色譜法分離混合物,具有效率高、速度快、選擇性好和樣品用量少等特點(diǎn),是目前使用較為廣泛且成熟的分離技術(shù)。但是傳統(tǒng)色譜系統(tǒng)功耗大、操作繁雜且無法做到現(xiàn)場勘測。由于這些不足,研究人員將微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用到色譜柱的制備當(dāng)中,實(shí)現(xiàn)了色譜柱的微型化和低功耗化,各種微型色譜柱的研究和制備已經(jīng)成為目前色譜技術(shù)的研究重點(diǎn)。然而目前大部分的微型色譜柱都是采用硅、玻璃或者金屬等剛性基底制備的,不具備當(dāng)今可穿戴技術(shù)所要求的柔性化特性。為實(shí)現(xiàn)柔性,色譜柱的母體材料勢必使用聚合物材料,但聚合物低的導(dǎo)熱性將不可避免地導(dǎo)致色譜柱的溫場不均勻,色譜譜峰展寬,分離效率下降�；诖�,本論文提出采用高熱導(dǎo)率復(fù)合材料來進(jìn)行色譜柱的制備,通過在聚合物母相中添加高導(dǎo)熱的無機(jī)顆粒,以提高復(fù)合材料的熱導(dǎo)率并同時(shí)保持足夠的柔性。本文在總結(jié)色譜技術(shù)和高熱導(dǎo)率復(fù)合材料研究進(jìn)展下,進(jìn)行高熱導(dǎo)率復(fù)合材料的設(shè)計(jì)和制備,繼而設(shè)計(jì)加工成微型色譜柱,論文的主要工作如下:1.使用Comsol仿真軟件對復(fù)合材料制備的色譜柱進(jìn)行了導(dǎo)熱性能仿真。模擬了色譜柱的底板均勻受熱而恒溫在200℃的情況下,色譜柱微流道的上頂點(diǎn)A的動(dòng)態(tài)溫度上升過程,以A點(diǎn)溫度達(dá)到180℃... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

色譜柱溝道(a)半填充微色譜柱溝道；(b)填充式微色譜柱溝道

第二章微型色譜柱的結(jié)構(gòu)與熱設(shè)計(jì)9示意圖，圖中假設(shè)了色譜柱分配過程中形成了5個(gè)塔板，其中藍(lán)色和白色部分分為固定相和流動(dòng)相。通入的混合物由兩種成分組成，其中黑色成分是可以和固定相吸附溶解的物質(zhì)，而灰色的成分是不能可固定相吸附的物質(zhì)�；旌衔镔|(zhì)沿著色譜柱的方向依次通過五個(gè)塔板，在第一個(gè)塔板處，黑色組分被吸附達(dá)到平衡，未被吸附的物質(zhì)繼續(xù)到達(dá)第二個(gè)塔板并重復(fù)上一個(gè)塔板的過程，但是此時(shí)第一個(gè)塔板中的流動(dòng)相卻沒有黑色組分，處于非平衡狀態(tài)，這時(shí)候黑色組分將從固定相中解吸附到流動(dòng)相中，這個(gè)從非平衡到平衡的過程在每個(gè)塔板中重復(fù)進(jìn)行[18]。最后的結(jié)果就是黑色組分呈現(xiàn)高斯分布的樣子流出色譜柱。為了使這個(gè)高斯峰成為尖細(xì)的圖形，我們可以增加塔板的數(shù)量進(jìn)行更多次的分配來實(shí)現(xiàn)[19]。圖2-1塔板理論的原理示意圖

第二章微型色譜柱的結(jié)構(gòu)與熱設(shè)計(jì)11擴(kuò)散和柱中兩相傳質(zhì)過程對理論塔板高度影響，從而找到了影響色譜柱效率的因素。1)渦流擴(kuò)散項(xiàng)：其存在于色譜柱內(nèi)，由于有填充顆粒，使得通過的物質(zhì)不斷改變流動(dòng)路徑，以此形成了渦流。VanDeemter認(rèn)為渦流擴(kuò)散項(xiàng)的主要影響因素是固定相的顆粒結(jié)構(gòu)大小，以及均勻程度，當(dāng)填充的顆粒越小，越均勻時(shí)渦流導(dǎo)致的色譜峰變寬現(xiàn)象越弱[38]。所以在色譜固定相的選擇與涂覆中，一般研究者們都選用顆粒規(guī)整的固定相，且涂覆均勻。2)分子擴(kuò)散項(xiàng)：一般指的是沿著色譜柱方向的分子擴(kuò)散�；旌蠚怏w沿著色譜柱移動(dòng)的過程中，因?yàn)楦鹘M分的濃度不同，當(dāng)各組分沿著色譜柱加速流動(dòng)的同時(shí)，濃度高的組分會(huì)擴(kuò)散到濃度低的區(qū)域，稱為縱向擴(kuò)散[38]。圖2-2為載氣的流速為0的時(shí)候，各組分色譜曲線隨著時(shí)間變化圖。圖2-2色譜柱內(nèi)縱向擴(kuò)散圖[18]一般來說載氣流速越大，分子擴(kuò)散項(xiàng)會(huì)越小，所以當(dāng)載氣流速較小時(shí)，各組分與固定相吸附、動(dòng)態(tài)分配的時(shí)間也會(huì)越多，有利于擴(kuò)散作用。3)傳質(zhì)阻力項(xiàng)：它由氣相傳質(zhì)阻力項(xiàng)和液相傳質(zhì)阻力項(xiàng)組成，當(dāng)混合物進(jìn)入色譜柱以后，如圖2-1這個(gè)過程中，每個(gè)組分?jǐn)U散到固定相中，然后有進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配達(dá)到平衡[42]。事實(shí)上，這個(gè)過程并不是馬上就完成的，而是需要一定的時(shí)間，這樣會(huì)影響色譜峰變寬。流動(dòng)相中的傳質(zhì)阻力項(xiàng)同樣也存在于色譜柱中。2.2微型色譜柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通過以上理論分析，以及公式的推導(dǎo)，最終完成了微型色譜柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。MEMS色譜柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同樣包括加熱金屬絲的設(shè)計(jì)和微溝道的設(shè)計(jì)，其中包括圖

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]淺談色譜分析中程序升溫方案[J]. 王海豐.  化工管理. 2014(21)
[2]傳感器在手機(jī)中的應(yīng)用[J]. 魯建全,賈曉燕.  中學(xué)物理. 2013(03)
[3]分析化工色譜中常用的幾種色譜法[J]. 喬曉會(huì),白慧娟.  化學(xué)工程與裝備. 2011(01)
[4]一種新型吸附蓄熱復(fù)合材料的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 李軍,朱冬生,吳會(huì)軍,趙朝暉.  華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2004(05)
[5]導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料的研究與應(yīng)用[J]. 馬傳國,容敏智,章明秋.  材料工程. 2002(07)
[6]傳感器的分類、構(gòu)成與發(fā)展動(dòng)向[J]. 鄭彥平.  云南民族學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2001(01)
[7]《中國大百科全書》的若干化學(xué)問題[J]. 黃仕華.  南京化工大學(xué)學(xué)報(bào). 1994(03)

博士論文
[1]微型氣相色譜柱設(shè)計(jì)與制備及對組份的快速分離研究[D]. 李臆.電子科技大學(xué) 2014



本文編號：3464273