Pg电子平台：一种阴、阳离子双功能电致膜抑制器
1.本实用新型涉及分析仪器设备设计与制造技术领域，具体的是一种在电场和离子交换膜共同作用下实现酸溶液和碱溶液的同时抑制(或在线中和)，最终实现阴、阳离子同时分析的阴、阳离子双功能电致膜抑制器。
2.离子色谱是一种用来分析无机和有机阴、阳离子的液相色谱方法，目前已成为分析阴离子的首选方法，在环境、医药、食品和农业等领域得到了广泛应用。目前离子色谱系统应用最为普遍的检测模式为抑制型电导检测，抑制器是其中极为重要的关键部件，能够将高电导值的酸或者碱淋洗液转换成低电导值的弱酸弱碱或纯水，同时增大样品离子的检测信号，显著提高了离子色谱法的检测灵敏度。
3.电致膜抑制器是目前离子色谱系统最常用的抑制模式。它是利用电解水原理自动生成再生离子h
(或oh-)，实现对碱溶液(或酸溶液)的在线抑制。其结构呈典型的三明治结构-3个溶液通道在空间上各自独立，两侧分别为再生液通道，中间为淋洗液通道。阴、阳电极分别放置在两侧再生液通道中。
4.中间淋洗液通道与两侧再生液通道在空间上分别通过两片离子交换膜隔离开来(比如中国专利6.5、1.8)。若离子交换膜为阳离子交换膜，则得到阴离子电致膜抑制器；若离子交换膜为阴离子交换膜，则为阳离子电致膜抑制器。
5.需要指出的是，现有电致膜抑制器仅局限于分析阴离子或阳离子单种功能，不能同时实现阴、阳离子的同时分析，即阴离子抑制器只能抑制碱溶液用于分析阴离子，而阳离子抑制器只能用于抑制酸溶液用于分析阳离子。随着环保检测海量样本量的日益增加，对阴、阳离子的同时分析需求越来越多。
6.目前的有报道的解决方案是使用阴、阳两个独立电致膜抑制器并行工作。其缺陷是结构复杂，成本增加。为解决此问题，hu等人(chromatographia, 2003,57,471-474)以及后续的宋小飞等(中国专利，cn204129021u)相继公开了“一种阴阳离子多功能离子色谱抑制器”。两个报道给出的结构非常相似，均能够实现碱溶液和酸溶液的同时抑制，即能实现阴、阳离子的同时分析。但需要指出的是，上述两篇道题目提到的“多功能”其实仅有“双功能”，从操作原理和作者提供的案例和说明来看，确实只有双功能，即实现碱溶液和酸溶液的同时抑制；从结构上看，两报道所给出的电致膜抑制器相当于现有1个阴离子电致膜抑制器和1个阳离子电致膜抑制器的简单叠加，仅仅是二者共用 1个再生液通道。故此，故所述的“多功能电致膜抑制器”共有5个溶液通道。其它部件和结构与现有单一功能的电致膜抑制器完全相同。比如分别采用两片相同类型的离子交换膜制作电致膜抑制器(两片阴离子交换膜构成阳离子电致膜抑制器、两片阳离子交换膜构成阴离子电致膜抑制器)；另外，在上述论文和专利中，各溶液通道填充离子交换树脂。可能的问题是，由于离子交换树脂粒径较小，因此溶液流动时会导致较大的动力学阻力而溶液泄漏。这对于含 5个通道的双抑制器结构而言尤其显著，易导致故障率高、运行稳定性欠缺。
7.双极膜作为一种独特的离子交换膜，是阴离子交换膜和阳离子交换膜通过独特工艺紧密贴合制作而成。两片膜之间存在一个非常特殊性质的界面层。由于两片膜之间贴合的非常紧密，因此即使在安全电压作用下，该界面层也会产生极高的电场强度，故此界面层处的水分子会出现增强解离得到氢离子和氢氧根离子。在电场作用下，可以同时产生酸溶液和碱溶液。因此，双极膜法制备酸碱已实现工业化应用(见如下论文：李景林，化工管理，2015年1月， 171页；高艳荣，南开大学硕士论文-双极膜电渗析清洁制备酸、碱的研究， 2014年；董恒，化工进展，2010,29(2),217-222)。但工业应用着重于规模生产，涉及很多溶液通道并行，因此结构上更加复杂；另外，工业应用制备酸碱的溶液工作介质为高浓度无机盐溶液(比如氯化钾溶液)或酸化果汁，而非高纯度的酸溶液和碱溶液；其再生液通道所用的溶液也多为高浓度无机盐溶液。
