包括一个或多个气体传感器和一个或多个吸气器的气体监测组件及其使用方法

摘要

本发明涉及选择性确定可能包括一种或多种干扰气体的气体环境内目标气体存在的气体监测组件(100)和方法。所述气体监测组件和方法具体使用一个或多个气体传感器(S1)、一个或多个吸气器(G1)，其中设置并构造所述吸气器以减少因待监测的所述气体环境内可能存在干扰气体而引起的交叉干扰。本发明的气体监测组件和方法能够相对于可能彼此干扰的多种目标气体的可能存在而监测气体环境。

说明书

技术领域

[001]本发明涉及选择性确定气体环境内一种或多种目标气体的存在同时减少因该气体环境内存在一种或多种干扰气体而引起的交叉干扰的气体监测组件和方法。

背景技术

[002]为了保护工人以防可能暴露于有毒和危险气体，常常在车间和其它场所内安装监测这种有毒和危险气体浓度的有毒/危险气体监测(TGM)装置。

[003]常规的TGM装置使用分子发射光谱仪检测氢基气体。但引入氢气产生附加的安全担心并需要执行附加的安全措施以减少与氢气有关的危险。

[004]使用电化学气体传感器的新的TGM系统可有利地用于替代常规的氢基TGM装置监测有毒和危险气体。使用电化学气体传感器没有与氢气有关的危险，因此使消费者更易接受。

[005]在电化学气体感应系统中，目标气体接触电化学传感器的测量电极，测量电极作出响应产生电流，所述电流与这种目标气体的浓度成比例。关于电化学气体传感器的进一步的细节，参见2001年6月19日授予的美国专利No.6248224，“TOXIC SENSOR AND METHOD OFMANUFACTURE(有毒传感器及制造方法)”，和2002年7月23日授予的美国专利 No.6423209“ACID GAS MEASURING SENSORS AND METHOD OFUSING SAME(酸性气体测量传感器及其使用方法)”。

[006]但属于相同化学族的气体在相同的电化学电池内通常显示出类似或相当的反应并引起电化学测量结果的交叉干扰。目前可获得的电化学气体传感器不仅对目标气体的存在响应，而且对相同化学族的其它气体的存在响应。

[007]例如，AsH₃传感器不仅对AsH₃气体响应，而且对其它氢化物气体如B₂H₆、SiH₄和PH₃响应。这种AsH₃传感器的测量电极与AsH₃气体反应如下：

AsH₃+3H₂O→H₃AsO₃+6H⁺+6e^-，

同时它还与干扰氢化物SiH₄反应如下：

SiH₄+3H₂O→H₂SiO₃+8H⁺+8e^-。

[008]因此，即使当目标气体实际上不存在时，干扰气体也将触发电化学气体传感器产生指示目标气体存在的信号(即错误警报)。

[009]因此，本发明的一个目的是提供减少这种错误警报并增加电化学气体传感器选择性的装置与方法。

[0010]本发明的另一目的是提供增加其它类型气体传感器的选择性的装置与方法，其中所述气体传感器的测量结果类似地受到存在干扰气体影响且倾向于错误警报。

[0011]根据随后的公开内容和所附的权利要求，其它目的和优点将更明显。

发明内容

[0012]一方面，本发明涉及气体监测组件，该组件包括：

(a)监测气体环境内目标气体浓度的一个或多个气体传感器，其中由气体传感器检测的目标气体浓度易受所述气体环境内一种或多种干扰气体物质存在的影响；

(b)与所述气体传感器相连的一个或多个吸气器，其中设置并构造所述吸气器，以在检测到所述气体环境内目标气体浓度高于预定水平时，吸附目标气体和/或干扰气体物质；和

(c)与所述一个或多个气体传感器和一个或多个吸气器相连的分析仪，以基于检测到的由目标气体与一个或多个吸气器相互作用引起的目标气体浓度相对于不存在这种相互作用时的目标气体浓度的变化，选择性确定所述气体环境内目标气体的存在。

[0013]此处所使用的术语“吸气器”是指选择性吸附一种或多种气体并因此能从气体混合物中选择性除去所述气体的材料或制品。

[0014]此处可以互换使用的术语“干扰气体物质”和“干扰气体”是指不同于待检测的目标气体但能诱导目标气体传感器以针对目标气体相同或类似的方式响应的气体。

[0015]优选地，目标气体是氢化物气体，而干扰气体物质是一种或多种不同于目标气体的氢化物气体。

[0016]更优选地，目标气体是选自AsH₃、B₂H₆和SiH₄的氢化物气体，而干扰气体物质选自相同的氢化物气体，但不同于目标气体。

[0017]通过使用选择性吸附目标气体的吸气器(即目标专用的吸气器)，可直接确定气体环境内目标气体的存在。具体地说，当气体传感器检测到气体环境内高浓度(即高于预定水平)的目标气体时，则设置并构造目标专用的吸气器，以吸附目标气体。在所述目标专用的吸气器与目标气体相互作用之后，在预定时间间隔内，若发现所检测的目标气体浓度降至低于预定阈值，则分析仪肯定气体环境内目标气体的存在；另一方面，若在该预定的时间间隔截止之后，发现所检测的目标气体浓度保持等于或高于这一预定阈值，则分析仪不能肯定气体环境内目标气体的存在。

[0018]替代地，可通过使用一组吸气器可以间接推导出气体环境内目标气体的存在，所述一组吸气器包括吸附目标气体以及干扰气体的第一吸气器，和各自选择性吸附一种干扰气体的附加的吸气器(即干扰专用的吸气器)。当气体传感器检测到气体环境内高浓度(即高于预定水平)的目标气体时，按序使用第一吸气器和附加的吸气器以便与气体环境相互作用。第一吸气器与第一预定时间间隔和预定浓度阈值有关，而每一个附加的吸气器与附加的预定时间间隔和附加的预定浓度阈值有关。只有当(1)发现在使用第一吸气器之后，在第一预定时间间隔内，所检测的气体浓度降至低于第一预定浓度阈值，和(2)发现在使用每一干扰专用的吸气器之后，在各自附加的预定时间间隔内，所检测的气体浓度保持等于或高于各自附加的预定浓度阈值，分析仪才肯定气体环境内目标气体的存在。在所有其它情况下，分析仪不能肯定气体环境内目标气体的存在。

