(57)【要約】本発明のサプレッサー方式によるイオン分析方法及び装置において、電解質対イオン（例えばナトリウム）の溶離液中の分析物（例えばアニオン）の試料溶液をクロマトグラフィーで分離する。次いで、対イオンはサプレッション領域でサプレッサー処理され除去されて、塩変換領域において分析すべきイオンを塩形態に変換するのに使用される。サプレッションと塩変換領域は連続していても離れていてもよく、膜サプレッサー型の装置中で実施される。その後、これらから形成された塩又は酸又は塩基（例えば膜サプレッサー装置中で）を検出する。さらに、塩変換を二つのイオン交換充填床塩コンバーターを使用して行うことができ、この場合、一方の床が作動している一方、他方の床が再生され、次いで流れを逆にする。【選択図】図１
2004522970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料溶液中の異なる複数の分析すべきイオンをサプレッサー方式でイオン分析する方法であって、分析すべきイオンのそれぞれは共通の電荷、正又は負を有し、該方法が以下の過程を含む、方法：
（ａ）分析すべきイオンと反対の電荷を有する電解質対イオンを含む溶離液で試料溶液を、分析すべきイオンを分離するのに有効な分離媒体を通して溶離して、分離媒体溶出液流を形成する過程、
（ｂ）分離媒体溶出液流を、電解質対イオンが除去されて電解質が弱くイオン化した形態に変換するサプレッション領域を通して流して、サプレッサー試料溶出液流を形成する過程、及び
（ｃ）塩形成領域においてサプレッサー試料溶出液流中の分析すべきイオンを、反対の電荷を有し除去された電解質対イオンを含む塩形成性イオンと反応させて塩に変換して、分析物の塩の流れを形成する過程。
【請求項２】
さらに以下の過程を含む、請求項１に記載の方法：
（ｄ）分析物の塩の流れ中の塩形態にある分析すべきイオンを検出する過程。
【請求項３】
過程（ｂ）を以下の過程によって行う、請求項１に記載の方法：分析すべきイオンと反対の電荷を有する交換可能なイオンを有するサプレッサーイオン交換膜によってサプレッサー再生液流路から分離されているサプレッサー領域におけるサプレッサー試料流路を通って分離媒体溶離液流を流し、かつ再生液流をサプレッサー再生液流路を通って流す過程であって、サプレッサーイオン交換膜を通ってサプレッサー再生液流に通り抜けることによって電解質対イオンが分離媒体溶出液流から分離されて、電解質対イオンを含むサプレッサー再生液溶出液流を形成する過程。
【請求項４】
サプレッサー試料流路中の分離媒体溶出液流とサプレッサー再生液流路中のサプレッサー再生液流が同一方向に流れる、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
塩形成領域がサプレッサーイオン交換膜の出口断面と同じ広がりを有し、該膜が電解質対イオンの形態にある交換可能なイオンを含み、該イオンの一部が試料の分析すべきイオンと塩を形成する、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
サプレッション領域中のサプレッサーイオン交換膜を通って、サプレッサー試料流路と連絡しているアノードとサプレッサー再生液流路と連絡しているカソードとの間に電位を供給する、アニオン分析物を分析するための、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
塩形成領域中のサプレッサーイオン交換膜を通って、サプレッサー試料流路と連絡しているカソードと再生液流路と連絡しているアノードとの間に電位を供給する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
サプレッション領域中のサプレッサーイオン交換膜を通って、サプレッサー試料流路と連絡しているカソードとサプレッサー再生液流路と連絡しているアノードとの間に電位を供給する、カチオン分析物を分析するための、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
塩形成領域におけるサプレッサーイオン交換膜を通って、サプレッサー試料流路と連絡しているアノードと再生液流路と連絡しているカソードとの間に電位を供給する、請求項６又は８に記載の方法。
【請求項１０】
塩形成領域の少なくとも一部を通って電位を供給しない、請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
過程（ｃ）を以下の過程によって行う、請求項３に記載の方法：分析すべきイオンと反対の電荷を有する交換可能なイオンを有する塩コンバーターイオン交換膜によって、分析物塩形成流路から分離されている塩コンバーター再生液流路を有するサプレッション領域から離れた塩変換領域を通ってサプレッサー再生液溶出液流を流し、かつサプレッサー試料流を分析物塩形成流路を通って流す過程であって、電解質対イオンが塩コンバーター再生液流路を通り抜けて塩コンバーターイオン交換膜を通って再生液溶出液流から分析物塩形成流路へ通過して分析物の塩の流れを形成する過程。
【請求項１２】
塩コンバーターイオン交換膜を通って、分析物塩形成流路と連絡しているカソードと塩コンバーター再生液流路と連絡しているアノードとの間に電位を供給する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
塩コンバーター膜を通って、分析物塩形成流路と連絡しているアノードと塩コンバーター再生液流路と連絡しているカソードとの間に電位を供給する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
さらに以下の過程を含む、請求項１１に記載の方法：
（ｄ）分析物の塩の流れ中の塩形態にある分析すべきイオンを検出する過程。
【請求項１５】
過程（ｄ）における検出の後で、分析物の塩の流れをサプレッサー再生液流路に再循環する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
塩コンバーターイオン交換膜を通って、塩コンバーター再生液流路及び分析物塩形成流路とそれぞれ連絡している、反対の電荷を有する第１及び第２の電極の間に電位を供給する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
分析物すべきイオンが負の荷電を有し、第１の電極がアノードであり、かつ第２の電極がカソードである、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
分析すべきイオンが正の電荷を有し、第１の電極がカソードであり、かつ第２の電極がアノードである、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
分析物塩形成流路の流れと塩コンバーター再生液流路の流れが同一方向に流れる、請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
