W rozprawie zaprezentowano zagadnienia związane z tematyką wzbogacania składników próbek gazowych, a w szczególności lotnych związków organicznych za pomocą układów i mikroukładów zatężania (mikroprekoncentratorów). Wyjaśniono pojęcia takie jak: absorpcja, adsorpcja, desorpcja, wprowadzono pojęcia składników śladowych oraz podano definicję współczynnika wzbogacania składników próbki (współczynnik prekoncentracji). Omówiono model oddziaływania adsorbentu z atmosferą gazową. Scharakteryzowano dostępne na rynku materiały adsorbujące oraz ich zastosowanie w analizie składników wydychanego powietrza. Tematyka wzbogacania składników próbek gazowych jest dynamicznie rozwijającą się dziedziną techniki, szczególnie ze względu na ciągłą konieczność monitorowania zanieczyszczenia środowiska oraz procesów technologicznych. Rozwój mikroukładów zatężania związany jest również z zainteresowaniem medycyny wobec stosowania przenośnych układów do analizy wydychanego powietrza pod kątem diagnozowania i monitorowania stanu zdrowia. Celem rozprawy było opracowanie projektu i wykonanie mikroprekoncentratora gazów w technologii mikromechanicznej i technologii niskotemperaturowej współwypalanej ceramiki oraz zbadanie możliwości zastosowania mikroprekoncentratora do wzbogacania wybranych lotnych związków organicznych. Wykonano badania, które pokazały, że gazy interesujące z punktu widzenia medycyny można wzbogacać do stężeń umożliwiających zastosowanie konwencjonalnych czujników gazów.
Low level gas detection with use of micropreconcentrator devices
This dissertation focuses on the design and characterization of a micropreconcentrator structure for low level gas detection, especially volatile organic compounds present in the human breath. The idea of absorption, adsorption, desorption as well as concentration factor was presented and discussed. The commercially available adsorbent materials used in devices to analyze volatile organic compounds present in the human breath were presented. The needs of preconcentration within micropreconcentrator as well as methods of preconcentration are discussed. A measurements of low level gas concentrations become increasingly important, i.e. in environmental studies, industrial process monitoring, and medicine. The exhaled breath analysis can be used as a supplementary tool for diagnosis and monitoring of several diseases, including diabetes. The aim of this research effort was to develop and manufacture gas micropreconcentrator in MEMS and LTCC technologies as well as to investigate whether it is possible to utilization the micropreconcentrator in low level volatile organic compounds detection. The final results show that it is possible to concentrate the exhaled volatile organic compounds into concentration enabling the use of conventional gas sensors.
