DE69738217T2

DE69738217T2 - Sensoren zur feststellung von analyten in flüssigkeiten

Info

Publication number: DE69738217T2
Application number: DE69738217T
Authority: DE
Inventors: Nathan S. LaCanada LEWIS; Erik Severin
Original assignee: California Institute of Technology CalTech
Current assignee: California Institute of Technology CalTech
Priority date: 1996-08-14
Filing date: 1997-08-11
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2017-08-12
Also published as: EP0918986B1; NZ334530A; CA2264839C; US6093308A; AU718677B2; CA2264839A1; ATE376181T1; US5911872A; AU4060297A; WO1998007024A1; US6331244B1; US5788833A; EP0918986A1; DE69738217D1

Description

Die für die vorliegende Patentanmeldung getätigte Forschung wurde teilweise durch Fördergelder von der National Science Foundation (CHE 9202583) gefördert, diese wurde während der im Rahmen eines bestehenden NASA-Vertrags getätigten Arbeit angefertigt und unterliegt den Bestimmungen des Public Law 96–517 (35 U.S.C. § 202). Die Regierung kann Rechte an jedem für diese Anmeldung erteilten Patent haben.
EINFÜHRUNG
Technisches Gebiet der Erfindung
Das technische Gebiet der vorliegenden Erfindung betrifft elektrische Sensoren zum Detektieren von Analyten in Fluiden.
Hintergrund
Es besteht ein beträchtliches Interesse an der Entwicklung von Sensoren, welche als Analoga für das olfaktorische Säugetiersystem (Lundström et al. (1991) Nature 352: 47–50; Shurmer und Gardner (1992) Sens. Act. B 8: 1–11) agieren. Es wird erachtet, dass dieses System probabilistische Repertoires vieler verschiedener Rezeptoren nutzt, um einen einzelnen Riechstoff zu erkennen (Reed (1992) Neuron 8: 205–209; Lancet und BenAirie (1993) Curr. Biol. 3: 668–674). In einer solchen Konfiguration liegt die Last der Erkennung nicht, wie in dem traditionellen molekularen "Schloss- und Schlüssel-"Erkennungsansatz zum chemischen Erkennen, auf hochspezifischen Rezeptoren, sondern liegt anstatt dessen auf der Verarbeitung verteilter Muster der olfaktorischen Zwiebel und des Gehirns (Kauer (1991) TINS 14: 79–85, DeVries und Baylor (1993) Cell 10(S): 139–149). Frühere Versuche, eine breit antwortende Sensoranordnung herzustellen, nutzten Dünnfilmwiderstände aus erhitztem Metalloxid (Gardner et al. (1991) Sens. Act. B 4: 117–121; Gardner et al. (1991) Sens. Act. B 6: 71–75; Corcoran et al. (1993) Sens. Act. B. 15: 32–37), Polymersorptionsschichten auf den Oberflächen von Resonatoren für akustische Wellen (Grate und Abraham (1991) Sens. Act. B 3: 85–111; Grate et al. (1993) Anal. Chem. 65: 1868–1881), Anordnungen von elektrochemischen Detektoren (Stetter et al. (1986) Anal. Chem. 58: 860–866; Stetter et al. (1990) Sens. Act. B 1: 43–47; Stetter et al. (1993) Anal. Chem. Acta 284: 1–11) oder leitende Polymere (Pearce et al. (1993) Analyst 118: 371–377; Shurmer et al. (1991) Sens. Act. B 4: 29–33). Anordnungen von Metalloxiddünnfilmwiderständen, welche üblicherweise auf SnO₂-Filmen basieren und welche mit verschiedenen Katalysatoren beschichtet worden sind, erzielen für verschiedene Dämpfe unterschiedliche diagnostische Antworten (Gardner et al. (1991) Sens. Act. B 4: 117–121; Gardner et al. (1991) Sens. Act. B 6: 71–75; Corcoran et al. (1993) Sens. Act. B 15: 32–37). Aufgrund des mangelnden Verständnisses der Katalysatorfunktion erlauben allerdings SnO₂-Anordnungen keine gute chemische Steuerung der Antwort von Elementen in den Anordnungen und auch keine Reproduzierbarkeit der Antwort von Anordnung zu Anordnung. Resonatoren für akustische Oberflächenwellen sind sowohl für Änderungen der Massenimpedanz als auch für Änderungen der akustischen Impedanz der Beschichtungen in Anordnungselementen extrem empfindlich; allerdings ist der Signaltransduktionsmechanismus mit ziemlich komplizierter Elektronik verbunden und benötigt eine Frequenzmessung bis zu 1 Hz, während in dem Kristall eine 100 MHz Rayleigh-Welle aufrechterhalten wird (Grate und Abraham (1991) Sens. Act. B 3: 85–111; Grate et al. (1993) Anal. Chem. 65: 1868–1881). Es sind Versuche unternommen worden, um Sensoren mit leitenden Polymerelementen zu konstruieren, welche durch nominell identische Polymerfilme und -beschichtungen elektrochemisch gezüchtet worden sind (Pearce et al. (1993) Analyst 118: 371–377; Shurmer et al. (1991) Sens. Act. B 4: 29–33; Topart und Josowicz (1992) J. Phys. Chem. 96: 7824–7830; Charlesworth et al. (1993) J. Phys. Chem. 97: 5418–5423).
Die WO 96 07091 A beschreibt einen Erkennungssensor, welcher eine Vielzahl von unterschiedlich antwortenden Chemoresistorelementen enthält.
Die US 4,584,867 beschreibt einen Sensor und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines breit antwortenden Analyt-Detektionssensors basierend auf einem oder mehreren "Chemiresistor"-Elementen. Solche Elemente werden einfach hergestellt und werden einfach chemisch modifiziert, um auf einen breiten Bereich von Analyten zu antworten bzw. zu reagieren. Solche Elemente können auch auf eine Temperatur- und Stromänderung antworten bzw. reagieren. Des Weiteren erzielen diese Sensoren ein schnelles elektrisches Schwachstrom-Gleichstromsignal als Reaktion auf das interessierende Fluid und deren Signale können leicht mit auf Software oder Hardware basierenden neuronalen Netzwerken zum Zwecke der Analytidentifikation integriert werden.
Relevante Literatur
Pearce et al. (1993) Analyst 118: 371–377 und Gardner et al. (1994) Sensors and Actuators B 18–19: 240–243 beschreiben auf Polypyrrol basierende Sensoranordnungen zum Messen von Bieraroma. Shurmer (1990) beschreibt in dem US Patent Nr. 4,907,441 allgemeine Sensoranordnungen mit bestimmter elektrischer Schaltung.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt gemäß den Patentansprüchen 1 und 7 eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Detektieren und Identifizieren von Analyten in Fluiden dar. Gemäß der vorliegenden Erfindung konnten eine Vielzahl von hinsichtlich ihrer Zusammensetzung identischen Sensoren, wobei jeder von diesen während der Messperiode bei einer unterschiedlichen Temperatur gehalten wurde, eingesetzt werden, um bei verschiedenen Konzentrationen eines Dampfes Signale oberhalb des Schwellenwerts zu erzeugen, um damit die Quantifizierung verschiedener Bereiche der Dampfkonzentration zu unterstützen, während für einen einzelnen Sensor immer noch eine lineare Antwort der Konzentration gegenüber der Dampfkonzentration (in dem gering schwellenden System) aufrechterhalten wurde. Des Weiteren kann gemäß der vorliegenden Erfindung die unterschiedliche Reaktion von hinsichtlich ihrer Zusammensetzung identischer Sensoren bei verschiedenen Temperaturen eingesetzt werden, um eine Klassifizierung und eine Identifikation von Informationen als Basis für die Ausgangssignatur der Sensoranordnung zu liefern. Im Allgemeinen werden Kombinationen von hinsichtlich ihrer Zusammensetzung unterschiedlichen Sensoren bei einer Vielzahl von unterschiedlichen Temperaturen aus einem gegebenen Satz von Sensormaterialien einen wünschenswerteren, informationsreicheren Datensatz ergeben als Messungen bei einer festgesetzten Temperatur, so dass solche Anordnungen daher brauchbar zum Zwecke der Detektion, der Identifikation und der Quantifizierung eines bestimmten Analyten genutzt werden können. Gemäß einer Ausführungsform umfassen die Vorrichtungen einen chemischen Sensor, welcher erste und zweite leitende Elemente (beispielsweise elektrische Leitungen) enthält, welche mit einem chemisch sensitiven Widerstand elektrisch gekoppelt sind, welcher zwischen den leitenden Elementen einen elektrischen Pfad schafft. Der Widerstand enthält eine Vielzahl von alternierenden, nicht leitenden Bereichen (welche ein nicht leitendes organisches Polymer enthalten) sowie leitenden Bereichen (welche ein leitendes Material enthalten). Der elektrische Pfad zwischen den ersten und zweiten leitenden Elementen ist quer zu der (d. h. er läuft durch die) Vielzahl von alternierenden nicht leitenden und leitenden Bereiche. Bei der Verwendung liefert der Widerstand einen Unterschied in dem elektrischen Widerstand zwischen den leitenden Elementen, wenn mit einer Flüssigkeit, welche einen chemischen Analyten in einer ersten Konzentration enthält, kontaktiert, als wenn dieser mit einer Flüssigkeit, welche den chemischen Analyten in einer zweiten, unterschiedlichen Konzentration enthält, kontaktiert wird.
Der elektrische Pfad durch einen vorgegebenen nicht leitenden Bereich weist üblicherweise eine Länge in einer Größenordnung von 100 Angström auf und liefert über den Bereich einen elektrischen Widerstand in der Größenordnung von 100 mΩ. Die Variabilität in der chemischen Sensitivität zwischen Sensor und Sensor wird zweckdienlicherweise durch qualitatives oder quantitatives Variieren der Zusammensetzung der leitenden und/oder nicht leitenden Bereiche erreicht. Beispielsweise wird das leitende Material bei einer Ausführungsform in jedem Widerstand konstant gehalten (beispielsweise dasselbe leitende Material, wie beispielsweise Polypyrrol), wohingegen sich das nicht leitende organische Polymer zwischen den Widerständen unterscheidet (unterschiedliche Kunststoffe, wie beispielsweise Polystyrol).
Anordnungen solcher Sensoren werden aus wenigstens zwei Sensoren konstruiert, welche chemisch unterschiedlich empfindliche Widerstände, welche verschiedene Unterschiede in dem Widerstand erzeugen, aufweisen. Eine elektronische Nase zum Detektieren eines Analyten in einem Fluid kann durch Verwendung solcher Anordnungen in Verbindung mit einem elektrischen Messgerät, welches mit den leitenden Elementen jedes Sensors elektrisch verbunden ist, konstruiert werden. Solche elektronischen Nasen können eine Vielzahl von zusätzlichen Bauteilen, einschließlich Mitteln zum Aufzeichnen der zeitlichen Antwort jedes Sensors, Mittel zum Zusammensetzen und Mittel zum Analysieren von Sensordaten, um die Analytidentität zu bestimmen, etc. enthalten. Es werden auch Verfahren zum Herstellen und zum Verwenden der offenbarten Sensoren, Anordnungen und elektrischen Nasen bereitgestellt.
In einer anderen Ausführungsform umfasst der Sensor zum Detektieren der Anwesenheit eines chemischen Analyten in einem Fluid einen chemisch sensitiven Widerstand, welcher mit einem elektrischen Messgerät elektrisch verbunden ist, wobei sich der Widerstand in thermischer Verbindung mit einer Temperatursteuervorrichtung befindet. Der chemisch sensitive Widerstand enthält eine Mischung eines nicht leitenden organischen Polymers und eines leitenden Materials, welches von dem nicht leitenden organischen Polymer hinsichtlich seiner Zusammensetzung verschieden ist und durch dieses hindurch einen elektrischen Pfad schafft. Der chemisch empfindliche Widerstand weist, wenn mit einem Fluid, welches einen bestimmten chemischen Analyten enthält, kontaktiert, bei unterschiedlichen Temperaturen (T_m) unterschiedliche elektrische Widerstände (R_m) auf.
Solche Sensoren bewirken auch, dass diese, wenn mit einem Fluid, welches einen chemischen Analyten enthält, kontaktiert, bei einer Frequenz ω_m eine elektrische Impedanz Z_m aufweisen, wobei m eine ganze Zahl von größer als 1 ist und ω_m nicht 0 ist. Schließlich können solche Sensoren, wenn diese mit einem Fluid, welches einen chemischen Analyten enthält, in Kontakt befindlich sind, auch eine elektrische Impedanz Z_m,n bei einer Frequenz ω_m und bei einer Temperatur T_n aufweisen, wobei m und/oder n eine ganze Zahl von größer als 1 ist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Verwenden solcher Sensoren für die Detektion eines chemischen Analyten in einem Fluid.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die 1A zeigt einen Überblick über die Sensorgestaltung; die 1B zeigt einen Überblick über den Sensorbetrieb; die 1C zeigt einen Überblick über den Systembetrieb.
Die 2 zeigt ein zyklisches Voltammogram einer mit Polypyrrol beschichteten Platinelektrode. Der Elektrolyt war 0,10 M [(C₄H₉)₄N]⁺[ClO₄]^– in Acetonitril, wobei eine Abtastrate von 0,10 V Sek^–1 eingesetzt worden ist.
Die 3A zeigt ein optisches Spektrum eines durch Tauchzentrifugen-Beschichtung (Spin Coating) beschichteten Polypyrrolfilms, welcher mit Methanol gewaschen worden ist, um überschüssiges Pyrrol und reduzierte Phosphormolybdänsäure zu entfernen. Die 3B zeigt das optische Spektrum eines durch Spin Coating beschichteten Polypyrrolfilms auf Indium-Zinn-Oxid nach 10 Spannungszyklen zwischen +0,70 und –1,00 V gg. SCE in 0,10 M [(C₄H₉)₄N]⁺[ClO4]^– in Acetonitril bei einer Abtastgeschwindigkeit von 0,10 V Sek.^–1. Die Spektren wurden in 0,10 M KCl – H₂O erhalten.
Die 4A ist ein schematisches Diagramm einer Sensoranordnung, welches eine Vergrößerung eines der modifizierten Keramik-Kondensatoren, welche als Fühlerelemente eingesetzt wurden, zeigt. Die Antwortmuster, welche durch die in der Tabelle 3 beschriebene Sensoranordnung erzeugt worden sind, sind dargestellt für: 4B Aceton; 4C Benzol und 4D Ethanol.
Die 5 ist eine Hauptbestandteil-Analyse von autoskalierten Daten aus einzelnen Sensoren, welche unterschiedliche Weichmacher enthielten. Die Zahlen in der oberen rechten Ecke eines jeden Quadrats beziehen sich auf verschiedene in der Tabelle 3 beschriebene Sensorelemente.
Die 6A und 6B sind Hauptbestandteil-Analysen von aus allen Sensoren (Tabelle 3) erhaltenen Daten. Die Bedingungen und die Symbole sind mit denen der 5A–5D identisch. Die 6A zeigt die für die drei ersten Hauptbestandteile pc1, pc2 und pc3 wiedergegebenen Daten, wohingegen die 6B die für pc1, pc2 und pc4 wiedergegebenen Daten zeigt. Ein höherer Grad an Unterscheidungsvermögen zwischen einigen Lösungsmitteln könnte durch Berücksichtung des vierten Hauptbestandteils erhalten werden, wie in der 6B durch größere Abstände zwischen Chloroform, Tetrahydrofuran und Isopropylalkohol dargestellt.
Die 7A ist eine graphische Wiedergabe des Acetonpartialdrucks (O) als eine Funktion des ersten Hauptbestandteils, der linearen Kleinsten-Quadrat-Anpassung (linear least square fit) (––––) zwischen dem Partialdruck von Aceton und dem ersten Hauptbestandteil (P_a = 8,26·pc1 + 83,4, R² = 0,989) sowie des Acetonpartialdrucks (+) vorhergesagt aus einer linearen Kleinsten-Quadrat-Anpassung zwischen dem Partialdruck von Aceton und den ersten drei Hauptbestandteilen (P_a = 8,26·pc1 – 0,673·pc2 + 6,25·pc3 + 83,4, R² = 0,998). Die 7B ist eine graphische Darstellung des Molenbruchs von Methanol, x_m, (O) in einer Methanol-Ethanol-Mischung als eine Funktion des ersten Hauptbestandteils, der linearen Kleinsten-Quadrat-Anpassung (––––––) zwischen x_m und dem ersten Hauptbestandteil (x_m = 0,112·pc1 + 0,524, R² = 0,979) sowie des x_m vorhergesagt aus einer multilinearen Kleinsten-Quadrat-Anpassung (+) zwischen x_m und den ersten drei Hauptbestandteilen (x_m = 0,112·pc1 – 0,033·pc2 – 0,0444·pc3 + 0,524, R² = 0,987).
Die 8 ist die Antwort des elektrischen Widerstandes eines Poly-N-vinylpyrrolidon: Ruß (20 Gew.-% Ruß) Sensorelements gegenüber Methanol, Aceton und Benzol. Der Analyt wurde bei t = 60 Sek. für 60 Sek. eingeführt. Jede Spur ist durch den elektrischen Widerstand des Sensorelements (ungefähr 125 Ω) vor jeder Exposition normalisiert.
Die 9 ist die Antwort einer auf Ruß basierenden Sensoranordnung mit 10 Elementen für die drei ersten Hauptbestandteile. Die nicht leitenden Bestandteile der Ruß-Verbundstoffe, welche eingesetzt worden sind, sind in der Tabelle 3 zusammengefasst und die Widerstände enthielten 20 Gew.-% Ruß.
Die 10 ist eine schematische Darstellung des eingesetzten Sensors, um den Effekt der Temperatur auf verschiedene elektrische Widerstand-Antworten gegenüber unterschiedlichen chemischen Analyten zu messen.
Die 11A–11M sind graphische Widergaben der in der Tabelle 6 dargestellten Daten, welche die durchschnittlichen elektrischen Widerstände sind, welche von jedem eingesetzten Sensor und für jeden der acht untersuchten Analyten gemessen worden sind.
Die 12A–12M sind graphische Widergaben der in der Tabelle 7 wiedergegebenen Daten, welche die normalisierten durchschnittlichen Widerstände sind, welche von jedem der eingesetzten Sensoren und für jede der acht untersuchten Analyten gemessen worden sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt Sensoranordnungen zum Detektieren eines Analyten in einem Fluid zur Verwendung in Verbindung mit einer elektrischen Messvorrichtung bereit. Diese Anordnungen umfassen eine Vielzahl von hinsichtlich ihrer Zusammensetzung verschiedenen chemi schen Sensoren. Jeder Sensor enthält wenigstens erste und zweite leitende Leitungen, welche durch einen chemisch empfindlichen Widerstand elektrisch miteinander gekoppelt und voneinander getrennt sind. Die Leitungen können aus jedem herkömmlichen leitenden Material, üblicherweise aus einem Metall, bestehen und können miteinander verschachtelt sein, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu maximieren.
Der Widerstand umfasst eine Vielzahl von alternierenden, nicht leitenden und leitenden Bereichen, welche zwischen den leitenden Leitungen quer zu dem elektrischen Pfad angeordnet sind. Im Allgemeinen werden die Widerstände durch Vermischen eines leitenden Materials mit einem nicht leitenden organischen Polymer so hergestellt, dass der mit dem Widerstand gekoppelte elektrisch leitende Pfad zwischen den Leitungen durch Spalte bzw. Zwischenräumen aus nicht leitendem organischen Polymermaterial unterbrochen ist. Beispielsweise liefern in einer kolloidalen Suspension oder Dispersion von partikulärem leitenden Material in einer Matrix von nicht leitendem organischen Polymermaterial die die Partikel voneinander trennenden Matrixbereiche die Zwischenräume bzw. Spalte. Die nicht leitenden Spalte weisen eine Pfadlänge in einem Bereich zwischen ungefähr 10 und 1.000 Angström, üblicherweise eine Pfadlänge in der Größenordnung von 100 Angström, auf, was einzelne elektrische Widerstände von ungefähr 10 bis 1.000 mΩ, üblicherweise in einer Größenordnung von 100 mΩ, über jede Spalte liefert. Die Pfadlänge und der Widerstand einer vorgegebenen Spalte ist nicht konstant; vielmehr wird erachtet, dass sich diese verändern, wenn das nicht leitende organische Polymer des Bereiches einen Analyten absorbiert, adsorbiert oder einbettet. Dementsprechend ist der durch diese Spalte geschaffene dynamische Aggregatwiderstand in einem vorgegebenen Widerstand eine Funktion der Analytdurchdringung der nicht leitenden Bereiche. In einigen Ausführungsformen kann das leitende Material auch zu dem dynamischen Ag gregatwiderstand als eine Funktion der Analytdurchdringung beitragen (beispielsweise wenn das leitende Material ein leitendes organisches Polymer, wie beispielsweise Polypyrrol, ist).