[0019]以上所述的气体监测组件优选包括与分析仪相连的警报装置，以当分析仪肯定气体环境内目标气体存在时生成警报信号。

[0020]本发明的气体传感器优选但不必须是电化学气体传感器，所述电化学气体传感器包括与测量电极、参比电极和反电极接触的电解质。

[0021]在本发明的具体实施方案中，气体监测组件包括监测气体环境内AsH₃气体浓度的电化学气体传感器和选择性吸附AsH₃气体的吸气器。

[0022]在本发明的另一具体实施方案中，气体监测组件包括监测气体环境内B₂H₆气体浓度的电化学气体传感器和选择性吸附B₂H₆气体的吸气器。

[0023]在本发明另一具体实施方案中，气体监测组件包括：(1)监测气体环境内SiH₄气体浓度的电化学气体传感器，(2)吸附AsH₃、B₂H₆和SiH₄气体的第一吸气器，(3)选择性吸附B₂H₆气体的第二吸气器，和(4)选择性吸附AsH₃气体的第三吸气器。

[0024]另一方面，本发明涉及气体监测组件，其包括至少一个气体传感器、至少一个吸气器和控制元件，其中气体传感器监测气体环境内目标气体的浓度，其中吸气器含有选择性吸附目标气体的材料，和其中控制元件与气体传感器和吸气器相连，以当通过气体传感器检测到的目标气体浓度超过预定水平时，能够使气体环境与吸气器相互作用。

[0025]又一方面，本发明涉及气体监测组件，其包括至少一个气体传感器和气体分析线路，其中所述气体传感器监测气体环境内目标气体的浓度，其中气体分析线路包括一个或多个吸气器，和其中在检测到目标气体浓度高于预定水平时，启动所述气体分析线路以选择性确定气体环境内目标气体的存在，同时减少因气体环境内存在一种或多种干扰气体物质引起的可能交叉干扰。

[0026]又一方面，本发明涉及气体监测组件，其包括：

(a)多个气体传感器，其中每一个气体传感器监测气体环境内多种目标气体中一种的浓度，其中由各气体传感器检测的每一目标气体的浓度易受所述气体环境内一种或多种其它目标气体存在的影响；

(b)与多个气体传感器相连的多个吸气器，其方式使得按序使用多个吸气器中的一个或多个，以在检测到至少一种目标气体浓度高于预定水平时，吸附一种或多种目标气体；和

(c)与多个气体传感器和多个吸气器相连的分析仪，以基于检测到的由所述至少一种目标气体与所述一个或多个吸气器相互作用而引起的所述至少一种目标气体浓度相对于不存在这种相互作用时的目标气体浓度的变化，选择性确定气体环境内至少一种目标气体的存在。

[0027]在本发明的具体实施方案中，以上所述的气体监测组件包括：(1)监测AsH₃气体浓度的第一电化学气体传感器；(2)监测B₂H₆气体浓度的第二电化学气体传感器；(3)监测SIH₄气体浓度的第三电化学气体传感器；(4)选择性吸附AsH₃气体的第一吸气器，(5)选择性吸附B₂H₆气体的第二吸气器；和(6)吸附AsH₃、B₂H₆和SiH₄气体的第三吸气器。

[0028]为了分析AsH₃，当发现气体环境内AsH₃气体的浓度超过预定水平时，使用第一吸气器吸附AsH₃气体。在使用AsH₃吸气器之后，在预定的时间间隔(专用于AsH₃分析)内，若发现所检测的AsH₃浓度降至低于预定阈值(专用于AsH₃分析)，则分析仪肯定所述气体环境内存在AsH₃气体。另一方面，若发现在所述时间间隔内所检测的AsH₃保持等于或高于所述预定阈值，则该分析元件不能肯定AsH₃气体的存在。

[0029]为了分析B₂H₆，当发现气体环境内B₂H₆气体的浓度超过预定水平时，使用第二吸气器吸附B₂H₆气体。在使用B₂H₆吸气器之后，在预定的时间间隔(专用于B₂H₆分析)内，若发现所检测的B₂H₆浓度降至低于预定阈值(专用于B₂H₆分析)，则分析仪肯定所述气体环境内存在B₂H₆气体。另一方面，若发现在所述时间间隔内所检测的B₂H₆保持等于或高于所述预定阈值，则该分析元件不能肯定B₂H₆气体的存在。

[0030]为了分析SiH₄，当发现气体环境内SiH₄气体的浓度超过预定水平时，以预定的顺序或随机的顺序，按序使用第一、第二和第三吸气器吸附各气体。只有当(1)在使用第三吸气器之后，在预定时间间隔内(专用于SiH₄分析)，若发现所检测的气体浓度降至低于预定阈值(专用于SiH₄分析)，和(2)在使用AsH₃-或者B₂H₆-专用的各吸气器之后，在专用于AsH₃或B₂H₆分析的各预定时间间隔内，发现所检测的气体浓度保持等于或高于专用于AsH₃或B₂H₆分析的预定阈值，分析仪肯定SiH₄气体的存在。

