专利名称：食品和饮料质量传感器的制作方法
技术领域：
本发明总的来讲涉及食品和饮料质量传感器，更具体地讲，涉及使用比色检测材料、电势检测材料或电阻检测材料来监测食品或饮料质量的方法和装置。
背景技术：
易腐食品的质量监测，是贯穿整个食品生产、储藏、销售和消费链的关键性工作。许多食品会腐败，这既可能是搬运不当的结果，也可能仅仅是因为陈化。当乳品或肉品等易腐产品在例如运输过程中暴露于过高温度时，就会陈化和过早腐败，但最终腐败是不可避免的。今天，食品销售商通常对其产品使用保质期，但是这些日期基本上代表的是估计值——也就是说，他们假定对应于已知陈化特征的平均(乃至最佳)“耐热史”。除了抽查外，食品销售商通常不会持续监测其产品质量。
腐败食品不仅具有致病危险，而且对杂货商来说会损失收入，对消费者来说会浪费工资。许多用于监控食品质量的装置并不能提供快速、简便、有效的诊断，因为它们使用有害物质作为腐败指示剂或者使用不能根据所检测食品而进行“调节”的通用指示剂。例如，腐败的化学指示剂在某些食品中天然存在；在某些食品中指示腐败的水平可能在其它食品中却正好是新鲜的。
因此，需要能提供快速反应并能根据各种不同食品和污染物而进行调节的腐败检测器。
发明概述一方面，本发明提供一种低成本高质量的传感器，该传感器能可靠地报告食品和饮料中因腐败或污染所致的化学品和/或细菌的存在与否。本文所用的术语“食品”包括食品和饮料。在一个实施方案中，可将传感器检测材料的灵敏度调节到指示污染阈浓度的性能变化的起始点。因此传感器具有针对不同食品和污染物的特异性，因为可根据这些参数来调节灵敏度。
调节允许更快更可靠的检测，因为检查员不用花费较长时间来等待检测材料显示性能变化。如果没有观察到快速反应，则食品被视为具有合格的质量。另外，调节也允许更快的检测，使检查员在更短时间内检查更多食品。检测材料可以是天然和/或可食用的物质，这就消除了有害化学品或染料污染未腐败食品的可能性。
因此，一方面，本发明提供包括检测材料的传感器，该材料的性能在响应暴露于污染物时会发生变化。检测材料对污染物具有固有灵敏度并且在响应暴露于污染物时性能会发生变化。传感器也包括调节剂，其数量足以引起检测材料表现出与固有灵敏度不同的改变的灵敏度。在一个实施方案中，改变的灵敏度大于固有灵敏度。或者，改变的灵敏度可小于固有灵敏度。在不同实施方案中，污染物包括胺。在某些实施方案中，检测材料包括甜菜提取物或甘蓝提取物。调节剂可以是碱(例如氢氧化物、碳酸氢盐、赖氨酸、精氨酸和组氨酸)。
在不同实施方案中，变化的性能是颜色或电性能(例如电势差或电阻)。在某些实施方案中，检测材料安置在基质(例如滤纸)内。检测材料可包括取决于待筛选食品种类的检测阈值；例如，调节剂的用量可取决于待检食品和/或污染物的性质。在一个实施方案中，改变的灵敏度符合用户可选择的检测阈值。
在传感器的一个实施方案中，检测材料具有电阻性能，当检测材料暴露于食品时，其电阻性能在响应食品分解速率时会改变；传感器也包括第二检测材料，该材料在响应食品新鲜度时其电势性能会改变。在一个替代实施方案中，检测材料具有电阻性能，当检测材料暴露于食品时，其电阻性能在响应食品污染水平时会改变；传感器也包括第二检测材料，该材料在响应食品分解速率时其电势性能会改变。在另一个实施方案中，本发明的检测器包括一系列不同调节的染料，其各自具有不同的检测阈值，以便指示新鲜程度，而不是指示食品新鲜或腐败的二元指示。
另一方面，本发明提供检测污染物的方法。该方法包括提供安置在介质中的检测材料。检测材料对污染物具有固有灵敏度并且在响应污染物时其性能会依照其固有灵敏度而改变。将检测材料用调节剂处理，以改变检测材料的灵敏度。将这样的检测材料暴露于污染物，它在响应污染物水平时性能会改变，并对应于改变的检测灵敏度。在一个实施方案中，调节剂通过使其接近暴露-诱导性能变化的起始点，从而提高检测材料的灵敏度。在某些实施方案中，调节剂降低检测材料的灵敏度，而在其它实施方案中，它却提高灵敏度。