Es kann eine große Vielzahl von leitenden Materialien und nicht leitenden organischen Polymermaterialien eingesetzt werden. Die Tabelle 1 zeigt beispielhafte leitende Materialien für die Verwendung bei der Widerstandsherstellung, wobei auch Mischungen, wie solche der aufgelisteten Materialien, eingesetzt werden können. Die Tabelle 2 zeigt exemplarische nicht leitende Polymermaterialien, wobei auch Mischungen und Copolymere, wie beispielsweise solche der hier aufgelisteten Polymere, eingesetzt werden können. Wie nachfolgend dargelegt können die Mischungen, Konzentrationen, Mischungsstöchiometrien, Perkolationsschwellenwerte etc. durch Herstellen und Untersuchen von Prototypwiderständen (Chemiwiderstände) empirisch bestimmt werden. TABELLE 1

Hauptklasse	Beispiele
Organische Leiter	Leitende Polymere (Polyaniline, Polythiophene, Polypyrrole, Polyacetylene, etc.), kohlenstoffhaltige Materialien (Ruße, Graphit, Koks, C₆₀, etc.), Ladungstransferkomplexe (Tetramethylparaphenylendiaminchloranil, Alkalimetalltetracyanochinolindimethankomplexe, Tetrathiofulvalenhalogenidkomplexe etc.), etc.
Anorganische Leiter	Metall und Metalllegierungen (Ag, Au, Cu, Pt, AuCu-Legierung, etc.), hoch dotierte Halbleiter (Si, GaAs, InP, MoS₂, TiO₂, etc.), leitende Metalloxide (In₂O₃, SnO₂, Na_xPt₃O₄ etc.), Superleiter (YBa₂Cu₃O₇, Tl₂Ba₂Ca₂Cu₃O₁₀ etc.), etc.
Vermische anorganische/organische Leiter	Tetracyanoplatinkomplexe, Iridiumhalocarbonylkomplexe, gestapelte makrozyklische Komplexe etc.

TABELLE 2

Hauptklasse	Beispiele
Kohlenstoff-Hauptketten-Polymere	Polydiene, Polyalkene, Polyacrylate, Polymethacrylate, Polyvinylether, Polyvinylthioether, Polyvinylalkohole, Polyvinylketone, Polyvinylhalogenide, Polyvinylnitrile, Polyvinylester, Polystyrole, Polyarylene, etc.
azyklische Heteroatom-Hauptketten-Polymere	Polyoxide, Polycarbonate, Polyester, Polyanhydride, Polyurethane, Polysulfonate, Polysiloxane, Polysulfide, Polythioester, Polysulfone, Polysulfonamide, Polyamide, Polyurethane, Polyphosphazene, Polysilane, Polysilazane, etc.
heterozyklische Hauptketten- Polymere	Polyfurantetracarbonsäurediimide, Polybenzooxazole, Polyoxadiazole, Polybenzothiazinphenothiazine, Polybenzothiazole, Polypyrazinchinoxaline, Polypyromellitimide, Polychinoxaline, Polybenzimidazole, Polyoxindole, Polyoxoisoindole, Polydioxoisoindole, Polytriazine, Polypyridazine, Polypiperazine, Polypyridine, Polypiperidine, Polytriazole, Polypyrazole, Polypyrrolidine, Polycarbonrane, Polyoxabicyclononane, Polydibenzofurane, Polyphthalide, Polyacetale, Polyanhydride, Kohlenhydrate, etc.