[0031]本发明的另一方面涉及选择性确定气体环境内目标气体存在的方法，该方法包括下述步骤：

(a)通过使用一个或多个气体传感器，监测所述气体环境内目标气体的浓度，其中由气体传感器检测的目标气体的浓度易受所述气体环境内一种或多种干扰气体物质存在的影响；

(b)连接所述气体传感器与一个或多个吸气器和分析仪；

(c)当检测到气体环境内目标气体的浓度超过预定水平时，使用所述一个或多个吸气器吸附目标气体和/或一种或多种干扰气体物质；

(d)通过使用分析仪，基于检测到的由目标气体与所述一个或多个吸气器相互作用而引起的目标气体浓度相对于不存在这种相互作用时的目标气体浓度的变化，选择性确定所述气体环境内目标气体的存在。

[0032]本发明进一步的方面涉及选择性确定气体环境内目标气体的存在的方法，该方法至少包括下述步骤：

(a)通过使用至少一个气体传感器，监测所述气体环境内目标气体的浓度；

(b)连接所述至少一个气体传感器与至少一个吸气器和控制元件；和

(c)当通过气体传感器检测的目标气体的浓度超过预定水平时，通过控制元件使用吸气器选择性吸附目标气体。

[0033]本发明又一方面涉及选择性确定气体环境内目标气体存在的方法，该方法包括下述步骤：

(a)通过使用至少一个气体传感器，监测所述气体环境内目标气体的浓度；和

(b)当通过气体传感器检测的目标气体的浓度超过预定水平时，启动包括一个或多个吸气器的气体分析线路，以选择性确定所述气体环境内目标气体的存在，同时减少因所述气体环境内存在一种或多种干扰气体物质引起的可能交叉干扰。

[0034]本发明再一方面涉及选择性确定气体环境内多种目标气体存在的方法，该方法包括下述步骤：

(a)通过使用多个气体传感器，监测气体环境内多种目标气体的浓度，其中所述多个气体传感器各自监测所述多种目标气体中一种的浓度，其中由各气体传感器检测的每一目标气体的浓度易受该气体环境内一种或多种其它目标气体存在的影响；

(b)连接所述多个气体传感器与多个吸气器和分析仪；

(c)当检测到至少一种目标气体的浓度超过预定水平时，按序使用所述多个吸气器中的一个或多个，以便吸附多个目标气体中的一种或多种；和

(d)通过使用分析仪，基于检测到的由所述至少一种目标气体与一个或多个吸气器相互作用而引起的所述至少一种目标气体浓度相对于不存在这种相互作用时的目标气体浓度的变化，选择性确定所述至少一种目标气体的存在。

本发明又一方面涉及与光学传感器系统结合的在本发明前述任何一个方面中所述的气体监测组件。一方面，光学传感器系统是纸带仪器，其中在气体暴露的情况下，化学浸渍带发生变色。可通过在本发明的优选组件内提供的光学器件分析所述变色。在本发明的不同实施方案中，所述变色不是通过光学器件而是通过视觉检测进行分析。

[0035]根据随后的公开内容和所附的权利要求，本发明的其它方面、特征和实施方案将更明显。

附图说明

[0036]图1A给出了按照本发明的一个实施方案，在使用吸气器之前，在例举的气体监测组件内的气体流动，所述气体监测组件包括单个气体传感器和单个吸气器。

[0037]图1B给出了在使用吸气器之后，在图1A的气体监测组件内的气体流动。

[0038]图2A给出了按照本发明的一个实施方案，在使用吸气器之前，在例举的气体监测组件内的气体流动，所述气体监测组件包括两个气体传感器和单个吸气器。

[0039]图2B给出了在使用吸气器之后，在图2A的气体监测组件内的气体流动。

[0040]图3例举性给出了随时间绘制的目标气体浓度响应曲线，该曲线肯定在被监测的气体环境内所述目标气体的存在。

[0041]图4例举性给出了随时间绘制的目标气体浓度响应曲线，该曲线不能肯定在被监测的气体环境内所述目标气体的存在。

[0042]图5例举性给出了随时间绘制的目标气体的另一浓度响应曲线，该曲线不能肯定被监测的气体环境内所述目标气体的存在。

[0043]图6的流程图给出通过使用图1A和1B的气体监测组件选择性确定目标气体存在的过程。

[0044]图7给出了按照本发明一个实施方案的气体监测组件的示意图，所述气体监测组件包括三个气体传感器和三个吸气器以选择性确定三种不同的氢化物气体AsH₃、B₂H₆和SiH₄的存在。

[0045]图8的流程图给出通过使用图7的气体监测组件选择性确定AsH₃气体存在的过程。

[0046]图9的流程图给出通过使用图7的气体监测组件选择性确定B₂H₆气体存在的过程。

[0047]图10A-10B的流程图描述了通过使用图7的气体监测组件选择性确定SiH₄气体存在的过程。

[0048]图11给出了按照本发明一个实施方案的统一气体监测组件的示意图，所述气体监测组件包括多个气体监测元件和多个吸气器以选择性确定多种目标气体的存在。

[0049]图12给出了按照本发明的一个实施方案，例举的监测目标气体浓度的电化学气体传感器。

图13给出了一种气体监测组件的示意图，所述气体监测组件包括用于选择性确定无机酸、氢化物、氯气和氨基存在的四个光学传感器和用于选择性确定三种不同的氢化物气体AsH₃、B₂H₆、SiH₄存在的三个吸气器。

具体实施方式

[0050]为了所有目的，美国专利No.6248224和6423209的内容在此全文引入作为参考。

[0051]本发明有利地结合一个或多个气体传感器和一个或多个吸气器，形成具有逻辑操作的气体监测组件，以选择性确定气体环境(例如气流或者含有气体的容器)内目标气体的存在，同时减少因所述气体环境内一种或多种干扰气体的存在引起的交叉干扰或者错误警报。

[0052]1A和1B图示了气体监测组件100，其包括与吸气器G1相连的气体传感器S1。两个三通阀V1a和V1b控制通过气体传感器S1的气流，和吸气器阀门VG1控制通过吸气器G1的气流。气体传感器S1起到监测气体环境内目标气体浓度的作用，所述气体环境也可含有对气体传感器S1检测的目标气体浓度具有影响(即引起交叉干扰或者错误警报)的一种或多种干扰气体物质。当使用时，吸气器G1选择性吸附目标气体并降低目标气体浓度。

