(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの電荷の分析物イオンと、前記分析物イオンに対して反対電荷のマトリックスイオンとを含有する水性試料ストリームを処理する方法であって、前記方法が、該試料ストリームを、試料ストリームフローチャネルを通じて流すと同時に、前記分析物イオンに対して反対電荷のイオンのみを通過可能な第１のイオン交換膜によって該試料ストリームフローチャネルから分離されたイオン受取フローチャネルを通じて水性ストリームを流し、前記試料ストリームフローチャネル及びイオン受取フローチャネルとそれぞれ電気的に連絡された第１及び第２の電極間に電流を通して、前記試料ストリームフローチャネルからの流出液中の前記マトリックスイオン濃度を減少させる工程を含み、該水性試料ストリームの流入方向に対して、前記試料ストリームフローチャネルが、前記水性試料ストリームの流入開始位置から前記マトリックスイオンの導電率の抑制が実質的に完了していない試料ストリーム上流部分と、前記上流部分に隣接する水性試料ストリーム下流部分であって、前記マトリックスイオンの導電率の抑制が実質的に完了した水性試料ストリーム下流部分とを有し、前記上流部分を通して前記下流部分よりも大きな電流を流す場合に、前記上流部分が、前記下流部分の電気抵抗の0.9倍以下の電気抵抗を有し、前記イオン受取フローチャネルが、前記第１の膜と同一電荷のイオン交換物質の定常流による第１のパッキングを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
分析物イオンと、前記分析物イオンに対して反対電荷のマトリックスイオンとを含有する水性試料ストリームを処理する方法であって、前記方法が、前記水性試料ストリームを、試料ストリームフローチャネルを通じて流すと同時に、前記分析物イオンに対して反対電荷のイオンのみを通過可能な隣接した第１のイオン交換膜によって前記試料フローチャネルから分離されたイオン受取フローチャネルを通じて水性ストリームを流し、前記イオン受取チャネルに対して前記試料ストリームフローチャネルの反対側のイオン源フローチャネルに水性ストリームを流す工程を含み、前記イオン源フローチャネルが、第２のイオン交換膜によって前記試料ストリームフローチャネルから分離されており、前記第１の膜が、前記第２の膜の正味電荷の0.9倍以下の正味電荷を有しており、かつ前記イオン源フローチャネル及びイオン受取ストリームフローチャネルとそれぞれ電気的に連絡された第１及び第２の電極間に電流を通して、前記試料ストリームフローチャネルからの流出液中の前記マトリックスイオンの濃度を減少させることを特徴とする方法。
【請求項３】
分析物イオンと、前記分析物イオンに対して反対電荷のマトリックスイオンとを含有する水性試料ストリームを処理する方法であって、前記方法が、前記水性試料ストリームを、試料ストリームフローチャネルを通じて流すと同時に、前記分析物イオンに対して反対電荷のイオンのみを通過可能な第１のイオン交換膜によって前記試料ストリームフローチャネルから分離されたイオン受取フローチャネルを通じて水性ストリームを流す工程を含み、前記イオン交換膜が、前記水性試料ストリームフローチャネルの上流部分であって、該水性試料ストリームの流入方向に対して、前記水性試料ストリームの流入開始位置から前記マトリックスイオンの導電率の抑制が実質的に完了していない上流部分に隣接する上流部分と、前記イオン交換膜の前記上流部分に隣接する下流部分とを有し、前記イオン交換膜の該上流部分が、前記マトリックスイオンの導電率の抑制が実質的に完了した前記水性試料ストリームの下流部分に隣接し、前記イオン交換膜の下流部分が、前記イオン交換膜の上流部分の正味電荷の0.9倍以下の正味電荷を有し、前記試料ストリームフローチャネル及びイオン受取フローチャネルとそれぞれ電気的に連絡された第１及び第２の電極間に電流を通して、前記試料ストリームフローチャネルからの流出液中の前記マトリックスイオンの濃度を減少させることを特徴とする方法。
【請求項４】
１つの電荷の分析物イオンと、前記分析物イオンに対して反対電荷のマトリックスイオンとを含有する水性試料ストリームを処理する方法であって、前記方法が、前記水性試料ストリームを、水性試料ストリームフローチャネルを通じて流すと同時に、前記分析物イオンに対して反対電荷のイオンのみを通過可能な第１のイオン交換膜によって前記水性試料ストリームフローチャネルから分離されたイオン受取フローチャネルを通じて水性ストリームを流す工程を含み、前記水性試料ストリームフローチャネルが、該水性試料ストリームの流入方向に対して、前記水性試料ストリームの流入開始位置から前記マトリックスイオンの導電率の抑制が実質的に完了していない前記試料ストリームの上流部分と、前記上流部分に隣接する水性試料ストリーム下流部分であって、前記マトリックスイオンの導電率の抑制が実質的に完了した水性試料ストリーム下流部分とを有し、前記水性試料ストリームの上流部分と、該上流部分に隣接したイオン受取ストリームの上流部分との間に、第１及び第２の電極によって第１のアンペア数で電流を通し、かつ前記水性試料ストリームの下流部分と、該下流部分に隣接した前記イオン受取ストリームの下流部分との間に、第３及び第４の電極によって第２の低いアンペア数で電流を流すことを特徴とする方法。
【請求項５】
さらに、前記イオン受取フローチャネル内に定常流による第１のパッキングを含む、請求項２、３、又は４に記載の方法。
【請求項６】
前記電流が、前記試料ストリームフローチャネルの長さに沿って、実質的に一定電圧で維持される、請求項１、２、又は３に記載の方法。
【請求項７】
さらに、前記試料ストリームフローチャネルから出る前記分析物イオンを検出する工程を含む、請求項１、２、３、又は４に記載の方法。
【請求項８】
検出後に、該試料ストリームの一部分を、前記イオン受取ストリームフローチャネルに再循環する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
検出後に、該試料ストリームの一部分を、前記イオン源フローチャネルに再循環する、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記試料ストリーム中の前記分析物イオンが、前記イオン受取フローチャネルを通じて該試料ストリームを流す前に、クロマトグラフ的に分離される、イオンクロマトグラフィーに使用される請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
分析前に試料を前処理するのに使用される請求項１、２、３又は４に記載の方法であって、さらに前記試料ストリームフローチャネルから出る前記分析物イオンを検出する工程を含む方法。
【請求項１２】
さらに、前記試料ストリームフローチャネルから出る前記分析物イオンを分離する工程を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
さらに、イオン源水性ストリームを、問題の前記分析物イオンに対して反対電荷のイオンのみを通過可能な第２のイオン交換膜によって前記試料ストリームフローチャネルから分離された水性ストリームイオン源チャネルを通じて流す工程を含み、前記電流が、前記イオン源フローチャネルから前記試料ストリームフローチャネルを通じて前記イオン受取フローチャネルに通ることを特徴とする請求項１又は４に記載の方法。
【請求項１４】
中性電荷を有する第２のパッキングが、前記試料ストリームフローチャネル内に配置される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
第２のイオン交換パッキングが、前記試料ストリームフローチャネル内に配置され、前記第２のパッキングが、前第１のイオン交換パッキングの全イオン交換容量の0.9倍以下の全イオン交換容量を有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
中性電荷を有する第２のパッキングが、前記試料ストリームフローチャネル内に配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
第２のイオン交換パッキングが、前記試料ストリームフローチャネル内に配置され、前記第２のパッキングが、前第１のイオン交換パッキングの全イオン交換容量の0.9倍以下の全イオン交換容量を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
分析物イオンと、前記分析物イオンに対して反対電荷のマトリックスイオンとを含有する水性試料ストリームを処理するための装置であって、前記装置が、前記分析物イオンに対して反対電荷のイオンのみを通過可能な第１のイオン交換膜と、水性試料ストリームフローチャネルと、前記水性試料ストリームフローチャネルに隣接し、かつ前記第１の膜によってそこから分離された水性ストリームイオン受取フローチャネルとを含み、前記水性試料ストリームフローチャネル及びイオン受取ストリームフローチャネルが、隣接した上流部分及び下流部分をそれぞれ有し、前記イオン受取フローチャネルには、前記第１の膜と同一電荷のイオン交換の定常流による第１のパッキングが配置されており、前記水性試料ストリームフローチャネルの上流部分が、該水性試料ストリームの流入方向に対して、前記水性試料ストリームの流入開始位置から前記マトリックスイオンの導電率の抑制が実質的に完了していない部分であり、前記上流部分に隣接する前記水性試料ストリームの下流部分が、前記マトリックスイオンの導電率の抑制が実質的に完了した下流部分であり、第１及び第２電極が、前記水性試料ストリームフローチャネルの上流部分と、前記水性試料ストリームチャネルの該上流部分に隣接する前記イオン受取フローチャネルの上流部分とに電気的にそれぞれ連絡されており、前記上流部分を通して前記下流部分よりも大きな電流を流す場合に、前記水性試料ストリームの前記上流部分が、前記水性試料ストリームの前記下流部分の電気抵抗の0.9倍以下の電気抵抗を有することを特徴とする装置。
【請求項１９】
前記試料ストリームフローチャネルが、実質的にイオン交換パッキングの無い、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
さらに、前記試料ストリームフローチャネル内に、前記第１のパッキングの全イオン交換容量の0.9倍以下の全イオン交換容量を有する第２のイオン交換パッキングを含む、請求項１８に記載の装置。
【請求項２１】
分析物イオンと、前記分析物イオンに対して反対電荷のマトリックスイオンとを含有する水性試料ストリームを処理する装置であって、前記装置が、問題の前記イオンに対して反対電荷のイオンのみを通過可能な第１及び第２のイオン交換膜と、試料ストリームフローチャネルと、前記試料ストリームフローチャネルの一方の側に隣接し、かつ前記第１の膜によってそこから分離された水性ストリームイオン受取フローチャネルと、前記試料ストリームフローチャネルの他方の側に隣接し、かつ前記第２の膜によってそこから分離された水性ストリームイオン源チャネルとを含み、前記第１の膜が、前記第２の膜の正味電荷の0.9倍以下の正味電荷を有することを特徴とする装置。