又一方面，本发明提供包括检测材料的传感器，该材料在响应暴露于污染物时其性能会改变。检测材料对污染物具有固有灵敏度并且在响应污染物时其性能会改变。传感器也包括显示器，该显示器根据检测材料的响应而报告食品状况，表明污染物水平和用户可选择的报告阈值。在不同实施方案中，用户可选择的报告阈值取决于待筛选食品类型、污染物或个体耐受水平。
再一方面，本发明提供检测食品状况的方法。该方法包括提供检测材料，该材料对污染物具有固有灵敏度并且在响应污染物时其性能会依照其固有灵敏度而改变。使检测材料暴露于污染物，致使在响应暴露于污染物时性能会改变，并且根据性能变化和用户可选择的报告阈值而报告食品状况。
根据以下附图、发明详述和权利要求书，本发明的其它方面和优势将会是显而易见的；以下附图、发明详述和权利要求书仅以实例的方式用来说明本发明的原理。
附图简述参考以下发明详述并结合附图，可以更好地理解上述本发明的优势以及其它优势。在附图中，相同的参考符号在不同图中通常是指相同部件。附图不一定按比例绘制，而是强调说明本发明的原理。
图1是本发明传感器的说明性实施方案的方框图。
图2显示典型的比色检测材料的滴定曲线。
图3是包括本发明传感器的检测装置的说明性实施方案的方框图。
图4A和图4B分别表示包括本发明传感器的检测装置的示例性实施方案的从下到上、从上到下的部件分解图。
图5是包装成瓶盖的图4检测装置的透视剖面图。
图6显示包括本发明传感器的示例性便携式检测装置。
图7是包括本发明传感器的比色指示器的透视剖面图。
图8是基于本发明检测装置的电子系统的示例性流程图。
图9显示示例性的电阻桥(resistive bridge)。
发明详述对于图1，本发明的传感器100包括对污染物108具有固有灵敏度的检测材料104，也就是说，使检测材料暴露于阈浓度的污染物108，引起检测材料的性能变化。为了改变该固有灵敏度(也就是说，使检测材料104对污染物108具有更高或更低的灵敏度)，将检测材料104暴露于调节剂112。
例如，为了提高固有灵敏度，可以使检测材料104暴露于足够量的调节剂112(例如用后者来滴定)，从而使检测材料接近性能变化的起始点。按此方式，即使是低浓度的污染物108也会引起检测材料104发生性能改变，并因而指示污染物108的存在。或者，调节剂可降低固有灵敏度，例如通过与检测材料104竞争性结合而又不引起性能改变的方式，或者通过螯合或钝化污染物108的某一部分。可以采用下述方法来降低灵敏度，以优化传感器，这样当食品未腐败时，它就不变色。
传感器可用来检测乳品、饮用水、酒类、牛肉、禽品、海产品和粮食以及其它易腐食品等食品中的污染物。污染物可以是腐败产物。另外，污染物也可以是胺，即带有一个或多个NH2基团的化合物(例如胺、二胺、三胺、芳香胺、杂环胺或脂族胺)。例如，蛋白质是由氨基酸生成的；当蛋白质被细菌分解时，它们便转化成与这些氨基酸相关的胺类。精氨酸转化成腐胺，赖氨酸转化成尸胺，而组氨酸则转化成组胺。腐胺、尸胺和组胺是肉和海产品等腐败蛋白质的臭味来源，这些胺类的水平反映出细菌分解程度。因此，对胺化合物灵敏的检测器可用于检测腐败。
传感器可安装在奶瓶、瓶盖、酒瓶塞、塑料包装、聚苯乙烯泡沫塑料、塑料袋、纸袋、纸板或其它合适的食品包装上。传感器也可安装到冷却器或器具(例如便携式厨具)上。在一个替代实施方案中，将包括传感器的圆筒放在橱柜、抽屉或冰箱内。下面更详细介绍传感器的具体实施方案。
响应暴露于污染物而变化的性能可以是比色性能、电势性能或电阻性能。检测材料包括但不限于天然酸碱指示剂，例如甜菜、甘蓝、红酒、葡萄、茶、蓝莓、草莓和蔓越橘(cranberry)中存在的指示剂。可用作检测材料的其它合适的酸碱指示剂包括但不限于结晶紫、甲酚红、百里酚蓝、溴酚蓝、甲基橙、溴甲酚绿、甲基红、羊毛铬黑、溴甲酚紫、溴百里酚蓝、酚红、酚酞、麝香草酚酞和媒染橙。其它合适的检测材料包括硬脂酸、胺离子载体(amine ionophore)、聚合指示剂和烃类，例如直链或支链C32H66。响应胺类的存在而显示出比色变化的优选检测材料是甜菜提取物或甜菜汁。一般而言，检测材料可以是甜菜素(betalain)或甜菜素衍生物。适于与本发明联合使用的甜菜素是红紫色的甜菜红素(betacyanin)，有用的化合物包括甜菜苷配基、甜菜苷及其衍生物(例如甜菜苷酯)。