8.本实用新型的目的在于解决现有技术的不足，提供一种阴、阳离子双功能电致膜抑制器，采用阳离子交换膜+双极膜+阴离子交换膜的组合结构。该结构仅有4个溶液通道。可同时抑制强碱和强酸溶液，实现阴阳离子的同时分析。
10.1.一种阴、阳离子双功能电致膜抑制器，其特征在于：其结构包括从上向下依次设置的上池体、阴极电极、阴离子再生液通道网屏、阳离子交换膜、阴离子淋洗液通道网屏、双极膜、阳离子淋洗液通道网屏、阴离子交换膜、阳离子再生液通道网屏、阳极电极和下池体；所述上池体和所述下池体将上述部件夹持在中间，所述上池体和下池体通过紧固螺钉固定在一起；
11.所述阴离子再生液通道网屏上设置阴离子再生液通道，在所述阴离子再生液通道的两端设置有再生溶液出入口；在所述阴离子再生液通道中设有阴极电极，所述阴极电极一端设置在所述上池体上；在所述阴离子淋洗液通道网屏上设置阴离子淋洗液通道，在所述阴离子淋洗液通道的两端设置有阴离子淋洗液出入口；在所述阳离子淋洗液通道网屏上设置阳离子淋洗液通道，在所述阳离子淋洗液通道的两端设置有阳离子淋洗液出入口；在所述阳离子再生液通道网屏上设置阳离子再生液通道，在所述阳离子再生液通道的两端设置有阳离子再生液出入口，在所述阳离子再生液通道中设有阳极电极，所述阳极电极的一端设置在所述下池体上；在所述阴离子再生液通道和阴离子淋洗液通道之间设有阳离子交换膜；在所述阴离子淋洗液通道和所述阳离子淋洗液通道之间设有双极膜；在所述阳离子淋洗液通道和阳离子再生液通道之间设有阴离子交换膜。
12.其中，所述双极膜的阳膜面朝向所述阴离子淋洗液通道，所述双极膜的阴膜面朝向阳离子淋洗液通道；在所述阳离子淋洗液通道和阳离子再生液通道之间设有阴离子交换膜；阴、阳离子色谱柱的流出淋洗液分别由阴离子淋洗液通道入口和阳离子淋洗液通道入口依次流经阴离子淋洗液通道和阳离子淋洗液通道，再从阴离子淋洗液通道出口和阳离子淋洗液通道出口流出进入下游部件-检测池 (不属于本实用新型保护的范畴，故不展开叙述)；再生液分别由阴离子再生液通道入口和阳离子再生液通道入口流经阴离子再生液通道和阳离子再生液通道后，从阴离子再生液通道出口和阳离子再生液通道出口流出进入废液。
13.进一步，所述阴极电极和阳极电极采用多孔铂电极结构，所述阴极电极和阳极电极分别紧贴于阴离子再生液通道网屏和阳离子再生液通道网屏的外侧。
14.进一步，所述阴离子淋洗液通道内贯通流过碱溶液，具体是指氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂(上述碱液浓度须≤200mm)或浓度须≤20mm的碳酸钾溶液、碳酸钠溶液中的一种；所述阳离子淋洗液通道内贯通流过酸溶液，具体是指稀硫酸(浓度须≤100mm)和甲烷磺酸溶液(浓度须≤200mm)；所述阴离子再生液通道和所述阳离子再生液通道内贯通流通过纯水或含少量杂质离子的水溶液(所含杂质离子浓度须《100mg/l)。
15.进一步，所述阴离子再生液通道网屏和阴离子淋洗液通道网屏上接枝有阴离子基团，可实现阳离子的交换；所述阴离子基团包括但不限于磺酸基、羧酸基、磷酸基；所述阴离子再生液通道网屏的离子交换容量大于阴离子淋洗液通道网屏；
16.进一步，所述阳离子再生液通道网屏和阳离子淋洗液通道网屏上接枝有阳离子基团，可实现阴离子的交换；所述阳离子基团包括但不限于季胺基、叔胺基、胍基；所述阳离子再生液通道网屏的离子交换容量大于阳离子淋洗液通道网屏的阴离子交换容量。
18.本实用新型的一种阴、阳离子双功能电致膜抑制器利用电渗析原理，结合阳离子交换膜+双极膜+阴离子交换膜的组合结构，将电致膜阴离子抑制器和电致膜阳离子抑制器集成于一体，可同时抑制碱淋洗液和酸淋洗液，实现阴、阳离子分析的同时分析。具有结构简单，性能稳定，组装方便等优势。
21.图3为本实用新型阴、阳离子双功能电致膜抑制器与阴、阳离子色谱系统联用结构示意图。
22.图4为本实用新型阴、阳离子双功能电致膜抑制器同时分析常见6种阴离子和6种阳离子色谱图。
