消除器再生劑的循環的制作方法

專利名稱：消除器再生劑的循環的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于確定陰離子和陽離子被分析物的離子色譜分析系統。
技術背景離子色譜分析是一種廣泛應用于在不同樣品基體中確定陰離子和陽離 子被分析物的分析技術。離子色鐠分析，也稱為消除式離子色譜分析，包括 利用包含電解質的洗提液的色鐠分離階段，洗提液消除階段，隨后是檢測階 段，典型是利用導電檢測器。在色譜分離階段，注射樣品的離子被分析物通 過分離塔提出并利用電解液做為洗提液互相分開。在消除階段，洗提液消除 裝置，或者消除器，是用于將洗提液轉化為弱導電形式并增強目標被分析物的導電性的關鍵系統組件。這種技術在美國專利3897213、 3920397、 3925019 和3926559中已被描述。即使當今的離子色語分析包括若干分離和檢測方式，用消除導電性檢測 的離子色譜分析仍然是該技術的最廣泛形式。所述初始消除器是裝有適當離 子形式的離子交換樹脂的塔。那些底層裝入的消除器具有相對大的死容積并 需要經常脫機化學再生。為了解決這個問題，人們開發了基于離子交換纖維 和薄膜的消除器。這些年來，也開發出了如美國專利4999098、 5248426、 5352360以及6325976中所描述的電解再生薄膜消除器的幾種設計以克服有 關化學再生薄膜消除器的局限。電解消除器在離子色譜分析中提供若干優 點。所述電解消除器提供洗提液連續和同步消除，消除層的再生，以及為所 有普通IC應用提供充足的消除能力。它們很容易操作，因為消除洗提液或 者水被用于產生再生離子，并且沒有脫機準備再生溶液的需要。它們可以與 梯度分離兼容。它們具有很低的消除區體積，這使得很可能得到具有很高色 語分析效率的分離。在電解再生薄膜消除器的操作中，有時優選以外部水模式操作所述電解 薄膜消除器，因為所使用檢測器的類型不能服從運行的再循環模式或者因為 在外部水模式的運行中希望能夠達到低的消除背景噪聲。外部水再生劑一般在比洗提液流速高2到10倍的流速下工作并因此一般消耗大量水再生劑。例如，如果離子色譜分析系統持續在分離流速為1.0mL/min下運行并且水再 生劑以5mL/min以及每年365天，每天24小時運行，則總計需要2628升水。 當持續運行需要大量來自外部水源的高純度水的恒定供應時，IC系統的操作 員將面對系統運行的廢物處理和其它后勤挑戰。即使這些年化學再生薄膜消除器的使用有些減少，所述薄膜消除器提供 長壽命、低噪音、以及與在洗提液中一樣使用有機溶劑的應用中更好的兼容 性。在化學再生薄膜消除器的運行中，需要酸或堿再生劑溶液的外部源以持 續產生消除器。所述外部酸或堿再生劑一般在流速高于洗提液流速2到10 倍下運行并因此一般消耗大量再生劑。這種大量再生劑的協調準備以及所述 已使用再生劑的排出可能對系統的運行在成本和人工方面造成嚴重的后勤 挑戰，在無人管理或者較少管理的運行的情況下特別需要。存在在化學再生和電解再生消除器的運行中有最小化廢物處理，以及減 小所使用再生劑溶液運行成本的需要。發明內容在 一 個實施例中，本發明是利用再生劑循環回路的消除式離子色譜分析 器，包括(a)離子分離裝置，該裝置包括具有一個電荷、正電荷或負電荷 的可交換離子的離子分離介質，(b)薄膜消除器，其包括樣品流流動通道、 再生劑流動通道和離子交換薄膜，其中所述樣品流流動通道具有入口和出 口，所述再生劑流動通道具有入口和出口，而所述離子交換薄膜將所述樣品 流流動通道與所述再生劑流動通道分開，(c )具有入口和出口的檢測器，檢 測器入口與樣品流流動通道出口流體連通，(d)用于再生劑溶液的容器， (e)在所述離子分離裝置和所述樣品流流動通道入口之間提供流體連通的 第一管道，(f)在所述再生劑溶液容器和所述再生劑流動通道之間提供流體 連通的第二管道，(g)在所述再生劑通道和再生劑溶液容器之間提供流體連 通的第三管道，以及(h)再生劑溶液再循環回路，其包括第二和第三管道， 所述再循環回路與檢測器出口沒有流體連通。在另一個實施例中，本發明是一種用于利用再生劑溶液再循環回路的消 除式離子色譜分析的方法，該方法包括(a)通過將樣品流過離子分離裝置 中的離子分離介質在包括洗提液的液體樣品流中分離具有一個電荷、正電荷或負電荷的樣品離子，(b )通過將來自所述離子分離介質的排出液流過薄膜 消除器的樣品流流動通道消除所述洗提液，所述消除器包括具有入口和出口 的樣品流流動通道、具有入口和出口的再生劑流動通道、以及將所述樣品流 流動通道和再生劑流動通道分開的離子交換薄膜，(C)通過將來自所述樣品 流流動通道的排出液流過檢測器檢測所分離的樣品離子，(d)將再生劑溶液流過再生劑流動通道，(e)提供再生劑溶液儲存器，以及(f)將所述再生劑溶液容器和所述再生劑流動通道之間的再生劑溶液獨立于通過所述檢測器 的液流在再循環回3各中流動。


圖1 - 6是根據本發明具有再循環洗提液的不同消除式離子色譜分析系統的示意圖。圖7是說明本發明的色譜。圖8和圖9說明了利用本發明的再現性數據。
具體實施方式