以下の過程をさらに含む、請求項１に記載の方法：
（ｄ）分析物の塩の流れを酸又は塩基コンバーターを通して流して、正の電荷を有する分析すべきイオンについて電解質対イオンの酸を含む溶出液流を形成し、かつ負の電荷を有する分析すべきイオンについて電解質対イオンの塩基を含む溶出液流を形成する過程、及び
（ｅ）酸又は塩基電解質対イオン溶出液流中の電解質対イオンを検出する過程。
【請求項２１】
過程（ｄ）を以下の過程によって行う、請求項２０に記載の方法：分析物の塩の流れを、分析すべきイオンと同じ電荷を有する交換可能なイオンを有する酸又は塩基コンバーターイオン交換膜によって酸又は塩基コンバーター、再生液流路から分離されている酸又は塩基コンバーターの試料流路を通って流し、かつ酸又は塩基流を酸又は塩基コンバーター再生液流路を通って流す過程。
【請求項２２】
過程（ｅ）の検出の後で以下の過程を行う、請求項２１に記載の方法： 酸又は塩基電解質対イオン溶出液流を酸又は塩基コンバーター再生液流路に再循環する過程。
【請求項２３】
塩形成領域が交換可能な電解質対イオンを有するイオン交換媒体を含む少なくとも第１の充填床塩コンバーターを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
第１の充填床塩コンバーターが、サプレッション領域から除去された溶離液電解質対イオンの流れによって定期的に再生される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
サプレッション領域から除去された溶離液電解質対イオンの流れによって再生される交換可能な電解質対イオンを有するイオン交換媒体を含む第２の充填床塩コンバーターを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
第１及び第２の充填床塩コンバーターへの流れを逆転させて、第１の充填床塩コンバーターが再生される一方第２のコンバーターが分析すべきイオンを分析物の塩の流れに変換する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
試料溶液中の複数の分析すべきイオンをサプレッサー方式でイオン分析する方法であって、分析すべきイオンのそれぞれは共通の電荷、正又は負を有し、該方法が以下の過程を含む、方法：
（ａ）分析すべきイオンと反対の電荷を有する電解質対イオンを含む溶離液で試料溶液を、分析すべきイオンを分離するのに有効な分離媒体中を通して溶離して、分離媒体溶出液流を形成する過程、
（ｂ）分離媒体溶出液流を、電解質対イオンが除去されて電解質が弱くイオン化した形態に変換するサプレッション領域を通して流して、酸又は塩基形態にある分析すべきイオンを含むサプレッション領域溶出液流を形成する過程、
（ｃ）サプレッション領域溶出液流中の分析すべきイオンを、交換可能なカチオン又はアニオンを有するイオン交換媒体を含む第１の充填床塩コンバーターにおいて、含まれる分析すべきイオンと反対の電荷を有するイオンと反応させて塩に変換して、第１の分析物の塩の流れを形成する過程、
（ｄ）過程（ｃ）と同時に、少なくとも部分的に消耗した第２の充填床塩コンバーターを再生して塩形成性カチオン又はアニオンとする過程、
（ｅ）第１の分析物の塩の流れにおける分析すべきイオンを検出する過程、
（ｆ）第１及び第２の充填床塩コンバーターを通る流れを逆転させて第１のコンバーターが再生される一方、第２の分析物の塩の流れが第２の充填床塩コンバーター中で形成される過程、及び
（ｇ）第２の分析物の塩の流れにおける分析すべきイオンを検出する過程。
【請求項２８】
以下を含む、試料溶液中の分析すべきイオンをサプレッサー方式でイオン分析する装置：
（ａ）分析すべきイオンと反対の電荷を有する電解質対イオンを含む溶離液の存在下で分析すべきイオンを分離する入口と出口を有するクロマトグラフィーセパレーター、及び
（ｂ）上流部分及び下流塩形成領域部分を有するサプレッサーイオン交換膜によってサプレッサー再生液流路から分離されているサプレッサー試料流路を含むサプレッサー−塩コンバーターであって、該サプレッサー試料流路がクロマトグラフィーセパレーター出口と連絡している入口と出口を有し、サプレッサー試料流路入口とサプレッサー再生液流路入口が各流路の上流側に配置されていてこれらを通過する流れが同一方向にあり、下流塩形成領域部分におけるサプレッサーイオン交換膜が、分析すべきイオンを電解質対イオンの塩に変換するのに使用される電解質対イオンの形態にある交換可能なイオンを有する、コンバーター。
【請求項２９】
入口と出口を有しかつ酸又は塩基コンバーターイオン交換膜によって入口と出口を有する酸又は塩基変換流路から分離されている酸又は塩基コンバーター試料流路を含み、該イオン交換膜が分析すべきイオンと同じ電荷を有する交換可能なイオンを含み、該酸又は塩基コンバーター試料流路の入口がサプレッサー試料流路の出口と連絡している、酸又は塩基コンバーターをさらに含む、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
以下を含む、試料溶液中の分析すべきイオンをサプレッサー方式でイオン分析する装置：
（ａ）分析すべきイオンと反対の電荷を有する電解質対イオンを含む分析物の存在下で分析すべきイオンを分離して分離媒体溶出液流を形成する、入口と出口を有するクロマトグラフィーセパレーター、
（ｂ）サプレッサーイオン交換膜によって入口と出口を有するサプレッサー再生液流路から分離されているサプレッサー試料流路を含むサプレッサーであって、該入口がクロマトグラフィーセパレーター及び出口と連絡しているサプレッサー、及び
（ｃ）入口と出口を有する塩コンバーター再生液流路から入口と出口を有する分析物塩形成流路を分離している塩コンバーターイオン交換膜を含む塩コンバーターであって、分析物塩形成流路の入口がサプレッサー試料流路の出口と連絡しており、塩コンバーター再生液流路の入口がサプレッサー再生液流路の出口と連絡している、コンバーター。
【請求項３１】
塩コンバーター再生液流路の入口と分析物塩形成流路の入口がこれらの上流末端の近くに配置されて、これらを通る流れが同一方向である、請求項３０に記載の装置
【請求項３２】
入口と出口を有しかつ酸又は塩基コンバーターイオン交換膜によって入口と出口を有する酸又は塩基変換流路から分離されている酸又は塩基コンバーター試料流路を含み、該イオン交換膜が分析すべきイオンと同じ電荷を有する交換可能なイオンを含む、酸又は塩基コンバーターをさらに含む、請求項３０に記載の装置。
【請求項３３】
入口と出口を有し、酸又は塩基コンバーター試料流路の出口が検出器の入口と連絡しており、かつ検出器の出口が酸又は塩基変換流路の入口と連絡している、検出器をさらに含む、請求項３０に記載の装置。
【請求項３４】
