阅读说明：本技术 一种不用脱气的酸碱发生装置 (Acid-base generating device without degassing ) 是由 昝保真 昝军 昝昆 于 2020-02-14 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种不用脱气的酸碱发生装置,包括将阴阳电极分别置于第一低压腔和第二低压腔中,两个低压腔的顶部均设置出气口。两个低压腔的底部对接并在连接部位形成高压腔,在其中一个低压腔中存有高浓度的酸溶液或者碱溶液,另一个低压腔中可以是低浓度的酸碱溶液或水。从而使得电极上的电解反应产生的H<Sub>2</Sub>和O<Sub>2</Sub>直接从两个低压腔顶部排出,而不进入中间的高压腔中,因此省去了高压脱气单元。同时在高压腔两侧设有离子交换膜组,保证了离子的迁移通道。这一装置不单降低了酸碱发生装置的费用,同时也降低了设备整体的故障率。(The invention provides an acid-base generating device without degassing, which comprises a first low-pressure cavity and a second low-pressure cavity, wherein a positive electrode and a negative electrode are respectively arranged in the first low-pressure cavity and the second low-pressure cavity, and gas outlets are respectively arranged at the tops of the two low-pressure cavities. The bottoms of the two low-pressure cavities are butted, and a high-pressure cavity is formed at the connecting part, wherein one low-pressure cavity is filled with high-concentration acid solution or alkali solution, and the other low-pressure cavity can be filled with low-concentration acid-alkali solution or water. Thereby causing the electrolytic reaction at the electrode to generate H 2 And O 2 Direct connectionAnd exits the top of the two low pressure chambers without entering the middle high pressure chamber, thus eliminating the need for a high pressure degassing unit. Meanwhile, the ion exchange membrane groups are arranged on the two sides of the high-pressure cavity, so that the migration channel of ions is ensured. The device not only reduces the cost of the acid-base generating device, but also reduces the overall failure rate of the equipment.)

一种不用脱气的酸碱发生装置

技术领域

本发明涉及化学分析技术领域，具体涉及一种不用脱气的酸碱发生装置。

背景技术

酸碱发生装置在化学检测仪器的各个领域都有广泛应用，特别是在离子色谱分析中，流动相是由KOH(阴离子分析)或者甲烷磺酸(阳离子分析)的水溶液组成。而传统的流动相一般是用化学试剂人工配置而成，人工配置过程会存在一些问题，如试剂的纯度、称量器具的精度要求、人工配置的误差和配置过程对纯水的要求等均存在偏差。特别是目前在线仪器中需要大量配置不同的碱溶液或者酸溶液，给仪器使用人员带来了极大的不便。

近些年，进口的在线产生酸碱的设备已进入国内市场，但这种装置需要在线进行高压脱气，从而造成设备价格很高，所以一般只能配备在高端仪器上。下面以KOH为例介绍传统的酸碱发生器的基本工作原理：

图1为现有技术酸碱发生器的结构示意图。在储液罐1-1中装有高浓度的KOH溶液，同时在储液罐1-1中设有铂金板作为阳电极1-2。储液罐1-1底部为高压腔1-9且装有铂金网作为阴电极1-3。电源1-16的正极与阳电极1-2连接，负极与阴电极1-3连接。储液罐1-1和高压腔1-9之间设有阳离子交换膜组1-4。在阴阳两个电极之间施加电位后，阳电极1-2和阴电极1-3上分别发生下列电解反应：

阴极：2H₂O+2e^-→2OH^-+H₂↑

阳极：H₂O→2H⁺+1/2O₂↑+2e^-

此时，储液罐1-1中的K⁺在电源1-16的电势作用下向下迁移，通过阳离子交换膜组1-4到达高压腔1-9中，位于淋洗液发生器1-18中的超纯水从入口1-5进入高压腔1-9，水在阴电极1-3上电解产生OH^-和氢气。通过阳离子交换膜组1-4的钾离子K⁺与电解产生的OH^-结合，在酸碱出口1-6生成高纯度的KOH溶液。但这个溶液还不能作为流动相，因为阴电极1-3的电解反应同时产生H₂，而KOH和H₂伴随在一起进入到下一个单元。所以必须在进入到阴离子分离柱1-12之前进行脱气。高压脱气单元1-10就是用来对KOH中的气体进行在线脱气，其工作原理如下：含有气体的KOH进入由双层管组成的高压脱气单元10，内管是材质为高脱气材料的细管，外管为聚四氟乙烯管。KOH进入内管并在内管流动的同时，携带的气体通过管壁析出到内管外，而套在内管外的外管作用为逆向引进阴离子抑制器1-13出来的尾液(废液)，而且尾液中含有阴离子抑制器1-13产生的大量气泡，在内管外形成液体和气体交替产生的压差脉动，这个压差脉动将内管外壁产生的气体带出并随废液排出，从而实现将KOH中含有的气体脱掉的目的。由于高压腔1-9中的压力等同于阴离子分离柱1-12的压力，压力值很高(一般在10到20MPa)，因此脱气过程非常复杂，且使用的高压脱气管(内管)目前只能依靠进口而且价格昂贵。这种脱气管超细的内径，很容易被溶液中的一些悬浮物或杂质堵塞，从而增加了产品的故障率。因此需要提供一种无须使用高压脱气单元1-10的酸碱发生装置。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不需要脱气也不需要额外提供溶液驱动单元的高低压酸碱发生装置，这种装置在化学分析上有广泛的应用，特别是在离子色谱和电位滴定上提供了一种非常便利的工作方式。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

﹝三腔体双低压腔酸碱发生装置﹞

本发明涉及一种不用脱气的酸碱发生装置，包括电源、第一低压腔、第二低压腔、阳电极、阴电极和离子交换膜组，其中，

所述第一低压腔顶部设有第一出气口，所述第二低压腔顶部设有第二出气口，所述阳电极位于所述第一低压腔内，所述阴电极位于所述第二低压腔内，所述电源正极与阳电极连接，所述电源负极与阴电极连接，