[0053]来自待监测的气体环境中的样品气流可首先经入口引入到气体监测组件100内，然后流经三通阀V1a-V1b和气体传感器S1(参见图1A)。因此，气体传感器S1连续监测流过其中的样品气流内目标气体的浓度。当通过S1检测的所述样品气流内目标气体浓度超过预定水平(即警报浓度水平)时，控制元件(未示出)打开吸气器阀门VG1并切断两个三通阀V1a-V1b，以再次引导样品气流首先经过吸气器G1，然后经过气体传感器S1(参见图1B)。

[0054]按照这一方式，设置并构造吸气器G1，以便从再次引导的样品气流中选择性吸附目标气体，从而降低所述样品气流内目标气体的浓度。可通过气体传感器S1容易地检测因目标气体与吸气器G1相互作用引起的目标气体浓度的变化，且基于所检测到的目标气体浓度的变化，与气体传感器S1和吸气器G1二者相连的分析仪可选择性确定样品气流内目标气体的存在。具体地，当样品气流含有目标气体但不存在任何干扰气体物质时，在使用吸气器G1之后，吸气器G1将吸附所述样品气流内的全部或大部分目标气体，并导致S1检测的目标气体浓度明显大的变化。但当样品气流含有诱导气体传感器S1内响应并引起错误警报的一种或多种干扰气体物质时，在使用吸气器G1之后通过S1检测到的目标气体浓度变化相对受到限制，这是因为吸气器G1选择性吸附目标气体，而不是干扰气体。因此，在使用吸气器G1之后，通过观察目标气体浓度的变化，相对于样品气流内的干扰气体物质，可选择性确定目标气体的存在，以减少因所述干扰气体引起的交叉干扰或错误警报。

[0055]正如以上所示，本发明的气体监测组件以两种替代模式操作，即其中只使用气体传感器S1的第一气体监测模式，和其中同时使用气体传感器S1和吸气器G1这二者的第二气体分析模式。吸气器G1形成分析线路，只有当通过气体传感器S1检测到样品气流内高的目标气体浓度时，才启动所述分析线路。所述分析线路能进一步分析样品气流，以便减少因在所述样品气流内存在一种或多种干扰气体物质而引起的可能交叉干扰。

[0056]在图1A和1B所示的气体监测组件中，气体传感器S1的作用是在使用吸气器G1之前和之后检测样品气流内目标气体的浓度。

[0057]替代地，可只使用气体传感器S1，在使用吸气器G1之前检测目标气体浓度，同时可提供独立于S1的附加的气体传感器S2，以在使用吸气器G1之后监测目标气体浓度，正如图2A和2B所示。

[0058]具体地，图2A和2B图示了包括两个气体传感器S1-S2和吸气器G1的气体监测组件200。

[0059]样品气流首先流经两个三通阀V1a-V1b和气体传感器S1(参见图2A)，以便气体传感器S1监测所述样品气流内目标气体的浓度。当通过S1检测的目标气体浓度超过预定水平(即警报浓度水平)时，控制元件(未示出)打开吸气器阀门VG1并切换三通阀V1a-V1b，以再次引导样品气流首先经过吸气器G1，然后经过气体传感器S2(参见图2B)。

[0060]按照这一方式，设置并构造吸气器G1，以便从再次引导的样品气流中选择性吸附目标气体，从而降低所述样品气流内目标气体的浓度。可通过气体传感器S2容易地检测在使用吸气器G1之后降低的目标气体浓度，并与在使用吸气器G1之前由气体传感器S1检测的目标气体浓度进行比较。由S1和S2分别检测的目标气体浓度之间的差值反映因目标气体与吸气器G1相互作用引起的目标气体浓度变化。基于所述目标气体浓度的变化，与气体传感器S1-S2和吸气器G1二者相连的分析仪(未示出)可选择性确定样品气流内目标气体的存在。

[0061]本发明的分析仪可进一步与警报装置(未示出)相连，所述警报装置相应地生成指示样品气流内目标气体存在的警报信号。

[0062]若检测到的因目标气体与吸气器相互作用引起的目标气体浓度变化超过预定值，或者若在使用吸气器之后，在预定时间间隔内，目标气体浓度降至低于预定阈值，则可通过分析仪选择性确定样品气流内目标气体的存在。

[0063]在本发明的优选实施方案中，若在使用吸气器之后，在预定的时间间隔(ΔT)内，目标气体浓度降至低于预定阈值，则通过分析仪选择性肯定样品气流内目标气体的存在，正如图3所示。

[0064]所述预定的浓度阈值和预定的时间间隔对所涉及的目标气体是专用的，且还取决于形成吸气器所使用的吸气器材料的类型。

[0065]图4描述了其中在使用吸气器之后目标气体浓度根本没有降低的情况，而图5描述的情况中在使用吸气器之后目标气体浓度有一定程度降低，但这种降低不足以使目标气体浓度在预定的时间间隔(ΔT)内低于预定阈值。在任何一种情况下，分析仪不能肯定样品气流内目标气体的存在，且没有生成警报。

[0066]图6的流程图描述了按照本发明的具体实施方案，通过使用图1A和1B所示的气体监测组件选择性确定目标气体存在的过程。具体地，从使用吸气器G1起预定时间间隔ΔT之后，若通过气体传感器S1检测的目标气体浓度降至低于预定阈值，则启动指示样品气流内目标气体存在的警报；另一方面，在预定时间间隔ΔT之后，若通过气体传感器S1检测的目标气体浓度没有降至低于预定阈值，则不生成警报。

