ITBO20110414A1 - Metodo per la realizzazione di una microcolonna di separazione in silicio per cromatografia o gascromatografia - Google Patents

Description

METODO PER LA REALIZZAIONE DI UNA MICROCOLONNA DI SEPARAZIONE IN SILICIO PER CROMATOGRAFIA O GASCROMATOGRAFIA

Descrizione

La presente invenzione si riferisce ad una microcolonna di separazione in silicio per cromatografia o gascromatografia ed in particolare ad un metodo per la sua realizzazione.

In particolare, la colonna anzidetta à ̈ destinata ad essere inserita in un sistema cromatografico o gascromatografico per l’analisi di gas in tracce che, oltre alla colonna di separazione, integri tutti i blocchi funzionali necessari al suo funzionamento.

Nel seguito si farà riferimento solamente ad una colonna per gascromatografia, restando inteso che buona parte delle considerazioni svolte sono valide e/o trovano applicazione anche per una colonna per cromatografia liquida, in quanto concettualmente compatibili. Dal momento che la tecnica gascromatografica à ̈ nota da tempo, essa non verrà descritta nel seguito, dove maggiore attenzione verrà dedicata agli strumenti per metterla in atto. Il sistema gascromatografico comprende, tra gli altri, tre componenti principali:

1. un iniettore, che ha la funzione di introdurre la miscela di gas da analizzare, aspirata mediante una pompa di campionamento, ed immessa nella colonna cromatografica;

2. la colonna di separazione, che ha la funzione di separare gli analiti che compongono la miscela gassosa in base alle loro interazioni con la fase stazionaria (FS) presente all’interno della colonna stessa;

3. il rivelatore, che ha la funzione di quantificare la concentrazione degli analiti uscenti dalla colonna fornendo un opportuno segnale elettrico (tensione o corrente).

Gli analiti sono trasportati lungo la colonna da un gas inerte (ed es. azoto, elio o idrogeno). Il gas non deve essere reattivo sia nei confronti del campione che nei confronti della fase stazionaria e viene definito fase mobile (FM).

Gli analiti attraversano la colonna in tempi diversi, a seconda dell’intensità di interazione con la fase stazionaria, ed escono dalla colonna con tempi e quantità diverse e specifiche di ciascuno di essi.

Il rivelatore traccia un grafico corrispondente al segnale elettrico generato, che correla la risposta del rivelatore al tempo, producendo il cosiddetto cromatogramma.

Quindi, il cuore di un sistema cromatografico à ̈ costituito dalla colonna di separazione. Nella presente domanda di brevetto, si prenderà in considerazione la sola colonna di separazione. Nella gascromatografia (GC) convenzionale si possono utilizzare due tipi di colonne: impaccate e capillari (open tubular column, OTC).

Le colonne impaccate sono fabbricate con tubi di vetro o di metallo (ad esempio acciaio inossidabile, rame, alluminio) oppure di teflon; generalmente hanno una lunghezza (L) compresa tra 1-6 m e un diametro interno che varia tra 2-5 mm. Sono riempite con fase stazionaria (FS) costituita da materiale solido uniforme e finemente suddiviso oppure con un supporto solido ricoperto da uno strato sottile di fase stazionaria liquida (spessore compreso tra 0.05-1Î1⁄4m).

Il processo di introduzione della FS all’interno di una colonna si definisce funzionalizzazione.

Le colonne OTC sono costituite da un tubo capillare di acciaio o di vetro oppure di silice, avente una lunghezza normalmente pari a 10-100 m e un diametro interno pari a circa 0.1-1.00 mm. Sulle pareti interne della colonna viene fatta aderire la fase stazionaria sotto forma di film, avente uno spessore di pochi decimi di micron, così da ricoprire in modo uniforme la superficie interna del tubo capillare.

La richiesta di ridurre i tempi di analisi gascromatografica ha portato alla realizzazione di colonne OTC aventi un ridotto diametro interno, solitamente pari a 50-100 Î1⁄4m ed una lunghezza ridotta, compresa fra 2 e 10 m, L’uso di queste colonne mira ad ottenere una analisi veloce (denominata FAST-GC) senza comprometterne il potere risolutivo.

