CN219778614U - 一种可独立控制温度、磁性和工作电流的磁性电极 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可独立控制温度、磁性和工作电流的磁性电极，包括中心电极组件，所述中心电极组件外套设有筒状电磁铁组件，所述电磁铁组件外套设有循环制冷套件，所述循环制冷套件用于在电磁铁组件外表面循环制冷剂，所述中心电极组件包括中心电极柱体，所述中心电极柱体上端设有金属连接头，中心电极柱体下端设有基底，所述基底的底面设有工作电片，所述电磁铁组件套设于中心电极柱体外。本实用新型能够根据需要独立便捷地控制磁场强度，有效扩大了磁性电极的适用范围和使用便捷性，克服了电磁体应用于磁性电极中时存在的磁性粒子回收困难、反应效率降低、无法维持电化学反应条件稳定、磁场强度和温度稳定性差等诸多问题。

Description

一种可独立控制温度、磁性和工作电流的磁性电极

技术领域

本实用新型涉及一种磁性电极，尤其涉及一种可分别控制磁性大小和电极电源大小的电极。

背景技术

磁性电极通过磁性材料吸附Fe₃O₄等磁性粒子，可以简单高效地提高电极的测量灵敏度和稳定性。现有的磁性电极通常采用具有较高导电性和化学稳定性的玻碳电极、铂电极等作为电化学传感器，磁性材料通常选择永磁体，如中国专利CN102590301A中公开的磁性玻碳电极。永磁体材料相较于其他磁性电极材料，由于永磁体材料本身的磁性非常强，磁性粒子虽然很容易联结到电极表面，但一旦联结便很难去除，无法回收磁性粒子，通过擦拭和打磨的方式很容易对电极产生损害；而强磁性还可能会对某些反应的选择性产生影响，导致反应效率下降；在永磁体电极中，由于永磁体材料的特殊性质，不同材料间的相互作用对反应效果有很大影响，并且需要进行细致的选择和控制。

如果采用电磁体替换永磁体作为磁性来源，为了获得相同的持续磁性，势必会长时间向电磁体的线圈中通入电流，导致线圈发热量增大，而较大的发热量必然导致温度产生剧烈波动。无论电化学反应过程还是电极测量过程均要求恒定的温度条件，温度对于Nernst方程、超电势、吸附过程等影响很大（所以各文献中经常假设温度不变），一旦温度剧烈波动，容易产生温漂现象，严重影响电极测量结果的稳定性和灵敏度。此外，高温下磁场减小甚至可能造成磁性粒子脱落，既污染了被检测溶液也损耗了电极。

现有的磁性电极中电磁体通常与电极位于同一电路上，无法对电磁体和电极分开控制，电极电流增大时，电磁体的磁感应强度和发热量也同时增大，不利于磁性电极的高灵敏性检测。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型的目的是提供一种可独立控制温度、磁性和工作电流的磁性电极，解决现有磁性电极中存在的磁性粒子回收困难、反应效率降低、无法保持电化学反应条件稳定、磁场强度和温度稳定性差等诸多问题。

技术方案：本实用新型中所述的一种磁性电极，包括中心电极组件，所述中心电极组件外套设有筒状电磁铁组件，所述电磁铁组件外套设有循环制冷套件，所述循环制冷套件用于在电磁铁组件外表面循环制冷剂。

利用筒状电磁铁组件替换永磁体提供稳定且可调控的磁场，与之配套的循环制冷套件又可以有效控制筒状电磁铁组件的发热问题，防止温度升高波动导致的温漂现象，保证检测结果的灵敏度和稳定性。

优选地，所述中心电极组件包括中心电极柱体，所述中心电极柱体上端设有金属连接头，中心电极柱体下端设有基底，所述基底的底面设有工作电片，所述电磁铁组件套设于中心电极柱体外。

优选地，所述电磁铁组件包括套设于中心电极柱体外的筒状导磁体，所述导磁体的下端抵接基底，导磁体的外壁上缠绕有导电线圈。电磁铁组件与中心电极组件不共用电路，可以独立控制中心电机组件和电磁铁组件的电流、温度和磁性，二者互不干扰，使电极的使用和控制更为稳定方便。

