基于微流控芯片的气体传感器技术研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：201331205007河北工业大学硕士学位论文基于微流控芯片的气体传感器技术研究论文作者：许艳杰学生类别：全日制专业学位类别：工程硕士领域名称：仪器仪表工程指导教师：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”DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofInstrumentandMeterEngineeringRESEARCHOFTHEGASSENSORTECHNOLOGY

2、BASEDONTHEMICROFLUIDICCHIPByXuYanjieSupervisor:Prof.ZhangSixiangMay2016ThisworksupportedbytheNationalKeyScientificInstrumentandEquipmentDevelopmentProjectsofChina.No.2012YQ060165.原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡

3、献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：摘要随着恶臭污染的日益严重，加强恶臭气体监测正逐渐成为环境监测的一项重要内容，而实现

4、对微量恶臭气体成分和浓度的检测则是恶臭治理的关键。由于目前的恶臭监测仪器价格昂贵、体积大，而传感器对气体的选择性差，无法满足实际应用的需求。因此，开发一种能够实现气体成分识别和浓度检测的气体传感器可以有效地满足环境气体监测需求，为了实现这一目标，本论文提出了一种将气体分离与气体传感器技术相结合的单一气体敏感型传感器，这一研究工作具有重要的理论意义和现实应用价值。论文首先总结了气体检测领域的最新进展以及微流控芯片技术的最新应用，通过对现有传感器技术的分析比较，研究光离子化检测原理，并将其集成到具有气体分离功能的微流控芯片上，从而开发一种气体分离与气体检测相结合的单一气体敏感型传感器。论文通过

5、对光离子化检测原理进行分析研究，选择能量为10.6eV的紫外灯作为离子化光源；在结构方面：设计开发了干扰小、响应速度快的电离室，并完成检测器相关结构设计；在硬件电路方面：根据紫外灯驱动原理，设计开发了600V交流高压驱动电路，并完成微弱信号调理电路开发，通过实验验证，该电路能够实现对pA级电流的放大，并具有良好的线性度。论文对微流控芯片的开发及其与光离子化检测器的集成进行了探索性研究。首先，基于气相色谱原理对微流控芯片分离混合气体过程进行了仿真实验，分别实现了填充型与毛细管型微流控芯片的开发；最后，通过对现有集成技术的分析研究，确定采用化学镀法进行芯片上微电极的制备以及通过粘连法将紫外灯固

6、定在芯片上的方案来实现芯片与检测器的集成。在此基础上，论文对所开发的光离子化检测器进行了稳定性和重复性测试，结果表明该检测器稳定性较好，单一气体检测重复精度达到4.8%；通过开展温度和压力对检测结果的影响研究，确定了乙醇-甲苯混合恶臭气体检测的最佳实验条件。论文最后，对研究工作中存在的不足和改进措施进行了阐述，并对今后研究的发展方向进行了展望。关键词：恶臭气气体传感器微流控芯片光离子化检测器气相色谱IABSTRACTWiththeodorpollutionisworsening,strengthentheodorousgasmonitoringisbecominganimportantco

7、ntentofenvironmentalmonitoring,andachievingthedetectionoftracecompositionandconcentrationofodorousgasisthekeytotheodorgovernance.Thecurrentodormonitoringequipmentsareexpensiveandbulky,andthesensorshavepoorgassele