I gascromatografi convenzionali comportano tempi lunghi di analisi, sono di difficile uso, richiedono personale altamente specializzato e sono molto costosi. Infatti, ad esempio, per l’analisi ambientale di solito si preleva (utilizzando una “sacca†) un campione di aria da analizzare e lo si trasferisce in laboratorio dove, mediante l’utilizzo di strumenti da banco, si ottengono i risultati dopo qualche giorno.

Inoltre, i sistemi convenzionali si presentano ingombranti e comprendono elementi fragili, rendendone praticamente impossibile l'utilizzo al di fuori dell'ambiente di laboratorio. La miniaturizzazione dei componenti di un gascromatografo permette di ridurre i volumi tanto del gas necessario per effettuare l’analisi, quanto quello del gas di trasporto (carrier gas).

Il risultato che ne consegue à ̈ la riduzione drastica della durata delle analisi stesse e l'aumento della risoluzione cromatografica.

Lo sviluppo delle tecnologie di microlavorazione del silicio, mutuate dalla microelettronica, ha permesso la nascita dei cosiddetti MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), dispositivi miniaturizzati che combinano funzionalità elettriche, elettroniche, microfluidiche e micromeccaniche. Esempi noti ai tecnici del settore sono costituiti da: sensori inerziali per gli air-bag nel settore dell'industria automobilistica, le testine a getto d’inchiostro per le stampanti e le testine di lettura/scrittura degli hard-disk. Le tecnologie MEMS permettono anche la realizzazione miniaturizzata dei componenti di un sistema GC utili alla fabbricazione di sistemi per la FAST GC

In particolare, la riduzione dei volumi, ottenuta con l’ausilio di colonne micro lavorate in silicio, consente di ridurre il flusso del gas di trasporto, permettendo lo sviluppo di sistemi portatili che utilizzano bombole di minori dimensioni. Ciò consente di proporre soluzioni per applicazioni che richiedono analisi in situ e nelle quali i tempi di risposta sono di fondamentale importanza, come la sicurezza industriale, ambientale ed ospedaliera. Esempi di realizzazione di colonne di questo genere, che vengono definite microcolonne, possono essere ritrovati nelle pubblicazioni WO 2005/121774 e WO 2009/135115.

La pubblicazione WO 2005/121774 descrive una microcolonna realizzata mediante l'uso di un wafer di silicio, nel quale vengono ricavati mediante tecniche note di incisione, dei microsolchi, che si sviluppano secondo percorsi che consentono di realizzare un canale unico della maggiore lunghezza possibile. Al wafer di silicio viene poi sovrapposta in adesione una lastra di vetro per coprire il microsolco e realizzare così un canale chiuso che costituisce la colonna, anzi la microcolonna, di separazione.

Come risulta evidente dalle figure della pubblicazione citata, il microsolco ha una sezione quadrangolare, o rettangolare, che rappresenta la soluzione più semplice da realizzare con le tecnologie note.

Ma se da un lato tali sezioni facilitano il processo di fabbricazione, dall’altro non possono considerarsi ottimali dal punto di vista analitico.

La sezione quadrangolare presenta dei problemi per quanto riguarda la funzionalizzazione, ossia l'applicazione della fase stazionaria, realizzata anch'essa mediante tecniche di deposizione note e quindi qui non descritte. Infatti, lungo le zone degli angoli del canale si ottiene un ricoprimento a spessore non uniforme della fase stazionaria, con conseguente perdita di efficienza e di risoluzione.

Una soluzione al problema anzidetto viene descritta nella pubblicazione WO 2009/135115, nella quale si illustra la preparazione di due microsolchi a sezione approssimativamente semicircolare in due wafer separati. Le incisioni sui due wafer di silicio vengono effettuate con un attacco chimico isotropo, basato su una soluzione di acido cloridrico, acido nitrico ed acido acetico.

Lo sviluppo dei microsolchi segue un disegno speculare sui due wafer.

