基于微流控芯片的气体分离与检测技术研究

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1、分类号：TH-701密级：UDC：编号：15-080400-13M河北工业大学硕士学位论文基于微流控芯片的气体分离与检测技术研究论文作者：侯晓玮学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：仪器科学与技术指导教师：张思祥职称：教授资助基金项目：国家重大科学仪器设备开发专项（项目编号：2012YQ060165）“恶臭自动在线监测预警仪器开发及应用示范”。DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofInstrumentScienceandTechnologyTHEDESIGNO

2、FGASSEPARATIONANDDETECTIONTECHNOLOGYBASEDONMICROFLUIDICCHIPbyHouXiaoweiSupervisor:Prof.ZhangSixiangApril2015ThisworksupportedbytheNationalKeyScientificInstrumentandEquipmentDevelopmentProjectsofChina.No.2012YQ060165.I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

3、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

4、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

5、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IIIABSTRACTTheenvironmentalproblemscausedbytheodorcausingseriousharmtotheglobal,malodorousgasm

6、onitoringisbecominganimportantpartoftheenvironmentalmonitoring.Gasdetectorandgasseparatorarethekeycomponentinqualitativeandquantitativeanalysisoftheodorgasandthecorepartoftheautomaticon-linemonitoringinstrument.Therefore,developinggasdetectorandgasseparatorhasgreatsignificance.Throug

7、hcheckingalargenumberofliterature,thepapersummarizesthelatestresearchprogressanddevelopmentdirectioninthefieldofgasseparationanddetection.Basedonthetheory,gasseparationanddetectiononthebasisofmicrofluidicchipisselected.combinedtheoryresearchwithexperimentalanalysis,thegasseparationan

8、ddetectionde