合适的酸碱调节剂包括但不限于碳酸氢盐及其盐、碳酸盐及其盐、氢氧化物(例如NaOH、KOH和LiOH)、氨水和铵盐、生物胺及其盐、胺及其盐、氨基酸及其盐、羧酸及其盐、磷酸及其盐、硫酸及其盐、硼酸及其盐。优选的调节剂是碱(例如氢氧化物、碳酸氢盐、赖氨酸、精氨酸、组氨酸和三乙醇胺)。优选的碱是碳酸氢盐。
通过使用辅色素、浓度、结合指示剂、表面积和照度，可以改变比色传感器的灵敏度。对于电阻传感器，可以通过改变导体与指示器的比率、电阻的起始值、表面积、大小、对导体的选择和对指示器的选择，而改变灵敏度。
在传感器的一个实施方案中，将检测材料安置或螯合在基质(例如滤纸或聚合物基质等物理基质)内。调节剂也与检测材料螯合在一起。基质可以是疏水的。疏水基质防止水分进入螯合在基质内的材料(例如检测材料和/或调节剂)中，同时又允许污染物通过并与检测材料相互作用。结果，疏水性质维持了检测材料的使用寿命。在不同实施方案中，检测材料和调节剂组合用于布(例如奶酪布)、纸或塑料表面。或者，检测材料和调节剂组合可安置在凝胶或明胶内。
在上述实施方案中，检测材料可以先安置/应用于基质、凝胶、布、纸或表面，然后再暴露于调节剂。在某些实施方案中，检测材料和调节剂可以先混合，再安置或应用。
为了改变活性受pH影响的检测材料灵敏度，先测定特定检测材料的变色pH。然后用调节剂滴定新鲜溶液，生成检测材料的调节溶液，其pH比发生颜色反应所需的pH稍低(例如对于碱性污染物)或高(例如对于酸性污染物)。再将基质浸泡在调节溶液中，然后干燥。这样，调节传感器就会对少量污染物敏感，因而暴露就会引起颜色变化，其变色时间比用未调节传感器的所需响应时间更短。对于基于胺的污染物和甜菜素检测化学来说，已经发现碳酸氢盐是合适的调节剂。
参考图2所示滴定曲线，基于甜菜提取物(主要是甜菜苷)的示例性调节传感器的起始pH约为6.5(如116所示)，这是从约pH4.6调节而来的(如120所示)。在图2中，示例性的调节剂是1，5-二氨基戊烷溶液。因此，需要较少的污染物实现颜色变化，其发生在pH大于6.5时，并且可以用肉眼观察，或者使用例如彩色光密度计或分光计。在图2中，两个pH值116、120之间的差异代表检测材料的改变的灵敏度。也可采用大于6.5的起始pH，该pH更接近甜菜提取物变色的起始点。
为了制备其响应如图2所示并固定在普通滤纸上的溶液，根据反应的化学计量求出导致变色所需的碱用量，用略小于计算量的调节剂制备调节剂水溶液。将滤纸先浸入到调节剂水溶液中，然后干燥。再将滤纸浸入到检测材料的非水性溶液中。这样就将滤纸调节到用于低水平胺的检测。在一个替代实施方案中，第一溶液可以是非水性溶液，第二溶液是水溶液。
在另一个实施方案中，用同样溶剂制备指示剂和调节剂溶液并调节pH，使之接近引起变色的pH值。然后将滤纸浸入到溶液中，用于检测低水平污染物。
为了调节用于固定在滤纸上的溶液，滴定检测材料溶液本身，使其略小于引起变色所需调节剂的用量。滤纸可以是得自Whatman，Inc.(Clifton，New Jersey)的Phase Separation(分相，PS)滤纸。将PS滤纸浸入到调节溶液中，然后干燥，用作生物胺的比色检测剂。本发明的检测剂可以是基于包括一系列区段的单一长度的滤纸，每区段对应于不同的调节染料，各自具有不同的检测阈值。这可提供更严格的污染物水平的目测指示，因为反应和未反应染料区段之间的反差是明显的。该方法也可用来指示新鲜程度，而不是食品新鲜或腐败的二元指示。
例如，未调节的甜菜提取物pH约为4.6。将浸渍了甜菜提取物的滤纸暴露于饱和液上空间的1，5-二氨基戊烷(尸胺)，需要约4天时间才发生颜色变化。然而，通过将甜菜提取物的pH调节至约7.00-8.02，大约15秒即可观察到快速颜色变化。用天然或可食用的物质，例如甜菜提取物(或其组分，例如甜菜苷)，也可消除检测材料破坏或污染食品的可能性。