Si procede, quindi, all'accoppiamento dei due wafer facendo coincidere i due microsolchi semicircolari. La fase stazionaria che deve ricoprire le pareti dei microsolchi può essere deposta o prima della loro unione o quando questa à ̈ già avvenuta, utilizzando in entrambi i casi tecniche note di deposizione.

In questo modo si ottiene un canale a sezione approssimativamente circolare, ad esempio con sviluppo a serpentina, destinato a formare la microcolonna di separazione del sistema gascromatografico.

Appare evidente che al momento di fare coincidere i due microsolchi semicircolari si riscontrano notevoli difficoltà, soprattutto in considerazione dell’estrema precisione richiesta dovuta alle dimensioni in gioco. Trattandosi di micron, anche una piccolissima variazione della posizione del microsolco di uno dei wafer, o di una parte di esso, rispetto al microsolco dell'altro wafer comporta uno sfalsamento delle impronte.

Ne risultano dei punti critici in corrispondenza dell'interfaccia tra i due wafer, punti in cui si riproducono le problematiche delle colonne a sezione quadrata. Inoltre, lungo il canale ottenuto, in corrispondenza dell'interfaccia tra i due wafer, rimangono delle linee di separazione tra i relativi rivestimenti di fase stazionaria. Queste linee di separazione comportano dei problemi e influenzano in modo non uniforme il campione di gas in esame, incidendo negativamente sui tempi e sulle quantità di uscita degli analiti dalla colonna.

Anche l'impiego di riferimenti meccanici (perni) non ha permesso di realizzare allineamenti con errori inferiori ad una soglia accettabile.

Un altro problema riguarda le interconnessioni fluidiche della microcolonna con i capillari che vengono utilizzati per condurre la miscela di gas da analizzare verso la microcolonna e per portare gli analiti verso il rivelatore.

Normalmente, la superficie esterna del o dei wafer di silicio in cui si à ̈ realizzata la microcolonna à ̈ interessata da fori che si aprono nel microcanale per consentire l'introduzione della miscela e l'uscita degli analiti.

Normalmente, secondo le tecniche note, i capillari vengono collegati ai wafer di silicio fornendo le relative estremità di un bordo sporgente, una sorta di flangia, che viene unita per adesione, mediante appositi collanti, alla superficie del wafer di silicio, ponendo il condotto capillare in corrispondenza del foro di ingresso o di uscita. Tale flangia à ̈ di solito realizzata con materiali polimerici, diversi da quelli con cui à ̈ prodotto il capillare (silice rivestita da poliammide) che viene fissato alla flangia stessa con tenute meccaniche eventualmente coadiuvate da sigillanti e collanti.

Questa tecnica, pur essendo semplice comporta determinati svantaggi ed inconvenienti, quali la difficoltà di centrare con precisione il capillare rispetto ai fori.

Come già detto in precedenza, le grandezze in gioco sono molto limitate per cui un errore di norma accettabile di posizionamento può compromettere in misura determinante l'efficienza del collegamento e, quindi di tutto il dispositivo.

Inoltre, la connessione in tal modo realizzata si presenta fragile, e affetta dagli stessi inconvenienti dovuti all’irregolarità nella superficie interna del percorso della miscela, già visti in precedenza nel caso del disallineamento tra le sezioni che compongono il microcanale. In questo caso le irregolarità possono anche determinare una variazione dell’area della sezione del condotto che, benché limitata ad un breve tratto all’interno della flangia, può provocare effetti indesiderati sia per la corretta funzionalizzazione della micro colonna che per il suo funzionamento ottimale.

Ancora, questa modalità di connessione mal si adatta alle temperature a volte caratteristiche del metodo operativo, spesso elevate oltre i 150°C.

Il rischio di distacco, anche solo parziale, o di rammollimento dei collanti compromette la stabilità e la precisione del funzionamento del modulo gascromatografico, e ne limita l'uso pertanto solo a quelle situazioni in cui le temperature rimangono limitate.

Quindi, questo tipo di connessione non consente, ad esempio, l'impiego del modulo in molte delle apparecchiature già operanti o presenti sul mercato, limitandone pertanto l'impiego alle sole apparecchiature compatibili.