Die Chemiwiderstände können durch viele Techniken hergestellt werden, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf Lösungsgießen, Suspensionsgießen und mechanisches Vermischen. Im Allgemeinen sind die Lösungsgusswege wegen der einfachen Verarbeitung bevorzugt, und deshalb, weil diese homogenen Strukturen liefern. Widerstandselemente können bei den Lösungsgusswegen einfach durch Spin-, Sprüh- oder Tauchbeschichtung hergestellt werden. Weil alle Elemente des Widerstands löslich sein müssen, sind die Lösungsgusswege allerdings in ihrer Anwendbarkeit ein wenig eingeschränkt. Auch das Suspensionsgießen erlaubt die Möglichkeit der Spin-, Sprüh- oder Tauchbeschichtung; allerdings werden heterogenere Strukturen als mit dem Lösungsgießen erwartet. Für das mechanische Vermischen bestehen keine Löslichkeitsbeschränkungen, weil dieses lediglich das physikalische Vermischen der Widerstandsbestandteile umfasst; allerdings ist die Herstellung der Vorrichtungen schwieriger, weil Spin-, Sprüh- und Tauchbeschichtung nicht länger möglich sind. Eine detailliertere Erörterung jeder dieser Verfahren folgt nachfolgend.
Für Systeme, in denen sowohl die leitenden als auch die nicht leitenden Medien oder ihre Reaktionsvorläufer in einem herkömmlichen Lösemittel löslich sind, können die Chemiwiderstände durch Lösungsgießen hergestellt werden. Die Oxidation von Pyrrol durch Phosphormolybdänsäure, welche hier dargelegt wird, stellt ein solches System dar. Bei dieser Reaktion werden die Phosphormolybdänsäure und das Pyrrol in Tetrahydrofuran (THF) gelöst und die Polymerisation tritt nach Verdampfung des Lösemittels ein. Dies ermöglicht es, dass die in THF löslichen nicht leitenden Polymere in dieser Reaktionsmischung gelöst werden, wodurch die Mischung in einem einzigen Schritt nach der Verdampfung des Lösemittels gebildet werden kann. Die Wahl der nicht leitenden Polymere in dieser Route ist naturgemäß auf solche beschränkt, welche in den Reaktionsme dien löslich sind. Für das zuvor beschriebene Polypyrrol wurden in THF vorläufige Reaktionen durchgeführt, aber diese Reaktion sollte für andere nicht wässrige Lösemittel, wie beispielsweise Acetonitril oder Ether, verallgemeinert werden können. Eine Vielzahl von Permutationen dieses Schemas ist für andere leitende Polymere möglich. Einige dieser sind nachfolgend aufgelistet. Gewisse leitende Polymere, wie beispielsweise substituierte Polycyclooctatetraene, sind in ihrem nicht dotierten, nicht leitenden Zustand in Lösemitteln, wie beispielsweise THF oder Acetonitril, löslich. Folglich können die Mischungen zwischen dem undotierten Polymer und dem Weichmacherpolymer durch Lösungsgießen gebildet werden. Nachfolgend kann die Dotierungsprozedur (beispielsweise Exposition gegenüber I₂-Dampf) an der Mischung durchgeführt werden, um das substituierte Polycyclooctatetraen leitend zu machen. Wiederum ist die Wahl der nicht leitenden Polymere auf solche beschränkt, welche in den Lösemitteln, in denen das undotierte leitende Polymer löslich ist, löslich sind und auf solche, welche gegenüber der Dotierungsreaktion stabil sind. Gewisse leitende Polymere können ebenfalls über ein lösliches Vorläuferpolymer synthetisiert werden. In diesen Fällen können zuerst Mischungen zwischen dem Vorläuferpolymer und dem nicht leitenden Polymer gebildet werden, gefolgt von einer chemischen Reaktion, um das Vorläuferpolymer zu dem gewünschten leitenden Polymer umzuwandeln. Beispielsweise kann Poly-p-phenylenvinylen durch einen löslichen Sulfoniumvorläufer synthetisiert werden. Mischungen zwischen diesem Sulfoniumvorläufer und dem nicht leitenden Polymer können durch Lösungsgießen gebildet werden. Nachfolgend kann die Mischung einer thermischen Behandlung unter Vakuum ausgesetzt werden, um den Sulfoniumvorläufer zu dem gewünschten Poly-p-phenylenvinylen umzusetzen.
Beim Suspensionsgießen werden eine oder mehrere der Bestandteile des Widerstandes suspendiert und die anderen in einem herkömmlichen Lösemittel gelöst. Suspensionsgießen ist eine ziemlich allgemeine Technik, welche für einen weiten Bereich von Arten, wie beispielsweise Ruße oder kolloidale Metalle, welche in Lösemitteln durch heftiges Vermischen oder Schallbehandlung suspendiert werden können, angewendet werden kann. Bei einer Anwendung des Suspensionsgießens wird das nicht leitende Polymer in einem geeigneten Lösemittel (wie beispielsweise THF, Acetonitril, Wasser, etc.) gelöst. Dann wird in dieser Lösung kolloidales Silber suspendiert und die resultierende Mischung wird eingesetzt, um die Elektroden Tauch zu beschichten.
Mechanisches Vermischen ist für alle der leitenden/nicht leitenden Kombinationen möglich. Bei dieser Technik werden die Materialien in einer Kugelmühle oder in anderen Mischvorrichtungen physikalisch miteinander vermischt. Beispielsweise werden Verbundstoffe aus Ruß und nicht leitendem Polymer durch Kugelmahlen leicht hergestellt. Wenn das nicht leitende Polymer ohne Zersetzung geschmolzen oder beträchtlich erweicht werden kann, kann das mechanische Vermischen bei erhöhter Temperatur den Mischvorgang verbessern. Alternativ dazu kann die Herstellung des Verbundstoffs manchmal durch mehrere sequentielle Hitze- und Mischschritte verbessert werden.
Einmal hergestellt, können die einzelnen Elemente für eine bestimmte Anwendung durch Verändern ihres chemischen Aufbaus und ihrer Morphologie optimiert werden. Die chemische Natur der Widerstände bestimmt, auf welche Analyten diese reagieren werden, und ihre Fähigkeit, unterschiedliche Analyten zu unterscheiden. Das relative Verhältnis von leitenden zu isolierenden Bestandteilen bestimmt die Größenordnung der Antwort, weil der Widerstand der Elemente zu sorbierten Molekülen empfindlicher wird, weil der Perkolationsschwellenwert näher kommt. Die Filmmorphologie ist für das Festlegen der Antwortcharakteristika eben falls wichtig. Beispielsweise antworten dünne Filme schneller auf Analyten als dicke Filme. Folglich können mit einem empirischen Katalog von Informationen bezüglich chemisch unterschiedlicher Sensoren, welche mit unterschiedlichen Verhältnissen von isolierenden zu leitenden Bestandteilen und durch Variation der Herstellungswege hergestellt worden sind, Sensoren ausgewählt werden, welche für die in einer bestimmten Anwendung erwarteten Analyten, deren Konzentrationen und die gewünschten Antwortzeiten geeignet sind. Eine weitere Optimierung kann dann in einer iterativen Vorgehensweise als Rückmeldung auf die Leistung einer Anordnung unter bestimmten Bedingungen durchgeführt werden.
Der Widerstand an sich kann ein Substrat zum Befestigen der Leitung oder des Widerstands ausbilden. Beispielsweise kann die strukturelle Steifigkeit des Widerstands durch eine Vielzahl von Techniken erhöht werden: durch chemische Vernetzung oder Strahlungsvernetzung der Polymerkomponenten (Dicumylperoxid-Radikalvernetzung, UV-Strahlungs-vernetzung von Polyolefinen, Schwefelvernetzung von Kautschuken, Elektronenstrahlvernetzung von Nylon etc.), durch den Einbau von Polymeren oder anderen Materialien in die Widerstände, um die physikalischen Eigenschaften zu verbessern (beispielsweise durch den Einbau eines hochmolekulargewichtigen, hohen Übergangsmetall(Tm)-Polymers), durch den Einbau der Widerstandselemente in Trägermatrizes, wie beispielsweise Tone oder Polymernetzwerke (Ausbilden der Widerstandsmischungen in Polymethylmethacrylatnetzwerken oder in Lamellen von Montmorillonit) etc. In einer anderen Ausführungsform wird der Widerstand als eine Oberflächenschicht auf einer festen Matrix abgeschieden, welche Mittel zum Tragen der Leitungen liefert. Typischerweise ist die Matrix ein chemisch inertes, nicht leitendes Substrat, wie beispielsweise ein Glas oder eine Keramik.
Sensoranordnungen, welche insbesondere gut für eine Produktion in großem Maßstab geeignet sind, werden unter Verwendung von integrierten Schalt(IC)-Aufbau-Technologien hergestellt. Beispielsweise können die Chemiwiderstände leicht auf das Frontende eines einfachen Verstärkers, der an einen A/D-Wandler angeschlossen ist, integriert werden, um den Datenstrom effizient direkt in einen neuronalen Netzwerkssoftware- oder -hardwareanalyseabschnitt zu fördern. Die Mikroherstellungstechniken können die Chemiwiderstände direkt auf einen Mikrochip integrieren, welcher die Schaltung für analoge Signalaufbereitung/-verarbeitung und dann die Datenanalyse enthält. Dies schafft die Produktion von Millionen von inkrementell unterschiedlichen Sensorelementen in einem einzelnen Herstellungsschritt unter Verwendung der Tintenstrahltechnologie. Gesteuerte Zusammensetzungsgradienten in den Chemiwiderstandselementen einer Sensoranordnung können in einem Verfahren analog zu dem, wie ein Farbtintenstrahldrucker verschiedene Farben abscheidet oder vermischt, induziert werden. In diesem Fall wird allerdings anstelle von verschiedenen Farben eine Vielzahl von unterschiedlichen Polymeren in Lösung, welche abgeschieden werden können, eingesetzt. Eine Sensoranordnung von einer Million verschiedenen Elementen erfordert lediglich einen Chip mit einer Größe von 1 cm × 1 cm, welcher Lithographie in einem 10 μm Ausmaß nutzt, welcher innerhalb der Kapazität herkömmlicher kommerzieller Verarbeitungs- und Abscheidungsverfahren liegt. Diese Technologie erlaubt die Herstellung von empfindlichen, kleinen freistehenden chemischen Sensoren.
Bevorzugte Sensoranordnungen weisen eine vorbestimmte Variation in der Struktur oder der Zusammensetzung der nicht leitenden organischen Polymerbereiche zwischen den Sensoren auf. Die Variation kann quantitativ und/oder qualitativ sein. Beispielsweise kann die Konzentration des nicht leitenden organischen Polymers in der Mischung über die Sensoren variiert werden. Alternativ dazu kann eine Vielzahl von unterschiedlichen organischen Polymeren in unterschiedlichen Sensoren eingesetzt werden. Eine elektronische Nase zum Detektieren eines Analyten in einem Fluid wird durch elektrisches Verbinden der Sensorleitungen einer Anordnung von hinsichtlich ihrer Zusammensetzung unterschiedlichen Sensoren mit einem elektrischen Messgerät hergestellt. Das Gerät misst Veränderungen in dem elektrischen Widerstand an jedem Sensor der Anordnung, und zwar vorzugsweise simultan und vorzugsweise über die Zeit. Häufig enthält die Vorrichtung Signalverarbeitungsmittel und wird in Verbindung mit einem Computer und einer Datenstruktur zum Vergleichen eines vorgegebenen Antwortprofils mit einer Struktur-Antwortprofil-Datenbank für die qualitative und quantitative Analyse verglichen. Typischerweise umfasst eine solche Nase dann wenigstens 10, üblicherweise wenigstens 100 und manchmal wenigstens 1.000 unterschiedliche Sensoren, obgleich mit Massenabscheidungsherstellungstechniken, welche hier beschrieben werden oder anderweitig in dem Stand der Technik bekannt sind, leicht Anordnungen in der Größenordnung von wenigstens 10⁶ Sensoren hergestellt werden.
Bei dem Betrieb liefert jeder Widerstand zwischen seinen leitenden Leitungen einen ersten elektrischen Widerstand, wenn der Widerstand mit einem ersten Fluid kontaktiert wird, welches einen chemischen Analyten bei einer ersten Konzentration enthält, sowie zwischen seinen elektrischen Leitungen einen zweiten elektrischen Widerstand, wenn der Widerstand mit einem zweiten Fluid kontaktiert wird, welches denselben chemischen Analyten in einer zweiten unterschiedlichen Konzentration enthält. Ferner kann ein Widerstand einen ersten elektrischen Widerstand liefern, wenn der Widerstand mit einen ersten Fluid kontaktiert wird, welches einen ersten chemischen Analyten in einer Konzentration Cm enthält, sowie einen zweiten elektrischen Widerstand, wenn der Widerstand mit einem zweiten Fluid kontaktiert wird, welches einen zweiten, unterschiedlichen chemischen Analyten in einer Konzentration C_n enthält, wobei C_m und C_n gleich oder verschieden sein können. Die Fluide können flüssiger oder gasförmiger Natur sein. Die ersten und zweiten Fluide können Proben aus zwei unterschiedlichen Umgebungen, eine Veränderung in der Konzentration eines Analyten in einem zu zwei Zeitpunkten gesammelten Fluid, eine Probe und eine Negativkontrolle etc. widerspiegeln. Die Sensoranordnung umfasst notwendigerweise Sensoren, welche gegenüber einer Veränderung einer Analytenkonzentration unterschiedlich reagieren, d. h. der Unterschied zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Widerstand eines Sensors ist verschieden von dem Unterschied zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Widerstand eines anderen Sensors.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die zeitliche Antwort eines jeden Sensors (elektrischer Widerstand als eine Funktion der Zeit) aufgezeichnet. Die zeitliche Reaktion bzw. Antwort eines jeden Sensors kann bis zu einem maximalen prozentualen Anstieg und einer maximalen prozentualen Abnahme in dem elektrischen Widerstand, welcher ein mit der Exposition des Analyten verbundenes Antwortmuster liefert, normalisiert werden. Durch iteratives Profilieren bekannter Analyten wird eine Struktur-Funktion-Datenbank erzeugt, welche Analyten und Antwortprofile miteinander korreliert. Ein unbekannter Analyt kann dann unter Verwendung des Antwortmustervergleichs und unter Verwendung von Erkennungsalgorithmen charakterisiert oder identifiziert werden. Dementsprechend werden Analytdetektionssysteme bereitgestellt, welche Sensoranordnungen, eine elektrische Messvorrichtung zum Detektieren von elektrischem Widerstand über jeden Chemiwiderstand, einen Computer, eine Datenstruktur von Sensoranordnungantwortprofilen sowie einen Vergleichsalgorithmus umfassen. In einer anderen Ausführungsform ist die elektrische Messvorrichtung eine integrierte Schaltung, welche eine auf einem neuronalen Netzwerk basierte Hardware und einen mit jedem Sensor verbundenen Digital-Analog-Umwandler (DAC) oder eine Vielzahl von DAC's, welche jeweils mit unterschiedlichen Sensor(en) verbunden sind, umfasst.
Von den offenbarten Sensoren, Anordnungen und Nasen kann eine große Vielzahl von Analyten und Fluiden analysiert werden, solange der Analyt dazu fähig ist, eine unterschiedliche Antwort über eine Vielzahl von Sensoren der Anordnung zu erzeugen. Analytanwendungen schließen breite Bereiche von chemischen Klassen ein, wie beispielsweise organische Verbindungen, wie beispielsweise Alkane, Alkene, Alkine, Diene, alicyclische Kohlenwasserstoffe, Arene, Alkohole, Ether, Ketone, Aldehyde, Carbonyle, Carbanionen, polynuklische aromatische Verbindungen und Derivate solcher organischen Verbindungen, wie beispielsweise Halogenidderivate etc., Biomoleküle, wie beispielsweise Zucker, Isoprene und Isoprenoide, Fettsäuren und Derivate etc ein. Dementsprechend schließen kommerzielle Anwendungen der Sensoren, Anordnungen und Nasen Umwelttoxikologie und -sanierung, Biomedizin, Materialqualitätskontrolle, Überwachung von Lebensmitteln und landwirtschaftlichen Produkten etc. ein.
Das allgemeine Verfahren zum Verwenden der offenbarten Sensoren, Anordnungen und elektronischen Nasen zum Detektieren der Anwesenheit eines Analyten in einem Fluid umfasst das Widerstandsmessen der Anwesenheit eines Analyten in einem Fluid mit einem chemischen Sensor, welcher erste und zweite leitende Leitungen, welche durch einen chemisch sensitiven Widerstand, wie zuvor beschrieben, elektrisch miteinander verbunden und voneinander getrennt sind, umfasst, durch Messen eines ersten elektrischen Widerstands zwischen den leitenden Leitungen, wenn der Widerstand mit einem ersten Fluid kontaktiert wird, welcher einen Analyten in einer ersten Konzentration enthält, sowie eines zweiten unterschiedlichen Widerstands, wenn der Widerstand mit einem zweiten Fluid, welcher den Analyten in einer zweiten unterschiedlichen Konzentration enthält, kontaktiert wird.
In einer anderen Ausführungsform umfasst der Sensor zum Detektieren der Anwesenheit eines chemischen Analyten in einem Fluid einen chemisch sensitiven Widerstand, welcher mit einer elektrischen Messvorrichtung elektrisch verbunden ist, wobei der Widerstand sich in thermischer Verbindung mit einem Temperatursteuergerät befindet. Wie zuvor beschrieben, umfasst der chemisch sensitive Widerstand bzw. umfassen die chemisch sensitiven Widerstände eine Mischung eines nicht leitenden organischen Polymers sowie eines leitenden Materials, welches hinsichtlich seiner Zusammensetzung von dem nicht leitenden organischen Polymer verschieden ist. Der chemisch sensitive Widerstand liefert einen elektrischen Pfad, durch welchen elektrischer Strom fließen kann, sowie einen Widerstand (R) bei einer Temperatur (T), wenn er mit einem Fluid, welches einen chemischen Analyten enthält, kontaktiert wird.
Bei dem Betrieb liefert der chemisch sensitive Widerstand bzw. liefern die chemisch sensitiven Widerstände des Sensors zum Detektieren der Anwesenheit eines chemischen Analyten in einem Fluid einen elektrischen Widerstand (R_m), wenn mit einem Fluid kontaktiert, welches einen chemischen Analyten bei einer bestimmten Temperatur (T_m) enthält. Der beobachtete elektrische Widerstand kann variieren, wenn die Temperatur variiert, um es einem dadurch zu erlauben, ein einzelnes Profil elektrischer Widerstände bei verschiedenen unterschiedlichen Temperaturen für jeden chemischen Analyten von Interesse zu definieren. Beispielsweise kann ein chemisch sensitiver Widerstand, wenn mit einem Fluid, welches einen chemischen Analyten von Interesse enthält, kontaktiert, einen elektrischen Widerstand R_m bei der Temperatur T_m, worin m eine ganze Zahl von größer als 1 ist, liefern und kann bei einer unterschiedlichen Temperatur T_n einen anderen elektrischen Widerstand R_n liefern. Der Unterschied zwischen R_m und R_n ist durch eine elektrische Messvorrichtung leicht detektierbar.
Als solches ist der chemisch sensitive Widerstand bzw. sind die chemisch sensitiven Widerstände des Sensors in thermischer Verbindung mit einem Temperatursteuerungsgerät, um es einem dadurch zu erlauben, die Temperatur zu variieren, bei welcher die elektrischen Widerstände gemessen werden. Wenn der Sensor eine Anordnung von zwei oder mehr chemisch sensitiven Widerständen enthält, von denen jeder in thermischer Verbindung mit einem Temperatursteuerungsgerät befindlich ist, kann man die Temperatur über die gesamte Anordnung variieren (d. h. einen Temperaturgradienten über die Anordnung erzeugen), um es dadurch zu ermöglichen, dass die elektrischen Widerstände simultan bei verschiedenen unterschiedlichen Temperaturen und mit verschiedenen unterschiedlichen Widerstandszusammensetzungen gemessen werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Zusammensetzung der Widerstände in einer Anordnung von chemisch sensitiven Widerständen in der horizontalen Richtung über die Anordnung variiert, so dass die Widerstandszusammensetzung in der vertikalen Richtung über die Anordnung konstant verbleibt. Man erzeugt dann einen Temperaturgradienten in der vertikalen Richtung über die Anordnung, um dadurch die simultane Analyse von chemischen Analyten mit unterschiedlichen Widerstandszusammensetzungen und bei unterschiedlichen Temperaturen zu ermöglichen.
Die Verfahren zum Platzieren von chemisch sensitiven Widerständen in thermischer Verbindung mit einer Temperatursteuervorrichtung sind für Fachleute auf diesem Gebiet leicht ersichtlich und schließen beispielswei se das Befestigen eines Heizelements an den Sensor und das Durchführen von elektrischem Strom durch das Heizelement ein. Der Temperaturbereich, über den elektrische Widerstände gemessen werden können, wird eine Funktion der Widerstandszusammensetzung, beispielsweise der Schmelztemperatur der Widerstandsbestandteile, der thermischen Stabilität des Analyten von Interesse oder jeglichen anderen Bestandteils des Systems und dergleichen sein. Zum größten Teil wird der Temperaturbereich, über den der elektrische Widerstand gemessen werden wird, ungefähr 20°C bis 80°C, vorzugsweise zwischen ungefähr 22°C und ungefähr 70°C und besonders bevorzugt zwischen ungefähr 22°C und 65°C, sein.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Sensor, anstelle des Aussetzens des Sensors gegenüber einem direkten elektrischen Strom und des Messens des wahren elektrischen Widerstands durch den chemisch sensitiven Widerstand bzw. die chemisch sensitiven Widerstände, einem alternierenden elektrischen Strom bei unterschiedlichen Frequenzen ausgesetzt werden, um die Impedanz zu messen. Impedanz ist der scheinbare Widerstand in einem alternierenden elektrischen Strom verglichen mit dem wahren elektrischen Widerstand in einem direkten Strom. Als solches ist die vorliegende Erfindung auch auf einen Sensor zum Detektieren der Gegenwart eines chemischen Analyten in einem Fluid gerichtet, wobei der Sensor einen chemisch sensitiven Widerstand umfasst, welcher elektrisch mit einem elektrischen Messgerät verbunden ist, wobei der chemisch sensitive Widerstand eine Mischung von nicht leitendem organischen Polymer und eines leitenden Materials, welches hinsichtlich seiner Zusammensetzung von dem nicht leitenden organischen Polymer verschieden ist, umfasst, und, wobei der Widerstand (a) einen elektrischen Pfad durch die Mischung des nicht leitenden organischen Polymers und des leitenden Materials schafft und (b) eine elektrische Impedanz Z_m bei einer Frequenz ω_m liefert, wenn mit einem Fluid, welches den chemischen Ana lyten enthält, kontaktiert, wobei m eine ganze Zahl von größer als 1 ist und ω_m, nicht 0 ist. Zum Messen der Impedanz als eine Funktion der Frequenz werden die eingesetzten Frequenzen im Allgemeinen in einem Bereich zwischen ungefähr 1 Hz und 5 GHz, üblicherweise zwischen ungefähr 1 MHz und einem 1 GHz, weiter bevorzugt zwischen ungefähr 1 MHz und 10 MHz und besonders bevorzugt zwischen ungefähr 1 MHz und 5 MHz, liegen. Interessierende chemische Analyten werden bei unterschiedlichen alternierenden Stromfrequenzen eindeutige Impedanzcharakteristika aufweisen, um es dadurch zu erlauben, dass man die Anwesenheit eines jeglichen interessierenden chemischen Analyten in einem Fluid durch Messen von Z_m bei alternierender Frequenz ω_m detektiert.
Zum Durchführen von Impedanzmessungen kann nahezu jede in dem Stand der Technik bekannte Impedanzanalysiervorrichtung verwendet. Vorzugsweise wird ein Schlumberger-Modell 1260 Impedanz/Verstärkungsphasenanalysiergerät (Schlumberger Technologies, Farnborough, Hampshire, England) mit 6 Zoll RG174 Koaxialkabeln eingesetzt. In einer solchen Vorrichtung wird der Widerstand/Sensor in einem A1 Gehäusebehälter gehalten, um diesen von äußeren elektronischen Störungen abzuschirmen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann man sowohl die Frequenz ω_m des eingesetzten elektrischen Stroms als auch die Temperatur T_n variieren und die elektrische Impedanz Z_m,n messen, um dadurch die Detektion der Anwesenheit eines interessierenden chemischen Analyten zu detektieren. Die vorliegende Erfindung ist als solche auch auf einen Sensor zum Detektieren der Anwesenheit eines chemischen Analyten in einem Fluid gerichtet, wobei der Sensor einen chemisch sensitiven Widerstand enthält, welcher mit einem elektrischen Messapparat elektrisch verbunden ist und sich in thermischer Verbindung mit einem Temperatursteuerungsgerät befindet, wobei der chemisch sensitive Widerstand eine Mischung aus nicht leitendem organischen Polymer und eines leitenden Materials, welches hinsichtlich seiner Zusammensetzung von dem nicht leitenden organischen Polymer verschieden ist, enthält, wobei der Widerstand (1) einen elektrischen Pfad durch die Mischung des nicht leitenden organischen Polymers und des leitenden Materials und (2) eine elektrische Impedanz Z_m,n bei einer Frequenz ω_m und Temperatur T_n liefert, wenn mit einem Fluid, welches den chemischen Analyten enthält, kontaktiert, wobei m und/oder n eine ganze Zahl von größer als 1 ist/sind. Zum Messen der Impedanz als eine Funktion der Frequenz und der Temperatur werden die eingesetzten Frequenzen im Allgemeinen nicht höher als 10 MHz und vorzugsweise nicht höher als 5 MHz sein. Die interessierenden chemischen Analyten werden eindeutige Impedanzcharakteristika bei verschiedenen alternierenden Stromfrequenzen und variierenden Temperaturen aufweisen, um es dadurch zu erlauben, dass die Anwesenheit eines jeglichen chemischen Analyten von Interesse in einem Fluid durch Messen von Z_m,n bei einer Frequenz ω_m und Temperatur T_n ermöglicht wird.
Die vorliegende Erfindung ist auch auf Systeme und Verfahren zum Verwenden der zuvor beschriebenen Sensoren zum Detektieren der Anwesenheit eines chemischen Analyten in einem Fluid gerichtet.
Die nachfolgenden Beispiele werden zum Zwecke der Illustration und nicht zum Zwecke der Beschränkung der vorliegenden Erfindung wiedergegeben.
BEISPIELE
I. Sensoranordnungen
Polymersynthese
Polypyrrolfilme, welche für die Leitfähigkeitsmessungen, die elektrochemischen und die optischen Messungen eingesetzt werden, wurden durch Einbringen von gleichen Volumina von mit N₂ gespülten Lösungen von Pyrrol (1,50 mmol in 4,0 ml trockenem Tetrahydrofuran) und Phosphormolybdänsäure (0,75 mmol in 4,0 ml Tetrahydrofuran) in ein mit N₂ gespültes Teströhrchen hergestellt. Sobald die zwei Lösungen miteinander vermischt waren, veränderte sich die gelbe Phosphormolybdänsäurelösung zu dunkelgrün, wobei für mehrere Stunden keine Präzipitation erkennbar war. Diese Lösung wurde innerhalb einer Stunde nach dem Vermischen für die Filmpräparation verwendet.
Sensorherstellung
Plastifizierte Polypyrrolsensoren wurden durch Vermischen von zwei Lösungen hergestellt, von denen eine 0,29 mmol Pyrrol in 5,0 ml Tetrahydrofuran enthielt und die andere 0,25 mmol Phosphormolybdänsäure sowie 30 mg Weichmacher in 5,0 ml Tetrahydrofuran enthielt. Die Mischung dieser zwei Lösungen resultierte in einem Gewichtsverhältnis von Pyrrol zu Weichmacher von 2:3. Ein kostengünstiges, schnelles Verfahren zum Einbringen der Chemiwiderstandsanordnungselemente wurde durch Durchführen eines Querschnittschnitts durch kommerzielle 22 nF Keramikkondensatoren (Kemet Electronics Corporation) erreicht. Mechanische Schnitte durch diese Kondensatoren zeigten eine Reihe von miteinander verschachtelten Metallleitungen (25% Ag: 75% Pt), welche um 15 μm voneinander getrennt waren, welche mit einem leitenden Polymer leicht beschichtet werden konnten. Die Monomer-Weichmacher-Oxidationsmittel-Lösungen wurden dann eingesetzt, um miteinander verschachtelte Elektroden Tauch zu beschichten, um einen stabilen elektrischen Kontakt zu den polymerisierten organischen Filmen zu liefern. Nachdem die Polymerisation beendet war, war der Film unlöslich und wurde mit einem Lösemittel (Tetrahydrofuran oder Methanol) gespült, um restliche Phosphormolybdänsäure und unreagiertes Monomer zu entfernen. Die Sensoren wurden dann mit einem kommerziellen Busstreifen verbunden, wobei der Widerstand der verschiedenen "Chemiwiderstand"-Elemente durch die Verwendung eines mehrfach verbundenen Digitalohmmeters leicht gemessen werden konnte.
Instrumentierung
Optische Spektren wurden mit einem Hewlett Packard 8452A Spektrometer, welcher mit einem IBM XT verbunden war, erhalten. Die elektrochemischen Experimente wurden unter Verwendung eines Princeton Applied Research Inc. 173 Potentiostat/175 Universalprogrammiergeräts durchgeführt. Alle elektrochemischen Experimente wurden mit einer Pt-Hilfselektrode und mit einer gesättigten Kalomel-Referenzelektrode (SCE) durchgeführt. Die Spin-Beschichtung wurde auf einem Headway Research Inc. Photowiderstand-Spinbeschichter durchgeführt. Die Filmdicken wurden mit einem Dektak Modell 3030 Profilometer bestimmt. Die Leitfähigkeitsmessungen wurden mit einer Vierpunktsonde mit Osmiumspitzen (Alessi Instruments Inc., Spitzenabstand = 0,050'', Spitzenradien = 0,010'') durchgeführt. Transiente Widerstandsmessungen wurden mit einem herkömmlichen Multimeter (Fluke Inc., "Hydra Data Logger" Messgerät) durchgeführt.
Hauptbestandsanalyse und multilineare Kleinste-Quadrat-Anpassung. Ein aus einer einzigen Exposition der Anordnung gegenüber einem Riechstoff erhaltener Datensatz erzeugte einen Satz von Deskriptoren (d. h. elektrischen Widerstanden), d_i. Die aus mehreren Expositionen erhaltenen Daten lieferten folglich eine Datenmatrix D, in der jede Reihe, welche mit j bezeichnet wird, aus n Deskriptoren bestand, welche jeweils ein einzelnes Mitglied dieses Datensatzes (d. h. eine einzelne Exposition gegenüber einem Geruch) beschrieben. Weil der Grundlinienwiderstand und die relativen Veränderungen des Widerstandes zwischen dem Sensoren variierten, wurde die Datenmatrix vor der weiteren Verarbeitung autoskaliert (Hecht (1990) Mathematics in Chemistry: An Introduction to Modern Methods (Prentice Hall, Englewood, Cliffs, NJ)). Bei dieser Vorverarbeitungstechnik wurden alle die mit einem einzelnen Deskriptor (d. h. einer Spalte in der Datenmatrix) verbundenen Daten um Null herum mit einer Standardabweichung d'ij = (dij – d i)/σi (1)zentriert, worin d_i der Durchschnittswert für den Deskriptor i ist und σ_i die entsprechende Standardabweichung ist.
Die Hauptbestandteil-Analyse (Hecht (1990)) wurde durchgeführt, um lineare Kombinationen der Daten zu bestimmen, so dass die maximale Abweichung [definiert als das Quadrat der Standardabweichung] zwischen den Mitgliedern des Datensatzes in n gegenseitigen orthogonalen Dimensionen erhalten wurde. Die linearen Kombinationen der Daten resultierten in der größten Varianz [oder Trennung] zwischen den Mitgliedern des Datensatzes in dem ersten Hauptbestandteil (pc1) und erzeugten abnehmende Größen an Varianz von dem zweiten zu den n-ten Hauptbestandteil (pc2–pcn). Die erforderlichen Koeffizienten, um die autoskalierten Daten zu einem Hauptkomponentenraum (durch lineare Kombination) zu transformieren, wurden durch Multiplizieren der Datenmatrix, D, durch seine Transponierte, D^T (d. h. Diagonalisieren der Matrix)) (Hecht (1990) Mathematics in Chemistry: An Introduction to Modern Methods (Prentice Hall, Englewood Cliffs, NJ)) R = DT·D (2)bestimmt.
Diese Operation ergab eine Korrelationsmatrix, R, deren diagonalen Elemente eine Einheit waren und deren nicht-diagonalen Elemente die Korrelationskoeffizienten der Daten waren. Die Gesamtvarianz in den Daten wurde so durch die Summe der diagonalen Elemente in R gegeben. Für R wurden dann die n Eigenwerte und die entsprechenden n Eigenvektoren bestimmt. Jeder Eigenvektor enthielt ein Satz von n Koeffizienten, welche eingesetzt wurden, um die Daten durch lineare Kombination zu einer ihrer n Hauptbestandteile zu transformieren. Der entsprechende Eigenwert ergab die Fraktion der Gesamtvarianz, welche in diesem Hauptbestand enthalten war. Diese Operation ergab eine Hauptbestandteilmatrix, P, welche dieselben Dimensionen wie die ursprüngliche Datenmatrix aufwies. Unter diesen Bedingungen war immer noch jede Reihe der Matrix P mit einem bestimmten Geruch verbunden und war jede Spalte mit einem bestimmten Hauptbestandteil verbunden.
Weil die Werte in dem Hauptbestandteil-Raum keine physikalische Bedeutung aufwiesen, war es hilfreich, die Ergebnisse der Hauptbestandteil-Analyse in Form von physikalischen Parametern, wie beispielsweise dem Partialdruck und dem Molenbruch, auszudrücken. Dies wurde über eine multilineare Kleinste-Quadrat-Anpassung zwischen den Hauptbestandteil-Werten und dem entsprechenden interessierenden Parameter erreicht. Eine multilineare Kleinste-Quadrat-Anpassung führte zu einer linearen Kombination der Hauptbestandteile, welche die beste Anpassung mit dem entsprechenden Parameterwert erzielte. Anpassungen wurden durch Anhängen einer Spalte erreicht, wobei jeder Eintrag eine Einheit zu der Hauptbestandteil-Matrix P war, wobei jede Reihe, j, mit einem anderen Parameterwert (beispielsweise dem Partialdruck), v_j, enthalten in dem Vektor V korrespondierte. Die Koeffizienten für die beste multilineare Kleinste-Quadrat-Anpassung zwischen den Hauptbestandteilen und dem interessierenden Parameter wurde durch die nachfolgende Matrixoperation erhalten: C = (PT·P)–1·PT·V (3)worin C ein Vektor war, welcher die Koeffizienten für die lineare Kombination enthielt.
Ein Schlüssel für unsere Fähigkeit, die chemisch diversen Sensorelemente herzustellen, war die Herstellung von verarbeitbaren, luftstabilen Filmen von elektrisch leitenden organischen Polymeren. Dies wurde durch die gesteuerte chemische Oxidation von Pyrrol (PY) unter Verwendung von Phosphormolybdänsäure (H₃PMo₁₂O₄₀) (20) in Tetrahydrofuran erreicht: PY – PY•+ + e– (4)2PY•+ – PY2 + 2H+ (5) H3PMo12O40 + 2e– + 2H+ – H5PMo12O40 (6)
Die redoxgetriebene oder elektrochemisch induzierte Polymerisation von Pyrrol wurde kürzlich erforscht; allerdings ergibt dieses Verfahren typischerweise als das Produkt unlösliche renitente Abscheidungen von Polypyrrol (Salmon et al. (1982) J. Polym. Sci., Polym. Lett. 20: 187–193). Unser Ansatz war es, geringe Konzentrationen des H₃PMo₁₂O₄₀ Oxidationsmittels (E⁰ = +0,36 V gg. SCE) (Pope (1983) Heteropoly and Isopoly Oxometalates (Springer-Verlag, New York), Kap. 4) zu verwenden. Weil das elektrochemische Potential von PY^+•/PY positiver ist (E⁰ = +1,30 V gg. SCE) (Andrieux et al. (1990) J. Am. Chem. Soc. 112: 2439–2440) als das von H₃PMo₁₂O₄₀/H₅PMo₁₂O₄₀, war die Gleichgewichtskonzentration von PY^+• und folglich die Polymerisationsgeschwindigkeit in verdünnten Lösungen (0,19 M PY, 0,09 M H₃PMo₁₂O₄₀) relativ gering. Allerdings ist es gezeigt worden, dass das Oxidationspotential von Pyrrololigomeren von +1,20 V bis +0,55 zu +0,26 V gg. SCE abnimmt, wenn sich die Anzahl der Einheiten von eins auf zwei auf drei erhöht, und dass das Oxidationspotential von Massen-Polypyrrol bei –0,10 V gg. SCE auftritt (Diaz et al. (1981) J. Electroanal. Chem. 121: 355–361). Als ein Ergebnis hiervon wird erwartet, dass die Oxidation von Pyrroltrimeren durch Phosphormolybdänsäure thermodynamisch begünstigt ist. Dies ermöglicht die Verarbeitung der Monomer-Oxidationsmittel-Lösung (d. h. die Spin-Beschichtung, die Tauch-Beschichtung, die Einführung von Weichmachern etc.), wonach die Polymerisation einfach durch Verdampfung des Lösemittels bewirkt worden ist, um Dünnfilme zu bilden. Die elektrische Gleichstromleitfähigkeit von Polypyrrolfilmen, welche durch dieses Verfahren auf Glasstreifen ausgebildet worden sind, nach dem Spülen der Filme mit Methanol, über überschüssige Phosphormolybdänsäure und/oder überschüssiges Monomer zu entfernen, lag in der Größenordnung von 15 bis 30 Scm^–1 für Filme mit einer Dicke in einem Bereich zwischen 40 und 100 nm.
Die in dieser Arbeit hergestellten Polypyrrolfilme zeigten exzellente elektrochemische und optische Eigenschaften. Beispielsweise zeigt die 2 das zehn Zyklen zwischen –1,00 V und +0,70 V gg. SCE folgende zyklische voltametrische Verhalten eines chemisch polymerisierten Polypyrrolfilms. Die Kathodenwelle bei –0,40 V entsprach der Reduktion von Polypyrrol zu seinem neutralen, nicht leitenden Zustand und die Anodenwelle bei –0,20 V entsprach der Reoxidation von Polypyrrol zu seinem leitenden Zustand (Kanazawa et al. (1981) Synth. Met. 4: 119–130). Das Fehlen von weiterem faradayischen Strom, welcher aus der Oxidation und der Reduktion von Phosphormolybdänsäure in dem Film resultieren würde, indiziert, dass die Keggin-Struktur von Phosphormolybdänsäure in den Filmanionen nicht vorlag (Bidan et al. (1988) J. Electroanal. Chem. 251: 297–306), und impliziert, dass MoO₄ ^2– oder andere Ionen in den polymerisierten Filmen als die Polypyrrolgegenionen dienten.
Die 3A zeigt das optische Spektrum eines verarbeiteten Polypyrrolfilms, welcher auf Glas Spin beschichtet worden ist und dann mit Methanol gespült worden ist. Das einzige Absorptionsmaximum war für hochoxidiertes Polypyrrol charakteristisch (Kaufman et al. (1984) Phys. Rev. Lett. 53: 1005–1008) und die Absorptionsbande bei 4,0 eV war für einen Interbandenübergang zwischen den Leit- und Valenzbändern charakteristisch. Das Fehlen von anderen Banden in diesem Energiebereich war Beleg für die Gegenwart von bipolaren Zuständen (siehe 3A), wie dies bei hoch oxidierten Polypyrrol beobachtet worden ist (Id.). Durch periodisches Durchlaufen des Films in 0,10 M [(C₄H₉)₄N]⁺[ClO₄]^–-Acetonitril und dann durch Aufnehmen der optischen Spektren in 0,10 M KCl – H₂O war es möglich, optische Übergangseigenschaften von Polaronzuständen in oxidiertem Polypyrrol zu beobachten (siehe 3B). Es wurde berichtet, dass die Polaronzustände drei optische Übergänge (Id.) erzeugen, welche in der 3B bei 2,0, bei 2,9 und bei 4,1 eV beobachtet worden sind.
Nach der Reduktion des Films (siehe 3B) wurde eine erhöhte Intensität und eine Blauverschiebung in dem 2,9 eV-Band beobachtet, wie dies für einen mit den in dem Polymerrückgrat enthaltenen Pyrroleinheiten verbundenen π→π*-Übergang erwartet wird (Yakushi et al. (1983) J. Chem. Phys. 79: 4774–4778).

