用于離子色譜法的基于離子交換的揮發(fā)性組分去除裝置的制造方法
【專利說(shuō)明】用于離子色譜法的基于離子交換的揮發(fā)性組分去除裝置 背景
[0001] 離子色譜法(1C)是用于帶電分子的化學(xué)分析和分離的廣泛使用的分析技術(shù)。1C涉 及從存在于樣品中的基質(zhì)組分中分離一種或多種分析物物種。這些分析物典型地是離子的 以使得它們可以具有與固定相的離子相互作用。在1C中，該固定相包括將以不同親和力水 平理想地結(jié)合這些帶電分析物的離子部分。使洗脫液滲透穿過(guò)該固定相并且與分析物和任 何基質(zhì)組分競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合這些離子部分。該洗脫液是一個(gè)用于描述被栗入到色譜柱中的液體溶 液或緩沖溶液的術(shù)語(yǔ)。在此競(jìng)爭(zhēng)過(guò)程中，這些分析物和任何基質(zhì)組分將通過(guò)隨著時(shí)間變化 從該固定相上洗脫出來(lái)彼此分離并且然后隨后在檢測(cè)器上進(jìn)行檢測(cè)。一些典型檢測(cè)器的實(shí) 例是電導(dǎo)率檢測(cè)器、υν-vis分光光度計(jì)以及質(zhì)譜儀。多年以來(lái)，1C已經(jīng)發(fā)展成適用于為如水 質(zhì)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品分析、藥學(xué)以及生物技術(shù)的各種行業(yè)建立更健康、更干凈以及更安全的 環(huán)境的強(qiáng)大的分析工具，在該環(huán)境下可以分離和分析復(fù)雜樣品混合物。
[0002] 二氧化碳是存在于空氣中的氣體并且當(dāng)進(jìn)行1C時(shí)可能潛在地污染該樣品或洗脫 液。二氧化碳?xì)怏w可以溶解于液體中以便形成碳酸、碳酸氫鹽和碳酸鹽物種。具體地，來(lái)自 溶解的二氧化碳的碳酸鹽的存在已經(jīng)是對(duì)于用1C進(jìn)行的陰離子分析的干擾源。二氧化碳的 溶解可能升高觀察到的背景電導(dǎo)率，甚至在洗脫液的抑制之后。這不僅影響峰值響應(yīng)，而且 使得峰積分困難，因?yàn)楸尘安皇欠€(wěn)定的和恒定的。二氧化碳或碳酸鹽在樣品中的存在可能 還是麻煩的，因?yàn)閷?duì)應(yīng)于碳酸鹽的峰可能與色譜圖中的其他的分析物峰重疊。
[0003] 透氣膜可以用于將溶解的二氧化碳從該樣品和/或洗脫液中去除。然而，透氣膜可 能是易碎的并且具有相對(duì)差的壓力容限。當(dāng)前，存在使用漸增的系統(tǒng)壓力與較小尺寸的色 譜介質(zhì)的趨勢(shì)以便獲得更快和更高分辨率的樣品分離。除了是易碎的之外，透氣膜可能是 昂貴的并且難以以精確的尺寸制造。應(yīng)注意使用相對(duì)厚壁的膜可以提高膜的強(qiáng)度，但是將 可能降低氣體去除的效率并且顯著地增加費(fèi)用。透氣裝置典型地要求試劑如堿流(來(lái)自儲(chǔ) 器或真空裝置)用于推動(dòng)揮發(fā)性組分的去除，這增加了該裝置的復(fù)雜性。這樣，申請(qǐng)人相信 對(duì)揮發(fā)性組分去除裝置存在需求，這些裝置對(duì)高的操作壓力是穩(wěn)健的，使用由相對(duì)低成本 材料制成的膜，并且有效地去除揮發(fā)性氣體像二氧化碳而不需要任何外部試劑或施加真 空。 概述
[0004] 描述了一種用于色譜分離的用于從液體溶液中去除揮發(fā)性組分的方法。該方法包 括使包括該揮發(fā)性組分的液體溶液流過(guò)第一室?？梢詫⒃摀]發(fā)性組分從該第一室輸送穿過(guò) 第一離子交換屏障到第二室中，其中該第一離子交換屏障是至少部分地布置在該第一室與 該第二室之間。該第一離子交換屏障可以具有第一電荷，允許具有與該第一電荷相反電荷 的離子流動(dòng)，并且不允許該液體溶液的主體流動(dòng)(bulk flow)。該第二室可以包括離子交換 填料，該離子交換填料具有與該第一電荷相反極性的第二電荷。該揮發(fā)性組分可以與該離 子交換填料反應(yīng)以便在該第二室中產(chǎn)生帶電組分。該帶電組分具有與該第一電荷相同極性 的第三電荷。該離子交換填料可以通過(guò)電解產(chǎn)生水合氫離子或氫氧根再生，其中該水合氫 離子或氫氧根與該離子交換填料處于電聯(lián)通。