本發明涉及再循環的多種方式(l)再生劑，比如電解再生消除器當其 以外部水模式運行時的運行過程中所使用的水，或者(2)用于化學再生消 除器的運行中的酸或堿再生劑。參照圖1，本發明將首先在所述電解再生消除器當其以外部水模式運行 時的運行過程中所使用的再循環水模式。圖1示出了利用再循環消除器再生 水的離子色譜分析系統的一個優選實施例的基本組件。在該實施例中，美國 專利6682701的圖1中示出類型的洗提液發生器IO被與如下所述的改進一 起使用。比如在'701號專利中示出的其它洗提液發生器可以被與所述本發 明的離子色譜分析系統結合使用。電解洗提液發生器的運行原理在美國專利 6682701中充分描述。其它電解洗提液發生器可以被使用，比如PCT申請WO2004/024302中 說明的產生諸如碳酸鉀等碳酸鹽的洗提液發生器。在這個實例中，在所述洗 提液發生器下游的所述離子色譜分析系統也如圖1中所示。可以使用其它洗 提液發生器，比如，如美國專利5045204或者美國專利6562628中所示。雖 然所述洗提液發生器以為了陰離子分析和諸如鉀離子的陽離子的產生為例加以說明，為了陽離子分析，同樣的系統可以被用于產生MSA或者諸如美 國專利6682701中所示通過適當反轉所述薄膜離子交換樹脂和電極的極性來 產生用于酸性洗提液的陰離子。特別參考圖1為了陰離子的分析所示出的實施例，來自未示出源的去離 子的水12被在由泵14提供的壓力下通過電解發生器的高壓堿生成腔16抽 吸。如所示，腔16包括與陽離子交換層連通的陰極18。所述高壓堿生成腔 被陽離子交換連接器20與包含洗提液離子源的低壓離子源儲存器22分開。 如所示出的，該系統用于陽離子分析，其中將為陽離子被分析物供應的所述 離子是陽離子，如所示出的是鉀離子或鈉離子，鋰離子或其它陽離子。所述 離子源儲存器可以是堿或鹽溶液的形式，其可以如'701號專利中所示的那 樣補充。帶電的選擇性滲透隔膜或連接器20基本防止大體積流體流動同時 提供離子輸送橋以將所述鉀離子輸送到堿生成腔中。合適的隔膜為，比如由 Nafior^形成，如'701號專利所示。圖1中所示實施例的離子源儲存器22也包含具有液體入口 24a和液體 出口 24b的離子回流塔24。所述離子回流塔24在層26中被裝滿陽離子交換 樹脂并優選主要以水合氫離子的形式。出口 24b安裝有與所述陽離子交換樹 脂層26直接物理接觸的流過Pt陽極。塔的入口區域安裝有將所述樹脂層26 與在離子源儲存器22中的鉀電解液分開的陽離子交換連接器28。所述充電 選擇性滲透隔膜或者連接器28基本防止大體積流體的流動同時提供離子輸 送橋以將鉀離子從所述離子回流塔24中的陽離子交換樹脂輸送到離子源儲 存器22中。在圖l中示出的實施例中，進行電解以提供'701號專利中所示的反應 以便在堿生成腔中生成堿，KOH。在所施加的電場下，鉀離子從所述離子源 儲存器22移動穿過所述離子交換連接器20以與陰極18產生的氫氧離子結 合以形成KOH洗提液。形成的KOH溶液的濃度與所施加電流成比例并與 去離子水載體流的流速成反比。氬氣在陽極18產生，這可能干涉樣品的分析。因此，優選使用脫氣管 道器件30,典型的使用接近于流體的多孔膜以將氫氣從樣品流中除去，這也 在'701號專利中有所說明。樣品被在樣品注射器32注射并由來自KOH生成腔16的洗提液傳送到 離子交換色譜分離塔34。為了陰離子分析。分離利用陰離子分離介質完成，一般使用該塔中的離子交換樹脂的堆疊層。如圖1中所示，來自陰離子分離塔的洗提液流到電解陰離子消除器36和導電性檢測器38，盡管其它檢測器， 比如紫外線-可見光、電化學、質譜分析檢測器也可以使用。在圖1中所示的實施例中，所述電解陰離子消除器以外部水模式運行 (即，在再生水合氫離子的電解生成中使用外部水源)。該實施例中使用的 電解陰離子消除器可以是美國專利4999098、5248426、5352360以及6325976 中所描述類型的電解再生薄膜消除器或其它的類型。電解再生薄膜消除器的 運行原理在那些專利中有詳細描述。如所示出的，消除器36是平面薄膜消 除器，其包括樣品流流動通道36a、再生劑流動通道36b，以及將這兩個通 道分開的選擇性滲透離子交換薄膜36c。參照圖1的實施例，所述容器或儲存器40中的再生水被泵41抽吸選擇 性通過堆疊有陰離子交換樹脂的可選的再生凈化塔42。該塔用于除去溶解的 二氧化碳及其它陰離子雜質，比如再生水中的碳酸鹽。塔42也可以包含陽 離子交換樹脂區域以除去陽離子雜質和適當的色譜填充材料的區域以除去 再生水中的中性雜質。所述再生水脫去塔42隨后流入所述電解消除器36的 再生劑流通道36b。流出所述再生劑流通道36b的溶液包含KOH溶液和化 學計量量的氬氣和氧氣的混合物，所述氬氣和氧氣通過水在所述陰離子電解 消除器的運行過程中在陽極(H20-2e—— 2H++V202 T )和陰極(2H20+2e—— 20H-+H2T )的氧化和還原形成。該消除器再生流出物混合物穿過可選的催 化氣體消除塔44，在該塔處氫氣和氧氣被催化反應以形成水，如美國專利申 請序號11/065335中所述，其在2005年2月23日提交，題目為"使用催化 氣體消除的離子色語系統"。塔44的使用提供了消除氫氣和氧氣并且產生用 于再生劑溶液的水的好處。