Nella Figura 1 à ̈ rappresentato un sistema gascromatografico che viene normalmente utilizzato per l’analisi di gas in tracce, secondo tecniche note. In particolare, il sistema comprende la colonna di separazione 4, normalmente attraversata da un flusso di gas inerte, detto fase mobile (idrogeno, elio, azoto o altro ancora) fornito da una sorgente 3 e regolato dal dispositivo di regolazione 33, e un iniettore 2, che ha la funzione di introdurre nel precedente flusso, nel momento iniziale della misura gascromatografica, un volume noto del gas da analizzare.

La microcolonna gascromatografica 4 ha la funzione di separare gli analiti che compongono la miscela gassosa in base alle loro interazioni con la fase stazionaria presente all’interno della colonna 4.

All'uscita della colonna 4 si trova il rivelatore 5, il quale à ̈ in grado di quantificare la concentrazione degli analiti eluiti dalla colonna 4 fornendo un opportuno segnale elettrico. In base al segnale elettrico fornito viene costruito un diagramma tracciato in funzione del tempo, definito cromatogramma 6.

Le Figure 2a, 2b, 2c rappresentano schematicamente le fasi in forma semplificata di un metodo noto che utilizza processi di microlavorazione del silicio per la produzione della microcolonna gascromatografica 4.

In questo caso e nel seguito, per semplicità di illustrazione, si farà riferimento a raffigurazioni con un solo solco o canale in una porzione di materiale, restando inteso, tuttavia, che su ogni wafer o strato di silicio vengono realizzati più solchi o canali affiancati, secondo diverse configurazioni note e non rilevanti nel merito dell'invenzione. Nella prima fase, Figura 2a, su due strati di silicio 7, 8 viene realizzato, mediante erosione isotropica, un microsolco con sezione semicircolare 9.

Nella fase successiva, Figura 2b, lo strato di silicio 7 superiore viene capovolto e centrato rispetto allo strato inferiore 8.

Infine, nella fase illustrata in Figura 2c, i due strati vengono uniti tra loro mediante incollaggio o saldatura, secondo tecniche note non rilevanti nel merito della presente descrizione.

Secondo questo metodo noto, la superficie interna del canale viene rivestita con la fase stazionaria di separazione con tecniche note di deposizione chimica che possono aver luogo prima o dopo aver unito tra loro i due strati che compongono la colonna.

In entrambi i casi si ottiene così un unico complesso 9 di silicio entro il quale si sviluppa il microcanale 10 a sezione circolare o pressoché circolare, che presenta però gli svantaggi citati in premessa.

Il compito tecnico della presente invenzione à ̈ quello di fornire un metodo per la realizzazione di microcolonne in silicio o/e in vetro che fornisca colonne con una parete interna uniforme, senza discontinuità, interruzioni e zone critiche di maggiore accumulo della fase stazionaria.

Un altro scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire un metodo per la produzione con tecnologie di tipo MEMS (Micro Electronic Mechanical Systems) di microcolonne per le quali sia semplice effettuare la funzionalizzazione, ossia l'applicazione della fase stazionaria.

Rappresenta ancora uno scopo della presente invenzione quello di fornire un metodo per la produzione di microcolonne di silicio e/o vetro per le quali sia possibile determinare il diametro entro intervalli più estesi, soprattutto verso un diametro di dimensioni più piccole.

Ancora un altro scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire un metodo per produrre delle microcolonne di silicio e/o vetro con maggiore semplicità rispetto ai metodi dell'arte nota.

Ancora un altro scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire un metodo che consenta di realizzare delle microcolonne che presentano una spiccata adattabilità alle apparecchiature esistenti, sia per quanto riguarda gli aspetti meccanici che per quanto riguarda le temperature di esercizio, in modo da poter adottare i sistemigascromatografici dotati di queste colonne in misura estensiva e senza la necessità di rinnovare costosi impianti.

Rappresenta in particolare uno scopo della presente invenzione quello di fornire una microcolonna che premetta una connessione semplificata, sicura e precisa con superficie regolare ai capillari di trasporto del gas da analizzare.