通过适当选择检测材料和调节剂，可以得到具有改变的灵敏度的传感器，其灵敏度符合取决于待筛选食品类型的检测阈值。例如，可以根据预测待检污染物和/或食品特性(例如在新鲜海产品中天然存在某些胺类)，选择不同检测材料或不同调节剂用量。这允许快速和有意义地检测目标污染物。此外，可以选择传感器的改变的灵敏度，以符合用户可选择的检测阈值，这允许用户按照个体对特定污染物或食品新鲜状况的耐受水平来调节灵敏度。
例如，按照FDA指南，认为大于50ppm组胺的鱼是腐败的。因此，按照个体耐受性，可以设置例如30ppm、40ppm或50ppm的检测阈值。污染物的检测在该阈值水平内进行。相比之下，认为虾在3ppm腐胺或尸胺浓度时就是腐败的。因此，可以选择不同检测材料/调节剂组合，以测定这些污染物。可根据污染物、食品或污染物耐受水平来选择材料/试剂组合。
化学检测材料的一个替代品是离子选择电极，其可用于根据电势性能来检测污染物。可以使用以下文献所述材料和技术，制作合适的离子选择电极例如2003年3月13日申请的美国专利申请顺序号10/388,198，该文献同属于本申请并且通过引用全部结合到本文中。简而言之，设计一对电极，当目标污染物存在时就显示电位。通过用半渗透离子载体进行涂敷，使阴极对该污染物具有特异性。用非离子特异性离子载体涂敷阳极或参考电极。
可以选择本发明的离子选择电极，测定pH(即H+)、Na+、K+、Li+、Ag+、Ca2+、Cd2+、Ba2+、Mg2+、Cu2+、Pb2+、Hg2+、Cu2+、Fe3+、铵离子(NH4+)、Cl-、Br-、I-、F-、CN-、OCl-、高氯酸根(ClO4-)、硫氰酸根(SCN-)、硫化物(S-)、硝酸根(NO3-)、亚硝酸根(NO2-)、硫酸根(SO3-)、碳酸根(CO2-)、碳酸氢根(HCO3-)和/或S2O32-。对于胺的检测，优选的离子载体例如得自Sigma-Aldrich Co.(St.Louis，Missouri)的Calix[6]芳烃-六乙酸六乙酯。可通过例如本领域技术人员众所周知的电流、电势、电量、电导和/或AC分析技术，用离子选择电极来检测离子。
另一个方法使用具有电阻性能的检测材料的传感器。例如，检测材料可以是印迹聚合物(imprinted polymer)或包含导电材料的有机涂层。在一个实施方案中，使用炭黑聚合物电阻器或带有炭黑印刷的聚合物。[参见Lonergran等，″Array-Based Vapor Sensing UsingChemically Sensitive，Carbon Black-Polymer Resistors，″Chemistry ofMaterials 82298-2312(1996)，其全部公开内容通过引用结合到本文中。]或者，如上所述的碳和检测材料的薄膜跨越连接在绝缘物上的两根金属线(metallic leads)而沉积，因而形成电阻器。合适的绝缘物包括但不限于陶瓷基质和塑料基质。因暴露于蒸气致使检测材料膨胀，使得电阻器的电阻增加，因为当检测材料膨胀时，与导线连接的碳分离。因此，电阻的变化表明存在着诱导膨胀的蒸气。
因此，选择依照本发明制成的传感器，以响应指示腐败食品的污染物。在一个实施方案中，传感器上印有包含天然酸碱指示剂和以上列举的其它合适酸碱指示剂的检测材料，其具有电阻性能。也可使用离子载体，例如上述离子载体。在一种形式的酸碱指示剂中，电阻传感器的作用是作为剂量计。
在一个实施方案中，包含导体和检测材料的溶液沉积在带有电线的基质上。例如，将25mg炭粉与75mg硬脂酸混合在一起，然后溶解和/或悬浮在20ml四氢呋喃(THF)中。将溶液喷雾(例如作为气溶胶)到带有电线的陶瓷基质上。或者，可将溶液倒入基质阵列或者大基质上，然后分成各个基质。蒸发除去THF，留下导体和检测材料薄膜跨越电线。其它材料(包括金、银和铜)也可用作导体。通常在暴露于污染物之前，薄膜的电阻约为100kΩ。
图3描述了包括本发明传感器100′的检测装置124。检测装置124也包括电源128、电子线路132和显示器136。传感器100′或其元件可以是一次性的或者是可重复使用的，而检测装置124本身也可以是一次性的。下面更详细介绍示例性的检测装置124。