优选地，所述工作电片为环形片。环形工作电片可以防止磁性粒子被吸附到工作电片外部，解决圆形工作电片中存在的这一问题。

优选地，所述循环制冷套件包括套设于导磁体外的外壳，所述外壳的下端与导磁体下端密封连接，所述导电线圈设于外壳与导磁体之间的环形腔体内，所述外壳上设有供制冷剂进出的循环管道。采用循环冷却的方法可以有效带走导电线圈通电后产生的大量热量，使中心电机组件和电磁铁组件均保持在长时间稳定低温状态，进而使磁性电极保持稳定的磁场强度，且反应状态更稳定。

优选地，所述循环管道包括设于外壳上的进液管和出液管，所述进液管和出液管的内端口均连通环形腔体，进液管和出液管的外端口连通循环散热装置。外接循环散热装置后，由进液管通入制冷剂，再由出液管导出制冷剂，液体不断循环流经导电线圈和导磁体表面，持续带走导电线圈产生的热量，维持电极的低温稳定状态。

在一些实施例中，所述外壳顶部设有封盖，所述进液管和出液管均设于封盖上，所述进液管和出液管的外端口穿出封盖，所述金属连接头穿出封盖。封盖可以防止制冷剂从环形腔体内漏出或挥发，也可便于固定或拆卸循环管道和线路，使得整体结构更为紧凑和稳固。

优选地，所述进液管的内端口低于出液管的内端口。由环形腔体的下部进液，上部出液可以使制冷剂在环形腔体内自下而上地进行单向流经导电线圈表面，提高散热效率。

优选地，所述导电线圈的材质为漆包线，所述导电线圈的两端分别设有正极接头和负极接头，所述正极接头和负极接头从壳体或封盖穿出。正负极接头的合理设置可以为导电线圈的更换提供便利，当正负极接头设置在封盖上时，导电线圈可随封盖一同提取出来。

优选地，所述正极接头、负极接头、进液管和出液管的上部均设有插套，所述正极接头、负极接头、进液管和出液管均通过插套插接于封盖上，所述导磁体的上部套接有固定环，所述导电线圈的两端穿过固定环后分别与正极接头和负极接头连接。插套可以帮助这些组件在封盖上便捷地进行拆卸和组装。固定环可以有效固定导电线圈的两端于导磁体的上部，引导导电线圈的两端从壳体的上部连接正极接头或负极接头。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：能够独立地控制磁性电极的温度、磁性和工作电流，避免电磁体与电极之间的相互干扰，保证整个磁性电极在工作过程中处于低温稳定状态，有效提升了测量结果和电化学反应的稳定性。本实用新型可以避免永磁体无法消磁带来的磁性粒子回收困难问题，能够根据需要独立便捷地控制磁场强度，有效扩大了磁性电极的适用范围和使用便捷性，同时克服了电磁体应用于磁性电极中时存在的诸多缺陷，具有很强的实用性和很好的应用前景。

附图说明

图1为磁性电极的整体结构示意图；

图2为磁性电极的剖视图；

图3为中心电极组件的结构示意图；

图4为电磁铁组件的结构示意图；

图5为封盖局部区域的结构示意图；

图6为磁性电极的俯视图；

图7为磁性电极的仰视图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明。

如图1和图2所示，一种磁性电极，包括中心电极柱体3，所述中心电极柱体3上端设有金属连接头4，中心电极柱体3下端设有基底5，所述基底5的底面设有工作电片6，如图3所示。所述工作电片6的形状可以为圆片、环片或其他形状的片材，最好为环形片，如图7所示。所述中心电极柱体3外套设有筒状电磁铁组件，所述电磁铁组件外套设有循环制冷套件，所述循环制冷套件用于在电磁铁组件外表面循环制冷剂，磁性电极整体结构如图1和图2所示。

所述金属连接头4材质采用铜、铝、表面镀覆其它物质的铜或表面镀覆其它物质的铝等导电材质，金属连接头4从导磁体2上方伸出；中心电极柱体3外包材料为聚四氟乙烯、聚丙烯塑料、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚醚酮或聚苯乙烯，中心电极柱体3外径与导磁体2内径一致或略小，中心电极柱体3高度与导磁体2高度一致。基底5为薄圆片，基底5直径可略大于导磁体2外径，基底5材质为聚四氟乙烯、聚丙烯塑料、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚醚酮或聚苯乙烯等；工作电片6为环形片，内径可略小于中心电极柱体3直径，外径可与基底5直径一致或略大，工作电片6选自玻碳工作圆环、铂工作圆环、金工作圆环、铜工作圆环或钛工作圆环等，相比于普通圆形或方形工作电片6，环形工作电片6很好地保证了对磁性粒子的吸附和磁性敏感元件（即磁性粒子）的联结，圆环形工作电片6上磁感应强度更大，更容易收集磁性粒子和联结敏感元件，对磁性粒子的收集和传感更为灵敏。