Wie in dem experimentellen Abschnitt beschrieben, wurden in die Polymerfilme verschiedene Weichmacher eingeführt (Tabelle 3). Tabelle 3. In den Anordnungselementen eingesetzte Weichmacher*

Sensor	Weichmacher
1	Keiner
2	Keiner **
3	Polystyrol
4	Polystyrol
5	Polystyrol
6	Poly-α-methylstyrol
7	Poly-styrol-acrylnitril
8	Poly(styrol-maleinsäureanhydrid)
9	Poly(styrol-allylalkohol)
10	Polyvinylpyrrolidon
11	Polyvinylphenol
12	Polyvinylbutyral
13	Polyvinylacetat
14	Polycarbonat

* Die Sensoren enthielten 2:3 (Gew./Gew.)-Verhältnis Pyrrol zu Weichmacher.
** Der Film wurde nicht gespült, um überschüssige Phosphormolybdänsäure zu entfernen.

Diese Einschlüsse erlauben eine chemische Steuerung der Bindungseigenschaften und der elektrischen Leitfähigkeit der resultierenden plastifizierten Polymere. Die Sensoranordnungen bestanden aus so viel wie 14 unterschiedlichen Elementen, wobei jedes Element so synthetisiert worden ist, dass es eine unterschiedliche chemische Zusammensetzung aufwies und folglich eine unterschiedliche Sensorantwort für seinen Polymerfilm ergab. Der Widerstand, R, eines jeden filmbeschichteten einzelnen Sensors wurde automatisch vor, während und nach der Exposition gegenüber verschiedenen Riechstoffen aufgenommen. Ein typischer Versuch bestand aus einer 60 Sek. Ruhepause, während der die Sensoren gegenüber strömender Luft (3,0 Liter/Min.) ausgesetzt wurden, einer 60 Sek. Exposition gegenüber einer Mischung von Luft (3,0 Liter/Min.) und Luft, welche mit Lösemittel gesättigt worden ist, (0,5–3,5 Liter/Min.) und dann einer 240 Sek. Exposition gegenüber Luft (3,0 Liter/Min.).
Bei der hier dargestellten anfänglichen Verarbeitung der Daten war die einzige verwendete Information die maximale Amplitude der Veränderung des elektrischen Widerstands geteilt durch den anfänglichen Widerstand, ΔR_max/R_i, jedes einzelnen Sensorelements. Die meisten der Sensoren zeigten entweder Anstiege oder Verringerungen in dem elektrischen Widerstand nach der Exposition gegenüber verschiedenen Dämpfen, wie aus den Veränderungen in den Polymereigenschaften nach der Exposition gegenüber unterschiedlichen Arten von Chemikalien erwartet worden ist (Topart und Josowicz (1992) J Phys. Chem. 96: 7824–7830; Charlesworth et al. (1993) J. Phys. Chem. 97: 5418–5423). In einigen Fällen zeigten allerdings die Sensoren eine anfängliche Verringerung gefolgt von einem Anstieg in dem elektrischen Widerstand als Antwort auf einen Testgeruch. Weil sich der elektrische Widerstand eines jeden Sensors relativ zu seinem anfänglichen Wert erhöhen und/oder verringern könnte, wurden für jeden Sensor zwei Werte von ΔR_max/R_i berichtet. Die Quelle für das bidirektionale Verhalten einiger Sensor/Geruch-Paare ist bisher noch nicht im Detail untersucht worden, aber in den meisten Fällen erwuchs dieses Verhalten aus der Gegenwart von Wasser (welches durch sich selbst eine schnelle Verringerung in dem Filmwiderstand induzierte) in den Lösemitteln vom Reagenzgrad, welche eingesetzt worden sind, um die Testgerüche dieser Untersuchung zu erzeugen. Das beobachtete Verhalten als Antwort auf diese gegenüber Luft ausgesetzten, Wasser enthaltenden Testlösemitteln war für eine vorgegebene Sensoranordnung reproduzierbar und reversibel und die Umgebung war für viele praktische Geruch erkennende Anwendungen repräsentativ, in denen Luft und Wasser schwer ausgeschlossen werden können.
Die 4B–4D zeigen repräsentative Beispiele von Sensoramplitudenantworten einer Sensoranordnung (siehe Tabelle 3). In diesem Experiment wurden für drei verschiedene Expositionen gegenüber Dämpfen aus in Luft strömendem Aceton, Benzol und Ethanol aufgezeichnet. Die durch die Sensoranordnung in der Tabelle 3 beschrieben erzeugten Antwortmuster sind dargestellt für: (B) Aceton; (C) Benzol und (D) Ethanol. Die Sensorantwort wurde als der maximale prozentuale Anstieg und die maximale prozentuale Verringerung des elektrischen Widerstands geteilt durch den anfänglichen elektrischen Widerstand jedes Sensors nach Exposition gegenüber Lösemitteldampf dargestellt (grauer Balken bzw. schwarzer Balken). In vielen Fällen zeigten die Sensoren reproduzierbare Erhöhungen und Verringerungen in dem elektrischen Widerstand. Eine Exposition bestand aus: (i) einer 60 Sek. Ruhephase, in der die Sensoren gegenüber strömender Luft (3,0 Liter/Min.) ausgesetzt worden waren, (ii) einer 60 Sek. Exposition gegenüber einer Mischung von Luft (3,0 Liter/Min.) und Luft, welche mit Lösemittel gesättigt war (0,5 Liter/Min.), und (iii) einer 240 Sek. Exposition gegenüber Luft (3,0 Liter/Min.). Es ist leicht ersichtlich, dass diese Riechstoffe in der Sensoranordnung jeweils eine unterschiedliche Antwort erzeugten. In weiteren Experimenten wurden insgesamt acht unterschiedliche Dämpfe (Aceton, Benzol, Chloroform, Ethanol, Isopropylalkohol, Methanol, Tetrahydrofuran und Ethylacetat), welche ausgewählt worden sind, um einen Bereich von chemischen und physikalischen Eigenschaften abzudecken, über eine fünftägige Zeitspanne an 14-Element Sensoranordnungen (Tabelle 3) untersucht. Wie nachfolgend dargelegt, konnte jeder Riechstoff unter Verwendung dieser Sensorvorrichtung klar und reproduzierbar aus den anderen identifiziert werden.
Eine Hauptbestandteil-Analyse (Hecht (1990) Mathematics in Chemistry: An Introduction to Modern Methods (Prentice Hall, Englewood Cliffs, NJ)) wurde eingesetzt, um die Darstellung der Daten zu vereinfachen, und, um die unterschiedlichen Fähigkeiten der einzelnen Sensoren und der Anordnung als Ganzes zu quantifizieren. Bei diesem Ansatz wurden lineare Kombinationen der ΔR_max/R_i-Daten für die Elemente in der Anordnung so konstruiert, dass die maximale Varianz (definiert als das Quadrat der Standardabweichung) in den wenigsten gegenseitig orthogonalen Richtungen enthalten war. Dies erlaubte die Darstellung der meisten der in den in den 4B–4D gezeigten Datensätzen enthaltenen Informationen in zwei (oder drei) Dimensionen. Das resultierende Clustering (oder das Fehlen hiervon) ähnlicher Expositionsdaten in dem neuen dimensionalen Raum wurde als ein Maß für die Unterscheidungsfähigkeit und für die Reproduzierbarkeit der Sensoranordnung genutzt.
Um die Variation in der Sensorantwort einzelner Sensoren zu illustrieren, welche aus Unterschieden in dem Weichmacher-Polymer resultierte, wurde eine Hauptbestandteil-Analyse an einzelnen isolierten Antworten von jedem der 14 unterschiedlichen Sensorelementen in einer typischen Anordnung (5) durchgeführt. Die Daten wurden aus vielen Expositionen gegenüber Aceton (a), Benzol (b), Chloroform (c), Ethanol (e), Isopropylalkohol (i), Methanol (m), Tetrahydrofuran (t) oder Ethylacetat (@) über eine Zeitspanne von fünf Tagen erhalten, wobei die Anordnung den Testdämpfen in unterschiedlichen Reihenfolgen ausgesetzt worden waren. Die Zahlen der Figuren bezeichnen die in der Tabelle 3 beschriebenen Sensorelemente. Die Einheiten entlang den Achsen zeigen die Amplitude des Hauptbestandteils an, welcher verwendet worden ist, um den bestimmten Datensatz für einen Geruch zu beschreiben. Die schwarzen Bereiche zeigen Cluster, welche einzelnen Lösemitteln entsprechen, welche von allen anderen unterschieden werden konnten; graue Bereiche markieren Daten von Lösemitteln, deren Signale mit anderen um diese herum überlappten. Die Expositionsbedingungen waren mit denen in der 4 identisch.
Weil jeder einzelne Sensor zwei Datenwerte erzeugte, resultierte die Hauptbestandteil-Analyse in lediglich zwei orthogonalen Hauptbestandteilen: pc1 und pc2. Als ein Beispiel für die Selektivität, welche jedes einzelne Sensorelement aufwies, verwechselte der in der 5 als Nummer 5 bezeichnete Sensor (welcher mit Polystyrol plastifiziert worden war) Aceton mit Chloroform, Isopropylalkohol und Tetrahydrofuran. Dieser verwechselte auch Benzol mit Ethylacetat, während dieser Ethanol und Methanol von allen anderen Lösemitteln leicht unterscheiden konnte. Eine Veränderung des Weichmachers zu Poly-α-methylstyrol (Sensornummer 6 in der 5) hatte lediglich einen geringen Effekt auf die räumliche Verteilung der Antworten mit Bezug zu anderen und mit Bezug zu dem Ursprung. Folglich hatte eine ziemlich geringfügige chemische Modifikation des Weichmachers, wie erwartet, einen geringen Effekt auf die relative Varianz der acht Testriechstoffe. Im Unterschied dazu resultierte die Zugabe einer Cyanogruppe zu dem Weichmacher in der Form von Poly(styrol- acrylnitril), (Sensornummer 7 in der 5), in einem größeren Beitrag zu der Gesamtvarianz von Benzol und Chloroform, wohingegen der Beitrag von Ethanol abnahm. Die Veränderung der Substituentengruppe in dem Weichmacher zu einer Wasserstoff bindenden Säure (Poly(styrol-allylalkohol), Sensornummer 9 in der 5) erhöhte den Beitrag von Aceton zu der Gesamtvarianz, während diese lediglich einen geringen Effekt auf die anderen Gerüche mit Ausnahme der Verwechslung von Methanol und Ethanol aufwies. Diese Ergebnisse zeigen, dass das Verhalten der Sensoren durch Variieren der chemischen Zusammensetzung des Weichmacherpolymers systematisch verhindert werden kann.
Die 6A und 6B zeigen die Hauptbestandteil-Analyse für alle 14, in der Tabelle 3 und in den 4 und 5 beschriebenen Sensoren. Wenn die Lösemittel in einem dreidimensionalen Geruchsraum (6A oder 6B) projiziert werden, wurden alle acht Lösemittel mit den hier erörterten spezifischen Anordnungen leicht unterschieden. Die Detektion eines einzelnen Testgeruchs basierend lediglich auf dem Kriterium des Beobachtens ~1% ΔR_max/R_i-Werte für alle Elemente in der Anordnung wurde ohne Steuerung über die Temperatur oder Feuchtigkeit der strömenden Luft in einem Maß von Teilen pro Tausend leicht erreicht. Weitere Erhöhungen in der Sensitivität sind nach einer sorgfältigen Nutzung der zeitlichen Bestandteile der ΔR_max/R_i-Daten sowie einer vollständigeren Charakterisierung des Rauschens in der Anordnung wahrscheinlich.
Wir haben ebenfalls die Geeignetheit dieser Sensoranordnung für die Identifizierung von Bestandteilen gewisser Testmischungen untersucht. Diese Aufgabe wird stark vereinfacht, wenn die Anordnung eine vorhersagbare Signalantwort aufzeigt, wenn die Konzentration eines vorgegebenen Riechstoffes variiert wird, und, wenn die Antworten verschiedener einzelner Gerüche additiv sind (d. h., wenn eine Superposition aufrechter halten wird). Wenn eine 19-Element Sensoranordnung gegenüber einer Anzahl, n, unterschiedlicher Acetonkonzentrationen in Luft ausgesetzt wurde, war die (CH₃)₂CO-Konzentration von dem ersten Hauptbestandteil semi-quantitativ vorhergesagt worden. Dies war aus einer guten linearen Kleinsten-Quadrat-Anpassung durch die ersten drei Hauptbestandteile (siehe 7A für die lineare Kleinste-Quadrat-Anpassung für den ersten Hauptbestandteils) evident.
Dieselbe Sensoranordnung war auch dazu befähigt, die Bestandteile in verschiedenen Methanol-Ethanol- Testmischungen aufzulösen (Morris et al. (1942) Can. J. Res. B 20: 207–211). Wie in der 7B dargestellt, wurde zwischen dem ersten Hauptbestandteil und dem Molenbruch von Methanol in der flüssigen Phase, x_m, in einer CH₃OH-C₂H₅OH-Mischung ein linearer Zusammenhang beobachtet, was zeigte, dass die Superposition für diese Mischung/Sensor-Anordnungskombination anhielt. Obwohl die Bestandteile in der Mischung aus lediglich dem ersten Hauptbestandteil ziemlich akkurat vorhergesagt werden konnten, konnte ein Anstieg in der Akkurazität unter Verwendung einer multilinearen Kleinsten-Quadrat-Anpassung durch die ersten drei Hauptbestandteile erzielt werden. Die Beziehung für die CH₃OH/(CH₃OH + C₂H₅OH)-Verhältnisse in luftgesättigten Lösungen dieser Dampfmischung wurde zwischen 0 und 1,0 gehalten. Die leitenden auf Polymer basierenden Sensoranordnungen konnten daher nicht nur zwischen reinen Testdämpfen unterscheiden, sondern diese erlaubten auch die Analyse von Konzentrationen von Riechstoffen sowie die Analyse von binären Mischungen von Dämpfen.
Zusammenfassend erhöhen die hier dargelegten Ergebnisse die Fläche der Analytsensoranordnung. Es ist gezeigt worden, dass eine relativ einfache Anordnungsgestaltung unter Verwendung lediglich eines elektrischen Multiplex-Schwachstrom-Gleichstrom Widerstandsignals verschiedene Testriechstoffe leicht unterscheiden kann. Solche Anordnungen auf Basis von leitendem Polymer können einfach konstruiert und modifiziert werden und bieten eine Möglichkeit, die chemische Steuerung über das Antwortmuster eines Dampfs zu bewirken. Beispielsweise ist es durch Erhöhung des Verhältnisses von Weichmacher zu leitendem Polymer möglich, an den Perkolationsschwellenwert, an welchem Punkt die Leitfähigkeit eine sehr sensitive Antwort auf die Gegenwart der sorbierten Moleküle zeigt, heranzukommen. Ferner wird die Herstellung dünner Filme die Möglichkeit bieten, verringerte Antwortzeiten zu erhalten, und die Erhöhung der Anzahl von Weichmacherpolymeren und Polymerrückgratmotiven wird möglicherweise zu einer erhöhten Diversität unter den Sensoren führen. Diese Art von auf Polymer basierender Anordnung ist chemisch flexibel, ist einfach herzustellen, zu modifizieren und zu analysieren, und nutzt einen Schwachstrom-Gleichstrom-Widerstand-Signaltransduktionspfad, um die chemischen Daten in elektrische Signalen umzuwandeln. Dies liefert einen neuen Ansatz für breit antwortende Geruchssensoren für grundsätzliche und fortgeschrittene Untersuchungen chemischer Verbindungen für den Säugetiergeruchssinn. Solche Systeme sind für die Untersuchung der Allgemeinheit von neuronalen Netzwerkalgorithmen geeignet, welche dazu entwickelt worden sind, zu verstehen, wie das Säugetiergeruchssystem die Richtung, die Konzentration und die Identität verschiedener Gerüche identifiziert.
Herstellung und Untersuchung von Sensoranordnungen auf Basis von Ruß
Sensorherstellung

Einzelne Sensorelemente wurden in der nachfolgenden Weise hergestellt. Jedes nicht leitende Polymer (80 mg, siehe Tabelle 4) wurde in 6 ml THF gelöst. TABELLE 4

Sensor #	Nicht leitendes Polymer
1	Poly-4-vinylphenol
2	Polystyrol-allylalkohol)
3	Poly-α-methylstyrol
4	Poly(vinylchlorid-vinylacetat)
5	Polyvinylacetat
6	Poly-N-vinylpyrrolidon
7	Poly(bisphenol-A-carbonat)
8	Polystyrol
9	Polystyrol-maleinsäureanhydrid)
10	Polysulfon