传感器100′可包括具有电势性能的检测材料(例如胺离子载体)或具有电阻性能的检测材料(例如炭黑以及如上所述的甜菜提取物)。在替代实施方案中，检测装置或传感器包括多种检测材料。例如，传感器100′可包括具有电阻性能的第一检测材料以及具有电势性能的第二检测材料。电阻传感器对污染物的累积具有总体响应，使得输出与食品分解速率成比例。电势传感器在给定时间点可响应污染物浓度，所以输出与食品当前新鲜状况成比例。在另一个实施方案中，检测材料具有电阻性能，当检测材料暴露于食品时，其电阻性能在响应食品污染水平时会发生改变；而第二检测材料具有电势性能，该性能在响应食品分解速率时会发生改变。这样重复的方法不仅降低了危险，而且可以让检查员预测食品是否/何时会腐败，如果尚未腐败的话。
在具有多种检测材料的检测装置或传感器的一个实施方案中，将来自各检测材料的输入信号转换成数字信号，再进行处理。例如，如果50ppm胺是肉类腐败或污染的阈值，而试验结果为40ppm的话，则最初输出显示肉仍然是好的。如果将该信息与肉以10ppm/天的速率产生胺类的检测信息综合考虑的话，显示器上也会输出这样的提示肉再过一天就腐败了。
如上所述，检测材料的灵敏度可通过滴定而改变，使其更好地响应目标污染物。也可控制检测材料的灵敏度范围。因为对于不同食品而言，指示腐败的污染物的量是不同的，电阻率范围是变化的，所以传感器应根据食品和污染物而进行有效的标定。
电源128可以是电池(例如碱性电池、锂离子电池、充电电池或印刷纸)。理想的电池是柔性电池，符合检测器包装的形状。Power PaperLtd.(Tel Aviv，Israel)生产一种合适的印刷纸电池。Power Paper电池中使用的化学品是锌和二氧化锰的组合。可以采用丝网印刷技术，将电池印刷在几乎任何表面(包括纸或软塑料)上。一平方英寸的印刷电池提供1.5V，15mAh，大约0.5mm厚，货架期约为两年半。
可以在线路板上构成电子线路132，例如专用集成电路(ASIC)。电子线路132的作用包括信号放大，检测装置的标定并提供用于决策过程的逻辑系统。示例性的电子系统包括CMOS芯片，该芯片能够在一系列灵敏度水平(改变或不改变)上阅读一类传感器(例如电阻传感器或电势传感器)。在一个替代实施方案中，CMOS芯片可具有由检查员来控制的可变的灵敏度。芯片也可与多个传感器耦合。下面更详细介绍示例性的电子线路。
使用CMOS技术，而不是使用独立微制作工艺(即一种用于离子传感器圆筒(cartridge)的技术和一种用于电路的技术)，可以将传感器100′微制作在同一微芯片上，作为电子线路132。这不仅降低了成本，而且也保留了芯片的“不动产(real estate)”，因为可以让传感器与电子线路之间的一些连接缩短或消除。
显示器136给检查员显示电子线路132的决策，该决策是根据传感器检测材料的响应、从而报告食品状况而显示的。显示器136可根据用户可选择报告阈值而报告食品状况。例如，可根据待筛选食品类型、目标污染物或个体耐受水平，来确定阈值水平。检测装置124可包括让用户选择阈值水平的开关(未显示)，在该阈值水平上报告食品腐败。
在不同实施方案中，将显示器与让用户选择的待报告食品信息类型的开关耦合。例如，食品新鲜状况、食品腐败速率、污染物水平和/或食品剩余货架期的预测都是合适的选项。
显示器136可以是简单的，仅与检测材料颜色变化有关，或者在其它实施方案中，显示器136可提供可印刷的电致变色墨水(electrochromic ink)或数码显示器(例如液晶显示器)。显示器136可包括受上述电子线路136所驱动的多种指示器。指示器的动力要求最好是在电池容量范围和控制电子线路132驱动力范围内。显示器136优选是柔性、持久、便宜的显示器。