50.以下结合本实用新型实施例中的附图具体解释本实用新型一种阴、阳离子双功能电致膜抑制器的具体实施方式。需要说明的是：本实用新型的实施不限于以下的实施方式。此外，实施例中所使用的实验方法如无特殊说明的均为常规方法；同样，实施例中所使用的材料、结构部件、试剂等如无特殊说明的均为可从商业途径得到的。基于本实用新型中的实施例，本领域的技术人员若未做出创造性改进，该技术人员所获得的所有其他实施例均属于本实用新型的保护范畴。
52.参见图1，一种阴、阳离子双功能电致膜抑制器，包括上池体1、下池体 11以及从上向下依次设置的阴离子再生液通道网屏3、阳离子交换膜4、阴离子淋洗液通道网屏5、双极膜6、阳离子淋洗液通道网屏7、阴离子交换膜8、阳离子再生液通道网屏9，所述上池体1和所述下池体11将上述部件夹持在中间，所述上池体1和所述下池体11用紧固螺钉20紧固。
53.所述阴离子再生液通道网屏3上设置阴离子再生液通道a，在所述阴离子再生液通道a的两端设置有溶液出入口，分别作为阴离子再生液通道入口12和阴离子再生液通道出口13，在所述阴离子再生液通道a中设有阴极电极2；
54.在所述阴离子淋洗液通道网屏5上设置阴离子淋洗液通道b，在所述阴离子淋洗液通道b的两端设置有溶液出入口，分别作为阴离子淋洗液通道入口 14和阴离子淋洗液通道出口15；
55.在所述阳离子淋洗液通道网屏7上设置阳离子淋洗液通道c，在所述阳离子淋洗液通道c的两端设置有溶液出入口，分别作为阳离子淋洗液通道入口 18和阳离子淋洗液通道出口19；
56.在所述阳离子再生液通道网屏9上设置阳离子再生液通道d；所述通道 d中设有阳极电极10；
57.在所述阴离子再生液通道a和阴离子淋洗液通道b之间设有阳离子交换膜 4；在所
述阴离子淋洗液通道b和所述阳离子淋洗液通道c之间设有双极膜6。其中，所述双极膜的阳膜面601朝向阴离子淋洗液通道b，所述双极膜的阴膜面602朝向阳离子淋洗液通道c；在所述阳离子淋洗液通道c和阳离子再生液通道d之间设有阴离子交换膜8。
58.将本实用新型的阴、阳离子双功能电致膜抑制器按照上述步骤和图2进行组装，所述两个淋洗液通道(阴离子淋洗液通道b和阳离子淋洗液通道c)与两个再生液通道(阴离子再生液通道a和阳离子再生液通道d)分别是相互独立的，该结构使得本实用新型的阴阳离子双功能电致膜抑制器可用时分析阴阳离子。
59.本实用新型的阴、阳离子双功能电致膜抑制器的工作模式为：阴、阳离子色谱柱的流出淋洗液分别由阴离子淋洗液通道入口14和阳离子淋洗液通道入口 18依次流经阴离子淋洗液通道b和阳离子淋洗液通道c，从阴离子淋洗液通道出口15和阳离子淋洗液通道出口19流出进入下游部件-检测池；再生液分别由阴离子再生液通道入口12和阳离子再生液通道入口16流经阴离子再生液通道 a和阳离子再生液通道d后，从阴离子再生液通道出口13和阳离子再生液通道出口17流出进入废液。
61.参见图3，在本实施例中，一种阴、阳离子双功能电致膜抑制器与阴、阳离子色谱系统联用结构示意图，虚线框内为本实用新型所述抑制器，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，不属于本实用新型保护的范畴)中的放置位置为色谱柱和电导检测器之间，阴、阳离子色谱柱的流出淋洗液分别通过本实用新型所述抑制器的阴、阳离子淋洗液通道，被抑制后流入电导检测器进行检测。同时分析 6种常见阴离子和6种常见阳离子，谱图结果详见图4所示(图4上图为阳离子分析谱图、下图为阴离子分析谱图)。由此可知，本实用新型所述抑制器可同时抑制强碱、强酸淋洗液，实现阴阳离子的同时分析。
62.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理和结构的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
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