离子交换膜的电导率测定

『壹』 离子交换色谱法的原理、装置及应用是什么

原理：
离子交换色谱（ion
exchange
chromatography，IEC）以离子交换树脂作为固定相，树脂上具有固定离子基团及可交换的离子基团。当流动相带着组分电离生成的离子通过固定相时，组分离子与树脂上可交换的离子基团进行可逆变换。根据组分离子对树脂亲合力不同而得到分离。
装置：
（1）分离柱
装有离子交换树脂，如阳离子交换树脂、阴离子交换树脂或螯合离子交换树脂。为了减小扩散阻力，提高色谱分离效率，要使用均匀粒度的小球形树脂。最常用的阳离子交换树脂是在有机聚合物分子（如苯乙烯－二乙烯基苯共聚物）上连接磺酸基官能团（─SO3─）。最常用的阴离子交换剂是在有机聚合物分子上连接季铵官能团(─NH4)。这些都是常规高交换容量的离子交换树脂，由于它们的传质速度低，使柱效和分离速度都低。C.霍瓦特描述了一种薄膜阴离子交换树脂，它是在苯乙烯－二乙烯基苯共聚物核心上沉淀一薄层阴离子交换树脂，就象鸡蛋有一薄层外皮那样，离子交换反应只在外皮上进行,因此缩短了扩散的路径,所以离子交换速度高，传质快，提高了柱效。同样，在小颗粒多孔硅胶上涂一薄层离子交换材料也可得到相同类型的树脂。螯合离子交换树脂具有络合某些金属离子而同时排斥另一些金属离子的能力，因此这种树脂具有很高的选择性。除了离子交换柱外，其他高效液相色谱柱也可用于分离离子。
（2）抑制柱和柱后衍生作用
常用的检测器不仅能检测样品离子，而且也对移动相中的离子有响应，所以必须消除移动相离子的干扰。在离子色谱中，消除(抑制)移动相离子干扰的常用方法有两种。
①抑制反应，用抑制反应来改变移动相，使移动相离子不被检测器测出。离子色谱通常使用电导检测器。在抑制反应中??缍匝衾胱佣?裕?把高电导率移动相的氢氧化物转变成水,而样品离子则转变成它们相应的酸：
NaOH+H+─→Na++H2O
NaX+H+─→HX+Na+
在装有强酸性阳离子交换树脂的柱中进行抑制反应，使用一段时间后，这种树脂就需要再生，很不方便。改用连接有磺酸基(─SO3H)的离子交换膜(阳离子交换膜)或用连接有铵基(─NH4)的离子交换膜(阴离子交换膜)，就可以连续进行抑制反应。例如，阳离子交换膜可使阳离子通过它扩散过去，而阴离子则不能扩散过去。
1981年，T.S.史蒂文斯和斯莫尔等报道了中空纤维抑制法。这种纤维是由阳离子交换膜材料拉制而成。用这种方法不仅不需要再生抑制柱而且减小了峰的加宽，提高了柱效。一种比较新的膜技术是加一电场以加速离子的传递，该法与中空纤维法比较，其优点是反应时间短、交换能力高，并且可以用于阳离子和阴离子两者。
②柱后衍生作用，将从柱子流出的洗出液与对被测物有特效作用的试剂相混合，在一反应器中生成带色的络合物（见配位化合物）。对衍生试剂最重要的要求是它们与被测物能生成络合物，但不与移动相生成络合物。柱后衍生法能用于测定重金属离子，所用的衍生试剂有茜素红S等。
（3）检测器
分为通用型和专用型。通用型检测器对存在于检测池中的所有离子都有响应。离子色谱中最常用的电导检测器就是通用型的一种。紫外－可见分光光度计是专用型的检测器，对离子具有选择性响应。可变波长紫外检测器与电导检测器联用,能帮助鉴定未知峰,分辨重叠峰和提供电导检测器不能测定的阴离子，如硫化物及亚砷酸中的阴离子的检测。
在离子色谱中，电导检测法总是和抑制反应配合使用。这种检测器对分子不响应，如水、乙醇或者不离解的弱酸分子等。对于电导检测器，一个重要的条件是温度要稳定，所以检测池要放在恒温箱中，1982年H.萨托设计一种双示差电导检测器，消除了温度变化对检测的影响，可测定10-9摩尔的阴离子。
应用：
离子色谱主要用于测定各种离子的含量，特别适于测定水溶液中低浓度的阴离子，例如饮用水水质分析，高纯水的离子分析，矿泉水、雨水、各种废水和电厂水的分析，纸浆和漂白液的分析，食品分析，生物体液(尿和血等)中的离子测定，以及钢铁工业、环境保护等方面的应用。离子色谱能测定下列类型的离子：有机阴离子、碱金属、碱土金属、重金属、稀土离子和有机酸,以及胺和铵盐等。

