正されていないシグネチャ）を獲得し、したがって、これらのシグネチャは、分析物Ａおよび寄生種Ｐと受容体の相互作用を表す。次いで、第２のフェーズ２００では、分析物Ａだけを特徴づける補正されたシグネチャを得るために、第１のシグネチャでの寄生種Ｐの寄与を推定するように最適化問題を解決する。
【0079】
フェーズ１００：分析物Ａおよび寄生種Ｐを含有するガス試料の、Ｎ＞１であるＮの第１のシグネチャの獲得。
【0080】
次のステップ１１０～１４０は、Ｎ回行われ、Ｎ＞１であり、異なるガス試料に関して毎回、これらのＮのガス試料は、分析物Ａおよび寄生種Ｐを含有し、注入フェーズＰｈ２の間に少なくとも寄生種Ｐの濃度ｃＰだけ互いに異なる。各獲得フェーズは、１～Ｎの範囲に及ぶ非ゼロ整数であるインジケータｎにより示される。Ｎの値が大きければそれだけ水シグネチャの推定値の品質、したがって、第１のシグネチャの補正はよくなることに留意されたい。
【0081】
第１のステップ１１０では、測定チャンバの中にキャリアガスＧ（ｎ）を注入し、これは、上記で言及する流体注入フェーズＰｈ１である。キャリアガスＧ（ｎ）は、分析物Ａを含有しない。キャリアガスＧ（ｎ）は、寄生種Ｐを含有してもしなくてもよく、したがって、濃度ｃＰ（ｎ）ｉは、非ゼロであってもゼロであってもよい。キャリアガスＧ（ｎ）はまた、他の化学種を含んでよいが、他の化学種は、感応性部位６ｍの受容体と吸着／脱着式相互作用が実際にあるので、いわゆる寄生有ではない。
【0082】
次いでガス試料Ｅ（ｎ）を測定チャンバの中に注入し、これは、上記で言及する流体注入フェーズＰｈ２である。ランクｎのガス試料Ｅ（ｎ）は、濃度ｃＡ（ｎ）の分析物Ａおよび濃度ｃＰ（ｎ）ｆの寄生種Ｐを含む。この場合もまた、ガス試料は、受容体と相互作用しない科学寄生種を含んでよい。また、分析物Ａおよび寄生種Ｐだけは、受容体と相互作用し、測定信号Ｓ（ｎ，ｍ）（ｔ）の変動を生じさせる。
【0083】
ステップ１２０では、ステップ１１０と平行して、感応性部位６ｍに関連する測定信号Ｓ（ｎ，ｍ）（ｔ）を決定し、ｍは１～Ｍの範囲に及び、Ｍ＞１である。したがって、これらの測定信号Ｓ（ｎ，ｍ）（ｔ）は、流体注入フェーズＰｈ１（キャリアガスＧ（ｎ）だけ）では寄生種Ｐの相互作用を表し、次いで流体注入フェーズＰｈ２（ガス試料Ｅ（ｎ））では分析物Ａおよび寄生種Ｐの相互作用を表す。
【0084】
ステップ１３０では、キャリアガスに関連する基準値Ｓ（ｎ，ｍ）ｉ（ベースライン）は、注入フェーズＰｈ１で決定され、注入フェーズＰｈ２で決定された測定信号Ｓ（ｎ，ｍ）（ｔ）の定常値Ｓ（ｎ，ｍ）ｆから減算される。このように、ｍの感応性部位ごとに、ランクｎの獲得に関してガス試料Ｅ（ｎ）に関連するシグネチャＳｕ（ｎ，ｍ）ｆ＝Ｓ（ｎ，ｍ）ｆ－Ｓ（ｎ，ｍ）ｉを得る。
【0085】
ステップ１４０では、注入フェーズＰｈ１での種Ｐの濃度の値ｃＰ（ｎ）ｉを測定し、次いで注入フェーズＰｈ２での値ｃＰ（ｎ）ｆ、および濃度の差（または相対濃度）ΔｃＰ（ｎ）＝ｃＰ（ｎ）ｆ－ｃＰ（ｎ）ｉを決定する。
【0086】
１～Ｎの範囲に及ぶＮ，および１～Ｍの範囲に及ぶｍについて、Ｎの第１のシグネチャＳｕ（ｎ，ｍ）ｆを得るように、先行するステップをＮ回繰り返す。一方の反復から他方の反復まで、したがって、ｎとｎ＋１の間、対応するガス試料Ｅ（ｎ）およびＥ（ｎ＋１）は、本質的に差ΔｃＰ（ｎ）≠ΔｃＰ（ｎ＋１）だけ互いに異なり、したがって、互いに異なる値を有するＮの差ΔｃＰが存在する。分析物Ａの濃度ｃＡは、一方のガス試料から他方のガス試料まで変動しても変動しなくてもよいことに留意されたい。
