一种双极膜阳离子抑制器制造技术

本发明专利技术专利公开了分析仪器关键部件设计与制造技术领域的一种双极膜阳离子抑制器，从上到下依次包括通过上层电解池盖板、阴极电极、上层再生液通道支撑面、中间隔离层、下层再生液通道支撑面、阳极电极和下层电解池盖板；中间淋洗液通道与下层再生液通道之间设有阴离子膜，上层再生液通道与中间淋洗液通道之间设有双极膜，其中双极膜的阴膜面朝向中间淋洗液通道，且双极膜和阴离子膜上分别设有供液体进出的通孔。本专利利用双极膜‑离子交换膜组合取代传统设计中的阴离子膜‑阴离子膜组合，避免使用在阴极区碱性溶液中不稳定的阴离子膜，能够提高阳抑制器的使用寿命，且设计结构简单，组装方便。

A Bipolar Membrane Cation Suppressor

The patent of the invention discloses a bipolar membrane cation suppressor in the technical field of design and manufacture of key components of analytical instrument. From top to bottom, the bipolar membrane cation suppressor includes the upper electrolytic cell cover plate, cathode electrode, upper regeneration liquid channel support surface, intermediate isolation layer, lower regeneration liquid channel support surface, anode electrode and lower electrolytic cell cover plate; the intermediate eluent channel is communicated with the lower regeneration liquid. An anionic membrane is arranged between the channels, and a bipolar membrane is arranged between the upper regeneration liquid channel and the intermediate eluent channel. The negative surface of the bipolar membrane faces the intermediate eluent channel, and the through holes for the liquid to enter and exit are arranged on the bipolar membrane and the anionic membrane respectively. This patent uses the combination of bipolar membrane and ion exchange membrane to replace the combination of anion membrane and anion membrane in traditional design, avoiding the use of unstable anion membrane in alkaline solution of cathode area, which can improve the service life of the anode suppressor, and has simple design structure and convenient assembly.