[0067]在以上所述的本发明实施方案中，通过使用选择性吸附目标气体的吸气器(即目标专用的吸气器)，直接确定气体环境内目标气体的存在。替代地，可通过使用一组吸气器间接推导出目标气体的存在，所述一组吸气器包括吸附目标气体以及干扰气体的第一吸气器，和各自选择性吸附干扰气体之一的附加的吸气器(即干扰专用的吸气器)。当气体传感器检测到高浓度的目标气体时，按序使用所述第一吸气器和附加的吸气器。所述第一吸气器与第一预定时间间隔和预定浓度阈值有关，而每一个所述附加的吸气器与附加的预定时间间隔和附加的预定浓度阈值有关。只有当(1)发现在使用第一吸气器之后，在第一预定时间间隔内，所检测的气体浓度降至低于第一预定浓度阈值，和(2)发现在使用每一干扰专用的吸气器之后，在各自附加的预定时间间隔内，所检测的气体浓度保持等于或高于各自附加的预定浓度阈值，分析仪才肯定气体环境内目标气体的存在，并生成警报。在所有其它情况下，分析仪不能肯定目标气体的存在，且没有生成警报。在随后的段落中将详细描述间接推导出气体环境内目标气体存在的具体实例。

[0068]图7图示了多通道的气体监测组件700，其包括三个不同的气体监测通道C1、C2和C3，以分别监测和确定样品气流内三种不同的氢化物气体AsH₃、B₂H₆和SiH₄的存在。

[0069]每一气体监测通道包括两个三通阀(V1a、V1b、V2a、V2b、V3a和V3b)、气体传感器(感应AsH₃气体的S1，感应B₂H₆气体的S2，和感应SiH₄气体的S3)。

[0070]气体传感器S1-S3优选但不必须是电化学气体传感器，所述电化学气体传感器各自包括与测量电极、参比电极和反电极接触的电解质。优选地，AsH₃气体传感器S1包括含有由贵金属或贵金属合金形成的催化剂的测量电极，包括但不限于金、银、铂及其合金。B₂H₆气体传感器S2优选包括含有由贵金属或贵金属合金形成的催化剂的测量电极，包括但不限于金、银、铂及其合金。SiH₄气体传感器S3优选包括含有由贵金属或贵金属合金形成的催化剂的测量电极，包括但不限于金、银、铂及其合金。

[0071]每一气体监测通道进一步与气体分析线路相连，所述气体分析线路包括选自分别具有各自的吸气器阀门VG1-VG3的AsH₃吸气器G1、B₂H₆吸气器G2和SiH₄吸气器G3的一个或多个吸气器。

[0072]例如，AsH₃吸气器可包括选择性吸附AsH₃气体的HgBr₂材料。这种HgBr₂材料优选负载在含高钠玻璃棉的纤维基质上。B₂H₆吸气器可包括选择性吸附B₂H₆气体的γ-Al₂O₃。SiH₄吸气器可包括吸附SiH₄以及AsH₃和B₂H₆气体的AgNO₃和Al(NO₃)₃材料。这种AgNO₃和Al(NO₃)₃材料优选负载在含γ-Al₂O₃的基质上。这种吸气器材料可沉积在由聚丙烯制造的管状外壳内，样品气流可从中通过以选择性吸附各种目标气体。

[0073]图7所示的多通道气体监测组件700可以两种替代状态操作，即其中使用气体传感器S1-S3而不使用吸气器G1-G3的气体监测状态，和其中在通过气体传感器S1-S3之一检测到样品气流内高浓度的目标气体时，启动包括一个或多个吸气器G1-G3的气体分析线路之一的气体分析状态。这种分析线路和气体传感器S1-S3与具有储存的逻辑操作或者气体分析方案的分析仪(未示出)相连，以进一步分析样品气流并选择性确定样品气流内各种目标气体的存在。

[0074]此外，优选提供两个三通阀VPa和VPb，以在每一分析循环之后使吹扫气体流经吸气器G1-G3。

[0075]图8的流程图描述了通过使用图7所述的气体监测组件700分析AsH₃的过程。具体地，这一过程起始于气体监测状态，其中设置并构造气体监测通道C1-C3的三通阀V1a、V1b、V2a、V2b、V3a和V3b，以允许样品气流同时流经气体传感器S1-S3，而吸气器阀门VG1-VG3关闭，吸气器G1-G3与样品气流隔开。当通过AsH₃监测通道C1的AsH₃传感器S1检测样品气流内AsH₃的浓度超过预定水平(即警报浓度)时，控制元件(未示出)打开吸气器阀门VG1并切换三通阀V1a和V1b，以再次引导样品气流首先经AsH₃吸气器G1，然后经AsH₃传感器S1。按照这一方式，含AsH₃吸气器G1的AsH₃分析线路被启动，并开始AsH₃分析。

[0076]在启动AsH₃分析线路后，优选生成闭锁信号，以指示AsH₃监测通道C1已经从气体监测状态切换到气体分析状态。

[0077]从使用AsH₃吸气器G1起，在预定的时间间隔ΔT₁(专用于AsH₃和所使用的AsH₃吸气器)之后，对AsH₃传感器S1读数以确定AsH₃气体浓度是否已经降至低于专用于AsH₃的预定阈值，其在此处可称为查询I。

[0078]若AsH₃传感器S1对查询I提供正反馈(即是)，则意味着样品气流主要包括AsH₃且干扰气体很少或者没有，并生成警报指示样品气流内存在AsH₃。

[0079]若AsH₃传感器S1对查询I提供负反馈(即否)，则意味着样品气流包括不能通过AsH₃吸气器G1除去的大量干扰气体，且没有生成对于AsH₃气体的警报。

[0080]随后，三通阀V1a和V1b切换回到其起始位置，将样品气流引导经过与AsH₃吸气器G1隔开的AsH₃传感器S1，同时切换吹扫阀门VPa和VPb，使吹扫气体流经AsH₃吸气器G1。在吹扫之后，吸气器阀门VG1关闭，以隔开AsH₃吸气器G1与系统的其余部分，且该系统通过扫描其它通道C2和C3继续气体分析过程。

