本发明专利技术公开了一种快速分离的微型气相色谱柱集成芯片，涉及气相色谱柱集成芯片技术，包括微型色谱柱、组合式微型加热器、组合式微型温度传感器、。基于MEMS技术，在硅基底上经深刻蚀或化学腐蚀形成微型色谱柱的沟道，再与玻璃键合密封形成微型色谱柱，在键合之前，先在微型色谱柱的沟道内及沟道所在基底底部集成组合式微型加热器，通过组合加热，能够实现快速升温及提高微型色谱柱的分离速度和分离性能。同时，在微型色谱柱的沟道上、下表面及沟道中集成组合式微型温度传感器，实时响应微型色谱柱内气体样品的温度，从而利于外部控制电路实时调节微型加热器的加热状态，控制微型色谱柱的温度，使微型色谱柱达到快速分离，且总体分离性能优异。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及气相色谱柱集成芯片
，是ー种快速分离的微型气相色谱柱集成芯片，用于各种混合气体(包含无机、有机混合气体)分离，用于潜艇有害气体、野外环境监测、家居安全、食品安全、癌症诊断、矿井瓦斯、毒品检测等检测
技术介绍
气相色谱法(GC)是英国生物化学家Martin ATP等人创立的ー种极有效的分离方法，它可用于分析和分离复杂的多组分气体混合物。20年来，气相色谱技术在实现方式、仪器开发和应用领域扩展上都获得了飞速的发展。然而，传统的气相色谱生化分析系统大多采用填充柱或毛细填充柱，这种色谱柱，一般比较长，占用体积空间比较大，分析速度比较慢，很难适应现场快速分析检测的需求，而且，使用传统的色谱柱开发出来的色谱系统，大多是体积庞大、笨重、分析速度慢，在大多 数情况下，依赖检测人员从野外采集样品，再回到实验室来进行分析检测，这种耗时又耗力，而且效率低下的分析模式，已经越来越不适应野外环境监测、家居安全、矿井安全等现场在线检测与分析的需求。为了适应多种领域现场快速检测的需要，小型化、便携式气相色谱分析仪众望所归，这种小型色谱仪其关键的组件之一就是微型色谱柱，这种体积小、分离速度快、分离性能好的微型色谱柱，不仅可以大大縮小色谱系统的体积，满足现场快速检测的需求，而且可批量化的生产，降低仪器价格，扩展应用范围。为了加快气相色谱柱气体样品分子从固定相内的脱附速度以及获得良好的分离性能，传统的气相色谱柱无论是填充柱还是毛细色谱柱都置于ー柱箱内，通过柱箱进行程序升温，因此，体积相当大。而现有微型色谱柱，微型加热器和微型温度传感器集成在微型色谱柱的沟道的底部，存在着加热速度慢，加热温度不高，温度响应不灵敏，直接影响了色谱柱的分离速度以及分离性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出ー种快速分离的微型气相色谱柱集成芯片，以解决现有技术存在的问题。为达到上述目的，本专利技术的技术解决方案是ー种快速分离的微型气相色谱柱集成芯片，包括微型色谱柱沟道(I)、组合式微型加热器(2a)、(2b)、(2c)、组合式微型温度传感器(3a, 3b, 3c)、气体进样ロ(4)、气体出样ロ(5)，其微型色谱柱是基于MEMS技术，首先在基底(6)上通过深刻蚀或者化学腐蚀形成微型色谱柱的沟道(I)，再与另一基底(7)键合形成微型色谱柱；组合式微型加热器中的第一微型加热器(2a)集成在微型色谱柱的沟道(I)中，并位于所述基底(7)的键合面上，组合式微型加热器中的第二微型加热器(2b)集成在所述基底(6)的底部；组合式微型温度传感器中，第一微型温度传感器(3a)集成在微型色谱柱的沟道(I)中，并位于基底(7)的键合面上。所述的微型气相色谱柱集成芯片，其所述位于微型色谱柱的沟道(I)中的第一微型加热器(2a)与位于微型色谱柱的沟道(I)中的第一微型温度传感器(3a)共用ー个电扱。所述的微型气相色谱柱集成芯片，其所述微型色谱柱的沟道(I)的形状为螺旋型或折叠形。所述的微型气相色谱柱集成芯片，其所述组合式微型加热器，通过它们的组合加热，可快速升高微型色谱柱的温度，升温速度为50-150°C /min，最高温度为250°C。 所述的微型气相色谱柱集成芯片，其所述组合式微型加热器，是采用Pt金属材料加工加热电阻，采用Au金属材料引出电极。所述的微型气相色谱柱集成芯片，其所述组合式微型加热器中的第一微型加热器(2a)，其电阻结构形状与微型色谱柱的沟道(I) 一致，第二微型加热器(2b)位于整个微型色谱柱的沟道(I)的正下方，其结构是由四个微型加热电阻组合而成，且每个微型加热电阻都连接ー对电扱，电极外接控制电路；四个微型加热电阻，蛇形排列，加热电阻覆盖的面积与整个微型色谱柱沟道(I)面积一致或略大ー些，利于微型色谱柱各部位加热均匀一致,第三个微型加热器(2c),位于基底(7)的上表面,其形状与第二微型加热器(2b) —祥。所述的微型气相色谱柱集成芯片，其所述组合式微型温度传感器，另外两个微型温度传感器(3b)和(3c)，其位置第二微型温度传感器(3b)位于基底(6)的底部，其形状与第一微型温度传感器(3a) —样,第三微型温度传感器(3c)位于基底(7)的上表面,其形状与第一微型温度传感器(3a) —祥；组合式微型温度传感器是采用Pt材料作为热敏电阻，以Au金属作为电极。