CN214845052U - 一种阴离子型电致膜抑制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了离子色谱仪器技术领域的一种阴离子型电致膜抑制器，包括阳极、阴极、双极膜、阳离子膜、三层阳离子筛网、紧固盖板和紧固底板，从上至下依次设置为紧固盖板、阳极、第一层阳离子筛网、双极膜、第二层阳离子筛网、阳离子膜、第三层阳离子筛网、阴极、紧固底板，紧固盖板与双极膜之间构成阳极区再生液通道，且阳极和第一层阳离子筛网设置在紧固盖板与双极膜之间，本实用新型使用不同类型的离子交换膜，即双极膜‑阳离子膜组合替代传统设计所用的阳离子膜‑阳离子膜组合，该技术利用双极膜界面增强水解离产生的氢离子迁移至中间通道用于碱液抑制，可以避免阳极区再生液残留阳离子杂质对抑制的干扰。

Description

一种阴离子型电致膜抑制器

技术领域

本实用新型涉及离子色谱仪器技术领域，具体为一种阴离子型电致膜抑制器。

背景技术

离子色谱是目前分析离子型样品最常用的分析技术之一。电导检测器是离子色谱仪最常用的检测器。其响应原理是基于目标离子浓度和其离子淌度的乘积。离子色谱领域常用的碱淋洗液包括氢氧化钾或氢氧化钠或碳酸钾淋洗液，其中氢氧化钾淋洗液最为常用。这些碱液在电导检测器中上的响应信号很大，检测器背景噪声很高，导致整机信噪比很低。阴离子抑制器一方面可以将碱淋洗液中的金属离子替换成氢离子，(比如钾离子被氢离子所替换)就可以将碱液淋洗液转变为纯水(氢离子和氢氧根离子结合即变为水)或弱酸(当碱液为碳酸钾，钾离子被氢离子置换后的产物即为碳酸)可以显著降低整机的背景噪声，同时还可以显著提高目标离子的检测信号，从而极大地提高样品分析的信噪比。电致膜抑制器可以原位再生，可以连续运行，大大提高了系统的自动化水平，被视为现代离子色谱系统最显著的标志。

离子色谱是目前分析阴离子最常用的分析技术，尤其是无机阴离子更是首选分析技术。目前现有的阴离子电致膜抑制器均采用两片相同的阳离子膜分别将中间淋洗液通道与两侧再生液通道隔离成三个不同的通道。其中，碱淋洗液(以氢氧化钾溶液为例)从淋洗液通道流过，而两侧再生液通道通水溶液。在电场作用下，阳极区一侧的再生液通道内，水电解产生的氢离子穿过阳极一侧的阳离子膜电迁移到中间淋洗液通道内，与氢氧化钾淋洗液中的氢氧根离子发生中和反应生产水；与此同时，钾离子电迁移通过阴极一侧的阳离子膜进入到阴极区再生液通道。此过程即可实现对碱淋洗液的抑制，可使系统噪声显著下降；当目标离子(比如氯化钾溶液中的氯离子)进入到阴离子抑制器后，钾离子电迁移至阴极区的再生液通道内，而氯离子与阳极区迁移来的氢离子结合变成盐酸。也就是说等量的氯化钾变成了等量的盐酸。而氢离子的淌度远高于钾离子，因此目标氯离子由于抑制器的作用可转变为更高响应的盐酸。综合下来，阴离子抑制器可以实现系统信噪比的显著提高。需要指出的，上述阴离子电致膜抑制器均使用了两片相同的阳离子膜，其存在的问题包括：阳极区水溶液中残留的阳离子在电场作用下伴随氢离子一起进入到中间淋洗液通道，造成碱淋洗液抑制不彻底。

