填充式氣相色譜柱及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及色譜檢測技術領域，尤其涉及一種填充式氣相色譜柱及其制備方法。
【背景技術】
[0002]針對環境空氣質量監測、裝備內環境空氣質量監測、智能電網以及石油勘探等多領域對污染空氣(主要有CO、CO2, NO2, SO2, H2S, Cl?C6等低碳烴類化合物等)快速高效分離檢測的迫切需求，現有技術亟需微型的氣相色譜柱，來實現對低碳化合物及永久性氣體的快速高效分離。
[0003]而目前對CO、CO2, SO2, NO2, H2S, Cl?C6等低碳烴類化合物的分離技術與方法中，大都采用傳統的毛細色譜柱及填充柱，這些傳統色譜柱由于其體積大，溫控的功耗高，不適用于現場監測領域。因此，急需發明一種體積小，溫控功耗低的微型化氣相色譜柱來替代傳統的毛細色譜柱及填充柱。而現有應用到⑶、C02、S02、H2S、C1?C6等低碳烴類化合物分離的微型化氣相色譜柱技術非常有限。
[0004]參考文獻I中提供了一種微型氣相色譜柱，如圖1所示。在該微型色譜柱的溝道內，設置陣列化的微型立柱，以此來增加色譜柱溝道的有效表面積，提高固定相的涂覆量，最后達到提尚分辯率的能力。
[0005]但是，上述的微型氣相色譜柱存在一定的缺陷。其一，在溝道內設計微型立柱的方法，固然能增大溝道的表面積，但也限制了溝道的深度，從上圖可以發現，由于加工技術的限制，色譜溝道深度越大，其微型立柱的直徑變得越來越細，當溝道達到200微米時，已接近立柱存在的極限，再深，立柱就極容易折斷了 ；其二，固定相膜(Al2O3)是通過原子沉積技術將固定相涂覆在溝道及立柱表面，固定相膜的厚度非常有限，僅有10nm，遠小于傳統的200nm-20000nm的范圍，極大限制了樣品容量，很難適用復雜混合物的分離；其三，通過原子沉積的技術涂覆固定相，可涂覆的固定相材料種類非常有限，這極大限制了其在更廣泛的領域應用。
[0006]參考文獻:
[0007]1、Hamza Shakeelj Gary W.Rice, Masoud Agahj Semipacked columns withatomic layer deposited alumina as a stat1nary phase,Sensors and ActuatorsB: Chemical, 2014
【發明內容】
[0008](一 )要解決的技術問題
[0009]鑒于上述技術問題，本發明提供了一種填充式氣相色譜柱及其制備方法，以提高能夠檢測的樣品容量，拓寬應用領域。
[0010](二)技術方案
[0011]根據本發明的一個方面，提供了一種填充式氣相色譜柱。該填充式氣相色譜柱包括:第一基底，在其表面加工有微槽道；第二基底，在其表面加工有微槽道，該微槽道與第一基底表面上的微槽道的位置相互對應，在第一基底和第二基底相互結合密封后，第一基底上的微槽道和第二基底上的微槽道共同構成色譜柱微溝道；以及色譜填料，填充于色譜柱微溝道中。
[0012]根據本發明的另一個方面，還提供了一種上述填充式氣相色譜柱的制備方法。該制備方法包括:步驟A:在第一基底和第二基底上形成形狀和位置相互對應的微槽道；步驟C:將第一基底和第二基底具有微槽道的一側相對，進行鍵合密封，兩者的微槽道共同構成色譜柱微溝道；步驟D:在色譜柱微溝道內填充色譜填料；以及步驟E:對色譜柱微溝道內的色譜填料進行老化，從而制備出填充式氣相色譜柱。
[0013](三)有益效果
[0014]從上述技術方案可以看出，本發明填充式氣相色譜柱及其制備方法具有以下有益效果:
[0015](I)由兩種基底相互鍵合而成，由兩者表面的微槽道形成色譜柱微溝道，突破了相應尺寸的限制，可以制備更長、更可靠的填充式氣相色譜柱；
[0016](2)在色譜柱微溝道內填充色譜填料，而不是以固定相膜的方式，大大提升了可填充色譜填料的數量，從而增大了樣品容量，可用于復雜混合物的分離；
[0017](3)色譜填料可以是碳納米管、碳分子篩、5A、A1203、Porapak-Q等各種特性的色譜填料，極大提高了色譜系統的應用范圍；
[0018](4)在其中之一基底的底部集成了微型加熱器，使微型色譜柱本身具備了快速升溫能力，極大減少了系統體積。