所述第一低压腔和第二低压腔的底部对接并在连接部位形成高压腔，在所述高压腔上设有淋洗液入口和酸碱出口，所述高压腔两侧设有离子交换膜组。

优选地，所述第一低压腔包括彼此连通的第一上腔体、第一连接通道和第一下腔体，所述第二低压腔包括彼此连通的第二上腔体、第二连接通道和第二下腔体，

所述阳电极位于所述第一上腔体内，所述阴电极位于所述第二上腔体内，所述第一下腔体和第二下腔体对接并在连接部位形成高压腔。

优选地，所述第一低压腔和所述第二低压腔呈镜像对称设置。

优选地，当所述装置为碱液发生装置时，在所述高压腔靠近所述阳电极的一侧设有阳离子交换膜组，在所述高压腔靠近所述阴电极的一侧设有阴离子交换膜组。如果是将其作为酸液发生装置，则阴阳离子膜组对换。

优选地，所述淋洗液入口位于所述高压腔下方，所述酸碱出口位于所述高压腔上方。

优选地，所述装置还包括淋洗液发生器，所述淋洗液发生器的出口与所述淋洗液入口连接，在两者的连接管路上设有恒流泵。

优选地，所述装置还包括进样单元、离子分离柱、离子抑制器和离子电导池，所述进样单元的入口与所述酸碱出口连接，所述进样单元的出口依次连接有离子分离柱和离子抑制器，在所述离子抑制器末端设有离子检测废液出口。

﹝三腔体单低压腔酸碱发生装置﹞

优选地，所述装置还包括尾液腔，其与所述离子抑制器末端的离子检测废液出口连接，并以所述尾液腔代替所述第二低压腔，具体设置方式如下：

所述第一低压腔顶部设有第一出气口，所述尾液腔顶部设有第二出气口，所述阳电极位于所述第一低压腔内，所述阴电极位于所述尾液腔内，所述电源正极与阳电极连接，所述电源负极与阴电极连接，

所述第一低压腔的底部与所述尾液腔对接并在连接部位形成高压腔，在所述高压腔上设有淋洗液入口和酸碱出口，所述高压腔两侧设有离子交换膜组，在尾液腔上设有尾液入口和废液出口。

优选地，所述第一低压腔包括彼此连通的第一上腔体、第一连接通道和第一下腔体，

所述阳电极位于所述第一上腔体内，所述第一下腔体和尾液腔对接并在连接部位形成高压腔。

优选地，当所述装置为碱液发生装置时，在所述高压腔靠近所述阳电极的一侧设有阳离子交换膜组，在所述高压腔靠近所述阴电极的一侧设有阴离子交换膜组。如果是将其作为酸液发生装置，则阴阳离子膜组对换。

优选地，所述淋洗液入口位于所述高压腔下方，所述酸碱出口位于所述高压腔上方。

优选地，所述装置还包括淋洗液发生器，所述淋洗液发生器的出口与所述淋洗液入口连接，在两者的连接管路上设有恒流泵。

优选地，所述装置还包括进样单元、离子分离柱、离子抑制器和离子电导池，所述进样单元的入口与所述酸碱出口连接，所述进样单元的出口依次连接有离子分离柱和离子抑制器，所述离子抑制器末端的废液出口与所述尾液腔连接。

﹝五腔体单低压腔酸碱发生装置﹞

所述装置除一个低压腔外，还包括第一尾液腔和第二尾液腔，以及两套离子色谱仪，可同时向两套离子色谱仪提供阴离子淋洗液和阳离子淋洗液，具体设置方式如下：

一种不用脱气的酸碱发生装置，包括第一电源、第二电源、低压腔、公共电极、阳电极、阴电极、第一尾液腔、第二尾液腔、第一离子交换膜组和第二离子交换膜组，其中，

所述低压腔顶部设有低压腔出气口，所述第一尾液腔顶部设有第一出气口，所述第二尾液腔顶部设有第二出气口，所述公共电极位于所述低压腔内，所述阴电极位于所述第一尾液腔内，所述阳电极位于所述第二尾液腔内，

所述第一电源正极与公共电极连接，负极与阴电极连接；所述第二电源负极与公共电极连接，正极与阳电极连接，

所述低压腔的底部向左右两侧延伸，形成第一延伸段和第二延伸段，所述第一延伸段与所述第一尾液腔对接并在连接部位形成第一高压腔，在所述第一高压腔上设有第一淋洗液入口和第一酸碱出口，所述第一高压腔两侧设有第一离子交换膜组，在第一尾液腔上设有第一尾液入口和第一废液出口，

所述第二延伸段与所述第二尾液腔对接并在连接部位形成第二高压腔，在所述第二高压腔上设有第二淋洗液入口和第二酸碱出口，所述第二高压腔两侧设有第二离子交换膜组，在第二尾液腔上设有第二尾液入口和第二废液出口。

优选地，所述低压腔包括彼此连通的上腔体、连接通道和下腔体，

所述公共电极位于所述上腔体内，所述下腔体的两端向左右两侧延伸，形成第一延伸段和第二延伸段，所述第一延伸段与所述第一尾液腔对接并在连接部位形成第一高压腔，所述第二延伸段与所述第二尾液腔对接并在连接部位形成第二高压腔。

优选地，在所述第一高压腔靠近所述阴电极的一侧设有第一阴离子交换膜组，在所述第一高压腔靠近所述阳电极的一侧设有第一阳离子交换膜组。

优选地，在所述第二高压腔靠近所述阳电极的一侧设有第二阳离子交换膜组，在所述第二高压腔靠近所述阴电极的一侧设有第二阴离子交换膜组。

优选地，所述第一淋洗液入口位于所述第一高压腔下方，所述第一酸碱出口位于所述第一高压腔上方。

优选地，所述第二淋洗液入口位于所述第二高压腔下方，所述第二酸碱出口位于所述第二高压腔上方。

优选地，所述装置还包括淋洗液发生器，所述淋洗液发生器的出口分别与所述第一淋洗液入口和所述第二淋洗液入口连接，在所述淋洗液发生器的出口与所述第一淋洗液入口的连接管路上设有第一恒流泵，在所述淋洗液发生器的出口与所述第二淋洗液入口的连接管路上设有第二恒流泵。