入口と出口を有し、酸又は塩基コンバーター試料流路の出口が検出器の入口と連絡しており、かつ検出器の出口がサプレッサー再生液流路の入口と連絡している、検出器をさらに含む、請求項３０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出の前にサプレッサー処理した分析物を塩に変換するイオンクロマトグラフィー（“ＩＣ”）を使用する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオンクロマトグラフィーはイオンを分析する公知の技術であり、典型的には、電解質を含む溶離液を使用するクロマトグラフィーによる分離領域、溶離液のサプレッション段階、次いで典型的には電気伝導度検出器によって行う検出を含む。クロマトグラフィーによる分離段階では、注入した試料のイオンを分離カラムから溶離させる。サプレッション段階では、溶離した電解質の電気伝導度を抑制するが、分離したイオンの伝導度は抑制しない。第１世代のイオンクロマトグラフィーでは、電解質のサプレッション又はストリッピングはイオン交換樹脂床を使用した。サプレッションの改良した形態では、樹脂床の代わりに繊維又はシートの形態にある帯電した膜を使用する。シートの形態では、試料と溶離液をシートの一方の側に通し、シートの他方の側に再生液を流す。シートは、クロマトグラフィーによる分離の溶出液と再生液とを仕切るイオン交換膜を含む。膜は、膜の交換可能なイオンと同じ電荷を有するイオンを通過させて溶離液の電解質を弱くイオン化した形態に変換し、次いでこのイオンを検出する。
【０００３】
サプレッサーの有効な形態が米国特許第４，９９９，０９８号に記載されている。この装置では、サプレッサーは、イオン交換膜シートで分離した少なくとも一つの再生液区画と一つのクロマトグラフィーによる溶出液区画とを含む。シートにより、シートの交換可能なイオンと同じ電荷を有するイオンが膜を通過することが可能となる。イオン交換スクリーンを再生液及び溶出液区画で使用している。溶出液区画からの流れは、溶解したイオン種を検出するために、検出器、例えば電気伝導度検出器に向いている。スクリーンは、イオン交換部位を提供し、バルク溶液から膜へイオンが分散することによってサプレッションキャパシティーが制限されないように、溶出液流路を通る部位から部位への移転通路を提供するのに使用されている。サンドイッチサプレッサーも開示されており、これは第１の膜シートに対向する第２の膜シートを含み、第２の再生液区画を規定している。サプレッサーの長手方向に沿って両方の再生液室と連絡している空間を空けた電極が開示されている。電極間に電位を供給することにより、装置のサプレッションキャパシティーが増加する。本特許は、再生液供給源から供給され再生液流路を流れる典型的な再生液溶液（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溶離液で、硫酸が再生液である。本特許は、水を使用して、電気透析により再生溶液を置き換えることも開示している。膜サプレッサーの改良した形態において、米国特許第５，３５２，３６０号には、検出器からの溶出液が再生液流路を通って再循環されることが開示されている。
【０００４】
Berglund他、Anal. Chem. 63: 2175 (1991)には、複数検出器システムが記載されている。本論文では、従来のＩＣを第１の電気伝導度検出器を使用して行っている。検出器からの溶出液をカチオン交換及びアニオン交換変換領域を通過させる。アニオン分析の場合、第１の検出器からの溶出液は、それがサプレッサーを出るときＨＸ（式中Ｘは分析すべきアニオンである）という通常のＩＣ形態にある。二つの異なる型のコンバーターが開示されている。逐次充填カラムの形態において、溶出液は最初にカチオン（ナトリウム）交換樹脂を通過し、次いでアニオン（ヒドロキシド）交換樹脂を通過し、逐次変換の結果最初はＮａＸ塩に、次いでＮａＯＨに変換される。このような逐次変換のために選択透過膜型のコンバーターも開示されている。変換の後、水酸化ナトリウムのイオン伝導度を第２の検出器で測定し、第１の検出器のイオン伝導度と比較する。本論文は、抑制したベースラインに隠れ又は強い酸のピークに重なっていた非常に弱い酸によるピークをデータが表すことを述べている。本論文はさらに、本方法により分析すべきピークのｐＫを推定することができかつ標準がなくてもおおよその定量が可能になると述べている。このシステムの問題は以下を含む：（１）ヒドロニウムとナトリウムの間の、及びそれぞれカチオン及びアニオン交換樹脂における分析すべきアニオンとヒドロキシドとの間のイオン交換選択性が異なることにより酸形態の分析物のＮａＯＨへの変換が不十分であること；及び（２）二つの検出器からの信号を対比する場合、イオン交換カラムにおける分析物のバンドの分散を補償しなければならないこと。弱い酸の場合、例えば、さらに問題となる可能性があり、それは、ナトリウムイオンを交換するのに利用可能な遊離のヒドロニウムイオンが少ないからである。
【０００５】
ＰＣＴ公開ＷＯ ９４１８５５５において、異なる検出器が有用な比較信号を提供するＩＣの原理を使用する装置及び方法が開示されている。特に、装置の一形態では、分離手段、典型的にはクロマトグラフィー樹脂カラムの形態にある手段が、電解質を含む溶離液の存在下に分析すべきイオンを分離する。分離手段からの溶出液は、電解質を弱くイオン化した形態に変換しかつ分析すべきイオンを酸又は塩基の形態に変換するために、サプレッサー手段を通過する。サプレッション処理された溶出液は第１の検出器を通過して流れて、イオン種の電気伝導度を検出しかつ第１の信号を生じる。システムのこの部分は従来のサプレッサー方式のＩＣである。第１の検出器からの溶出液は塩コンバーターに流れて、分析すべきイオンは酸又は塩基の形態に、また塩の形態に変換される。次いで、分析物の塩の形態の電気伝導度を第２の検出器手段で測定し、第２の信号を生じる。第１及び第２の信号を分析して、出力信号間の規定された関係を表す。
【０００６】
ＷＯ ９４１８５５５の態様において、酸又は塩基の形態にある分析すべきイオンは、反対の電荷を有する塩形成性イオンで単一の変換により対応する塩に変換される。例えば、分析すべきアニオンを“Ｘ”で表し、Ｎａ+イオンを使用する場合、ＮａＸを第２の検出器手段で測定する。このことをここでは“単一変換モード”としている。単一変換型のピーク比を傾斜させる可能性がある分散を最小限にする塩コンバーターをこの文献は開示している。開示された単一変換コンバーターはオンラインミクロ電気透析イオン源であり、これは膜を通して塩形成性イオンを供給する。これは、塩形成性イオン源通路、サプレッサー溶出液流路及び二つの通路を仕切る選択透過性のイオン交換膜を含む。膜は、塩形成性イオンと同じ電荷を有する交換可能なイオンを含み、かつイオン種の膜を越えた通過に対して抵抗性である。イオン源通路とサプレッサー溶出液流路の間に電位をかける。後者の流路はサプレッサーからの溶出液と流体的に連絡している。操作することによって、分析物の酸又は塩基の形態について第１の電気伝導度検出器において生じた信号を、分析物の塩形態につて第２の電気伝導度検出器において生じた信号と比較評価してきわめて有用な情報を提供する。開示された他の単一変換コンバーターは、電気分解を伴わないが、ドンナバリヤーを越えるのに十分な濃度の外部酸又は塩基を伴うイオン交換膜バリヤーの使用を含む。さらに他のシステムは、通常の（current）又は示差（differential）圧力の適用を使用して酸又は塩基塩形成性イオンをサプレッサー溶出液流路に移動させる多孔性膜の使用を含む。分析すべきイオンと反対の電荷を有する交換可能なイオンを有するイオン交換樹脂床のカラムのようなイオン交換体を通してサプレッサー溶出液の流れを流す単一変換も開示されている。