【請求項２２】
分析物イオンと、前記分析物イオンに対して反対電荷のマトリックスイオンとを含有する水性試料ストリームを処理する装置であって、前記装置が、前記分析物イオンに対して反対電荷のイオンのみを通過可能な第１のイオン交換膜と、水性試料ストリームフローチャネルと、前記水性試料ストリームフローチャネルに隣接し、かつ前記第１の膜によってそこから分離された水性ストリームイオン受取フローチャネルとを含み、前記イオン交換膜が、前記水性試料ストリームフローチャネルの上流部分であって、該水性試料ストリームの流入方向に対して、前記水性試料ストリームの流入開始位置から前記マトリックスイオンの導電率の抑制が実質的に完了していない上流部分に隣接する上流部分と、前記イオン交換膜の前記上流部分に隣接する下流部分とを有し、前記イオン交換膜の該下流部分が、前記マトリックスイオンの導電率の抑制が実質的に完了した前記水性試料ストリームの下流部分に隣接し、前記イオン交換膜の下流部分が、前記イオン交換膜の上流部分の正味電荷の0.9倍以下の正味電荷を有することを特徴とする装置。
【請求項２３】
分析物イオンと、前記分析物イオンに対して反対電荷のマトリックスイオンとを含有する水性試料ストリームを処理する装置であって、前記装置が、前記分析物イオンに対して反対電荷のイオンのみを通過可能な第１のイオン交換膜と、水性試料ストリームフローチャネルと、前記水性試料ストリームフローチャネルに隣接し、かつ前記第１の膜によってそこから分離された水性ストリームイオン受取フローチャネルとを含み、前記水性試料ストリームフローチャネル及びイオン受取ストリームフローチャネルが、それぞれ、隣接した上流部分及び下流部分を有し、前記水性試料ストリームフローチャネルの上流部分が、該水性試料ストリームの流入方向に対して、前記水性試料ストリームの流入開始位置から前記マトリックスイオンの導電率の抑制が実質的に完了していない部分であり、前記水性試料ストリームフローチャネルの下流部分が、前記上流部分に隣接する前記水性試料ストリームの下流部分であって、前記マトリックスイオンの導電率の抑制が実質的に完了した下流部分であり、前記水性試料ストリームフローチャネルの前記上流部分と、それに隣接する前記イオン受取フローチャネルの上流部分とに、それぞれ第１及び第２の電極が電気的に連絡されており、かつ前記上流部分内の電流が、前記下流部分内を流れる電流を超えるように、前記上流部分の電気抵抗を前記下流部分の電気抵抗に比べて減少させる手段を含み、前記減少させる手段が、前記試料ストリームフローチャネル内に配置された少なくとも１つの第３の電極と、前記イオン受取フローチャネル内に配置された第４の電極とを含み、前記第３及び第４電極はＤ.Ｃ.電源に連結可能であり、更に前記第３及び第４の電極によって前記試料ストリームフローチャネルと、前記イオン受取フローチャネルとの間で第２の低いアンペア数で電流を流すことを特徴とする装置。
【請求項２４】
さらに、前記下流部分の電気抵抗を高めるための、前記低い部分に電気的に直列に連結される手段を含む請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
イオンクロマトグラフィーを実施するための装置と併用される請求項１８、２１、２２及び２３に記載の装置であって、さらに、前記試料ストリームフローチャネルの入口と流体連結されたクロマトグラフ分離器と、前記試料ストリームフローチャネルの出口と流体連結された、前記分析物イオン用検出器とを含む装置。
【請求項２６】
さらに、前記検出器と前記イオン受取フローチャネルとの間に、再循環導管を含む請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
さらに、前記検出器と前記イオン源フローチャネルとの間に、再循環導管を含む請求項１８、２１又は２３に記載の装置。
【請求項２８】
試料ストリームの前処理用、かつクロマトグラフィー装置と併用される請求項１８、２１、２２及び２３に記載の装置であって、前記装置が、さらに入口と出口を有するクロマトグラフ分離器を含み、前記クロマトグラフ分離器の入口が、前記試料ストリームフローチャネルと流体連結されており、かつ前記クロマトグラフ分離器の出口と流体連結された、前記分析物用検出器を含む装置。
【請求項２９】
前記第１の膜が、円筒形状である請求項１８、２１、２２又は２３に記載の装置。
【請求項３０】
前記第１の膜が、シート形状である請求項１８、２１、２２又は２３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、分析すべきイオンに対して反対電荷のマトリックイオンの濃度を減少させるための電流効率装置及び方法に係り、詳細には、イオンクロマトグラフィーサプレッサーの使用のため又は前処理装置に関するものである。
イオンクロマトグラフィーは、イオン分析用の公知の技法であり、通常電解質を含有する溶離剤によるクロマトグラフ分離段階及び溶離剤抑制段階、次いで通常導電性検出器による検出を含む。クロマトグラフ分離段階では、注入された試料のイオンは、溶離剤として電解質を用いて分離カラムを通して溶離される。抑制段階では、電解質の導電率が抑制されるが、分離イオンの導電率ほどではなく、そのため伝導セルによって後者が定量されうる。この技法は、米国特許第3,897,213号；第3,920,397号；第3,925,019号；及び第3,926,559号に詳細に記載されている。
【０００２】
上記先行技術の参照文献には、イオン交換樹脂層による電解質の抑制又はストリッピングが記載されている。異なった形態のサプレッサーカラムは、米国特許第4,474,664号に記載され公開されており、樹脂層の代わりに繊維又はシート形態の荷電されたイオン交換膜が使用されている。試料及び溶離剤は、この膜の一方の面上を通され、他方の面上を再生体が流れて、膜は該再生体をクロマトグラフ分離の溶離剤から分配する。膜は、膜の交換可能なイオンと同一電荷のイオンを通して、溶離剤の電解質を弱イオン化形態に変換した後、該イオンを検出する。
【０００３】
別の膜サプレッサー装置は、米国特許第4,751,004号に開示されている。この場合、中空繊維サプレッサーがポリマービーズで充填されて、帯域拡張が減少される。このようなパッキングは他の膜形態について利用できると示唆されている。さらに、繊維サプレッサーの機能が、イオン交換充填ビーズを使用することによって改良されることが示唆されている。なぜこのような粒子が改良された様式で機能するかについては何の理論も述べられていない。
【０００４】
別の抑制システムは、米国特許第4,459,357号に開示されている。この場合、クロマトグラフカラムからの流出液が、平らな膜によってチャネルの両側が画定された開放フローチャネルを介して通される。両方の膜の反対側に、再生溶液が通される開放チャネルがある。繊維サプレッサーにおけるように、その平らな膜は、膜の交換可能なイオンと同一電荷のイオンを通す。流出液チャネルの反対側の電極間に電場が通され、イオン交換の流動性が高められる。この電気透析膜サプレッサーシステムの１つの問題は、非常に高電圧（50〜500ボルトＤＣ）が必要とされることである。液体の流れが脱イオン化されると、電気抵抗が増し、実質的に熱を発生してしまう。このような熱は、非常にノイズを増し、かつ感度を下げるので、効率的な検出に有害である。
【０００５】
米国特許第4,403,039号では、電気透析サプレッサーの別の形態が開示されており、イオン交換膜が同軸管の形態にある。電極の１つは、最内管の中心にある。この形態のサプレッサーの１つの問題は、交換容量が制限されることである。電場はイオンの流動性を高めるが、それでもこの装置は大量溶液中のイオンの膜への拡散に左右される。
【０００６】
他の形態のサプレッサーは、米国特許第4,999,098号に記載されている。この装置では、該サプレッサーは、イオン交換膜シートによって分離される少なくとも１つの再生体区画と１つのクロマトグラフ流出液区画とを含む。該シートは、その交換可能なイオンと同一電荷のイオンを膜貫通させる。その再生体及び流出液区画でイオン交換スクリーンが使用される。流出液区画からの流れは、分離されたイオン種を検出するために、導電性検出器のような検出器に方向づけられる。スクリーンがイオン交換部位を与え、かつ流出液フローチャネルを横切る部位から部位への移動経路を与える役割を果たし、もはや抑制能力は大量溶液中のイオンの膜への拡散によって制限されない。
【０００７】
第１の膜シートに対向する第２の膜シートを含み、かつ第２の再生体区画を規定するサンドイッチサプレッサーも開示されている。このサプレッサーの長さに沿った両方の再生体チャンバと連絡される間隔を置かれた電極が開示されている。電極を横断して電気ポテンシャルをかけることによって、装置の抑制能力が向上する。該特許は、再生体フローチャネル内を流れ、かつ再生体供給源から供給される典型的な再生体溶液（酸又は塩基）を開示している。典型的なアニオン分析システムでは、水酸化ナトリウムが電解質展開試薬であり、硫酸が再生体である。この特許は、水を使用して電気透析様式で再生体溶液を交換する可能性をも開示している。
【０００８】
米国特許第5,045,204号は、高純度のクロマトグラフィー溶離剤（例えばＮａＯＨ）を生成するための貫流チャネル内の２つの流動溶液を分離するイオン交換膜を用いた電気透析装置を開示している。生成物チャネル内で水が電気分解され、膜を横断して拡散するナトリウムに水酸化イオン源が与えられる。該特許は、生成物チャネルで生成された水素ガスを排出するという様式を開示している。
米国特許第5,248,426号は、米国特許第4,999,098号に記載されている検出器からの流出液が、試料ストリームフローチャネルに隣接したサプレッサー内のフローチャネルに再循環されるイオンクロマトグラフィーシステム内における一般タイプのサプレッサーを開示している。
【０００９】
米国特許第5,597,481号は、試料前処理に使用して分析イオンに対して反対電荷の溶離剤中のマトリックイオンを減少させ又は抑制して、それらの伝導形態で分析物を分析する前述のタイプの装置を開示した。現存のサプレッサー装置を使用すると、特に溶離剤フローチャネル内における分析物のイオン交換相互作用及び疎水的相互作用が、オリゴヌクレオチド及びオリゴ糖のような特定の分析物の回収率に影響する。回収率を高めるため、溶媒と結合した高濃度の溶離剤が一般に使用される。同様に、特定の高度に荷電された多官能性分析物をクロマトグラフカラムから溶離するため、高濃度の溶離剤が通常使用される。しかし、高濃度の溶離剤は簡単に抑制されない。
【００１０】
