基于微流控芯片的气体分离与检测技术研究

发布时间：2017-04-02 15:15

  本文关键词：基于微流控芯片的气体分离与检测技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：恶臭气体引发的环境问题给全球带来严重的危害,恶臭气体监测正在成为环境监测的一个重要组成部分,气体检测器与气体分离器是实现恶臭气体定性、定量分析的关键器件,是恶臭自动在线监测仪器的核心部分。因此,开发气体检测器与气体分离器具有重要的现实意义。通过进行大量文献查阅工作,论文深入归纳总结了气体分离与检测领域的最新研究进展和发展方向。在此基础上选准了基于微流控芯片的气体分离与检测研究方向,通过理论研究与实验分析相结合的方法,开发了一种可用于恶臭自动在线监测仪器的气体分离与检测器。论文首先介绍了色谱理论,将微流控芯片技术与气相色谱技术相结合,提出了一种采用微流控芯片作为分离器,以光离子化检测器作为气体传感器的检测方案。利用流体仿真软件COMSOL进行微流控芯片气体分离仿真,开发了填充式微流控芯片以及毛细微流控芯片。确定了芯片为S型通道,尺寸为115×60×6mm。填充式微流控芯片通道横截面为内径1mm的圆形,总长度为1.8m;毛细微流控芯片通道横截面为内径0.4mm的圆形,总长度为6m。均采用喷砂工艺刻蚀通道以及热键合技术进行芯片键合,分别对微流控芯片通道涂敷不同极性的固定液。通过对光离子化原理以及特性分析研究,选用了电离能为10.6ev的紫外光离子化灯以及不锈钢电极材料,设计了相应的驱动电路以及微弱信号调理电路,最后分析了检测电路对单一组分气体浓度的响应关系,并对响应曲线进行了拟合。结果表明检测电路具有良好的重复性和较好的检测精度。论文的实验部分进行了恶臭检测系统的稳定性和重复性测试;分析了温度和压力对检测系统测试效果的影响;最后研究了不同固定相对相同浓度组分的分离效果;通过对色谱图进行分析,计算出理论塔板数、保留时间、半峰宽以及分离度,结果表明检测系统能够满足对恶臭气体检测的基本要求。论文最后也对研究工作存在的不足和改进措施进行了叙述,并对今后研究的发展方向进行了展望。
【关键词】：气体分离 气体检测 气相色谱 微流控芯片 光离子化检测器
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X831
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 课题的意义与研究目的9-11
• 1.2 气相色谱系统简介11-12
• 1.3 微流控芯片技术研究现状12
• 1.4 恶臭气体检测技术12-18
• 1.4.1 三点比较式臭袋法12-13
• 1.4.2 成分浓度分析法13-18
• 1.5 论文主要内容18-19
• 第二章 微流控芯片用于气体分离的研究19-37
• 2.1 气相色谱原理19-23
• 2.1.1 气相色谱理论19-21
• 2.1.2 色谱图及色谱主要参数21-23
• 2.2 微流控芯片与气相色谱技术的结合23-24
• 2.3 微流控芯片的开发24-29
• 2.3.1 芯片材料的分类24-25
• 2.3.2 微流控芯片通道的设计25-26
• 2.3.3 微流控芯片通道加工工艺26-28
• 2.3.4 芯片键合技术28-29
• 2.4 固定液的特性与涂敷方式29-32
• 2.4.1 固定液的特性29-32
• 2.4.2 固定液的涂敷方式32
• 2.5 微流控芯片连接方式的研究32-35
• 2.6 温控系统设计35-36
• 2.7 本章小结36-37
• 第三章 光离子化检测器的研究37-57
• 3.1 光离子化检测器的检测原理与系统构成37-40
• 3.1.1 光离子化检测器的研究进展37-38
• 3.1.2 光离子化检测器的原理分析38-39
• 3.1.3 光离子化检测器的系统构成39-40
• 3.2 紫外灯与电极材料的选择40-41
• 3.3 基于光离子化原理的电离室的研发41-42
• 3.4 紫外灯驱动电路开发42-44
• 3.5 光离子化检测器信号调理电路的开发44-50
• 3.6 光离子化检测器的性能测试50-53
• 3.7 传感器气室的设计53-55
• 3.8 本章小结55-57
• 第四章 实验研究与数据分析57-67
• 4.1 测试系统简介57-58
• 4.2 微流控芯片稳定性实验及数据分析58-60
• 4.3 微流控芯片测试条件的选择60-63
• 4.4 微流控芯片在不同极性固定液下的分离效果63-65
• 4.5 微流控芯片与色谱柱对比实验及数据分析65-66
• 4.6 本章小结66-67
• 第五章 结论67-69
• 5.1 总结67-68
• 5.2 展望68-69
• 参考文献69-73
• 攻读硕士期间所取得的相关科研成果73-75
• 致谢75

【参考文献】

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本文编号：282709