[0005] 關(guān)于以上方法，該離子交換填料可以與該第一離子交換屏障處于物理接觸。
[0006] 關(guān)于以上方法中任一種，該電解產(chǎn)生的水合氫離子在陽(yáng)極處形成并且該電解產(chǎn)生 的氫氧根在陰極處形成。
[0007] 關(guān)于以上方法中任一種，該揮發(fā)性組分可以包括選自下組的弱電離的物種，該組 由以下各項(xiàng)組成:二氧化碳、碳酸、以及其組合。該液體溶液可以包括分析物，其中該分析物 包括陰離子并且該第一離子交換屏障的第一電荷是負(fù)的。
[0008] 關(guān)于以上方法中任一種，該離子交換填料是處于氫氧化物形式，其中該碳酸與該 氫氧化物形式反應(yīng)以便產(chǎn)生結(jié)合到該離子交換填料上的帶負(fù)電的離子。
[0009] 關(guān)于以上方法中任一種，將該電解產(chǎn)生的氫氧根輸送通過(guò)該第二室以便再生該離 子交換填料并且將該帶負(fù)電的離子從該第二室中去除。
[0010] 關(guān)于以上方法中任一種，該帶負(fù)電的離子包括選自下組的離子物種，該組由以下 各項(xiàng)組成:碳酸根、碳酸氫根、以及其組合。
[0011] 關(guān)于以上方法中任一種，該方法進(jìn)一步包括，在使該液體溶液流過(guò)該第一室之前， 用交換帶正電的離子的抑制器抑制該液體溶液，其中該液體溶液含有分析物。該分析物具 有與該第一離子交換屏障相同的電荷。
[0012] 關(guān)于以上方法，該液體溶液的抑制包括將水合氫離子添加到該液體溶液中。
[0013] 關(guān)于以上方法中任一種，該方法進(jìn)一步包括使該液體溶液從該第一室流到檢測(cè)器 中?？梢詼y(cè)得與分析物濃度成比例的信號(hào)。該液體溶液可以從該檢測(cè)器流到該第二室中。該 液體溶液可以流過(guò)該離子交換填料并且流出該第二室到陰極室中，并且然后到陽(yáng)極室中。
[0014] 關(guān)于以上方法，該陰極室包括陰極，并且第二離子交換屏障至少部分地布置在該 陰極室與該第二室之間。該第二離子交換屏障可以具有正電荷，這允許帶負(fù)電的離子從該 陰極室流到該第二室中，并且不允許該液體溶液的主體流動(dòng)。該方法進(jìn)一步包括將該氫氧 根輸送通過(guò)該第二離子交換屏障到該第二室中。
[0015] 關(guān)于以上方法，該陽(yáng)極室包括陽(yáng)極，并且第三離子交換屏障至少部分地布置在該 陽(yáng)極室與該第二室之間。該第三離子交換屏障可以具有正電荷，這允許帶負(fù)電的離子從該 第二室流到該陽(yáng)極室中，并且不允許該液體溶液的主體流動(dòng)。該方法進(jìn)一步包括將該氫氧 根從該第二室輸送到該陽(yáng)極室中。
[0016] 關(guān)于以上方法中任一種，在該第一離子交換屏障的第一電荷是正的時(shí)，該揮發(fā)性 組分可以包括氨。
[0017] 關(guān)于以上方法中任一種，該第一離子交換屏障包括離子交換毛細(xì)管或近似平面的 膜。
[0018] 關(guān)于以上方法中任一種，該液體溶液進(jìn)一步包括分析物和洗脫液。該方法進(jìn)一步 包括在該第一室中將該分析物轉(zhuǎn)化成鹽形式。
[0019] 關(guān)于以上方法中的任一種，該洗脫液包括氫氧化鈉。
[0020] 描述了用于色譜分離的用于從液體溶液中去除揮發(fā)性組分的裝置的第一實(shí)施例。 該裝置的第一實(shí)施例可以包括第一室、第二室、以及第一離子交換屏障。該第一室包括配置 成接收包括該揮發(fā)性組分的液體溶液的入口，以及配置成輸出其中實(shí)質(zhì)性部分的揮發(fā)性組 分被去除的液體溶液的出口。該第二室包括離子交換填料。該第二室是與第一陰極和第一 陽(yáng)極處于電聯(lián)通。該第一陰極被配置成電解產(chǎn)生氫氧根，并且該第一陽(yáng)極被配置成電解產(chǎn) 生水合氫離子。該第一離子交換屏障至少部分地布置在該第一室與該第二室之間。該第一 離子交換屏障可以具有第一電荷，允許該揮發(fā)性組分和具有與該第一電荷相反電荷的離子 流動(dòng)，并且不允許該液體溶液的主體流動(dòng)。該離子交換填料可以具有與該第一電荷相反極 性的第二電荷。該離子交換填料被配置成與該揮發(fā)性組分反應(yīng)以便產(chǎn)生具有與該第一離子 交換屏障的第一電荷相同極性的帶電組分，并且該離子交換填料也被配置成結(jié)合該帶電組 分。