优选地，所述装置还包括第一进样单元、第一离子分离柱、第一离子抑制器和第一离子电导池，所述第一进样单元的入口与所述第一酸碱出口连接，所述第一进样单元的出口依次连接有第一离子分离柱和第一离子抑制器，所述第一离子抑制器末端的废液出口与所述第一尾液腔连接。

优选地，所述装置还包括第二进样单元、第二离子分离柱、第二离子抑制器和第二离子电导池，所述第二进样单元的入口与所述第二酸碱出口连接，所述第二进样单元的出口依次连接有第二离子分离柱和第二离子抑制器，所述第二离子抑制器末端的废液出口与所述第二尾液腔连接。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种不用脱气的酸碱发生装置，包括将阴阳电极分别置于第一低压腔和第二低压腔中，两个低压腔的顶部均设置出气口。两个低压腔的底部对接并在连接部位形成高压腔，在其中一个低压腔中存有高浓度的酸溶液或者碱溶液，另一个低压腔中可以是低浓度的酸碱溶液或水。从而使得电极上的电解反应产生的H₂和O₂直接从两个低压腔顶部排出，而不进入中间的高压腔中，因此省去了高压脱气单元。同时在高压腔两侧设有离子交换膜组，保证了离子的迁移通道。这一装置不单降低了酸碱发生装置的费用，同时也降低了设备整体的故障率。

在本发明优选的方案中，为了减小装置整体体积，可以去掉一个低压腔，并增加一个尾液腔，将离子抑制器排出的废液引入尾液腔内进行电极反应，以实现单低压腔的工作方式。

在本发明优选的方案中，为了同时产生阴离子淋洗液和阳离子淋洗液，可以在第二种工作方式的基础上以盐溶液作为储备液，并设置两个尾液腔和两套离子色谱仪，可同时向两套离子色谱仪提供阴离子淋洗液和阳离子淋洗液。

附图说明

图1为现有技术酸碱发生装置的结构示意图；

其中，1-1储液罐；1-2阳电极；1-3阴电极；1-4离子交换膜组；1-5纯水入口；1-6酸碱出口；1-7KOH储备液；1-8气体排出口；1-9高压腔；1-10高压脱气单元；1-11阴离子进样单元；1-12阴离子分离柱；1-13阴离子抑制器；1-14阴离子电导池；1-15阴离子检测废液出口；1-16电源；1-17恒流泵；1-18淋洗液发生器。

图2为本发明三腔体双低压腔酸碱发生装置的结构示意图。

其中，2-1第一低压腔；2-2阳电极；2-3阴电极；2-4阳离子交换膜组；2-4a阴离子交换膜组；2-5淋洗液入口；2-6酸碱出口；2-7KOH储备液；2-7a第二低压腔；2-8第一出气口；2-8a第二出气口；2-9高压腔；2-11进样单元；2-12离子分离柱；2-13离子抑制器；2-14离子电导池；2-15离子检测废液出口；2-16电源；2-17恒流泵；2-18淋洗液发生器。

图3为本发明三腔体单低压腔酸碱发生装置的结构示意图。

其中，3-1第一低压腔；3-2阳电极；3-3阴电极；3-4阳离子交换膜组；3-4a阴离子交换膜组；3-5淋洗液入口；3-6酸碱出口；3-7KOH储备液；3-7a尾液腔；3-8第一出气口；3-15第二出气口(废液出口)；3-9高压腔；3-11进样单元；3-12离子分离柱；3-13离子抑制器；3-14离子电导池；3-16电源；3-17恒流泵；3-18淋洗液发生器；3-19尾液入口。

图4为本发明五腔体单低压腔酸碱发生装置的结构示意图。

其中，1低压腔；2公共电极；3阴电极；3a阳电极；4第一阳离子交换膜组；4a第一阴离子交换膜组；4b第二阴离子交换膜组；4c第二阳离子交换膜组；5第一淋洗液入口；6第一酸碱出口；5a第二淋洗液入口；6a第二酸碱出口；7a第一尾液腔；7c第二尾液腔；8低压腔出气口；9第一高压腔；9a第二高压腔；11第一进样单元；12第一离子分离柱；13第一离子抑制器；14第一离子电导池；11a第二进样单元；12a第二离子分离柱；13a第二离子抑制器；14a第二离子电导池；15第一出气口(第一废液出口)；15a第二出气口(第二废液出口)；

16第一电源；16a第二电源；17第一恒流泵；17a第二恒流泵；18淋洗液发生器；19第一尾液入口；19a第二尾液入口；20甲烷磺酸钠盐溶液。

图5为采用本发明装置测试阴离子的谱图。

图6为采用本发明装置测试阳离子的谱图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

﹝三腔体双低压腔酸碱发生装置﹞

本发明实施例涉及一种不用脱气的酸碱发生装置，图2为本发明三腔体双低压腔酸碱发生装置的结构示意图。这一方案将产生气体的电极放在并列设置的两个低压腔中，中间的高压腔用离子交换膜组与两边的低压腔隔开，同时保证了离子的迁移通道。该装置包括电源2-16、第一低压腔2-1、第二低压腔2-7a、阳电极2-2、阴电极2-3和离子交换膜组。

其中，第一低压腔2-1顶部设有第一出气口2-8，第二低压腔2-7a顶部设有第二出气口2-8a。第一出气口2-8和第二出气口2-8a能够使电极反应产生的气体从低压腔顶部逸出，避免在离子色谱仪中还要安装高压脱气单元。阳电极2-2位于第一低压腔2-1内，阴电极2-3位于第二低压腔2-7a内。阴阳电极可选用铂电极、石墨电极等惰性电极或其它材质的工作电极。电源2-16为直流电源，其正极与阳电极2-2连接，负极与阴电极2-3连接，作用为提供电化学反应所需的电压。

