多電極電解裝置和方法
【專利說明】多電極電解裝置和方法
發(fā)明背景
[0001]在美國(guó)專利4，999，098或5，352，360中描述了一種夾層式電解抑制器，該電解抑制器由限定了三個(gè)通道的兩個(gè)相同電荷的膜組成。中央通道是樣品流動(dòng)通道，而外部?jī)蓚?cè)的通道是再生物流動(dòng)通道。電流在放置于這些再生物流動(dòng)通道的每一個(gè)中的電極之間通過，以輔助在再生物流動(dòng)通道中從水分裂反應(yīng)產(chǎn)生電解離子，即水合氫離子和氫氧根。典型地具有與膜離子交換篩網(wǎng)相同電荷的離子交換篩網(wǎng)放置在這三個(gè)通道的每一個(gè)中。含有待分離的具有正或負(fù)一種電荷的分析物離子的樣品的一種水性洗脫液流在一種水性洗脫液中流動(dòng)通過該樣品流動(dòng)通道。電解離子交換對(duì)于樣品分析物離子的洗脫液抗衡離子，由此將洗脫液轉(zhuǎn)化為抑制的(弱電離的)形式。樣品分析物抗衡離子也交換電解離子。例如，對(duì)于用氫氧化鈉作為洗脫液的陰離子分析，鈉離子(樣品抗衡離子)用水合氫離子進(jìn)行交換，由此將氫氧化鈉轉(zhuǎn)化為水。在上述設(shè)置中，抑制器在陽(yáng)極供應(yīng)水合氫離子，這些水合氫離子流動(dòng)通過相鄰的帶負(fù)電的磺化膜以將樣品流中的鈉離子移除到陰極側(cè)上。這種電解抑制器在離子去除方面具有定向性。換言之，對(duì)于陰離子分析而言，離子移動(dòng)是在一個(gè)從陽(yáng)極到陰極的方向上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例為一種電解裝置，包括(a) —個(gè)中央的樣品流動(dòng)通道，該樣品流動(dòng)通道具有一個(gè)入口和一個(gè)出口 ；(b) —個(gè)第一再生物流動(dòng)通道，該第一再生物流動(dòng)通道具有一個(gè)入口和一個(gè)出口 ；(c) 一個(gè)第二再生物流動(dòng)通道，該第二再生物流動(dòng)通道具有一個(gè)入口和一個(gè)出口 ；(d) —個(gè)第一帶電屏障，該第一帶電屏障具有可交換的離子、能夠使帶正或負(fù)一種電荷的離子通過并且能夠阻擋主體液體流動(dòng)、布置在所述樣品流動(dòng)通道與第一再生物流動(dòng)通道之間；(e) —個(gè)第二帶電屏障，該第二帶電屏障具有可交換的離子、能夠使帶有與所述第一帶電屏障可交換離子相同正或負(fù)電荷的離子通過并且能夠阻擋主體液體流動(dòng)、布置在所述樣品流動(dòng)通道與所述第二再生物流動(dòng)通道之間；(f) 一個(gè)第一對(duì)的第一和第二間隔開的電極，該第一對(duì)電極布置在所述第一再生物流動(dòng)通道中；以及(g) —個(gè)第二對(duì)的第三和第四間隔開的電極，該第二對(duì)電極布置在所述第二再生物流動(dòng)通道中。
[0003]在另一個(gè)實(shí)施例中，上述電解裝置用在一種電解方法(例如，抑制)中。該方法包括:(a)使一個(gè)電流在具有彼此相反電荷的該第一與第二電極之間通過；(b)使一個(gè)電流在具有彼此相反電荷的該第三與第四電極之間通過；并且(C)使一種含有樣品的水性液體流流動(dòng)通過該樣品流動(dòng)通道。