Design, fabrication and characterization of a gas preconcentrator based on thermal programmed adsorption/desorption for gas phase microdetection systems

Abstract

En aquesta tesi, proposem la fabricació y la caracterització d’un microconcentrador de gasos, per ser acoblat amb un microsistema de detecció, per millorar el seu límit de detecció davant els gasos tòxics. Aquest estudi s’aplica especialment al benzè, que es un compost d’alta cancerigenitat. El preconcentrador proposat esta basat en estructura plana, que, es una opció de fabricació més simple y permet una millor aïllament tèrmic amb el resta d’unitats del microsistema, qu’els estructures 3D proposats a la literatura. No obstant, els factors de concentració obtinguts amb l’estructura plana queden generalment més baixos, per causa de la menor quantitat de material absorbent que pot acollir. En aquesta tesis, es va superar aquest problema mitjançant l’utilització del carboní actiu, un adsorbent d’alta capacitat d’adsorció, així com l’optimització de les condicions de funcionament del dispositiu. Finalment, acoblant el microconcentrador amb un micro-cromatògraf, vam aconseguir una detecció sensible y selectiva del benzè en barreja amb altres volàtils a l’aire.

The present thesis focuses on the fabrication and characterization of a gas microconcentrator for to be coupled with a detection microsystem, in order to lower its detection limit towards toxic gases and vapours in contaminated areas. This study was more especially applied to the preconcentration of benzene, a cancerigenic compound at low ppb level. A preconcentrator based on a planar structure was proposed regarding its simpler fabrication, better thermal insulation and lower power consumption, compared to the 3D structures proposed conventionally in literature. In order to obtain higher concentration factors with such structure, its small size was compensated by using a high adsorption capacity adsorbent such as activated carbon as well as the optimization of the preconcentration conditions of the device. Finally, the microconcentrator was validated as injection unit when coupled with a microchromatographic system, where a sensitive and selective analysis of benzene in mixture with other VOCs was achieved.