现有海水淡化工业中经常使用的一种特殊类型的离子交换膜-双极膜，它是由一片阴离子膜和一片阳离子膜通过特殊工艺压制而成。其特性与单一阴离子膜和单一阳离子膜明显不同，被视为独立于阴离子膜和阳离子膜的第三种离子交换膜。大量研究表明，双极膜的阴离子膜面和阳离子膜面之间的界面层可发生水的增强解离，即一个水分子可解离成一个氢氧根离子和一个氢离子。双极膜界面上水解离程度远远高于水溶液中水解离(高出约一千万倍)，故此解离被称为双极膜的增强水解离；该解离过程还有一个明显的优势在于不涉及到气体的产生，且解离电压也较普通的电解水电压低。从能耗和抑制由于电解气导致的阴离子电致膜抑制器噪声来说，双极膜较阳离子膜均具有优势。双极膜与阳离子膜组合应用于阴离子电致膜抑制器尚未有文献报道，基于此，本实用新型设计了一种阴离子型电致膜抑制器，以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种阴离子型电致膜抑制器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种阴离子型电致膜抑制器，包括阳极、阴极、双极膜、阳离子膜、三层阳离子筛网、紧固盖板和紧固底板，从上至下依次设置为紧固盖板、阳极、第一层阳离子筛网、双极膜、第二层阳离子筛网、阳离子膜、第三层阳离子筛网、阴极、紧固底板，所述紧固盖板与双极膜之间构成阳极区再生液通道，且阳极和第一层阳离子筛网设置在紧固盖板与双极膜之间，所述双极膜与阳离子膜之间通过第二层阳离子筛网隔开构成中间淋洗液通道，所述阳离子膜与紧固底板之间构成阴极区再生液通，且第三层阳离子筛网和阴极设置在阳离子膜与紧固底板之间。

优选的，所述双极膜包括双极膜阴离子膜面和双极膜阳离子膜面，且双极膜阴离子膜面设置在双极膜阳离子膜面的上方。

优选的，第一层所述阳离子筛网的内部设置有再生液通道A，第二层所述阳离子筛网的内部设置有淋洗液通道B，第三层所述阳离子筛网的内部设置有再生液通道C。

优选的，所述双极膜阴离子膜面设置为朝向再生液通道A的位置，所述双极膜阳离子膜面设置为朝向淋洗液通道B的位置。

优选的，所述紧固盖板、三层阳离子筛网、双极膜以及阳离子膜上均设置有供再生液流通的通孔。

优选的，所述阳极铂金筛网或表面镀铂金的钛筛网结构，所述阴极采用铂金筛网、表面钛筛网多孔铂电极或不锈钢筛网结构。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型使用不同类型的离子交换膜，即双极膜-阳离子膜组合替代传统设计所用的阳离子膜-阳离子膜组合，该技术利用双极膜界面增强水解离产生的氢离子迁移至中间通道用于碱液抑制，可以避免阳极区再生液残留阳离子杂质对抑制的干扰。

当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，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实用新型的一些实施例，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为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型双极膜工作原理图；

图3为本实用新型与传统阴离子电致膜抑制器的抑制效果对比图；

图4为本实用新型双极膜阴离子抑制器日内重复性对比图；

图5为本实用新型双极膜阴离子抑制器日间重复性对比图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-阳极，2-阴极，3-双极膜，301-双极膜阴离子膜面，302-双极膜阳离子膜面，4-阳离子膜，5-阳离子筛网，6-紧固盖板，7-紧固底板。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-2，本实用新型提供一种技术方案：一种阴离子型电致膜抑制器，包括阳极1、阴极2、双极膜3、阳离子膜4、三层阳离子筛网5、紧固盖板6和紧固底板7，从上至下依次设置为紧固盖板6、阳极1、第一层阳离子筛网5、双极膜3、第二层阳离子筛网5、阳离子膜4、第三层阳离子筛网5、阴极2、紧固底板7，紧固盖板6与双极膜3之间构成阳极区再生液通道，且阳极1和第一层阳离子筛网5设置在紧固盖板6与双极膜3之间，双极膜3与阳离子膜4之间通过第二层阳离子筛网5隔开构成中间淋洗液通道，阳离子膜4与紧固底板7之间构成阴极区再生液通，且第三层阳离子筛网5和阴极2设置在阳离子膜4与紧固底板7之间；

双极膜3包括双极膜阴离子膜面301和双极膜阳离子膜面302，且双极膜阴离子膜面301设置在双极膜阳离子膜面302的上方，第一层阳离子筛网5的内部设置有再生液通道A，第二层阳离子筛网5的内部设置有淋洗液通道B，第三层阳离子筛网5的内部设置有再生液通道C，双极膜阴离子膜面301设置为朝向再生液通道A的位置，双极膜阳离子膜面302设置为朝向淋洗液通道B的位置，紧固盖板6、三层阳离子筛网5、双极膜3以及阳离子膜4上均设置有供再生液流通的通孔，阳极1铂金筛网或表面镀铂金的钛筛网结构，阴极2采用铂金筛网、表面钛筛网多孔铂电极或不锈钢筛网结构；