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的電解裝置的第二實(shí)施例包括:(a) 一個(gè)中央的樣品流動(dòng)通道，該樣品流動(dòng)通道具有一個(gè)入口和一個(gè)出口 ；(b) —個(gè)布置在所述中央的樣品流動(dòng)通道中的第一電極；(C) 一個(gè)第一再生物流動(dòng)通道，該第一再生物流動(dòng)通道具有一個(gè)入口和一個(gè)出口 ；(d) 一個(gè)第二再生物流動(dòng)通道，該第二再生物流動(dòng)通道具有一個(gè)入口和一個(gè)出口 ；(e) —個(gè)第一帶電屏障，該第一帶電屏障具有可交換的離子、能夠使帶正或負(fù)一種電荷的離子通過并且能夠阻擋主體液體流動(dòng)、布置在所述樣品流動(dòng)通道與第一再生物流動(dòng)通道之間；(f)一個(gè)第二帶電屏障，該第二帶電屏障具有可交換的離子、能夠使帶有與所述第一帶電屏障可交換離子相同正或負(fù)電荷的離子通過并且能夠阻擋主體液體流動(dòng)、布置在所述樣品流動(dòng)通道與第二再生物流動(dòng)通道之間；以及(g)相應(yīng)地布置在所述第一和第二再生物流動(dòng)通道中的第二和第三電極。
[0005]在另一個(gè)實(shí)施例中，該第二電解裝置用在一種電解方法中，該方法包括:(a)使電流在具有彼此相反極性的所述第一與第二電極之間以及在具有彼此相反極性的所述第一與第三電極之間通過，所述第二和第三電極具有相同的極性；并且(b)使一種含有樣品的水性液體流流動(dòng)通過所述樣品流動(dòng)通道。
附圖簡(jiǎn)要說明
[0006]圖1是本發(fā)明的電解裝置的一種兩通道實(shí)施例的示意圖。
[0007]圖2是本發(fā)明的電解裝置的一種三通道實(shí)施例的示意圖。
[0008]圖3A和3B分別是圖1的裝置的矩形電極構(gòu)型的頂部和底部視圖。
[0009]圖4A和4B展示了具有不同極性的圖1的裝置的圓形電極構(gòu)型。
[0010]圖5A和5B展示了根據(jù)本發(fā)明的電極的電極場(chǎng)線。
[0011]圖6A展示了一個(gè)陽(yáng)離子交換表面的消耗和再生循環(huán)，而圖6B展示了對(duì)于圖1和2的裝置的電解反應(yīng)。
[0012]圖7A、7B和7C展示了用于根據(jù)本發(fā)明的圖1和2的電解裝置的一個(gè)陽(yáng)離子交換表面的離子交換消耗和再生的示意圖。
[0013]圖8展示了具有依照本發(fā)明的三電極構(gòu)型的本發(fā)明裝置。
[0014]圖9和10展示了使用本發(fā)明的電解裝置的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
[0015]貫穿附圖，類似的參考數(shù)字指代對(duì)應(yīng)的部分。
實(shí)施方式的詳細(xì)說明
[0016]在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的電解裝置用作在一個(gè)抑制器離子色譜系統(tǒng)中的電解抑制器。抑制器的目的是降低分析流背景的電導(dǎo)率和噪音，同時(shí)增強(qiáng)分析物的電導(dǎo)率(即，提高信噪比)，同時(shí)保持色譜效率。
[0017]用于進(jìn)行本發(fā)明的簡(jiǎn)化的設(shè)備是類似于在美國(guó)專利號(hào)5，352，360的圖1中圖解的抑制型離子色譜系統(tǒng)，該專利通過引用而結(jié)合。該系統(tǒng)包括一個(gè)色譜分離器，典型地處于用色譜分離介質(zhì)填充的色譜柱的形式。在一個(gè)實(shí)施例中，此類介質(zhì)是處于離子交換樹脂的填充床的形式。在另一個(gè)實(shí)施例中，該分離介質(zhì)是基本上不具有永久附接的離子交換位點(diǎn)的一種多孔疏水色譜樹脂。另一種系統(tǒng)用于如在美國(guó)專利號(hào)4，265，634中描述的流動(dòng)相離子色譜(MPIC)。使一種形成離子交換位點(diǎn)的化合物，包括疏水部分和離子交換位點(diǎn)，穿過該柱并且反向吸附到樹脂中以產(chǎn)生離子交換位點(diǎn)。