すべての開示されたアプローチでは、定量的な抑制を達成するために理論的に予想されるよりも高い電流が必要とされる。高い溶離剤濃度条件下では、この高電流が熱発生及び高い背景ノイズに変形する。従って、広範な溶離剤濃度の抑制ができ、かつ電流効率的なファラデー支配に近い作動をするサプレッサーが要望されている。
【００１１】
過剰な熱発生という有害な影響がなく、サプレッサー及びサプレッサー様の前処理装置の電流効率を高めて、高濃度の溶離剤の抑制を可能にすることが要望されている。同様に、試料調製用途では、分析物の良い回収率を可能にし、かつ高濃度の溶離剤又は流動層を抑制するサプレッサーがあると有用である。
【００１２】
（発明の概要）
本発明によって、電流効率が改良された方法及び装置が提供される。一実施形態では、１つの電荷の分析物（analyte）イオンと反対電荷のマトリックスイオンとを含む水性試料ストリームが、試料ストリームフローチャネルを通って流れ、その間に第１のイオン交換膜によってそこから分離されたイオン受取フローチャネルを通じて水性ストリームを流し、かつそのチャネル間に電流を通してマトリックスイオンの濃度を減少させる。試料ストリームフローチャネルは、マトリックスイオンを含有する上流の試料ストリーム部分と、マトリックスイオンが抑制された隣接の下流部分とを有する。上流部分は、下流部分の電気抵抗の約0.9倍以下の電気抵抗を有する。イオン受取フローチャネルは、定常流によるイオン交換物質の第１パッキングを含む。試料ストリームフローチャネル内に、中立又は低容量パッキングを配置することができる。
【００１３】
他の実施形態では、試料ストリームフローチャネルに隣接した第２のイオン交換膜が使用され、別の水性ストリームが流れるイオン源フローチャネルを定義する。第１の膜は、第２の膜の正味電荷の約0.9倍以下の正味電荷を有する。電流は、イオン源フローチャネル及びイオン受取ストリームフローチャネルと電気的に連絡された第１及び第２の電極間に通される。
別の実施形態では、下流部分は、上流部分の正味電荷の約0.9倍以下の正味電荷を有する。
さらなる実施形態では、電流は、第１及び第２の電極によって、上流の試料ストリーム部分と、隣接した上流のイオン受取ストリーム部分との間に第１のアンペア数で通され、かつ第２の電流が、第３及び第４の電極によって、下流の試料ストリーム部分と、隣接した下流のイオン受取ストリーム部分との間をに第２の低アンペア数で通される。
【００１４】
他の実施形態では、電流は、試料ストリームフローチャネルの長さに沿って実質的に一定電圧に維持される。また、試料ストリームフローチャネルから出る分析物イオンが検出される。分析に先立ち前処理するため、試料ストリームフローチャネルから出る分析物イオンは、通常試料ストリームフローチャネルから出る分析物イオンを分離後に検出される。イオンクロマトグラフィーでは、試料中の分析物イオンは、イオン受取フローチャネルを通って流れる前にクロマトグラフ的に分離される。さらに、試料ストリームの部分は、イオン受取ストリームフローチャネル及びあるならばイオン源フローチャネルに再循環される。
本発明は、上記方法を実施するための装置にも関する。
【００１５】
（好ましい実施の態様に関する詳細な説明）
本発明の装置は、イオンが単にアニオン又は単にカチオンである限り、大多数のイオン分析物の測定において有用である。適切なサンプルとしては、表面水及び工業化学廃棄物のような他の液体；体液；果物、ワイン及び飲料水のような飲物がある。
【００１６】
本発明は、ある電荷を有する分析物イオン及び反対電荷を有するマトリックスイオンのような水性サンプル流の処理方法及び装置に関する。１つの応用においては、その処理をイオンクロマトグラフィーにおけるサプレッサー内で行い、そのマトリックスイオンは、分析物イオンと反対荷電溶離剤中の電解質イオンである。もう1つの応用においては、本発明の方法と装置は、好ましくはクロマトグラフィーカラムでの分離のような分析前の水性サンプル流の予備処理において使用する。この場合、マトリックスイオンは、典型的には、サンプル流内の高イオン強度の化合物(例えば、市販の水酸化ナトリウム)であり、この化合物は、サンプルマトリックスイオンの大干渉性ピークによってサンプルピークを隠蔽し得る。
【００１７】
そのようなマトリックスイオンは、サンプルマトリックスイオンがそのような高濃度を有し、主要な溶出イオンとなり、溶離剤に一時的に優先するので、クロマトグラフィーを由々しく変動させ得る。予備処理を担保する典型的な最低濃度は、マトリックスイオンがクロマトグラフィー溶離剤のモルイオン濃度の少なくとも10倍であるときである。本発明の電流効率における改良を応用できるそのようなシステムは、Stillian等の米国特許第5,597,481号に記載されている。
【００１８】
本明細書において使用するとき、“マトリックスイオン”なる用語は、抑制された、即ち、分離後及び検出前の濃度を非干渉レベルまで低下させたクロマトグラフィーにおいて使用する溶離剤中の電解質、又は濃度を分離/検出前に有意に低下させたサンプル流中のマトリックスイオンのいずれかを称する。いずれの場合も、マトリックスイオンは装置内で抑制されるので、“サプレッサー”なる用語は、本発明の改良を含むイオンクロマトグラフィー及び予備処理装置内のサプレッサーを含むよう包括的に使用する。
【００１９】
アニオンの分析においては、マトリックスイオンは、典型的に塩基(例えば、水酸化ナトリウム又は他のアルキル金属水酸化物)である。他のマトリックス化合物には、炭酸ナトリウム、水酸化アンモニウム、なかんずく水酸化アルキルアンモニウムがある。カチオン分析においては、マトリックスイオンは、典型的に市販の鉱酸又は有機酸のような酸(例えば、硫酸、リン酸又はメタンスルホン酸)である。
【００２０】
“充填物”なる用語は、サプレッサーの流路内に装填した静置通り抜け固形物質を称する。充填物は、スクリーン又は多孔質一体式マトリックス、樹脂粒子床又は他の形状物であり得る。充填物は、説明するように、強、弱又は中程度に荷電させ得る。充填物なる用語は、“橋かけ手段”とも称する。
【００２１】
抑制中に、分析流中のマトリックスイオンによって生ずる導電率とノイズは、低下する。本発明は、上述のサプレッサーの電流効率を高めるように機能する。そのような電流効率性サプレッサーの各種実施態様を以下に説明する。
１つの実施態様においては、Stillian等の米国特許第5,248,426号に記載されているような、検出器流出液のリサイクルによる電気化学サプレッサーを用いるタイプのクロマトグラフィーシステムに関して説明する。
【００２２】
イオンクロマトグラフィーにおけるサプレッサー段階の特別の目的は、分析物の導電率を高めながら(即ち、シグナル/ノイズ比を増大させながら)分析流背景の伝導率とノイズを低減させることである。即ち、下記の各パラメーターがサプレッサーの性能に影響する：(1)各装置においてμ当量/分の溶離剤として測定したときの力学的抑制能力；及び(2)装置当りμS/cmとして測定した背景導電率。
【００２３】
図1においては、本発明を実施するための簡単に図式化した装置が、検出器からサプレッサーへのリサイクル流を用いて例示されている。このシステムは、典型的にはクロマトグラフィー分離媒体を充填したクロマトグラフィーカラム10の形のクロマトグラフィー分離器を含む。この実施態様においては、そのような媒体はイオン交換樹脂の形にある。もう1つの実施態様においては、分離媒体は、本質的に永久結合していないイオン交換サイトを含む多孔質疎水性クロマトグラフィー樹脂である。このもう１つのシステムは、米国特許第4,265,634号に記載されているような可動相イオンクロマトグラフィー(MPIC)において使用する。疎水性部分とイオン交換サイトを含むイオン交換サイト形成性化合物をクロマトグラフィーカラムに通して、この樹脂に可逆的に吸着させてイオン交換サイトを生成させる。
【００２４】
カラム10からの溶離剤電解質の導電率は抑制するが分離したイオンの導電率は抑制しないように機能するサプレッサー11をカラム10と直列に配列する。分離したイオンの導電率は、抑制工程において通常改善される。
サプレッサー11からの流出液は、好ましくは通り抜け導電率セル12の形の検出器に通し、流出液からの分離イオン種全部を検出する。適当なサンプルを、サンプル注入バルブ13に供給し、このバルブにより、ポンプ15で吸引し次いでサンプル注入バルブ13に通した溶離剤源すなわち貯槽14からの溶離剤溶液中に通す。カラム10を出たクロマトグラフィー流出溶液をサプレッサー11に通し、そこで電解質を弱導電性形に転換する。次いで、分離した各イオン種を含むクロマトグラフィー流出液を、サプレッサー11で処理し、導電率セル12に通す。
【００２５】
導電率セル12内では、イオン種の存在により、イオン性物質の量に比例した電気信号が生ずる。そのような信号は、セル12から導電率計測器(図示せず)に典型的に送られ、それによって分離したイオン種の濃度の検出を行う。
導電率セル12からの流出液(以下、検出器流出液と称する)は、イオン交換膜装置17内の少なくとも１つの通り抜け検出器流出液通路に通す。このイオン交換膜装置については、後ほど詳細に説明する。例示するように、検出器流出液は、分割バルブ即ちＴ(三交弁)19を通り、このバルブが検出器流出液を2つの異なる導管20と21中に分割して、検出器流出液を中央サンプル流通路に隣接するサプレッサーの２つの膜の各反対側にある通り抜け通路に供給し、次いで導管22から廃棄する。1つの別の実施態様においては、検出器流出液は、そのような各通路を連続的に流れて、その後廃棄される。クロマトグラフィー流出液は、クロマトグラフィーカラム10から導管23を経て膜装置17に流れ、この膜装置から導管24を経て導電率検出器に流れる。
【００２６】
サンドイッチサプレッサー装置
図2〜5においては、イオン交換膜によって両側が形成された中央サンプル流通路を含み、イオン交換膜の外側が、それぞれ、イオン受入れ流通路とイオン源流通路であるサンドイッチサプレッサー装置の形の装置を例示する。
【００２７】
とりわけ図2、3及び4においては、そのようなイオン受入れ流通路とイオン源流通路が側面に接している中央サンプル流通路31を含む膜装置17が例示されている。膜装置17は、中央空洞を形成するサンプル流ガスケット30によって部分的に境界付けされたサンプル流コンパートメントの形のサンプル流通路を構成する手段を含む。空洞内のデッドスペースを最小にするためには、各流れ通路の末端をピーク状即ちＶ形状に形成することが好ましい。静置通り抜け充填物、好ましくはサンプル流スクリーン32の形の橋かけ手段を空洞内に挿入し得る。イオン交換膜シート34と36をスクリーン32の各反対面に沿って延びるように取付け、ガスケット30と一緒に、サンプル流通路の外周囲を形成する。開口36a及び36ｂを、サンプル流通路に、サンプル流入口及び出口として設ける。
【００２８】