[0081]此外，对AsH₃气体传感器S1再次读数以确定所检测的气体浓度是否降至0，如查询II所述：如果是，则可除去用于AsH₃监测通道C1的闭锁信号，并可使该通道返回到气体监测状态以用于随后的气体监测；如果否，则系统继续等待，直到气体浓度降至0，然后除去闭锁信号。

[0082]图9的流程图描述了通过使用图7所示的气体监测组件700分析B₂H₆的过程。具体地，这一过程起始于与AsH₃分析相同的气体监测状态，其中样品气流同时流经气体监测通道C1-C3中的气体传感器S1-S3，而吸气器G1-G3与样品气流隔开。当通过B₂H₆监测通道C2的B₂H₆传感器S2检测样品气流内B₂H₆浓度超过预定水平(即警报浓度)时，控制元件(未示出)打开吸气器阀门VG2并切换三通阀V2a和V2b，以再次引导样品气流首先经B₂H₆吸气器G2，然后经B₂H₆传感器S2。按照这一方式，含B₂H₆吸气器G2的B₂H₆分析线路被启动，并开始B₂H₆分析。

[0083]在启动B₂H₆分析线路后，优选生成闭锁信号，以指示B₂H₆监测通道C2已经从气体监测状态切换到气体分析状态。

[0084]从使用B₂H₆吸气器G2起，在预定的时间间隔ΔT₂(专用于B₂H₆和所使用的B₂H₆吸气器)之后，对B₂H₆传感器S2读数以确定B₂H₆气体浓度是否已经降至低于专用于B₂H₆的预定阈值，其在此处可称为查询I。

[0085]若B₂H₆传感器S2对查询I提供正反馈(即是)，则意味着样品气流主要包括B₂H₆且干扰气体很少或者没有，并生成警报指示样品气流内存在B₂H₆。

[0086]若B₂H₆传感器S2对查询I提供负反馈(即否)，则意味着样品气流包括不能通过B₂H₆吸气器G2除去的大量干扰气体，且没有生成对于B₂H₆气体的警报。

[0087]随后，三通阀V2a和V2b切换回到其起始位置，将样品气流引导经过与B₂H₆吸气器G2隔开的B₂H₆传感器S2，同时切换吹扫阀门VPa和VPb，使吹扫气体流经B₂H₆吸气器G2。在吹扫之后，吸气器阀门VG2关闭，以隔开B₂H₆吸气器G2与系统的其余部分，且该系统通过扫描其它通道C1和C3，继续气体分析过程。

[0088]此外，对B₂H₆气体传感器S2再次读数以确定所检测的气体浓度是否已经降至0，如查询II所述：如果是，则可除去用于B₂H₆监测通道C2的闭锁信号，并可使该通道返回到气体监测状态用于随后的气体监测；如果否，则系统继续等待，直到气体浓度降至0，然后除去闭锁信号。

[0089]对于SiH₄分析来说，若SiH₄吸气器G3选择性吸附SiH₄气体而不是其它氢化物例如AsH₃和B₂H₆，则SiH₄的分析过程步骤基本上类似于针对AsH₃或B₂H₆分析所述的那些，其中基于SiH₄吸气器G3选择性吸附SiH₄来直接确定SiH₄的存在。

[0090]但若SiH₄吸气器G3不仅吸附SiH₄，而且吸附AsH₃和B₂H₆气体，则可提供含SiH₄吸气器G3、B₂H₆吸气器G2和AsH₃吸气器G1的SiH₄分析线路，基于图10A和10B所示的逻辑排除，间接推导出可能含有SiH₄、AsH₃或B₂H₆的样品气流内SiH₄的存在。

[0091]具体地，这种SiH₄分析过程起始于与AsH₃和B₂H₆分析相同的气体监测状态，其中样品气流同时流经气体监测通道C1-C3的气体传感器S1-S3，而吸气器G1-G3与样品气流隔开。

[0092]当通过SiH₄监测通道C3的SiH₄传感器S3检测样品气流内SiH₄的浓度超过预定水平(即警报浓度)时，控制元件(未示出)打开吸气器阀门VG3并切换三通阀V3a和V3b，以再次引导样品气流首先经SiH₄吸气器G3，然后经SiH₄传感器S3。按照这一方式，SiH₄分析始于按序使用包含在SiH₄分析线路内的SiH₄吸气器G3、B₂H₆吸气器G2、AsH₃吸气器G1，以便与样品气流相互作用。

[0093]重要的是要注意，尽管优选以预定的顺序按序使用吸气器G1-G3，例如G3→G2→G1或G1→G2→G3，但可在没有限制的情况下以任意随机顺序进行，且本领域的普通技术人员可容易地调整分析逻辑，以适用于任何特定顺序。

[0094]在启动SiH₄分析线路后，优选生成闭锁信号，以指示SiH₄监测通道C3已经从气体监测状态切换到气体分析状态。

[0095]从使用SiH₄吸气器G3起，在预定的时间间隔ΔT₃(专用于SiH₄和所使用的SiH₄吸气器)之后，对SiH₄传感器S3读数以确定SiH₄气体浓度是否已经降至低于专用于SiH₄的预定阈值，其在此处可称为查询I。

[0096]若SiH₄传感器S3对查询I提供负反馈(即否)，则意味着样品气流包括不是SiH₄、B₂H₆或AsH₃且不能通过SiH₄吸气器G3除去的大量干扰气体，且没有生成对于SiH₄气体的警报。

[0097]若SiH₄传感器S3对查询I提供正反馈(即是)，则意味着样品气流含有SiH₄、B₂H₆或AsH₃气体且其它干扰气体很少或者没有，且系统进一步通过闭合吸气器阀门VG3并打开吸气器阀门VG2，再次引导样品气流首先流经B₂H₆吸气器G2，然后流经SiH₄传感器S3，以确定是否样品气流主要包括B₂H₆。按照这一方式，使用包含在SiH₄分析线路内的B₂H₆吸气器G2。