【０００７】
ＷＯ ９４１８５５５はさらに“二重変換モード”も開示しており、ここで分析すべきイオンは２回変換される。この場合、分析すべきイオンは、分析すべきイオンの酸又は塩基形態を選択したアニオン又はカチオンと同時にイオン交換して、（ａ）単一変換モードの場合と同様の同型の対イオン、及び（ｂ）分析すべきイオンと同じ電荷の共通の単一イオンの塩に変換される。選択透過膜を使用する態様では、一方はアニオンを含みかつ他方はカチオンを含む二つのイオン源通路と側面を接している中央通路中をサプレッサー溶出液が流れる。選択透過膜は、イオン源通路をサプレッサー溶出液流路から分離し、これらのカチオン及びアニオンをサプレッサー溶出液流路に輸送して二重変換を完成すること可能にする型の交換可能なイオンを含む。他の同時二重変換において、サプレッサー溶出液は第１の検出器からイオン交換樹脂床のようなイオン交換体を通って流れ、該交換体は選択透過膜におけるのと同じ所望の型のアニオン又はカチオンを含む。逐次二重変換も開示されている。ある態様では、サプレッサー溶出液は第１の検出器から反対の電荷を有する二つのイオン交換カラムを逐次通って流れる。例えば、第１のカラムは、第１のカラムで共通のアニオン又はカチオンを有する変換された酸又は塩基が形成されるように、分析すべきイオンと同じ電荷を有する共通の単一のイオンを含み、変換されたものが第２のカラムを通過して塩へ変換され、又はカラムの順序は逆であってもよい。さらに、本文献は逐次二重変換の実施のための選択透過膜システムも開示している。
【０００８】
ユアン ヒュアン（Yuan Huang）、シ-フェン モウ（Shi-fen Mou）、ケ-ナ リウ（Ke-na Liu）、J. Chromatography, A 832: 141-148 (1999)には、対向流による化学モードにおける膜サプレッサーを使用するサプレッション処理したクロマトグラフィー溶出液を塩へ変換する他のやり方が開示されている。この方法では、サプレッションが不完全であるように十分な再生液の溶液のみが提供された。しかしながら、バックグラウンド及びノイズを制御することは困難である。この装置は、所与の再生液の濃度に対して、再生液の流速及び溶離液に流速の両者に極度に敏感である。
米国特許第４，４５５，２３３号は、分析したイオンと同じ電荷を有する共−イオンを有する酸又は塩基を有する溶離液を使用する塩変換の他の方法を開示しており、この方法では、共−イオンはヒドロニウム又はヒドロキシドの形態にある。この方法において、アニオンのための電解質は酸でありかつカチオンのための溶離液は塩基である。溶離液と分析物の両者が塩形態に変換される。溶離液は伝導性の形態よりは塩の形態にある方が伝導度は低いものの、この方法によるバックグラウンドは１００ US／cmの高さになる可能性がある。バックグラウンドがこのように高いために、高いクロマトグラフィーノイズが生じる。上記の方法はイオンクロマトグラフィーで一般に使用される溶離液とは一般に適合せず、バックグラウンドの低い塩形態へ直ちに変換される溶離液が必要とされる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
サプレッサー方式のクロマトグラフィーにおいては、弱く解離した分析物を塩の形態に変換しかつ低いバックグラウンドに対してこのような分析物又は得られた反応生成物を容易に検出するための効率的なシステムに対する要望が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の観点は、試料溶液中の異なる複数の分析すべきイオンをサプレッサー方式でイオン分析する方法に関し、分析すべきイオンのそれぞれは共通の電荷、正又は負を有している。本方法は以下の過程を含む：（ａ）分析すべきイオンと反対の電荷を有する電解質対イオンを含む溶離液で試料溶液を、分離すべきイオンを分離するのに有効な分離媒体中を通して溶離して、分離媒体溶出液流を形成する過程、（ｂ）分離媒体溶出液流を、電解質対イオンが除去されて電解質が弱くイオン化した形態に変換するサプレッション領域を通して流して、サプレッサー試料溶出液流を形成する過程、及び（ｃ）塩変換領域においてサプレッサー溶出液流中の分析すべきイオンを、反対の電荷を有し除去された電解質対イオンを含む塩形成性イオンと反応させて塩に変換して、分析物の塩の流れを形成する過程。その後、分析物の塩又はその生成物から形成した酸又は塩基を検出する。
本発明の他の観点において、交換可能なカチオン又はアニオンを有するイオン交換媒体を含む第１の充填床の塩コンバーターにおいて、含まれる分析すべきイオンに対して反対の電荷を有するイオンと反応させることによって塩の変換を行って、第１の分析物の塩の流れを形成する。同時に、少なくとも部分的に消耗した第２の充填床塩コンバーターを再生して塩形成性カチオン又はアニオンを生成する。第１の分析物の塩の流れ中の分析すべきイオンを検出する。次いで、第１及び第２の充填床の塩コンバーターを通る流れを入れ替えて、第１のコンバーターが再生される一方、第２の分析物の塩の流れが第２の充填床塩コンバーター中で形成される。次いで、第２の分析物の塩の流れ中の分析すべきイオンを検出する。
【００１１】
本発明の他の態様は上記の方法を実施するための装置を含み、該装置は以下を含む：（ａ）分析すべきオンと反対の電荷を有する電解質対イオンを含む溶離液の存在下で分析すべきイオンを分離する入口と出口を有するクロマトグラフィーセパレーター、及び（ｂ）上流及び下流塩形成領域部分を有するサプレッサーイオン交換膜によってサプレッサー再生液流路から分離されているサプレッサー試料流路を含むサプレッサー塩コンバーターであって、該サプレッサー試料流路がクロマトグラフィーセパレーター出口と連絡している入口と出口を有し、サプレッサー試料流路入口とサプレッサー再生液流路入口が各流路の上流側にあってこれらを通過する流れが同一方向にあり、下流塩形成領域部分におけるサプレッサーイオン交換膜が、分析すべきイオンを電解質対イオンの塩に変換するのに使用される電解質対イオンの形態にある交換可能なイオンを有する、コンバーター。