ガスケット38及び40を、それぞれ、イオン交換膜シート34と36の上部表面に設け、イオン受入れ流通路35とイオン源流通路37をそれぞれ形成させる。1つの実施態様においては、充填物即ち橋かけ手段を、イオン交換流通路35及び37内に、それぞれ、イオン交換スクリーン41及び43の形で設ける。開口40a及び40ｂを、検出器流出流通り抜けガスケット40の入口及び出口として設ける。外部フローラインとの連結を簡素化するためには、クロマトグラフィー流出液通路を両側の再生剤流通路よりも僅かに長く形成するのが好ましい。
【００２９】
例示するように、平板電極42及び44の形の間隔をおいた電極手段を、ガスケット38及び40の外表面上に設け、それぞれ、ガスケット内のチャンバーの長さ及び幅を実質的に横切って延ばす。電位を電極手段に加える。電極42は、開口42a及び42ｂを含み、検出器流出溶液のイオン受入れ流通路35への入口及び出口流を与える。同様に、電極44も、入口及び出口開口44a及び44ｂを、それぞれ、検出器流出流及びイオン源流通路37並びにガスケット40用として含み、またガスケット30により形成されたクロマトグラフィー流出液流通路用の入口及び出口開口44ｃ及び44ｄも形成している。
【００３０】
外部支持ブロック46及び48をポリメチルメタクリレート又はポリエーテル-エーテルケトン(PEEK)のような硬質非導電性材料から形成させ、膜装置17の残り部分の構造的支持を与えるよう機能させる。図3においては、はめこみ50及び52を、それぞれ、検出器流出液の入口及び出口ライン54及び56用に設ける。同様に、はめこみ58及び60を、それぞれ、検出器流出液の入口及び出口ライン62及び64用に設ける。はめこみ66及び68を、それぞれ、クロマトグラフィー流出液の入口及び出口ライン70及び69用に設ける。各はめこみは、かみ合わせスクリューねじのような任意の通常の手段で支持ブロックに取付ける。
【００３１】
上記の組付けシート及びガスケットは、ボルト71による圧力下に取付け、液体耐密シールを形成させる。また、そのような圧力を流れ通路寸法に対比した適切なスクリーン糊付(又は後述する他の橋かけ手段)と組合せて使用することにより、スクリーンは、流れ通路の距離の実質的全体に延び、各流れ通路と接触し、有意に改良されたイオン輸送及び効率を生ずる。最大の膜輸送効率のためには、各ラインをクロマトグラフィー流出液通路及び検出器流出液通路と向流して連結することが好ましい。
【００３２】
イオン交換膜シート34及び36は、米国特許第4,486,312号に開示されているようなタイプであり得る。とりわけ、そのようなシートは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン-酢酸ビニル系基体を含むカチオン交換又はアニオン交換膜であり得る。他の適切な基体には、ポリ塩化ビニル又はポリフルオロカーボン系材料がある。基体ポリマーは、耐溶媒性、耐酸性及び耐塩基性である。そのような基体は、後の官能化のために、適切なモノマーと先ずグラフトさせる。使用し得るモノマーとしては、スチレン又は4-メチルスチレンのようなアルキルスチレン、ビニルベンジルクロライド又はビニルスルホネート、ビニルピリジン及びアルキルビニルピリジンがある。例えば、カチオン交換膜を調製するためには、スチレンモノマーでグラフト化したシートを、クロロスルホン酸、硫酸又は他のSO2又はSO3源で適切に官能化する。アニオン交換膜を調製するためには、ビニルベンジルクロライドモノマーでグラフト化したシートを、トリメチルアミンのようなアルキル第3級アミン、又はジメチルエタノールアミンのような第3級アルカノールアミンで官能化する。とりわけ有効な膜は、湿潤時に10ミル(254ミクロン)の厚さ以下であり、好ましくは2〜4ミル(50.8〜101.6ミクロン)以下である。上述のタイプの適切なポリエチレン基体膜は、ニューヨーク州ハウパージ(Hauppauge)のRAI Research社から提供されている(商品名R5010として提供されるカチオン交換膜(0.008インチ = 2.032ミクロン厚)、及び商品名R4015として提供されているアニオン交換膜(0.004インチ = 1.016ミクロン厚))。同社から供給されているフルオロカーボン系である他のカチオン交換膜には、R1010(0.002インチ = 0.508ミクロン厚)及びR4010(0.004インチ = 1.016ミクロン厚)がある。
【００３３】
サンプル流スクリーン32は、クロマトグラフィー流出液ガスケット30と一体化させてもよく、或いは流出液流れ通路に独立に挿入させてもよい。周りのガスケット材料との一体化スクリーンは、ガスケットをプラスチックシートから切取り所望の流路を設け、このガスケットを長方形のスクリーン片に圧し付けて流路のみはガスケット材料で覆わないようにすることによって形成できる。
スクリーン41及び43の形のイオン交換充填物は、スクリーン32について説明したのと同じ方法で構築できる。
【００３４】
平坦シートサプレッサーにおいては、充填物は、流れ通路31、35及び37の実質的距離全体に、流れを横切って延びている連続部分を含むことが好ましい。図2及び3の実施態様においては、この距離は、膜シート34と36の間、及びこれら膜シートと電極42〜44の間にそれぞれ延びている。後述する図6の別の実施態様においては、1つの膜のみで、イオン受入れ流通路35をサンプル流通路３１と分離している。充填物は、膜の実質的長さ全体に沿って挿入した連続巻き込み型通り抜け通路を構成している。これによって、渦巻きを生じさせ、後述する膜を横切るイオンの混合及び移動効率を向上させている。スクリーンの物理的形状は、その橋かけ機能と渦巻き発生機能が達成される限り変化し得る。即ち、スクリーンは、その橋かけ機能と渦巻き発生機能が達成される限り変化し得る。即ち、スクリーンは、流れ方法に垂直又は対角のウィービングパターンを与え得る。また、繊維は、平滑であり得るか或いはバンプのような突出物を含み得る。
【００３５】
イオン交換形の通り抜け充填物41及び43の主要機能は、流れ通路を横切る方向のイオン用のサイト対サイト通路を提供して、後ほどさらに十分に説明するようなイオン交換膜を横切るイオンの移動効率を増大させることである。スクリーン形状のそのような充填物は、この目的において、前述したイオン交換膜の官能化と同様な方法によって官能化し得る。適切なスクリーンは、膜について前述したのと同じ官能性モノマーでグラフト化した同じ基体ポリマーから調製できる。
【００３６】
スクリーン態様の通り抜けイオン交換充填物の良好なクロマトグラフィー効率は、比較的小メッシュ(官能化後に測定)、例えば、110μメッシュ以下程度を比較的薄い、例えば、直径0.004インチ(1.016ミクロン)程度の繊維において用いることによって達成できる。5％〜70％程度の流れ通路35及び37の開放領域(好ましくは、8％程度)は、優れた効率を与える。グラフト化モノマーとグラフト化ポリマー基体の適切な割合は、5％〜50％の程度(好ましくは、約25％〜35％)である。最大の効率を得るためには、流れ通路35及び37は、相当に狭く、例えば、0.5 cm程度であり、流れ方法に対角に配向したウィービングパターンを有しなければならない。露出膜表面積が大になるにつれて、抑制能力は増大する。しかしながら、実施上の限界は、クロマトグラフィーの公知の原理によって定まる。例えば、帯域(バンド)拡大を最小にするためには、最小の容量が望まれる。力学容量を最大にするためには、スクリーン41〜43を比較的高イオン交換容量、例えば、2 m当量/gに官能化する。
【００３７】
図2及び3の実施態様においては、直流源(図示せず)からの電位を、任意の適当な源から電極42と44間に印加する。これらの電極は、膜サプレッサーに通す溶液に対して不活性な高導電性材料から形成させる。白金は、本目的において好ましい形の電極である。
【００３８】
サプレッサー装置17の1つの操作方式においては、クロマトグラフィーカラム10からの流出液は、検出器流出液をクロマトグラフィー流出液から隔離しているイオン交換膜34と36によって両側で境界付けされたサンプル流通路31に通す。検出器流出液は、導電率セルから通路35及び37に流れる。膜は、膜のイオン交換性イオンと同じ荷電のイオンに対し優先的に透過性であり、反対荷電イオンの透過には抵抗する。膜のイオン交換性イオンは、溶離剤の展開試薬を弱イオン化形に転換するのに必要なイオン形にある。最大能力のためには、検出器流出液流は、サンプル流の流れと向流している。クロマトグラフィーカラム10からのクロマトグラフィー流出液は、サンプル流通路に通すと、両方の膜に接触する。両膜は、同時に、その外側面で、検出器流出液通路を逆方向に流れている検出器流出液と接触させて、膜が検出器流出液とクロマトグラフィーカラムからのサンプル流との間に選択的透過性隔壁を形成するようにする。膜の活性イオン交換サイトでの同じ流れから抽出したイオンは、膜を通して拡散させ、検出器流出液のイオンと交換させ、かくして最後は検出器流出液中に拡散させる。各電極への電位の印加は、イオンの膜を横切る移動性を増大させる。サプレッサーを出る流出液中の分離されたイオン種は、導電率検出器によって検出する。
【００３９】
図4は、流れ通路31、35及び37内にそれぞれスクリーン32、41及び43を含むサンドイッチサプレッサーを用い、間隔を空けた各電極間に電位を加える特定のシステムにおける本発明の電気化学的操作を図式的に例示する。例示したシステムは、アニオン分析用であり、サプレッサー内で弱イオン形(H2O)に転化される流出液の電解質として水酸化ナトリウムを含む。その後、溶液は、導電率セルを通り、流れ通路35及び37にリサイクルされる。イオン交換膜シートは、正荷電ナトリウム及びヒドロニウムイオンを一緒に膜を横切って透過させる。
【００４０】
本目的のおいて適切なイオン交換膜は、スルホン化ポリエチレンシートである。水酸化物イオンは、ドナン・エクスクルージョン(Donnan Exclusion)力のため、膜を透過する性向を示さない。即ち、水酸化ナトリウム流は、クロマトグラフィー流出液通路内で脱イオン水に転化し、ナトリウムイオンが膜シートを透過し、負荷電検出器流出液通路内でNaOHとして分散し、かくして最後は、検出器流出液出口ラインからの廃棄のための経路をとる。電極42と44間への電位の印加は、膜を横切るイオン流の動力学を増大させ、それによって、容量即ちサプレッサー装置の抑制効率を増大させる。
【００４１】
例示した実施態様においては、通路31内の電解質の正荷電ナトリウムイオンは、電場の影響下に、負荷電膜34を横切って検出器流出液通路中に電気移動する。水の電解により陽極で発生したヒドロニウムイオンは、正荷電流れ通路37から膜36を横切って流れ通路31中に通り、その中の水酸化物イオンと一緒になって水を生成させる。負電極に引付けられるナトリウムイオンは、より迅速に移動して、サプレッサー装置容量の実質的増大を引出す。
【００４２】
図4のシステムの操作においては、流れ通路37内で、ヒドロニウムイオンを下記の等式に従って陽極に発生させ、膜36に通す：