Dann wurden 20 mg Ruß (BP 2000, Cabot Corp.) unter heftem Vermischen suspendiert. Die untereinander verschalteten Elektroden (die geteilten Kondensatoren wurden zuvor beschrieben) wurden dann in diese Mischung eingetaucht und das Lösemittel wurde verdampft. Es wurde eine Reihe solcher Sensorelemente mit unterschiedlichen nicht leitenden Polymeren hergestellt und in einen herkömmlichen Busstreifen eingebaut, welcher es erlaubte, dass die Chemiwiderstände mit einem Multiplex-Ohmmeter leicht überwacht werden konnten.
Sensoranordnungsuntersuchung
Um die Leistungsfähigkeit der auf Ruß basierenden Sensoren zu untersuchen, wurden Anordnungen mit so viel wie 20 Elementen gegenüber einer Reihe von Analyten exponiert. Eine Sensorexposition bestand aus (1) einer 60 Sekunden Exposition gegenüber strömender Luft (6 Liter/Min.), (2) einer 60 Sekunden Exposition gegenüber einer Mischung von Luft (6 Liter/Min.) und Luft, welche mit dem Analyten gesättigt worden war (0,5 Liter/Min.) und (3) einer fünf Minuten Erholungszeitspanne, während der die Sensoranordnung gegenüber strömender Luft (6 Liter/Min.) exponiert wurde. Der elektrische Widerstand der Elemente wurde während der Exposition aufgezeichnet und abhängig von der Dicke und dem chemischen Aufbau des Films konnten Widerstandsänderungen von so viel wie 250% als Antwort auf einen Analyten beobachtet werden. In einem Experiment wurde eine 10-Element-Sensoranordnung bestehend aus Ruß-Verbundstoffen gebildet aus einer Reihe von nicht leitenden Polymeren (siehe Tabelle 4) über eine zweitätige Zeitspanne gegenüber Aceton, Benzol, Chloroform, Ethanol, Hexan, Methanol und Toluol ausgesetzt. Während dieser Zeitspanne wurde eine Gesamtzahl von 58 Expositionen gegenüber diesen Analyten untersucht. In allen Fällen waren die Widerstandsänderungen in der Antwort gegenüber den Analyten positiv, und mit der Ausnahme von Aceton, reversibel (siehe 8). Die maximalen positiven Abweichungen wurden dann einer Hauptbestandteil-Analyse in einer zu der für den auf Polypyrrol basierenden Sensor beschriebenen analogen Weise unterworfen. Die 9 zeigt die Ergebnisse der Hauptbestandteil-Analyse für die vollständige 10-Elementanordnung. Mit der Ausnahme einer Überlappung zwischen Toluol und Benzol wurden die Analyten voneinander unterschieden.
II. Temperaturvarianz (Experiment 1)
Sensorherstellung
160 mg Polymer (entweder Polystyrol oder Poly(ethylen-co-vinylacetat) wurden in 15 ml Benzol gelöst und hierzu wurden 40 mg Ruß unter Bildung einer Suspension zugegeben. Das Sensorsubstrat war ein 10 mm mal 25 mm Glasstreifen, auf das zwei Goldschichten mit einer Dicke von ungefähr 1.000 Angström aufgedampft worden waren. Diese Goldschichten bedeckten eine Seite des Streifens vollständig mit der Ausnahme eines 5 mm breiten Abschnitts quer über die Mitte einer Seite des Streifens. Der Glasstreifen wurde 5 bis 10 mal schnell in die Polymersuspension aus Ruß eingetaucht, um den Streifen mit dem Polymer-Verbundstoff zu beschichten. Die Seite gegenüber den Goldschichten wurde so gewischt, dass diese frei von Ablagerungen war.
Das Heizelement wurde aus 24-breitem Nickelchromdraht hergestellt, welcher in einer Zickzackform gebogen war, wobei jede Drehung in der Länge zu der Breite des Sensorelements gleich war. Den Drahtausläufern wurde es erlaubt, ungefähr 1 cm von gegenüberliegenden Seiten der Sensoren für äußere elektrische Anschlüsse abzustehen. Die Gesamtlänge der Heizelemente betrug ungefähr 7 cm. Das Heizelement wurde an dem Rücken (der Fläche gegenüber den Goldschichten) mit Epoxy (welches 120°C widerstehen kann) durch Anordnung desselben zwischen dem Sensor und einem anderen (unbeschichteten) Glasstreifen derselben Größe wie dem Sensor befestigt. Die endgültige Sensorkonfiguration wurde vor der Verwendung für 5 bis 10 Tage stehen gelassen. Die Heizelemen te wurden durch Durchlaufen eines Stroms von 0,8, 1,2 oder 1,6 A durch die Elemente erhitzt.
Datensammlung
Jeder Sensor wurde einzeln in der Strömungskammer platziert, wobei alle elektrischen Verbindungen angeschlossen waren, und jedem wurde es erlaubt, sich mit dem Hintergrund-Luftstrom zu äquilibrieren, bis eine stabile Grundlinie erreicht wurde. Jede Exposition bestand aus der Aufnahme von Daten für 60 Sekunden, um eine Grundlinie zu erhalten, gefolgt von einer 60 sekündigen Exposition gegenüber dem Analytendampfstrom und schließlich gefolgt von einer 5 minütigen Erholungsphase, bevor der nächste Zyklus begann. Für beide Sensoren wurden Daten für die Exposition gegenüber Chloroform und Benzol bei vier verschiedenen Temperaturen für jedes Lösemittel gesammelt. Zuerst wurden Daten für die Analytexposition bei Raumtemperatur (ungefähr 22°C, d. h. "Temperatur 1") gesammelt, gefolgt von der Temperatur verbunden mit dem Durchlaufen von 0,8 A elektrischem Strom durch das Heizelement ("Temperatur 2"), dann von 1,2 A ("Temperatur 3") und dann von 1,6 A Strom ("Temperatur 4") (die letztgenannten Temperaturen waren unbestimmt). Den Sensoren wurde es erlaubt, bei jeder neuen Temperatur für 15 Minuten zu äquilibrieren, bevor die Datensammlung begonnen wurde. Für jeden Strom wurden drei Expositionen durchgeführt.
Datenanalyse

Während den Expositionen gegenüber dem Analyten wurden die Datenströme in dem Computer gespeichert. Die Grundlinienwiderstände wurden durch Bilden eines Durchschnitts der Widerstandsdaten während den 20 Sekunden vor der Exposition gegenüber dem Analyten gebildet. Der ma ximale Widerstand wurde aus diesem Datenstrom abgeleitet und die Veränderung in dem Widerstand zwischen der Grundlinie und dem maximalen Widerstand wurde berechnet (ΔR). Dieser ΔR-Wert wurde durch den Grundlinienwiderstand (R) geteilt und mit 100 multipliziert, um die Antwort als Prozentsatz auszudrücken. Die prozentualen Antworten für die drei Expositionen bei jeder Temperatur wurden gemittelt, um einen Wert für jede Kombination von Temperatur/Lösemittel zu erhalten. Die Antworten für jeden Dampf bei den vier untersuchten Temperaturen wurden durch Summieren der vier Werte und durch Teilen jeder Antwort durch diese Summe normalisiert. Die Ergebnisse dieser Experimente sind in der Tabelle 5 wiedergegeben. TABELLE 5

Polymerzusammensetzung/Analyt		(ΔR/R) × 100	Normalisiert
A. Polystyrol/Chloroform
	Temperatur 1	0,60770905	0,23762355
	Temperatur 2	0,69325945	0,27107507
	Temperatur 3	0,75494462	0,29519491
	Temperatur 4	0,50153141	0,19610647
	Summe	2,55744454
B. Polystyrol/Benzol
	Temperatur 1	0,33986648	0,38334474
	Temperatur 2	0,23028222	0,25974165
	Temperatur 3	0,14179893	0,15993891
	Temperatur 4	0,17463419	0,1969747
	Summe	0,88658181
C. Polv(ethylen-co-vinylacetat)/Chloroform
	Temperatur 1	33,5395398	0,63563285
	Temperatur 2	12,1030896	0,22937468
	Temperatur 3	5,71049748	0,1082239
	Temperatur 4	1,41245945	0,02676857
	Summe	52,7655863
D. Poly(ethylen-co-vinylacetat)/Benzol
	Temperatur 1	10,236522	0,54522797
	Temperatur 2	5,66926122	0,30196192
	Temperatur 3	2,37495836	0,12649743
	Temperatur 4	0,49401403	0,02631267
	Summe	18,7747556

Die Ergebnisse in der Tabelle 5 zeigen, dass sowohl die Polystyrol- als auch die Poly(ethylen-co-vinylacetat)-Sensoren bei unterschiedlichen Temperaturen mit den zwei untersuchten Analyten unterschiedliche elektrische Widerstände ergaben. Ferner zeigen die in der Tabelle 5 wiedergegebenen Ergebnisse, dass unterschiedliche Analyten bei den verschiedenen untersuchten Temperaturen unterschiedliche, eindeutige Muster des elektrischen Widerstands zeigen. Daher zeigen diese Daten, dass durch Variieren der Temperatur, bei welcher die elektrischen Widerstandsmessungen von dem Sensorelement erhalten werden, es ermöglichen, ein eindeutiges Muster von elektrischen Widerstanden für jeden Analyten von Interesse zu identifizieren, um dadurch die Identifikation eines interessierenden Analyten zu erlauben.
III. Temperaturvarianz (Experiment 2)
Es wurden drei Sensor-Verbundstoffe eingesetzt. Diese waren Polyethylen-co-vinylacetat), Polyethylenoxid und Poly-4-vinylphenol. Diese Verbundstoffe wurden mit leitendem Ruß in einem Ruß zu Polymer-Verhältnis von 1:4 vermischt. Das Verbundmaterial wurde auf einen Glasstreifen geschichtet, welcher als elektrische Kontakte aufgedampfte Goldschichten aufwies. Auf die Unterseite des Glasstreifens (der Seite ohne den Polymerfilm) wurde ein Nickel-Chrom-Heizdraht unter Verwendung von Epoxy mit niedrigem Dampfdruck bei hoher Temperatur befestigt. Der Draht wurde in eine Zickzackform gebogen und so befestigt, dass sich die Hauptheizfläche direkt gegenüber dem Bereich zwischen den Goldschichten befand. Daran anschließend wurde die Unterseite des Heizdrahtes an einen blanken (nicht mit Gold oder Polymer beschichten) Glasstreifen mit denselben Abmessungen wie den des Substratstreifens befestigt. Bei dieser Konfiguration war der Heizdraht zwischen zwei Glasstreifen angeordnet. Ein dünnes Doppelthermoelement wurde an den zweiten Glasstreifen auf der dem Heizdraht gegenüberliegenden Seite festgeklebt. Daher wurde die Temperaturdetektion in einer ähnlichen Orientierung zu dem Heizdraht wie dem Polymerverbundfilm durchgeführt (siehe 10).
Der Strom für die Widerstandsheizvorrichtungen wurde durch eine herkömmliche Stromquelle geliefert. Die Widerstandsheizvorrichtungen wurden parallel mit der Stromquelle verdrahtet. Ein Rheostat (variabler Widerstand) befand sich in Reihe mit jeder Abzweigung der parallelen Schaltung. Auf diese Weise konnte die Menge an Strom zu jeder Heizvorrichtung und folglich deren Temperatur gesteuert werden. Die Temperaturen wurden durch die befestigten Doppelthermoelemente gemessen. Diese Temperaturen wurden nicht kontinuierlich aufgezeichnet, wurden allerdings aufgezeichnet, bevor ein Experiment begann, und wurden zu ausgewählten Zeiten während des Experiments aufgezeichnet. Sobald ein Gleichgewicht erreicht worden war, änderte sich die Temperatur des Sensors/Heizvorrichtung nicht mehr als 0,1°C über mehrere Minuten und variierte nicht mehr als 1°C über die Zeitspanne jedes Experiments (ungefähr 3 Stunden).
Es wurden mehrere Kopien jedes Sensors/Heizvorrichtung hergestellt und in einer Strömungskammer platziert. Für Polyethylenoxid wurden fünf Sensoren hergestellt, nämlich die Sensoren 4, 6, 9, 15 und 16. Die Sensoren 15 und 16 wurden erhitzt, wobei der Sensor 15 auf höhere Temperaturen eingestellt worden war. Die Sensoren 4, 6 und 9 wurden nicht erhitzt. Für Polyethylen-co-vinylacetat) wurden vier Sensoren hergestellt, nämlich die Sensoren 3, 8, 17 und 17. Die Sensoren 17 und 20 wurden erhitzt, wobei der Sensor 17 auf höhere Temperaturen eingestellt worden war. Die Sensoren 3 und 8 wurden nicht erhitzt. Für Poly-4-vinylphenol wurden vier Sensoren hergestellt, nämlich die Sensoren 5, 7, 18 und 19. Die Sensoren 18 und 19 wurden erhitzt, wobei der Sensor 18 auf höhere Temperaturen eingestellt wurde. Die Sensoren 5 und 7 wurden nicht erhitzt.
In diesen Experimenten wurden Expositionen gegenüber acht Lösemitteln durchgeführt: Benzol, Chloroform, Toluol, Cyclohexan, Hexan, 2-Propanol, Ethanol und Methanol. Jedes Lösemittel wurde bei einer Konzentration von 900 ppm exponiert. In jedem Experiment wurden die Lösemittel gegenüber den Sensoren dreimal in der zuvor aufgelisteten Reihenfolge ausgesetzt. Es wurde der Durchschnitt dieser drei Versuche bestimmt und es wurde die Standardabweichung berechnet.
Es wurden sechs Experimente durchgeführt. Bei dem ersten wurden alle Sensoren während den Expositionen bei Raumtemperatur gehalten. Bei dem zweiten wurden die erhitzten Sensoren auf den ersten Satz von Temperaturwerten, TEMP1, erhitzt (die spezifischen Temperaturwerte sind in den nachfolgenden Tabellen 6 und 7 aufgelistet). Daran schloss sich ein anderer Expositionssatz an, bei dem sich alle Sensoren bei Raumtemperatur befanden. Bei dem vierten Experiment wurde das zweite Temperaturexperiment, TEMP2, wiederholt. Die Temperaturen TEMP1 und TEMP2 waren nominell dieselben Werte (siehe die nachfolgenden Datentabellen). Das fünfte Experiment war ein weiterer Satz von Raumtemperaturexpositionen. Schließlich wurde ein anderer erhitzter Expositionssatz, TEMP3, gesammelt. Die Temperaturen der Sensoren bei TEMP3 wurden höher als diejenigen bei TEMP1 oder TEMP2 eingestellt.

Der durchschnittliche Widerstand und die Standardabweichungen für die drei Versuche in jedem Experiment wurden berechnet und sind in der Tabelle 6 aufgelistet. Weil sich das Gesamtsignal für jeden Sensor bei höheren Temperaturen verringerte, wurden die Durchschnittsantworten und die Durchschnittsstandardabweichungen für jeden Sensor normalisiert und diese Werte sind in der Tabelle 7 wiedergegeben. Die ersten, zweiten und dritten Spalten der Tabellen sind die drei Raumtemperaturexperimente. Die letzten drei Spalten sind TEMP1, TEMP2 bzw. TEMP3. Die Werte in den Tabellen 6 und 7 sind ebenfalls graphisch in den 11 und 12 dargestellt. TABELLE 6

	Bsp. 1	Bsp. 3	Bsp. 5	Bsp. 2	Bsp. 4	Bsp. 6
DURCHSCHNITTE	Sensor 3	Polyethylenvinylacetat (nicht erhitzt)
	22°C	22°C	23°C	22°C	22°C	22°C
2-Propanol	1.81E-03	1,75E-03	1,91E-03	1,84E-03	1,94E-03	1,84E-03
Benzol	6,25E-03	6,07E-03	6,52E-03	6,54E-03	6,49E-03	6,19E-03
Chloroform	5,76E-03	5,36E-03	5,92E-03	5,96E-03	5,81E-03	5,57E-03
Cyclohexan	5,08E-03	4,89E-03	5,35E-03	5,17E-03	5,27E-03	5,06E-03
Ethanol	1,33E-03	1,31E-03	1,40E-03	1,40E-03	1,39E-03	1,33E-03
Hexan	2,95E-03	2,67E-03	2,90E-03	3,04E-03	2,93E-03	2,75E-03
Methanol	3,31E-04	3,21E-04	3,53E-04	4,27E-04	3,76E-04	3,24E-04
Toluol	2,59E-02	2,51E-02	2,69E-02	2,63E-02	2,68E-02	2,50E-02


STANDARDABWEICHUNG	Sensor 3	Polyethylenvinylacetat (nicht erhitzt)
STANDARDABWEICHUNG
	22°C	22°C	23°C	22°C	22°C	22°C
2-Propanol	1,31E-04	3,54E-05	1,73E-05	1,15E-04	4,06E-05	1,32E-04
Benzol	2,10E-04	1,09E-04	7,78E-05	1,07E-04	5,47E-05	2,40E-04
Chloroform	2,68E-04	1,92E-04	1,08E-04	6,68E-05	1,54E-04	4,12E-04
Cyclohexan	3,40E-04	8,72E-05	3,93E-05	6,75E-05	1,04E-04	1,27E-04
Ethanol	1,04E-04	4,64E-06	4,02E-05	4,93E-05	6,15E-06	9,95E-05
Hexan	7,78E-05	9,45E-05	9,02E-05	1,65E-04	4,74E-05	1,27E-04
Methanol	4,35E-05	8,52E-06	3,66E-05	1,13E-04	2,92E-05	7,60E-05
Toluol	7,89E-04	1,09E-04	1,97E-04	2,95E-04	7,18E-05	6,94E-04

TABELLE 6 fortgesetzt

	Bsp. 1	Bsp. 3	Bsp. 5	Bsp. 2	Bsp. 4	Bsp. 6
DURCHSCHNITTE	Sensor 8	Polyethylenvinylacetat (nicht erhitzt)
	22°C	22°C	23°C	22°C	22°C	22°C
2-Propanol	1,98E-03	1,99E-03	2,09E-03	1,99E-03	2,15E-03	2,07E-03
Benzol	6,30E-03	6,29E-03	6,64E-03	6,54E-03	6,65E-03	6,40E-03
Chloroform	5,77E-03	5,68E-03	6,07E-03	6,05E-03	6,06E-03	5,89E-03
Cyclohexan	5,09E-03	4,98E-03	5,33E-03	5,20E-03	5,29E-03	5,10E-03
Ethanol	1,46E-03	1,48E-03	1,52E-03	1,51E-03	1,54E-03	1,51E-03
Hexan	2,89E-03	2,71E-03	2,92E-03	3,01E-03	2,93E-03	2,76E-03
Methanol	4,09E-04	3,81E-04	4,24E-04	4,08E-04	4,39E-04	4,05E-04
Toluol	2,60E-02	2,59E-02	2,70E-02	2,63E-02	2,74E-02	2,59E-02


STANDARDABWEICHUNG	Sensor 8	Polyethylenvinylacetat (nicht erhitzt)
STANDARDABWEICHUNG
	22°C	22°C	23°C	22°C	22°C	22°C
2-Propanol	1,51E-04	2,74E-05	1,64E-05	1,01E-04	2,63E-05	1,54E-04
Benzol	2,16E-04	8,58E-05	1,10E-04	1,35E-05	4,36E-05	3,07E-04
Chloroform	3,16E-04	1,85E-04	1,32E-04	1,25E-04	2,21E-04	4,06E-04
Cyclohexan	2,92E-04	5,74E-05	6,18E-05	6,35E-05	1,42E-04	1,59E-04
Ethanol	1,06E-04	5,89E-06	2,59E-05	7,20E-05	1,26E-05	1,16E-04
Hexan	1,22E-05	1,35E-04	9,43E-05	7,96E-05	6,86E-05	1,18E-04
Methanol	5,87E-05	3,07E-05	4,54E-05	5,25E-05	4,22E-05	8,63E-05
Toluol	8,10E-04	1,75E-04	2,71E-04	2,82E-04	1,08E-04	7,10E-04

TABELLE 6 fortgesetzt

	Bsp. 1	Bsp. 3	Bsp. 5	Bsp. 2	Bsp. 4	Bsp. 6
DURCHSCHNITTE	Sensor 17	Polyethylenvinylacetat
	22°C	22°C	23°C	45°C	46°C	55°C
2-Propanol	2,21E-03	2,41E-03	2,44E-03	2,98E-04	7,14E-04	2,53E-04
Benzol	6,90E-03	7,49E-03	7,72E-03	1,21E-03	1,73E-03	7,61E-04
Chloroform	6,49E-03	6,83E-03	7,07E-03	1,59E-03	1,77E-03	6,25E-04
Cyclohexan	5,80E-03	6,20E-03	6,41E-03	1,97E-03	2,32E-03	9,23E-04
Ethanol	1,54E-03	1,74E-03	1,72E-03	3,31E-04	5,19E-04	1,75E-04
Hexan	3,33E-03	3,34E-03	3,46E-03	1,29E-03	1,18E-03	7,20E-04
Methanol	4,19E-04	4,45E-04	4,55E-04	3,68E-05	5,85E-04	8,80E-05
Toluol	2,72E-02	2,93E-02	2,98E-02	7,81E-03	6,29E-03	3,63E-03


STANDARDABWEICHUNG	Sensor 17	Polyethylenvinylacetat
STANDARDABWEICHUNG
	22°C	22°C	23°C	45°C	46°C	55°C
2-Propanol	1,90E-04	6,46E-05	2,05E-05	4,27E-04	2,19E-04	1,36E-04
Benzol	3,13E-04	1,13E-04	1,38E-04	1,30E-03	4,55E-04	1,51E-04
Chloroform	3,89E-04	2,87E-04	1,57E-04	1,75E-04	1,92E-04	1,77E-04
Cyclohexan	4,04E-04	1,79E-04	8,12E-05	3,61E-06	3,20E-04	1,51E-04
Ethanol	1,32E-04	4,09E-05	3,11E-05	1,22E-04	1,08E-04	1,11E-04
Hexan	8,52E-05	1,86E-04	9,90E-05	2,44E-04	1,37E-05	3,93E-04
Methanol	5,97E-05	3,50E-05	5,45E-05	9,24E-05	8,97E-04	1,46E-04
Toluol	9,38E-04	3,33E-04	3,38E-04	3,07E-03	2,14E-04	2,95E-03

TABELLE 6 fortgesetzt

	Bsp. 1	Bsp. 3	Bsp. 5	Bsp. 2	Bsp. 4	Bsp. 6
DURCHSCHNITTE	Sensor 20	Polyethylenvinylacetat
	22°C	22°C	23°C	33°C	34°C	37°C
2-Propanol	3,83E-03	3,75E-03	3,91E-03	2,56E-03	2,89E-03	2,30E-03
Benzol	1,09E-02	1,09E-02	1,12E-02	8,36E-03	8,20E-03	6,82E-03
Chloroform	1,06E-02	1,02E-02	1,07E-02	7,63E-03	7,61E-03	5,87E-03
Cyclohexan	9,50E-03	9,22E-03	9,63E-03	7,39E-03	7,52E-03	6,08E-03
Ethanol	2,75E-03	2,82E-03	2,77E-03	2,00E-03	2,43E-03	1,82E-03
Hexan	5,39E-03	4,93E-03	5,20E-03	4,20E-03	4,34E-03	3,13E-03
Methanol	8,33E-04	7,91E-04	8,08E-04	6,09E-04	9,35E-04	5,63E-04
Toluol	4,49E-02	4,37E-02	4,56E-02	3,01E-02	3,14E-02	2,35E-02