第一低压腔2-1和第二低压腔2-7a的底部对接并在连接部位形成高压腔2-9，在高压腔2-9上设有淋洗液入口2-5和酸碱出口2-6，用于向高压腔2-9内输入纯水并将生成的酸碱输送至离子色谱仪。高压腔2-9两侧设有离子交换膜组，即图中的阳离子交换膜组2-4和阴离子交换膜组2-4a。两者对称于高压腔2-9设置，其由多层的离子交换膜组合构成，作用为隔断低压腔与高压腔2-9，即阻止低压腔和高压腔2-9中的溶液相互流动，但允许在电场作用下的离子迁移。

在本发明的一个实施例中，第一低压腔2-1和第二低压腔2-7a的结构相同且呈镜像对称设置。具体地，第一低压腔2-1包括彼此连通的第一上腔体、第一连接通道和第一下腔体。第二低压腔包括彼此连通的第二上腔体、第二连接通道和第二下腔体(图中未示出)。如图3所示，第一上腔体位于第一下腔体的上方，第二上腔体位于第二下腔体的上方。第一连接通道的横向截面面积小于第一上腔体和第一下腔体的横向截面面积，第二连接通道的横向截面面积小于第二上腔体和第二下腔体的横向截面面积。第一上腔体和第二上腔体位于同一水平高度处，且第一下腔体和第二下腔体位于同一高度处。这种设计方式能够保证第一低压腔2-1和第二低压腔2-7a内具有相同的液面高度，以及高压腔2-9两侧的压力基本相同。

阳电极2-2位于第一上腔体内，阴电极2-3位于第二上腔体内，第一下腔体和第二下腔体对接并在连接部位形成高压腔2-9。高压腔2-9位于第一上腔体和第二上腔体的下方，由于电极反应产生的气体均由第一出气口2-8和第二出气口2-8a排出，因此高压腔2-9附近几乎没有气体存在。

在本发明的一个实施例中，由于输出的酸碱溶液为KOH溶液，在高压腔2-9靠近阳电极2-2的一侧设有阳离子交换膜组2-4，在高压腔2-9靠近阴电极2-3的一侧设有阴离子交换膜组2-4a。离子交换膜组的具体类型需要根据阴离子淋洗液或者阳离子淋洗液的类型进行选择。如果是将其作为酸液发生装置，则阴阳离子膜组对换。

在本发明的一个实施例中，为了获得浓度稳定的酸碱溶液，将淋洗液入口2-5设置于高压腔2-9下方，酸碱出口2-6设置于高压腔2-9上方。这样淋洗液从高压腔2-9下方进入，酸碱溶液从高压腔2-9上方导出，避免了从同一高度处输出酸碱的残留问题。

在本发明的一个实施例中，为了获得持续进入的淋洗液，该装置还包括淋洗液发生器2-18。淋洗液发生器2-18的出口与淋洗液入口2-5连接，在两者的连接管路上设有恒流泵2-17。在恒流泵2-17的驱动下，将淋洗液从淋洗液发生器2-18中输入高压腔2-9，实现酸碱溶液的持续输出。

在本发明的一个实施例中，该装置还包括进样单元2-11、离子分离柱2-12、离子抑制器2-13和离子电导池2-14，进样单元2-11的入口与酸碱出口2-6连接，进样单元2-11的出口依次连接有离子分离柱2-12和离子抑制器2-13，在离子抑制器2-13末端设有离子检测废液出口2-15。离子抑制器2-13的作用是抑制系统的本底(电导)，抑制后的溶液才能进入到离子电导池2-14。当采用该装置制备KOH等碱溶液时，选用阴离子进样单元、阴离子分离柱、阴离子抑制器和阴离子电导池。当采用该装置制备甲烷磺酸钠盐溶液时，选用阳离子进样单元、阳离子分离柱、阳离子抑制器和阳离子电导池。

下面以阴离子淋洗液KOH的产生介绍该装置的工作原理：

在第一低压腔2-1中装有高浓度的KOH溶液(即KOH储备液2-7，通常浓度为2-3mol)，铂金板浸没于该溶液中作为阳电极2-2。在第二低压腔2-7a中装有纯水或者低浓度的KOH溶液(通常浓度为10mmol)，铂金板浸没于该溶液中作为阴电极2-3。阴阳电极分别与恒流电源2-16连接。第一低压腔2-1和第二低压腔2-7a的底部对接并在连接部位形成高压腔2-9，高压腔2-9两侧对称设有离子交换膜组，分别是阳离子交换膜组2-4和阴离子交换膜组2-4a，作用是阻止第一低压腔2-1、第二低压腔2-7a和高压腔2-9内的液体互流，同时在外加电势的作用下使特定的离子通过离子交换膜组到达高压腔2-9中。淋洗液入口2-5位于高压腔2-9下方，酸碱出口2-6位于高压腔2-9上方。当应用于离子色谱阴离子检测时，流动相KOH的产生过程如下：

在第一低压腔2-1内的阳电极2-2上发生下面的电解反应：

2H₂O-4e^-→4H⁺+O₂

由于第一低压腔2-1的顶端设有第一出气口2-8，所以在阳电极2-2上产生的O₂可以从这里排出。第一低压腔2-1中存放的是高浓度的KOH溶液，除了上面的电解反应以外，KOH在水中解离成K⁺和OH^-。K⁺在电场的作用下通过阳离子交换膜组2-4进入高压腔2-9中，由于阴离子交换膜组2-4a的阻拦，使得K⁺只能停留在高压腔2-9中，而无法进入第二低压腔2-7a。