H2O ‐ 2e- → 2H+ + 1/2O2      (1)
流れ通路31内は、ナトリウムイオンが膜34を電場の影響下に通る。水酸化物は、下記の等式に従って水に転化させる：
OH- + H+ → H2O                (2)
流れ通路 35 内では、ナトリウムイオンを、下記の等式に従って陰極で発生させた水酸化物イオンとNaOHに転化させる：
2H2O + 2e- → 2HO- + H2        (3)
【００４３】
高容量イオン交換スクリーン41及び43は、クロマトグラフィー流出液サンプル流からのイオンを除去するサプレッサー装置の容量を実質的に増大させる。スクリーンの各ねじは、好ましくは、流れを横切る各流れ通路を実質的に横切って延びており、両方の膜と接触している。
【００４４】
官能化スクリーン41及び43は、膜の電荷と同じ電荷の交換性イオンを含む。この形において、スクリーンは、イオンが膜を通って拡散するための膜壁間で、直接のサイト対サイト接触を与える。本システムの容量は、そのような官能化スクリーンを使用することによって有意に増大されていることが見出されている。
【００４５】
図4に再び関連して、サンプル流通路31は、低容量の軽くスルホン化した充填物(スクリーン)のような弱荷電充填物を含み得る。好ましい実施態様においては、そのような充填物の容量は、0.1m当量/g未満であろう。より好ましい実施態様においては、そのような充填物の容量は、0.01m当量/g未満であろう。別の実施態様におけるサンプル流通路31は、実質的にイオン交換容量のない中性充填物質(スクリーン)を含み得る。
【００４６】
充填物(スクリーン)におけるイオン交換容量の低減は、官能化の度合を低減することにより；例えば、カチオン交換物質においてはスルホン化条件を時間、温度又はその両方により最適化することによって達成する。グラフトレベルの最適化も充填物質の容量を低減させるもう1つの手段である。
【００４７】
上記のシステムにおいて電極に印加すべき電位は、官能化スクリーン41及び43の存在のため比較的低い。即ち、容量は、約1.5〜20VDC、好ましくは約2〜8VDCの電圧で実質的に改善される。
上記サンドイッチサプレッサー実施態様が2つの同一長の流れ通路35及び37から2つの膜によって分離された中央サンプル流通路31を含む場合、そのシステムは、サンプル流通路から１つの膜によって分離された単一イオン受入れ流通路の使用にも応用可能である。
【００４８】
図5及び6に関しては、サプレッサー70のもう1つの実施態様を、単一膜を用いて例示する。サプレッサー70は、上述のタイプのイオン交換膜76によって分離された、サンプル流通路壁73を有する上部硬質支持ブロック72及びイオン受入れ流通路壁75を有する下部支持ブロック74を有する。
【００４９】
クロマトグラフィー流出液は、流出液入口78、はめこみ80を経てサプレッサー装置に流入し、壁73によって形成されたサンプル流通路に沿って流れ、スクリーン94を経て、さらにはめこみ82を経て、サンプル流出口ライン84から出る。同様に、検出器流出液溶液は、入口ライン86からはめこみ88を経て、壁75によって形成されたイオン受入れ流通路を横切って流れ、はめこみ90からイオン受入れ流通路出口92を経て廃棄される。図5及び6の装置は、図2〜5の装置に代えて、図1の全体的システムにおいて使用する。
【００５０】
液体は、突起物間の空間によって形成された通路を流れる。突起物及び空間の寸法は、所望の流動イオンとの接触頻度を得てイオンの膜を横切る移動性を高め且つ十分な渦巻きを生じて混合効率を改善するように選定する。
【００５１】
アニオンのイオンクロマトグラフィー用に適する溶離剤溶液としては、水酸化ナトリウムのようなアルカリ水酸化物、炭酸ナトリウムのようなアルカリ炭酸塩及び重炭酸塩、ホウ酸ナトリウムのようなアルカリホウ酸塩、これらの混合物、及び前述した特許の溶離剤系がある。
【００５２】
本発明のシステムは、カチオン類(例えば、リチウム、ナトリウム、アンモニウム、カリウム、マグネシウム及びカルシウム)の分析にも応用可能である。この場合、溶離剤の電解質は、典型的には膜を劣化させない酸である。メタンスルホン酸は、電解条件下で膜に対して不活性であることが見出されている。硝酸及び塩酸のような他の酸は、膜を劣化させ得る電気化学的副生成物を発生させ、従って、その典型的な膜に対しては一般に好ましくない。
【００５３】
カチオン分析においては、電解質イオンの流れは、アニオン分析におけるような逆流よりはむしろ、陰極から陽極に向ってでありイオン交換スクリーンと膜はアミノ化され、アニオンに対して透過性である。即ち、負荷電イオン源流れ通路において、水が水酸化物イオンと水素ガスに転化される。水酸化物イオンは、隣接の膜からサンプル流通路に通り、水素イオン(又は、アミンもしくは他の塩基性有機分子基)と結合し、弱イオン化電解質を生成する。負荷電トランス膜イオンは、第2の膜を通り陽極の影響下に正荷電イオン受入れ流通路中に移動して、廃棄する酸を生成する。要するに、カチオン分析においては、分析物、溶離剤試薬及び膜の荷電は、カチオン分析とアニオン分析において逆である。
【００５４】
単一膜サプレッサーにおいては、導電率セル内での検出を干渉し得るガスをクロマトグラフィー流出液中に発生させる。例えば、イオン分析においては、酸素を検出器流出液通路内に発生させる。酸素を除去する１つの方法は、流出液を、サンプル流通路から、ガス拡散膜を用いるガス拡散除去装置へ、導電率セルに達する前に通すことである。そのような装置の１つは、米国特許第5,045,204号に開示されている。もう1つの実施態様においては、ガス拡散膜により、クロマトグラフィー流出液通路のイオン交換膜と反対面を構成する壁を形成させる。窒素のような不活性ガスを、ガス拡散膜によって1面上に境界付けされた通路内に、好ましくはクロマトグラフィー流出液流と向流して通す。この方法において、クロマトグラフィー流出液通路を出る溶液を、導電率セルに達する前に脱ガスする。いずれの場合も、適し得るガス拡散膜は、商品名AccuralR又はCelgardRとして市販されているもののようなガス拡散膜である。
【００５５】
上記のシステムは、好ましい通り抜けイオン交換充填物としてイオン交換スクリーンを例示している。しかしながら、他のイオン交換充填物も、サンドイッチサプレッサー又は他の比較的平坦なサプレッサーにおいて使用可能であることを理解すべきである。例えば、イオン交換粒子を、この目的において、各流れ通路内に充填し得る。この態様では、General Polymeric社から入手可能な燒結ポリエチレンのような、使用する樹脂よりも小さい孔を有する多孔質高分子支持体を用いることによって装置内にイオン交換粒子を保持させる方式を含むことが好ましい。
【００５６】
図7に関しては、本発明のチューブ形の電気透析サプレッサーの図式的断面図を例示している。この場合、サンプル流通路は最深チューブの内腔であると想定している。本装置は、陽極122(例えば、白金、金、カーボン又はステンレススチール製のロッド又はワイヤー形状の)、陰極として機能する導電性材料から製造し得るカチオン交換膜124、及び外壁126を含む。1つの実施態様においては、イオン交換樹脂粒子床の形の高容量通り抜けイオン交換充填物を、イオン受入れ流通路内には低容量又は中性樹脂と一緒に、或いはサンプル流通路内には空で挿入する。このシステムは、一般的機能において、図4において例示したシステムに匹敵し得る。また、イオン受入れ流通路は、内部チューブの内腔であり得る。この場合、各電極の極性は、逆転する。膜124は、延伸又は非延伸チューブ状イオン交換膜、例えば、Perma-Pure Products, J.S社からのNafion 811Xから形成させ得る。外壁126は、18ゲージのステンレススチール(SS)チューブ状ケースから形成させ得る。
【００５７】
図8は、サンドイッチ膜サプレッサーと同様な機能のチューブタイプの二重膜サプレッサーを例示する。このタイプのサプレッサーは、一定の長さの適切に不活性なワイヤー内部電極128を一定の長さのチューブ状内部膜130(この膜自体も、一定の長さの幾分大き目の直径を有するチューブ状外部膜132中に挿入されている)中に挿入し、そのアッセンブリ全体を適切な寸法のステンレススチールチューブ134で囲むことによって、一般的に構築する。外部チューブは、それ自体で電極として機能し、連結は、各末端で、内部電極と内部膜間、2つの膜(環状形)間、及び外部膜とステンレススチールケース間の各流れ通路への受入れが可能になるようになされる。イオン交換樹脂床の形の高容量通り抜けイオン交換充填物を、イオン受入れ流通路内には中性又は低容量樹脂と一緒に、或いはサンプル流通路内には空で挿入する。
【００５８】
本システムにおける動力条件は、システムを通る流量及び電解質溶液の濃度にある程度依存している。本目的においては、クロマトグラフィー流出液の適切な流量は、約0.01〜10 ml/分、好ましくは0.25〜2 ml/分である。溶離剤濃度は、約5〜500 mMで変動する。適切な電力供給条件は、0.001〜2Aで約2〜12Vである。適切な動力条件は、0.001〜2Aで2〜12ボルトである。この条件は、平坦膜サプレッサー及びチューブ状膜アッセンブリの両方に適用する。
【００５９】
他の別の形状(図示せず)のサプレッサーも、本発明に従って使用できる。例えば、図2〜4のサプレッサーにおいて、スクリーン41及び43の位置を、それぞれ、電極42及び44の位置によって逆にし得る。とりわけ、そのような別の形状においては、電極42及び44は、それぞれ、イオン交換膜34及び36に沿って伸びており、またこれら膜に対して同一平面で圧し付けられている。各電極は、外側流れ通路35及び37を流れる溶液と接触している。この場合、各電極は、外側流れ通路35及び37とサンプル流通路との間のイオン交換膜を横切るイオン輸送を可能にする開口を含む。そのような開口は、多くの公知方法で、例えば、間隔を置いた孔(典型的には、0.010〜0.250インチ(0.254〜6.350 mm))をパンチングするか、織布型スクリーン電極を製造するか、或いは不活性ホイル電極を刻み込み、電極がジグザグ又は蛇行模様をチャンバー長に沿って生ずるようにすることによって形成させ得る。例えば、ジグザグに曲げた白金線を使用できるが、白金ホイル又は白金板状ホイルが過剰の抵抗熱を防止するためには好ましい。
【００６０】
さらに別の実施態様(図示せず)においては、電極とスクリーンが1つの外側流れ通路においては図2〜4で例示した形状にあり、一方、反対の外側流れ通路内では、電極とスクリーンが上記のパラグラフで説明した態様と逆になっている“ハイブリッド”サプレッサーを形成させ得る。イオン分析用の効率的なハイブリッド形状は、間隔を置いた開口を有する陽極をイオン交換膜に対して同一平面にあり、陰極(図3の左側の区画)が図2〜4で例示した形状にあるようにして形成させる。カチオン分析においては、同じ形状が好ましい。
