微型色谱用高热导率复合材料研究
发布时间：2021-10-29 07:55
色谱法分离混合物,具有效率高、速度快、选择性好和样品用量少等特点,是目前使用较为广泛且成熟的分离技术。但是传统色谱系统功耗大、操作繁杂且无法做到现场勘测。由于这些不足,研究人员将微机电系统技术应用到色谱柱的制备当中,实现了色谱柱的微型化和低功耗化,各种微型色谱柱的研究和制备已经成为目前色谱技术的研究重点。然而目前大部分的微型色谱柱都是采用硅、玻璃或者金属等刚性基底制备的,不具备当今可穿戴技术所要求的柔性化特性。为实现柔性,色谱柱的母体材料势必使用聚合物材料,但聚合物低的导热性将不可避免地导致色谱柱的温场不均匀,色谱谱峰展宽,分离效率下降。基于此,本论文提出采用高热导率复合材料来进行色谱柱的制备,通过在聚合物母相中添加高导热的无机颗粒,以提高复合材料的热导率并同时保持足够的柔性。本文在总结色谱技术和高热导率复合材料研究进展下,进行高热导率复合材料的设计和制备,继而设计加工成微型色谱柱,论文的主要工作如下:1.使用Comsol仿真软件对复合材料制备的色谱柱进行了导热性能仿真。模拟了色谱柱的底板均匀受热而恒温在200℃的情况下,色谱柱微流道的上顶点A的动态温度上升过程,以A点温度达到180℃...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
色谱柱沟道(a)半填充微色谱柱沟道；(b)填充式微色谱柱沟道
第二章微型色谱柱的结构与热设计9示意图，图中假设了色谱柱分配过程中形成了5个塔板，其中蓝色和白色部分分为固定相和流动相。通入的混合物由两种成分组成，其中黑色成分是可以和固定相吸附溶解的物质，而灰色的成分是不能可固定相吸附的物质。混合物质沿着色谱柱的方向依次通过五个塔板，在第一个塔板处，黑色组分被吸附达到平衡，未被吸附的物质继续到达第二个塔板并重复上一个塔板的过程，但是此时第一个塔板中的流动相却没有黑色组分，处于非平衡状态，这时候黑色组分将从固定相中解吸附到流动相中，这个从非平衡到平衡的过程在每个塔板中重复进行[18]。最后的结果就是黑色组分呈现高斯分布的样子流出色谱柱。为了使这个高斯峰成为尖细的图形，我们可以增加塔板的数量进行更多次的分配来实现[19]。图2-1塔板理论的原理示意图
第二章微型色谱柱的结构与热设计11扩散和柱中两相传质过程对理论塔板高度影响，从而找到了影响色谱柱效率的因素。1)涡流扩散项：其存在于色谱柱内，由于有填充颗粒，使得通过的物质不断改变流动路径，以此形成了涡流。VanDeemter认为涡流扩散项的主要影响因素是固定相的颗粒结构大小，以及均匀程度，当填充的颗粒越小，越均匀时涡流导致的色谱峰变宽现象越弱[38]。所以在色谱固定相的选择与涂覆中，一般研究者们都选用颗粒规整的固定相，且涂覆均匀。2)分子扩散项：一般指的是沿着色谱柱方向的分子扩散。混合气体沿着色谱柱移动的过程中，因为各组分的浓度不同，当各组分沿着色谱柱加速流动的同时，浓度高的组分会扩散到浓度低的区域，称为纵向扩散[38]。图2-2为载气的流速为0的时候，各组分色谱曲线随着时间变化图。图2-2色谱柱内纵向扩散图[18]一般来说载气流速越大，分子扩散项会越小，所以当载气流速较小时，各组分与固定相吸附、动态分配的时间也会越多，有利于扩散作用。3)传质阻力项：它由气相传质阻力项和液相传质阻力项组成，当混合物进入色谱柱以后，如图2-1这个过程中，每个组分扩散到固定相中，然后有进行动态分配达到平衡[42]。事实上，这个过程并不是马上就完成的，而是需要一定的时间，这样会影响色谱峰变宽。流动相中的传质阻力项同样也存在于色谱柱中。2.2微型色谱柱的结构设计通过以上理论分析，以及公式的推导，最终完成了微型色谱柱的结构设计。MEMS色谱柱结构设计同样包括加热金属丝的设计和微沟道的设计，其中包括图
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅谈色谱分析中程序升温方案[J]. 王海丰. 化工管理. 2014(21)
[2]传感器在手机中的应用[J]. 鲁建全,贾晓燕. 中学物理. 2013(03)
[3]分析化工色谱中常用的几种色谱法[J]. 乔晓会,白慧娟. 化学工程与装备. 2011(01)
[4]一种新型吸附蓄热复合材料的实验研究[J]. 李军,朱冬生,吴会军,赵朝晖. 华南理工大学学报(自然科学版). 2004(05)