『贰』 离子交换膜怎么判断

离子交换膜的实质是阴阳离子的电荷守恒。离子膜的一边反应消耗阴离子就会从另一边吸收阴离子使电荷守恒,阳离子也是一样的道理。阴阳离子交换膜的判断通过两极反应式判断你可以先把两极反应式写出来，再判断。

离子交换膜的性能是多方面的,必须根据膜的电化学性能、化学性能和物理力学性能对膜进行综合评价分析。

一般商品膜常提供以下性能指标:

1、交换容量交换容量是离子交换膜的关键参数,其单位为mmol/g。一般交换容量高的膜，选择透过性好，导电能力也强。但是由于活性基团一般具有亲水性，因此当活性基团含量高时，膜内水分与溶胀度会随之增大，从而影响膜的强度。有时也会因膜体结构过于疏松，而使膜的选择性下降。一般膜的交换容量约为2－3mmol/g。

2、含水量指膜内与活性基团结合的内在水，经每克干膜所含水的克数表示（%）。含水量与其交换容量和交联度有关。

3、导电性（膜电阻）一般用电导率（ω-1.cm-1）或电阻率（ω.cm）表示，也常用膜面电阻即单位膜面积的电阻（ω.cm2）表示。

4、选择透过性反映膜对不同离子的选择透过能力，用离子迁移数（t）和膜的透过度（p）来表示。膜内离子迁移数即某一种离子在膜内的迁移量与全部离子在膜内的迁移量的比值。或者也可用离子迁移所带电量之比来表示。对于理想的离子交换膜，反离子的迁移数为1，同名离子的迁移数为0.实际上由于各种因素的影响，反离子在膜内的实际迁移可能达到1。

『叁』 《自然·通讯》高氢氧根离子交换能力、高碱性稳定性聚咪唑离子交换膜

《自然·通讯》高氢氧根离子交换能力、高碱性稳定性聚咪唑离子交换膜

在高碱性环境条件下，固态聚合物电解质电化学储能与转换装置相比于酸性环境具有显著优势，能够保证更快的化学反应动力学和采用成本较低的电化学催化剂。氢氧根离子交换聚合物作为碱性环境下固态聚合物电解质器件的关键组成，其性能至关重要。然而，能够在高腐蚀性介质中长久稳定且可导通氢氧根离子的聚合物电解质材料极为稀缺，原因在于带有阳离子基团的这类聚合物在高腐蚀性条件下往往表现出弱键特性，本质上缺乏稳定性。

针对这一挑战，以色列理工大学的Dario R. Dekel教授和Charles E. Diesendruck教授联合加拿大西蒙弗雷泽大学的Barbara J. Frisken教授，在《自然·通讯》上发表了题为“Poly(bis-arylimidazoliums) possessing high hydroxide ion exchange capacity and high alkaline stability”的研究论文。该研究报道了关于新型芳香基咪唑和双芳香基咪唑化合物的系统性研究，旨在探索在强腐蚀性条件下维持高效离子交换能力（IEC）的同时，使脱烷基降解反应最小化的方法。

研究重点：

• 合成与表征：研究者通过对不同烷基侧链的咪唑进行烷基化反应，合成了多种咪唑和双咪唑阳离子，并详细考评了它们在腐蚀性介质中的稳定性。
• 降解路径研究：新合成了六种咪唑模型化合物（9-14），这些化合物在C2位置具有空间保护基团，并在N1/N3咪唑位上有不同的烷基侧链。研究揭示了侧链长链烷基有利于抑制咪唑的脱烷基化，从而提高了聚合物的稳定性。
• DFT分析：对模型化合物进行了密度泛函理论（DFT）分析，从化合物静电势（ESP）分布和分子能级轨道（HOMO和LUMO）来预测与验证材料的相关性能，为设计高性能的聚咪唑氢氧根离子交换膜提供了理论依据。

主要发现：

• 高稳定性：研究结果显示，通过优化阳离子官能团，可以得到具有高交换能力和高稳定性的聚咪唑氢氧根离子交换膜。这些膜在强碱性条件下表现出优异的稳定性，能够长时间维持其性能。
• 离子电导率：所合成的聚咪唑离子交换膜表现出良好的离子电导率，这得益于其高效的离子交换能力和优化的分子结构。
• 电化学性能：作为原理证明，这些聚合物在相关电化学器件（如燃料电池和电解水装置）中表现出良好的热稳定性和电化学稳定性，验证了其在实际应用中的潜力。