【００６１】
本発明によれば、サプレッサーの電流効率が改善される。そのような装置においては、装置の上流部分はある濃度のマトリックスイオンを含み、この濃度は、通路の下流部分において、マトリックスイオンが“抑制”される、即ち、その後の分析を有意に干渉しないレベルで存在する値まで低減される。即ち、マトリックスイオンの抑制が起る上流部分において最大の流れを与えることが好ましい。抑制が実質的に完了する下流部分においては、流れは、十分に有益な効果を与えず、電場を発生させることによる高背景ノイズ及び熱の発生のような負の効果を均衡させる。従って、本発明の目的の1つは、マトリックスイオンが存在しそのイオンが下流部分に対比したときに抑制される上流部分において、低めの電気抵抗を与えることである。
【００６２】
好ましいのは、マトリックスイオンが存在し抑制を行うサンプル流通路の上流部分が、抑制が実質的に完了した下流部分の電気抵抗の0.9倍を越えない電気抵抗を有することである。抑制は、マトリックスイオン濃度が流れ通路の開始時濃度から少なくとも95％まで低下したときのサンプル流通路に沿う距離で完了したものとみなす。これは、サンプル流通路の長さに沿う約20〜80％(より典型的には、約40〜60％)の距離で典型的に起きる。好ましくは、上流部分と下流部分の電気抵抗比は、約0.7〜0.9を越えず、最も好ましくは約0.7を越えない。
【００６３】
上流部分と下流部分の抵抗は、次のようにして測定する。Dionex Corporation社より商品名ASRSとして市販されているタイプのサプレッサーを、2つの陽極と2つの陰極に、これら電極が、それぞれ、イオン源通路とイオン受入れ通路の上流部分と下流部分に側面で接するように嵌め合わせる。起電させ、流量1 mL/分の100 mM NaOHで抑制についてモニターしたとき、この装置は、上流及び下流部分の平均抵抗を与える。例えば、2つの領域において100 mA条件設定を用いたとき、測定抵抗は、それぞれ、およそ40.2及び35.3オームであり、上流部分が下流部分よりも抵抗性であることを示唆していた。対照的に、本発明の装置は、下流部分よりも抵抗性の小さい上流部分を有する。例えば、上記の例において、上流部分への電流が100 mAであり下流部分が75 mAである場合、装置の抵抗は、それぞれ、上流部分と下流部分においておよそ40.5及び45.46であった。電流効率は、上記例において80％から92％に上昇していた。
【００６４】
上流部分と下流部分を区分する別の方法は、サプレッサー装置を分解し、溶離剤通路における上流領域及び下流領域を目視検査することによる。溶離剤形のイオン交換物質は、抑制された形である下流部分に比し、明色を示す。例えば、流量1 mL/分の100 mM NaOHにより500 mA、4Vで操作する従来技術のASRSサプレッサーは、溶離剤形の50％の溶離剤通路を含む。同様に、22 mN H2SO4により100 mAとおよそ3.6Vで操作する従来技術のCSRSサプレッサーは、溶離剤通路の50％である溶離剤領域を示す。抑制形は溶離剤形よりも抵抗性が小さく、従って、上記の両装置においては、上流部分が下流部分よりも抵抗性であり、従って、これらの装置は電流効率性ではない。
【００６５】
上記装置において、流れ効率を増大させる1つの方法は、サンプル流通路を充填物なしで空にすること、或いはイオン受入れ流通路内で、また2膜サプレッサーにおいてはイオン源通路内で、中性荷電を有するか又は高容量イオン交換物質に対比して低容量を有する充填物を用いることである。上記は高容量荷電型スクリーン形状のイオン交換物質の静置通り抜け充填物を説明しているけれども、他の形状の充填物も上述したように使用できる。そのような他のイオン交換物質充填物形としては、イオン交換樹脂の充填床、又は水性液体流の流れに対し十分な多孔性を有する荷電物質からなる一体化物材料がある。イオン受入れ流通路内の充填物は、存在する場合、サンプル流通路内のイオン交換充填物よりも実質的に高容量を有する。即ち、荷電充填物は、サンプル流通路内で用いる場合、イオン受入れ流通路内の充填物の容量よりも実質的に低い容量の低容量を有することが好ましい。適切なのは、サンプル流通路内の充填物の総容量とイオン受入れ流通路内の充填物の総容量の比は、約0.9を越えず、好ましくは約0.7〜0.5を越えず、より好ましくは約0.1を越えないことである。
【００６６】
サンプル流通路内の適切な低容量充填物は、約0.1m当量/g未満、好ましくは約0.01m当量/g未満の容量を有する。サンプル流通路、イオン受入れ流通路及びイオン源通路(存在する場合)の容量におけるこの差異は、本明細書においては、“充填物原理”と称する。この原理は、後述する電流効率の他の実施態様全部について使用できる。
【００６７】
この試みによる電流効率は、従来技術、例えば、米国特許第5,248,426号に記載されているサンプル流通路内の十分に荷電させた充填物に比し、実質的に増大している。この引用した従来技術における抑制機構は、次のように説明されている。電気化学的に発生した陽極のヒドロニウムイオンは、イオン交換橋かけ手段を横切って陰極に向けて輸送され、溶離剤通路に泳動する。溶離剤通路に輸送された各H+イオン対し、Na+イオン又はH+イオンのいずれも、溶離剤通路を横切って陰極に向って輸送され、陰極において水酸化ナトリウム又は水のいずれかが生成される。水を生成するのに用いる電流は、過剰の電流であり、抑制に対しては使用されない。ヒドロニウム形のイオン交換手段はナトリウム形よりも抵抗性が小さいので、ヒドロニウムのとりわけ溶離剤通路を横切る輸送が優先され、従って、装置は電流効率的ではない。これらの装置においては、ヒドロニウムの溶離剤通路への輸送は、溶離剤通路からのナトリウムの輸送を担保しない。即ち、官能化スクリーンの存在により、抑制のための電流条件が引上げられ、過剰のヒドロニウムイオンが溶離剤の完全な抑制を確立のに必要となる。
【００６８】
溶離剤スクリーンの容量を低下させることにより、本発明は、溶離剤通路内で溶離剤単独で担持する電流を強める。従って、ヒドロニウムの溶離剤通路への輸送により、溶離剤通路からのナトリウムの輸送が担保され、溶離剤通路を横切り陰極へのヒドロニウムの輸送による水の生成が最小化される。即ち、抑制は、ファラデー効率に近いことよって担保される。
【００６９】
スクリーンにおける容量低減は、中性の官能化していないスクリーンを使用することにより又は官能化度を低下させることにより、例えば、カチオン交換材料においてはスルホン化条件を時間、温度又はその両方により最適化することによって達成する。グラフトレベルを最適化することも、充填物材料の容量を低減させるもう1つの手段である。
【００７０】
100％ファラデー効率を有する一定濃度の溶離剤を抑制するのに必要な電流は、下記の式から算出できる：
I = FCV/60
（式中、Iは電流mAであり；Fはファラデー定数(クーロン/当量)であり；Cは、Mでの溶離剤濃度であり；VはmL/分での流量である）
ここで、100％ファラデー効率を有する20 mMのNaOH溶離剤を抑制するのに必要な電流は、およそ32 mAとして算出できる。
【００７１】
図1において、溶離剤通路において中性スクリーンを用いるか或いはスクリーンを用いない場合、電流の100％を溶離剤が担持し、装置は、100％のファラデー電流効率を示すものと予期される。容量に対する電流効率を比較する1つの方法は、1 mL/分の100 mM NaOHの水性流を用いてサプレッサーを試験することである。電流効率は、抑制に必要な電流を最適化すること(±10 mAの変動で)によって測定した。その結果を下記の表に示す。
【００７２】
表1
0004750279.tif 000002
【００７３】
中性スクリーンを低容量の軽く官能化されたスクリーンで置換えた場合には、電流の大部分は、依然として溶離剤によって輸送され、小割合の電流がスクリーンを横切る過剰のH+の輸送に基づく水の生成に費やされる。上記で開示されたサプレッサー装置に加えられた電圧は、米国特許第5,246,426号に開示されたようなSRS装置で発生した電圧(4〜9V)に匹敵している。
【００７４】
上述したサンドイッチサプレッサーにおいては、イオン受入れ流通路内の充填物に関して説明したタイプの高容量イオン交換充填物も、イオン源流通路において使用する。これは、その高容量充填物が陽極から電気化学的に発生したヒドロニウム(アニオン分析の場合に)の膜境界への効率的な輸送を可能にするので、サンドイッチサプレッサーの好ましい態様である。同様に、溶離剤通路から陰極へのナトリウムの迅速な輸送が、高容量イオン交換充填物の存在において可能になる。各通路内に充填物を存在させることにより、装置全体の電圧降下を許容限界内に保つ。イオン交換充填物が存在しない場合、抑制流出液(例えば、水)を再生剤として使用することはできない(リサイクル方式で使用するとき)。従って、装置電圧は、極めて高くなる。
【００７５】
図5及び6においては、サプレッサー70のもう1つの実施態様を、単一再生剤流通路を用いて例示している。サプレッサー70は、上述したタイプのイオン交換膜76によって分離された、サンプル流通路壁73を有する上部硬質支持ブロック72及びイオン受入れ流通路壁75を有する下部支持ブロック74を含む。
【００７６】
クロマトグラフィー流出液は、流出液入口78、はめこみ80を経てサプレッサー装置に流入し、壁73によって形成されたサンプル流通路に沿って、スクリーン94を通り、次いで、はめこみ82を通ってクロマトグラフィー流出液出口ライン84から流出する。同様に、検出器流出液は、入口ライン86からはめこみ88を経て、壁75によって形成されたイオン受入れ通路を横切って流れ、はめこみ90から検出器流出液出口92に通って廃棄される。図5及び6の装置は、図1の全体システムにおいて、図2〜4の装置に代えて使用する。
【００７７】
液体は、突起物間の空間によって形成された通路を流れる。突起物及び空間の寸法は、流動イオンとの所望接触頻度を与え、膜を横切るイオンの移動性を増大させ且つ十分な渦巻きを発生させて混合効率を増大させるように選定する。
【００７８】
例示するように、検出器流出液は、イオン受入れ通路及び存在する場合のいオン源流通路へリサイクルさせる。これは上述した理由により効率的であるが、このシステムは、米国特許第4,999,098号に例示されているようなそのような検出器リサイクルなしの抑制にも応用可能であることを理解すべきである。
【００７９】
上述したように、上述したタイプの電気化学サプレッサー装置は、分析物の分析前の予備処理装置において使用できる。予備処理装置及びシステムの１つは、米国特許第5,597,481号に例示されている。この予備処理装置は、上述のサプレッサーと実質的に同じである。予備処理装置で除去するマトリックスイオンは、分析物イオンと反対荷電を有する。本明細書において説明した電流効率における改良は、上記米国特許に記載された予備処理装置にも応用可能である。
【００８０】
