CN112569793A - 强碱溶液中免脱气微量阴离子杂质在线脱除器及脱除方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了分析仪器设备设计与制造技术领域的一种强碱溶液中免脱气微量阴离子杂质在线脱除器及方法，该脱除器是基于电渗析原理，在电场作用下，淋洗液通道内强碱溶液中的微量阴离子杂质(比如碳酸根离子)在电场作用下经n层阴离子膜电迁移至阳极区再生液通道，与此同时氢氧根会由双极膜界面层产生并迁移至中间淋洗液通道，即微量阴离子杂质被等量的氢氧根所置换，从而达到微量杂质阴离子在线去除的目的，且该过程中淋洗液通道不产生电解气。该装置可降低离子色谱系统强碱淋洗液的抑制背景、有利于提高系统检测信噪比。

Description

强碱溶液中免脱气微量阴离子杂质在线脱除器及脱除方法

技术领域

本发明属于分析仪器设备设计与制造技术领域；具体是一种强碱溶液中免脱气微量阴离子杂质在线脱除器。

背景技术

离子色谱是液相色谱的一个分支，主要用来分离离子型或可离解的化合物，不仅是目前分析无机阴离子的首选技术，在无机金属阳离子分析中亦具有一定的优势，也成功地分离了氨基酸、核酸、蛋白质等，在生化领域得到了广泛应用。抑制型电导检测是目前离子色谱系统中应用最为普遍的检测模式。在阴离子分析中，氢氧根淋洗液是最为理想的淋洗液，因为氢氧根淋洗液经过抑制器抑制后的产物为纯水，具有最低的背景电导、基线噪声，较其他淋洗液具有最低的检测限。且氢氧根淋洗液的浓度对背景电导的影响很小，适合用于梯度洗脱。但是氢氧根淋洗液及其固体试剂都极易被空气中的CO2污染，产生洗脱能力较强的碳酸根，导致氢氧根淋洗液组成和浓度的改变，造成基线漂移，重现性变差。且人工配置强碱溶液不仅耗时耗力，还很难准确配置所需要的浓度。基于电渗析原理的电致淋洗液发生器有效解决了上述问题，利用淋洗液发生器可以在封闭系统中将上游高压泵驱动的纯水在线转化为浓度准确的氢氧根淋洗液，避免了因吸收CO2而引入污染。但需要指出的是，淋洗液发生器本身固然可以产生纯度较高的强碱溶液，但若来自上游的纯水常含有微量的二氧化碳，这是由于空气中二氧化碳的溶入所导致的。因此，采用淋洗液发生器产生的强碱溶液也会含有微量的碳酸盐。为解决此缺陷，目前常采用与淋洗液发生器配套的电致阴离子杂质捕获装置。该装置采用一层或多层阴离子膜将淋洗液通道和再生液通道隔离开来，阴极电极放置于淋洗液通道内，阳极电极放置于再生液通道内。当强碱溶液流过此装置时，在电场作用下，强碱溶液中的微量阴离子杂质(备注：本专利中提到的杂质是指强碱溶液中除氢氧根离子之外的其它所有阴离子。最常见的就是阴离子杂质为碳酸根。)会通过阴离子膜电迁移至再生液通道，而水溶液在阴极附近产生对应量的氢氧根弥补迁移走的阴离子杂质以保证溶液的电中性。此电致阴离子杂质捕获装置可以有效的去除强碱溶液中的微量阴离子杂质，且可以连续工作。其不足在于需要配套的脱气装置。这是由于其阴极电极在淋洗液通道，在工作时会产生电解气。