合适的电致变色墨水是NANOCHROMICS显示器，得自NteraLtd.(Dublin，Ireland)。该显示器在响应电势时变色。电致变色墨水的粒径约5nm至约20nm，因此可以采用常规喷墨打印机来打印。显示器可在0.1秒改变状态。墨水在处于断开状态(off-state)时是透明或白色的，一旦使用1.2V则变为蓝色、绿色或黑色，这些颜色取决于特定的墨水。显示器保持其状态，直到使用相反电位。因为这类墨水可打印在塑料或纸上，因此可将其制成柔性和适用的。为了改变状态，每平方厘米显示需要3mC电荷。显示器可以在数字电子线路控制下进行，当确定腐败时，该显示器发出触发信号，或者来自检测器的模拟信号可以经过处理(例如放大)，使得对应于腐败的检测器输出引起电致变色变化，但是低于该水平的输出则不引起电致变色变化。
对于图4A和图4B，检测装置124′的示例性实施方案包括透明或半透明包囊材料的底部140和顶部140′部分，这些包囊材料包裹传感器100′、印刷电池电源128和电致变色墨水显示器136。显示器136包括显示器136顶部表面的3个指示器部分144，该显示器可显示例如良好、边缘和腐败结果。显示器136的指示器144优选从包囊材料的顶部140′上可以看见。图5描述将检测装置124′包装成瓶盖148(例如牛奶瓶盖)的说明性实施方案。
图6描述便携式检测装置124″，其探头152通过软线160连接在机身156上。在探头152内包括采用检测材料电势或电阻性能的传感器100′。电源128和电子线路132(未显示)封装在检测装置124″的机身156内。检测装置124″也包括数字显示器136′，其与开关162耦合。在一个实施方案中，开关162用来设定如上所述的用户可选择的报告阈值。检测装置124″也包括复位按钮163，按下该按钮即开始测量。
数字显示器可以显示例如污染物水平，例如量程从1到100。该读数也可测量如上所述的食品新鲜度或腐败。为了得到读数，测定基线值并且在显示器中显示在括号内。定期测定并显示检测材料的电阻或电位。如果电阻或电位超过预定检测阈值(其对应于检测材料的固有灵敏度或修改的灵敏度)，则显示器指示食品腐败或存在污染物。例如，显示器可指示“YUM”(即食品未腐败)和“YUCK”(即食品具有对应于腐败的阈值污染物水平)，或者可简单地采用数字读数。在其它实施方案中，显示器选项包括一系列LED或模拟计量。如上所述，检测阈值不必固定，可取决于待检测的污染物或待监测的食品。例如，可以将传感器调节到适于目标食品(即肉类产品、鱼类产品、禽类产品、乳品等)，这导致阈值的改变。
图7显示包括本发明传感器100″的比色指示器164的说明性实施方案。比色指示器即164指示器具有圆筒状外观，不需要电源、电子线路和显示器，尽管也可以用上述元件构成一个实施方案。指示器164是一次性的，可用于检测橱柜、抽屉、冰箱、袋子或其它容器中的污染物。
传感器100″包括具有比色性能的检测材料104。可以如上所述地用调节剂112处理检测材料104(未显示)。另外，检测材料104可以安置在基质168(例如滤纸)内。污染物通过半透膜172进入到检测材料104中。指示器也包括放大装置176(例如所示的Fresnel透镜)，便于观察检测材料104，尽管没有放大装置也可制成指示器。指示器164的元件用包囊材料180组合在一起(例如固定环)。传感器100″可包括比色刻度尺(例如被其包围)，其范围从对应于理想新鲜度的检测颜色到对应于明显腐败的颜色。
图8描述了示例性的检测装置电子线路184的流程图。对于使用电势传感器的实施方案来说，传感器188是离子选择电极，优选用于胺，参考192传感器是参考电极。对于使用电阻传感器的实施方案来说，传感器188是如上所述的电阻传感器，电子线路可包括虚拟传感器(dummy sensor)(参考192)。电阻传感器和虚拟传感器可构成电阻桥(参见图9)，使得电势跨越电桥而与电阻值相关。来自传感器和参考的信号通过低通滤波器196过滤，缓冲器200的缓冲和/或放大。
传感器188和参考192的输出可以在模拟显示器上显示。或者，可使用模拟/数字(A/D)转换器204，将传感器188和参考192的输出转换成数字信号。在不同实施方案中，电阻传感器实施方案或电势传感器实施方案的电子线路都可包括参考电压。例如，传感器188可使用Vref+208，参考192可使用VreF-212。参考电压通过改变A/D转换器204的步长而改进测量分辨率。例如，当Vref-和Vref+分别为约0V和约5V时，则10bit的A/D转换器的步长约为4.88mV。将参考电压变为约1V和3V时，将使A/D步长变为约1.95mV。参考电压可经196过滤并经200缓冲。
