一种用于地质样品前处理的电渗析离子交换装置的制作方法

本实用新型涉及一种离子交换装置，具体地说，是一种用于地质样品前处理的电渗析离子交换装置。

背景技术：

在地质样品前处理过程中，通常采用盐酸(hcl)、硝酸(hno3)、氢氟酸(hf)、高氯酸(hclo4)等混合酸溶解样品。混合酸具有强酸性，高浓度的酸物质在地质样品进样icp-ms时，大量存在的酸根(f^-，cl^-，clo4^-，no3^-)会对icp-ms产生基体干扰。因此，在样品进样前，这些酸根离子需要除去，或者降低至一定浓度，使之不产生基体干扰为止。一种行之有效的方法是采用加热法，即通过加热的方式，将hf、hcl等由液体变为气体挥发，通常需要12小时以上，耗时耗力。还有一种方法是稀释法，即通过稀释样品浓度，降低酸根离子浓度。但这种方法会使样品中的痕量离子浓度降低，甚至在icp-ms的检出限之下，难以达到准确测定。因此，寻找一种合适的技术快速、有效地降低或者去除各种酸根离子，对消除icp-ms基体干扰、提高分析测试效率将具有重要意义，也是地质行业分析任务的当务之急。申请者经查阅大量文献，目前无方法改进的报导和相关的专利。

技术实现要素：

本实用新型公开了一种填充有强碱型阴离子交换树脂的电渗析离子交换装置，作为一种样品前处理装置，与电感耦合等离子体质谱仪(icp-ms)联用，降低酸根离子浓度，消除高含量酸性介质对地质样品中金属离子测定的质谱基体干扰效应，提高检测方法的灵敏度和准确性。

本实用新型是通过以下技术方案来实现的：

本实用新型公开了一种电渗析离子交换装置，所述的装置包括离子交换室、阳极室与阳极、阴极室与阴极及电源，阳极室与离子交换室之间设有强碱型阴离子交换膜，阴极室与离子交换室之间设有强碱型阴离子交换膜，阴极室开设有阴极室入口和阴极室出口，阳极室开设有阳极室入口和阳极室出口。

作为进一步地改进，本实用新型所述的离子交换室开设有交换室进口和交换室出口。

作为进一步地改进，本实用新型所述的离子交换室内填充有强碱型阴离子交换树脂。

作为进一步地改进，本实用新型所述的阳极室和阴极室为槽体状电极室，阳极和阴极的尺寸与电极室相同。

作为进一步地改进，本实用新型所述的阳极和阴极为钛基镀铂多孔性金属材料。

作为进一步地改进，本实用新型所述的孔径为50μm。

作为进一步地改进，本实用新型所述的阴极和阳极通过金属导线连接电源。

作为进一步地改进，本实用新型分析测试样品的检测设备为电感耦合等离子体质谱仪。

本实用新型的有益效果在于：相对于传统的稀释、长时间加热去除酸根离子的方法，本实用新型设计一种前处理装置，采用离子交换电渗析方法，以电解纯水产生oh^-，中和样品的h⁺,并和酸根离子交换，从而达到降低样品的酸度，消除icp-ms的基体干扰。本实用新型只消除或者降低样品中酸根离子浓度，对欲测试的目标离子无影响，避免了稀释法的缺点。相对于长时间加热去除酸根离子的方法，本实用新型的电渗析离子交换装置具有结构简单，组装方便，可连续工作等优点。

本实用新型所述的电渗析离子交换装置设有交换室、阳极室与阳极、阴极室与阴极及电源，交换室与阳极室、交换室与阴极室之间均夹有强碱型阴离子交换膜，阳极和阴极与电源连接，阴极室设有阴极室入口和阴极室出口，阳极室设有阳极室入口和阳极室出口，交换室设有交换室进口和交换室出口。