本発明に従って電流効率を増大させるもう1つの実施態様は、2膜サプレッサーに応用可能である。この2膜サプレッサーにおいては、1つの膜の正味電荷は、他の１つの膜の正味電荷よりも大きい。1つの実施態様においては、イオン源通路をサンプル流通路から分離している膜は、サンプル流通路をイオン受入れ流通路から分離している膜の正味電荷の約0.9倍を越えない正味電荷を有する。好ましくは、この比は0.7倍を越えず、より好ましくは0.5倍を越えない。
【００８１】
2つの膜の正味電荷を変える好ましい手段は、2つの異なる官能性、即ち、弱イオン化官能性と組合せた強イオン化官能性を用いることによる。アニオン分析に適する図4に例示した一般的タイプの1つのサンドイッチサプレッサーは、陽極側に溶離剤通路を形成する強カチオン交換膜36(スルホン化膜)、及び陰極側に溶離剤通路を形成する弱カチオン交換膜34(カルボキシル化膜)を含む。この官能性の組合せは、2つの膜表面上に異なる正味電荷を得る好都合な手段である。
【００８２】
陽極で発生するヒドロニウムは、イオン源流通路内の高容量イオン交換充填物によって、強カチオン交換膜を横切って溶離剤通路に効率的に輸送される。弱カチオン交換膜は、溶離剤カチオン(水酸化ナトリウム溶離剤の場合はナトリウムイオンのような)の膜を横切る陰極への輸送を、ヒドロニウムイオンの輸送を遅らせながら、容易に可能にする。従って、ヒドロニウムの輸送を最小にすることによって、損耗電流を最小にし、電流効率は改善される。
【００８３】
損耗電流はサプレッサーの下部(抑制)区域(Rw)において最小化され、良好な電流効率が、溶離剤が本装置において大半の電流を担持するときに達成される。カチオン分析においては、膜34が強塩基官能性を有し、膜36が弱塩基官能性又は水酸化物選択性塩基官能性のいずれかを有し得る。両態様において、損耗電流は最小化される。
【００８４】
上記に基づき、高い方の正味電荷を有する膜をイオン源通路に、例えば、アニオン分析の場合にはヒドロニウム(及びカチオン分析の場合には水酸化物)を発生させる陽極に近づけることが好ましい。本発明のサプレッサーは、下部領域において有意に少ない電流損耗を示す。
【００８５】
上記のサプレッサーにおいては、中性充填物、低容量充填物又は高容量充填物をサンプル流通路において省くことができる。逆に、イオン受入れ流通路及びイオン源流通路においては高容量充填物を使用することが好ましい。
【００８６】
上記の実施態様においては、前記の充填物原理も使用できる。即ち、イオン受入れ流通路とイオン源流通路(存在する場合)は高容量充填物を含み、サンプル流通路は中性又は低容量充填物を含む。
【００８７】
図示してないもう1つの実施態様においては、下流部分の抵抗増大は、下部部分と直列で電気接続させた、下流部分の電気抵抗を増大させるための手段を含ませることによって達成する。そのような手段の１つは、下流部分では電気抵抗体を使用し上流部分では使用しないこと、又は下流部分が上流部分よりも高い抵抗を有するような1つ以上の抵抗体を使用することである。
【００８８】
導電体の電気抵抗は、下記の式として定義される：
R = ρL/A
（式中、ρは、オーム-cmでの導電体の抵抗であり；Lは、cmでの導電体の長さであり；Aは、cm2での導電体の断面積である）。
即ち、電気抵抗は、導電体の長さに正比例し、断面積に反比例する。サプレッサーの例においては、下流領域の断面積を低減させれば、抵抗が増大し得る。下部領域の抵抗増大により、溶離剤通路/サプレッサーの上部領域中の溶離剤が担持する電流を強くし、従って、良好な電流効率が達成される。
【００８９】
例えば、Reがサプレッサーの溶離剤(抑制されていない)領域の抵抗であり、Rwが、溶離剤が完全に抑制形(上記の例では、水)である領域の抵抗である場合、総抵抗Rtは、下記の通りである：
Rt = 1/{1/Re + 1/Rw}
Rwが増大するにつれ、RtがReに近づき、従って、電流効率は改善される。
【００９０】
抵抗Rwを増大させるもう1つの手段は、１つの抵抗をRwと直列に接続させることである。これを実施する１つの方法は、サプレッサーの下部領域と直列の2つのスペーサー(例えば、軽スルホン化スクリーンのような軽官能スクリーン)を使用し、サプレッサーの上部領域では使用しないことである。そのような配列により、サプレッサーの下部領域内の抵抗を増大させ、サプレッサーの上部領域を通る電流を強める。2つのスペーサーの代りの抵抗体も、サプレッサーの上部領域に対して下部部分の抵抗を増大させた。
【００９１】
もう1つの実施態様においては、追加の対の電極を使用する。即ち、1膜装置においては、1対の電極を、それぞれ、サンプル流通路及びイオン受入れ流通路の上流部分と電気接続させて配置する。第2の対の電極は、同じ各通路の下流部分に配置する。これら電極対の各々を、独立の電源と接続させる。損耗電流は最小化され、電流効率は、上流部分に対比して低めの電流を下流部分に送ることによって改善される。即ち、実施中、上流部分の電流は、下流部分の電流を上回る。適し得る比は、10：1〜2：1である。2膜装置においては、電極対は、それぞれ、イオン受入れ流通路及びイオン源流通路内に配置させる。
【００９２】
電流効率のもう1つの実施態様においては、マトリックスイオンが抑制されるサンプル流通路の下流部分は、約0.9倍を越えない、好ましくは約0.3倍を越えない正味電荷を有し、最も好ましくは、上流部分の正味電荷は約0.1倍を越えない。サンプル流通路内の充填物は、この好ましい実施態様において、上流部分に対比して高めの抵抗を下流部分において有するよう変えることができた。下流部分の抵抗を増大させることにより、ヒドロニウムは少ししか水の生成に費やされず、従って、電流効率は改善される。好ましい実施態様においては、カルボキシレート官能化溶離剤スクリーンが上記を達成する。ヒドロニウム形のカルボキシレート官能性は、溶離剤形に比し、高度に抵抗性である。同様に、スクリーンのおよそ上部半分が官能化形であり下部半分が中性又は軽官能化形である部分官能スクリーンも上記を達成するであろう。例えば、上部半分においては完全スルホン化され、下部半分においては室温スルホン化されるか或いはスルホン化されてない溶離剤スクリーン。同様に、上述の官能性の組合せも電流効率を改善するのに使用できた。
【００９３】
本発明のもう1つの実施態様においては、定電圧を定電圧電源から印加する。定電圧方式の利点は、抑制に必要な電流が溶離剤強度又は濃度に自己調整されることである。従って、溶離剤強度又は濃度を認識する前に必要である一定電流方式と異なり、定電圧は、例えば溶離剤流量の変動によって生ずる溶離剤強度変動を補正する。
【００９４】
勾配応用においては、電流効率サプレッサーにおける定電圧方式は、抑制に必要な電流の自己調整を可能にする。定電流方式においては、最高溶離剤濃度を抑制する電流を条件設定する必要があり、従って、低溶離剤条件(通常、操作の開始時)下では、高電流を装置に通す。高めの電流は、高熱とガス発生、引き続く高ノイズと基本線摂動の結果となる。これらの効果も定電流方式での最高操作可能濃度を制約する。定電圧方式は、この制約を克服し、電流は勾配中に自己調整され、従って、高めの濃度範囲を抑制できる。
【００９５】
電流効率を増大させるための上記いずれの方法及び装置も2以上の方法と組合せて使用できる。例えば、充填物原理は、異なる正味電荷の2つの膜と組合せて使用できる。
【００９６】
（発明を実施するための最良の形態）
以下、実施例により、本発明を具体的に説明する。
【００９７】
実施例1
実施例1においては、アニオン分析に適する図2において例示したようなサンドイッチサプレッサー装置を、図1のシステムにおいて使用するために構築する。
カチオン交換スクリーン41と43は、次のようにして作成する。基材スクリーンは、Tetko社から供給されたポリエチレンモノフィラメントを含む。そのようなスクリーンを塩化メチレン溶媒中30％(w/w)スチレン溶液中に浸漬する。グラフト化は、ガンマ線を10,000ラッド/時の照射量において48〜120時間、80〜90°F(26.7〜32.2℃)で窒素雰囲気下に照射することによって起きる。次いで、このスクリーンを塩化メチレン中10％(w/w)クロロスルホン酸中で約40℃で4時間ソーキングする。次いで、スクリーンを1M KOH中に55℃で30分間浸漬する。
【００９８】
イオン交換膜34及び36用の基体は、PTFE(テフロン)製のフィルム又はシートタイプである。この基体ポリマーは、耐溶媒性であり、耐酸性又は耐塩基性である。そのようなフィルムを、先ずスチレンモノマーでグラフト化し、次いで官能化してカチオン交換膜を生成させる。スルホン化による膜官能化は、上記のスクリーンの官能化と同じ方法において行う。
ガスケットは、このガスケットが形成する流れ通路における液体シールを得るのに適する不活性の耐化学性材料から作成する。
【００９９】
全体的ハードウェアは、スクリーン、膜及び電極をハウジングする硬質の非導電性材料(PEEK)から製造した外部支持ブロックを含む。このブロックは、サプレッサーの構造的支持も提供する。その頂部は、4個のはめこみを有する(それぞれ、溶離剤入口及び溶離剤出口用の1対、及び再生剤入口及び再生剤出口用の1対)。各ブロックをスクリューのような通常の手段で圧し付けて、液体耐密性シールを得る。
【０１００】
各下位アッセンブリは、次のようにして作成する。周囲にガスケット材料を有するスクリーンは、所望の流れ通路を含むプラスチックフィルムからガスケットを切取り、このガスケットを、スクリーンに、流れ通路のみはガスケット材料で覆われないように圧し付けることによって作成する。各ガスケットにおいては、2枚の長方形の超低分子量ポリエチレン(Parafilm "M"、American National Can Company社)を、流れ通路を切取った適切な寸法を有するように切取る。スクリーンをParafilmガスケット間に挟み、その積重ね物を周囲温度で10,000〜20,000psi (703〜1406 kg/cm2)に押圧する。スルホン化スクリーンとParafilmから作成した1つの溶離剤用スクリーン/ガスケットアッセンブリと2つの再生剤用スクリーン/ガスケットアッセンブリが、1つのサプレッサーにおいて必要である。中央スクリーン32のスクリーンメッシュ(スクリーン開口の大きさ)は、外側スクリーン41及び43において140μmである。
【０１０１】
2つの長方形のカチオン交換膜を、流れ通路形状の入口及び出口、並びにスクリーンの全体寸法に合わせて切取る。3ミル(76.2 cm)厚のポリテトラフルオロエチレン(テフロン)系膜を使用する。
0.025 mm厚の導電性で化学的に不活性な白金ホイル(Johnson Matthey Electronics社)から製造し、1.0×12.0 cmの寸法を有する陽極と陰極を用いた。
【０１０２】