在一个实施方案中，电子线路包括用于管理线路的处理器216。电子线路可包括断开通向处理器的电源的复位按钮220，因而在进行新的测量之前，可复位基线。电子线路可包括用于如上详述的阈值选择224的按钮或开关。在不同实施方案中，采用显示器228(例如LCD或其它类似显示器)来输出结果。
电阻桥232及其输出信号的示意图见图9。电阻传感器(R传感器)与虚拟电阻器(R虚拟)配对，其中将电阻传感器暴露于食品，而虚拟电阻器使其免受蒸气的影响。方框236显示当检出污染物时所得到的典型信号，而方框240显示与污染物隔离的虚拟传感器的基线信号。从滤过信号248中减去滤过信号244，以消除环境影响(例如温度或其它背景噪声)。然后将微分信号252用于分析食品。方框256显示复位后的信号。
尽管参考了具体的说明性实施方案来显示和介绍本发明，但是应该理解，可以在不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围的情况下，作出不同的形式和细节上的改变。
权利要求
1.一种传感器，所述传感器包括检测材料，所述材料在响应暴露于污染物时性能会发生变化，所述检测材料对污染物具有固有灵敏度并且在响应暴露于污染物时性能会发生变化；和调节剂，其数量足以引起检测材料表现出与固有灵敏度不同的改变的灵敏度。
2.权利要求1的传感器，其中所述改变的灵敏度大于固有灵敏度。
3.权利要求1的传感器，其中所述改变的灵敏度小于固有灵敏度。
4.权利要求1的传感器，其中所述污染物包括胺。
5.权利要求1的传感器，其中所述检测材料包括甜菜提取物或甘蓝提取物。
6.权利要求1的传感器，其中所述调节剂包括碱。
7.权利要求6的传感器，其中所述碱包括由氢氧化物、碳酸氢盐、赖氨酸、精氨酸和组氨酸组成的组中的至少一种。
8.权利要求1的传感器，其中所述性能包括颜色。
9.权利要求1的传感器，其中所述性能包括电性能。
10.权利要求9的传感器，其中所述电性能包括电流、电量、电阻或电势性能。
11.权利要求1的传感器，其中所述检测材料安置在基质内。
12.权利要求1的传感器，其中所述改变的灵敏度符合检测阈值，该阈值取决于待筛选食品类型。
13.权利要求1的传感器，其中所述改变的灵敏度符合用户可选择的检测阈值。
14.权利要求1的传感器，其中所述调节剂的用量取决于待检测污染物。
15.权利要求1的传感器，其中所述检测材料具有电阻性能，当所述检测材料暴露于食品时，其电阻性能在响应食品分解速率时会改变；所述传感器还包括第二检测材料，所述材料在响应食品新鲜度时其电势性能会改变。
16.权利要求1的传感器，其中所述检测材料具有电阻性能，当所述检测材料暴露于食品时，其电阻性能在响应食品污染水平时会改变；所述传感器还包括第二检测材料，所述材料在响应食品分解速率时其电势性能会改变。
17.一种检测污染物的方法，所述方法包括提供安置在介质中的检测材料，所述检测材料对污染物具有固有灵敏度并且在响应污染物时其性能会依照其固有灵敏度而改变；将所述检测材料用调节剂处理，以改变该检测材料的灵敏度；和使所述检测材料暴露于污染物，致使在响应暴露于污染物时其性能会依照其改变的检测灵敏度而变化。
18.权利要求17的方法，其中所述性能包括颜色。
19.权利要求17的方法，其中所述性能包括电性能。
20.权利要求19的方法，其中所述电性能包括电流、电量、电阻或电势性能。
21.权利要求17的方法，其中所述调节剂通过使所述检测材料接近暴露-诱导性能变化的起始点，从而提高检测材料的灵敏度。
22.权利要求17的方法，其中所述调节剂降低所述检测材料的灵敏度。
23.权利要求17的方法，其中所述污染物包括胺。
24.权利要求17的方法，其中所述检测材料包括甜菜提取物或甘蓝提取物。
25.权利要求17的方法，其中所述调节剂包括碱。