在电场作用下，双极膜3界面层中水分子会解离出氢离子和氢氧根离子，氢离子通过双极膜的阳离子膜面301电迁移至中间淋洗液通道B，与淋洗液通道B内的氢氧化钾溶液中的氢氧根离子结合变成水，与此同时，氢氧化钾溶液中的钾离子通过阳离子膜4电迁移至阴极区再生液通道C中，此过程即可实现对氢氧化钾淋洗液的有效抑制。

如图3所示，是双极膜阴离子抑制器和传统阴离子抑制器对比。传统抑制器采用两种完全相同的阳离子膜(CEMs)。条件：淋洗液，KOH，20mM；流速，1.0mL/min；进样量，20L；色谱柱：AS11-HC(Dionex)；柱温，35C；样品浓度，5ppm。由图3可以看出，两种类型的阴离子抑制器表现出几乎相同的性能，无论是抑制背景和基线噪声，本专利所提供的抑制器均达到甚至在峰高上超过了传统类型抑制器，证明该结构抑制器用于离子色谱完全是可行的。

如图4所示，是双极膜阴离子抑制器日内操作重复性。条件：淋洗液，Na2CO3-NaHCO3(1.8mM-1.7mM)；流速，1.0mL/min；进样量，20L；色谱柱：SI-90 4E(Shodex)；柱温，35C；样品浓度，5ppm；连续运行了6次，由图3可以看出，7种阴离子标样的保留时间和峰高都显示出良好的重复性，其相对标准偏差(RSD)分别小于0.23％和1.2％；另外，还考察了该双极膜阴离子抑制器日间运行重复性，见图5，可以看出，7种标样在3天内的保留时间和峰高均表现出满意的重复性(RSD分别小于0.89％和2.5％)。这表明该双极膜阳离子抑制器具有良好的运行稳定性。

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实用新型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。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型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实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.一种阴离子型电致膜抑制器，包括阳极(1)、阴极(2)、双极膜(3)、阳离子膜(4)、三层阳离子筛网(5)、紧固盖板(6)和紧固底板(7)，其特征在于：从上至下依次设置为紧固盖板(6)、阳极(1)、第一层阳离子筛网(5)、双极膜(3)、第二层阳离子筛网(5)、阳离子膜(4)、第三层阳离子筛网(5)、阴极(2)、紧固底板(7)，所述紧固盖板(6)与双极膜(3)之间构成阳极区再生液通道，且阳极(1)和第一层阳离子筛网(5)设置在紧固盖板(6)与双极膜(3)之间，所述双极膜(3)与阳离子膜(4)之间通过第二层阳离子筛网(5)隔开构成中间淋洗液通道，所述阳离子膜(4)与紧固底板(7)之间构成阴极区再生液通，且第三层阳离子筛网(5)和阴极(2)设置在阳离子膜(4)与紧固底板(7)之间。

2.根据权利要求1所述的一种阴离子型电致膜抑制器，其特征在于：所述双极膜(3)包括双极膜阴离子膜面(301)和双极膜阳离子膜面(302)。

3.根据权利要求2所述的一种阴离子型电致膜抑制器，其特征在于：第一层所述阳离子筛网(5)的内部设置有再生液通道A，第二层所述阳离子筛网(5)的内部设置有淋洗液通道B，第三层所述阳离子筛网(5)的内部设置有再生液通道C。

4.根据权利要求3所述的一种阴离子型电致膜抑制器，其特征在于：所述双极膜阴离子膜面(301)设置为朝向再生液通道A的位置，所述双极膜阳离子膜面(302)设置为朝向淋洗液通道B的位置。

5.根据权利要求1所述的一种阴离子型电致膜抑制器，其特征在于：所述紧固盖板(6)、三层阳离子筛网(5)、双极膜(3)以及阳离子膜(4)上均设置有供再生液流通的通孔。

6.根据权利要求1所述的一种阴离子型电致膜抑制器，其特征在于：所述阳极(1)铂金筛网或表面镀铂金的钛筛网结构，所述阴极(2)采用铂金筛网、表面钛筛网多孔铂电极或不锈钢筛网结构。

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