图片展示：

综上所述，该研究通过系统的分子设计、合成与表征，成功制备了具有高氢氧根离子交换能力和高碱性稳定性的聚咪唑离子交换膜。这些膜在电化学储能与转换装置中具有广阔的应用前景，为固态聚合物电解质器件的发展提供了新的材料选择和技术支持。

『肆』 超级干货！一文解读离子色谱的基本原理

离子色谱的基本原理

离子色谱仪是高效液相色谱的一种，又称高效离子色谱(HPIC)或现代离子色谱。其基本原理主要基于离子交换色谱柱色谱技术，通过特定的淋洗液系统、检测系统、色谱泵系统、进样系统、流路系统、分离系统、化学抑制系统以及数据处理系统等组成，实现对样品中离子的高效分离和检测。

一、离子色谱的基本构成

离子色谱仪的基本构成主要包括以下部分：

• 淋洗液系统：提供分析所需的淋洗液，常用阴离子分析淋洗液有OH根体系和碳酸盐体系等，常用阳离子分析淋洗液有甲烷磺酸体系和草酸体系等。淋洗液的一致性是保证分析重现性的基本条件。
• 检测系统：最常用的检测器是电导检测器，其次是安培检测器。电导检测器主要用于检测无机阴阳离子、有机酸和有机胺等；安培检测器则主要用于检测具有氧化还原特性的物质。
• 色谱泵系统：用于输送淋洗液，通常采用全PEEK材质以避免化学腐蚀。
• 流路系统：采用色谱专用管路、接头等连接部件，保证全塑无污染溶出。
• 分离系统：包括预柱、保护柱和分析柱，用于有效分离样品组分。
• 化学抑制系统：降低背景电导，提高检测灵敏度，是离子色谱的核心部件之一。
• 进样系统：将常压状态的样品切换到高压状态下的部件，保证每次工作状态的重现性。
• 数据处理系统：完成数据处理，联通仪器。

二、离子色谱的工作原理

离子色谱的工作原理主要基于离子交换和电化学检测。在高压输液泵的作用下，淋洗液以稳定的流速输送至分析体系。样品通过进样器导入后，被淋洗液带入色谱柱。在色谱柱中，各组分根据其在固定相和流动相之间的分配系数不同而被分离。分离后的组分依次随流动相流至检测器。

对于抑制型离子色谱，在电导检测器之前增加一个抑制系统。抑制器利用离子交换膜或电解自再生膜等原理，降低流动相背景电导，从而提高检测灵敏度。然后将流动出物导入电导池，检测到的信号送至数据处理系统记录、处理或保存。

三、离子色谱的检测技术

• 电导检测：基于极限摩尔电导率应用的检测器，主要用于检测无机阴阳离子、有机酸和有机胺等。电导检测器有多种类型，如双极脉冲检测器、四极电导检测器和五极电导检测器等，以提高测量稳定性和降低噪声。
• 安培检测：基于测量电解电流大小为基础的检测器，主要用于检测具有氧化还原特性的物质。安培检测器有多种检测模式，如直流安培检测模式、脉冲安培检测模式和积分脉冲安培检测模式等，以适应不同物质的检测需求。

四、离子色谱的工作流程

离子色谱的工作流程包括开机前的准备、开机、样品分析、数据处理和关机等步骤。在开机前，需要配置所需淋洗液和再生液，并检查仪器各部件的连接情况。开机后，依次打开各部件电源，并启动仪器进行基线稳定。待基线稳定后，可进行样品分析。样品分析包括建立程序文件、方法文件和样品表文件，然后加样品到自动进样器或手动进样。分析完成后，进行数据处理，包括建立标准曲线和打印分析报告等。最后关闭仪器和电源。

五、离子色谱的应用

离子色谱具有高效、灵敏、准确等优点，在环境监测、水质分析、食品检测、医药分析等领域有广泛应用。例如，在水质分析中，离子色谱可用于检测水中的阴阳离子、有机物和无机物等；在食品检测中，可用于检测食品中的添加剂、营养成分和有害物质等；在医药分析中，可用于检测药物中的离子成分和杂质等。

综上所述，离子色谱是一种高效、灵敏、准确的离子分析技术，其基本原理基于离子交换和电化学检测。通过特定的仪器系统和操作流程，离子色谱可实现对样品中离子的高效分离和检测，在多个领域有广泛应用。