[0018]如在’ 360專利的圖1中所示，與該色譜柱串聯(lián)安排的是一個(gè)夾層膜抑制器，該夾層膜抑制器用于將來(lái)自柱的洗脫液的電解質(zhì)的電導(dǎo)率抑制到弱電離形式但是不抑制所分離的離子的電導(dǎo)率。
[0019]來(lái)自抑制器的流出物被引導(dǎo)到一個(gè)檢測(cè)器，優(yōu)選處于流通式電導(dǎo)池的形式，用于從其中檢測(cè)所有解析的(分離的)離子種類。一個(gè)適合的樣品，例如含有用于陰離子分析的分析物陰離子，是通過一個(gè)樣品注入閥供應(yīng)的并且在一種洗脫液溶液中穿過該系統(tǒng)，例如從一個(gè)洗脫液來(lái)源(例如儲(chǔ)器)由泵抽出的一種堿(如氫氧化鈉)的水溶液。洗脫液流可以包括樣品分析物和顯影劑電解質(zhì)。顯影劑電解質(zhì)的一個(gè)實(shí)例可以是陽(yáng)離子氫氧化物。離開分離柱的色譜流出物溶液被引導(dǎo)到抑制器，其中該電解質(zhì)被抑制，即轉(zhuǎn)化為弱導(dǎo)電的電離形式。抑制之后，具有分離的離子種類的色譜流出物通過電導(dǎo)池。
[0020]在該電導(dǎo)池中，離子種類的存在產(chǎn)生了與離子物質(zhì)量成比例的電子信號(hào)。該信號(hào)典型地從該池引導(dǎo)到電導(dǎo)計(jì)，由此允許檢測(cè)分離的離子種類的濃度。
[0021]來(lái)自電導(dǎo)池的流出物可以被引導(dǎo)到在一個(gè)夾層膜抑制器中該樣品流動(dòng)通道兩側(cè)的流通式檢測(cè)器流出物通道。在下文中將詳細(xì)描述該抑制器。檢測(cè)器流出物可以流動(dòng)通過一個(gè)分路閥或三通閥，該分路閥或三通閥將該檢測(cè)器流出物分離到兩個(gè)不同的導(dǎo)管中并且將該檢測(cè)器流出物供應(yīng)到該抑制器的檢測(cè)器流出物流通通道然后到廢物。替代地，檢測(cè)器流出物可以順序地流動(dòng)通過檢測(cè)器流出物腔室然后到廢物。色譜流出物從色譜柱流動(dòng)到抑制器，并且從抑制器裝置流動(dòng)到電導(dǎo)檢測(cè)器。
[0022]參考’ 360專利的圖2-5，一個(gè)裝置以?shī)A層抑制器的形式進(jìn)行圖解，該抑制器包括一個(gè)中央的色譜流出物流動(dòng)通道，該通道在兩側(cè)通過離子交換膜限定，在這些離子交換膜的外部是兩個(gè)側(cè)面的檢測(cè)器流出物流動(dòng)通道。該抑制器包括一個(gè)處于色譜流出物隔室形式的色譜流出物流動(dòng)通道，部分地由一個(gè)限定中央空腔的色譜流出物墊片限界。處于色譜流出物篩網(wǎng)形式的流通式離子交換材料(未展示)安置在該空腔中。膜片被安裝為沿色譜流出物篩網(wǎng)的相對(duì)側(cè)面延伸，并且與該墊片一起限定該色譜流出物流動(dòng)通道的外周邊。離子交換膜片可以為如在’ 360專利中披露的類型。對(duì)流出物向該流出物流動(dòng)通道的入口和出口提供了開口。膜片可以由能夠使具有正或負(fù)一種電荷的離子通過并且能夠阻擋主體液體流動(dòng)的任何屏障替代。
[0023]在’ 360專利的裝置中，檢測(cè)器流出物