STANDARDABWEICHUNG	Sensor 20	Polyethylenvinylacetat
STANDARDABWEICHUNG
	22°C	22°C	23°C	33°C	34°C	37°C
2-Propanol	2,89E-04	6,98E-05	3,96E-05	2,04E-04	1,50E-04	5,24E-04
Benzol	4,76E-04	1,63E-04	2,44E-04	6,45E-04	4,10E-04	5,20E-04
Chloroform	6,01E-04	3,53E-04	2,61E-04	2,21E-04	3,29E-04	4,52E-04
Cyclohexan	6,43E-04	1,88E-04	1,46E-04	3,20E-04	8,44E-05	6,69E-04
Ethanol	2,17E-04	1,31E-05	5,29E-05	9,05E-05	3,28E-04	3,89E-04
Hexan	1,71E-04	2,28E-04	1,38E-04	1,31E-04	1,42E-04	3,19E-04
Methanol	5,76E-05	5,00E-05	2,52E-05	9,05E-05	9,12E-04	3,11E-04
Toluol	1,75E-03	3,75E-04	5,35E-04	1,71E-03	5,16E-04	9,34E-04

TABELLE 6 fortgesetzt

	Bsp. 1	Bsp. 3	Bsp. 5	Bsp. 2	Bsp. 4	Bsp. 6
DURCHSCHNITTE	Sensor 4	Polyethylenoxid (nicht erhitzt)
	22°C	22°C	23°C	22°C	22°C	22°C
2-Propanol	3,34E-03	3,16E-03	3,34E-03	3,33E-03	3,28E-03	3,16E-03
Benzol	8,18E-03	7,34E-03	8,06E-03	8,25E-03	7,86E-03	7,26E-03
Chloroform	7,83E-03	7,17E-03	7,73E-03	8,01E-03	7,56E-03	7,20E-03
Cyclohexan	9,32E-04	8,13E-04	9,19E-04	9,16E-04	8,74E-04	8,17E-04
Ethanol	3,12E-03	2,94E-03	3,12E-03	3,09E-03	3,05E-03	2,90E-03
Hexan	7,00E-04	5,70E-04	6,80E-04	6,86E-04	6,47E-04	6,05E-04
Methanol	1,48E-03	1,38E-03	1,48E-03	1,47E-03	1,44E-03	1,39E-03
Toluol	2,96E-02	2,65E-02	2,88E-02	2,93E-02	2,83E-02	2,62E-02


STANDARDABWEICHUNG	Sensor 4	Polyethylenoxid (nicht erhitzt)
STANDARDABWEICHUNG
	22°C	22°C	23°C	22°C	22°C	22°C
2-Propanol	1,26E-04	6,19E-05	3,44E-05	1,13E-05	6,71E-06	1,12E-04
Benzol	2,33E-04	2,30E-04	7,16E-05	1,07E-05	6,90E-05	1,74E-04
Chloroform	3,43E-04	3,64E-04	1,47E-04	1,26E-04	2,29E-04	2,85E-04
Cyclohexan	1,72E-05	5,23E-05	1,83E-07	8,32E-06	1,81E-05	1,76E-05
Ethanol	1,40E-04	1,37E-05	2,17E-05	2,32E-05	2,82E-05	1,33E-04
Hexan	1,37E-05	6,93E-05	3,62E-06	3,07E-06	1,41E-05	2,07E-05
Methanol	2,24E-05	2,22E-05	2,51E-05	2,03E-05	1,21E-05	4,49E-05
Toluol	4,39E-04	1,17E-04	1,75E-04	2,24E-04	8,57E-05	3,94E-04

TABELLE 6 fortgesetzt

	Bsp. 1	Bsp. 3	Bsp. 5	Bsp. 2	Bsp. 4	Bsp. 6
DURCHSCHNITTE	Sensor 6	Polyethylenoxid (nicht erhitzt)
	22°C	22°C	23°C	22°C	22°C	22°C
2-Propanol	3,30E-03	3,08E-03	3,29E-03	3,27E-03	3,21E-03	3,11E-03
Benzol	9,14E-03	7,90E-03	8,92E-03	9,15E-03	8,61E-03	8,01E-03
Chloroform	8,33E-03	7,45E-03	8,19E-03	8,42E-03	7,90E-03	7,58E-03
Cyclohexan	1,05E-03	8,60E-04	1,02E-03	1,01E-03	9,59E-04	9,11-E-04
Ethanol	2,97E-03	2,78E-03	2,97E-03	2,94E-03	2,90E-03	2,78E-03
Hexan	8,32E-04	6,13E-04	7,86E-04	7,95E-04	7,27E-04	7,00E-04
Methanol	1,41E-03	1,29E-03	1,41E-03	1,40E-03	1,36E-03	1,32E-03
Toluol	3,26E-02	2,86E-02	3,16E-02	3,21E-02	3,08E-02	2,86E-02


STANDARDABWEICHUNG	Sensor 6	Polyethylenoxid (nicht erhitzt)
STANDARDABWEICHUNG
	22°C	22°C	23°C	22°C	22°C	22°C
2-Propanol	1,41E-04	9,26E-05	3,57E-05	2,04E-05	1,50E-05	1,28E-04
Benzol	2,67E-04	4,58E-04	7,88E-05	1,53E-05	9,19E-05	2,07E-04
Chloroform	3,17E-04	4,83E-04	1,55E-04	1,30E-04	2,75E-04	3,12E-04
Cyclohexan	2,33E-05	9,08E-05	7,15E-06	1,49E-05	2,55E-05	2,30E-05
Ethanol	1,33E-04	4,14E-05	2,35E-05	1,28E-05	1,62E-05	1,31E-04
Hexan	5,79E-06	1,20E-04	8,29E-06	6,28E-06	1,99E-05	1,83E-05
Methanol	2,66E-05	3,85E-05	2,54E-05	1,50E-05	1,27E-05	5,24E-05
Toluol	4,69E-04	4,37E-04	1,57E-04	2,68E-04	1,32E-04	4,26E-04

TABELLE 6 fortgesetzt

	Bsp. 1	Bsp. 3	Bsp. 5	Bsp. 2	Bsp. 4	Bsp. 6
DURCHSCHNITTE	Sensor 9	Polyethylenoxid (nicht erhitzt)
	22°C	22°C	23°C	22°C	22°C	22°C
2-Propanol	3,22E-03	3,50E-03	3,30E-03	3,27E-03	3,17E-03	3,44E-03
Benzol	6,27E-03	5,77E-03	6,10E-03	6,32E-03	5,80E-03	5,19E-03
Chloroform	6,60E-03	6,27E-03	6,51E-03	6,78E-03	6,37E-03	5,95E-03
Cyclohexan	7,82E-04	9,06E-04	7,59E-04	7,55E-04	7,16E-04	6,71E-04
Ethanol	3,03E-03	3,22E-03	2,98E-03	2,96E-03	2,99E-03	3,02E-03
Hexan	5,46E-04	8,12E-04	5,37E-04	5,84E-04	5,11E-04	5,61E-04
Methanol	1,50E-03	1,75E-03	1,45E-03	1,51E-03	1,55E-03	1,63E-03
Toluol	2,20E-02	1,84E-02	2,11E-02	2,18E-02	1,99E-02	1,72E-02


STANDARDABWEICHUNG	Sensor 9	Polyethylenoxid (nicht erhitzt)
STANDARDABWEICHUNG
	22°C	22°C	23°C	22°C	22°C	22°C
2-Propanol	1,61E-04	1,51E-04	7,00E-05	2,98E-05	1,16E-04	3,78E-04
Benzol	2,27E-04	4,88E-04	1,35E-04	1,08E-04	4,08E-05	9,07E-05
Chloroform	2,06E-04	1,36E-04	5,63E-05	6,31E-05	1,40E-04	4,07E-04
Cyclohexan	5,07E-05	1,66E-04	3,37E-05	9,69E-05	9,88E-06	3,78E-05
Ethanol	1,73E-04	2,07E-04	1,65E-05	6,02E-05	1,96E-05	1,85E-04
Hexan	8,37E-05	2,83E-04	4,77E-05	4,83E-05	1,68E-04	1,64E-04
Methanol	7,56E-05	1,00E-04	2,88E-05	5,50E-05	8,35E-05	1,31E-04
Toluol	4,26E-04	3,61E-04	8,15E-05	2,75E-04	4,39E-04	3,32E-04

TABELLE 6 fortgesetzt

	Bsp. 1	Bsp. 3	Bsp. 5	Bsp. 2	Bsp. 4	Bsp. 6
DURCHSCHNITTE	Sensor 15	Polyethylenoxid
	22°C	22°C	23°C	44°C	47°C	57°C
2-Propanol	2,77E-03	2,98E-03	2,72E-03	7,13E-04	9,59E-04	3,19E-04
Benzol	2,84E-03	3,10E-03	2,68E-03	9,04E-04	1,20E-03	3,39E-04
Chloroform	3,58E-03	3,69E-03	3,36E-03	1,08E-03	1,24E-03	3,68E-04
Cyclohexan	5,61E-04	8,60E-04	5,85E-04	1,34E-04	3,74E-04	1,79E-04
Ethanol	2,57E-03	2,79E-03	2,47E-03	7,74E-04	7,59E-04	3,65E-04
Hexan	4,32E-04	6,88E-04	4,27E-04	2,39E-04	2,71E-04	7,47E-05
Methanol	1,30E-03	1,56E-03	1,27E-03	4,09E-04	4,07E-04	2,53E-04
Toluol	9,45E-03	8,67E-03	8,77E-03	3,66E-03	3,18E-03	1,29E-03


STANDARDABWEICHUNG	Sensor 15	Polyethylenoxid
STANDARDABWEICHUNG
	22°C	22°C	23°C	44°C	47°C	57°C
2-Propanol	7,33E-05	3,80E-05	3,75E-05	2,57E-04	6,46E-05	9,75E-05
Benzol	2,31E-05	4,43E-04	5,95E-05	3,78E-04	1,52E-04	2,56E-04
Chloroform	1,11E-04	1,88E-04	2,75E-05	1,65E-04	9,19E-05	1,11E-04
Cyclohexan	2,69E-05	1,20E-04	1,32E-04	4,88E-05	1,96E-04	2,41E-04
Ethanol	8,53E-05	1,61E-04	1,35E-04	8,05E-05	9,10E-05	2,14E-04
Hexan	8,14E-05	9,59E-05	1,24E-05	2,91E-04	1,21E-04	3,69E-05
Methanol	7,68E-05	3,61E-05	1,24E-04	7,45E-05	1,30E-04	1,33E-04
Toluol	1,23E-04	3,63E-04	9,63E-05	7,71E-05	1,43E-04	2,46E-04

TABELLE 6 fortgesetzt

	Bsp. 1	Bsp. 3	Bsp. 5	Bsp. 2	Bsp. 4	Bsp. 6
DURCHSCHNITTE	Sensor 16	Polyethylenoxid
	22°C	22°C	23°C	33°C	33°C	37°C
2-Propanol	3,02E-03	3,03E-03	2,69E-03	1,84E-03	1,81E-03	1,35E-03
Benzol	6,36E-03	5,48E-03	5,99E-03	4,56E-03	4,14E-03	2,95E-03
Chloroform	6,49E-03	5,86E-03	6,18E-03	4,20E-03	3,87E-03	2,77E-03
Cyclohexan	6,70E-04	6,68E-04	6,34E-04	5,19E-04	4,89E-04	4,13E-04
Ethanol	2,74E-03	2,81E-03	2,68E-03	1,71E-03	1,66E-03	1,28E-03
Hexan	4,22E-04	5,13E-04	4,37E-04	3,48E-04	3,53E-04	3,02E-04
Methanol	1,32E-03	1,42E-03	1,27E-03	8,77E-04	8,50E-04	7,23E-04
Toluol	2,28E-02	1,87E-02	2,08E-02	1,61E-02	1,43E-02	1,03E-02


STANDARDABWEICHUNG	Sensor 16	Polyethylenoxid
STANDARDABWEICHUNG
	22°C	22°C	23°C	33°C	33°C	37°C
2-Propanol	1,18E-04	7,87E-05	2,67E-05	4,18E-05	2,22E-05	4,92E-05
Benzol	2,12E-04	1,65E-04	4,95E-05	3,95E-05	6,30E-05	1,12E-04
Chloroform	3,17E-04	8,02E-05	1,20E-04	4,67E-05	6,31E-05	1,40E-04
Cyclohexan	7,01E-06	7,16E-05	8,73E-06	4,19E-05	4,15E-05	1,80E-05
Ethanol	1,27E-04	1,07E-04	1,53E-05	2,90E-05	1,12E-05	4,05E-05
Hexan	2,13E-05	7,84E-05	4,94E-06	2,98E-05	2,28E-05	3,25E-05
Methanol	2,01E-05	5,03E-05	3,18E-05	1,20E-05	4,36E-05	1,71E-05
Toluol	4,12E-04	2,44E-04	1,78E-04	2,16E-04	1,77E-04	1,18E-04

TABELLE 6 fortgesetzt

	Bsp. 1	Bsp. 3	Bsp. 5	Bsp. 2	Bsp. 4	Bsp. 6
DURCHSCHNITTE	Sensor 5	Poly-4-vinylphenol (nicht erhitzt)
	22°C	22°C	23°C	22°C	22°C	22°C
2-Propanol	3,31E-03	1,60E-03	2,56E-03	3,18E-03	2,44E-03	1,53E-03
Benzol	5,11E-04	3,45E-04	4,77E-04	5,23E-04	4,47E-04	3,93E-04
Chloroform	9,93E-04	6,38E-04	9,01E-04	1,05E-03	8,95E-04	5,96E-04
Cyclohexan	1,32E-04	7,83E-05	9,96E-05	7,61E-05	8,85E-05	1,01E-04
Ethanol	1,75E-02	1,33E-02	1,57E-02	1,67E-02	1,51E-02	1,27E-02
Hexan	1,33E-04	1,05E-04	1,20E-04	1,74E-04	1,10E-04	1,07E-04
Methanol	1,27E-02	1,15E-02	1,18E-02	1,23E-02	1,18E-02	1,11E-02
Toluol	1,08E-03	7,02E-04	9,74E-04	1,08E-03	8,69E-04	6,69E-04


STANDARDABWEICHUNG	Sensor 5	Poly-4-vinylphenol (nicht erhitzt)
STANDARDABWEICHUNG
	22°C	22°C	23°C	22°C	22°C	22°C
2-Propanol	1,26E-04	7,17E-05	5,29E-05	7,47E-05	8,36E-05	1,09E-04
Benzol	1,84E-05	2,92E-05	4,24E-05	4,00E-05	1,96E-05	2,42E-05
Chloroform	6,73E-05	3,52E-05	2,11E-05	5,81E-05	2,35E-05	4,43E-05
Cyclohexan	1,52E-05	3,30E-05	1,33E-05	5,11E-05	1,66E-05	6,08E-05
Ethanol	5,63E-04	5,20E-04	1,40E-04	5,19E-04	3,34E-04	6,10E-04
Hexan	3,54E-05	9,39E-06	2,96E-05	3,18E-05	3,84E-06	2,68E-05
Methanol	5,31E-05	1,78E-04	1,50E-04	1,62E-04	9,92E-05	3,93E-04
Toluol	5,06E-05	5,00E-05	9,14E-05	9,22E-05	4,81E-05	5,81E-06

TABELLE 6 fortgesetzt

	Bsp. 1	Bsp. 3	Bsp. 5	Bsp. 2	Bsp. 4	Bsp. 6
DURCHSCHNITTE	Sensor 7	Poly-4-vinylphenol (nicht erhitzt)
	22°C	22°C	23°C	22°C	22°C	22°C
2-Propanol	1,55E-03	2,49E-04	1,10E-03	1,47E-03	7,27E-04	2,63E-04
Benzol	6,95E-04	2,83E-04	4,63E-04	4,46E-04	3,87E-04	3,08E-04
Chloroform	5,86E-04	2,19E-04	4,86E-04	6,59E-04	3,87E-04	2,11E-04
Cyclohexan	3,35E-04	8,02E-05	1,17E-04	1,61E-04	8,90E-05	1,43E-04
Ethanol	1,20E-02	4,88E-03	1,06E-02	1,17E-02	8,79E-03	4,38E-03
Hexan	1,84E-04	1,60E-04	2,16E-04	1,72E-04	1,57E-04	1,34E-04
Methanol	1,09E-02	1,02E-02	1,10E-02	1,13E-02	1,29E-02	1,04E-02
Toluol	1,06E-03	6,43E-04	9,00E-04	9,33E-04	7,33E-04	5,74E-04


STANDARDABWEICHUNG	Sensor 7	Poly-4-vinylphenol (nicht erhitzt)
STANDARDABWEICHUNG
	22°C	22°C	23°C	22°C	22°C	22°C
2-Propanol	1,36E-04	4,15E-05	8,21E-05	1,56E-04	5,48E-05	5,45E-05
Benzol	1,16E-05	8,23E-05	8,53E-05	1,03E-04	8,77E-05	4,20E-05
Chloroform	6,41E-05	1,21E-04	7,59E-05	1,31E-04	1,36E-04	3,63E-05
Cyclohexan	4,14E-05	3,62E-05	5,71E-05	6,57E-05	3,68E-05	8,23E-05
Ethanol	8,41E-04	4,75E-04	2,43E-04	4,28E-04	5,34E-04	2,41E-04
Hexan	1,12E-04	5,94E-05	9,81E-05	2,63E-05	4,34E-05	6,98E-05
Methanol	1,97E-04	5,53E-04	2,48E-04	3,93E-04	5,12E-04	2,80E-04
Toluol	8,16E-05	8,98E-05	9,25E-05	3,72E-05	8,43E-05	7,97E-05

TABELLE 6 fortgesetzt

	Bsp. 1	Bsp. 3	Bsp. 5	Bsp. 2	Bsp. 4	Bsp. 6
DURCHSCHNITTE	Sensor 18	Poly-4-vinylphenol
	22°C	22°C	23°C	45°C	46°C	64°C
2-Propanol	7,57E-04	1,57E-03	9,23E-04	2,45E-03	1,42E-03	4,89E-03
Benzol	3,58E-04	2,91E-03	2,76E-03	1,12E-03	3,35E-03	2,62E-03
Chloroform	3,12E-03	6,87E-03	2,50E-03	3,91E-03	1,73E-03	4,88E-03
Cyclohexan	2,72E-03	8,70E-03	1,27E-03	1,67E-03	2,42E-03	3,45E-03
Ethanol	4,83E-03	4,53E-03	5,14E-03	1,50E-02	1,81E-03	1,03E-02
Hexan	1,81E-03	3,69E-03	1,27E-03	3,42E-03	2,12E-03	5,06E-03
Methanol	3,18E-02	1,77E-02	3,93E-02	2,54E-02	3,42E-02	1,20E-02
Toluol	3,89E-03	2,17E-03	1,16E-03	–9,19E-04	3,59E-03	2,81E-03


STANDARDABWEICHUNG	Sensor 18	Poly-4-vinylphenol
STANDARDABWEICHUNG
	22°C	22°C	23°C	45°C	46°C	64°C
2-Propanol	4,19E-04	2,50E-03	4,77E-04	9,88E-04	2,29E-03	3,09E-03
Benzol	3,18E-03	3,65E-03	1,91E-03	2,53E-03	1,78E-04	1,98E-03
Chloroform	2,20E-03	3,96E-04	1,63E-03	3,21E-03	1,08E-03	7,30E-04
Cyclohexan	2,31E-03	1,17E-02	1,56E-03	4,69E-03	8,68E-04	1,71E-03
Ethanol	1,61E-03	2,37E-03	9,72E-04	2,33E-03	2,40E-03	9,56E-03
Hexan	1,01E-03	2,80E-03	6,31E-04	1,70E-03	8,44E-04	1,95E-03
Methanol	8,72E-03	5,25E-03	1,23E-03	1,11E-02	4,57E-03	5,97E-03
Toluol	3,90E-03	5,32E-03	9,34E-04	3,75E-03	1,47E-03	2,99E-04

TABELLE 6 fortgesetzt

	Bsp. 1	Bsp. 3	Bsp. 5	Bsp. 2	Bsp. 4	Bsp. 6
DURCHSCHNITTE	Sensor 19	Poly-4-vinylphenol
	22°C	22°C	23°C	37°C	38°C	43°C
2-Propanol	9,09E-04	2,38E-04	1,86E-04	1,02E-03	2,74E-04	1,72E-04
Benzol	2,32E-04	2,14E-04	2,22E-04	2,58E-04	1,52E-04	1,28E-04
Chloroform	3,91E-04	1,31E-04	1,69E-04	3,29E-04	1,76E-04	8,66E-05
Cyclohexan	1,31E-04	8,34E-05	1,16E-04	4,71E-05	7,94E-05	1,25E-04
Ethanol	1,09E-02	6,48E-03	5,48E-03	7,68E-03	4,81E-03	2,38E-03
Hexan	8,28E-05	9,80E-05	1,03E-04	4,48E-05	7,25E-05	1,66E-04
Methanol	1,06E-02	9,98E-03	9,23E-03	6,73E-03	5,82E-03	4,04E-03
Toluol	4,57E-04	4,10E-04	4,62E-04	3,51E-04	2,17E-04	1,62E-04