本实施例中所述电磁铁组件包括套设于中心电极柱体3外的筒状导磁体2，所述导磁体2的下端抵接基底5，导磁体2的外壁上缠绕有导电线圈7，如图4所示。所述导磁体2为空心圆筒形结构，导磁体2材质为硅铁或软磁铁氧体等，导磁体2内部中央可以放置中心电极柱体3，外部缠绕导电线圈7，导磁体2底部与外壳1密封连接，外壳1高度与导磁体2高度一致。外壳1的材质为非磁性材质，包括聚四氟乙烯、聚丙烯塑料、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚醚酮或聚苯乙烯等耐高温耐腐蚀材料，可适用于各种反应条件。外壳1的内径大于导电线圈7的外径，为制冷剂的循环预留空间，外壳1可以通过制冷剂进出口通入多种不同制冷溶液或制冷气体，例如通入液氮使超导形漆包线处于超低温超导状态，也可采用冰水作为制冷剂，制冷剂的循环流动可以保持长时间稳定的导电线圈7低温状态，使电极保持稳定的磁场强度，使反应状态更稳定。导电线圈7可以根据需要缠绕导磁体2多层，例如导电线圈缠绕导磁体600圈，其中每150圈为一层，共缠绕四层。

本实施例中的中心电极组件为可更换电极，当电极损耗或反应需要更换其他电极时，可从导磁体2底部抽出中心电极柱体3进行更换；中心电极柱体3所用材质为耐高温耐腐蚀材质，可以适用于多种反应条件。

在本实施例中所述循环制冷套件包括套设于导磁体2外的外壳1，所述外壳1的下端与导磁体2下端密封连接，所述导电线圈7设于外壳1与导磁体2之间的环形腔体内，所述外壳1上设有供制冷剂进出的循环管道。循环管道包括进液管11和出液管12，所述外壳1顶部设有封盖17，所述的封盖17材质为聚四氟乙烯、聚丙烯塑料、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚醚酮或聚苯乙烯等，封盖17可拆卸地连接在非磁性外壳1顶部，所述进液管11和出液管12均设于封盖17上，所述进液管11和出液管12的内端口均连通环形腔体，所述封盖17上设有若干孔洞，供进液管11和出液管12的外端口以及金属连接头4穿出封盖17。

如果不在外壳1上设置封盖17，进液管11和出液管12也可以直接设于外壳1上。进液管11和出液管12的外端口连通循环散热装置。本实施例中采用的循环散热装置均为常规散热结构，包括散热泵、散热片等常规结构。

在本实施例中，所述进液管11的内端口低于出液管12的内端口。所述导电线圈7的材质为漆包线，漆包线的导电材质为铜、铝等金属丝或一些特殊材料（如超导材料），所述导电线圈7的两端分别设有正极接头8和负极接头9，所述正极接头8和负极接头9从壳体或封盖17穿出。所述正极接头8、负极接头9、进液管11和出液管12的上部均设有插套13，所述正极接头8、负极接头9、进液管11和出液管12均通过插套13插接于封盖17上。

所述漆包线的两端均通过固定环10固定在导磁体2上，所述固定环10材质为聚四氟乙烯、聚丙烯塑料、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚醚酮或聚苯乙烯等，固定环10的内径与导磁体2外径一致，外径小于非磁性外壳1内径，套设在导磁体2上部，用于固定柱体上所缠绕的漆包线，固定环10上可带有两个开孔，漆包线两端可从开孔伸出。固定环10并非必须结构，当不设置固定环10时，漆包线的两端可直接从非磁性的外壳1侧壁或顶部伸出。固定环10可随封盖17的拆卸，将漆包线一同取出，相较于大部分电磁体固定式的线圈，可更换式线圈可根据条件需求满足不同电化学反应。

工作过程及原理：

利用循环散热装置驱动制冷剂经进液管11注入环形腔体下部，制冷剂向上流经导电线圈7和导磁体2后经出液管12流出，回流至循环散热装置进行循环散热。通过金属连接头4对中心电极组件通电，将外壳1的下部、基底5和工作电片6插入待测溶液中，将正极接头8和负极接头9连接电源，对导电线圈7通电，导电线圈7通过导磁体2产生磁场，通过工作电片6开始吸附磁性粒子或测量。

