基于微流控芯片的环境污染气体检测系统开发

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环境气体污染物不仅对整个生态环境造成严重的影响,还对人体的健康造成极大的危害,因此环境气体污染物的检测及治理变得刻不容缓。本文根据环境气体污染物的特点,确立采用色谱原理对混合气体污染物实现分离,经分离后的单一气体组分经过光离子化检测器进行检测,从而实现气体的浓度测量。首先研究了检测系统使用的色谱分离原理,根据色谱分离原理利用COMSOL软件进行了色谱分离的仿真实验,证明了分离的可行性。其次介绍了微流控芯片色谱柱的加工工艺,主要包括该芯片是以硼硅玻璃为基质材料的选择;芯片通道加工成S型沟道结构;选用喷砂通道刻蚀方法以及阳极和热压相结合键合的方法,设计了长度为4.7m,沟道宽度范围100μm~400μm的色谱柱。经过比较,微流控芯片和检测单元的接头方式选择密封胶接头方案,操作简单,密封性良好。然后,根据环境污染气体检测的需求将光离子化检测器作为混合气体检测系统的检测器。研究了光离子化检测器的工作原理,设计光离子化电极的结构。使用了3毫米和7毫米这两种不同宽度尺寸的铜箔作为电极对真空紫外灯进行激发。将微型光离子化检测器集成到了微型色谱柱芯片上,实现了分离模块与检测模块的集成。最后,利用气体检测系统进行了实验验证,通过进样进行了重复性和稳定性实验分析。通过改变流量与温度的测试环境参数对系统进行了影响因素的分析。并根据不同的检测条件进行验证,确定了温度在45-55℃、压力为0.08-0.12MPa时为最佳实验条件。最后对混合污染气体进行了分离实验,可以针对3种以上物质进行分离,分离度可以达到1.5以上,分离气体浓度为500ppb。
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