在第二低压腔2-7a的阴电极2-3上发生下面的电解反应：

2H₂O+2e^-→2OH^-+H₂

阴电极2-3是被放置在第二低压腔2-7a中，第二低压腔2-7a的顶端也设置了第二出气口2-8a，所以在阴电极2-3上产生的H₂可以从第二出气口2-8a排出。第二低压腔2-7a中存放的是低浓度的KOH溶液或者纯水。由于第一低压腔2-7中有阳电极2-2，第二低压腔2-7a中装有阴电极2-3，电解产生的OH^-在电场的作用下通过阴离子交换膜组2-4a进入到高压腔2-9中，而阳离子交换膜组2-4使得OH^-不能继续向阳电极2-2移动，只能停留在高压腔2-9中。在高压腔2-9中的K⁺离子与OH^-离子结合形成高纯度的KOH溶液。由于电极上电解产生的H₂和O₂从低压腔顶部的第一出气口2-8和第二出气口2-8a排出，所以在高压腔2-9中生成的KOH溶液中不含有气体。在恒流泵2-17的推动下，淋洗液发生器2-18中的超纯水进入高压腔2-9中与生成的KOH结合，得到不含气体的KOH溶液，从酸碱出口2-6输出至进样单元2-11。因此，从高压腔2-9下方的淋洗液入口2-5进入的纯水与生成的KOH溶液混合后，在酸碱出口2-6可得到任意浓度的高纯度的KOH溶液。

进一步地，得到的KOH溶液(以下简称碱溶液)的浓度与施加在两个低压腔的恒流电位成正比，与高压腔2-9淋洗液入口2-5纯水的流速成反比，即：{碱溶液的浓度}＝电流/溶液流速。

如果使用恒电流电位，在一定的流速范围内，可以得到恒定浓度的碱溶液，控制不同的电流便可以得到不同浓度的碱溶液。而电流和浓度的关系严格遵守法拉第第一定律和法拉第第二定律：

第一定律即为在电极界面上发生化学变化物质的质量与通入的电量成正比。

法拉第第一定律表明，对单个电解池而言，在电解过程中，阴极上氧化物质析出的量与所通过的电流强度和通电时间成正比。当我们讨论的是金属的电沉积时，用公式可以表示为：

M＝KQ＝KIt

式中：M—析出金属的质量；

K—比例常数(电化当量)；

Q—通过的电量；

I—电流强度；

t—通电时间。

第二定律即为通电于若干个电解池串联的线路中，当所取的基本粒子的荷电数相同时，在各个电极上发生反应的物质，其物质的量相同，析出物质的质量与其摩尔质量成正比。

物质的电化当量k跟它的化学当量成正比，所谓化学当量是指该物质的摩尔质量M跟它的化合价的比值，单位kg/mol。第二定律数学表达式：k＝M/Fn。

式中：n指的是化合物中正或负化合价总数的绝对值；

F为法拉第恒量，数值为F＝9.65×10000C/mol，它是阿伏伽德罗数NA＝6.02214·1023mol-1与元电荷e＝1.602176·10-19C的积，又称法拉第常数。

结合法拉第第一定律和第二定律，以KOH为例，计算一升浓度为2mol/L的溶液可以为离子色谱分析提供溶液的时间关系：

假定第一低压腔中的KOH原液浓度C1＝2mol/L，体积V1＝1L，KOH物质的量N1＝C1×V1。假定用掉原液的70％，则KOH使用量P％＝1-30％(P为最高使用量)。

假定离子色谱的流动相(阴离子分离柱)需要浓度C2＝20mmol/L，阴离子分离柱所需的KOH溶液流速S＝1ml/min＝10^-3L/min，使用时间为t。

则使用时长计算公式为：C1×P％＝C2×S×t

t＝C1*P％/C2*S(min)＝2*70％/20*10^-3*10^-3(min)＝48.6(天)

即：该浓度的KOH方式装置可以24小时连续为仪器提供连续使用48.6天的试剂。如果以每天使用4小时计算，则可以使用291天。

需要指出的是，上面的解释是用KOH的产生作为案例。当恒流源的方向反接，低压腔中的溶液替换为甲烷磺酸溶液，同时更换离子交换膜组，就可以得到阳离子流动相溶液。

﹝三腔体单低压腔酸碱发生装置﹞

上述的三腔体双低压腔酸碱发生装置虽然解决了高压腔不用脱气的问题，但与图1表示的传统的单膜单储液罐的酸碱发生装置相比，在不使用高压脱气单元的同时，还增加了一个低压腔。由于多出的低压腔会增加装置整体体积，因此在第二种解决方案中，可利用淋洗液尾液(即离子抑制器排出的废液)实现单低压腔的工作方式。

图3为本发明三腔体单低压腔酸碱发生装置的结构示意图。与图2类似，该装置包括电源3-16、第一低压腔3-1、阳电极3-2、阴电极3-3和离子交换膜组，区别在于还包括尾液腔3-7a且不含有第二低压腔2-7a。尾液腔3-7a与离子抑制器3-13末端的离子检测废液出口连接，并以尾液腔3-7a代替第二低压腔2-7a，具体设置方式如下：

第一低压腔3-1顶部设有第一出气口3-8，尾液腔3-7a顶部设有第二出气口3-15，使电极反应产生的气体从第一低压腔3-1和尾液腔3-7a顶部逸出，避免在离子色谱仪中还要安装高压脱气单元。阳电极3-2位于第一低压腔3-1内，阴电极3-3位于尾液腔3-7a内，电源3-16正极与阳电极3-2连接，电源3-16负极与阴电极3-3连接。

第一低压腔3-1的底部与尾液腔3-7a对接并在连接部位形成高压腔3-9，在高压腔3-9上设有淋洗液入口3-5和酸碱出口3-6，用于向高压腔3-9内输入纯水并将生成的酸碱输送至离子色谱仪。高压腔3-9两侧设有离子交换膜组，即图中的阳离子交换膜组3-4和阴离子交换膜组3-4a。两者对称于高压腔3-9设置，其由多层的离子交换膜组合构成，作用为阻止第一低压腔3-1与高压腔3-9，以及高压腔3-9与尾液腔3-7a中的溶液相互流动，但允许在电场作用下的离子迁移。在尾液腔3-7a上设有尾液入口3-19和废液出口3-15。