本实用新型所述的阳极室和阴极室可根据阴阳电极的形状设计为槽体状电极室，阳极和阴极的长宽尺寸与电极室相同，阳极和阴极均为钛基镀铂多孔电极，孔径约在50μm。

附图说明

图1为本实用新型电渗析离子交换装置的结构示意图；

图2为本实用新型的工作原理和工作流程示意图；

图1中标记为：

1-离子交换室；2-阳极室；3-阴极室；4，4’-阴离子交换膜；5-阴离子交换树脂；6-阴极；7-阳极；8-导线；9—电源；10—交换室入口；11—交换室出口；12—阳极室入口；13—阴极室入口；14—阴极室出口；15—阳极室出口。

具体实施方式

下面对本实用新型所提供的附图做进一步说明：

设计一种填有强碱型阴离子交换树脂的电渗析离子交换装置。由离子交换室1、阳极室2和阴极室3组成,离子交换室1和阳极室2、阴极室3之间分别夹有强碱型阴离子交换膜4、4’。离子交换室1内填充强碱型阴离子交换树脂5。阳极室2和阴极室3均为微型槽体,内置钛基镀铂多孔电极作为阴极6和阳极7。

图1为电渗析离子交换装置的结构图：装置有离子交换室1、阳极室2和阴极室3构成。离子交换室1内填有强碱型阴离子交换树脂5，离子交换室1与阴极室3之间夹有强碱型阴离子交换膜4，离子交换室1与阳极室2之间夹有强碱型阴离子交换膜4’。交换室设有交换室进口10和交换室出口11。阳极室2设有阳极室入口12和阳极室出口15，阴极室3设有阴极室入口13与阴极室出口14。阳极室2和阴极室3均微型槽体，内嵌钛基镀铂多孔电极作为阴极6和阳极7。阴极6和阳极7通过金属导线8与电源9连接。阴阳极专用电源供电，电压范围为0～15.5v。

图2为本实用新型的工作原理和工作流程示意图：

含有高浓度混合酸的样品自交换室进口10进入离子交换室1,酸根离子(以x^-表示)与离子交换室1中强碱型阴离子交换树脂5上的交换基团进行离子交换而被保留在树脂上,其反应为：

r-oh+hx＝r-x+h2o

在上述反应式中，r为强碱型阴离子交换树脂5中的固定基团。经上述离子交换后,样品中的高浓度酸介质转换为水介质。转换后的溶液(rb,sr,y,cs,ba,pb,th等离子)自离子交换室出口11流出，进入icp-ms进行测定。

与此同时，纯水由阴极室入口13进入阴极室3,电源9通过导线8与阴极6相连，在一定的电压下，纯水在阴极6上进行电解,反应式为：

2h2o+2e＝2oh^-+h2↑

电解产生的oh^-在直流电场的作用下选择性透过阴离子交换膜4迁移至交换室1中再生已失效的阴离子交换树脂5,反应式为：

r-x+oh^-＝r-oh+x^-

电解后的纯水自阴极室出口14排出，与阳极室入口12相连，纯水在阳极室2的阳极7上电解产生h⁺，与此同时，被交换下来的x^-在直流电场的作用下选择性透过阴离子交换膜4’迁移至阳极室2，与h⁺结合为hx，然后由阳极室出口15排出。反应式为：

h2o-2e＝2h⁺+1/2o2↑

x^-+h⁺＝hx

本实用新型采用较大表面积的多孔性钛基镀铂作为电极材料，多孔电极可以同时作为电极和电解液通道，简化了装置结构，具有较高的电渗析离子交换效率。

本实用新型中，阴极室6和阳极室7均电解水产生oh^-和h⁺，因此自阴极室出口13出来的电解液可以循环至阳极室入口12，只采用一个流路实现阴阳极室的电解水，简化了装置，降低了成本。

以上所述并非是对本实用新型的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型实质范围的前提下，还可以做出若干变化、改型、添加或替换，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。