本システムは、サプレッサーと直列に配列させたクロマトグラフィーカラムの形状にある。カラムを出る溶液は、電解質を弱導電性形に転化させるサプレッサーに通す。次いで、流出液を、通り抜け導電率セルの形の検出器に通し、分離したイオン種全部を検出する。導電率セルに通した後の流出液は、検出器セル流出液を電解して中和反応用のヒドロニウムイオン(H+)を供給する外側通路の入口に通す。
【０１０３】
使用したサプレッサーは、商業的に入手可能なDionex 4mm ASRSであり、これを、サンプル流通路内の官能化スクリーン32を取出し、中性ポリエチレンスクリーンと置換えることによって修正した。
【０１０４】
Pharmacia社からの直流電源を定電流方式で用いた。サプレッサーを、25、50、100及び200 mMの水酸化ナトリウム溶液を1 ml/分の流量でポンプ吸引することによって、電流効率について試験した。サプレッサーからの流出液の導電率は、導電率セルを用いてモニターした。サプレッサーに通した電流は、電流効率状況(regime)近辺の5〜20 mAの範囲で変動し、流出液の背景値をモニターした。良好な抑制が起り、装置は、電流効率状況近辺の最低の抵抗と最低の背景(平均背景コンダクタンスは、25〜200 mMの水酸化ナトリウムの範囲においておよそ2.35μシーメンス/cmであった)を示した。加えた電流を溶離剤濃度に対してプロットしたときは、優れた適合性が図9で示すように観察された。0.61 mM/mAの勾配が得られ、この値は、0.62 mM/mAのファラデー値に極めて近かった。
【０１０５】
実施例2
電流効率性サプレッサー(定電流方式)を用いるアニオン分離：
サプレッサーは、実施例1で述べたサプレッサーと同様であった。Pharmacia社からの直流電源を定電流方式で用いた。分析用カラムは、Dionex AS4A-SC (4×250 mm)カラムであり；使用した溶離剤は、2 ml/分の流量の1.8 mM炭酸ナトリウム/1.7 mM重炭酸ナトリウムであった。7種のアニオンを含む試験混合物の優れた分離と検出が、図10に示すように、18 mA、3Vの加えた電流で達成された。1〜7で表示したピークは、フッ化物、塩化物、亜硝酸塩、臭化物、硝酸塩、リン酸塩及び硫酸塩であった。15〜16μS/cmの背景値は、中性スクリーンサプレッサーを用いての溶離剤の炭酸への完全抑制を示していた。
【０１０６】
実施例3
電流効率性サプレッサー(定電圧方式)を用いるアニオン分離：
Hoeffer Scientific社からの直流電源を定電圧方式で用いた。使用したサプレッサーは、商業的に入手可能なDionex 2mm ASRS装置であり、これを、官能化溶離剤スクリーンを取出し、図2に示した中性ポリエチレンスクリーンと置換えることによって修正した。他のすべての条件は、実施例2と同様であった。分析用カラムは、Dionex AS11 (4×250 mm)カラムであり；使用した溶離剤は、1 ml/分の流量の10 mM水酸化ナトリウムであった。4 種のアニオンを含む試験混合物の優れた分離と検出が、図11 に示すように、7 Vの印加電流で達成された。1〜4で表示したピークは、フッ化物、塩化物、硫酸塩及び硝酸塩であった。発生した電流はおよそ16 mAであり、16 mAの理論ファラデー電流に極めて近かった。
【０１０７】
実施例4
電流効率性サプレッサー(定電圧方式)を用いるアニオン分離：
Hoeffer Scientific社からの直流電源を定電圧方式で用いた。他のすべての条件は、実施例2と同様であった。分析用カラムは、Dionex AS10 (4×250 mm)カラムであり；使用した溶離剤は、1 ml/分の流量の85 mM水酸化ナトリウムであった。4 種のアニオンを含む試験混合物の優れた分離と検出が、図12に示すように、7 Vの印加電流で達成された。1〜4で表示したピークは、フッ化物、塩化物、硫酸塩及び硝酸塩であった。発生した電流はおよそ137 mAであり、理論電流に極めて近かった。
【０１０８】
実施例5
10.5 Vバッテリーを用いるアニオン分離：
10.5 VのDC電源を、71.5 V電池を直列に配列させることによって創生した。他のすべての条件は、実施例3と同様であった。3種のアニオンを含むサンプルは、図13に示すように良好に分離されていた。1〜3で教示したピークは、フッ化物、塩化物及び硫酸塩であった。
【０１０９】
実施例6
一般的なAC-DCアダプターにより出力した電流効率性サプレッサーを用いる勾配分離：
10.5 V DCにセットされた一般的なAC-DCアダプターを用いてサプレッサーを出力した。他のすべての条件は、実施例3と同様であった。使用した溶離剤は、E1：50 mM NaOH、及びE2：200 mM NaOHであった。使用した勾配は、0分での100％E1から31分での38％E1、62％E2であった。定電圧を用いる利点は、電流が勾配による流れ込みによって調整されることである。従って、電流は、溶離剤通路において自己調整性である。この試みと対照的に、定電流装置は、大過剰の電流を供給し(とりわけ、勾配開始時に)、この過剰の電流はノイズ及び熱に変り得、装置寿命に対して有害である。5種のアニオンを含む試験混合物の分離を図14に示す。1〜5で表示したピークは、フッ化物、塩化物、硫酸塩、リン酸塩及び硝酸塩であった。捕捉カラムは本例では用いず、背景における増大は、溶離剤における炭酸塩値の増大に起因していた。
【０１１０】
実施例7
電流効率性サプレッサーを用いるカチオン分離：
Hoeffer Scientific社からの直流電源を定電圧方式で用いた。使用したサプレッサーは、商業的に入手可能なDionex 4 mm CSRS装置であり、これを、官能化溶離剤スクリーンを取出し、図1 〜4に示した中性ポリエチレンスクリーンと置換えることによって修正した。他のすべての条件は、実施例2と同様であった。分析用カラムは、Dionex CS12A (4×250 mm)カラムであり；使用した溶離剤は、1 ml/分の流量の18 mMメタンスルホン酸(MSA)であった。4 種のカチオンを含む試験混合物の優れた分離と検出が、図15 に示すように、5 Vの印加電流で達成された。発生した電流は29 mAであり、29 mAの理論値と区別できなかった。1〜4で表示したピークは、リチウム、ナトリウム、アンモニウム及びカリウムであった。
【０１１１】
実施例８
オリゴヌクレオチド標準物での回収試験：
商業的に入手可能なDionex 2mm ASRS装置を実施例3のサプレッサーと比較した。A及びBとマークされた位置は、ASRS上に溶離剤入口及び溶離剤出口としてマークされた位置である。同様に、位置C及びDは、再生剤の入口及び出口を示す。両サプレッサーは、外部水方式で操作した。Pharmacia社からの直流電源を定電流方式で用いた。ターゲットオリゴヌクレオチドである(GT)10 20量体の回収を、両サプレッサーを用いて試みた。使用した溶離剤は、アセトニトリル(16％)添加及び無添加のトリフルオロ酢酸のナトリウム塩であった(勾配：0.13 M〜0.35 M)。表1に示す回収試験の結果は、官能化スクリーンの代りに中性スクリーンを用いた利点を明らかに示している。
【０１１２】
表1
回収試験：ASRSカチオン交換溶離剤
スクリーン対中性溶離剤スクリーン
0004750279.tif 000003
【０１１３】
実施例9
酸中のカチオン分析：
実施例7の装置を、酸中のカチオン類を分析するのに有用なサンプル調製装置として使用する。導電性酸成分を抑制された低-又は非-導電性形に還元し(HClから水へ)、サンプルカチオンをその塩基形に転化する(NaClからNaOHへ)。サンプルイオンは、予備濃縮物に転化し、次いでICシステムと実施例7のサプレッサーを用いて分析できた。上記は、サンプル調製応用のための電流効率性サプレッサーである。
【０１１４】
実施例10
酸中のアニオン分析：
実施例2の装置を、塩基中のアニオン類を分析するのに有用なサンプル調製装置として使用する。導電性塩基成分を抑制された低-又は非-導電性形に還元し(NaOHから水へ)、サンプルアニオンをその酸形に転化する(NaClからHClへ)。サンプルイオンは、予備濃縮物に転化し、次いでICシステムと実施例2のサプレッサーを用いて分析できた。上記は、サンプル調製応用のための電流効率性サプレッサーである。
【０１１５】
実施例11
低容量官能化溶離剤スクリーン：
装置は、実施例1と同様であったが、溶離剤スクリーンを、極めて低容量を有する官能化スクリーンと置換えた。基材スクリーンは、Tetko社から供給されたポリエチレンモノフィラメントから作成する。このスクリーンを塩化メチレン溶媒中30% (w/w)スチレン中に浸漬する。グラフト化は、ガンマ線を10,000ラッド/時の照射量において48〜120時間、80〜90°F(26.7〜32.2℃)で窒素雰囲気下に照射することによって起きる。このスクリーンを、濃硫酸中で1時間、室温でソーキングすることによって官能化する。次いで、スクリーンを希酸で洗浄し、塩基で洗浄し、水洗して、前記中性スクリーンの代りに嵌めこむ。このスクリーンの容量は、0.005 m当量/gであった。上記のサプレッサーを、Dionex AS10カラムと100mM水酸化ナトリウムを外部水方式で用いて試験した。DI水を3 mL/分の流量で電極室へポンプ吸引し、その間、溶離剤はサンプル流通路を1 mL/分の流量で流れていた。5種のアニオンを含む試験混合物の優れた分離が【図１】6に示すように5Vの印加電圧で達成された。ピークは、フッ化物、炭酸塩、塩化物、硫酸塩、リン酸塩及び硝酸塩に相当する1〜6で表示した。このクロマトグラフにおけるノイズは、3 nS cm-1未満であった。発生した電流は169 mAであり、これは、およそ95％の電流効率であった。若干の電流損耗が、溶離剤通路を横切るヒドロニウムイオンの輸送による水の生成において生じていた。しかしながら、この装置における電流の大部分は、依然として溶離剤によって担持されていた。
【図面の簡単な説明】
【図１】  サプレッサー用再循環検出器流出液を利用してクロマトグラフィーを実施するための装置の概略図である。
【図２】  本発明で有用なサンドイッチサプレッサー装置の分解図である。
【図３】  クロマトグラフィー流出液及び検出器流出液フローチャネルを点線で示した膜サプレッサーの側面図である。
【図４】  電気化学的サプレッサー内のイオン移動を単純化して示した膜とスクリーンの概略拡大図である。
【図５】  単一の検出器流出液フローチャネルを示すサプレッサー装置の拡大図である。
【図６】  単一の検出器流出液フローチャネルを示すサプレッサー装置の組立断面図である。
【図７】  電気透析サプレッサーの概略断面図である。
【図８】  図７とは異なる管形状の電気透析サプレッサーの概略断面図である。
【図９】〜【図１６】  本発明の使用を示すクロマトグラムである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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