所述KOH溶液脫離塔44沒有氬氣和氧氣。該溶液隨后可以通過脫氣管 道組件32的低壓腔以除去在腔16中的KOH洗提液的電解生成過程中形成 的氫氣。KOH和氬氣的混合物隨后被引導到所述離子回流塔24的入口。在 所施加的電場下，鉀離子移動穿過位于塔24的入口區域附近的陽離子交換 連接器28進入鉀離子源儲存器22。移動進入所述鉀離子源儲存器22的鉀離 子的量等于KOH洗提液的電解生成過程中移出儲存器22進入KOH生成腔 16的鉀離子的量。因此，圖1中所示的離子色譜系統利用離子色譜分析過程 中鉀源離子消耗和循環的不斷過程。鉀源離子消耗和循環的不斷過程在美國專利6562628中有所描述。由于鉀離子循環回離子源儲存器22，離開離子回流塔24出口的排出液 包含水和化學計量量的氫氣和氧氣。來自塔24的所述排出液隨后可以穿過 另一個可選的催化氣體消除塔46，在該塔氫氣和氧氣催化反應以形成水。離 開塔46的水隨后循環回再生水儲存器40。因此，圖l示出的離子色譜分析 系統提供了一種循環陰離子電解消除器36的運行所使用的再生水的新方法。再生溶液再循環穿過與離開所述檢測器的樣品流不流體連通的所述色 譜分析系統。圖2示出了本發明的另一個實施例。圖1和圖2中相同的部件將用相同 的附圖標記表示。在該實施例中，所述離子色譜分析過程中使用的洗提液可 以通過傳統的方法脫機準備或在線電解產生。樣品被注射到注射器32中并 且通過由泵14從源頭(未示出)抽吸的洗提液傳送到離子交換色譜分離塔 34。為了陰離子分析，利用陰離子交換分離介質完成分離。如所示出的，來 自塔34的所述洗提液流到電解陰離子消除器36和檢測器38。在圖2中示出的實施例中，電解陰離子消除器36以外部水模式運行。 再生水通過泵41被從儲存器40抽吸通過用于清除再生水中的離子和中性雜 質的再生劑凈化塔42。離開再生劑凈化塔42的再生水隨后流入電解消除器 36的再生劑流動通道36b。流出再生劑流動通道36b的溶液包含KOH溶液 和化學計量量的氬氣和氧氣的混合物，所述氫氣和氧氣通過水在所述陰離子電解消除器的運行過程中在陽極(H20-2e— — 2H++V202 1 )和陰極(2H20+2e —-20H>H2T )的氧化和還原形成。該消除器再生排出液混合物穿過可選的 催化氣體消除塔44,在該塔氫氣和氧氣催化反應以形成水，如為圖1中示出 的實施例所描述的那樣。離開催化氣體消除塔44的KOH溶液不含氫氣和氧氣并被引導到所述電 解再生劑循環裝置50中的離子回流塔24的入口。在所施加的電場下，鉀離 子移動穿過陽離子交換連接器28進入電解液儲存器22。同時，水被氧化以 在位于裝置50的出口 24b中的陽極形成水合氫離子和氧氣。水合氫離子移 動進入樹脂層26以補充由于與輸入的氫氧離子的中性化反應消耗的水合氫 離子。由于鉀離子被移動到所述電解液儲存器22中。所述離子回流塔排出 液包含水和在所述裝置陽極產生并被引導流過陰極室16的氧氣，所述陰極 室通過陰離子交換連接器20連接到電解液儲存器22。在所施加的電場下，由水的還原形成的氫氧離子移動穿過陰離子交換連接器20進入電解液儲存 器22以保持溶液在所述溶液儲存器中電荷為中性。在這個實施例中，施加 到所述電解再生劑循環裝置50的電流應當被調整到足夠確保再生劑液流中 的KOH被完全消除的水平。離開所述電解再生劑循環裝置50的陰極室16的出口的排出物包含水和 化學計量量的氫氣和氧氣。該排出物隨后可以穿過另一個催化氣體消除塔 52,在該塔中氫氣和氧氣催化反應以形成水。離開所述催化氣體消除塔46 的水隨后再循環回所述再生水存儲器40。圖2中示出的所述離子色譜分析系 統提供了根據本發明再循環陰離子電解消除器的運行中使用的再生水的另 一種方法。與圖1中示出的實施例相反，圖2中示出的實施例允許用傳統方 法脫機準備或者在線電解產生的洗提液的使用。圖3示出了本發明的另一個實施例。在該實施例中，所述離子色譜分析中進行的所述離子色譜分析過程利用與圖2中示出的實施例所描述的類似組 件完成。與圖1和圖2相同的部件將用相同的附圖標記說明。在圖3中示出 的實施例中，所述電解陰離子消除器36也以外部水模式運行。來自儲存器 40的再生水被抽吸通過用于消除所述再生水中的離子和中性雜質的可選的 再生劑凈化塔42。來自再生劑通道36b的該消除器再生排出液混合物穿過催 化氣體消除塔44,在該塔氫氣和氧氣如前所述催化反應以形成水。離開所述 催化氣體消除塔44的KOH溶液不含氫氣和氧氣并被引導到電解再生劑再循 環裝置50中的離子回流塔24的入口。圖3中示出的實施例的電解再生劑再循環裝置的結構為能使得裝置陰極 54直接設置電解液儲存器中。在所施加的電場下，鉀離子移動穿過位于所述 離子回流塔的入口區域附近的陽離子交換連接器28進入所述電解液儲存器。 水被氧化以在位于離子回流塔的出口 24b的陽極形成水合氫離子和氧氣。水 合氫離子移動進入樹脂層26以補充由于與輸入的氫氧離子中性化反應所消 耗的水合氫離子。同時，氫氧離子由陰極54的水的還原形成以保持電解液 儲存器22中的溶液電荷中性。在該實施例中，施加到電解再生劑再循環裝 置50的電流量優選調整到足夠確保再生劑液流中的KOH被完全消除的水 平。