【0087】
【0088】
フェーズ２００：Ｎのガス試料内に存在する分析物Ａを特徴づける、Ｎの補正されたシグネチャを得るために、最適化問題を解決する。
【0089】
【0090】
【0091】
を最小化し、目的関数
【0092】
【0093】
【0094】
ステップ２１０では、以下の最適化問題を解決する。
【0095】
【0096】
換言すれば、
【0097】
【0098】
【0099】
【0100】
の間で二乗誤差を最小化するステップを伴う。
関数ｆ（および関数ｇ）は、ここでは「コスト関数」と呼ばれるが、さらにまた「コスト」、「目的関数」、「目的物」、またはさらには「基準」とも呼ぶことができる。コスト関数ｆを最小化することは、関数－ｆを最大化することと等化であることに留意されたい。
【0101】
最適化問題を解決するためのさまざまな公知の技法を、たとえば、パラメータすべてに関する勾配降下法（ｇｒａｄｉｅｎｔ ｄｅｓｃｅｎｔ）、またはその他のパラメータを固定して考慮することにより各パラメータを最適化するブロック勾配降下法（ｂｌｏｃｋ ｇｒａｄｉｅｎｔ ｄｅｓｃｅｎｔ）を実装できる。２つの事例では、最適条件を見つけ出すことを困難にする目的関数の非凸性に起因して、初期条件をランダムに選択することから始める必要がある。
【0102】
ステップ２２０では、以下の最適化問題を解決する。
【0103】
【0104】
【0105】
【0106】
であるようにコスト関数ｇを最大化するステップからなる。
【0107】
このために、ステップ２２１では、Ｑの局所解
【0108】
【0109】
【0110】
【0111】
【0112】
ステップ２２２では、次いでＱの局所解からどの解ｑｆが最小分散スコアを有するか決定する。
分散スコアはこの場合、局所解ごとの共分散行列のトレース、すなわち、局所解ｑごとのｍの各センサの分散の合計である。より詳細には、分散スコアは、１つの乗法因子
【0113】
【0114】
【0115】
【0116】
【0117】
方法は、Ｎの第１のシグネチャを獲得するフェーズ１００を含む。このフェーズ１００は、図４を参照して記述したフェーズと同一、またはそれに類似し得る。したがって、フェーズ１００は、ステップ１１０～１５０を含んでよく、したがって、ここで再度詳細に示さない。
【0118】
方法はこの場合、コスト関数ｆを最小化するステップ、および次いでコスト関数ｇを最大化するステップからなる最適化問題を解決するステップからなるフェーズ２００を含む。コスト関数ｆを最小化するステップ２１０は、すでに記述したステップと同一であってよく、ここで再度説明しない。
【0119】
ステップ２３０は、ステップ２１０の後に得たＱの局所解からコスト関数ｇを最大化するステップからなる。ステップ２３０はこの場合、すでに決定した局所解から解を決定し、
【0120】
【0121】
であるようにコスト関数ｇを最大化するステップからなる。
【0122】
【0123】
【0124】
【0125】
【0126】
【0127】
【0128】
【0129】
【0130】
方法は、Ｎの第１のシグネチャを獲得するフェーズ１００を含む。このフェーズ１００は、図４を参照して記述するフェーズと同一、またはそれに類似すし得る。フェーズ１００は、ステップ１１０～１５０を含んでよく、したがって、ここで再度詳細に記述しない。
【0131】
方法はこの場合、同時にコスト関数
【0132】
【0133】
を最小化しコスト関数
【0134】
【0135】
を最大化するステップからなる最適化問題を解決するフェーズ３００を含む。これは以下の関数Ｊを最小化するステップになる。