本发明提供一种强碱溶液中免脱气微量阴离子杂质在线脱除器。阴阳电极均放置于外侧的再生液通道内，与淋洗液通道不直接接触故此不需要任何脱气装置。该装置适用于离子色谱系统，可有效提高系统信噪比。发明内容未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种强碱溶液中免脱气微量阴离子杂质在线脱除器。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种强碱溶液中免脱气微量阴离子杂质在线脱除器，包括阴极区再生液通道，所述阴极区再生液通道一侧设有阴极电极，另一侧设有第一复合膜，所述阴极区再生液通道通过第一复合膜与中间淋洗液通道连接，所述中间淋洗液通道另一侧设有第二复合膜，所述中间淋洗液通道通过第二复合膜与阳极区再生液通道连接，所述阳极区再生液通道另一侧设有阳极电极，所述第一复合膜由m层阳离子膜和双极膜叠加组成，所述第二复合膜由n层阴离子膜制成，所述阴极电极与外界阴极电性连接，所述阳极电极与外界阳极电性连接。

进一步地，所述m层阳离子膜中m值至少为2，所述n层阴离子膜中n值至少为3。

进一步地，所述阴极区再生液通道以及阳极区再生液通道内贯通流过纯水或其它类型的水溶液，所述中间淋洗液通道内贯通流过强碱溶液，所述阴极区再生液通道以及阳极区再生液通道一端连接有输入管道，另一端连接有废液瓶。

进一步地，所述强碱溶液具体是指氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂溶液、四甲基氢氧化胺、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵中的一种。

进一步地，所述第一复合膜具有方向性，所述双极膜与中间淋洗液通道接触，所述m层阳离子膜与阴极区再生液通道接触，所述双极膜的阳离子膜面紧贴m层阳离子膜。

进一步地，在线脱除步骤如下：

1)杂质在线脱除器运行时，纯水或其它类型的水溶液在外设的蠕动泵驱动下连续流过阴极区再生液通道和阳极区再生液通道，强碱溶液连续通过中间淋洗液通道；

2)通过一外设的恒流源对杂质在线脱除器的阴极电极以及阳极电极连接，并施加一恒定电流；

3)双极膜界面层水解离产生氢离子和氢氧根离子，氢氧根离子通过双极膜的阴离子膜面电迁移至中间淋洗液通道中，氢离子通过双极膜的阳离子膜面电迁移至阴极区再生液通道；

4)同时，中间淋洗液通道内的阴离子杂质通过n层阴离子膜电迁移至阳极区再生液通道，与阳极区水电解产生的氢离子结合，再被阳极区连续流动的水溶液携带至废液瓶。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本装置基于电渗析技术，将m层阳离子膜和一层双极膜叠加在一起作为一独立的复合膜，再将n层阴离子膜叠加在一起作为一独立的加厚阴离子膜，双极膜界面层产生的氢氧根离子，并通过加厚阴膜将阴离子杂质转移到阳极区再生液通道，淋洗液通道溶液中的杂质阴离子被等量的氢氧根离子所置换，从而提高了强碱溶液的纯度，由于阴极电极和阳极电极分别放置于两侧的再生液通道内，与中间淋洗液通道在空间上完全隔离的，所以淋洗液不含电解气，因此无需任何脱气装置，整个过程不会引入其它杂质和电解气，可有效提高强碱溶液的纯度，应用于离子色谱系统，其位置须放位于高压泵(或含电致淋洗液发生器)和进样阀之间，有利于提高分析重现性、降低抑制背景和检测信噪比。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种强碱溶液中免脱气微量阴离子杂质在线脱除器的总体结构示意图；

图2是本发明一种强碱溶液中免脱气微量阴离子杂质在线脱除器与含电致淋洗液发生器的离子色谱系统联用结构示意图；

图3是本发明一种强碱溶液中免脱气微量阴离子杂质在线脱除器与不含电致淋洗液发生器的离子色谱系统联用结构示意图；

图4是本发明一种强碱溶液中免脱气微量阴离子杂质在线脱除器脱除效果评价图；

图5是本发明一种强碱溶液中免脱气微量阴离子杂质在线脱除器色谱评价图。

图中：阴极电极1，阴极区再生液通道2，m层阳离子膜3，双极膜4，n层阴离子膜5，阳极区再生液通道6，阳极电极7，中间淋洗液通道8。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1，一种强碱溶液中免脱气微量阴离子杂质在线脱除器，包括阴极区再生液通道2，阴极区再生液通道2一侧设有阴极电极1，另一侧设有第一复合膜，阴极区再生液通道2通过第一复合膜与中间淋洗液通道8连接，中间淋洗液通道8另一侧设有第二复合膜，中间淋洗液通道8通过第二复合膜与阳极区再生液通道6连接，阳极区再生液通道6另一侧设有阳极电极7，第一复合膜由m层阳离子膜3和双极膜4叠加组成，第二复合膜由n层阴离子膜5制成，阴极电极1与外界阴极电性连接，阳极电极7与外界阳极电性连接。

