CN102141559B - 离子色谱电化学抑制器与电阻检测池一体化的集成装置 - Google Patents

Abstract

离子色谱电化学抑制器与电阻检测池一体化的集成装置，涉及一种电化学抑制与电阻检测部件。提供一种集电化学抑制器与电势差检测池于一体，检测灵敏度和准确度较高的离子色谱电化学抑制器与电阻检测池一体化的集成装置。设有第一阴极室、第二阴极室、公共阳极室、抑制室和检测室，第一阴极室内设有第一阴极，第二阴极室内设有第二阴极，公共阳极室内设有公共阳极，抑制室内填有阳离子交换材料；检测室内设有1对检测电极，抑制室与检测室之间设有流动溶液流通通道；第一阴极室与抑制室之间、第二阴极室与检测室之间、公共阳极室与抑制室和检测室之间均设有离子交换膜；公共阳极和第一阴极外接第一恒电流源，公共阳极与第二阴极外接第二恒电流源。

Description

离子色谱电化学抑制器与电阻检测池一体化的集成装置

技术领域

本发明涉及一种电化学抑制与电阻检测部件，尤其是涉及一种离子色谱电化学抑制器与电阻检测池一体化的集成装置。

背景技术

为了实现离子色谱电化学抑制器的自再生，美国专利US 5352360公开一种电化学式的自再生离子色谱抑制器(SRS)，实现了电解水产生再生离子进行自再生，无需酸碱等化学试剂。

本申请人在中国专利CN 02131711.9中公开一种电极电解液室一体化的电化学离子色谱抑制器，采用两电极一室夹层结构和多孔耐蚀的电解电极。由于电极的多孔性，提供了电解液流动的空间、电荷传输通道和气体排放流路；多孔电极将电极与电解液室集为一体，省去电解液室，无须设置再生液网屏，大大简化了抑制器的结构。

本申请人在中国专利CN 200520128004.4中公开一种柱状薄层电化学抑制式离子色谱抑制器，采用多孔耐蚀电极和柱状小体积离子交换床结构，既简化结构又降低了死体积。但上述几项专利发明的电化学抑制器均只有抑制功能，没有检测功能。

为了实现离子色谱电导检测可以采用简单的恒直流电流激励模式，本申请人在中国专利CN 200710008600.2中公开一种离子色谱电势差检测池，采用三室四电极结构，使用离子交换膜，将检测室与阳极室、阴极室分开，避免了来自阴极室和阳极室的电解产物的干扰；检测电极与电解电极分开，位于检测室的两检测电极与高输入阻抗的仪表放大器连接，因此检测电极上几乎无外电流流过，有效避免了电极极化的影响。检测池可以采用直流恒电流激励，但该检测池不带抑制功能。

上述离子色谱仪的电化学抑制器与电势差检测池是分离的两个部件，需要外管路连接，整机结构复杂。

为了实现将电化学抑制器与电势差检测池集成一体，美国专利US 6200477 B1公开两种装置以求实现同时带有电化学抑制和电势差检测的双重功能。第一种装置是在无膜的填充型的电化学抑制器中插入两根检测电极，用于检测直流恒电流激励条件下某两固定位置上的直流电势差。由于两检测电极间填充具有良好导电能力的离子交换材料，无法检测到淋洗液经抑制后的高电阻的真实信号，因此所测到的电势差信号小，检测灵敏度低。另外，激励电极电解产生的气泡在流动溶液的带动下流经两电势差检测电极，增大了电势差检测的噪音水平。第二种装置是在膜电解抑制器的出口处放置两根检测电极，检测直流恒电流激励条件下的某两固定位置上的直流电势差。由于检测电极间无离子交换材料，检测灵敏度比第一种装置高。但提供检测池的直流恒电流激励电源与提供抑制器的恒电流电源共用一个电源，电流在检测部分与抑制部分之间根据两者电阻的比例进行动态分配，流经检测部分的电流不恒定，严重影响了电势差检测的稳定性与准确性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的离子色谱电化学抑制器只有抑制功能，现有的电势差检测池只有检测功能，电化学抑制器与电势差检测池是分离的两个部件，需要外管路连接，使整机结构复杂，以及现有的电化学抑制器与电势差检测池集成一体的装置存在灵敏度低、受电解产物干扰、稳定性和准确性差等缺点，提供一种集电化学抑制器与电势差检测池于一体，检测灵敏度和准确度较高的离子色谱电化学抑制器与电阻检测池一体化的集成装置。

