Jonpump för kemisk analys och för att ackumulera joner :


 

Princip:


Man ändrar det elektriska fältet i en kanal, med hjälp av minst fyra ledningar, så att joner och kanske dipoler flyttar sig i kanalen.

Det är analogt med CCD-minnen (analoga shift-register, ibland ljuskänsliga), i CCD-minnen pumpas elektroner, på liknande sätt.


Uppfinning:


På grund av likheten med CCD-minne, så borde det finnas de som tänkt på det före mig.
Jag vet inte om det finns patent. Men jag har inte sett instrument som använder principen.
Jag har själv inte haft möjligheter att experimentera med jonpumpen, men om CCD-minnet fungerar borde denna fungera.

Figur för ett lab experiment:


 jpum
Ett exempel på försöks uppställning är att etsa ett kretskort, lägga på ett isolerande lager (film?), några packningar,
en glasskiva ovanför och ordna anslutningar, (kanske silikonspackel kan användas, vid test).
Jag vet inte hur stor spänning som behövs.
Fältet i kanalen kan bli större då ledningarna är smala och kort avstånd till jonerna. Kanalhöjden bör nog vara mindre än avståndet mellan ledningarna.
Hur snabbt jonerna rör sig beror på jonrörligheten, spänningen, temperatur, mediet som jonerna rör sig i och frekvensen.
Vid hög frekvens hinner bara de med stor jonrörlighet med, (de minsta jonerna).
Om man kopplar två jonpumpar i serie, där den första har lägre frekvens, så bör en viss sorts joner ackumuleras mellan jonpumparna. Om detta funkar, så kanske man kan mäta mycket små koncentrationer, genom att ackumulera jonerna.
Kanske en konduktivitets-sensor kan användas för att mäta koncentrationen.

Om någon skulle vilja producera massor, så kanske det går att integrera mycket av det på ett chips.
En hybridkrets med chips kopplad till en enkel mätdator, skulle kunna bli en mycket flexibelt analysinstrument, som mäter upp många parametrar på en gång från en provvätska.

Ett förslag är att värma ett glasrör, dra ut det och platta till det, samt lägga på någon som liknar en bandkabel, därefter gjuta in det. En mät-styr dator kan generera spännings pulserna.

Kanske det går att göra mycket stora jonpumpar, genom att lägga långa band av glas eller plast i buntar med bandkablar mellan, (alternativt rulla ihop buntar med plast-skivor).
Om energi-åtgången för att pumpa bort en viss mängd joner är låg, så kanske den är intressant för att rena något, t.ex. avsalta havsvatten.

Jag skulle hoppas att någon kan få fram ett billigt, pålitligt och snabbt analysinstrument, kopplad till vanlig PC, som kan användas för hälsokontroll och analysera t.ex. blod, saliv, urin, vatten och livsmedel.
Det bör vara relativt enkelt att automatisera analyser med jonpumpen. Även aminosyror mm bör kunna mätas. T.ex. K, Mg, pH och kanske många andra joner bör kunna mätas.
En lite större jonpump kanske kan kombineras med en absorbtions-spektro-foto-meter eller voltampermetri (jmf. polarografi).
Man kan även använda filter och ändra "bärvätskan".
(Elektrolys som samlar nästan alla jonerna i burken på elektroder och därefter använda strippning voltampermetri, kan teoretiskt bli oerhört noggrann för vissa ämnen om man samlar från en stor volym. Vid strippning kan man använda en standardiserad lösning , kanske destvatten)
Voltampermetri kombinerat med jonpump separerar jonerna i vätskan i två dimensioner t.ex. frekvens - Volt) och kan därmed analysera fler joner, jonkomplex på en gång. Alternativt med högre säkerhet.

Då en molekyl inte hinner röra sig längre avstånd än mellan två ledningar under tiden 6t1, så kan den inte komma genom jonpumpen.


Att tänka på:
Vilken spänning som är lämplig är beroende av avståndet mellan ledningar och till vätskan, samt frekvensen.
Då fältstyrkan blir hög i vätskan, kanske det uppstår effekter av jonströmmar och elektro -kemiska förändringar (jonisation). Vid Capillary Electrophoresis kan de använda spänningar i storleksordningen 1000 V, men avståndet mellan polerna är stort, så elektriska fältstyrkan är inte så stor. Man kan hoppas att det räcker med 5 v för jonpumpen, då avstånden är små. Mäthastigheten ökar med elektriska fältstyrkan.

Molekyler har en diffusions -hastighet. Värmerörelse, vibrationer och stötar ger molekylerna olika hastigheter enligt en hastighets -fördelning. Vid precisions mätning kanske detta inverkar och gränsen för frekvensen som jonen kan pumpas med blir breddad. Denna effekt minskar med lägre temperatur.
Teoretiskt bör man kunna pumpa vissa joner lösta i flytande kväve, men jag ser ingen tillämpning för det.

Annan metod:


Capillary Electrophoresis (CE) skall kunna gå att använda för att även mäta mindre oorganiska joner som nitratjoner.
Nitrat-joner är en av de fåtal oorganiska som absorberar UV-ljus, så den kan mätas med UV-detektor. Vid Capillary
Electrophoresis , så låter man ibland jonerna vandra längs ett elektriskt fält i en kapillär ibland fylld med t.ex. kisel-gel. Jonerna separeras då, de med störst jonrörlighet rör sig snabbast. Denna kan mäta många olika joner i samma körning och ganska fort. Någon i Tasmanien forskar på detta.

Både Capillary Electrophoresis, gaskromatograf och jonpumpen separerar ämnena i rummet, vilket är till stor fördel.

Att citera, kopiera och sprida denna text är tillåten, med hänvisning till källan (www-adressen).

Christer Nylander
22 mars 2001



Index.
(chemical ion pump analysis, ionpump)