m层阳离子膜3中m值至少为2，n层阴离子膜5中n值至少为3。

阴极区再生液通道2以及阳极区再生液通道6内贯通流过纯水或其它类型的水溶液，中间淋洗液通道8内贯通流过强碱溶液，阴极区再生液通道2以及阳极区再生液通道6一端连接有输入管道，另一端连接有废液瓶。

强碱溶液具体是指氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂溶液、四甲基氢氧化胺、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵中的一种。

第一复合膜具有方向性，双极膜4与中间淋洗液通道8接触，m层阳离子膜3与阴极区再生液通道2接触，双极膜4的阳离子膜面紧贴m层阳离子膜。

在线脱除器的工作步骤，工作步骤具体如下：

(1)杂质在线脱除器运行时，纯水或其它类型的水溶液在外设的蠕动泵驱动下连续流过阴极区再生液通道2和阳极区再生液通道6，强碱溶液连续通过中间淋洗液通道8；

(2)通过一外设的恒流源对杂质在线脱除器的阴极电极1以及阳极电极7连接，并施加一恒定电流电流具体值取决于杂质浓度，通常为几毫安到几十毫安，没有具体限制；

(3)双极膜4界面层水解离产生氢离子和氢氧根离子，氢氧根离子通过双极膜4的阴离子膜面电迁移至中间淋洗液通道8中，氢离子通过双极膜4的阳离子膜面电迁移至阴极区再生液通道2；

(4)同时，中间淋洗液通道内的阴离子杂质比如碳酸根离子通过n层阴离子膜5电迁移至阳极区再生液通道6，与阳极区水电解产生的氢离子结合变成碳酸溶液，再被阳极区连续流动的水溶液携带至废液瓶。

实施例2

参见图2，在本实施例中，一种强碱溶液中免脱气微量阴离子杂质在线脱除器与含电致淋洗液发生器的离子色谱系统联用结构示意图，虚线框内为本发明所述脱除器，其结构同实施例1，其在离子色谱系统(所述离子色谱系统，即虚线框外部分，可直接从商业化渠道购得，不属于本发明保护的范畴)中的放置位置为电致淋洗液发生器和进样阀之间，高压泵驱动的纯水通过电致淋洗液发生器变成强碱溶液，其中所含的阴离子杂质通过实施例1所述的阴离子杂质在线脱除器所脱除。

实施例3

参见图3，在本实施例中，一种强碱溶液中免脱气微量阴离子杂质在线脱除器与不含电致淋洗液发生器的离子色谱系统联用结构示意图，虚线框内为本发明所述脱除器，其结构同实施例1，其在离子色谱系统(所述离子色谱系统，即虚线框外部分，可直接从商业化渠道购得，不属于本发明保护的范畴)中的放置位置为高压泵和进样阀之间，高压泵驱动的强碱溶液中所含阴离子杂质通过实施例1所述的阴离子杂质在线脱除器所脱除。

实施例4

参见图4，为本发明实施例1所述免脱气微量阴离子杂质在线脱除器脱除效果评价图，其结构同实施例1，所不同的是：将中间淋洗液通道B中流通的强碱溶液换为500μM氯化钾溶液以便更直观的评价杂质脱出器的脱除效果，氯化钾溶液从中间淋洗液通道流出后的溶液直接被离子色谱系统(所述离子色谱系统可直接从商业化渠道购得，不属于本发明保护的范畴)进行分析(参看图4)，当脱除器不加电时，由中间淋洗液通道B流出的溶液中含有大量的氯离子和微量的碳酸根离子和有机酸杂质(见图4中的内插图)，这三种离子均为非氢氧根离子，即属于本发明所述的杂质范畴；当对此在线脱除器加电后(施加5V电压)，由中间淋洗液通道B流出的溶液中的大量氯离子和碳酸根离子等杂质均被几乎完全去除(由图4内插图的平直的基线可以看出)，因此，本发明的强碱溶液中免脱气微量阴离子杂质在线脱除器可有效且连续的去除溶液中的杂质阴离子。