【0136】
【0137】
ここでは、収束条件付の反復アルゴリズムによりこの最適化問題を解決する。このように、初期化ステップ３１１の後、収束基準が検証されるまでステップ３１２および３１３を反復して遂行する。したがって、各初期化が（局所解ではない）大域解につながるので、多数のランダムな初期化を遂行する必要がない。
【0138】
【0139】
【0140】
【0141】
【0142】
【0143】
方法は、収束するまで関数ｈを連続して適用することになる。
【0144】
【0145】
【0146】
【0147】
【0148】
【0149】
【0150】
【0151】
である。
【0152】
ステップ３１４では、収束基準が検証されたかどうかを判断する。これは、変数の一方および／または他方のｉとｉ＋１の間の変動と事前に規定されたしきい値を比較するステップを伴う。この変動がこのしきい値よりも大きいとき、インジケータｉを１単位だけ増分することによりステップ３１２および３１３を繰り返す。逆に、この変動がしきい値以下であるとき、次のステップを遂行する。
【0153】
ステップ３２０では、
【0154】
【0155】
【0156】
【0157】
フェーズ１００のＮの獲得の間に決定した差ΔｃＰ（ｎ）は、より大きな、またはより小さな変動の大きさを有してよく、この変動の大きさは、最大偏差ｍａｘ（ΔｃＰ（ｎ））と最小偏差ｍｉｎ（ΔｃＰ（ｎ））の間の差として画定されることに留意されたい。たとえば１０％のオーダーの小さな変動の大きさではこの場合、より正確な結果を与える第２の実施形態による特徴づけ方法を使用することは有利である。
【0158】
図７Ａは、異なる濃度の寄生種Ｐが存在する状態で分析物Ａを表す３つの補正されていないシグネチャＳｕ１、Ｓｕ２、およびＳｕ３を例示する。これらの例では、分析物Ａは、ブタノールであり、寄生種Ｐは、気相の水（湿った空気）である。シグネチャＳｕ１（点線）は、３６．５％の偏差ΔｃＰ，１に対応し、シグネチャＳｕ２（破線）は、３３．５％の偏差ΔｃＰ，２に対応し、シグネチャＳｕ３（実線）は、－１％の偏差ΔｃＰ，３に対応する。
【0159】
図７Ｂは、第２の実施形態による特徴づけ方法の第２のフェーズ３００を用いてシグネチャＳｕ１およびＳｕ２を補正することにより得た、２つの補正されたシグネチャＳｕｃ１およびＳｕｃ２を例示する。ここでは比較のために、補正されていないシグネチャＳｕ３を再現する（しかし最適化で使用されない）。小さな変動ΔｃＰは、基準値Ｓｍ，ｆを減算したのでシグネチャＳｕにほとんど影響を及ぼさないことに留意されたい。補正されたシグネチャＳｕｃ１（点線）およびＳｕｃ２（破線）は、実質的に併合され、シグネチャＳｕ３（実線）に近いことを理解でき、このように、寄生種Ｐと受容体の相互作用につながる影響は補正されているという事実を例示している。
【0160】
上記で特定の実施形態について記述してきた。さまざまな変形形態および修正形態が当業者に明らかになるであろう。
【0161】
このように、上記で示すように、獲得フェーズ１００の間に使用するガス試料は、複数の寄生化学種Ｐ１、Ｐ２、…を含み得る。また、ステップ１４０の間、注入フェーズＰｈ１およびＰｈ２の間にこれらの異なる寄生種の濃度を測定し、次いで偏差ΔｃＰ１、ΔｃＰ２、…を決定する。補正フェーズ２００および３００はこの場合、上記で記述したものに類似し、目的関数
【0162】
【0163】
の最適化に基づく。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【国際調査報告】