STANDARDABWEICHUNG	Sensor 19	Poly-4-vinylphenol
STANDARDABWEICHUNG
	22°C	22°C	23°C	37°C	38°C	43°C
2-Propanol	1,62E-05	4,28E-05	4,09E-05	5,69E-05	1,25E-04	8,61E-05
Benzol	1,60E-05	7,93E-05	6,85E-05	1,43E-04	4,41E-05	2,55E-05
Chloroform	6,82E-05	2,86E-05	1,82E-05	2,95E-05	9,03E-05	3,69E-05
Cyclohexan	1,32E-05	4,94E-05	7,90E-05	6,32E-05	3,30E-05	3,08E-05
Ethanol	5,51E-04	5,99E-04	3,17E-05	7,08E-04	5,44E-04	4,33E-04
Hexan	4,84E-05	6,92E-06	3,30E-05	9,91E-05	1,03E-05	7,23E-05
Methanol	2,21E-04	4,53E-04	1,04E-04	5,95E-04	2,21E-04	3,94E-04
Toluol	9,02E-05	2,26E-05	1,02E-04	1,68E-05	1,38E-04	1,72E-04

TABELLE 7

normalisierte	Bsp. 1	Bsp. 3	Bsp. 5	Bsp. 2	Bsp. 4	Bsp. 6
DURCHSCHNITTE	Sensor 3	Polyethylenvinylacetat (nicht erhitzt)
	22°C	22°C	23°C	22°C	22°C	22°C
2-Propanol	3,67E-02	3,69E-02	3,73E-02	3,63E-02	3,80E-02	3,82E-02
Benzol	1,27E-01	1,28E-01	1,27E-01	1,29E-01	1,27E-01	1,29E-01
Chloroform	1,15E-01	1,13E-01	1,16E-01	1,18E-01	1,14E-01	1,16E-01
Cyclohexan	1,03E-01	1,03E-01	1,04E-01	1,02E-01	1,03E-01	1,05E-01
Ethanol	2,70E-02	2,76E-02	2,73E-02	2,77E-02	2,73E-02	2,77E-02
Hexan	5,95E-02	5,63E-02	5,67E-02	5,99E-02	5,75E-02	5,72E-02
Methanol	6,71E-03	6,76E-03	6,89E-03	8,42E-03	7,37E-03	6,74E-03
Toluol	5,25E-01	5,28E-01	5,25E-01	5,19E-01	5,25E-01	5,21E-01


normalisierte	Sensor 3	Polyethylenvinylacetat (nicht erhitzt)
STANDARDABWEICHUNG
STANDARDABWEICHUNG
	22°C	22°C	23°C	22°C	22°C	22°C
2-Propanol	2,66E-03	7,46E-04	3,37E-04	2,26E-03	7,96E-04	2,75E-03
Benzol	4,25E-03	2,31E-03	1,52E-03	2,12E-03	1,07E-03	4,98E-03
Chloroform	5,44E-03	4,04E-03	2,12E-03	1,32E-03	3,03E-03	8,57E-03
Cyclohexan	6,89E-03	1,84E-03	7,68E-04	1,33E-03	2,04E-03	2,64E-03
Ethanol	2,11E-03	9,77E-05	7,85E-04	9,72E-04	1,21E-04	2,07E-03
Hexan	1,58E-03	1,99E-03	1,76E-03	3,26E-03	9,29E-04	2,63E-03
Methanol	8,81E-04	1,80E-04	7,15E-04	2,22E-03	5,73E-04	1,58E-03
Toluol	1,60E-02	2,29E-03	3,84E-03	5,82E-03	1,41E-03	1,44E-02

TABELLE 7 fortgesetzt

normalisierte	Bsp. 1	Bsp. 3	Bsp. 5	Bsp. 2	Bsp. 4	Bsp. 6
DURCHSCHNITTE	Sensor 8	Polyethylenvinylacetat (nicht erhitzt)
	22°C	22°C	23°C	22°C	22°C	22°C
2-Propanol	3,97E-02	4,02E-02	4,01E-02	3,91E-02	4,10E-02	4,13E-02
Benzol	1,26E-01	1,27E-01	1,28E-01	1,28E-01	1,27E-01	1,28E-01
Chloroform	1,16E-01	1,15E-01	1,17E-01	1,19E-01	1,16E-01	1,18E-01
Cyclohexan	1,02E-01	1,01E-01	1,02E-01	1,02E-01	1,01E-01	1,02E-01
Ethanol	2,93E-02	3,00E-02	2,91E-02	2,96E-02	2,94E-02	3,01E-02
Hexan	5,97E-02	5,48E-02	5,61E-02	5,90E-02	5,60E-02	5,53E-02
Methanol	8,20E-03	7,71E-03	8,14E-03	8,01E-03	8,37E-03	8,10E-03
Toluol	5,21E-01	5,25E-01	5,20E-01	5,16E-01	5,22E-01	5,17E-01


normalisierte	Sensor 8	Polyethylenvinylacetat (nicht erhitzt)
STANDARDABWEICHUNG
STANDARDABWEICHUNG
	22°C	22°C	23°C	22°C	22°C	22°C
2-Propanol	3,03E-03	5,54E-04	3,15E-04	1,98E-03	5,01E-04	3,08E-03
Benzol	4,33E-03	1,74E-03	2,12E-03	2,65E-04	8,33E-04	6,15E-03
Chloroform	6,34E-03	3,74E-03	2,54E-03	2,46E-03	4,21E-03	8,12E-03
Cyclohexan	5,86E-03	1,16E-03	1,19E-03	1,25E-03	2,70E-03	3,18E-03
Ethanol	2,13E-03	1,19E-04	4,98E-04	1,41E-03	2,40E-04	2,32E-03
Hexan	2,45E-04	2,73E-03	1,81E-03	1,56E-03	1,31E-03	2,36E-03
Methanol	1,18E-03	6,21E-04	8,73E-04	1,03E-03	8,06E-04	1,73E-03
Toluol	1,62E-02	3,54E-03	5,20E-03	5,53E-03	2,06E-03	1,42E-02

TABELLE 7 fortgesetzt

normalisierte	Bsp. 1	Bsp. 3	Bsp. 5	Bsp. 2	Bsp. 4	Bsp. 6
DURCHSCHNITTE	Sensor 17	Polyethylenvinylacetat
	22°C	22°C	23°C	45°C	46°C	55°C
2-Propanol	4,10E-02	4,17E-02	4,13E-02	2,05E-02	4,72E-02	3,52E-02
Benzol	1,28E-01	1,30E-01	1,31E-01	8,31E-02	1,15E-01	1,06E-01
Chloroform	1,20E-01	1,18E-01	1,20E-01	1,09E-01	1,17E-01	8,71E-02
Cyclohexan	1,08E-01	1,07E-01	1,08E-01	1,35E-01	1,54E-01	1,29E-01
Ethanol	2,86E-02	3,02E-02	2,91E-02	2,28E-02	3,43E-02	2,43E-02
Hexan	6,18E-02	5,79E-02	5,85E-02	8,87E-02	7,79E-02	1,00E-01
Methanol	7,78E-03	7,71E-03	7,70E-03	2,53E-03	3,87E-02	1,23E-02
Toluol	5,04E-01	5,07E-01	5,05E-01	5,37E-01	4,16E-01	5,06E-01


normalisierte	Sensor 17	Polyethylenvinylacetat
STANDARDABWEICHUNG
STANDARDABWEICHUNG
	22°C	22°C	23°C	45°C	46°C	55°C
2-Propanol	3,52E-03	1,12E-03	3,46E-04	2,94E-02	1,45E-02	1,90E-02
Benzol	5,81E-03	1,97E-03	2,33E-03	8,94E-02	3,01E-02	2,11E-02
Chloroform	7,22E-03	4,96E-03	2,66E-03	1,20E-02	1,27E-02	2,47E-02
Cyclohexan	7,49E-03	3,11E-03	1,37E-03	2,48E-04	2,12E-02	2,10E-02
Ethanol	2,44E-03	7,09E-04	5,26E-04	8,40E-03	7,16E-03	1,55E-02
Hexan	1,58E-03	3,23E-03	1,67E-03	1,68E-02	9,06E-04	5,47E-02
Methanol	1,11E-03	6,06E-04	9,22E-04	6,36E-03	5,94E-02	2,04E-02
Toluol	1,74E-02	5,77E-03	5,71E-03	2,11E-01	1,42E-02	4,10E-01

TABELLE 7 fortgesetzt

normalisierte	Bsp. 1	Bsp. 3	Bsp. 5	Bsp. 2	Bsp. 4	Bsp. 6
DURCHSCHNITTE	Sensor 20	Polyethylenvinylacetat
	22°C	22°C	23°C	33°C	34°C	37°C
2-Propanol	4,31E-02	4,35E-02	4,35E-02	4,08E-02	4,42E-02	4,60E-02
Benzol	1,23E-01	1,26E-01	1,25E-01	1,33E-01	1,25E-01	1,36E-01
Chloroform	1,20E-01	1,18E-01	1,19E-01	1,21E-01	1,16E-01	1,17E-01
Cyclohexan	1,07E-01	1,07E-01	1,07E-01	1,18E-01	1,15E-01	1,21E-01
Ethanol	3,10E-02	3,27E-02	3,08E-02	3,18E-02	3,73E-02	3,63E-02
Hexan	6,07E-02	5,72E-02	5,79E-02	6,68E-02	6,64E-02	6,26E-02
Methanol	9,39E-03	9,17E-03	8,99E-03	9,69E-03	1,43E-02	1,12E-02
Toluol	5,06E-01	5,06E-01	5,07E-01	4,79E-01	4,81E-01	4,69E-01


normalisierte	Sensor 20	Polyethylenvinylacetat
STANDARDABWEICHUNG
STANDARDABWEICHUNG
	22°C	22°C	23°C	33°C	34°C	37°C
2-Propanol	3,26E-03	8,09E-04	4,41E-04	3,24E-03	2,30E-03	1,05E-02
Benzol	5,36E-03	1,89E-03	2,72E-03	1,03E-02	6,27E-03	1,04E-02
Chloroform	6,77E-03	4,09E-03	2,90E-03	3,51E-03	5,03E-03	9,04E-03
Cyclohexan	7,25E-03	2,18E-03	1,63E-03	5,10E-03	1,29E-03	1,34E-02
Ethanol	2,45E-03	1,51E-04	5,88E-04	1,44E-03	5,03E-03	7,77E-03
Hexan	1,93E-03	2,64E-03	1,54E-03	2,09E-03	2,17E-03	6,38E-03
Methanol	6,49E-04	5,80E-04	2,81E-04	1,44E-03	1,40E-02	6,22E-03
Toluol	1,98E-02	4,35E-03	5,95E-03	2,72E-02	7,90E-03	1,86E-02

TABELLE 7 fortgesetzt

normalisierte	Bsp. 1	Bsp. 3	Bsp. 5	Bsp. 2	Bsp. 4	Bsp. 6
DURCHSCHNITTE	Sensor 4	Polyethylenoxid (nicht erhitzt)
	22°C	22°C	23°C	22°C	22°C	22°C
2-Propanol	6,06E-02	6,34E-02	6,16E-02	6,05E-02	6,18E-02	6,38E-02
Benzol	1,48E-01	1,47E-01	1,49E-01	1,50E-01	1,48E-01	1,47E-01
Chloroform	1,42E-01	1,44E-01	1,43E-01	1,46E-01	1,43E-01	1,45E-01
Cyclohexan	1,69E-02	1,63E-02	1,70E-02	1,66E-02	1,65E-02	1,65E-02
Ethanol	5,66E-02	5,89E-02	5,77E-02	5,62E-02	5,74E-02	5,85E-02
Hexan	1,27E-02	1,14E-02	1,26E-02	1,25E-02	1,22E-02	1,22E-02
Methanol	2,69E-02	2,76E-02	2,74E-02	2,68E-02	2,72E-02	2,80E-02
Toluol	5,36E-01	5,31E-01	5,32E-01	5,32E-01	5,34E-01	5,29E-01


normalisierte	Sensor 4	Polyethylenoxid (nicht erhitzt)
STANDARDABWEICHUNG
STANDARDABWEICHUNG
	22°C	22°C	23°C	22°C	22°C	22°C
2-Propanol	2,28E-03	1,24E-03	6,36E-04	2,06E-04	1,27E-04	2,26E-03
Benzol	4,22E-03	4,61E-03	1,32E-03	1,94E-04	1,30E-03	3,51E-03
Chloroform	6,22E-03	7,31E-03	2,71E-03	2,29E-03	4,33E-03	5,76E-03
Cyclohexan	3,11E-04	1,05E-03	3,37E-06	1,51E-04	3,40E-04	3,55E-04
Ethanol	2,53E-03	2,74E-04	4,01E-04	4,21E-04	5,31E-04	2,68E-03
Hexan	2,48E-04	1,39E-03	6,69E-05	5,57E-05	2,66E-04	4,18E-04
Methanol	4,06E-04	4,45E-04	4,64E-04	3,70E-04	2,29E-04	9,06E-04
Toluol	7,97E-03	2,34E-03	3,23E-03	4,07E-03	1,62E-03	7,97E-03

TABELLE 7 fortgesetzt

normalisierte	Bsp. 1	Bsp. 3	Bsp. 5	Bsp. 2	Bsp. 4	Bsp. 6
DURCHSCHNITTE	Sensor 6	Polyethylenoxid (nicht erhitzt)
	22°C	22°C	23°C	22°C	22°C	22°C
2-Propanol	5,53E-02	5,86E-02	5,65E-02	5,53E-02	5,69E-02	5,86E-02
Benzol	1,53E-01	1,50E-01	1,53E-01	1,55E-01	1,53E-01	1,51E-01
Chloroform	1,40E-01	1,42E-01	1,41E-01	1,43E-01	1,40E-01	1,43E-01
Cyclohexan	1,75E-02	1,63E-02	1,76E-02	1,72E-02	1,70E-02	1,72E-02
Ethanol	4,98E-02	5,28E-02	5,10E-02	4,97E-02	5,14E-02	5,24E-02
Hexan	1,39E-02	1,16E-02	1,35E-02	1,35E-02	1,29E-02	1,32E-02
Methanol	2,36E-02	2,46E-02	2,43E-02	2,36E-02	2,41E-02	2,49E-02
Toluol	5,47E-01	5,44E-01	5,43E-01	5,43E-01	5,45E-01	5,40E-01


normalisierte	Sensor 6	Polyethylenoxid (nicht erhitzt)
STANDARDABWEICHUNG
STANDARDABWEICHUNG
	22°C	22°C	23°C	22°C	22°C	22°C
2-Propanol	2,36E-03	1,76E-03	6,15E-04	3,46E-04	2,65E-04	2,42E-03
Benzol	4,47E-03	8,71E-03	1,36E-03	2,59E-04	1,63E-03	3,91E-03
Chloroform	6,22E-03	9,18E-03	2,66E-03	2,20E-03	4,88E-03	5,88E-03
Cyclohexan	3,90E-04	1,73E-03	1,23E-04	2,53E-04	4,51E-04	4,35E-04
Ethanol	2,23E-03	7,86E-04	4,03E-04	2,16E-04	2,87E-04	2,47E-03
Hexan	9,70E-05	2,27E-03	1,43E-04	1,06E-04	3,53E-04	3,45E-04
Methanol	4,47E-04	7,32E-04	4,36E-04	2,54E-04	2,25E-04	9,89E-04
Toluol	7,87E-03	8,31E-03	2,69E-03	4,53E-03	2,34E-03	8,03E-03

TABELLE 7 fortgesetzt

normalisierte	Bsp. 1	Bsp. 3	Bsp. 5	Bsp. 2	Bsp. 4	Bsp. 6
DURCHSCHNITTE	Sensor 9	Polyethylenoxid (nicht erhitzt)
	22°C	22°C	23°C	22°C	22°C	22°C
2-Propanol	7,33E-02	8,62E-02	7,74E-02	7,45E-02	7,72E-02	9,14E-02
Benzol	1,43E-01	1,42E-01	1,43E-01	1,44E-01	1,41E-01	1,38E-01
Chloroform	1,50E-01	1,55E-01	1,52E-01	1,54E-01	1,55E-01	1,58E-01
Cyclohexan	1,78E-02	2,23E-02	1,78E-02	1,72E-02	1,74E-02	1,78E-02
Ethanol	6,89E-02	7,93E-02	6,97E-02	6,73E-02	7,28E-02	8,01E-02
Hexan	1,24E-02	2,00E-02	1,26E-02	1,33E-02	1,25E-02	1,49E-02
Methanol	3,42E-02	4,32E-02	3,39E-02	3,43E-02	3,78E-02	4,32E-02
Toluol	5,01E-01	4,52E-01	4,93E-01	4,95E-01	4,86E-01	4,57E-01


normalisierte	Sensor 9	Polyethylenoxid (nicht erhitzt)
STANDARDABWEICHUNG
STANDARDABWEICHUNG
	22°C	22°C	23°C	22°C	22°C	22°C
2-Propanol	3,67E-03	3,73E-03	1,64E-03	6,77E-04	2,83E-03	1,00E-02
Benzol	5,16E-03	1,20E-02	3,16E-03	2,47E-03	9,94E-04	2,41E-03
Chloroform	4,69E-03	3,34E-03	1,32E-03	1,44E-03	3,40E-03	1,08E-02
Cyclohexan	1,15E-03	4,09E-03	7,89E-04	2,21E-03	2,41E-04	1,01E-03
Ethanol	3,94E-03	5,11E-03	3,86E-04	1,37E-03	4,78E-04	4,93E-03
Hexan	1,90E-03	6,97E-03	1,12E-03	1,10E-03	4,08E-03	4,35E-03
Methanol	1,72E-03	2,46E-03	6,74E-04	1,25E-03	2,04E-03	3,49E-03
Toluol	9,70E-03	8,90E-03	1,91E-03	6,27E-03	1,07E-02	8,81E-03

TABELLE 7 fortgesetzt

normalisierte	Bsp. 1	Bsp. 3	Bsp. 5	Bsp. 2	Bsp. 4	Bsp. 6
DURCHSCHNITTE	Sensor 15	Polyethylenoxid
	22°C	22°C	23°C	44°C	47°C	57°C
2-Propanol	1,18E-01	1,22E-01	1,22E-01	9,01E-02	1,14E-01	9,98E-02
Benzol	1,21E-01	1,27E-01	1,20E-01	1,14E-01	1,43E-01	1,06E-01
Chloroform	1,52E-01	1,52E-01	1,51E-01	1,37E-01	1,48E-01	1,15E-01
Cyclohexan	2,39E-02	3,53E-02	2,62E-02	1,69E-02	4,46E-02	5,62E-02
Ethanol	1,09E-01	1,15E-01	1,11E-01	9,78E-02	9,05E-02	1,14E-01
Hexan	1,84E-02	2,83E-02	1,92E-02	3,02E-02	3,23E-02	2,34E-02
Methanol	5,54E-02	6,39E-02	5,71E-02	5,17E-02	4,85E-02	7,93E-02
Toluol	4,02E-01	3,56E-01	3,93E-01	4,63E-01	3,79E-01	4,06E-01


normalisierte	Sensor 15	Polyethylenoxid
STANDARDABWEICHUNG
STANDARDABWEICHUNG
	22°C	22°C	23°C	44°C	47°C	57°C
2-Propanol	3,12E-03	1,56E-03	1,68E-03	3,25E-02	7,71E-03	3,05E-02
Benzol	9,84E-04	1,82E-02	2,67E-03	4,78E-02	1,81E-02	8,01E-02
Chloroform	4,71E-03	7,72E-03	1,23E-03	2,09E-02	1,10E-02	3,47E-02
Cyclohexan	1,14E-03	4,95E-03	5,91E-03	6,16E-03	2,33E-02	7,55E-02
Ethanol	3,63E-03	6,63E-03	6,06E-03	1,02E-02	1,08E-02	6,71E-02
Hexan	3,46E-03	3,94E-03	5,55E-04	3,68E-02	1,44E-02	1,16E-02
Methanol	3,27E-03	1,48E-03	5,57E-03	9,42E-03	1,56E-02	4,16E-02
Toluol	5,22E-03	1,49E-02	4,32E-03	9,75E-03	1,71E-02	7,70E-02

