[發明專利]用于吸附和/或解吸氣體的至少一種成分的預濃縮器

在審

• 申請號: 201580038587.8
• 申請日: 2015-06-15
• 公開（公告）號: CN106662560A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: I.艾澤勒;M.弗萊舍爾;H.黑德勒;M.席貝爾;J.扎普夫
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 臧永杰,姜甜

技術領域

本發明涉及用于吸附和/或解吸氣體的至少一種氣體成分的微結構，所述微結構包括具有下側和上側的半導體襯底，其中所述氣體被輸送給微結構。此外，本發明涉及用于制造微結構的方法、用于利用微結構檢測至少一種氣體成分的設備以及用于運行設備的方法。

背景技術

復雜混合物中的揮發性有機成分（Volatile Organic Compounds（揮發性有機化合物），VOC）的直接確定對于在環境方面、在疾病檢測方面、在空氣質量確定方面、在生物醫學診斷方面以及在尤其與健康相關的許多其他關聯方面的人類負擔（menschliche Belastungen）是重要的。這樣的復雜混合物例如可以是氣體，其中揮發性有機成分是氣體成分。這樣的氣體成分例如可以是室內空氣中的有毒氣體或者蒸發的炸藥耗量，所述蒸發的炸藥耗量應該在爆炸物檢測時被測量。針對要探測的（nachzuweisend）參量、也即要探測的氣體成分的重要尺度是其濃度。然而對于許多要探測的物質，所述濃度處于當前檢測系統的分辨率極限附近或者之下。

為了檢測氣體成分的濃度、尤其氣體內的氣體成分的小濃度，由現有技術已知以下裝置，所述裝置被設計用于，吸附和/或解吸氣體成分。借助于所述裝置（以下稱作預濃縮器），來自氣體的成分例如可以被富集（angereichert）在裝置的表面處，并且在預先確定的時間之后再次被釋放，以便將所述成分輸送給測量裝置。

由現有技術已知宏觀和微觀構造（Aufbauten）作為預濃縮器。宏觀構造通常由集氣小管組成，所述集氣小管被充以收集氣體的塑料顆粒或者活性炭。在收集器是冷的期間，例如通過這些小管泵浦一定的氣體量。收集器的溫度在此至多對應于室溫。此后，集氣小管迅速地被加熱并且以輕微的氣流被沖洗，由此快速解吸的氣體可以濃縮地被輸送給測量裝置、例如傳感器或者氣體色譜分析器。所述宏觀構造具有以下缺點，即所述宏觀構造通常具有高的空間需求，并且因此宏觀預濃縮器的使用可能性受到限制。

微機械構造包括經蝕刻的通道或者板結構，所述板結構例如可以具有粗糙的表面。經蝕刻的通道或者板結構可以被涂上吸附材料。按照現有技術的微觀構造具有以下缺點，即微機械構造的表面并且從而其收集容量小。為了增加微觀構造的收集容量，在經蝕刻的通道情況下或在板結構情況下朝氣流方向必須維持一定的長度。由此得出以下缺點：在解吸過程時，如在氣體色譜分析器情況下那樣出現保留（Retentionen）或氣體分離效應，使得氣體不能完全地以流動注射的形式被用于跳躍式濃度變化。

在Microchemical Journal 98 (2011) 240-245 "Characterization of poly(2, 6-diphenyl-p-phenyle oxide) films as adsorbent for microfabricated preconcentrators" (Bassam, Alfeeli, Vaibhav Jain, Richard K. Johnson, Frederick L. Beyer, James R. Heflin, Masoud Agah)的文章中描述另一微機械構造。在此描述所謂的微預濃縮器，所述微預濃縮器具有大量三維微柱。雖然所述微柱具有比經蝕刻的通道或者板結構更大的表面并且從而更大的收集容量，但是微柱通常是不穩定的。

發明內容

本發明的任務是，實現可靠的、穩定和微型化的構造，借助于所述構造也可以檢測氣體成分的小濃度。

按照本發明，通過具有按照相應獨立專利權利要求的特征的微結構、用于制造微結構的方法、具有微結構的設備以及用于運行設備的方法來解決所述任務。本發明的有利的實施方案是從屬專利權利要求、說明書和圖的主題。

按照本發明的微結構用于吸附和/或解吸被輸送給微結構的氣體的至少一種氣體成分，并且包括具有下側和上側的半導體襯底。微結構此外具有多個微通道，所述微通道分別從半導體襯底的下側延伸到上側，并且因此從微結構的上側延伸到微結構的下側，其中相應的微通道的表面被構造用于在氣體流經相應的微通道時，吸附和/或解吸至少一種氣體成分。

因此可以借助于按照本發明的微結構實現預濃縮器，所述預濃縮器可以束縛（binden）和/或再次釋放氣體的氣體成分。這樣的氣體成分例如可以包括室內空氣中的有毒氣體分子或者人類呼吸空氣中的揮發性成分的分子。但是預濃縮器也可以在液體中被使用，并且在此吸附和/或解吸流經微通道的液體的成分。