離子色譜電勢差檢測池的製作方法
2023-05-19 23:01:21
專利名稱：離子色譜電勢差檢測池的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電勢差檢測設備，尤其是涉及一種離子色譜直流電勢差檢測池。
背景技術：
電導檢測器是離子色譜最通用的檢測器，其原理是檢測流經電導池內被測離子的電導來表徵體系中被測離子的濃度。由於檢測對象是溶液體系，不能像測量固態電阻直接在測量體系中施加一直流激勵信號(電壓或電流)再通過檢測在激勵信號下流過體系的電流或產生的電勢差來表徵體系的電導(或電阻)的大小，因為在測量溶液電導(或電阻)時施加直流信號會引起電解，導致被測溶液成分的汙染；也會產生電極極化，引起實際檢測信號的偏差。為了克服上述困難，現有的離子色譜電導檢測器均採用對檢測池施加較高頻率交流激勵信號(方波或正弦波)，例如D.E.Johnson(D.E.Johnson.Anal.Chem，1970，42329～335)提出了兩電極雙脈衝電導檢測器。該檢測器採用對兩電極檢測池施加高頻(周期40μS)等幅但極性相反的雙脈衝電壓為激勵信號，並在第二脈衝終止前進行電流採樣，通過採樣的電流值表徵被測溶液的電導。據分析該採樣電流不受雙層電容及電極極化的影響。但採用交流信號為激勵信號的缺點是檢測電路複雜，含有信號發生，放大，採樣或整流，濾波等多個單元，此外據理論分析，採樣的同時也難以完全消除雙層電容及電極極化的影響。為了更好地消除電極極化和雙層電容對溶液電導(或電阻)測量的影響，牟世芬等(牟世芬，劉開錄.離子色譜，北京科學出版社，1986164)介紹了一種四電極(或五電極)的電導檢測器，該電導檢測器分別由一對電極承擔向電導池中被測溶液施加激勵信號，由另一對電極承擔電導池中某兩固定位置上的恆定電勢控制，該對電極與高輸入阻抗的電子電路聯結，電極上幾乎無外電流流過，通過測量恆定電勢控制下被測溶液的電流值表徵被測溶液的電導，較好地消除了電極極化和雙電層電容對測量的影響。由於承擔施加激勵信號的一對電極和承擔恆電勢控制的另一對電極是在同一流通的液體流路，若施加的激勵信號是直流信號，則在施加激勵信號的電極上發生的電化學反應的產物(如氣泡)就可以流到控制恆定電勢的兩個電極所在區間，幹擾了測量。因此電路依舊採用交流激勵信號，同樣存在以交流為激勵信號時電路複雜的缺點。早在1976年，R.Colton(R.Colton.J.Chem.Ed.1976，53130-132)就提出一種直流四電極的電導檢測池作為教學儀器，該電導檢測池分別由一對電流電極承擔向電導池中被測溶液施加一定直流電流，由另一對電極承擔檢測電導池中某兩固定位置上的直流電勢差，通過該電勢差表徵被測溶液的電導，該對電極與高輸入阻抗的電勢差檢測裝置聯結，電極上幾乎無外電流流過，較好地消除了電極極化和雙電層充電對測量的影響。由於採用了直流電流為激勵信號，因此檢測電路較為簡單。但該電導檢測池只適用於教學儀器或被測溶液是相對靜止的系統，不能作為離子色譜的電導檢測池，因為電流電極上發生的電化學反應產物同樣在流動體系中會被帶到電勢差檢測電極所在的區間，幹擾檢測。同時該電導檢測池要求為了避免電流電極極化的影響，電流電極與電勢檢測電極應有較大的距離，使得檢測池死體積大，不能作為離子色譜的電導檢測池。
發明內容
本發明的目的在於針對現有的離子色譜電導檢測池必須採用交流為激勵信號，因此其電路複雜，存在電化學極化引起誤差，原直流四電極的電導檢測池不能作為離子色譜檢測池等缺點，提供一種用於離子色譜直流電勢差檢測的離子色譜電勢差檢測池。
本發明設有陽極室、陰極室和檢測室，陽極室內設有工作電極，陽極室設有流動溶液的入口和出口；陰極室內設有工作電極，陰極室設有流動溶液的入口和出口；檢測室內設有1對檢測電極，檢測室設有流動溶液的入口和出口；陽極室與檢測室之間，陰極室與檢測室之間分別設有離子交換膜，設於陽極室內的工作電極和設於陰極室內的工作電極外接恆電流源，恆電流源向流經檢測室的被測溶液施加恆定直流電流；設於檢測室內的1對檢測電極外接電勢差採樣電路，直接採集該對檢測電極間的直流電勢差。