TABELLE 7 fortgesetzt

normalisierte	Bsp. 1	Bsp. 3	Bsp. 5	Bsp. 2	Bsp. 4	Bsp. 6
DURCHSCHNITTE	Sensor 16	Polyethylenoxid
	22°C	22°C	23°C	33°C	33°C	37°C
2-Propanol	6,88E-02	7,87E-02	7,22E-02	6,11E-02	6,60E-02	6,75E-02
Benzol	1,45E-01	1,42E-01	1,46E-01	1,51E-01	1,50E-01	1,47E-01
Chloroform	1,48E-01	1,52E-01	1,51E-01	1,39E-01	1,41E-01	1,38E-01
Cyclohexan	1,53E-02	1,73E-02	1,55E-02	1,72E-02	1,78E-02	2,06E-02
Ethanol	6,26E-02	7,29E-02	6,54E-02	5,69E-02	6,03E-02	6,38E-02
Hexan	9,63E-03	1,33E-02	1,07E-02	1,16E-02	1,28E-02	1,50E-02
Methanol	3,00E-02	3,68E-02	3,11E-02	2,91E-02	3,09E-02	3,60E-02
Toluol	5,21E-01	4,86E-01	5,08E-01	5,33E-01	5,21E-01	5,12E-01


normalisierte	Sensor 16	Polyethylenoxid
STANDARDABWEICHUNG
STANDARDABWEICHUNG
	22°C	22°C	23°C	33°C	33°C	37°C
2-Propanol	2,68E-03	2,04E-03	6,25E-04	1,39E-03	8,06E-04	2,45E-03
Benzol	4,83E-03	4,29E-03	1,21E-03	1,31E-03	2,29E-03	5,57E-03
Chloroform	7,22E-03	2,08E-03	2,94E-03	1,55E-03	2,29E-03	6,97E-03
Cyclohexan	1,60E-04	1,86E-03	2,13E-04	1,39E-03	1,51E-03	8,98E-04
Ethanol	2,89E-03	2,78E-03	3,73E-04	9,62E-04	4,09E-04	2,02E-03
Hexan	4,86E-04	2,03E-03	1,21E-04	9,89E-04	8,28E-04	1,62E-03
Methanol	4,58E-04	1,31E-03	7,76E-04	3,98E-04	1,58E-03	8,50E-04
Toluol	9,39E-03	6,32E-03	4,35E-03	7,19E-03	6,42E-03	5,87E-03

TABELLE 7 fortgesetzt

normalisierte	Bsp. 1	Bsp. 3	Bsp. 5	Bsp. 2	Bsp. 4	Bsp. 6
DURCHSCHNITTE	Sensor 5	Poly-4-vinylphenol (nicht erhitzt)
	22°C	22°C	23°C	22°C	22°C	22°C
2-Propanol	9,08E-02	5,67E-02	7,83E-02	9,08E-02	7,68E-02	5,63E-02
Benzol	1,40E-02	1,22E-02	1,46E-02	1,49E-02	1,41E-02	1,45E-02
Chloroform	2,73E-02	2,26E-02	2,76E-02	3,00E-02	2,82E-02	2,19E-02
Cyclohexan	3,62E-03	2,77E-03	3,05E-03	2,17E-03	2,79E-03	3,72E-03
Ethanol	4,81E-01	4,71E-01	4,81E-01	4,75E-01	4,77E-01	4,68E-01
Hexan	3,65E-03	3,72E-03	3,67E-03	4,97E-03	3,45E-03	3,92E-03
Methanol	3,50E-01	4,06E-01	3,62E-01	3,51E-01	3,71E-01	4,08E-01
Toluol	2,98E-02	2,49E-02	2,98E-02	3,09E-02	2,73E-02	2,46E-02


normalisierte	Sensor 5	Poly-4-vinylphenol (nicht erhitzt)
STANDARDABWEICHUNG
STANDARDABWEICHUNG
	22°C	22°C	23°C	22°C	22°C	22°C
2-Propanol	3,47E-03	2,54E-03	1,62E-03	2,13E-03	2,63E-03	3,99E-03
Benzol	5,06E-04	1,03E-03	1,30E-03	1,14E-03	6,17E-04	8,88E-04
Chloroform	1,85E-03	1,25E-03	6,47E-04	1,66E-03	7,39E-04	1,63E-03
Cyclohexan	4,16E-04	1,17E-03	4,08E-04	1,46E-03	5,21E-04	2,23E-03
Ethanol	1,55E-02	1,84E-02	4,28E-03	1,48E-02	1,05E-02	2,24E-02
Hexan	9,72E-04	3,32E-04	9,08E-04	9,08E-04	1,21E-04	9,83E-04
Methanol	1,46E-03	6,28E-03	4,61E-03	4,63E-03	3,12E-03	1,44E-02
Toluol	1,39E-03	1,77E-03	2,80E-03	2,63E-03	1,51E-03	2,14E-04

TABELLE 7 fortgesetzt

normalisierte	Bsp. 1	Bsp. 3	Bsp. 5	Bsp. 2	Bsp. 4	Bsp. 6
DURCHSCHNITTE	Sensor 7	Poly-4-vinylphenol (nicht erhitzt)
	22°C	22°C	23°C	22°C	22°C	22°C
2-Propanol	5,69E-02	1,49E-02	4,41E-02	5,49E-02	3,01E-02	1,60E-02
Benzol	2,55E-02	1,69E-02	1,86E-02	1,66E-02	1,61E-02	1,88E-02
Chloroform	2,15E-02	1,31E-02	1,95E-02	2,46E-02	1,61E-02	1,29E-02
Cyclohexan	1,23E-02	4,79E-03	4,71E-03	6,02E-03	3,69E-03	8,74E-03
Ethanol	4,39E-01	2,91E-01	4,27E-01	4,35E-01	3,64E-01	2,67E-01
Hexan	6,74E-03	9,58E-03	8,68E-03	6,40E-03	6,52E-03	8,15E-03
Methanol	3,99E-01	6,11E-01	4,42E-01	4,22E-01	5,33E-01	6,33E-01
Toluol	3,87E-02	3,84E-02	3,62E-02	3,48E-02	3,04E-02	3,50E-02


normalisierte	Sensor 7	Poly-4-vinylphenol (nicht erhitzt)
STANDARDABWEICHUNG
STANDARDABWEICHUNG
	22°C	22°C	23°C	22°C	22°C	22°C
2-Propanol	4,99E-03	2,48E-03	3,31E-03	5,81E-03	2,27E-03	3,33E-03
Benzol	4,26E-04	4,91E-03	3,43E-03	3,84E-03	3,64E-03	2,57E-03
Chloroform	2,35E-03	7,22E-03	3,06E-03	4,90E-03	5,65E-03	2,22E-03
Cyclohexan	1,52E-03	2,16E-03	2,30E-03	2,45E-03	1,53E-03	5,03E-03
Ethanol	3,08E-02	2,83E-02	9,78E-03	1,60E-02	2,21E-02	1,47E-02
Hexan	4,12E-03	3,55E-03	3,95E-03	9,80E-04	1,80E-03	4,26E-03
Methanol	7,23E-03	3,30E-02	9,99E-03	1,47E-02	2,12E-02	1,71E-02
Toluol	2,99E-03	5,36E-03	3,72E-03	1,39E-03	3,49E-03	4,87E-03

TABELLE 7 fortgesetzt

normalisierte	Bsp. 1	Bsp. 3	Bsp. 5	Bsp. 2	Bsp. 4	Bsp. 6
DURCHSCHNITTE	Sensor 18	Poly-4-vinylphenol
	22°C	22°C	23°C	45°C	46°C	64°C
2-Propanol	1,53E-02	3,25E-02	1,70E-02	4,70E-02	2,80E-02	1,06E-01
Benzol	7,26E-03	6,05E-02	5,08E-02	2,14E-02	6,61E-02	5,69E-02
Chloroform	6,33E-02	1,43E-01	4,60E-02	7,52E-02	3,42E-02	1,06E-01
Cyclohexan	5,52E-02	1,81E-01	2,34E-02	3,20E-02	4,77E-02	7,52E-02
Ethanol	9,79E-02	9,42E-02	9,45E-02	2,89E-01	3,57E-02	2,24E-01
Hexan	3,66E-02	7,66E-02	2,34E-02	6,56E-02	4,18E-02	1,10E-01
Methanol	6,45E-01	3,68E-01	7,24E-01	4,88E-01	6,75E-01	2,60E-01
Toluol	7,89E-02	4,50E-02	2,14E-02	–1,77E-02	7,10E-02	6,11E-02


normalisierte		Sensor 18	Poly-4-vinylphenol
STANDARDABWEICHUNG
STANDARDABWEICHUNG
	22°C	22°C	23°C	45°C	46°C	64°C
2-Propanol	8,51E-03	5,20E-02	8,77E-03	1,90E-02	4,51E-02	6,73E-02
Benzol	6,45E-02	7,58E-02	3,51E-02	4,86E-02	3,51E-03	4,31E-02
Chloroform	4,47E-02	8,22E-03	2,99E-02	6,17E-02	2,13E-02	1,59E-02
Cyclohexan	4,68E-02	2,45E-01	2,87E-02	9,01E-02	1,71E-02	3,73E-02
Ethanol	3,26E-02	4,93E-02	1,79E-02	4,47E-02	4,47E-02	2,08E-01
Hexan	2,05E-02	5,81E-02	1,16E-02	3,26E-02	1,67E-02	4,25E-02
Methanol	1,77E-01	1,09E-01	2,25E-02	2,14E-01	9,03E-02	1,30E-01
Toluol	7,92E-02	1,11E-01	1,72E-02	7,21E-02	2,90E-02	6,50E-03

TABELLE 7 fortgesetzt

normalisierte	Bsp. 1	Bsp. 3	Bsp. 5	Bsp. 2	Bsp. 4	Bsp. 6
DURCHSCHNITTE	Sensor 19	Poly-4-vinylphenol
	22°C	22°C	23°C	37°C	38°C	43°C
2-Propanol	3,84E-02	1,35E-02	1,16E-02	6,17E-02	2,37E-02	2,38E-02
Benzol	9,77E-03	1,21E-02	1,39E-02	1,57E-02	1,31E-02	1,77E-02
Chloroform	1,65E-02	7,41E-03	1,06E-02	2,00E-02	1,52E-02	1,19E-02
Cyclohexan	5,52E-03	4,73E-03	7,25E-03	2,86E-03	6,85E-03	1,72E-02
Ethanol	4,62E-01	3,68E-01	3,43E-01	4,67E-01	4,15E-01	3,28E-01
Hexan	3,50E-03	5,55E-03	6,42E-03	2,72E-03	6,25E-03	2,29E-02
Methanol	4,46E-01	5,66E-01	5,78E-01	4,09E-01	5,02E-01	5,56E-01
Toluol	1,93E-02	2,33E-02	2,89E-02	2,14E-02	1,87E-02	2,23E-02


normalisierte	Sensor 19		Poly-4-vinylphenol
STANDARD
ABWEICHUNG
	22°C	22°C	23°C	37°C	38°C	43°C
2-Propanol	6,85E-04	2,48E-03	3,81E-03	3,46E-03	1,08E-02	1,19E-02
Benzol	6,75E-04	4,50E-03	4,29E-03	8,71E-03	3,80E-03	3,52E-03
Chloroform	2,88E-03	1,62E-03	1,14E-03	1,79E-03	7,79E-03	5,08E-03
Cyclohexan	5,59E-04	2,80E-03	4,95E-03	3,84E-03	2,85E-03	4,25E-03
Ethanol	2,33E-02	3,40E-02	1,98E-03	4,30E-02	4,69E-02	5,96E-02
Hexan	2,04E-03	3,93E-04	2,07E-03	6,02E-03	8,91E-04	9,96E-03
Methanol	9,31E-03	2,57E-02	6,54E-03	3,61E-02	1,90E-02	5,43E-02
Toluol	3,81E-03	1,28E-03	6,39E-03	1,02E-03	1,19E-02	2,38E-02

Die ΔR/R-Durchschnittswerte für die Expositionen gegenüber den acht Lösemitteln sind in der Tabelle 6 aufgelistet und sind in den verschiedenen Säulen der 11 wiedergegeben. Daraus kann entnommen werden, dass sich die Gesamtantwort eines vorgegebenen Sensors verringert (im Einklang mit der erwarteten Abnahme des Verteilungskoeffizienten von Gas/Polymer mit ansteigender Temperatur), wenn sich die Temperatur erhöht. Des Weiteren werden die Fehlerbalken bei höheren Temperaturen größer, weil das Signal relativ zu dem Rauschen geringer wird.
Aufgrund der Unterschiede in der Gesamthöhe der Antworten sind die Unterschiede in den Antwortmustern zwischen den Raumtemperaturdaten und den Daten bei erhöhter Temperatur aus den Diagrammen der absoluten ΔR/R-Antworten der Sensoranordnung visuell schwer darzustellen. Die Muster wurden daher durch Zufügen all der Antworten von einem Sensor gegenüber den acht Lösemitteln und durch Teilen dieser Summe durch jede Antwort gegenüber einem Lösemittel normalisiert. Dieses Normalisierungsverfahren markiert die Unterschiede in den Antwortmustern bei unterschiedlichen Temperaturen mehr als die Gesamthöhenunterschiede. Die Tabelle 7 und die verschiedenen Balken der 12 zeigen die normalisierten Muster für die Sensoren.
Im Allgemeinen waren die Fingerprints für die einzelnen Dämpfe bei den verschiedenen Temperaturen ähnlich, aber die Höhen der absoluten Antworten waren ziemlich unterschiedlich. Dies deutet an, dass die charakteristischen "Fingerprint"-Muster der in dieser Studie gewählten Analyten, für welche die Sensorfilme untersucht worden waren, über die Sensormaterialien und den hier untersuchten Temperaturbereich im Wesentlichen unveränderlich waren. Dies wird in vielen Anwendungen (Qualitätskontrolle von Lebensmitteln, Prozessüberwachung etc.) vorteilhaft sein, weil die Identifikation eines Dampfs oder (dessen Konstanz in der Zusammen setzung) über verschiedene Expositionen gegenüber der Anordnung sowie die Klassifizierung des Dampftyps bei einer vorgegebenen Exposition unter Verwendung des Antwortmusters der Sensorausgangssignale nicht signifikant von der Temperatur der Sensoranordnung oder von dem Analysten abhängen wird.
Die quantitative Analyse der Konzentration des Analyten würde allerdings die Kenntnis der Sensortemperatur erfordern. Dieser Effekt kann mit Vorteil in anderen möglichen Anwendungen dieser Sensoranordnungen eingesetzt werden, weil die Verringerung der Temperatur eines Anordnungselements im Allgemeinen das Signal vergrößern wird und daher die Sensitivität des Sensors zu dem gewünschten Analyten erhöhen wird. Folglich konnte gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von hinsichtlich ihrer Zusammensetzung identischen Sensoren, von denen während des Messzeitraums jeder bei einer unterschiedlichen Temperatur gehalten wurde, eingesetzt werden, um Signale oberhalb eines Schwellenwerts bei unterschiedlichen Konzentrationen des Dampfs zu erzeugen, um dadurch bei der Quantifizierung von unterschiedlichen Bereichen der Dampfkonzentration zu unterstützen, während immer noch eine lineare Konzentration gg. Dampfkonzentration-Antwort (bei dem geringen Schwellsystem) für einen einzelnen Sensor aufrechterhalten wurde. Des Weiteren kann gemäß der vorliegenden Erfindung die unterschiedliche Antwort von hinsichtlich ihrer Zusammensetzung identischen Sensoren bei unterschiedlichen Temperaturen eingesetzt werden, um die Klassifikations- und Identifikationsinformationen als die Basis für die Ausgangssignatur der Sensoranordnung zu liefern. Im Allgemeinen werden Kombinationen von hinsichtlich ihrer Zusammensetzung unterschiedlichen Sensoren bei einer Vielzahl von unterschiedlichen Temperaturen einen wünschenswerteren, informationsreicheren Datensatz aus einem vorgegebenen Satz von Sensormaterialien ergeben als Messungen bei einer fixen Temperatur, und können solche Anordnungen daher geeigneterweise zum Zweck der Detektion, der Identifikation und der Quantifizierung eines bestimmten Analyten ausgenutzt werden.
Obwohl die vorstehende Erfindung in gewissem Detail im Wege der Illustration und von Beispielen zum besseren Verständnis beschrieben worden ist, ist es für die Fachleute auf diesem Gebiet leicht ersichtlich, dass im Lichte der Lehren der vorliegenden Erfindung gewisse Veränderungen und Modifikationen gemacht werden können, ohne von dem Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche abzuweichen.

Claims

Sensor zum Detektieren der Anwesenheit eines chemischen Analyten in einem Fluid, wobei der Sensor chemisch sensitive Widerstände umfasst, die elektrisch mit einer elektrischen Messvorrichtung verbunden sind und in thermischer Verbindung mit einer Temperatursteuervorrichtung stehen, wobei die chemisch sensitiven Widerstände eine Mischung aus nicht leitendem organischem Polymer und einem leitenden Material umfassen, das von der Zusammensetzung her von dem nicht leitenden organischen Polymer verschieden ist, wobei die Widerstände vorsehen: einen elektrischen Pfad durch die Mischung aus nicht leitendem organischem Polymer und dem leitenden Material, und einen elektrischen Widerstand R, der bei Kontakt mit einem den chemischen Analyten umfassenden Fluid mit einer Temperatur T variiert, um dadurch ein eindeutiges Profil von elektrischen Widerständen bei mehreren verschiedenen Temperaturen zu erhalten und damit eine Ausgangssignatur des chemischen Analyten zu erhalten, wobei der Sensor eine Anordnung chemisch sensitiver Widerstände umfasst, die jeweils in thermischer Verbindung mit der Temperatursteuervorrichtung stehen und jeweils mit der elektrischen Messvorrichtung elektrisch verbunden sind, und wobei die Temperatursteuervorrichtung derart ausgebildet ist, dass sie die Temperatur über die Anordnung von Widerständen variiert, um einen Temperaturgradienten über die Anordnung von Widerständen zu erzeugen und dadurch dafür zu sorgen, dass elektrische Widerstände des chemischen Analyten gleichzeitig bei mehreren verschiedenen Temperaturen und bei mehreren verschiedenen Wider standszusammensetzungen anhand der Anordnung von Widerständen gemessen werden, wobei die Zusammensetzung der Widerstände in einer ersten Richtung über die Anordnung variiert und in einer zweiten Richtung über die Anordnung konstant bleibt; und wobei ein Temperaturgradient in der zweiten Richtung über die Anordnung erzeugt wird.
Sensor nach Anspruch 1, wobei das leitende Material ein anorganischer Leiter ist.
Sensor nach Anspruch 1, wobei das leitende Material ein organischer Leiter ist.
Sensor nach Anspruch 1, wobei das nicht leitende organische Polymer in einem der chemisch sensitiven Widerstände in der Anordnung von dem nicht leitenden organischen Polymer in zumindest einem anderen chemisch sensitiven Widerstand in der Anordnung verschieden ist.
Sensor nach Anspruch 1, wobei das leitende Material in einem chemisch sensitiven Widerstand in der Anordnung von dem leitenden Material in zumindest einem anderen chemisch sensitiven Widerstand in der Anordnung verschieden ist.
Sensor nach Anspruch 1, wobei jeder der chemisch sensitiven Widerstände in der Anordnung die gleiche Zusammensetzung umfasst.
Verfahren zum Detektieren der Anwesenheit eines chemischen Analyten in einem Fluid, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein Sensor mit einem Fluid, das den chemischen Analyten umfasst, in Kontakt gebracht wird, wobei der Sensor chemisch sensitive Widerstände umfasst, die elektrisch mit einer elektrischen Messvorrichtung verbunden sind und in thermischer Verbindung mit einer Temperatursteuervorrichtung stehen, wobei die chemisch sensitiven Widerstände eine Mischung aus nicht leitendem organischem Polymer und einem leitenden Material umfassen, das von der Zusammensetzung her von dem nicht leitenden organischen Polymer verschieden ist, und einen elektrischen Pfad durch die Mischung aus nicht leitendem organischem Polymer und dem leitenden Material vorsehen, und der elektrische Widerstand R gemessen wird, der mit der Temperatur T variiert, um ein eindeutiges Profil elektrischer Widerstände bei mehreren verschiedenen Temperaturen zu erhalten und damit eine Ausgangssignatur des chemischen Analyten zu erhalten, wobei der Sensor eine Anordnung chemisch sensitiver Widerstände umfasst, die jeweils in thermischer Verbindung mit der Temperatursteuervorrichtung stehen und jeweils elektrisch mit der elektrischen Messvorrichtung verbunden sind, und ein Temperaturgradient über die Anordnung von Widerständen unter Verwendung der Temperatursteuervorrichtung erzeugt wird, um die Temperatur über die Anordnung von Widerständen zu variieren und dadurch dafür zu sorgen, dass elektrische Widerstände des chemischen Analyten gleichzeitig bei mehreren verschiedenen Temperaturen und bei mehreren verschiedenen Widerstandszusammensetzungen anhand der Anordnung von Widerständen gemessen werden, wobei die Zusammensetzung der Widerstände in einer ersten Richtung über die Anordnung variiert und die Zusammensetzung der Widerstände in einer zweiten Richtung über die Anordnung konstant bleibt; und wobei ein Temperaturgradient in der zweiten Richtung über die Anordnung erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Widerstand in thermischer Verbindung mit einer Temperatursteuervorrichtung steht, wobei das Verfahren ferner umfasst, dass: die elektrische Impedanz Z_m,n bei der Frequenz ω_m und der Temperatur T_n gemessen wird, wobei m und/oder n ganzzahlig und größer als 1 sind, wobei die elektrische Impedanz Z_m,n bei der Frequenz ω_m und bei der Temperatur T_n die Anwesenheit oder Abwesenheit des chemischen Analyten in dem Fluid angibt.