【技术实现步骤摘要】
一种双极膜阳离子抑制器
本专利技术专利分析仪器关键部件设计与制造
，具体的是一种利用电渗析和离子交换膜共同作用下实现离子的定向迁移，将离子色谱中酸洗液转变成纯水的一种双极膜阳离子抑制器。
技术介绍
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标配的检测模式，其响应原理是基于离子浓度和其离子淌度的乘积。氢离子在所有阳离子中具有最高的离子淌度，因此酸淋洗液在电导检测器中上响应值很高，因此易产生大的背景噪声，最终导致系统信噪比低。抑制器一方面可以将酸性淋洗液转变为纯水，降低背景噪声，同时可以将阳离子相伴的阴离子转变为氢氧根可以显著提高目标样品的检测信号，从而极大地提高样品分析的信噪比。电致膜抑制器是基于电解水原理生成抑制器所需的抑制离子，是目前离子色谱系统最新一代的抑制器技术。电致膜抑制器通常为三明治结构，两层离子交换膜分别将中间的淋洗液通道和两侧的再生液通道隔离开来。两个电极(阳极和阴极)分别放置于两侧再生液通道内。对于分析阳离子的阳离子电致膜抑制器而言，它采用两片完全相同的阴离子膜分别将中间的淋洗液通道与两侧的再生液通道隔离开来。在电场作用下，阴极区一侧的再生液通道内，即在阴极区水电解产生的氢氧根离子通过阴离子膜电迁移到淋洗液通道内(该电解过程中亦伴随有氢气的产生)，与酸性淋洗液(比如甲基磺酸)中的氢离子发生中和反应生产纯水；与此同时与氢离子配对的阴离子(比如甲基磺酸根)电迁移通过阳极测的阴离子膜进入到阳极区的再生液通道内。此过程即可实现对酸性淋洗液的抑制。由于纯水在电导检测器上不导电，因此电导检测器输出的背景信号很低，其背景噪声也相应的很低；当样品(比如氯化钠)进入到抑制器后，样品中的氯离子在电场作用下会电迁移通过阳极测的阴离子膜进入到阳极区的再生液通道内，而样品中的钠离子受阴极区阴离子膜的排斥而无法进入到阴极区一侧的再生液通道内而只能停留在淋洗液通道内，与阴极区电迁移来的氢氧根离子结合变成氢氧化钠。这样等摩尔的氯化钠就转变为等摩尔的氢氧化钠。而氢氧根离子的淌度远高于氯离子，因此样品氯化钠由于抑制器的作用而转变为更高响应的氢氧化钠。所以抑制器可以实现对系统信噪比的显著提高。上述提到目前报道的或商品化的电致膜阳抑制器均是采用了两片阴离子膜构建而成。但是目前商品化的阴离子膜均存在明显缺陷，就是阴离子膜在阴极区，碱性溶液中易发生降解(即广泛熟知的霍夫曼重排反应)而直接影响到抑制器的使用寿命和运行稳定性。因此目前阳离子抑制器的使用寿命明显低于相同结构的阴离子抑制器，仍需要进一步地研究。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。其特性与单纯的阴离子膜和单纯的阳离子膜明显不同，被视为区别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过渡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。该解离过程不同于水电解过程，前者不涉及到气体的产生，且解离电压比较低，而后者涉及到气体的产生，且电解电压比较高。气体的产生和工作电压下降会直接降低最终的能耗。双极膜与阴离子膜组合应用于阳离子抑制器尚未有文献报道。专利技术专利内容解决的技术问题针对现有背景中的问题，本专利技术专利提供了一种双极膜阳离子抑制器。技术方案为实现以上目的，本专利技术专利通过以下技术方案予以实现：一种双极膜阳离子抑制器，从上到下依次包括通过紧固螺钉固连的上层电解池盖板、上层再生液通道支撑面、中间隔离层、下层再生液通道支撑面以及下层电解池盖板；所述上层再生液通道支撑面、中间隔离层以及下层再生液通道支撑面的表面上分别对应设有上层再生液通道、中间淋洗液通道以及下层再生液通道以及供淋洗液、再生液相互流通的通孔；且所述上层再生液通道中设有一端与所述上层电解池盖板上连接的阴极电极，所述下层再生液通道中设有一端与所述下层电解池盖板上连接的阳极电极。所述中间淋洗液通道与下层再生液通道之间设有阴离子膜，所述上层再生液通道与中间淋洗液通道之间设有双极膜(即采用双极膜取代传统阳离子抑制器使用的阴极膜)，且所述双极膜的阳膜面和双极膜的阴膜面有方向性：双极膜阴膜面朝向中间淋洗液通道，双极膜阳膜面朝向阴极；双极膜以及所述阴离子膜上分别设有所述通孔。该双极膜阳离子抑制器抑制模式与传统阳离子抑制器产生抑制离子的方式不同。传统阳离子抑制器是基于水电解，也就是水分子发生还原反应产生抑制酸所需要的氢氧根离子，同时该产生氢气。而本专利技术专利中采用一片阴离子膜和一片双极膜，抑制离子氢氧根离子产生是基于双极膜中水分子的增强解离，而非水电解。该解离过程中不涉及任何氢气的产生。另外，由于双极膜的阴膜面朝向淋洗液通道，与阴极电极不直接接触，避免了上述可能的降解反应发生，有利于提高抑制器的使用寿命。进一步地，所述上层再生液通道、所述中间淋洗液通道处的通孔分别为淋洗液通道入口、淋洗液通道出口、再生液通道入口、再生液通道出口；所述下层再生液通道处的通孔分别为再生液通道入口和再生液通道出口；阳离子色谱柱的流出液由淋洗液通道入口流经中间淋洗液通道，从淋洗液通道出口流出进入检测池；再生液由再生液通道入口分别流经上层再生液通道和下层再生液通道后，从再生液通道出口流出进入废液。进一步地，所述阴极电极和所述阳极电极采用多孔铂电极结构。进一步地，所述阴极电极和阳极电极分别紧贴于上层再生液通道支撑面和下层再生液通道支撑面的外侧。进一步地，所述双极膜和阴离子膜在形状上为离子交换平板膜。进一步地，进入中间淋洗液通道的溶液为酸溶液，或掺杂盐溶液的酸溶液，其中酸溶液与盐溶液的摩尔比大于5万倍。进一步地，进入中间淋洗液通道的酸溶液为惰性酸，比如甲基磺酸、硫酸。进一步地，所述阴极电极和阳极电极外接恒电流源或恒电压源。进一步地，当阴离子膜更换为阳离子膜时，阳离子膜位置与双极膜位置对调，且阴极电极与阳极电极位置同时对调，此时阳离子电池膜抑制器能够作为阴离子电致膜抑制器使用。有益效果采用本专利技术专利提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：本专利技术利用可解离水的双极膜代替普通阳离子抑制器中阴极区一侧的阴离子膜，由于双极膜的阳膜面一侧位于阴极区，而双极膜阴膜面一侧与阴极区不直接接触，因此避免了传统设计中阴离子膜发生霍夫曼降解的可能，结构简单，组装方便，有效提高工作效率，并加强了离子色谱领域中酸淋洗液的在线抑制。附图说明为了更清楚地说明本专利技术专利实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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专利技术专利的一些实施例，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为本专利技术专利的工作原理示意图。图2为本专利技术专利的结构示意图。图3为本专利技术专利的组装示意图。图4为本专利技术专利的电压-电流曲线。图5为本专利技术专利双极膜阳离子抑制器抑制效率。图6为本专利技术专利双极膜阳离子抑制器日内操作重复性。图7为本专利技术不同日期离子在同一双极膜阳离子抑制器上保留时间变化表。图8为本专利技术不同日期离子在同一双极膜阳离子抑制器上峰高响应变化表。图中标号：A-上层再生液通道；B-中间淋洗液通道本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双极膜阳离子抑制器，从上到下依次包括通过紧固螺钉(14)固连的上层电解池盖板(1)、上层再生液通道支撑面(3)、中间隔离层(5)、下层再生液通道支撑面(7)以及下层电解池盖板(9)；所述上层再生液通道支撑面(3)、中间隔离层(5)以及下层再生液通道支撑面(7)的表面上分别对应设有上层再生液通道(A)、中间淋洗液通道(B)以及下层再生液通道(C)以及供淋洗液、再生液相互流通的通孔；且所述上层再生液通道(A)中设有一端与所述上层电解池盖板(1)上连接的阴极电极(2)，所述下层再生液通道(C)中设有一端与所述下层电解池盖板(9)上连接的阳极电极(8)；所述中间淋洗液通道(B)与下层再生液通道(C)之间设有阴离子膜(6)，其特征在于，所述上层再生液通道(A)与中间淋洗液通道(B)之间设有双极膜，双极膜(4)的阳膜面(401)朝向上层再生液通道(A)、双极膜的阴膜面(402)朝向中间淋洗液通道(B)，且所述双极膜(4)以及所述阴离子膜(6)上分别设有所述通孔。

