离子色谱膜抑制器原理

2018-12-12 08:02:26

今天用户问我离子色谱膜抑制器为什么要加电流,我想要解答这个问题必须从抑制器的原理说起。

如图1.所示, 电化学自动再生抑制器由两张膜分为三个室,形成三室结构。

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在阳极和阴极施加恒定的直流电流,通过两极的水电解,分别发生氧化和还原反应

阳极:H2O - 2e = 2H + 1/2O2

阴极:2H2O + 2e = 2OH- + H2

那么产生H+和OH-有什么作用呢?接着向下看。

如图2.所示是离子色谱的原理图

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图2.离子色谱膜抑制器原理图

抑制器作用是提高检测灵敏度,降低背景电导。具体怎么实现的我们来分析。

如图2所示,淋洗液携带被分析离子从上至下进入抑制器的抑制室,抑制室两侧分别是阳离子选择性透过离子交换膜,由于Donan排斥作用,只有阳离子可以通过阳膜。阳极电解水产生的H离子在电场驱动下,向阴极移动,透过阳极室一侧的阳离子交换膜进入抑制室,与相应阴离子形成酸,而抑制室中的阳离子,如钠离子同样在电场驱动下透过阴极室一侧阳离子交换膜进入阴极室,与阴极室电解产生的OH离子形成碱从废液管排出。以上过程将抑制室的阳离子全部替换为H离子。阴极室电解水产生的OH根离子在电场驱动下有向阳极迁移的趋势,但由于阳离子交换膜的阻挡无法实现。

那么阴极室和阳极室的电解水用的是哪里的水呢?这就谈到抑制器的再生液了,自再生抑制器的再生室来自电导池出口的检测废液,我们可以看到电导池出口与抑制器的再生液入口(regen in)相连,这些液体进入抑制器后被分配给阴极室和阳极室。分配通过一个类似三通的结构来实现,两个室自由分配,分配到的量与阴极室和阳极室的压力有关,阻力大的一侧会分配到更少的再生液。如果一侧完全堵死就不会有再生液通过,抑制器也就失去抑制作用了,电导高是现象之一。堵塞通常发生的阴极,因为阴极的产物是碱,如果样品的硬度很大阴极就会生成较多的沉淀,日积月累导致抑制室损坏。

当淋洗液浓度高时就需要电解产生更多的H离子来完成抑制过程,加大电流可以实现这个过程,电解水产生的离子浓度与电流成正比,即电流越大,产生的H离子越多,具体多大电流更适合,不同的抑制器容量不一样,我们可以用单位电流可以抑制的淋洗液浓度来衡量抑制器容量,比如WLK-8A阴离子抑制器、ASRS300、AERS500阴离子抑制器的容量都是0.4mM/mA,1mL/min流速 下,按最大200mA电流计算 ,可完全抑制80mM的NaOH。

抑制容量是抑制器的一项重要指标,更高的抑制容量可以抑制更高浓度的淋洗液,我们知道梯度分析时,梯度程序后段的淋洗液浓度通常在40mM以上,只有更好的抑制器才能满足梯度分析的要求。笔者在用户实验室见到过一个厂家的抑制器,为了讨论方便下文 我们称之为A抑制器,使用1.8mM碳酸钠-1.7mM碳酸氢钠淋洗液,流速1.5mL/min,加的电流是70mA,再小时抑制效果不好。仪器的抑制器最大电流通常是200mA,我们可以试算一下,在最大200mA的电流时A抑制器最大可抑制多少OH根。

我们首先计算一下A抑制器的电流系数,电流与淋洗液浓度和流速成下比,即电流=淋洗液浓度*流速*电流系数

70/1.5/(1.8*2+1.7)=8.8

根据这个系数我们来计算200mA电流下可以抑制多大浓度OH:

200/8.8/1.5=15mM

15mM的OH根本不能满足梯度淋洗的要求,不过A抑制器在常规分析时是可以使用的。

我们再来算一下同等条件下(1.8mM碳酸钠-1.7mM碳酸氢钠淋洗液,流速1.5mL/min),使用WLK-8A阴离子抑制器需要多大的电流:

(1.8*2+1.7)*1.5*2.5=19.8mA

19.8mA就可以完成上文提到A抑制器70mA的工作。

文章开头提问离子色谱抑制器为什么要加电流,通过以上分析我们可以看出离子色谱加电流的原因,并且加多大还有这么多的学问,希望我的解答可以帮助到你。


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