In generale, il metodo proposto deve tendere ad una sensibile semplificazione del procedimento per la produzione delle microcolonne cromatografiche o gascromatografiche, mantenendo o addirittura migliorandone le prestazioni e le specifiche operative rispetto alle convenzionali colonne capillari.

Ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire una microcolonna realizzata secondo il metodo rivendicato e per la quale si intendono realizzare tutti gli scopi precedentemente elencati rispetto al metodo medesimo.

Altri vantaggi, caratteristiche di novità e scopi della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata dell'invenzione, considerata in congiunzione con i disegni allegati, nella maggior parte schematici e che si intende non essere stati tracciati in scala. Nelle diverse Figure, ogni componente identico o quasi identico viene contrassegnato mediante un unico numero. A scopo di chiarezza, non tutti i componenti sono contrassegnati in ogni figura, né ogni componente di ciascuna forma di realizzazione dell'invenzione à ̈ rappresentato laddove la sua illustrazione non sia necessaria per consentire a coloro di ordinaria esperienza nel settore di comprendere l'invenzione.

Nei disegni;

La Figura 1 illustra un sistema gascromatografico normalmente utilizzato per l’analisi di gas in tracce, come menzionato in precedenza;

le Figure 2a, 2b, 2c rappresentano schematicamente e con fasi semplificate uno dei metodi per la fabbricazione delle microcolonne gascromatografiche secondo l'arte nota, anch'esso descritto in premessa;

le Figure 3a, 3b, 3c, 3d, 3e rappresentano schematicamente il metodo oggetto della presente invenzione per la fabbricazione delle microcolonne cromatografiche o gascromatografiche;

la Figura 4 rappresenta un dettaglio della microcolonna gascromatografica ottenuta con la presente invenzione, relativo alla soluzione adottata per integrare su uno stesso sistema le connessioni di ingresso/uscita del gas.

Il metodo di fabbricazione delle colonne microlavorate in silicio secondo la presente invenzione si divide in diverse fasi fondamentali.

La prima fase prevede la lavorazione, tramite mascheratura, di un materiale di protezione 15, resistente ai processi di erosione del silicio, applicato su un wafer di silicio 11, come illustrato in Figura 3a, al fine di lasciare scoperta solo una fessura 13 che si sviluppa secondo il percorso che deve seguire la microcolonna.

Successivamente, Figura 3b, segue una fase in cui viene realizzato un microsolco 14 tramite erosione anisotropa con plasma reattivo ad alta densità (processo DRIE-Bosh) . Il microsolco 14 a sezione rettangolare si estende in profondità nel wafer di silicio 11, per diversi micron (ad esempio 20-30 ).

Si procede, quindi, alla ricopertura delle pareti laterali del microsolco 14 del wafer 11 con uno strato di materiale 34 resistente al processo di attacco al silicio da effettuare nella fase successiva, illustrata in Figura 3c. Questa fase comprende una erosione isotropa utilizzando un plasma ad alta densità effettuata in profondità del microsolco 14, ad ottenimento di un microcanale 20 con sezione perfettamente circolare o ellittica, con ellitticità controllata dai parametri del processo di erosione, e tangente alla superficie superiore del wafer di silicio 11.

Per completare il processo e ridurre ulteriormente le irregolarità e le discontinuità vengono rimossi gli strati di protezione 15 e 34.

In pratica, dopo questa fase, come illustrato in figura 3d, lungo la parte superiore del microcanale 20 rimane solamente un limitato spazio aperto 16, eventualmente sufficiente a consentire, secondo una prima forma di realizzazione della presente invenzione, l'effettuazione della funzionalizzzione della microcolonna, ossia l'applicazione della fase stazionaria FS. La larghezza dello spazio aperto 16 non à ̈ tuttavia sufficiente per creare angoli o fenditure che comportino dei problemi e influenzino in modo non uniforme il campione di gas in esame, incidendo negativamente sui tempi e sulle quantità di uscita degli analiti dalla microcolonna.

