连续再生式高效离子交换柱制造技术

一种连续再生式高效离子交换柱，属于离子色谱分析装置。其特征在于交换柱内填充有粒度为１０～１５０微米的阳离子交换树脂或阴离交换树脂，或是阳离子交换纤维或是阴离子交换纤维，纤维的长度为０．２～５毫米，或是上述离子交换树脂和离子交换纤维的任意混合物。操作过程中，利用电渗析原理对离子交换树脂或／和离子交换纤维进行连续再生。用这种离子交换柱作为离子色谱分析的抑制柱，具有色谱峰展宽作用小、动态抑制容量高、检测稳定性好、能够连续再生等优点。（*该技术在2007年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种分析装置，特别是一种用于高效离子色谱分析的离子交换柱。抑制型离子色谱法是当前测定多组分痕量离子最有效的方法之一，这种方法必须使用抑制柱来降低淋洗剂的背景电导。通常使用的抑制柱为填充离子交换柱，这类抑制柱的缺点是柱子内的离子交换树脂必须周期性地进行再生，而且色谱峰在柱内展宽作用较大。目前已有中空离子交换纤维抑制柱，解决了抑制柱必须周期再生的问题。但中空纤维抑制柱管必须长3米，管壁厚度需薄至10微米，不仅工艺复杂，而且管子易破裂，还存在动态抑制容量低，再生液消耗量大等缺点。日本专利特公昭57-69251，57-69252，及EP69285和中国专利申请号85102998中公开了用电渗析器作抑制器，用于阴阳离子色谱分析。它由两张离子交换膜构成抑制室，两张离子交换膜的另一侧面分别为阳极室和阴极室，在阳极室和阴极室内设有电极。根据电渗析原理，在电场和膜的作用下，离子作定向迁移而选择性地通过离子交换膜，除去淋洗液中高电导离子，使淋洗液转化为低电导物质。但是，该装置在使用时色谱峰展宽作用较大，而且由于电极表面的极化和气泡积累等原因，会引起工作电流波动，造成抑制柱动态抑制容量变化，对测定的稳定性带来不良影响。另外，由于抑制后的淋洗液为低电导液，膜间的电阻较高，这就要求施加较高的电压，而较高的电压将产生较大的热量，这对测定也会带来不良影响。本专利技术目的是提供一种降低膜间电阻、测定性能稳定、动态抑制容量高和色谱峰展宽作用较小的连续再生式离子交换柱。实现本专利技术的要点是，在膜间填充微粒离子交换树脂和/或离子交换短纤维。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。该装置由交换柱、进液孔、阴极室、电极、排气孔、支撑板、排液孔、阳极室、壳体、离子交换膜组成。交换柱是由两张相同类型的离子交换膜和离子交换树脂连同壳体构成的，离子交换膜紧贴在多孔支撑板的一个侧面上，支撑板的另一侧面与壳体分别构成阴极室和阳极室，在阴极室和阳极室内充满电解质溶液，电极装在阴极室和阳极室内，电极与直流电源相接，电极最好选用钛镀铑电极或铂电极。交换柱中填充的离子交换剂是粒度为10～150微米的阳离子交换树脂或阴离子交换树脂(如聚丙烯酸型阳离子交换树脂、聚苯乙烯-二乙烯基苯磷酸型或磺酸型阳离子交换树脂、聚苯乙烯-二乙烯基苯季铵型或叔铵型阴离子交换树脂，聚丙烯酰胺衍生物系列阴离子交换树脂)，或是离子交换纤维(聚丙烯或聚氯乙烯类接枝型阴离子或阳离子交换纤维)，或是上述离子交换树脂和离子交换纤维的混合物，上述阳离子交换树脂的交换容量最好选用0.05～6毫克当量/克，阴离子交换树脂的交换容量最好选用0.05～4.5毫克当量/克。所说的离子交换纤维的长度为0.2～5毫米、直径为5～100微米，交换容量为0.05～4毫克当量/克。支撑板对离子交换膜起固定作用，使柱体内的离子交换剂床层稳定，并使膜不易破损，使测定性能稳定，支撑板的材质选用硬质耐腐蚀绝缘材料，如工程塑料、陶瓷等，其开孔率为10～80%，孔径为0.1～3毫米。壳体为硬质工程塑料，通常用硬质聚氯乙烯塑料。在作离子色谱分析时，此阴(或阳)离子交换柱串联在阳(或阴)离子分离柱和电导检测器之间。下面以稀HNO3水溶液作淋洗剂分析一价阳离子为例，说明本专利技术的工作原理。在淋洗剂和含有一价阳离子(C+)的样品流经柱体时，一价阳离子将和柱内的阴离子交换剂(R+OH-)发生以下反应在阴极室内充满1%四甲庋趸芤海诘绯∽饔孟禄岱⑸缃夥从Σ鶲H-OH-在电场力的推动下，透过阴离子交换膜进入柱体，使阴离子交换剂再生，恢复其交换能力，反应式如下游离出的NO-3在电场力的推动下，透过阴离子交换膜进入阳极室。阳极室内亦充满1%四甲基氢氧化铵水溶液。