26.权利要求25的方法，其中所述碱包括由氢氧化物、碳酸氢盐、赖氨酸、精氨酸和组氨酸组成的组中的至少一种。
27.权利要求17的方法，其中所述改变的灵敏度符合检测阈值，该检测阈值取决于待筛选的食品类型。
28.权利要求17的方法，其中所述改变的灵敏度符合用户可选择的检测阈值。
29.权利要求17的方法，其中所述检测材料具有电阻性能，当所述检测材料暴露于食品时，其电阻性能在响应食品分解速率时会发生改变；并且还包括提供具有电势性能的第二检测材料，该性能在响应食品新鲜状况时会发生改变。
30.权利要求17的方法，其中所述检测材料具有电阻性能，当所述检测材料暴露于食品时，其电阻性能在响应食品分解水平时会发生改变；并且还包括提供具有电势性能的第二检测材料，该性能在响应食品分解速率时会发生改变。
31.一种检测装置，所述装置包括检测材料，所述材料在响应暴露于污染物时性能会发生变化，所述检测材料对污染物具有固有灵敏度并且在响应暴露于污染物时性能会发生变化；和显示器，所述显示器根据检测材料的响应而报告食品状况，表明污染物水平和用户可选择的报告阈值。
32.权利要求31的检测装置，其中所述用户可选择的报告阈值取决于待筛选食品类型。
33.权利要求31的检测装置，其中所述用户可选择的报告阈值取决于污染物。
34.权利要求31的检测装置，其中所述用户可选择的报告阈值取决于个体耐受水平。
35.权利要求31的检测装置，其中所述污染物包括胺。
36.权利要求31的检测装置，其中所述性能包括颜色。
37.权利要求31的检测装置，其中所述性能包括电性能。
38.权利要求37的检测装置，其中所述电性能包括电流、电量、电阻或电势性能。
39.权利要求31的检测装置，其中所述检测材料具有电阻性能，当所述检测材料暴露于食品时，其电阻性能在响应该食品分解速率时会发生改变；并且还包括具有电势性能的第二检测材料，该性能在响应食品新鲜状况时会发生改变。
40.权利要求31的检测装置，其中所述检测材料包括电阻性能，当所述检测材料暴露于食品时，其电阻性能在响应该食品分解水平时会发生改变；并且还包括具有电势性能的第二检测材料，该性能在响应食品分解速率时会发生改变。
41.一种检测食品状况的方法，所述方法包括提供检测材料，所述检测材料对污染物具有固有灵敏度并且在响应污染物时其性能会依照其固有灵敏度而改变；使所述检测材料暴露于污染物，致使在响应暴露于污染物时会发生性能改变；和根据性能变化和用户可选择的报告阈值来报告食品状况。
42.权利要求41的方法，其中所述用户可选择的报告阈值取决于待筛选食品类型。
43.权利要求41的方法，其中所述用户可选择的报告阈值取决于污染物。
44.权利要求41的方法，其中所述用户可选择的报告阈值取决于个体耐受水平。
45.权利要求41的方法，其中所述污染物包括胺。
46.权利要求41的方法，其中所述性能包括颜色。
47.权利要求41的方法，其中所述性能包括电性能。
48.权利要求47的方法，其中所述电性能包括电流、电量、电阻或电势性能。
49.权利要求41的方法，其中所述检测材料具有电阻性能，当所述检测材料暴露于食品时，其电阻性能在响应食品分解速率时会发生改变；并且还包括提供具有电势性能的第二检测材料，该性能在响应食品新鲜状况时会发生改变。
50.权利要求41的方法，其中所述检测材料具有电阻性能，当所述检测材料暴露于食品时，其电阻性能在响应食品分解水平时会发生改变；并且还包括提供具有电势性能的第二检测材料，该性能在响应食品分解速率时会发生改变。
全文摘要
食品质量的检测方法和装置，包括对污染物具有固有灵敏度并且在响应污染物时性能会发生变化的检测材料。该检测材料用调节剂处理，以改变该检测材料的灵敏度，这样当该检测材料暴露于污染物时，导致响应水平的性能变化对应于改变的检测灵敏度。
文档编号G01N27/28GK1954210SQ200480042391
公开日2007年4月25日 申请日期2004年12月8日 优先权日2004年1月13日
发明者J·R·威廉斯, K·E·迈尔斯, M·M·欧文斯, R·J·普林斯 申请人:查尔斯·斯塔克·德雷珀实验室公司