La fase finale, illustrata in Figura 3d, prevede la preparazione di un secondo wafer di silicio 17 che funge da “cappello†(cap wafer) o coperchio.

L'unione dei due wafer 11 e 17 viene ottenuta ad esempio mediante fusion bonding, tecnica nota e utilizzata per unire due wafer di silicio, ma sono disponibili anche altre numerose tecniche quali eutectic bonding o anodic bonding in ragione dei materiali costituenti gli strati da unire tra loro.

La microcolonna realizzata secondo questo procedimento ha una geometria a sezione circolare o ellittica (ad esempio con diametro interno di 100 micron) ed una lunghezza pari, ad esempio, a 2 m.

Il cap wafer, o cappello o coperchio 17, oltre ad avere la funzione di sigillare il microcanale, contiene anche i fori di ingresso e di uscita 21 del campione, come illustrato in figura 4.

Tali fori 21 sono stati realizzati con scavi passanti aventi una sezione conica, di conicità nota, realizzati con attacco al silicio effettuato mediante plasma reattivo ad alta densità con tecnica DRIE e sono ortogonali alla faccia del wafer 11. Inoltre essi corrispondono ad idonee aperture 19 realizzate sul wafer 11 sottostante.

Le interconnessioni fluidiche dei capillari 22 di trasporto della miscela da analizzare, con la micro colonna sono state realizzate introducendo le estremità 23 dei capillari 22 nei fori conici 21 del wafer 17 e realizzando un accoppiamento cosiddetto a press-fit. L'accoppiamento così ottenuto può essere ulteriormente sigillato per assicurare la tenuta con una resina poliammidica.

Questa connessione consente anche al modulo gascromatografico di sostenere temperature elevate, di oltre 150°C, cosa che non à ̈ possibile per le connessioni con microcolonne realizzate secondo l'arte nota dei raccordi a flangia, ad esempio di materiale polimerico, costringendo in quel caso ad una limitazione notevole nell'impiego del modulo medesimo a quelle condizioni in cui la temperatura di esercizio non superasse valori limitati.

Secondo una vantaggiosa variante à ̈ possibile prevedere una ulteriore tecnologia di realizzazione del cappello o coperchio 17, secondo la quale esso viene realizzato mediante una deposizione di silicio, ossido di silicio o di un polimero sul wafer di silicio. Nella presente descrizione si à ̈ fatto per lo più riferimento ad una microcolonna ricavata da un wafer di silicio, Resta inteso, tuttavia, come risulterà evidente ai tecnici esperti del settore, che altri materiali possono essere utilizzati in quanto compatibili, ad esempio ossido di silicio (in particolare vetro), senza uscire dall'ambito della presente invenzione. Anche il cap wafer 17 oltre che di silicio può essere di ossido di silicio (vetro) e, nel caso esso sia sostituito con uno strato realizzato mediante deposizione, quest'ultimo può essere anche realizzato con un materiale polimerico, il tutto con evidenti vantaggi e rimanendo entro l'ambito della presente invenzione.

In accordo con la prima forma di realizzazione (Figura 3d), la funzionalizzazione viene eseguita prima dell'applicazione o della formazione del cappello o coperchio 17. Nel caso dell'uso di uno strato di silicio od ossido di silicio (vetro), viene eventualmente applicato uno strato 37 di fase stazionaria anche sulla superficie di tale strato destinata ad accoppiarsi con il wafer di silicio o vetro 11.

In accordo con una seconda vantaggiosa forma di realizzazione (Figura 3e), la funzionalizzazione viene invece eseguita come ultima fase, persino dopo l'applicazione delle connessioni fluidiche 22.

Quest'ultima soluzione presenta il notevole vantaggio di essere attuabile con le tecniche note utilizzate per le colonne capillari, oltre a consentire di rendere ancora più uniforme lo strato di fase stazionaria nella zona di chiusura superiore del microcanale.

Anche nel caso della seconda forma di realizzazione à ̈ possibile attuare la variante che prevede la formazione per deposizione di uno strato 17 di silicio, di ossido di silicio o di un materiale polimerico sul wafer 11 attraversato dal microcanale 20, al posto dello strato di silicio o di vetro.