在本发明的一个实施例中，第一低压腔3-1包括彼此连通的第一上腔体、第一连接通道和第一下腔体。第一上腔体位于第一下腔体的上方，第一连接通道的横向截面面积小于第一上腔体和第一下腔体的横向截面面积，且第一下腔体和尾液腔3-7a位于同一高度处。这种设计方式能够保证高压腔3-9两侧的压力基本相同。

阳电极3-2位于第一上腔体内，阴电极3-3位于尾液腔3-7a内，第一下腔体和尾液腔3-7a对接并在连接部位形成高压腔3-9。高压腔3-9位于第一上腔体的下方，由于电极反应产生的气体均由第一出气口3-8和第二出气口3-15排出，因此高压腔3-9附近几乎没有气体存在。

在本发明的一个实施例中，由于输出的酸碱溶液为KOH溶液，在高压腔3-9靠近阳电极3-2的一侧设有阳离子交换膜组3-4，在高压腔3-9靠近阴电极3-3的一侧设有阴离子交换膜组3-4a。从图3看，阳离子交换膜组3-4位于第一下腔体内，阴离子交换膜组3-4a位于尾液腔3-7a内。离子交换膜组的具体类型需要根据阴离子淋洗液或者阳离子淋洗液的类型进行选择。如果是将其作为酸液发生装置，则阴阳离子膜组对换。

在本发明的一个实施例中，为了获得浓度稳定的酸碱溶液，将淋洗液入口3-5设置于高压腔3-9下方，酸碱出口3-6设置于高压腔3-9上方。这样淋洗液从高压腔3-9下方进入，酸碱溶液从高压腔3-9上方导出，避免了从同一高度处输出酸碱的残留问题。

在本发明的一个实施例中，为了获得持续进入的淋洗液，该装置还包括淋洗液发生器3-18。淋洗液发生器3-18的出口与淋洗液入口3-5连接，在两者的连接管路上设有恒流泵3-17。在恒流泵3-17的驱动下，将淋洗液从淋洗液发生器3-18中输入高压腔3-9，实现酸碱溶液的持续输出。

在本发明的一个实施例中，该装置还包括进样单元3-11、离子分离柱3-12、离子抑制器3-13和离子电导池3-14，进样单元3-11的入口与酸碱出口3-6连接，进样单元3-11的出口依次连接有离子分离柱3-12和离子抑制器3-13，离子抑制器3-13末端的废液进入尾液腔3-7a。离子抑制器3-13的作用是抑制系统的本底(电导)，抑制后的溶液才能进入到离子电导池3-14。当采用该装置制备KOH等碱溶液时，选用阴离子进样单元、阴离子分离柱、阴离子抑制器和阴离子电导池。当采用该装置制备甲烷磺酸钠盐溶液时，选用阳离子进样单元、阳离子分离柱、阳离子抑制器和阳离子电导池。

下面以阴离子淋洗液KOH的产生介绍该装置的工作原理：

在第一低压腔3-1中装有高浓度的KOH溶液(即KOH储备液3-7，通常浓度为2-3mol)，铂金板浸没于该溶液中作为阳电极3-2。在尾液腔3-7a中装有纯水或者低浓度的KOH溶液(通常浓度为10mmol)，铂金板浸没于该溶液中作为阴电极3-3。阴阳电极分别与恒流电源3-16连接。在尾液腔3-7a上设有尾液入口3-19和废液出口3-15。第一下腔体和尾液腔3-7a对接并在连接部位形成高压腔3-9。高压腔3-9两侧对称设有离子交换膜组，分别是阳离子交换膜组3-4和阴离子交换膜组3-4a，作用是阻止第一低压腔3-1、尾液腔3-7a和高压腔3-9内的液体互流，同时在外加电势的作用下使特定的离子通过离子交换膜组到达高压腔3-9中。淋洗液入口3-5位于高压腔3-9下方，酸碱出口3-6位于高压腔3-9上方。当应用于离子色谱阴离子检测时，流动相KOH的产生过程如下：

在第一低压腔3-1内的阳电极3-2上发生下面的电解反应：

2H₂O-4e^-→4H⁺+O₂

由于第一低压腔3-1的顶端设有第一出气口3-8，所以在阳电极3-2上产生的O₂可以从第一出气口3-8排出。第一低压腔3-1中存放的是高浓度的KOH溶液，除了上面的电解反应以外，KOH在水中解离成K⁺和OH^-。K⁺在电场的作用下通过阳离子交换膜组3-4进入高压腔3-9中。

在尾液腔3-7a的阴电极3-3上发生下面的电解反应：

2H₂O+2e^-→2OH^-+H₂

阴电极3-3是被放置在尾液腔3-7a中，在尾液腔3-7a上设有尾液入口3-19和废液出口3-15。阴离子抑制器的尾液进入到尾液腔3-7a中为系统提供OH^-离子。在恒流电源3-16的驱动下，OH^-离子通过阴离子交换膜组3-4a进入到高压腔3-9中，与K⁺离子结合成高纯度KOH溶液。由于电极上电解产生的H₂和O₂在分别从第一低压腔3-1顶部的第一出气口3-8和尾液腔的第二出气口3-15排出，所以在高压腔3-9中生成的KOH溶液中不含有气体。从高压腔3-9下方的淋洗液入口3-5进入的纯水与生成的KOH溶液混合后，在酸碱出口得到任意浓度的高纯度的KOH溶液。得到的KOH溶液的浓度正比于施加电势、反比于淋洗液入口纯水的流速，并且严格遵循法拉第定律。