实施例5

在本实施例中，一种强碱溶液中免脱气微量阴离子杂质在线脱除器，采用与实施例2相同的连接方式，对比了配置电致氢氧化钾淋洗液发生器的离子色谱系统在使用强碱溶液中免脱气微量阴离子杂质在线脱除器前后的效果，两种方式下分析6种常见阴离子，谱图结果详见图5所示，根据图5数据可知，将强碱溶液中免脱气微量阴离子杂质在线脱除器串联在氢氧化钾淋洗液发生器之后，系统背景电导值由1.85μS降至1.68μS，噪声由3.2nS降至2.9nS，信噪比也得到了显著提升。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.一种强碱溶液中免脱气微量阴离子杂质在线脱除器，包括阴极区再生液通道(2)，其特征在于，所述阴极区再生液通道(2)一侧设有阴极电极(1)，另一侧设有第一复合膜，所述阴极区再生液通道(2)通过第一复合膜与中间淋洗液通道(8)连接，所述中间淋洗液通道(8)另一侧设有第二复合膜，所述中间淋洗液通道(8)通过第二复合膜与阳极区再生液通道(6)连接，所述阳极区再生液通道(6)另一侧设有阳极电极(7)，所述第一复合膜由m层阳离子膜(3)和双极膜(4)叠加组成，所述第二复合膜由n层阴离子膜(5)制成，所述阴极电极(1)与外界阴极电性连接，所述阳极电极(7)与外界阳极电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种强碱溶液中免脱气微量阴离子杂质在线脱除器，其特征在于，所述m层阳离子膜(3)中m值至少为2，所述n层阴离子膜(5)中n值至少为3。

3.根据权利要求1所述的一种强碱溶液中免脱气微量阴离子杂质在线脱除器，其特征在于，所述阴极区再生液通道(2)以及阳极区再生液通道(6)内贯通流过纯水或其它类型的水溶液，所述中间淋洗液通道(8)内贯通流过强碱溶液，所述阴极区再生液通道(2)以及阳极区再生液通道(6)一端连接有输入管道，另一端连接有废液瓶。

4.根据权利要求3所述的一种强碱溶液中免脱气微量阴离子杂质在线脱除器，其特征在于，所述强碱溶液具体是指氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂溶液、四甲基氢氧化胺、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种强碱溶液中免脱气微量阴离子杂质在线脱除器，其特征在于，所述第一复合膜具有方向性，所述m层阳离子膜(3)与阴极区再生液通道(2)接触，所述双极膜(4)与中间淋洗液通道(8)接触，且所述双极膜(4)的阳离子膜面紧贴m层阳离子膜。

6.一种如权利要求1-5任一所述的强碱溶液中免脱气微量阴离子杂质在线脱除方法，其特征在于：

(1)杂质在线脱除器运行时，纯水或其它类型的水溶液在外设的蠕动泵驱动下连续流过阴极区再生液通道(2)和阳极区再生液通道(6)，强碱溶液连续通过中间淋洗液通道(8)；

(2)通过一外设的恒流源对杂质在线脱除器的阴极电极(1)以及阳极电极(7)连接，并施加一恒定电流；

(3)双极膜(4)界面层水解离产生氢离子和氢氧根离子，氢氧根离子通过双极膜(4)的阴离子膜面电迁移至中间淋洗液通道(8)中，氢离子通过双极膜(4)的阳离子膜面电迁移至阴极区再生液通道(2)；

(4)同时，中间淋洗液通道内的阴离子杂质通过n层阴离子膜(5)电迁移至阳极区再生液通道(6)，与阳极区水电解产生的氢离子结合，再被阳极区连续流动的水溶液携带至废液瓶。

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