Indipendentemente dalla forma di realizzazione seguita o dalla variante applicata, la microcolonna ottenuta viene poi dotata di mezzi atti a rilevare e variare la temperatura di lavoro.

In particolare, secondo modalità note nel settore che risulteranno evidente ad un tecnico esperto, alla microcolonna così ottenuta vengono applicati dei sensori di temperatura, non illustrati nelle figure in quanto noti agli esperti del settore, in corrispondenza di determinate zone.

Inoltre, alla colonna viene applicato un riscaldatore, anch'esso non illustrato in quanto di tipo noto e non attinente alla presente invenzione. che ha la funzione di fornire calore alla microcolonna per portarla e mantenerla alla temperatura di lavoro desiderata.

Il riscaldatore ed i sensori sono collegati ad idonei dispositivi elettronici di controllo, non illustrati di tipo noto.

Sono evidenti i vantaggi ed i miglioramenti che si ottengono adottando il metodo oggetto della presente invenzione per la produzione delle microcolonne per gascromatografia. Infatti il metodo in oggetto fornisce colonne con una parete interna uniforme, senza interruzioni e senza spigoli. Questo consente di evitare disuniformità di spessore e irregolarità nella superficie della fase stazionaria, con conseguente maggiore efficienza e migliore risoluzione della micro colonna di separazione.

Inoltre la funzionalizzazione, ossia l'applicazione della fase stazionaria, risulta semplificata e ne à ̈ garantita la corretta distribuzione sulla parete interna della microcolonna.

Il metodo descritto consente di determinare il diametro della microcolonna entro intervalli più estesi, soprattutto con un diametro di dimensioni più piccole di quanto ottenuto con i metodi dell'arte nota.

In genere, il metodo consente di produrre delle microcolonne di silicio con maggiore semplicità e produttività rispetto ai metodi dell'arte nota.

Le microcolonne con il metodo della presente invenzione presentano una spiccata adattabilità alle apparecchiature esistenti, sia per quanto riguarda gli aspetti meccanici che per quanto riguarda le temperature di esercizio, grazie all'adozione del sistema di interconnessione a press-fit.

Questo vantaggio à ̈ di particolare rilievo in quanto permette di adottare i moduli gascromatografici dotati di queste microcolonne in misura estensiva e senza la necessità di rinnovare costosi impianti. Questa caratteristica si estende anche alla funzionalizzazione della microcolonna che può essere effettuata utilizzando le stesse tecniche e gli stessi metodi usualmente impiegati per la funzionalizzazione delle colonne capillari il silice.

Inoltre, la connessione dei condotti capillari in tal modo realizzata à ̈ più semplice, sicura e precisa, con una superficie regolare che non ostacola ne perturba il trasporto del gas da analizzare.

In generale, il metodo proposto tende ad una sensibile semplificazione del procedimento per la produzione delle microcolonne gascromatografiche e fornisce una microcolonna che presenta tutti i vantaggi precedentemente elencati.

Dal Test di Grob effettuato à ̈ stato possibile valutare l’efficienza della microcolonna che si à ̈ rivelata ottimale, dal momento che la sua efficienza sperimentale, espressa mediante il numero dei piatti teorici (N), à ̈ risultata superiore a 19000, valore molto vicino all’efficienza (N) teorica che risulta essere pari a 20000.

Come detto in precedenza, nella presente descrizione si à ̈ fatto esplicito riferimento ad una microcolonna per gascromatografia, ma considerazioni analoghe a quelle riportate sopra possono essere svolte, in quanto concettualmente compatibili, anche per una microcolonna destinata ad operare per cromatografia liquida, realizzata sempre in accordo con la presente invenzione.

Sebbene la presente invenzione sia stata descritta con riferimento alle sue preferite forme di realizzazione, gli esperti del settore riconosceranno le modifiche che possono essere apportate alla forma e alla struttura, senza allontanarsi dallo spirito dell'invenzione già descritto nella specificazione e compreso nelle rivendicazioni che seguono.

