CN1003142B - 离子色谱抑制柱 - Google Patents

Abstract

本发明是关于离子色谱的重要部件，它由两张离子交换树脂膜和夹在其中的抑制室及阳极室和阴极室组成。根据电渗析原理，在电场和膜的共同作用下，离子作定向迂移，选择性地通过离子交换树脂膜除去洗脱液中的高电导的离子，使洗脱液转化为低电导的物质。采用这样的抑制柱，柱体可长期连续使用，无需再生，无需推动再生液的动力装置以及耐高压的密封装置，简化工艺，缩小体积，降低造价。

Description

离子色谱抑制柱

本发明是离子色谱的重要部件。

现有国内外通常使用的离子色谱抑制柱是离子交换树脂为填料的再生式抑制柱，此类抑制柱存在着如下问题，柱内树脂必须周期性地再生，有些离子（例如 <math><msup><mi>NO</mi><msub><mi>-</mi></msup><mi>2</mi></msub></math> ）的色谱峰高和保留时间随柱体的变化而改变，必须设置高压推动装置以推动再生液，因此柱体必须承受高压，相应的密封装置要求严格。为了克服柱体寿命问题，国外（例如美国DIONEX公司）已生产了纤维膜管抑制柱，但该抑制柱的细纤维膜管需要很长，拉制工艺复杂，膜管内有时会产生气泡，干扰液体的流动，需要耗费大量再生液，造价昂贵，并且仍然有上述的高压推动问题。

美国专利4459357公开了一种用于离子色谱分析时抑制洗脱液背景电导的装置。该装置由离子交换膜形成一条中心狭缝，洗脱液从此狭缝流经膜外侧，由电极和膜形成一电解液空间，两电极间施加一电场，在电场作用下，洗脱液中与被检测的离子符号相反的离子除去。由于该装置采用了狭长的空心细缝结构，当洗脱液流经中心狭缝时，转换成低电导物质，形成高电阻，这样使用时两电极间需要施加很高的电压（200V）。同时电流效率很低，大量耗散的电功率将使流经的洗脱液产生很高的热效应，电导检测的基线将产生很大的漂移和噪音，导致实际测量无法进行。

本发明的基本原理是采用外加直流电源，在电场和离子交换树脂膜的共同作用下，使离子作定向的迁移并通过离子交换树脂膜，除去洗脱液中与被检测离子符号相反的离子，使高电导的洗脱液转化为低电导物质。按照上述原理，本发明的具体方法是：如图1所示，两张相同类型的平面式离子交换树脂膜（2）的夹层间为抑制室（1），两张离子交换树脂膜的另一侧面与耐腐蚀材料（6）分别组成阳极室（3）和阴极室（4）。在分析阴离子时两个电极室均装着酸性水溶液，在分析阳离子时两个电极室均装着碱性水溶液，电极室内相应插入正、负电极（5）。抑制室的材料用耐酸碱材料，最好用聚四氟乙烯。抑制室内最好填有离子交换材料。

电极与电源连接，抑制柱工作时分别与分离柱和电导检测器连接，洗脱液和被检测样品从抑制室中流过。

以下以采用Na₂CO₃/NaHCO₃为洗脱液检测氯离子为例说明本发明的工作原理。

两张离子交换树脂膜用阳离子交换树脂膜，电解液用H₂SO₄。来自分离柱的洗脱液Na₂CO₃/NaHCO₃和被检测样品NaCl流入抑制室内，当接通电源时，则产生如下反应

阴极：2H₂O+2e＝2OH^-+H₂↑

阳极：H₂O-2e＝2H⁺+1/2O₂↑

在电场作用下，阳极室的H⁺透过阳离子交换树脂膜进入抑制室，与 <math><msup><mi>CO</mi><msub><mi>2-</mi></msup><mi>3</mi></msub></math> 、 <math><msup><mi>HCO</mi><msub><mi>-</mi></msup><mi>3</mi></msub></math> 和Cl⁺结合形成H₂CO₃和HCl，即

2H⁺+＝H₂CO₃

H⁺+

＝H₂CO₃

H⁺+Cl^-＝HCl。

同时抑制室内的Na⁺透过阳离子交换树脂进入阴极室，结果使洗脱液Na₂CO₃/NaHCO₃转化为H₂CO₃，其本底电导降低，而被检测样品NaCl转化为电导性更好的HCl因而样品Cl^-贡献的电导部分增大。

对不同的洗脱液或被检测的是阳离子样品，其原理和分析方法与上述相似，对阳离子样品，离子交换树脂膜应该用阴离子交换树脂膜，电解液应改用碱性水溶液，而抑制柱上的反应也将作相应的改变。

使用本发明所说的抑制柱，不仅柱体可以长期连续使用，不需再生;而且柱体内流动相的流动不需高压头，对密封要求较低，比使用已有的抑制柱可以省去推动再生液的高压推动装置（例如耐酸高压泵）和要求严格的密封装置;同时所用的电解液可长期使用，不必经常替换，与使用已有的抑制柱相比，制造工艺简单，造价低廉，体积缩小，使整个设备结构简化，运行价格下降。

图1：为离子色谱抑制柱的原理图;

图2：为扁平形抑制室的结构示意图。

按图1所示，抑制室[1]被夹在两张离子交换树脂膜[2]之间，抑制室一般用耐酸、碱和防水性好的材料，最好用聚四氟乙烯（PTFE），其形状可有多种，室内的形状也可有多种，并且可以有填料，填料可用离子交换材料，室内的容积一般不大于5毫升。阳极室[3]和阴极室[4]除一侧为离子交换树脂以外，其它用耐腐蚀材料作成，电解液一般可用酸性和碱性水溶液，电极[5]用耐腐蚀材料做成，最好用铂或镀铂材料。

最佳实施方式是，若以检测氯离子为例，洗脱液为Na₂CO₃/NaHCO₃，抑制室可用扁平形，如图1、2所示，其厚度不大于8mm，材料为聚四氟乙烯，室内为流线型，容积不大于5毫升。选用阳离子交换树脂膜，抑制室内的填料可用相同的离子交换材料。阳极室和阴极室用聚四氟乙烯做成，电解液采用强酸，电极用镀铂材料。

Claims (5)

1、一种离子色谱抑制柱，它包括抑制室、阳极室、阴极室和电极，在阳极室和阴极室内装有电解液，抑制室位于两张离子交换树脂膜的夹层间，其特征在于

a）两张离子交换树脂膜2为相同类型的平面式离子交换树脂膜，即同是平面式阳离子交换树脂膜或同是平面式阴离子交换树脂膜;

b）组成抑制室1的材料用耐酸碱材料，最好用聚四氟乙烯，抑制室内的形状呈流线型，容积不大于5毫升，抑制室内填有与平面式离子交换树脂膜2相同类型的离子交换材料;

c）两张离子交换树脂膜2的另一侧分别设有阳极室3和阴极室4，在阳极室和阴极室内装有电极5。

2、根据权利要求1所述的抑制柱，其特征在于阳极室和阳极室内的电解液可用酸性或碱性水溶液，即在分析阴离子时电解液均为酸性水溶液，而在分析阳离子时电解液均为碱性水溶液。