在阳极室内发生的电解反应为因此，本阴离子交换柱的作用是能长期地连续去除阴离子，并将阳离子的盐转化为相应的氢氧化物，供电导检测。本专利技术的连续再生式阳离子交换柱，其原理和使用方法与上述类同。但其柱体内填充高效阳离子交换剂、柱体内相对两壁为阳离子交换膜、电解液为稀硝酸溶液。其作用是长期地连续除去淋洗剂中金属阳离子而无需周期性地对离子交换树脂进行再生。因为本专利技术在离子交换柱中填充了高效离子交换剂，从而减少了流动相传质效应对色谱峰展宽的影响，满足了高效离子色谱分析的要求;填充的高效离子交换剂具有较高的交换容量，填充在两张离子交换膜之间起了离子传递体的作用，将两张离子交换膜之间的电阻降低了10倍以上，从而降低了施加电压;减少了抑制过程中温度的升高，有利于提高检测的稳定性;高效离子交换剂的填充也增加了动态抑制容量，有效地消除了由于工作电流波动对抑制效果的影响，也改善了检测的稳定性。例一.连续再生式高效阴离子交换柱用于多组分痕量阳离子分析。其装置如图2所示，为淋洗液储瓶;为输液泵;为进样阀;为阳离子分离柱;为本专利技术的连续再生式高效阴离子交换柱;为电导检测器。的交换柱内填充40～60微米的交联度为10%聚苯乙烯-二乙烯基苯型强碱性阴离子交换树脂(核工业部北京第五研究所产品，代号204树脂，合成法参见，陆显尧、袁斯鸣等“加压离子交换用304×8强碱性304×8弱碱性阴树脂的合成”，全国第一届高压离子交换色谱会资料，兰州，1978年10月)，其交换容量为4.1毫克当量/克，阴离子交换膜的有效面积为4厘米2，工作电流为40毫安，电解液为1%四甲基氢氧化铵水溶液。色谱条件淋洗液为6mM HNO3，流速为2ml/min。所得色谱图如图3所示。例二.连续再生式高效阳离子交换柱用于多组分痕量阴离子分析。其装置与附图2类似，但为阴离子分离柱，为本专利技术的连续再生式高效阳离子交换柱，交换柱内填充40～50微米直径的交联度为10%聚苯乙烯-二乙烯基苯型强酸性阳离子交换树脂、交换容量4.1毫克当量/克(核工业部北京第五研究所产品，代号2×10树脂，合成参见，陆显尧、袁斯鸣，铀矿选冶，NO4，1-30 1978)。阳离子交换膜的有效面积为6厘米2，工作电流80毫安，电解液为0.1%HNO3水溶液。色谱条件淋洗液为3mM NaHCO3/2.4mM Na2CO3水溶液，流速为3ml/min。所得的色谱图如图4所示。例三.连续再生式阴离子交换纤维交换柱用于多组分痕量阳离子的分析。其装置和实验条件与例一相同，但连续再生式高效阴离子交换柱的柱体内填充聚丙烯-苯乙烯接枝型强碱性阴离子交换纤维，纤维长度为0.5～2毫米、直径10～15微米，交换容量1.8毫克当量/克(核工业部北京第五研究所产品，合成方法参见，周绍箕、田琴芝等“辐射接枝法制备几种离子交换纤维的研究”，全国辐射研究与辐射工艺学会第一次学术报告会论文选编，P107页，上海科学技术出版社出版，1983年)。所得的色谱图与图3相似。例四.连续再生式阳离子交换纤维交换柱用于多组分痕量阳离子的分析。其装置和实验条件与例二相同，但连续再生式高效阳离子交换柱的柱体内填充聚丙烯-苯乙烯接枝型强碱性阳离子交换纤维，纤维长度为0.5～2毫米、直径10～15微米，交换容量3.0毫克当量/克(北京第五研究所产品，合成方法参见例三注)。所得的色谱图与图4相似。 连续再生式阳离子交换纤维与阴离子交换树脂混合交换柱用于多组分痕量阳离子分析。其装置和实验条件与例一相同，但连续再生式高效本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连续再生式高效离子交换柱，由两张离子交换膜［１０］之间构成交换柱［１］，两张离子交换膜的另一侧面分别为阴极室［３］和阳极室［８］，在阴极室和阳极室内设有电极［４］并充有电解液［１２］，交换柱［１］内填充离子交换剂［１１］，本专利技术的特征在于：ａ．交换柱［１］内填充的离子交换剂是粒度为１０～１５０微米的阳离子交换树脂或阴离子交换树脂、或是直径为５～１００微米，长度为０．２～５毫米的离子交换纤维，或是上述离子交换树脂和离子交换纤维的混合物，ｂ．离子交换膜［２］紧贴在多孔支撑板［６］上，其开孔率为１０～８０％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘开录，袁斯鸣，赵文兰，高捷，
申请(专利权)人：核工业部北京第五研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]