Claims (12)

1. Rivendicazioni 1. Metodo di fabbricazione di una microcolonna di separazione per sistema cromatografico o gascromatografico, realizzata in almeno un wafer 11, detto metodo essendo caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi che prevedono di: realizzare su detto wafer un microsolco 14, utilizzando processi di erosione anisotropa, che si estende in profondità nel wafer 11, e per l'intero percorso della microcolonna da realizzare; proteggere le pareti laterali di detto microsolco 14 tramite la deposizione di un materiale resistente ad una erosione isotropa; effettuare una erosione isotropa in profondità di detto microsolco 14, ad ottenimento di un microcanale 20 con sezione circolare o ellittica, tangente alla superficie superiore del wafer 11; chiudere il microcanale disponendo sulla superficie superiore di detto wafer 11 uno strato di materiale 17 che funge da coperchio lungo la tangente al microcanale 20, chiudendo in tal modo detto microcanale 20; eseguire la funzionalizzazione di detto microcanale 20.
2. 2. Metodo di fabbricazione di una microcolonna di separazione per sistema cromatografico o gascromatografico, realizzata in almeno un wafer 11, detto metodo essendo caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi che prevedono di: realizzare su detto wafer un microsolco 14, utilizzando processi di erosione anisotropa, che si estende in profondità nel wafer 11, e per l'intero percorso della microcolonna da realizzare; proteggere le pareti laterali di detto microsolco 14 tramite la deposizione di un materiale resistente ad una erosione isotropa; effettuare una erosione isotropa in profondità di detto microsolco 14, ad ottenimento di un microcanale 20 con sezione circolare o ellittica, tangente alla superficie superiore del primo wafer 11; eseguire la funzionalizzazione di detto microcanale 20; chiudere il microcanale disponendo sulla superficie superiore di detto wafer 11 uno strato di materiale 17 che funge da coperchio lungo la tangente al microcanale 20, chiudendo in tal modo detto micro canale.
3. 3. Metodo secondo le rivendicazioni 1 o 2, nel quale il materiale del wafer 11 Ã ̈ silicio.
4. 4. Metodo secondo le rivendicazioni 1 o 2, nel quale il materiale del wafer 11 Ã ̈ ossido di silicio o vetro.
5. 5. Metodo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, nel quale lo strato 17 Ã ̈ costituito da un ulteriore wafer di silicio unito al wafer 11 tramite un processo di wafer bonding.
6. 6. Metodo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, nel quale lo strato 17 Ã ̈ costituito da un ulteriore wafer di ossido di silicio o vetro unito al wafer 11 tramite un processo di wafer bonding.
7. 7. Metodo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, nel quale lo strato di materiale 17 viene realizzato tramite un processo di deposizione di silico, ossido di silicio, vetro o materiale polimerico sulla superficie del wafer 11.
8. 8. Metodo secondo la rivendicazione 2, o una delle rivendicazioni da 3 a 6 quando dipendono dalla rivendicazione 2, nel quale la funzionalizzazione viene effettuata anche sulla superficie di detto strato di materiale 17 destinata ad aderire a detto wafer 11.
9. 9. Metodo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8, nel quale nel wafer 11 sono previste delle aperture 19 in comunicazione con detto microcanale 20 e in detto ulteriore wafer o nello strato 17 sono realizzati dei fori di ingresso e di uscita 21, a sezione conica, per il campione da analizzare, che corrispondono a dette aperture 19 realizzate sul wafer 11 sottostante; detti fori di ingresso e di uscita 21 essendo atti a ricevere corrispondenti estremità di capillari 22 di trasporto della miscela da analizzare con un accoppiamento press-fit.
10. 10. Metodo secondo la rivendicazione 9, nel quale l'accoppiamento press-fit ottenuto viene ulteriormente sigillato per assicurare la tenuta con una resina poliammidica.
11. 11. Microcolonna di separazione per sistema cromatografico o gascromatografico, realizzata secondo una delle rivendicazioni da 1 a 10.
12. 12. Sistema per cromatografia o gascromatografia comprendente una microcolonna di separazione realizzata secondo una delle rivendicazioni da 1 a 10.