需要指出的是，上面的解释是用KOH的产生作为案例，当恒流电源3-16的方向反接，将第一低压腔3-1内替换为甲烷磺酸溶液，同时更换离子交换膜组，就可以得到阳离子流动相溶液。

﹝五腔体单低压腔酸碱发生装置﹞

在上述三腔体单低压腔酸碱发生装置的基础上，可以以盐溶液作为储备液，并设置两个尾液腔和两套离子色谱仪，这一装置可同时向两套离子色谱仪提供阴离子淋洗液和阳离子淋洗液。图4为本发明五腔体单低压腔酸碱发生装置的结构示意图。该装置除一个低压腔1外，还包括第一尾液腔7a和第二尾液腔7c，以及两套离子色谱仪，可同时向两套离子色谱仪提供阴离子淋洗液和阳离子淋洗液。具体设置方式如下：

一种不用脱气的酸碱发生装置，包括第一电源16、第二电源16a、低压腔1、公共电极2、阳电极3a、阴电极3、第一尾液腔7a、第二尾液腔7c、第一离子交换膜组和第二离子交换膜组。

其中，低压腔1顶部设有低压腔出气口8，第一尾液腔7a顶部设有第一出气口15，第二尾液腔7c顶部设有第二出气口15a，使电极反应产生的气体从低压腔1、第一尾液腔7a和第二尾液腔7c顶部逸出，避免在离子色谱仪中还要安装高压脱气单元。公共电极2位于低压腔1内，阴电极3位于第一尾液腔7a内，阳电极3a位于第二尾液腔7c内。公共电极2可作为产生阴离子淋洗液的阳电极和产生阳离子淋洗液的阴电极。第一电源16正极与公共电极2连接，负极与阴电极3连接；第二电源16a负极与公共电极2连接，正极与阳电极3a连接。

低压腔1的底部向左右两侧延伸，形成第一延伸段和第二延伸段。第一延伸段与第一尾液腔7a对接并在连接部位形成第一高压腔9，在第一高压腔9上设有第一淋洗液入口5和第一酸碱出口6，用于向第一高压腔9内输入纯水并将生成的酸碱输送至离子色谱仪。第一高压腔9两侧设有离子交换膜组，即图中的第一阳离子交换膜组4和第一阴离子交换膜组4a。两者对称于第一高压腔9设置，其由多层的离子交换膜组合构成，作用为阻止低压腔1与第一高压腔9，以及第一高压腔9与第一尾液腔7a中的溶液相互流动，但允许在电场作用下的离子迁移。在第一尾液腔7a上设有第一尾液入口19和第一废液出口15。

类似地，第二延伸段与第二尾液腔7c对接并在连接部位形成第二高压腔9a，在第二高压腔9a上设有第二淋洗液入口5a和第二酸碱出口6a，第二高压腔9a两侧设有第二离子交换膜组，在第二尾液腔7c上设有第二尾液入口19a和第二废液出口15a。

在本发明的一个实施例中，低压腔1包括彼此连通的上腔体、连接通道和下腔体。其中上腔体位于下腔体的上方，连接通道的横向截面面积小于上腔体和下腔体的横向截面面积，且下腔体、第一尾液腔7a和第二尾液腔7c位于同一高度处。公共电极2位于上腔体内，下腔体的两端向左右两侧延伸，形成第一延伸段和第二延伸段，第一延伸段与第一尾液腔7a对接并在连接部位形成第一高压腔9，第二延伸段与第二尾液腔7c对接并在连接部位形成第二高压腔9a。这种设计方式能够保证第一高压腔9和第二高压腔9a两侧的压力基本相同。由于电极反应产生的气体均由低压腔出气口8、第一出气口15和第二出气口15a排出，因此第一高压腔9和第二高压腔9a内几乎没有气体存在。

在本发明的一个实施例中，由于从第一高压腔9输出的酸碱溶液为KOH溶液，从第二高压腔9a输出的酸碱溶液为甲烷磺酸溶液。在第一高压腔9靠近阴电极3的一侧设有第一阴离子交换膜组4a，在第一高压腔9靠近阳电极3a的一侧设有第一阳离子交换膜组4。从图4看，第一阳离子交换膜组4位于第一下腔体内，第一阴离子交换膜组4a位于第一尾液腔7a内。离子交换膜组的具体类型需要根据阴离子淋洗液或者阳离子淋洗液的类型进行选择。

类似地，在第二高压腔9a靠近阳电极3a的一侧设有第二阳离子交换膜组4c，在第二高压腔9a靠近阴电极3的一侧设有第二阴离子交换膜组4b。

在本发明的一个实施例中，为了获得浓度稳定的酸碱溶液，将第一淋洗液入口5设置于第一高压腔9下方，第一酸碱出口6设置于第一高压腔9上方。这样淋洗液从第一高压腔9下方进入，酸碱溶液从第一高压腔9上方导出，避免了从同一高度处输出酸碱的残留问题。类似地，第二淋洗液入口5a位于第二高压腔9a下方，第二酸碱出口6a位于第二高压腔9a上方。

在本发明的一个实施例中，为了获得持续进入的淋洗液，该装置还包括淋洗液发生器18，淋洗液发生器18的出口分别与第一淋洗液入口5和第二淋洗液入口5a连接，在淋洗液发生器18的出口与第一淋洗液入口5的连接管路上设有第一恒流泵17，在淋洗液发生器18的出口与第二淋洗液入口5a的连接管路上设有第二恒流泵17a。在第一恒流泵17和第二恒流泵17a的驱动下，将淋洗液从淋洗液发生器18中输入第一高压腔9和第二高压腔9a，实现酸碱溶液的持续输出。