在圖3示出的實施例中，來自離子回流;荅24的排出液包含水和在所述裝置陽極產生的氧氣并再循環回所述水再生劑儲存器40中，所述水再生劑再循環存儲器40安裝有放氣孔40a以允許氧氣釋放到外界。在該實施例中， 由于在所述離子回流塔24的陽極的氧化反應會消耗水。所消耗的水的量由 施加到裝置50的電流量決定并且在一般的離子色譜分析運行條件下相當小。 因此，圖3中示出的所述離子色譜分析系統提供了根據本發明再循環陰離子 電解消除器的運行中所使用的再生水的另一種方法。圖4示出了離子色譜分析系統的另一個實施例，其中所述消除器再生水 在所述電解再生消除器以外部水模式的運行中再循環。與圖l-3相同的部 件將用相同的附圖標記表示。在該實施例中，所述離子色譜分析過程中所使述離子色譜分析過程利用與前述類似的組件完成。來自儲存器40的所述再 生劑溶液被泵41抽吸通過用于消除再生水中的離子和中性雜質的再生劑凈 化塔42。該消除器再生劑排出液混合物穿過催化氣體消除塔44,在該塔氫 氣和氧氣催化反應以形成如前所述的水。離開催化氣體消除塔44的所述 KOH溶液不含有氬氣和氧氣并被引導進入電解再生劑循環裝置56的入口。在圖4中所示的實施例中，所述電解再生劑再循環裝置可以是堆疊有陽 離子交換樹脂層的塔58的形式。所述樹脂被塔入口和出口處的多孔燒結物 適當的容納在塔中。所述裝置在陽離子交換樹脂層的出口區域附近安裝有陽 極室60并在陽離子交換樹脂層的入口區域附近安裝有陰極室。所述陽極室 和陰極室具有入口流體連通口和出口流體連通口 。陽極室和陰極室中的電極 60a和62a分別優選通過陽離子交換連接器60b和62b與樹脂層分開，所述 連接器防止任何顯著的液流但允許與樹脂層上的可交換離子的電荷相同的 電荷的離子遷移。總的來說，這個電解再生劑再循環裝置實施例的結構和運 行類似于美國專利6325976的圖2中所述的連續再生堆疊層消除器。所述電 解再生劑再循環裝置起電解消除來自催化氣體消除塔44的KOH溶液的作 用。在這個實施例中，施加到所述電解再生劑再循環裝置的電流的量應當調 節到足夠確保所述再生劑液流中的KOH的完全消除的水平。在圖4中所示的實施例中，如美國專利6325976中所述，所述檢測器排 出液可以被引導流過電解再生劑再循環裝置的陽極室和陰極室60和62。這 個流動的液流將KOH傳送出所述陰極室以排出。來自所述電解再生劑再循 環裝置的排出液為水并因此可以被再循環進入所述再生水儲存器。因此，圖124中所示的所述離子色譜分析系統提供另 一種再循環陰離子電解消除器的運 行中所使用的再生水的新方法。在另一個實施例(未示出)中，來自陰極室62的排出液包括KOH溶液 并可以循環到注射器32做為所述洗提液的部分或全部源頭，因此減少或者 消除外部KOH源。這種再循環在美國專利6027643中示出。本發明也可以應用于離子色譜分析系統中化學再生消除器的運行中所 使用的酸或堿再生劑的再循環。圖5示出了離子色譜分析系統的一個實施例， 其中陰離子薄膜消除器的運行中所使用的硫酸再生劑被再循環。與圖1-4 的實施例相同的部件將用相同的附圖標記表示。在這個實施例中，離子色譜所述離子色語分析過程利用與前述同樣的組件完成，除了使用了美國專利 4999098的圖1中所描述適當類型的化學再生薄膜系統。在此處圖5中所示 的實施例中，所述硫酸再生劑通過泵41被從所述再生劑儲存器40輸送到消 除器再生流體槽36b中以提供消除所述KOH洗提液中所使用的水合氫離子。 來自再生流體槽36b的排出物包含硫酸鉀和硫酸的混合物。所使用的再生劑 液流隨后被引導到所述電解再生劑再循環裝置50中的離子回流塔24的入口 24a。圖5中所示實施例的所述電解再生劑再循環裝置結構和運行類似于圖3 的實施例中所使用的裝置。在所施加的電場下，再生劑液流中的鉀離子移動 穿過位于所述離子回流塔24的入口區域附近的陽離子交換連接器28進入所 述電解液儲存器22。水被氧化以在位于離子回流塔的出口的陽極形成水合氫 離子和氧氣。水合氫離子與輸入的硫酸根離子結合以形成硫酸。同時，由水 的還原在陰極54形成的氬氧離子與鐘離子結合以保持所述電解液儲存器中 的溶液電荷中't生。在這個實施例中，施加到所述電解再生劑再循環裝置50 的電流量應當調整到足夠確保所述再生劑液流中的鉀離子被完全消除以將 石克酸鐘轉變成辟b酸。在圖5中所示的實施例中，所述離子回流塔24排出液包含在所述裝置 陽極產生并被引導以再循環回硫酸再生劑儲存器40的硫酸再生劑和氧氣， 所述再生劑儲存器安裝有放氣孔(未示出)以允許氧氣釋放到外界。在這個 實施例中，由于所述電解再生劑再循環裝置50的陽極處的氧化反應消耗了 ,K。所消^^的水的量由施加到所述電解再生劑再循環裝置50的電流量決定7.并且在一般的離子色譜分析運行條件下相當小。因此，圖5所示的所述離子 色譜分析系統提供了 一種循環離子色譜分析系統中化學再生消除器的運行 所^^用的^J臾再生劑的新方法。圖6示出了離子色譜分析系統的另一個優選實施例，其中陰離子薄膜消除器的運行中所使用的硫酸再生劑被再循環。在這個實施例中，所述離子色 所述離子色譜分析過程利用與前述相類似的組件完成，除了使用了美國專利4999098的圖1中所描述適當類型的化學再生薄膜消除器系統。