漆包线通过外接电路产生磁性，经导磁体2放大，通过调节外接电路大小产生不同大小的磁场用于电化学检测，磁性粒子的收集，与磁性敏感元件的联结；通过切断正极接头8、负极接头9的外接电路或者接入交流电路逐步减小的方式去磁或减小磁性，使得磁性粒子从工作电片6上脱附，从而成功转移磁性粒子或回收磁性敏感元件；中心电极组件通过金属连接头4连接另一外接电路，通过调节此外接电路大小满足不同电化学反应需求；中心电极柱体3、导电线圈7与导磁体2均非镶嵌结构，可以根据反应条件或装置损耗程度更换导磁体2、中心电极柱体3或导电线圈7；工作电片6采用圆环形结构，由于导磁体2为圆筒形结构，圆环形工作电片6配合筒形导磁体2使得磁感应强度更大，收集和传感更为灵敏，而且环形工作电片6还可以改善磁性粒子吸附到工作电片外部的情况。

本实用新型所用导磁体2材质易于退磁，而且磁场控制电流与工作电流相互独立，不接入磁场控制电路时可作为普通电极。当用于制备电化学传感器或收集转移磁性粒子时，接入磁场控制电路可以很好的联结磁性的敏感元件和吸引磁性粒子，也不存在无法回收的问题，通过断开电路或接入交流电并逐步减少，很好的回收了磁性的敏感元件。

本实用新型中的磁性电极工作时，经电流表检测，与正负极连接头相接的外接电路电流为0.1A，十分钟内检测，漆包线温度稳定在0～1℃，导磁体2温度在0～1℃以下，工作圆环磁感应强度经导磁体2放大可稳定达2T以上。

Claims (10)

1.一种磁性电极，其特征在于，包括中心电极组件，所述中心电极组件外套设有筒状电磁铁组件，所述电磁铁组件外套设有循环制冷套件，所述循环制冷套件用于驱动制冷剂在电磁铁组件外表面循环流动。

2.根据权利要求1所述磁性电极，其特征在于，所述中心电极组件包括中心电极柱体(3)，所述中心电极柱体(3)上端设有金属连接头(4)，中心电极柱体(3)下端设有基底(5)，所述基底(5)的底面设有工作电片(6)，所述电磁铁组件套设于中心电极柱体(3)外。

3.根据权利要求2所述磁性电极，其特征在于，所述电磁铁组件包括套设于中心电极柱体(3)外的筒状导磁体(2)，所述导磁体(2)的下端抵接基底(5)，导磁体(2)的外壁上缠绕有导电线圈(7)。

4.根据权利要求3所述磁性电极，其特征在于，所述工作电片(6)为环形片。

5.根据权利要求3所述磁性电极，其特征在于，所述循环制冷套件包括套设于导磁体(2)外的外壳(1)，所述外壳(1)的下端与导磁体(2)下端密封连接，所述导电线圈(7)设于外壳(1)与导磁体(2)之间的环形腔体内，所述外壳(1)上设有供制冷剂进出的循环管道，所述循环管道外接循环散热装置。

6.根据权利要求5所述磁性电极，其特征在于，所述循环管道包括设于外壳(1)上的进液管(11)和出液管(12)，所述进液管(11)和出液管(12)的内端口均连通环形腔体，进液管(11)和出液管(12)的外端口连通循环散热装置。

7.根据权利要求6所述磁性电极，其特征在于，所述外壳(1)顶部设有封盖(17)，所述进液管(11)和出液管(12)均设于封盖(17)上，所述进液管(11)和出液管(12)的外端口穿出封盖(17)，所述金属连接头(4)穿出封盖(17)。

8.根据权利要求6或7所述磁性电极，其特征在于，所述进液管(11)的内端口低于出液管(12)的内端口。

9.根据权利要求7所述磁性电极，其特征在于，所述导电线圈(7)的材质为漆包线，所述导电线圈(7)的两端分别设有正极接头(8)和负极接头(9)，所述正极接头(8)和负极接头(9)从壳体或封盖(17)穿出。

10.根据权利要求9所述磁性电极，其特征在于，所述正极接头(8)、负极接头(9)、进液管(11)和出液管(12)的上部均设有插套(13)，所述正极接头(8)、负极接头(9)、进液管(11)和出液管(12)均通过插套(13)插接于封盖(17)上，所述导磁体(2)的上部套接有固定环(10)，所述导电线圈(7)的两端穿过固定环(10)后分别与正极接头(8)和负极接头(9)连接。