[5]导热高分子复合材料的研究与应用[J]. 马传国,容敏智,章明秋. 材料工程. 2002(07)
[6]传感器的分类、构成与发展动向[J]. 郑彦平. 云南民族学院学报(自然科学版). 2001(01)
[7]《中国大百科全书》的若干化学问题[J]. 黄仕华. 南京化工大学学报. 1994(03)
博士论文
[1]微型气相色谱柱设计与制备及对组份的快速分离研究[D]. 李臆.电子科技大学 2014
本文编号：3464273
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
色谱柱沟道(a)半填充微色谱柱沟道；(b)填充式微色谱柱沟道
第二章微型色谱柱的结构与热设计9示意图，图中假设了色谱柱分配过程中形成了5个塔板，其中蓝色和白色部分分为固定相和流动相。通入的混合物由两种成分组成，其中黑色成分是可以和固定相吸附溶解的物质，而灰色的成分是不能可固定相吸附的物质。混合物质沿着色谱柱的方向依次通过五个塔板，在第一个塔板处，黑色组分被吸附达到平衡，未被吸附的物质继续到达第二个塔板并重复上一个塔板的过程，但是此时第一个塔板中的流动相却没有黑色组分，处于非平衡状态，这时候黑色组分将从固定相中解吸附到流动相中，这个从非平衡到平衡的过程在每个塔板中重复进行[18]。最后的结果就是黑色组分呈现高斯分布的样子流出色谱柱。为了使这个高斯峰成为尖细的图形，我们可以增加塔板的数量进行更多次的分配来实现[19]。图2-1塔板理论的原理示意图
第二章微型色谱柱的结构与热设计11扩散和柱中两相传质过程对理论塔板高度影响，从而找到了影响色谱柱效率的因素。1)涡流扩散项：其存在于色谱柱内，由于有填充颗粒，使得通过的物质不断改变流动路径，以此形成了涡流。VanDeemter认为涡流扩散项的主要影响因素是固定相的颗粒结构大小，以及均匀程度，当填充的颗粒越小，越均匀时涡流导致的色谱峰变宽现象越弱[38]。所以在色谱固定相的选择与涂覆中，一般研究者们都选用颗粒规整的固定相，且涂覆均匀。2)分子扩散项：一般指的是沿着色谱柱方向的分子扩散。混合气体沿着色谱柱移动的过程中，因为各组分的浓度不同，当各组分沿着色谱柱加速流动的同时，浓度高的组分会扩散到浓度低的区域，称为纵向扩散[38]。图2-2为载气的流速为0的时候，各组分色谱曲线随着时间变化图。图2-2色谱柱内纵向扩散图[18]一般来说载气流速越大，分子扩散项会越小，所以当载气流速较小时，各组分与固定相吸附、动态分配的时间也会越多，有利于扩散作用。3)传质阻力项：它由气相传质阻力项和液相传质阻力项组成，当混合物进入色谱柱以后，如图2-1这个过程中，每个组分扩散到固定相中，然后有进行动态分配达到平衡[42]。事实上，这个过程并不是马上就完成的，而是需要一定的时间，这样会影响色谱峰变宽。流动相中的传质阻力项同样也存在于色谱柱中。2.2微型色谱柱的结构设计通过以上理论分析，以及公式的推导，最终完成了微型色谱柱的结构设计。MEMS色谱柱结构设计同样包括加热金属丝的设计和微沟道的设计，其中包括图
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅谈色谱分析中程序升温方案[J]. 王海丰. 化工管理. 2014(21)
[2]传感器在手机中的应用[J]. 鲁建全,贾晓燕. 中学物理. 2013(03)
[3]分析化工色谱中常用的几种色谱法[J]. 乔晓会,白慧娟. 化学工程与装备. 2011(01)
[4]一种新型吸附蓄热复合材料的实验研究[J]. 李军,朱冬生,吴会军,赵朝晖. 华南理工大学学报(自然科学版). 2004(05)
[5]导热高分子复合材料的研究与应用[J]. 马传国,容敏智,章明秋. 材料工程. 2002(07)
[6]传感器的分类、构成与发展动向[J]. 郑彦平. 云南民族学院学报(自然科学版). 2001(01)
[7]《中国大百科全书》的若干化学问题[J]. 黄仕华. 南京化工大学学报. 1994(03)
博士论文
[1]微型气相色谱柱设计与制备及对组份的快速分离研究[D]. 李臆.电子科技大学 2014
本文编号：3464273
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3464273.html