本発明に従う他の装置において、サプレッサーと塩コンバーターが相互に離れている。塩コンバーターは、再生液流路の入口と分析物の塩形成性流路の入口を有し、これらの上流の末端近くに配置されて、流れが両方の流路を通って同方向に向くようになっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
測定すべきイオン種がアニオンのみ又はカチオンのみである限り、多数のイオン種を測定するのに本発明のシステムは有用である。適切な試料は地表水、及び他の液体、例えば工業から出る化学廃水、体液、飲料、例えば果物ジュース及びワイン及び飲料水を含む。本明細書で“分析物”又は“分析すべきイオン”という表現を使用する場合、これらは本発明のシステムの条件下でイオン化可能なイオン形態の種及び分子を含む。
従来のサプレッサーの目的は、分析流バックグラウンドの伝導度及びノイズを低下させる一方、クロマトグラフィーの効率を維持しつつ、特に種を十分にイオン化するために分析物の伝導度を増強すること（すなわち、信号／ノイズ比を増加させること）である。
図１には、本発明の態様を実施するための単純化した装置が示されている。本システムは、典型的にはクロマトグラフィーカラム１０の形態にあるクロマトグラフィーセパレーターを含み、これはクロマトグラフィー分離媒体で充填されている。ある態様では、媒体はイオン交換樹脂の形態にある。他の態様では、媒体は多孔質の疎水性クロマトグラフィー樹脂であり、これは米国特許第４，２６５，６３４号に記載されている。当業者に公知のいずれのクロマトグラフィーセパレーターも使用することができる。
【００１３】
カラム１０と直列に配置されたものはサプレッサー塩コンバーター１２であり、これはカラム１０からの溶出液の電解質の伝導度を抑制するが、分離した分析すべきイオンの伝導度を抑制しない。この態様では、サプレッション処理した溶出液中の分析すべきイオンは、後述するサプレッサー塩コンバーター１２の下流部分において、分析物の塩の流れに変換される。
サプレッサー塩コンバーター１２からの溶出液は、分離又は区別した分析すべきイオンを検出するために検出器、好ましくは流通伝導度セル１４の形態にある検出器に向かう。分析すべきイオンの適切な試料の流れを試料注入バルブ１６を通して供給し、該試料流は溶離液源貯槽１８からの溶離液の溶液中において本システムを通過し、溶離液はポンプ２０によって吸引され次いで試料注入バルブ１６を通過する。カラム１０から出るクロマトグラフィー溶出液溶液は、サプレッサー塩コンバーター１２におけるサプレッサー領域に向けられ、ここで電解質は伝導度が低い形態に変換される。コンバーター１２の下流の塩コンバーター領域において、分析すべきイオンは伝導度セル１４を通過する分析物の塩の流れに変換され、セル中で存在する分析すべきイオンは分析すべきイオンの量に比例する電気信号を生じる。このような信号を典型的にはセルから伝導度測定器（示していない）へ向け、このようにして分離した分析すべきイオンの濃度を検出することができる。
【００１４】
模式的に示した図１において、クロマトグラフィー溶出液はライン２２を通ってサプレッサー塩コンバーター１２のサプレッサー試料流路２４に向けられ、該流路は、分析すべきイオンと反対の電荷を有する交換可能なイオンを有するサプレッサーイオン交換膜２６によって、サプレッサー再生液流路２８から分離されている。検出器１４からの溶出液をライン３０において流路２８の入口に流れを供給して再循環させることができ、かつライン３２から排出することができる。別の方法として、独立の再生液源（示していない）からライン３０を通ってポンプ輸送することができる。流路２４及び２８の流れは一致している（同一方向である）。
模式的な形態で示したサプレッサー塩コンバーター１２の一般的な構造は、ＩＣの分野で膜サプレッサーとして公知の一般的な形態であることができる。膜サプレッサーのいずれの常用の形態も本発明に従って使用することができ、例えば米国特許第４，９９９，０９８号及び第５，３５２，３６０号に記載されたものを使用することができる。膜サプレッサーの好ましい形態はこれらの特許の図２〜５に示されており、これらは電気分解“サンドウィッチサプレッサー”を示している。本明細書の図１に模式的に示した単一膜のみの代わりに、図２〜５の態様は、平らな選択透過膜シートによって両側を規定されたクロマトグラフィー溶出液のための中央サプレッサー試料通路を含む。サンドウィッチサプレッサーの両側においてサプレッサー再生液流路が規定されている。米国特許第５，３２５，３６０号に模式的に示されているように、サプレッサー再生液流路のそれぞれと連絡するように、反対の電荷を有する電極が配置されている。本説明は膜装置の電気分解形態に言及する。
【００１５】
ジオネックス（Dionex）社により商標名ＡＳＲＳの名称で市販されている一般的な設計のサプレッサーを使用することができるが、本システムの全ての流れを一致させるように調整する。ＡＳＲＳサプレッサーの従来の操作においては、サプレッサーのチップがサプレッション処理された形態にあってカソードに最も近い膜がヒドロニウムの形態にあることを確実にするために、再生液の流れはクロマトグラフィー溶出液の流れと対向している。カチオンの形態にある装置の半分の上流において電解質対イオン（ナトリウム）は膜を通って顕著に引かれる。従って、分析物の流れの下流部分はヒドロニウムイオンの形態にある。
【００１６】
図２は、分析すべきアニオンの分析に使用した図１のサプレッサー塩コンバーター１２の態様において生じる反応を模式的に示している。図２のサプレッサーは二つの選択透過性イオン交換膜４０及び４２を含み、これらの間に中央サプレッサー通路４４を規定している。膜４０と４２の外側はサプレッサー再生液流路４６及び４８であり、これらはサプレッサーの内部壁内に含まれており、内部壁は示されていないが上記の特許に詳細に示されている。アノード形態の電極５０とカソード形態の電極５２は、通路４６と４８の外壁とそれぞれ連絡している。イオン交換体、好ましくはイオン交換スクリーンの形態にあるもの（示していない）が、好ましくは通路４４、４６及び４８に含まれ、通路の外部の電極と膜４０及び４２との間、並びに中央通路内の膜４０と４２の間にブリッジを形成することが好ましい。
クロマトグラフィーカラム１２からの溶出液は入口５４を通って通路４４に入り、米国特許第５，３５２，３６０号の図３及び４に示されたように膜４０及び４２によって流路４６及び４８から分離されて出口５６から出る。この態様では、再生液通路４６及び４８に、矢印Ａの方向に流れる再生液の流れとして水が供給される。まず、サプレッサー塩コンバーター１２の上流又はサプレッション領域を説明する。通路４６で水が電気分解されて膜４０を通過するヒドロニウムイオンを提供する。クロマトグラフィーで水酸化ナトリウム電解質が使用されたと仮定すると、電解質対イオンはナトリウムであり、これはカソード５２の影響により膜４２を通過する。同じくＡの方向に中央通路４４中を流れるクロマトグラフィー溶出液中でヒドロキシドは水に変換される。負に帯電したサプレッサー流路４８中で、ナトリウムイオンは水酸化ナトリウムに変換される。