[0098]从使用B₂H₆吸气器G2起，在预定的时间间隔ΔT₂(专用于B₂H₆和所使用的B₂H₆吸气器)之后，对SiH₄传感器S3读数以确定所检测的气体浓度是否已经降至低于专用于B₂H₆的预定阈值，其在此处可称为查询II。

[0099]若SiH₄传感器S3对查询II提供正反馈(即是)，则意味着样品气流主要包括B₂H₆气体且其它氢化物气体很少或者没有，因此没有生成对于SiH₄气体的警报。

[0100]若SiH₄传感器S3对查询II提供负反馈(即否)，则意味着样品气流包括不是B₂H₆且不能通过B₂H₆吸气器G2除去的大量氢化物气体，且系统进一步通过闭合吸气器阀门VG2并打开吸气器阀门VG1，再次引导样品气流首先流经AsH₃吸气器G1，然后流经SiH₄传感器S3，以确定是否样品气流主要包括AsH₃。按照这一方式，使用包含在SiH₄分析线路内的AsH₃吸气器G1。

[0101]从使用AsH₃吸气器G1起，在预定的时间间隔ΔT₁(专用于AsH₃和所使用的AsH₃吸气器)之后，对SiH₄传感器S3读数以确定所检测的气体浓度是否已经降至低于专用于AsH₃的预定阈值，其在此处可称为查询III。

[0102]若SiH₄传感器S3对查询III提供正反馈(即是)，则意味着样品气流主要包括AsH₃气体且其它氢化物气体很少或者没有，因此没有生成对于SiH₄气体的警报。

[0103]若SiH₄传感器S3对查询III提供负反馈(即否)，则意味着样品气流包括不是AsH₃且不能通过AsH₃吸气器G1除去的大量氢化物气体。在这一点处，基于以上所述的分析步骤获得的下述观察结果：(1)样品气流含有SiH₄、B₂H₆或AsH₃气体且其它干扰气体很少或者没有；(2)样品气流包括不是B₂H₆的大量氢化物气体，和(3)样品气流包括不是AsH₃的大量氢化物气体，确定样品气流可能含有SiH₄气体。因此，可生成警报以指示样品气流内SiH₄气体的存在。

[0104]随后，三通阀V3a和V3b切换回到其起始位置，将样品气流引导经过与AsH₃吸气器G1隔开的SiH₄传感器S3，同时打开吹扫阀门VPa和VPb和所有吸气器阀门VG1-VG3，使吹扫气体流经在SiH₄分析过程中已经使用过的所有吸气器G1-G3。在吹扫之后，吸气器阀门VG1-VG3关闭，以隔开各吸气器G1-G3与系统的其余部分，且该系统通过扫描其它通道C1和C2，继续气体分析过程。

[0105]此外，对SiH₄气体传感器S3再次读数以确定所检测的气体浓度是否已经降至0，如查询IV所述；如果是，则可除去用于SiH₄监测通道C3的闭锁信号，并可使该通道返回到气体监测状态用于随后的气体监测；如果否，则系统继续等待，直到气体浓度降至0，然后除去闭锁信号。

[0106]尽管上述说明主要涉及检测氢化物气体例如AsH₃、B₂H₆和SiH₄等，但本发明也可用于各种不同的目标气体物质，其中包括但不限于其它氢化物、卤素、无机酸、氟代烃、氨等和它们各自的衍生物，且本领域的普通技术人员可容易地改进上述气体感应组件的构造以检测和分析特定的目标气体物质，这与本发明的原理是一致的。

[0107]图11因此描述了通用的多通道气体监测组件1100，其包括n个不同的气体监测通道，其中每一通道含有阀门Via和Vib、气体传感器Si、流量计Fi和泵Pi(其中i为1-n)，且每一通道与气体分析线路相连，所述气体分析线路包括选自G1-Gm的一个或多个吸气器，每一吸气器Gj可暴露于组件1100的其余部分，并通过吸气器阀门VGj(其中j为1-m)与组件1100的其余部分隔开。在每一气体分析循环之后，吹扫阀门VPa和VPb的作用是吹扫包含在各气体分析线路内的吸气器。

[0108]气体感应元件S1-Sn优选包括图12所示的一个或多个电化学气体传感器。

[0109]具体地，图12的电化学气体传感器1200包括测量电极1220，所述测量电极含催化剂以检测一种或多种合适的目标气体。这种测量电极1220优选设置在传感器池1202内部并与传感器操作线路1205电导连接。对于一个实施方案来说，传感器操作线路1205也可与输出器件1280相连或者与之无线连通。输出器件1280可在传感器操作线路1205附近或远离它，且可以是传感器1200的组件或不是。

[0110]传感器池1202还包括参比电极1230、反电极1240、电解质1250和电连接1222、1232和1242。尽管描述了具有三个电极的，但对于另一实施方案来说，传感器池1202可只具有两个电极或者可具有三个以上电极。对于另一实施方案来说，传感器池1202可以不具有例如参比电极1230。

[0111]传感器池1202确定任何合适尺寸和形状的电解质池以容纳电解质1250，并进行构造以辅助支撑测量电极1220、参比电极1230和反电极1240，以便测量电极1220、参比电极1230和反电极1240每一个至少部分与电解质1250相连。可在电解质池内，在任何合适的位置上支撑测量电极1220，以便测量电极1220至少部分浸在电解质1250内。也可在电解质池内，在任何合适的位置上支撑参比电极1230和反电极1240，以便参比电极1230和反电极1240二者均浸在电解质1250内。

