微流控芯片恶臭气体检测系统

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微流控芯片恶臭气体检测系统

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硬件方面，本课题首先对微流控芯片分离技术进行了可行性分析，并引入了适用
于恶臭检测系统的微流控芯片设计方法。其次，通过调研色谱检测器性能参数，本文
最终将光离子化检测器选为恶臭检测器。最后，本课题搭建了恶臭检测系统硬件平台，
设计并制作了基于 STM32 单片机的控制系统来完成对检测系统的控制。通过设计下
位机软件，本设计最终实现了恶臭气体的自动、连续、智能化检测。
软件方面，本设计完成了恶臭检测系统的数据分析工作。上位机软件包括实时数
据处理和恶臭定性定量计算两部分内容。实时数据处理程序主要完成对下位机串口数
据的接收和实时绘制动态曲线功能，操作人员借此可以清晰的观察色谱响应数据。在
编写恶臭数据定性定量计算程序之前，笔者学习了色谱数据的相关处理方法，并选择
相对保留值定性方案与内标法定量方案作为恶臭数据分析理论依据，最后，本文完成
了数据分析部分软件的编写任务，实现了恶臭检测数据的分析与实时处理功能。
在实验环节中，本文列举了检测系统的稳定性实验、重复性试验、分离性能实验
和综合定性定量实验，通过实验数据分析可以得出：本设计恶臭气体检测系统在保证
稳定性和重复性的基础上，出色地完成了恶臭组分的分离与检测工作；本设计基本完
成了课题设计要求，具有良好的创新性与可扩展性。

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为使微流控芯片更适用于微型化装置，芯片刻蚀沟道在保证气密性的前提下应尽量
紧凑，符合此项标准的沟道分布方案包括螺旋沟道方案和蛇形沟道方案，但从芯片分离
度及稳定性来讲，蛇形沟道要优于螺旋沟道，因此本设计所选沟道为蛇形分布沟道。
本设计微流控芯片设计微通道内径为 1mm，长度为 1.8m，芯片采用德国 MEMS 衬
底制造商 Plan Optik 公司提供的硼硅酸玻璃晶圆(BF33)为加工材料，利用喷砂加工原理
（将含有钻石粉的高压气体持续喷射在玻璃晶圆待加工区域，以此达到刻蚀效果）刻蚀
出蛇形芯片沟道，最后再将两块芯片键合为一块完整的具有微通道的恶臭分离芯片。
在芯片完成加工设计后，通过涂覆聚乙二醇胶体固定相，微流控芯片将具有恶臭气
体分离能力，其设计示意图及实物图如图 3.12 所示。