【００１７】
サプレッション領域における反応及び条件は前記の特許第５，３５２，３６０号で生じる反応と実質的に同一である。前記の特許と異なる本態様の特徴は、サプレッション領域における試料溶離液流路４４を流れる分析すべきイオンが、塩形成領域において、反対の電荷を有する塩形成性イオンとの反応によって塩に変換されることである。このような塩形成性イオンはサプレッションの間に除去された電解質対イオン（例えばナトリウム）を含む。図２に示すように、塩形成領域は膜４２の出口末端と同じ領域を占め、ナトリウムの形態の交換可能なイオンを含み、該イオンは分析物を分析物の塩の流れに変換するイオンを供給する。塩形成領域における条件を、サプレッサーの入口又は上流部分においてサプレッションが実質的に完了する（ＡＳＲＳサプレッサーを有する従来のサプレッサーにおけるのと同じ程度のサプレッション）ように、選択する。十分な電解質対イオンが膜４２の下流又は出口末端に存在して分析すべきイオンを塩の形態（例えばＮａＡ）に変換するのを可能にし、この場合“Ａ”は分析すべきイオンを表し、“Ｎａ”は電解質対イオンの代表である。図１の態様では、サプレッサーコンバーター１２は、通路４４でクロマトグラフィー溶出液と一致した流れを有する電気分解のサンドウィッチ構造であり、通路４６と４８における再生液は上流又はサプレッション領域において実質的に完全なサプレッションを生じる一方、同時に、下流又はサプレッサーの出口における塩形成領域において分析物を塩の形態に変換する。
【００１８】
従来のＡＳＲＳサプレッサーにおいて一致する流れを使用して塩形成を容易に行う一つの方法は、ＡＳＲＳ装置のより長い室にサプレッサー溶出液を流すことである。図２に模式的に示した電極の極性を反対にすることによってこれを完成させることができる。再生液の流れを反対にして溶離液の流れと一致させる。装置の入口において、溶離液のイオンはカソードの方向に引かれてアノードからのヒドロニウムイオンによって置き換えられる。ヒドロニウムイオンとナトリウムイオンの流れがイオン交換膜を通過することによってサプレッションの機能は依然として維持される。装置の出口末端はサプレッション処理された溶出液で連続的にフラッシュされるので、これらのイオン交換部位は電解質対イオン（ナトリウム）の形態にある。極性を反対にすると再生液の流れが生じ、電解質対イオンが膜４２を通って該再生液の流れに伝達され、より長い流路４８を通って流れる。電極を反対にする最終的な効果は、サプレッサー塩コンバーター１２の出口末端が塩の形態にあり、サプレッション処理された分析物を塩の形態に変換可能であることを確実にすることである。
【００１９】
別の方法として、装置の極性を変えずに下流又は出口末端において電極の長さを短くすることができる。特に、例えば、装置の中央流路４４を仕切る膜の上流又は入口部分の約３０〜９０％、好ましくは約４０％〜６０％、最も好ましくは約５０％の範囲に広がるように電極の長さを調節することができる。このようにして塩への変換を所望の程度に制御することができ、それは塩コンバーター領域の一部又は全部で供給される電位が不足するためである。
完全に解離した種については塩形態への変換が低い応答を生じる可能性がある一方、弱く解離した種についてはｐＫａが小さいために塩変換への直線性が改良され、応答が改良される。
【００２０】
塩形態への変換の程度は分析物のｐＫａ及び濃度に依存する。良好な変換のためには分析物はイオン化された形態にあることが必要である。塩形成モードに対するサプレッションモードにおけるピーク応答を比較することによって、変換の程度を監視することができる。強くイオン化した種では、塩形態への変換によりサプレッションモードと比較した場合に応答の低下が生じる。個々のイオンの等価伝導度及び濃度から順次計算することができる所与の分析物の濃度に対する予想伝導度応答から、変換の程度を計算することができる。弱く解離した種については、塩形態への変換は濃度に対して応答の改良された直線性を生じる。広い濃度範囲にわたって（例えば０〜５０ppm）応答の優れた直線性が弱くイオン化した種について観察される場合、この濃度範囲において分析物の塩形態への忠実な変換を推論することができる。直線性の範囲が狭い場合、直線性が観察された範囲では忠実な変換が生じ、直線的でない範囲では変換が少ないことを意味する。所与の濃度に対する予測応答を計算することにより変換の程度を計算することも可能である。サプレッション領域でのサプレッション及び塩形態への塩変換が実質的に完全に行われるための条件は当業者に明らかである。典型的な操作条件下で、主として電解質対イオン形態にある交換可能なイオンを有する膜４２の少なくとも約１０％、好ましくは３０％〜９０％、最も好ましくは４０％〜６０％の長さの出口又は下流によって塩変換を行うことができる。塩変換を監視するための適切な試験を、検出した分析物について濃度に対する応答をプロットすることによって行う。弱く解離した種についての直線的な応答は忠実な変換を意味する。出口又は下流の長さを、所望の濃度範囲において完全な変換を可能にするように調整することができる。いくつかの弱く解離した種のイオン化の程度を、膜を通過する漏れの程度によって制御することができ、これを出口又は下流の長さを調整することによって行う。
【００２１】
塩形成領域における塩への変換の程度を、例えば塩形成後の電解質対イオンのイオンクロマトグラフィーによって測定することができる。適切には、少なくとも約１０％の、好ましくは少なくとも約４０〜６０％、より好ましくは少なくとも約８０％から高くて約９５〜１００％の変換が生じる。
図１及び２の統合したサプレッサー−イオンコンバーター１２の他の方法（示されていない）において、膜４０及び４２の出口末端を、極性が逆の交換可能なイオンを有する材料から製造することができる。例えば、アニオンを分析する場合、膜４０及び４２の出口末端は交換可能なカチオンの形態にあることができる。電極の長さを短くする前述の議論に対する同様な特定の関係が適用される。塩形成領域における膜の出口又は下流末端は電解質対イオンの形態にあることを確実にするようにシステムを調整することが原則である。
【００２２】
統合したサプレッサー−イオンコンバーター１２の他の態様が図３に示されている。アノード５０及びカソード５２に反対の極性を有する短い電極を使用することによって、膜４０及び４２の出口末端は電解質対イオンの形態に維持されている。図２及び図３において、同じ部品は同じ数字で示されている。図示したように、アニオンの分析の場合、カソード６０がアノード５０の出口末端又は下流に配置され、アノード６２がカソード５２の出口末端又は下流に配置されている。サプレッション用の上流の電極と塩変換用の下流の電極の相対的な長さを、サプレッサーの上流のサプレッション部分におけるサプレッション処理された形態への充分な変換を維持する一方で、塩の形態への所望の変換の程度に依存して調整することができる。典型的には、上流の電極は少なくとも下流の電極と同じ長さであり、好ましくは比率は少なくとも１：０．４であり、より好ましくは少なくとも１：０．２又はそれより大きい。別の場合には、供給電圧を変化させて塩の変換の程度を調整することができる。