在圖6所示 的實施例中，所述硫酸再生劑被泵41從所述再生劑儲存器40輸送到所述消 除器再生劑通道36b以提供離子色譜分析洗提液(KOH)的消除中所使用的 水合氫離子。來自槽36b的排出液包含硫酸鉀和硫酸的混合物。所述已使用再生劑液流隨后被引導到所述電解再生劑再循環裝置中的離子回流塔的入 口 。圖6中所示實施例的電解再生劑再循環裝置56的結構類似于圖4中所 示實施例中所使用的裝置。裝置56起將消除器排出液中的硫酸鉀轉換為硫 酸的作用。該實施例中裝置56的運行將在下面描述。在所加的電場下，輸 入再生劑溶液中的鉀離子移動穿過位于該裝置56的入口區域附近的陽離子 交換器62b進入所述陰極室62并與所述陰極62a處產生的氫氧離子結合以 形成氫氧化鉀溶液。同時，水被氧化以在位于所述電解再生劑再循環裝置56 的出口附近的陽極室60處形成水合氫離子。水合氫離子移動穿過所述陽離 子交換連接器60進入裝置56的所述樹脂層26并與硫酸鹽結合以形成硫酸。 在這個實施例中，施加到裝置56的電流應當調整到足夠確保所述再生劑液 流中的鉀離子被完全消除以將硫酸鉀轉化為硫酸。所述硫酸再生劑溶液隨后 再循環回所述再生劑儲存器40。圖6中示出的離子色鐠分析系統提供了根據 本發明再循環離子色譜分析系統中的化學再生消除器的運行所使用的循環 硫酸再生劑的另 一種方法。應當指出的是，通過利用適當的離子交換材料，上述多個實施例也可以 以適用于消除用于確定陽離子被分析物的酸性洗提液的形式實現。下面的實例說明了離子被分析物的離子色譜分離中的本發明。實例1:利用由再循環源離子產生的電解洗提液和由再循環再生水進行電解消除的離子色譜分析系統。這個實例說明了利用由再循環源離子產生的電解洗提液和由再循環再 生水進行電解消除的離子色譜分析(IC )系統在常見陰離子的分離中的使用。實驗中使用的所述IC系統根據圖1中示出的方案構造。使用改型的Dionex P680泵(Dionex Corporation, Sunnyvale, CA )以10)iL/min傳送去離子水。 為了產生和再循環KOH洗提液，去離子水首先通過Dionex ATC - HC和CTC-1塔以消除離子雜質并隨后進入KOH洗提液生成和再循環模塊的KOH生 成腔。所述KOH洗-提液再生和再循環才莫式由改變Dionex EGC - KOH盒(P/N058900 )通過增加設置在鉀離子電解質儲存器中的離子回流塔來準備， 所述儲存器填充有l.O升的0.5MKOH溶液。所述離子回流^^利用具有9mm ID x 150mm長的圓柱形內部腔的圓柱形PEEK殼制備，其堆疊有水合氳離 子形式(8。/。交Jf關的和20pm ^"化苯乙烯二乙烯苯樹脂顆粒，Dionex Corporation)的陽離子交換樹脂。所述塔的出口安裝有可流動通過的Pt陽極， 該陽極與所述陽離子交換樹脂層直接物理接觸。所述塔的入口區域安裝有在 所述離子源儲存器中將所述樹脂層與所述鉀離子電解液分開的陽離子交換 連接器。使用Dionex EG40洗提液生成器控制模塊以將電流供應到所述KOH 洗提液生成和再循環模式。所述KOH生成器的出口連接到高壓脫氣單元以消除在所述電解洗提液 生成過程中產生的氫氣。使用RheodynePEEK高壓注射閥(Cotati, CA )用 以注射樣品。毛細陰離子分離塔通過將專用Dionex表面作用化陰離子交換 樹脂裝入長為250mm和內徑為380(im的1/16英寸OD PEEK管構成。Dionex ED50A導電性檢測器裝有改進的可流過導電性單元(cell) 。 Dionex Chromeleon 6.6色譜分析數據管理計算機工作站用于儀器控制、數據采集、 以及處理。在這個實例中，所述電解毛細消除器按如下所述構成。所述毛細陰離子 消除器包括三個PEEK腔。包括陽離子交換毛細管的洗提液腔緊緊嵌入陽離 子交換樹脂(8%交聯的和20pm磺化苯乙烯二乙烯苯樹脂顆粒，Dionex Corporation)層(8mmlD x 10mm長)內。提供了所述樹脂層中到陽離子交 換毛細管的單獨流體連通。在所述電解毛細陰離子消除器的構造中使用 15cm長、0.004英寸ID x 0.010英寸OD ( Dionex Corporation )的專用移接 (grafted)和磺化TFE毛細管。所述洗提液腔與陰極再生劑腔和陽極再生劑腔利用專用移接和磺化TFE陽離子交換離子交換薄膜(Dionex Corporation ) 物理分離。所述陰極腔包含打孔的Pt陰極，且所述陽極腔包含打孔的Pt陽 極。兩個電極腔都有兩個流體連通口 (入口和出口)。在這個實例中，來自 所述導電性電池出口的消除洗提液被做為廢液排出。Dionex GS 50泵用于將再生水流以0.10mL/min輸送通過裝有氫氧化物 形式的陰離子交換樹脂的DionexATC HC塔。所述再生水被輸送通過洗提液 腔中的樹脂層，隨后到所述電解陰離子消除器的陽極再生劑腔和陰極再生劑 腔。Dionex RFC30模塊用于供應25mA的直流電流到所述電解陰離子消除 器。氫氣和氧氣催化反應以形成水的催化氣體消除塔通過將小Pt薄片裝入 4mmlD x 50mm長的PEEK塔中構成。 