本发明设有第一阴极室、第二阴极室、公共阳极室、抑制室和检测室，第一阴极室内设有第一阴极，第一阴极室设有流动溶液入口和出口；第二阴极室内设有第二阴极，第二阴极室设有流动溶液入口和出口；公共阳极室内设有公共阳极，公共阳极室设有流动溶液入口和出口；抑制室内填有阳离子交换材料，抑制室设有流动溶液入口；检测室内设有1对检测电极，检测室设有流动溶液出口；抑制室与检测室之间设有流动溶液流通通道；第一阴极室与抑制室之间、第二阴极室与检测室之间、公共阳极室与抑制室和检测室之间均设有离子交换膜；设于公共阳极室内的公共阳极和设于第一阴极室内的第一阴极外接第一恒电流源，第一恒电流源向流经抑制室的溶液施加恒定的抑制电流；设于公共阳极室内的公共阳极与设于第二阴极室内的第二阴极外接第二恒电流源，第二恒电流源向流经检测室的被测溶液施加恒定直流激励电流。

使用时，设于检测室内的1对检测电极外接高输入阻抗的仪表放大器，直接测量检测室内的两检测电极间的溶液电阻。所述高输入阻抗最好是输入阻抗≥10¹²Ω。

淋洗液带着样品先流经抑制室进行抑制，再流入检测室进行溶液电阻检测，检测室内无离子交换材料，检测室内流经的是经抑制后的溶液，检测灵敏度高。由于第一恒电流源和第二恒电流源虽然连接公共阳极，但工作时相互独立，流经检测室的恒定直流激励电流不受抑制电流的干扰，检测室内的两检测电极间的溶液电阻测量准确。由于与第一恒电流源和第二恒电流源连接的阳极是公共阳极，同时抑制室与检测室靠公共阳极的一侧共用一张离子交换膜，将抑制室与检测室集成一体，无需外管路连接。

与现有的电化学抑制式离子色谱法相比，本发明集淋洗液电化学抑制与电阻检测两项功能于一体，检测灵敏、准确，简化了电化学抑制式离子色谱法的仪器结构。

附图说明

图1为本发明实施例的结构组成示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明实施例设有抑制室1、检测室2、第一阴极室3、第二阴极室4和公共阳极室5，第一阴极室3内设有第一阴极6，第一阴极室3设有流动溶液入口7和流动溶液出口8；第二阴极室4内设有第二阴极9，第二阴极室4设有流动溶液入口10和流动溶液出口11；公共阳极室5内设有公共阳极12，公共阳极室5设有流动溶液入口13和流动溶液出口14；抑制室1内填有阳离子交换材料，抑制室1设有流动溶液入口15；检测室2内设有1对检测电极16和17，检测室2设有流动溶液出口18；抑制室1与检测室2之间设有流动溶液流通通道19；第一阴极室3与抑制室1之间设有离子交换膜20，第二阴极室4与检测室2之间设有离子交换膜21，公共阳极室5与抑制室1和检测室2之间设有离子交换膜22；设于公共阳极室5内的公共阳极12和设于第一阴极室3内的第一阴极6外接第一恒电流源23，第一恒电流源23向流经抑制室1的溶液施加恒定的抑制电流；设于公共阳极室5内的公共阳极12与设于第二阴极室4内的第二阴极9外接第二恒电流源24，第二恒电流源24向流经检测室2的被测溶液施加恒定直流激励电流。

以下给出使用本发明的具体工作流程：

来自离子色谱分离柱的淋洗液例如Na₂CO₃带着被分离的样品例如NaCl从抑制室的流动溶液入口15流入抑制室1进行离子交换，Na₂CO₃和NaCl被分别转换成H₂CO₃和HCl后流出抑制室1，并经由流通通道19流入检测室2。由于检测室2中施加的是直流恒定电流，据欧姆定律，检测电极16和17检测到的电势差与流经检测电极16和17之间的溶液电阻成正比。被测溶液在检测室中被检测后由检测室的流动溶液出口18流出成为尾液。该尾液先由第二阴极室的流动溶液入口10被引入第二阴极室，从第二阴极室的流动溶液出口11流出后，再通过外管路与公共阳极室的流动溶液入口13被引入公共阳极室，从公共阳极室的流动溶液出口14流出后，最后通过外管路与第一阴极室的流动溶液入口7被引入第一阴极室，由第一阴极室的流动溶液出口8排出。流经各室的尾液提供电解反应所需要的H₂O。在公共阳极12上发生如下电化学反应：