【００２３】
図１〜３のシステムはアニオンの分析の観点から記載された。極性を逆にする適切な変形を装置に施してカチオンの分析にも適用することが可能である。従って、カソードとアノードを入れ替え、サプレッサーイオン交換膜の交換可能なイオンをカチオン形態ではなくアニオン形態に切り替え、電解質対イオンを、カチオンクロマトグラフィーで常用するようにアニオン、例えばＭＳＡにする。
図４を参照すると、サプレッションと塩変換が分離した連絡した装置中で行われる、本発明の他の態様が示されている。換言すると、塩形成装置はサプレッション装置と連絡してはいるが離れている。図４を参照すると、クロマトグラフィーからの試料溶出液（図１のライン２２）はライン７０を通って、サプレッサー７４のサプレッサー試料流路７２に流れ、該サプレッサーはサプレッサーイオン交換膜７６によってサプレッサー再生液流路７８から分離されている。アニオン分析の場合、サプレッサー７４は、向流を有する、ジオネックス（Dionex）社によりＡＳＲＳの商標で市販されている型の従来の電解質サプレッサーであることができる。（上記した下流の電極の第２のセットを使用することができる。）サプレッション処理されたクロマトグラフィー溶出液はライン８０を流れて、常用のクロマトグラフィーと同様にサプレッション処理されかつ分離された試料を検出するために、任意の第１の検出器８２に入る。
【００２４】
検出器８２からの溶出液はライン８４を通って、塩コンバーターイオン交換膜９０により塩コンバーター再生液流路９２から分離されている塩コンバーター８８の塩コンバーター再生液流路８６に流れる。図１〜３の塩形成領域と同様に、通路８６と９２の流れは一致している。 膜９０は電解質対イオンと同じ電荷を有するイオン交換可能なイオンを有する。塩コンバーター８８の作用は図１の統合したサプレッサー塩コンバーター１２における塩形成領域の作用と同じである。塩変換を完成させるために同様の原理が適用される。異なるのは、変換とサプレッションが別の装置で行われるために、塩形成とサプレッションが独立していることである。本システムの利点は、外部の再生液溶液を使用せずにシステムを連続して操作できることである。本システムではサプレッションが第１の装置で完成するために、サプレッション処理した分析物と塩の形態の分析物の両者を独立した検出器を使用して監視できる。
【００２５】
流路８６からの溶出液はライン９４を通って第２の検出器９６へ流れ、該検出器は図１に記載したように塩の形態にある分析すべきイオンを検出する。検出器９６からの溶出液はライン９８を通って流れ、サプレッサー再生液流路７８の再生液流として使用される。流路７８からの溶出液はライン１００を通って塩コンバーター再生液流路９２の入口に流れる。流路９２からの溶出液はライン１０２を通って廃棄へ流れる。本システムでは、サプレッサー７４又は塩コンバーター８８のいずれにおいても外部の再生液流は必要としない。
他の態様では、サプレッサー溶出液が塩形成性イオンの源となる分離した塩コンバーターを使用するシステムにおけるサプレッサーとして、ＷＯ ９９／４４０５４のサプレッサーを使用することができる。
【００２６】
他の態様では、図５に示すように、分析すべきイオンを最初に塩の形態に変換し、上記したように任意に検出する。その後、分析物の塩を、検出時の電気伝導度を改良するために、電解質対イオンの酸又は塩基に変換する。例として、“Ａ”が一般に分析すべきアニオンを表し、かつ“Ｍ”が塩コンバーターで使用した電解質対イオンを表す場合、分析すべきイオンはＭＡに変換される。酸又は塩基コンバーターでは、ＭＡは塩基ＭＯＨに変換される。従って、第２段階の検出においては、電解質対イオンがヒドロキシドの形態で検出され、試料中の分析すべきイオンの間接的な測定で検出される。ある態様では、酸又は塩基コンバーターは、塩コンバーターにおけるイオン交換膜と反対の電荷を有する交換可能なイオンを有するイオン交換膜を使用する。別の場合、充填床の酸又は塩基コンバーターを使用することができる。
【００２７】
カチオンを分析する場合、典型的な溶離液はＭＳＡであり、分析すべきイオン（例えばＮａ+）は図１に記載されたサプレッサーを有する統合形態又は図４に記載された分離したユニットの形態のいずれかの形態にある塩コンバーターによってナトリウムＭＳＡの形態に変換される。その後、再循環モードで操作するジオネックス（Dionex）社が市販するＡＳＲＳ（登録商標）サプレッサーのようなアニオンサプレッサーを通過することによってＨＭＳＡの酸の形態に変換される。
【００２８】
図５は、酸又は塩基変換を伴う順次塩変換の態様を示す。ライン１１０のサプレッサー処理したクロマトグラフィー流出液を塩コンバーター１１４の分析物流路１１２に向け、該コンバーターは塩コンバーター再生液流路１１６から塩コンバーターイオン交換膜１１８によって分離されている。（別の態様では、示されていないが、塩コンバーター１１４の操作を図４の塩コンバーター８８の操作と同様に行い、従って参考としてその態様の記載を取り込む。）流路１１２において分析物の塩に変換された試料溶出液はライン１２０を通って検出器１２２へ流れ、該検出器は流れの中の分析物の塩を検出する。ライン１２０中の分析物を検出器１２２で検出しその一部を任意にライン１２３を通って廃棄へ流すことができる。
【００２９】
検出器１２２からの流出液はライン１２４を通って酸又は塩基コンバーター１２６へ流れ、ここで電解質対イオンの分析物の塩は、その後の検出のために対イオンの酸又は塩基へ変換される。適切な非−電解質酸又は塩基コンバーターはジオネックス（Dionex）社により商標名AMMSIIIで市販される型のものである。図で示したように、ＭＳＡの形態にある分析物の塩は酸又は塩基コンバーター流路１２８に流れ、該流路は酸又は塩基流路１３０から膜１１８と反対の電荷を有し、従って分析すべきカチオンと同じ電荷を有する交換可能なイオンを有するイオン交換膜１３２によって分離されている。カチオンの分析では、分析すべきカチオンはヒドロニウムイオンと交換されて電解質対イオンの酸を形成し、電解質対イオンＭはヒドロキシド形態のＭＯＨへ変換される。通路１１６からの溶出液はライン１３４を通って流路１３０の入口側部に流れ、酸又は塩基コンバーター１２６を連続して再生するための水溶液として使用される。通路１３０からの溶出液はライン１３６を通って廃棄へ流れる。酸又は塩基通路１２８はライン１３８を通って検出器１４０へ流れ、ここで酸又は塩基が検出される。検出器１４０からの溶出液はライン１４２を通って、塩コンバーター１１４のための通路１１６におけるイオン源として使用される。
【００３０】
別の態様では、示されていないが、図１に示した統合サプレッサー塩コンバーター中で塩へ変換し、次いで図５に示したように酸又は塩基への変換を完成させることができる。
