1 引言

　　氣相色譜法(GC)是英國生物化學(xué)家MartinATP等人在研究液液分配色譜的基礎(chǔ)上，于1952年創(chuàng)立的一種極有效的分離方法，它可分析和分離復(fù)雜的多組分氣體混合物。目前的氣相色譜系統(tǒng)主要包括5個(gè)主要部分：載氣、進(jìn)樣器、色譜柱、檢測器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

　　目前，微型氣相色譜系統(tǒng)的發(fā)展方向是微型化和集成化，把進(jìn)樣器、預(yù)集中器、色譜柱、加熱器、檢測器都集成在單個(gè)硅片上，大幅減小體積和質(zhì)量，提高便攜性。

　　描述了一種采用MEMS技術(shù)加工的微型氣相色譜柱, 這種色譜柱采用深刻蝕技術(shù)加工出色譜通道,再與Pyrex7740玻璃進(jìn)行鍵合密封。色譜柱全長6m,色譜通道截面為矩形(寬100μm,深 100μm),針對苯和甲苯的混合氣進(jìn)行了分離試驗(yàn),理論塔板數(shù)達(dá)到了4800,分離時(shí)間為185s。

　　2 理論

　　色譜柱的效率通常用理論塔板數(shù)(N)和理論塔板高度(H)來表示。對于截面是矩形的色譜柱，理論塔板高度(H)定義為

　　式中：Dg和Ds分別為溶質(zhì)分子在流動相和固定相中的擴(kuò)散系數(shù);df是固定相的厚度;ω和h是色譜柱通道的寬度和高度;f1和f2是Giddings-Golay和Martin-James氣體壓縮系數(shù);k是保留因子。平均載氣流速為

　　式中：p0是出口壓力;p是進(jìn)口和出口壓力之比值;L是色譜柱長度;η是載氣的黏度。理論塔板數(shù)的計(jì)算公式為

　　分析時(shí)間也是化學(xué)檢測方法中的一個(gè)關(guān)鍵因素，對于即時(shí)檢測的應(yīng)用場合更加重要。在氣相色譜系統(tǒng)中，死保留時(shí)間(tM)表示那些不被固定相吸收或者吸附的氣體通過色譜柱的時(shí)間，該時(shí)間正比于色譜柱的長度L，反比于載氣平均線速度u，即

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　　對于工作在絕熱條件下的色譜柱，保留因子是一個(gè)常數(shù)。理論塔板數(shù)與固定相的厚度、色譜柱的高度和寬度、平均載氣流速和保留因子都有直接的關(guān)系。

　　3 色譜柱制造

　　色譜柱采用深反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)加工在8 cm的硅片上，硅片厚度500 μm，色譜柱通道全長6 m，深100μm，寬100μm，橫截面為矩形。硅片正面采用深刻蝕技術(shù)加工色譜柱通道，通道形狀如圖1所示。圖2是深刻蝕后硅片的照片。拐彎處的顯微鏡照片見圖3。深刻蝕完成后，硅片與Pyrex 7740玻璃進(jìn)行鍵合，形成密封的色譜柱。密封好的色譜通道截面的電子顯微鏡照片見圖4。氣體從進(jìn)口處進(jìn)入，經(jīng)過6 m長的S型彎曲色譜柱，最終從出口流出。全部制造流程示意圖見圖5。

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　　固定相的涂覆方法一般分為靜態(tài)涂覆和動態(tài)涂覆。靜態(tài)涂覆是指固定液填滿色譜柱后，管子的一端密封，管子的另一端連接一個(gè)真空泵，溶劑在真空泵的壓力下慢慢蒸發(fā)，直到色譜柱內(nèi)部看不到固定相溶液，再持續(xù)2 h，確保所有的溶劑完全蒸發(fā)。

　　動態(tài)涂覆是指在色譜柱中通人一段固定液的液柱，在不參與反應(yīng)氣體的壓力下在色譜柱中流過。固定相的厚度可以通過改變液柱的流速和固定相的濃度來控制。液柱從色譜柱的另一端排出后，仍然通氣流數(shù)小時(shí)使溶劑蒸發(fā)，留下一層固定相薄膜。

　　本文固定相采用OV-1，先將色譜柱中灌人固定相溶液，然后將固定液緩緩吹出，當(dāng)同定液從色譜柱中完全吹出之后，繼續(xù)通氮?dú)馐蛊渫耆稍?。至此色譜柱制備完成。