【附圖說明】
[0019]圖1為參考文獻I中提供的微型氣相色譜柱的縱剖面示意圖；
[0020]圖2A為根據本發明實施例填充式氣相色譜柱的縱剖面示意圖；
[0021]圖2B為圖2A所示填充式氣相色譜柱沿A-A方向橫切面的示意圖；
[0022]圖3為圖2A和圖2B中填充式氣相色譜柱中微溝道內填充色譜填料后的示意圖；
[0023]圖4為圖2A所示填充式氣相色譜柱硅基底背面的微型加熱器的示意圖；
[0024]圖5為根據本發明實施例填充式氣相色譜柱的制備方法的流程圖。
[0025]【主要元件】
[0026]1-氣體入口；2-氣體出口
[0027]3-微型過濾器；4-色譜柱微溝道
[0028]5-色譜填料；6-微型加熱器
[0029]7_玻璃基底。
【具體實施方式】
[0030]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實現方式，為所屬技術領域中普通技術人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數的示范，但應了解，參數無需確切等于相應的值，而是可在可接受的誤差容限或設計約束內近似于相應的值。實施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明并非用來限制本發明的保護范圍。
[0031]針對應用的迫切需要，本發明提出一種大樣品容量、低功耗、微型化填充式的氣相色譜柱，并提供了該氣相色譜柱的制備方法。
[0032]在本發明的一個示例性實施例中，提供了一種填充式氣相色譜柱。圖2A為根據本發明實施例填充式氣相色譜柱的縱剖面示意圖。圖2B為圖2A所示填充式氣相色譜柱沿A-A方向橫切面的示意圖。圖3為圖2A和圖2B中填充式氣相色譜柱中微溝道內填充色譜填料后的示意圖。需要說明的是，為了清楚起見，圖2A和圖2B中的填充式氣相色譜柱的溝道中并沒有添加色譜填料。
[0033]請參照圖2A、圖2B和圖3，本實施例填充式氣相色譜柱的包括:玻璃基底，在其表面加工有微槽道；硅基底，在其表面同樣加工有微槽道，該微槽道與玻璃基底上的微槽道的位置相互對應，在玻璃基底和硅基底相互結合密封后，玻璃基底上的微槽道和硅基底上的微槽道共同構成色譜柱微溝道4 ;色譜填料5，填充于所述色譜柱微溝道中。
[0034]以下分別對本實施例填充式氣相色譜柱的各個組成部分進行詳細說明。
[0035]本實施例中，采用玻璃基底和硅基底來制作填充式氣相色譜柱，但本發明并不以此為限。本發明中，還可以采用其他材料，例如石英基底、鋁基底、銅基底、陶瓷基底、塑料基底，來制備填充式氣相色譜柱，或者，同時采用兩塊相同基底來加工微溝道，結合密封后構成本實施例的填充式氣相色譜柱。
[0036]請參照圖2A和圖3，玻璃基底和硅基底上的微槽道均呈蛇形，兩者采用鍵合方式實現結合密封。玻璃基底上的微槽道和硅基底上的微槽道共同構成色譜柱微溝道4。優選地，該色譜柱微溝道4的橫截面呈圓形、橢圓形、梯形、錐形或者矩形。
[0037]色譜柱微溝道4的幾何尺寸必須滿足一定的條件，特別是其寬度和深度一定要多2?3倍的單個色譜填料顆粒直徑。其中，硅基底和玻璃基底上微槽道的深度0.3mm-0.5mm，優選0.4mm ;寬度為0.4mm-lmm，優選為0.8mm。基底和密封后，色譜柱微溝道的總深度為0.5mm-lmm,優選0.8mm。色譜柱微溝道4的溝道總長度為0.5m_4m，優選為2m。
[0038]對于上述的色譜柱微溝道4，其具有氣體入口 1、氣體出口 2。并且，在氣體出口 2的位置，具有微型過濾器3是防止色譜填料從氣體出口 2跑出來，造成色譜填料的流失。其中，色譜填料可以是碳納米管、碳分子篩、5A(—種色譜填料的名稱)、Al203、Porapak_Q等填料。
[0039]在硅基底未刻蝕微槽道的背面，集成有微型加熱器6。圖4為圖2A所示填充式氣相色譜柱硅基底背面的微型加熱器的示意圖。其中，微型加熱器的電阻值在5-50 Ω，優選值8Ω。微型加熱器的材料可以是Pt、鎳鉻合金、鎢或其他金屬材料。
[0040]需要說明的是，該微型加熱器的形狀可以由技術人員根據功率、面積等因素確定，