[0021] 關(guān)于該裝置的實(shí)施例中的任一個(gè)，該離子交換填料是與該第一離子交換屏障處于 物理接觸。
[0022] 關(guān)于該裝置的實(shí)施例中的任一個(gè)，該揮發(fā)性組分選自下組，該組由以下各項(xiàng)組成： 二氧化碳、碳酸、以及其組合。該液體溶液包括分析物，其中該分析物包括陰離子并且該第 一離子交換屏障的第一電荷是負(fù)的。
[0023]關(guān)于該裝置的實(shí)施例中的任一個(gè)，該離子交換填料是處于氫氧化物形式。
[0024] 關(guān)于該裝置的實(shí)施例中的任一個(gè)，該帶負(fù)電的離子包括選自下組的離子物種，該 組由以下各項(xiàng)組成:碳酸根、碳酸氫根、以及其組合。
[0025] 關(guān)于該裝置的實(shí)施例中的任一個(gè)，該離子交換填料包括選自下組的材料，該組由 以下各項(xiàng)組成:離子交換填料、離子交換篩網(wǎng)、離子交換整料、以及其組合。
[0026]關(guān)于該裝置的實(shí)施例中的任一個(gè)，該第二和第三離子交換屏障各自包括膜。
[0027] 關(guān)于該裝置的實(shí)施例中的任一個(gè)，該第一離子交換屏障包括近似平面的膜。
[0028] 描述了用于色譜分離的用于從液體溶液中去除揮發(fā)性組分的裝置的第二實(shí)施例。 該第二實(shí)施例可以包括該裝置的以上實(shí)施例中的任一個(gè)的特征，其中該第二實(shí)施例進(jìn)一步 包括陰極室和陽(yáng)極室。該陰極室包括第一陰極，其中第二離子交換屏障至少部分地布置在 該陰極室與該第二室之間。該第二離子交換屏障可以具有與該第一電荷相反極性的第三電 荷。該第二離子交換屏障被配置成不允許該液體溶液的主體流動(dòng)，并且允許具有與該第三 電荷相反電荷的離子從該陰極室流到該第二室中。該陽(yáng)極室包括第一陽(yáng)極，其中第三離子 交換屏障至少部分地布置在該陽(yáng)極室與該第二室之間。該第三離子交換屏障可以具有與該 第一電荷相反極性的第四電荷。該第三離子交換屏障被配置成不允許該液體溶液的主體流 動(dòng)，并且允許具有與該第四電荷相反電荷的離子從該第二室流到該陽(yáng)極室中。
[0029] 關(guān)于該裝置的第二實(shí)施例，該第一室的出口可以流體性地連接到檢測(cè)器的入口。 該檢測(cè)器的出口可以流體性地連接到該第二室的入口。該第二室的出口可以流體性地連接 到該陰極室的入口。該陰極室的出口流體性地連接到該陽(yáng)極室的入口。該陽(yáng)極室的出口可 以流體性地連接到廢物室。
[0030] 關(guān)于該裝置的第二實(shí)施例，該陰極室和該陽(yáng)極室可以布置在該第二室的相對(duì)端。 [0031]關(guān)于以上裝置中任一個(gè)，在該第一離子交換屏障的第一電荷是正的時(shí)，該揮發(fā)性 組分可以包括氨。
[0032] 關(guān)于以上裝置中任一個(gè)，該第一離子交換屏障包括離子交換毛細(xì)管。
[0033] 描述了用于色譜分離的用于從液體溶液中去除揮發(fā)性組分的裝置的第三實(shí)施例。 該第三實(shí)施例可以包括以上裝置的特征，其中該第一離子交換屏障包括第一近似平面的 膜。該第一陽(yáng)極和該第一陰極至少部分地布置在該第二室中。該第一陽(yáng)極和該第一陰極可 以各自具有平面式表面，其中該第一平面膜的平面與該第一陰極和該第一陽(yáng)極的平面式表 面大致垂直。
[0034] 描述了用于色譜分離的用于從液體溶液中去除揮發(fā)性組分的裝置的第四實(shí)施例。 該第四實(shí)施例可以包括該第三實(shí)施例的特征，其中該第四實(shí)施例進(jìn)一步包括第三室和第四 離子交換屏障。該第三室包括離子交換填料。第二陰極和第二陽(yáng)極至少