[發明專利]溶液pH的電化學原位調控方法

有效

• 申請號: 200910111081.1
• 申請日: 2009-02-20
• 公開（公告）號: CN101813949A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發明（設計）人: 毛秉偉;王永春;田昭武;汝英明;蘇建加
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G05D21/02
• 分類號: G05D21/02
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所 35200
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及一種電化學調控溶液pH的技術，尤其是涉及一種在不改變體積、不需要額 外反應物、不產生氫氣和氧氣的情況下，原位、實時、循環和大幅度調控溶液pH的方法和 裝置。

背景技術

環境的pH對眾多的化學和生物過程起著極為重要的作用。許多有機反應的熱力學和動 力學與氫離子濃度密切相關；代謝過程與胞外環境的pH有關，各種酶的活性，尤其是生命 遺傳物質DNA中氫鍵的穩定性也直接依賴于環境的pH。研究各種pH依賴的動力學過程、 分離和檢測pH敏感的兩性蛋白質，以及進行需要在酸、堿循環變化中得以實現的重要生物 過程和納米制備，皆依賴于在不改變體積的前提下溶液整體pH的原位和時、空調控性。

現有溶液pH的調節有以下幾種方法：1)配置緩沖溶液，能嚴格pH控制值，但不能原位 調控，僅適合特定的反應；2)通過酸、堿滴加，可以實時改變溶液的pH值，[Jacobsen，C.F.； Le′onis，J.；-Lang，K.；Ottesen，M.In?Methods?of?Biochemical?Analysis；Glick，D.，Ed.； Interscience?Publishers：New?York，1957；Vol.4，pp?171-210.]但同時伴隨著研究體系的體積改 變，降低研究物質的濃度，而且這種方法難以實現在微流控芯片中的溶液pH的調控；3)電 極反應產生或消耗H⁺，可以改變溶液局部的pH值，但通常需要引入不希望的副反應，污染 研究體系，而且若副產物為氫氣和氧氣時，它們的析出可能造成微反應器中電流回路的斷路 問題；4)利用Pd電極上的還原吸氫和氧化脫氫，不需另加反應物，反應體系簡單而清潔， 但氫的吸入和脫出量十分有限，難以大幅度改變溶液全局的pH值。[MorimotoK.Automatic Electrochemical?Micro-pH-Stat?for?Biomicrosystems[J].Anal.Chem.，2008，80：905-914]此外， 在等電聚焦電泳技術中，通過兩性化合物的比例配置和固定，可以造成pH梯度，用于不同等 電點的蛋白質的分離或檢測。但是，這種pH調控不具有時間調控性。總之，現有pH調控方 法皆無法在不改變溶液體積或不引入氫氣和氧氣析出的情況下，原位、實時和大幅度調控溶 液全局的pH值。

發明內容

本發明的目的在于針對現有pH調控方法皆無法在不改變溶液體積或不引入氫氣和氧氣 析出的情況下，原位、實時和大幅度調控溶液全局的pH值，提供一種原位、實時調控溶液 全局的溶液pH的電化學原位調控方法和裝置。

本發明所述的溶液pH的電化學原位調控裝置設有電解池、恒電流儀，電解池內設有至 少2片鈀金屬膜，鈀金屬膜將電解池隔離成多個電極室，電極室通過導電性透氫膜互為串聯， 電極室中充有電解質溶液，最外的兩個電極室分別連接2個Ag/AgCl電極，2個Ag/AgCl電 極與恒電流儀電連接。

所述的透氫膜可以是電子導體，或離子導體與電子導體的復合，以墊片的形式通過擠壓、 粘結等方式密閉或半開放性地連接電極室，形成至少兩個正、負相間的電極室。所述的電子 導體可采用Pd膜或金屬氫化物膜等；離子導體可采用陽離子交換樹脂膜或陰離子交換樹脂 膜；

電極室為至少2個正相與負相間的電極室，通過恒電位或恒電流的方式使2個Ag/AgCl 電極間發生極化，控制電流的大小、時間和極性，可使串聯電極室的溶液pH值按要求發生 交替變化，即膜的陽極側所在的電極室pH降低，陰極側所在的電極室pH升高。

本發明所述的溶液pH的電化學原位調控方法包括以下步驟：

1)接好溶液pH的電化學原位調控裝置，將恒電流儀的正負極分別與雙電極室電解池中 2個Ag/AgCl電極相連椄，向兩側電極室中分別加入氯化鈉溶液，并插入微型Pd-H電極和飽 和甘汞電極(SCE)用以監測溶液的pH變化；

2)按左負右正的極性在2個Ag/AgCl電極之間加上恒定的極化電流，此時左電極室的 Pd膜作為陽極，Pd膜體相中的原子氫擴散到表面而被氧化為H⁺，使溶液pH降低，同時輔 助電極上AgCl被還原為Ag；同理，右電極室的Pd膜表面作為陰極，H⁺還原反應為氫原子， 吸附到Pd膜表面后進入Pd膜體相，使溶液pH升高，同時輔助電極上的Ag被氧化為AgCl；