【技术特征摘要】
1.一种双极膜阳离子抑制器，从上到下依次包括通过紧固螺钉(14)固连的上层电解池盖板(1)、上层再生液通道支撑面(3)、中间隔离层(5)、下层再生液通道支撑面(7)以及下层电解池盖板(9)；所述上层再生液通道支撑面(3)、中间隔离层(5)以及下层再生液通道支撑面(7)的表面上分别对应设有上层再生液通道(A)、中间淋洗液通道(B)以及下层再生液通道(C)以及供淋洗液、再生液相互流通的通孔；且所述上层再生液通道(A)中设有一端与所述上层电解池盖板(1)上连接的阴极电极(2)，所述下层再生液通道(C)中设有一端与所述下层电解池盖板(9)上连接的阳极电极(8)；所述中间淋洗液通道(B)与下层再生液通道(C)之间设有阴离子膜(6)，其特征在于，所述上层再生液通道(A)与中间淋洗液通道(B)之间设有双极膜，双极膜(4)的阳膜面(401)朝向上层再生液通道(A)、双极膜的阴膜面(402)朝向中间淋洗液通道(B)，且所述双极膜(4)以及所述阴离子膜(6)上分别设有所述通孔。2.根据权利要求1所述的一种双极膜阳离子抑制器，其特征在于：所述上层再生液通道(A)、所述中间淋洗液通道(B)处的通孔分别为淋洗液通道入口(10)、淋洗液通道出口(11)、再生液通道入口(12)、再生液通道出口(13)；所述下层再生液通道(C)处的通孔分别为再生液通道入口(12)和再生液通道出口(13)；...

【专利技术属性】
技术研发人员：章飞勇，杨德辉，
申请(专利权)人：苏州明昊色谱技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32