所述的微型气相色谱柱集成芯片，其所述基底(6、7)是玻璃或者硅片；键合，包括阳极键合技术和静电键合技术。所述的微型气相色谱柱集成芯片，其工作流程为混合气体样品经气体进样孔(4)进入微型色谱柱的沟道(I)中，混合气体各组分被色谱柱沟道(I)内的固定相吸附，当组合式微型加热器(2a)、(2b)、(2c)加热时，各组分陆续脱附，最后已分离的各组分先后从气体出样孔(5)出来，实现分离。所述的微型气相色谱柱集成芯片，其其用于潜艇有害气体、矿井瓦斯、环境空气质量、家居安全、癌症诊断、毒品检测中气体样品的分离。本专利技术的快速分离的微型气相色谱柱集成芯片，采用了集成组合式微型加热器，其中，第一微型加热器(2a)集成在微型色谱柱的沟道中，并位于所述另一基底(7)的键合面上，第二微型加热器(2b)则集成在所述基底(6)的底部，通过它们的组合加热，能够实现快速升温以及提高微型色谱柱的分离速度和分离性能。同时，在微型色谱柱的沟道中集成了第一微型温度传感器(3a)，这种设计，能快速响应色谱柱内气体样品的温度，从而利于外部控制电路实时调节微型加热器的加热状态，控制色谱柱的温度，使色谱柱具有快速分离且总体分离性能优异的特点。附图说明图I是本专利技术快速微型气相色谱柱集成芯片的整体结构示意图2是本专利技术微型色谱柱的沟道的扫描电镜SEM图；图3是本专利技术螺旋形微型色谱柱的沟道的结构示意图；图4是本专利技术折叠形微型色谱柱的沟道的结构示意图；图5是本专利技术第一微型加热器2a的结构示意图；图6是本专利技术第二微型加热器2b的结构示意图；图7是本专利技术第一微型温度传感器3a的结构示意图。图中标号I-微型色谱柱的沟道 2a，2b，2c-组合式微型加热器3a, 3b, 3c-组合式微型温度传感器 4-气体进样口5-气体出样口6-硅基底7-玻璃基底8-加热电阻9-电极10-微型温度传感器的热敏电阻具体实施例方式本专利技术的快速分离的微型气相色谱柱集成芯片，是将微型色谱柱、组合式微型加热器、组合微型温度传感器集成一体，实现对混合气体的快速分离，其工作原理是(如图I所示)混合气体样品经气体进样孔4进入微型色谱柱的沟道I中，混合气体各组分被色谱柱沟道内的固定相吸附，当组合式微型加热器2a，2b，2c加热时，各组分陆续脱附，最后已分离的各组分先后从气体出样孔5出来，实现分离。这种微型气相色谱芯片，在国外、国内未见报导。本专利技术的快速分离的微型气相色谱柱集成芯片，是将微型色谱柱的沟道、组合式微型加热器以及组合式微型温度传感器高度集成。其加工工艺是首先在硅基底6上生长一层氮化硅作为绝缘层，再溅射一层铝膜，然后光刻和湿法腐蚀去悼铝，暴露出色谱沟道，再利用深刻蚀技术刻蚀得到微型色谱柱的沟道1，色谱沟道I的扫描电镜SEM图如图2所示，在去掉掩膜(铝)并对微型色谱柱进行清洗、烘干后，得到微型色谱柱的沟道1，其形状可以是螺旋形(如图3所示)，亦可是折叠形(如图4所示)，或者本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种快速分离的微型气相色谱柱集成芯片，包括微型色谱柱沟道(I)、组合式微型加热器(2a)、(2b)、(2c)、组合式微型温度传感器(3a, 3b, 3c)、气体进样口(4)、气体出样口(5)，其特征在于微型色谱柱是基于MEMS技术，首先在基底(6)上通过深刻蚀或者化学腐蚀形成微型色谱柱的沟道(I)，再与另一基底(7)键合形成微型色谱柱；组合式微型加热器中的第一微型加热器(2a)集成在微型色谱柱的沟道⑴中，并位于所述基底(7)的键合面上，组合式微型加热器中的第二微型加热器(2b)集成在所述基底￠)的底部；组合式微型温度传感器中，第一微型温度传感器(3a)集成在微型色谱柱的沟道(I)中，并位于基底(7)的键合面上。2.如权利要求I所述的微型气相色谱柱集成芯片，其特征在于所述位于微型色谱柱的沟道(I)中的第一微型加热器(2a)与位于微型色谱柱的沟道(I)中的第一微型温度传感器(3a)共用一个电极。3.如权利要求I所述的微型气相色谱柱集成芯片，其特征在于所述微型色谱柱的沟道(I)的形状为螺旋型或折叠形。4.如权利要求I所述的微型气相色谱柱集成芯片，其特征在于所述组合式微型加热器，通过它们的组合加热，可快速升高微型色谱柱的温度，升温速度为50-150°C /min，最高温度为250°C。5.如权利要求I所述的微型气相色谱柱集成芯片，其特征在于所述组合式微型加热器，是采用Pt金属材料加工加热电阻，采用Au金属材料引出电极。6.如权利要求I所述的微型气相色谱柱集成芯片，其特征在于所述组合式微型加热器中的第一微型加热器(2a)，其电阻结构形状...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔大付，孙建海，蔡浩原，张璐璐，陈兴，任艳飞，李辉，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：
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