在第一阴极6和第二阴极9发生如下电化学反应：

产生于第二阴极室4中的H₂由尾液带着进入公共阳极室5，与产生于该室的O₂混合后一起进入第一阴极室3，再与产生于该室的H₂混合以后，经第一阴极室流动溶液出口8与尾液一起排出。

在直流电场和阳离子交换膜的共同作用下，在公共阳极室5中由第一恒电流源23供电，电解水产生的H⁺透过阳离子交换膜22进入抑制室1与来自淋洗液Na₂CO₃中的阴离子CO₃ ^2-结合成高电阻的H₂CO₃水溶液从而提高了背景电阻；与来自阴离子分离柱的样品NaCl中的Cl^-结合形成低电阻的HCl水溶液从而降低了样品电阻，因此大大提高了阴离子分析的灵敏度。进入抑制室1内与被测离子带相反电荷的阳离子Na⁺透过阳离子交换膜20进入第一阴极室3，与第一阴极6电解水产生的OH^-结合成NaOH被除去。如此，在公共阳极室5、抑制室1和第一阴极室3中形成了阳离子通道，构成第一恒电流源23的回路。

在直流电场和阳离子交换膜的共同作用下，在公共阳极室5中由第二恒电流源24供电电解水产生的H⁺透过阳离子交换膜22进入检测室2，同时检测室2中由H₂CO₃和HCl电离产生的等量H⁺透过阳离子交换膜21进入第二阴极室4，与第二阴极9电解水产生的OH^-结合成H₂O被除去。如此，在公共阳极室5、检测室2和第二阴极室4中形成了H⁺通道，构成第二恒电流源24的回路。设于检测室2内的1对检测电极16和17外接高输入阻抗的仪表放大器25(可采用市售的产品，最好采用输入阻抗≥10¹²Ω的仪表放大器)，直接测量检测室内的两检测电极间的溶液电阻。

当离子色谱电化学抑制器与电阻检测池一体化的集成装置用于阳离子检测时，三张阳离子交换膜20、21和22改为阴离子交换膜。抑制室1内改填阴离子交换材料。公共阳极室改为公共阴极室，公共阳极改为公共阴极；第一阴极室改为第一阳极室，第一阴极改为第一阳极；第二阴极室改为第二阳极室，第二阴极改为第二阳极。

上述五室五电极结构使得本发明的离子色谱电化学抑制器与电阻检测池一体化的集成装置既具有抑制功能又具有检测功能。连接抑制电流的阳极与连接直流激励电流的阳极为公共电极以及抑制室与检测室靠公共阳极的一侧共用一张离子交换膜，将抑制室与检测室集成一体。提供抑制电流与提供直流激励电流的两个恒电流源工作时相互独立，使得用于抑制的电流，与用于检测的直流激励电流可以分别准确地调节控制。

Claims (1)

1.离子色谱电化学抑制器与电阻检测池一体化的集成装置，其特征在于设有第一阴极室、第二阴极室、公共阳极室、抑制室和检测室，第一阴极室内设有第一阴极，第一阴极室设有流动溶液入口和出口；第二阴极室内设有第二阴极，第二阴极室设有流动溶液入口和出口；公共阳极室内设有公共阳极，公共阳极室设有流动溶液入口和出口；抑制室内填有阳离子交换材料，抑制室设有流动溶液入口；检测室内设有1对检测电极，检测室设有流动溶液出口；抑制室与检测室之间设有流动溶液流通通道；第一阴极室与抑制室之间、第二阴极室与检测室之间、公共阳极室与抑制室和检测室之间均设有离子交换膜；设于公共阳极室内的公共阳极和设于第一阴极室内的第一阴极外接第一恒电流源，第一恒电流源向流经抑制室的溶液施加恒定的抑制电流；设于公共阳极室内的公共阳极与设于第二阴极室内的第二阴极外接第二恒电流源，第二恒电流源向流经检测室的被测溶液施加恒定直流激励电流；使用时，设于检测室内的1对检测电极外接高输入阻抗的仪表放大器，直接测量检测室内的两检测电极间的溶液电阻。