在本发明的一个实施例中，该装置还包括第一进样单元11、第一离子分离柱12、第一离子抑制器13和第一离子电导池14，第一进样单元11的入口与第一酸碱出口6连接，第一进样单元11的出口依次连接有第一离子分离柱12和第一离子抑制器13，第一离子抑制器13末端的废液出口与第一尾液腔7a连接。该装置还包括第二进样单元11a、第二离子分离柱12a、第二离子抑制器13a和第二离子电导池14a，第二进样单元11a的入口与第二酸碱出口6a连接，第二进样单元11a的出口依次连接有第二离子分离柱12a和第二离子抑制器13a，第二离子抑制器13a末端的废液出口与第二尾液腔7c连接。当采用该装置制备KOH等碱溶液时，选用阴离子进样单元、阴离子分离柱、阴离子抑制器和阴离子电导池。当采用该装置制备甲烷磺酸钠盐溶液时，选用阳离子进样单元、阳离子分离柱、阳离子抑制器和阳离子电导池。

下面以阴离子淋洗液KOH和阳离子淋洗液甲烷磺酸的产生介绍该装置的工作原理：

在低压腔1中装有高浓度的甲烷磺酸钠溶液，铂金板浸没于该溶液中作为公共电极2，即阴离子淋洗液的阳电极和阳离子淋洗液的阴电极。在右面的第一尾液腔7a中装有铂金板作为阴离子淋洗液的阴电极3，公共电极2和阴电极3分别与第一恒流电源16连接。在第一尾液腔7a上设有第一尾液入口19和第一废液出口15。

进一步地，公共电极2位于上腔体内，下腔体的两端向左右两侧延伸形成第一延伸段和第二延伸段，第一延伸段与第一尾液腔7a对接并在连接部位形成第一高压腔9，第二延伸段与第二尾液腔7c对接并在连接部位形成第二高压腔9a。在第一高压腔9两侧设有第一阴离子交换膜组4a和第一阳离子交换膜组4，在第二高压腔9a两侧设有第二阴离子交换膜组4b和第二阳离子交换膜组4c。离子膜组的作用是阻止第一高压腔9、第二高压腔9a与低压腔1内的溶液互流，同时在外加电势的作用下使特定的离子通过离子交换膜组到达第一高压腔9和第二高压腔9a中。在两个独立的高压腔的两端均设有淋洗液入口和酸碱出口。当应用于离子色谱阴离子检测时，在低压腔1的公共电极2(作为阳极)上发生下面的电解反应：

2H₂O-4e^-→4H⁺+O₂

由于低压腔1的顶端设有低压腔出气口8，所以在阳电极3a上产生的O₂可以从低压腔出气口8排出。低压腔1中存放的是高浓度的甲烷磺酸钠溶液，除了上面的电解反应以外，甲烷磺酸钠在水中解离成K⁺和MSA^-。K⁺在电场的作用下通过第一阳离子交换膜组4进入到第一高压腔9中。

在第一尾液腔7a的阴电极3上发生下面的电解反应：

2H₂O+2e-→2OH^-+H₂

阴电极3是被放置在第一尾液腔7a中，第一尾液腔7a上同时设有第一尾液入口19和第一废液出口15，第一阴离子抑制器的尾液进入到第一尾液腔7a中电解后为系统提供OH^-离子，同时产生的氢气从第一出气口(第一废液出口)15排出。在第一恒流电源16的驱动下，OH^-离子通过第一阴离子交换膜组4a进入到第一高压腔9中，与K⁺离子结合成高纯度KOH溶液。由于电极上电解产生的H₂和O₂分别从低压腔1顶部的低压腔出气口8和第一尾液腔7a的第一出气口15排出，所以在第一高压腔9中生成的KOH溶液中不含有气体。从第一高压腔9下方的第一淋洗液入口5进入的纯水与生成的KOH溶液混合后，在第一酸碱出口6得到任意浓度的高纯度的KOH溶液。得到的KOH溶液的浓度正比于施加电势、反比于第一淋洗液入口5纯水的流速，并且严格遵循法拉第定律。

将该装置应用于离子色谱阳离子检测时，在低压腔1内的公共电极2变成了阳离子淋洗液的阴电极，在上面发生下面的电解反应：

2H₂O+2e^-→2OH^-+H₂

由于低压腔1的顶端设有低压腔出气口8，所以在阴电极3上产生的H₂可以从低压腔出气口8排出。低压腔1中存放的是高浓度的甲烷磺酸钠溶液，除了上面的电解反应以外，甲烷磺酸钠在水中解离成K⁺和MSA^-。MSA^-酸根在电场的作用下通过第二阴离子交换膜组4b进入到第二高压腔9a中。

在第二尾液腔7c的阳电极3a上发生下面的电解反应：

H₂O-2e^-→2H⁺+O₂

阳电极3a是被放置在第二尾液腔7c中，第二尾液腔7c上同时设有第二尾液入口19a和第二废液出口15a，第二阴离子抑制器的尾液进入到第二尾液腔7c中电解后为系统提供H⁺离子，同时产生的氧气从第二出气口(第二废液出口)15a排出。在第二恒流电源16a的驱动下，H⁺离子通过第二阳离子交换膜组4c进入第二高压腔9a中，与MSA^-离子结合成高纯度甲烷磺酸溶液。由于电极上电解产生的H₂和O₂分别从低压腔1顶部的低压腔出气口8和第二尾液腔7c的第二出气口15a排出，所以在第二高压腔9a中形成的甲烷磺酸溶液中不含有气体。从第二高压腔9a下方的第二淋洗液入口5a进入的纯水与生成的甲烷磺酸溶液混合后，在第二酸碱出口6a得到任意浓度的高纯度的甲烷磺酸溶液。得到的甲烷磺酸溶液的浓度正比于施加电势、反比于第二淋洗液入口纯水的流速，并且严格遵循法拉第定律。

图5为采用本发明装置测试阴离子的谱图，图中的6个特征峰表示能测出6种阴离子。图6为采用本发明装置测试阳离子的谱图，图中的6个特征峰表示能测出6种阳离子。说明该装置能够实现在线产生淋洗液的功能，完成色谱组分分析，并且淋洗液中不含有气泡。因为如果产生的淋洗液中含有气泡，色谱图的基线将显现大量的干扰峰。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。