一個催化氣體消除塔設置在所述電解 消除器的陰極腔的出口下游。其它催化氣體消除塔設置在所述離子回流塔的 出口下游。在一套實一險中，所述KOH洗^提液生成和再循環才莫塊^皮編程以通 過施加0.563mA的直流電流到所述裝置以10|aL/min產生和再循環35mM KOH。所述再生劑儲存器開始填充有lOOmL去離子水。所述再生劑流速為 0.10mL/min。該系統用于完成五種常見陰離子(氟化物、氯化物、硝酸鹽、 ^L酸鹽以及磷酸鹽)的超過240小時的連續分離。在240小時的時間內沒有 觀察到儲存器中的再生水有明顯的損失。如果所述再生水沒有再循環，再生 水的消耗將達到1440mL 。圖7示出了五種常見陰離子利用圖1所示的系統通過用新的再生水或者 用再循環的再生水以外部水模式運行所述電解消除器的分離。圖8和圖9示出了在實驗過程中獲得的被分析物停留時間和峰值面積響了相同的分離。例如，平均硫酸鹽停留時間為6.25分鐘并具有0.17% (n = 24)的相對標準偏離(RDS)而當所述電解消除器用新再生水以外部水模式 運行時利用超過24小時的時間具有0.91% (n = 24)的RDS石克酸鹽峰值面 積響應為0.5822pS.min。當所述電解消除器用再循環再生水以外部水^^式運 行時，平均硫酸鹽停留時間為6.23分鐘而RDS為0.36% (n = 100)并且硫 酸鹽峰值面積響應為0.5850)iS'min而利用100小時時間的RDS為0.29% (n =100)。因此，上述結果表明所述利用具有再循環源離子的電解洗提液生成和具 有再循環再生水的離子色語分析系統可以用于對目標陰離子被分析物提供可靠的確定。實例2:利用具有再循環再生水的電解消除的離子色譜分析系統。這個實例說明了在常見陰離子的分離中利用具有再循環再生水的電解消除IC系統的使用。實驗中所使用的IC系統根據圖3中所示的實施例構造。 改型Dionex P680泵(Dionex Corporation, Sunnyvale，CA )用于以10(aL/min 輸送去離子水。為了產生KOH洗提液，去離子水首先通過DionexATC-HC 和CTC- 1塔以消除離子雜質并隨后進入DkmexEGC-KOH洗提液生成器 盒(P/N 058900 )的KOH生成腔中。所述KOH洗提液生成器的出口連接到 高壓脫氣單元以清除在所述電解洗提液生成過程中產生的氫氣。Rheodyne PEEK高壓注射閥(Cotati, CA)用于樣品的注射。所述毛細陰離子分離塔 通過將專用Dionex表面作用化陰離子交換樹脂裝入250mm長并且內徑為 380)im的1/16英寸OD PEEK管構成。使用實例1中描述的電解消除器。來 自所述導電性單元的消除洗提液被做為廢液排出。Dionex GS 50泵用于以 0.10mL/min將再生水流輸送通過裝有氫氧化物形式的陰離子交換樹脂的 Dionex ATC - HC塔。Dionex RFC30模塊被用于供應25mA的直流電流到所 述電解陰離子消除器。使用裝有改型可流過導電性單元的Dionex EDWA導 電性檢測器。Dionex Chromeleon6.6色譜分析數據管理計算機工作站用于儀 器控制、數據采集、以及處理。所述電解再生劑再循環裝置通過將離子回流塔浸入裝有0.5M KOH溶 液的100-mL儲存器構成。Pt陰極設置在所述電解再生劑再循環裝置的電 解液儲存器中。所述離子回流塔通過利用具有9mm ID x i50mm長圓柱形 內部腔的圓柱形PEEK殼制成，其裝有氫氧化物形式的陽離子交換樹脂。所 述塔的出口裝有可流過的Pt陽極，該陽極與所述陽極交換樹脂層直接物理 接觸。所述塔的出口區域安裝有將所述樹脂層與所述離子源儲存器中的鉀離 子電解溶液分開的陽離子交換連接器。Dionex SC20控制模塊用于提供 2.0mA的直流電流到所述電解再生劑再循環裝置。由將封裝小Pt箔片而制 成的一個催化氣體消除塔(4mm ID x 50mm長)設置在所述電解消除器陰 極腔的出口下游以允許氪氣和氧氣催化反應從而形成水。在一組實驗中，所述再生劑儲存器開始裝有lOOmL去離子水。所述系 統用于利用35mM KOH以10)iL/min持續45小時進行五種常見陰離子(氟化物、氯化物、硝酸鹽、硫酸鹽以及磷酸鹽)的分離。在45小時的時間內 沒有觀察到再生水有明顯的損失。如果所述再生水沒有再循環，水的消耗將達到270mL。結果顯示在具有再循環再生水和沒有再循環再生水的情況下獲 得了相同的分離。在45小時的時間里，被分析物停留時間的RDS百分比為 對于氯化物為0.34%而對于硫酸鹽為0.58% (n = 45);被分析物峰值高度響 應對氟化物為0.70%而對硫酸鹽為0.69% (n = 45)。因此，上述結果表明圖 3中所示的具有再循環再生水的離子色譜分析系統可以用于提供目標離子被 分析物的可靠測定。實例3:利用具有再循環再生水的電解消除的離子色譜分析系統。 這個實例說明了在常見陰離子的分離中利用再循環再生水進行電解消 除的IC系統的使用。實驗中所使用的IC系統根據圖4中所示的實施例構造。 改型Dionex P680泵(Dionex Corporation, S醒yvale，CA )用于以10|aL/min 輸送去離子水。