[发明专利]溶液pH的电化学原位调控方法有效

专利信息
申请号: 200910111081.1 申请日: 2009-02-20
公开(公告)号: CN101813949A 公开(公告)日: 2010-08-25
发明(设计)人: 毛秉伟;王永春;田昭武;汝英明;苏建加 申请(专利权)人: 厦门大学
主分类号: G05D21/02 分类号: G05D21/02
代理公司: 厦门南强之路专利事务所 35200 代理人: 马应森
地址: 361005 *** 国省代码: 福建;35
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摘要:
搜索关键词: 溶液 ph 电化学 原位 调控 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及一种电化学调控溶液pH的技术,尤其是涉及一种在不改变体积、不需要额 外反应物、不产生氢气和氧气的情况下,原位、实时、循环和大幅度调控溶液pH的方法和 装置。

背景技术

环境的pH对众多的化学和生物过程起着极为重要的作用。许多有机反应的热力学和动 力学与氢离子浓度密切相关;代谢过程与胞外环境的pH有关,各种酶的活性,尤其是生命 遗传物质DNA中氢键的稳定性也直接依赖于环境的pH。研究各种pH依赖的动力学过程、 分离和检测pH敏感的两性蛋白质,以及进行需要在酸、碱循环变化中得以实现的重要生物 过程和纳米制备,皆依赖于在不改变体积的前提下溶液整体pH的原位和时、空调控性。

现有溶液pH的调节有以下几种方法:1)配置缓冲溶液,能严格pH控制值,但不能原位 调控,仅适合特定的反应;2)通过酸、碱滴加,可以实时改变溶液的pH值,[Jacobsen,C.F.; Le′onis,J.;-Lang,K.;Ottesen,M.In Methods of Biochemical Analysis;Glick,D.,Ed.; Interscience Publishers:New York,1957;Vol.4,pp 171-210.]但同时伴随着研究体系的体积改 变,降低研究物质的浓度,而且这种方法难以实现在微流控芯片中的溶液pH的调控;3)电 极反应产生或消耗H+,可以改变溶液局部的pH值,但通常需要引入不希望的副反应,污染 研究体系,而且若副产物为氢气和氧气时,它们的析出可能造成微反应器中电流回路的断路 问题;4)利用Pd电极上的还原吸氢和氧化脱氢,不需另加反应物,反应体系简单而清洁, 但氢的吸入和脱出量十分有限,难以大幅度改变溶液全局的pH值。[MorimotoK.Automatic Electrochemical Micro-pH-Stat for Biomicrosystems[J].Anal.Chem.,2008,80:905-914]此外, 在等电聚焦电泳技术中,通过两性化合物的比例配置和固定,可以造成pH梯度,用于不同等 电点的蛋白质的分离或检测。但是,这种pH调控不具有时间调控性。总之,现有pH调控方 法皆无法在不改变溶液体积或不引入氢气和氧气析出的情况下,原位、实时和大幅度调控溶 液全局的pH值。

发明内容

本发明的目的在于针对现有pH调控方法皆无法在不改变溶液体积或不引入氢气和氧气 析出的情况下,原位、实时和大幅度调控溶液全局的pH值,提供一种原位、实时调控溶液 全局的溶液pH的电化学原位调控方法和装置。

本发明所述的溶液pH的电化学原位调控装置设有电解池、恒电流仪,电解池内设有至 少2片钯金属膜,钯金属膜将电解池隔离成多个电极室,电极室通过导电性透氢膜互为串联, 电极室中充有电解质溶液,最外的两个电极室分别连接2个Ag/AgCl电极,2个Ag/AgCl电 极与恒电流仪电连接。

所述的透氢膜可以是电子导体,或离子导体与电子导体的复合,以垫片的形式通过挤压、 粘结等方式密闭或半开放性地连接电极室,形成至少两个正、负相间的电极室。所述的电子 导体可采用Pd膜或金属氢化物膜等;离子导体可采用阳离子交换树脂膜或阴离子交换树脂 膜;

电极室为至少2个正相与负相间的电极室,通过恒电位或恒电流的方式使2个Ag/AgCl 电极间发生极化,控制电流的大小、时间和极性,可使串联电极室的溶液pH值按要求发生 交替变化,即膜的阳极侧所在的电极室pH降低,阴极侧所在的电极室pH升高。

本发明所述的溶液pH的电化学原位调控方法包括以下步骤:

1)接好溶液pH的电化学原位调控装置,将恒电流仪的正负极分别与双电极室电解池中 2个Ag/AgCl电极相连椄,向两侧电极室中分别加入氯化钠溶液,并插入微型Pd-H电极和饱 和甘汞电极(SCE)用以监测溶液的pH变化;

2)按左负右正的极性在2个Ag/AgCl电极之间加上恒定的极化电流,此时左电极室的 Pd膜作为阳极,Pd膜体相中的原子氢扩散到表面而被氧化为H+,使溶液pH降低,同时辅 助电极上AgCl被还原为Ag;同理,右电极室的Pd膜表面作为阴极,H+还原反应为氢原子, 吸附到Pd膜表面后进入Pd膜体相,使溶液pH升高,同时辅助电极上的Ag被氧化为AgCl;

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