[发明专利]一种离子色谱碳酸盐淋洗液浓度比例调节装置及方法

说明书

本发明公开了分析仪器设备设计与制造技术领域的一种离子色谱碳酸盐淋洗液浓度比例调节装置及方法，本发明包括紧固螺钉、紧固钢板、阳极电极接头、阴极电极接头、阳极区再生液通道、阴极区再生液入口、阴极区再生液通道、中间淋洗液通道、阳极电极片、m层阴离子膜、双极膜、n层阳离子膜、阴极电极片、阳极区电解池体、中间电解池体、阴极区电解池体、其原理是当起始淋洗液为一定浓度碳酸盐溶液时，施加一恒定电流时，在电场作用下，碳酸盐淋洗液中的部分金属离子被氢离子所置换而迁移至阴极区，从而改变碳酸盐和碳酸氢盐的比例，以期达到最佳色谱分离效果，调节比例大小正比于所施加的电流大小，可调节≥10mmol/L的碳酸盐溶液。

技术领域

本发明属于分析仪器设备设计与制造技术领域；具体是一种离子色谱碳酸盐淋洗液浓度比例调节装置。

背景技术

离子色谱是液相色谱的一个分支，主要用于离子态化合物的分离分析，是目前分析无机阴离子的首选技术，在无机金属阳离子分析中也具有一定的优势。离子交换选择系数决定溶质从固定相上取代淋洗液离子的程度，当淋洗离子与固定相之间相互作用的程度改变时，保留和选择性也在改变。影响相互作用的主要因素包括淋洗液和溶质的水合焓和水合熵、极化度、电荷数、大小和结构。在阴离子分离中，淋洗液中的阴离子为有效淋洗离子。从抑制的角度考虑，选用的淋洗液阴离子须为弱酸根，即易质子化，与氢离子结合生成弱离解的弱酸；另外，淋洗液须提供合理的洗脱能力，要求能在合理时间内将目标离子从固定相上洗脱下来。目前分离阴离子最常用的淋洗液类型为氢氧化钾、碳酸钾(多为碳酸钾/碳酸氢钾混合溶液)。其中，碳酸钾淋洗液由于洗脱能力强(可在等度模式下实现不同价态离子的同时洗脱)、相对温和、选择性可通过调节碳酸钾/碳酸氢钾比例改变等优势，因此，在抑制型离子色谱系统中，碳酸钾/碳酸氢钾混合溶液应用非常广泛。碳酸根(CO₃^2-)和碳酸氢根(HCO₃^-)都容易质子化形成弱电导的碳酸，简单地改变碳酸CO₃^2-和HCO₃^-的比例或浓度可以灵活的改变分离选择性。

双极膜(BPM)是一种特殊类型的离子交换膜，它是由一层阳离子膜和一层阴离子膜通过特殊工艺压缩而成。在双极膜的阳离子膜和阴离子膜交界处，存在一个特殊的界面层，其厚度约在纳米量级。因此，当施加电场后(即使在很低电压下)，界面层也会产生极高的电场强度，界面层中存在的水分子发生所谓的增强水解离，即水分子解离为生氢离子(H+)和氢氧根离子(OH-)。常规的水分子解离常数为10^-14。相关研究表明，BPM界面层的水解离常数可增加五千万倍。在此过程中无电解气产生，因此其能耗低于常见的水电解。双极膜水解离技术可以将水溶性盐转化为其相应的酸和碱，该方法将双极膜与常规的阳离子和/或阴离子交换膜结合使用。前期专利(CN109136975A)公开了“双膜型酸或碱溶液在线发生器”，采用类似双膜型结构，结合双极膜构建了淋洗液在线发生器，可用于液相色谱、离子色谱领域中高纯酸或碱淋洗液的在线制备。但该方法只能产生酸淋洗液或碱淋洗液，无法直接产生盐淋洗液(比如碳酸钾)，更无法通过改变电流产生不同浓度比例的碳酸盐、碳酸氢盐混合淋洗液。目前人工配置不同比例碳酸盐、碳酸氢盐混合淋洗液耗时耗力，效率低。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种离子色谱碳酸盐淋洗液浓度比例调节装置，其基本结构为三明治结构，阳极区再生液通道、中间淋洗液通道和阴极区再生液通道，使用m层阴离子膜(m≥3)+双极膜、n层阳离子膜(n≥4)分别将阳极区再生液通道和阴极区再生液通道与中间通道在空间上隔离开来，其中，双极膜放置具有方向性，其阳离子膜面朝向中间通道，而其阴离子膜面紧贴m层阴离子膜朝向阳极区方向，而n层阳离子膜放置于阴极区一侧，通过电渗析原理将碳酸盐中部分金属离子替换成氢离子，从而调节碳酸盐成分比例的一种装置。