為了產生KOH洗提液，去離子水首先通過DionexATC-HC 和CTC - 1塔以消除離子雜質并隨后進入Dionex EGC - KOH洗提液生成器 盒(P/N 058900 )的KOH生成腔中。所述KOH洗提液生成器的出口連接到 高壓脫氣單元以清除在所述電解洗提液生成過程中產生的氫氣。Rheodyne PEEK高壓注射閥(Cotati, CA)用于樣品的注射。所述毛細陰離子分離塔 通過將專用Dionex表面作用化陰離子交換樹脂裝入250mm長并且內徑為 380)am的1/16英寸OD PEEK管構成。使用實例1中描述的電解消除器。來 自所述導電性單元的電解消除洗提液在做為廢液排放前被輸送到電解再生 裝置的陽極室和陰極室。Dionex GS 50泵用于以0.10mL/min將再生水流輸 送通過裝有氫氧化物形式的陰離子交換樹脂的DionexATC-HC塔。Dionex RFC30模塊被用于供應25mA的直流電流到所述電解陰離子消除器。使用裝 有改型可流過導電性單元的Dionex ED50A導電性才企測器。Dionex Chromeleon6.6色譜分析數據管理計算機工作站用于儀器控制、數據采集、 以及處理。在這個實例中，Dionex陰離子Atlas電解消除器(P/N 056116)用做電 解再生劑再循環裝置。Dionex SC20模塊用于供應5mA直流電流到所述電解 再生劑再循環裝置。由封裝小Pt箔片而制成的一個催化氣體消除i荅(4mm ID x 50mm長)設置在所述電解消除器陰極腔的出口下游以允許氫氣和氧氣催化反應從而形成水。來自所述催化氣體消除塔的出口的排出液被引導到陰離子Atlas電解消除器的ELUENT IN 口 。來自所述陰離子Atlas電解消除器的 ELUENT OUT 口的排出液被再循環回所述再生劑儲存器。在一組實驗中，所述再生劑儲存器開始裝有lOOmL去離子水。所述系 統用于利用35mM KOH以10)iL/min持續95小時進行五種常見陰離子(氟 化物、氯化物、硝酸鹽、碌b酸鹽以及磷酸鹽)的分離。在95小時的時間內 沒有觀察到再生水有明顯的損失。如果所述再生水沒有再循環，水的消耗將 達到570mL。在95小時的時間里，；陂分析物停留時間的RDS百分比對于氯 化物為O.U o/。而對于辟b酸鹽為0.17 % (n = 95 );被分析物峰值面積響應對氯 化物為0.71%而對硫酸鹽為0.74% (n = 95)。因此，上述結果表明圖4中所 示的具有再循環再生水的離子色譜分析系統可以用于提供目標離子被分析 物的可靠測定。實例4:利用具有再循環硫酸再生劑的化學再生消除器的離子色譜分析 系統。這個實例說明了在常見陰離子的分離中利用具有再循環硫酸再生劑的 化學再生消除器的IC系統的使用。實驗中所使用的IC系統根據圖6中所示 的實施例構造。？文型Dio證P680泵(Dionex Corporation, S醒yvale，CA )用 于以10|iL/min輸送去離子水。為了產生KOH洗提液，去離子水首先通過 Dionex ATC - HC和CTC - 1塔以消除離子雜質并隨后進入Dionex EGC -KOH盒(P/N 058900)的KOH生成腔中。所述KOH洗-提液生成器的出口 連接到高壓脫氣單元以清除在所述電解洗提液生成過程中產生的氫氣。 Rheodyne PEEK高壓注射閥(Cotati， CA )用于樣品的注射。所述毛細陰離 子分離塔通過將專用Dionex表面作用化陰離子交換樹脂裝入250mm長并且 內徑為380pm的1/16英寸OD PEEK管構成。在這個實例中，實例1中描述的陰離子消除器被用于利用硫酸做為再生 劑的化學再生模式中。Dionex GS 50泵用于以0.10mL/min將20mM硫酸液 流輸送到消除器的洗提液腔中的樹脂層。使用裝有改型可流過導電性單元的 Dionex ED50A導電性檢測器。Dionex Chromeleon6.6色譜分析數據管理計算 機工作站用于儀器控制、數據采集、以及處理。在這個實例中，Dionex陰離子Atlas電解消除器(P/N 056116 )用做電解再生劑再循環裝置。Dionex RFC 30控制模塊用于供應5mA直流電流到所 述電解再生劑再循環裝置。來自陰離子消除器出口的排出液被引導到陰離子 Atlas電解消除器的ELUENT IN 口。來自所述陰離子Atlas電解消除器的 ELUENT OUT 口的排出液被再循環回所述再生劑儲存器。在一組實驗中，所述再生劑儲存器開始裝有125mL的20mM硫酸。所 述系統用于利用35mMKOH以10pL/min持續超過170小時進行五種常見陰 離子(氟化物、氯化物、硝酸鹽、硫酸鹽以及磷酸鹽)的分離。在170小時 的時間內沒有觀察到硫酸再生劑有明顯的損失。如果所述硫酸再生劑沒有再 循環，20mM硫酸的消耗將達到1020mL。在170小時的時間里，被分析物 停留時間的RDS百分比對于氯化物為0.10%而對于硫酸鹽為0.17% (n = 170);被分析物峰值面積響應對氯化物為1.18%而對硫酸鹽為1.72% (n = 170)。因此，上述結果表明圖6中所示的具有再循環硫酸再生劑的離子色譜 分析系統可以用于提供目標離子被分析物的可靠測定。