與現有的離子色譜電導檢測器相比，採用本發明為檢測池的離子色譜電勢差檢測器，既克服了電極極化及雙層電容的影響，又可以採用簡單的直流電勢差採樣電路。
圖1為本發明實施例的結構組成示意圖。
具體實施例方式
參見圖1，本發明實施例設有陽極室1、陰極室5和檢測室9，陽極室1內設有工作電極2，陽極室1設有流動溶液的入口3和出口4。陰極室5內設有工作電極6，陰極室5設有流動溶液的入口7和出口8。檢測室9內設有1對檢測電極10和11，檢測室9設有流動溶液的入口14和出口15。陽極室1與檢測室9之間，陰極室5與檢測室9之間分別設有離子交換膜12和13。當檢測陰離子時，離子交換膜採用陽離子交換膜；當檢測陽離子時，離子交換膜採用陰離子交換膜。設於陽極室1內的工作電極2和設於陰極室5內的工作電極6外接恆電流源16，恆電流源16向流經檢測室9的被測溶液施加恆定直流電流；設於檢測室9內的1對檢測電極10和11外接電勢差採樣電路17，直接採集該對檢測電極間的電勢差。
本發明的具體工作流程如下來自離子色譜分離柱和抑制器的淋洗液(例如Na2CO3溶液經抑制器後轉化為H2CO3溶液)帶著被測組分(例如NaCl溶液經抑制器後轉化為HCl溶液)從檢測室的流動溶液的入口14流入檢測室9。由於檢測室9中施加的是直流恆定電流，據歐姆定律，檢測電極10和11檢測到的電勢差與流經檢測室9的溶液的電阻成正比。被測溶液在檢測室9被檢測後由檢測室的流動溶液出口15流出，同時由陽極室1的流動溶液入口3被引入陽極室1，提供陽極發生電化學反應所需的H2O，此時陽極上發生如下反應 被測溶液帶著電解產生的O2由陽極室的流動溶液出口4流出後，由陰極室的流動溶液入口7被引入陰極提供陰極發生電化學反應所需的H2O。
2H2O+2e2OH-+H2(g)最後被測溶液帶著電解產生的O2，H2(很微量)由陰極室作為廢液由陰極室的流動溶液出口8排出。
陽極電解產生的H+在電場的驅動下穿過陽離子交換膜12，經過檢測室9再穿過陽離子交換膜13進入陰極室5與陰極室電解產生的OH-結合成H2O。
由於整個恆電流迴路是由恆電流源通過工作電極2和6施加在流動的被測溶液，而檢測電極10和11幾乎沒有電流流過，檢測電極上不發生電化學反應，不產生電化學極化，因此檢測電極10與11間的電勢差準確地表徵檢測電極10與11間的溶液電阻。由於離子交換膜的阻隔，工作電極2和6上所發生的電化學反應的產物(如O2，H2)不會進入檢測室汙染流經檢測室的被測溶液。離子色譜電勢差檢測池採用的外接直流電勢差採樣電路直接、簡單，取代原來電導檢測器複雜的交流檢測電路。
權利要求
1.離子色譜電勢差檢測池，其特徵在於設有陽極室、陰極室和檢測室，陽極室內設有工作電極，陽極室設有流動溶液的入口和出口；陰極室內設有工作電極，陰極室設有流動溶液的入口和出口；檢測室內設有1對檢測電極，檢測室設有流動溶液的入口和出口；陽極室與檢測室之間，陰極室與檢測室之間分別設有離子交換膜，設於陽極室內的工作電極和設於陰極室內的工作電極外接恆電流源，恆電流源向流經檢測室的被測溶液施加恆定直流電流；設於檢測室內的1對檢測電極外接直流電勢差採樣電路。
全文摘要
離子色譜電勢差檢測池，涉及一種電勢差檢測設備。提供一種用於離子色譜直流電勢差檢測的離子色譜電勢差檢測池。設有陽極室、陰極室和檢測室，陽極室內設工作電極，陽極室設流動溶液的入口和出口；陰極室內設工作電極，陰極室設流動溶液的入口和出口；檢測室內設1對檢測電極，檢測室設流動溶液的入口和出口；陽極室與檢測室之間，陰極室與檢測室之間分別設離子交換膜，設於陽極室內的工作電極和設於陰極室內的工作電極外接恆電流源，恆電流源向流經檢測室的被測溶液施加恆定直流電流；設於檢測室內的1對檢測電極外接電勢差採樣電路，直接採集該對檢測電極間的直流電勢差。既克服電極極化及雙層電容的影響，又可採用簡單的直流電勢差採樣電路。
文檔編號G01N30/64GK101017162SQ200710008600
公開日2007年8月15日 申請日期2007年2月8日 優先權日2007年2月8日
發明者胡榮宗, 黃維雄, 陳華賓 申請人:廈門大學