[0112]对于一个实施方案来说，测量电极1220、参比电极1230和反电极1240可各自具有设置在电解质池内的任何合适的尺寸和形状。在其中电解质池被成型为例如中空圆柱体的情况下，对于一个实施方案来说，测量电极1220可以是盘状，和对于一个实施方案来说，参比电极1230和反电极1240可以是环状或者盘状。

[0113]在一个实施方案中，传感器池1202包括任何合适的尺寸和形状的开口1212，其中目标气体可从外部环境通过所述开口与测量电极1220接触。对于一个实施方案来说，在相对于开口1212和测量电极1220的任何合适的位置提供膜1224，以允许目标气体通过膜1224扩散到测量电极1220并有助于防止电解质1250通过膜1224并流出电解质池。对于一个实施方案来说，如图12所示，膜1224可以与测量电极1220相连。可由任何合适的材料例如聚四氟乙烯(PTFE)形成膜1224。

[0114]可在相对于开口1212的任何合适的位置提供任选的化学过滤器1214，以有助于防止可能损坏测量电极1220的一种或多种毒物和/或在其它情况下可能被测量电极1220作为目标颗粒感应的一种或多种可能的干扰的非目标气体到达测量电极1220。也可在相对于开口1212的任何合适的位置提供任选的灰尘过滤器1216，以有助于防止灰尘、脏物、小东西(mite)等干扰传感器池1202。

[0115]可按照任何合适的方式，由任何合适的材料形成参比电极1230。对于一个实施方案来说，参比电极1230可与测量电极1220类似地形成。对于一个实施方案来说，可通过混合用于参比电极1230的合适的粉末或粉末混合物与合适的粘合剂材料例如聚四氟乙烯(PTFE)的粉末或乳液，以产生可在合适的多孔基质1234上铺开以增强机械强度的乳液，从而形成参比电极1230。对于一个实施方案来说，基质1234也可充当扩散阻挡层。对于一个实施方案来说，基质1234然后可进行合适的热处理，以有助于乳液粘结到基质上并除去溶剂。可由任何合适的材料例如聚四氟乙烯(PTFE)形成基质1234。

[0116]可按照任何合适的方式，由任何合适的材料形成反电极1240，所述合适的材料可取决于例如由反电极1240催化的反应。此外，可在相对于开口1212和反电极1240的任何合适的位置处提供合适的膜1244，以允许电化学反应所必需的气体(例如氧气或湿气)从中扩散到反电极1240并有助于防止电解质1250流出电解质池。

[0117]对于一个实施方案来说，可通过混合用于反电极的合适的粉末或粉末混合物与合适的粘合剂材料例如聚四氟乙烯(PTFE)的粉末或乳液，产生可在合适的多孔基质1244上铺开以增强机械强度的乳液，从而形成反电极1240。对于一个实施方案来说，基质1244也可充当扩散阻挡层。对于一个实施方案来说，基质1244然后可进行合适的热处理，以有助于乳液粘结到基质上并除去溶剂。可由任何合适的材料例如聚四氟乙烯(PTFE)形成基质1244。

[0118]测量电极1220、参比电极1230和反电极1240可按照任何其它合适的方式与电解质1250相连。例如，在电解质池外部的测量电极1220、参比电极1230和/或反电极1240可通过润湿的过滤器或者辅助确定所述池的多孔壁与电解质相连。

[0119]电连接1222、1232和1242分别电导连接到测量电极1220、参比电极1230和反电极1240上。电连接1222、1232和1242电导连接到传感器操作线路1205上，以便分别电导连接测量电极1220、参比电极1230和反电极1240到传感器操作线路1205上。在本发明的具体实施方案中，电连接1222、1232和1242可成型为管脚以插入到传感器操作线路1205的相应连接器插口内。对于另一实施方案来说，可按照任何其它合适的方式使电连接1222、1232和1242成型。

[0120]对于另一实施方案来说，传感器操作线路1205可直接连接到测量电极1220、参比电极1230和反电极1240上。

[0121]传感器操作线路1205的作用是操作传感器1200以感应在传感器池1202附近的气体环境内一种或多种目标气体。传感器操作线路1205可在所述环境内或在其附近或在远处电导连接到传感器池1202上。

在本发明进一步的方面中，提供多通道的气体监测组件，所述组件包括至少一个比色传感器元件。一些化学品，当它们暴露于其它化学品时，将在化学反应中变色。这一概念可与上述气体监测组件结合用于本发明。这一技术的原理是在气体暴露的情况下指示剂物质的颜色变化。因此，进行“染色”，然后对所述染色可通过例如视觉或者电子检测。根据本发明的优选实施方案，使用化学浸渍带监测可能有害或者有毒的气体。可通过本领域已知的光学器件例如光电元件检测并分析颜色变化，并转化成气体浓度。根据本发明的优选实施方案，在多通道器件内，至少一个电化学气体传感器与比色传感器元件结合。在来自电化学气体传感器的警报情况下，打开旁路，气体流到比色传感器元件中。根据本发明更优选的实施方案，所述比色传感器元件是化学浸渍带，优选纸带。视觉检测纸带可以确定是否发生了气体暴露。通过改变所使用的指示剂物质，可以检测大量不同的气体。这一方法以带子染色的形式提供气体暴露的物理证据。

本发明的至少一个电化学气体传感器和至少一个比色计元件的结合组合了每一技术的优点。纸带的变色元件提供气体泄漏的物理证据，这可能是合适的安全记录所要求的。按照本发明，可以使用任何可商购的纸带。取决于将要被证明的气体，可使用不同的指示剂物质。根据本发明，可以使用当与特殊气体例如无机酸、氢化物、氯、氨等接触时将改变其颜色的特殊化学品。

[0122]尽管此处参考具体方面、特征和实施方案描述了本发明，但应意识到本发明并不因此而受到限制，而是延伸并涵盖其它变化、改进和替代实施方案。因此，本发明打算被广义地解释和理解以包括所有如所要求保护的本发明的范围和精神内的其它变化、改进和替代实施方案。