權利要求
1.一種利用再生劑再循環回路的消除式離子色譜分析裝置，包括(a)離子分離裝置，該離子分離裝置包括具有一個電荷、正電荷或負電荷的可交換離子的離子分離介質，(b)薄膜消除器，該薄膜消除器包括樣品流流動通道，該樣品流流動通道具有入口和出口；再生劑流動通道，該再生劑流動通道具有入口和出口；以及將所述樣品流流動通道和再生劑流動通道分開的離子交換薄膜，(c)檢測器，該檢測器具有入口和出口，所述檢測器入口與所述樣品流流動通道出口流體連通，(d)用于再生劑溶液的容器，(e)在所述離子分離裝置和所述樣品流流動通道入口之間提供流體連通的第一管道，(f)在所述再生劑溶液容器和所述再生劑流動通道之間提供流體連通的第二管道，(g)在所述再生劑通道和所述再生劑溶液容器之間提供流體連通的第三管道，以及(h)再生劑溶液再循環回路，該回路包括所述第二和第三管道，所述再循環回路不與所述檢測器出口流體連通。
2. 如權利要求1所述的裝置，其中所述再循環回路通過所述樣品流流動 通道和所述檢測器與流體流動路徑隔開。
3. 如權利要求l所述的裝置，還包括(i) 離子消除裝置，該離子消除裝置包括在所述再循環回路中的離子交 換介質和在所述回路中的再生劑液體路徑之外的第一電極。
4. 如權利要求3所述的裝置，其中所述離子消除裝置還包括(j )第 一 離子交換隔膜，該第 一 離子交換隔膜以脹大將所述離子消除裝 置的離子交換介質與所述第 一 電極分開的液流。
5. 如權利要求4所述的裝置，其中所述檢測器出口與所述第一電極流體 連通。
6. 如權利要求4所述的裝置，其中所迷離子消除裝置形成電解發生器的 一部分，所述電解發生器還包括(k)與所述第一電極隔開的第二電極，以及(1)第二離子交換隔膜，以脹大分布在所述第一和第二電極之間的液 流，所述第二電解與所述離子分離裝置流體連通。
7. 如權利要求1所述的裝置，還包括(i)氣體催化消除裝置，所述消除裝置沿著所述第二管道設置并與其流 體連通。
8. 如權利要求4所述的裝置，還包括 (i)含水液體源，和泵。 ' '；、' ^ ,
9. 如權利要求1所述的裝置，還包括(i)用于將液體泵送通過所述再循環回路的第一泵。
10. 如權利要求9所述的裝置，還包括用于泵送流體樣品流通過所述離 子分離裝置、消除器和檢測器的第二泵。
11. 如權利要求1所述的裝置，其中所述離子分離裝置包括色譜分析塔。
12. —種利用再生劑溶液再循環回路的消除式離子色譜分析的方法，包括(a) 通過將液體樣品流流動通過離子分離裝置中的離子分離介質，將 包括洗提液的該液體樣品流中一個電荷、正電荷或負電荷的樣品離子分離；(b) 通過將來自所述離子分離介質的所述洗提液流動通過薄膜消除器 的樣品流流動通道流消除所述洗提液，所述消除器包括具有入口和出口的樣 品流流動通道；具有入口和出口的再生劑流動通道；以及將所述樣品流流動 通道和再生劑流動通道分開的離子交換薄膜，(c )通過將來自所述樣品流流動通道的排出物流動通過檢測器檢測所 述分離的樣品離子，(d)將所述再生劑溶液流動通過所述再生劑流動通道， (e )提供再生劑溶液儲存器，以及(f)將所述再生劑溶液儲存器與通過所述探測器的液流無關地在再循 環回路中的再生劑溶液儲存器和所述再生劑流動通道之間流動。
13. 如權利要求12所述的方法，其中所述再循環回路與所述液體樣品流隔離。
14. 如權利要求12所述的方法，還包括(g)電解消除所述再生劑溶液再循環回路中與所述樣品離子電荷相反 的離子。
15. 如權利要求14所述的方法，其中所述消除通過將所述再生劑溶液流 動通過離子交換介質并在跨過所述介質的兩個電極之間流過電流完成，所述 離子交換介質具有與該介質鄰接的離子交換薄膜，至少所述電極中的一個與 所述介質通過所述薄膜隔離。
16. 如權利要求15所述的方法，其中所述檢測器排出物與所述至少一個 電極流體接觸。
17. 如權利要求14所述的方法，還包括(h )在洗提液生成腔中利用所述電解消除的離子電解生成洗提液并使 所述洗提液流到所述離子分離介質。
18. 如權利要求12所述的方法，還包括用第一泵將含水流體泵送到所述洗提液生成腔。
19. 如權利要求18所述的方法，還包括利用第二泵泵送液體通過所述再 循環回路。
20. 如權利要求12所述的方法，其中步驟(a)中的所述分離是色譜分 離完成的。
全文摘要
一種利用再生劑再循環回路消除式離子色譜分析的裝置，包括(a)離子分離裝置(34)，(b)薄膜消除器(36)，(c)檢測器(38)，(d)用于再生劑溶液的容器(40)，(e)所述離子分離裝置和所述消除器之間的第一管道，(f)所述再生劑溶液容器和所述消除器之間的第二管道，(g)所述消除器和再生劑溶液容器之間的第三管道，以及(h)與檢測器出口不流體連通的再生劑溶液再循環回路。
文檔編號G01N30/96GK101268363SQ200680034046
公開日2008年9月17日 申請日期2006年9月13日 優先權日2005年9月16日
發明者克里斯托弗·A·波爾, 延 劉, 約翰·M·里維洛, 維克托·M·B·巴雷托 申請人:迪奧尼克斯公司