基于超声雾化联用气相色谱-声表面波传感器的氯胺酮快速检测系统设计

摘要

氯胺酮在临床上是一种高效麻醉剂，但近年来滥用现象愈发严重，带来一系列社会问题，因此，建立一种快速、准确的氯胺酮检测方法的重要性日益凸显。本文提出一种基于超声雾化技术联用气相色谱-声表面波传感器(Gas Chromatography-Surface Acoustic Wave Sensor,GC SAW)的氯胺酮快速检测系统，可实现对氯胺酮的现场快速检测。氯胺酮快速检测系统包括样品前处理、气相色谱(Gas Chromatography,GC)分离以及声表面波传感器(Surface Acoustic Wave Sensor,SAW)检测三个模块。
　　样品前处理模块创新的使用超声雾化技术将液体样品雾化为气雾态实现进样，突破了传统样品前处理时间及操作复杂度的局限，可在30s内完成氯胺酮样品的前处理。首先设计了超声雾化装置的具体结构，并通过对雾化腔体流速场的仿真分析选取了合适的进样点，通过样品雾化实验选取合适的雾化装置工作电压。
　　通过在GC模块中设计毛细管柱升温方案实现氯胺酮样品中各组分的分离。模块以气相色谱技术为基础，使用金属毛细管柱，设计了直热式毛细管柱加热方案，提升了加热速率并且减小了系统尺寸，加热速率可达10℃/s，毛细管柱加热可在30s内完成;模块设计温控系统实现对毛细管柱加热的精确调控，最终温控精度可达0.1℃。
　　SAW传感器检测模块使用对微小质量沉积敏感的谐振型SAW传感器进行物质检测。设计了谐振型SAW传感器及气室结构，对气室进行精确温控，温控精度达0.2℃，为传感器检测提供了稳定的环境条件。模块检测电路包括传感器振荡电路、混频电路以及频率测量电路，频率测量电路精度可达到0.5Hz。
　　在实现了三个模块的基本功能后，本文设计了系统结构及具体装配方案，将系统各模块装配成为便携式氯胺酮快速检测仪器。考虑仪器工作中可能出现的局部过热情况，设计了散热方案并对装配体进行热力学仿真分析。最终实现功能完整、系统稳定、装配稳固的便携式氯胺酮快速检测仪器。
　　最后，本文使用该系统对标准氯胺酮样品进行实验检测。经过标准样品的测试，传感器响应与对应氯胺酮样品浓度之间线性关系良好，相关系数R2在0.9481，检出限为0.1ug/ml。从样品处理到获得检测结果，可在60s内完成，满足现场快速检测的需求，有望对氯胺酮进行现场快速的检测。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1．1 氯胺酮的药理作用及滥用

1．1．2 氯胺酮常规检测方法及国内外研究进展

1．1．3 超声雾化联用气相色谱声表面波传感器检测氯胺酮

1．2 本课题的提出

1．2．1 本课题的目的和意义

1．2．2 本课题研究内容

第2章 氯胺酮检测系统前处理装置

2．1 超声雾化装置

2．1．1 超声雾化原理及特点

2．1．2 超声雾化的类型及影响因素

2．1．3 超声雾化联用气相色谱-声表面波传感器检测氯胺酮

2．2 超声雾化装置结构设计及实现

2．2．1 超声雾化装置结构设计

2．2．2 超声雾化模块实现

2．3 超声雾化装置仿真分析

2．4 本章小结

第3章 气相色谱联用声表面波传感器(GC-SAW)系统

3．1 气相色谱模块原理与设计

3．1．1 气相色谱简介

3．1．2 GC-SAW系统原理及气路设计

3．1．3 程序升温方案及GC金属毛细管柱设计

3．2 声表面波传感器(SAW)模块原理与设计

3．2．1 声表面波传感器

3．2．2 SAW传感器检测模块电路设计

3．2．3 SAW传感器检测模块温度控制

3．3 GC-SAW系统结构设计与仿真

3．3．1 SAW传感器气室设计

3．3．2 GC-SAW模块设计及系统装配

3．3．3 GC-SAW系统实现

3．3．4 系统仿真计算及红外分析

3．4 本章小结

第4章 氯胺酮检测实验设计与结果分析

4．1 实验方案设计

4．1．3 实验方法

4．2 实验结果和讨论

4．3 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

作者简历及在硕士研究生期间的科研成果

致谢