カチオンの分析について示した上記の酸又は塩基変換システムの利点は、形成された酸は、高度に及び部分的に解離した分析すべきイオンの両者について、サプレッサー処理した塩基形態より伝導性が大きいということである。例えば分析物としてナトリウムとアンモニウムを考えてみる。通常のサプレッションでは、ナトリウムとアンモニウムは対イオンによって水酸化ナトリウムと水酸化アンモニウムに変換される。塩コンバーターにおける塩への変換によってナトリウムに対する低い感受性が生じ、それは、例えばＮａＭＳＡ形態では、ヒドロキシドイオンより低い等価伝導度をＭＳＡイオンが有するからである。アンモニアについては、この変換により改良及び感受性が生じる（その濃度に依存して）。従って、充分に解離した種の塩の形態は、サプレッサー処理した形態より低い応答を有する。分析物をＭＳＡ酸形態に再変換すると、ＭＳＡ形態は塩形態及びサプレッサー処理した形態の両者より伝導性となる。これはヒドロニウムイオンがヒドロキシドイオンより伝導性であるという事実による。従って、全てのカチオンに対して改良された感受性はこの二重変換によって達成することができる。
【００３１】
他の態様において、塩コンバーターと図５のシステムに類似した酸又は塩基コンバーターとを結合させたものが図６に示されている。この例では、カチオンを分析するために、図５に関して記載された非−電解質酸又は塩基コンバーター１２６の代わりに、商標名ＡＳＲＳでジオネックス（Dionex）社が市販する型の電解質解サプレッサーを使用する酸又は塩基コンバーターが使用されている。図６を参照すると、塩コンバーター１１４は、再生液溶液源を除いて、図５に記載された塩コンバーター−１１４と同じ型である。入口試料流１１０は図５の場合と同じ型である。図５及び６において、同様の部品には同じ数字が付けてある。図５と異なり、図６では、検出器１４０からの溶出液はライン１５０を通って流れ、酸又は塩基コンバーター１２６へ再循環し、通路１２８を流れる分析物の塩に対向して流れる通路１３０における再生液源として利用される。通路１３０からの溶出液はライン１５２を通って、塩コンバーター１１４における通路１１６の入口側に流れる。通路１１６からの溶出液はライン１５４を通って廃棄へ流れる。図５及び図６の流れシステムは同じ作用を異なる方法で達成する。最初に塩に変換し、次いで酸又は塩基へ変換する。
他の態様では、示されていないが、ＷＯ ９９／４４０５４の充填床サプレッサーを酸又は塩基コンバーターとして使用することができる。
【００３２】
図１４に示されている本発明の他の態様では、上記した膜装置塩コンバーターの代わりに充填床形態の塩コンバーターが示されている。本明細書で使用するように、“充填床”という用語は、米国特許第５，７７３，６１５号に記載された型の充填した床、又は該特許の例７に開示されているような貫通型のイオン交換材料を充填したものを意味する。図１４の態様では二つの充填床装置が使用され、一つの充填床が再生されている間に他方が塩の変換に使用される。充填床が使用により消耗すると、バルブを切り替えて消耗したサプレッサーを再生させ、一方で他の再生された充填床装置を使用する。再生液源として電解質対イオンを使用する図１４のシステムを単一の充填床で使用することもできるが、このことにより再生のための中断時間が必要になり、図１４の連続システムより望ましくない。
【００３３】
図１４を参照すると、システムのクロマトグラフィー部分を、クロマトグラフィーカラム１０及びライン２２を含む図１に関して先に記載したものと同一とすることができる。（又は、サプレッサーは米国特許第５，５９７，７３４号に記載されたような１又は２の充填床サプレッサーであってもよい。）従って、システムのこの部分は記載されていない。クロマトグラフィーカラムからの溶出液はライン７０を通ってサプレッサー７４のサプレッサー試料流路７２に流れ、該サプレッサーはサプレッサーイオン交換膜７６によってサプレッサー再生液流路７８から分離されている。図１４のサプレッサーは上記した図４のサプレッサーと同型であることができるので、二つのサプレッサーにおいて同様な部品には同じ番号を付けてある。流路７２からの溶出液はライン２００を通って上記した型の伝導度セル２０２に流れる。図示した二重塩コンバーターの態様では、検出器２０２からの溶出液はライン２０４を通ってバルブ２０６に流れ、バルブ２０６を出てライン２０８に入り、分析すべきイオンと反対の電荷を有する交換可能なイオンを有するイオン交換樹脂２１２の充填床のようなイオン交換材料を含む第１の充填床塩コンバーター２１０に流れる。コンバーター２１０において、米国特許第５，７７３，６１５号に記載された方法と類似するが逆のサプレッションの方法で分析すべきイオンが電解質対イオンの塩形態に変換される。充填床における塩変換はＷＯ ９４１８５５５にも記載されている。
【００３４】
分析すべきイオンの酸又は塩基形態を塩に変換する原理は上記したものと同様であり、分析物の酸又は塩基形態を分析物の電解質対イオンの塩に変換する。従来のサプレッションにおけるように、ライン２００において電解質対イオンは分析すべきイオンと弱くイオン化した形態、典型的には伝導度検出器２０２によって従来のクロマトグラフィーにおけるように検出可能な酸又は塩基の形態にある。塩変換された分析物はコンバーター２１０を出て、ライン２１４を通って第２のバルブ２１６へ流れ、そこからライン２１８を通って第２の伝導度セル２２０へ流れ、そこで塩形態にある分析物が検出される。伝導度検出器２２０からの溶出液はライン２２２を通ってサプレッサー７４の再生液流路７８の入口側に流れる。上記したように、通路７２及び７８の流れは従来のサプレッサーにおけるのと同様に対向している。サプレッサー再生液流路からの溶出液はライン２２４を通ってバルブ２１６に戻りライン２２６を通って、図示したような樹脂粒子２３０の充填床を含む第２の塩コンバーター２２８の底に流れる。再生液流路７８からの溶出液の流れは、膜サプレッションの公知の原理に従いイオン交換膜７６を通って移動した電解質対イオンを含む。充填床２３０における塩変換の間、電解質対イオンはヒドロニウムイオン又はヒドロキシドイオンによって剥奪され又は置換される。その後、ライン２２４からライン２２６を通って充填床２３０に電解質対イオンを流して、イオン交換樹脂の交換可能なイオンを電解質対イオンの形態に変換することによって、充填床２３０が再生される。ここから、再生液流はライン２３２を通ってバルブ２０６に戻り、ライン２４０を通って廃棄へ流れる。塩変換に使用した剥奪された充填床は、ヒドロニウム又はヒドロキシドの形態で利用することが可能であり、従来のサプレッションモードで使用することができる。このことは自動的に充填床を溶離液の対イオン又はカチオン形態に変換する。
【００３５】
作動中の塩コンバーター２１０が消耗した場合、バルブ２０６と２１６を切り替えて、コンバーター２１０及び２２８を通る分析物及び再生液の流れを逆転させる。バルブを切り替えると、コンバーター２１０は再生され、コンバーター２３０は分析物に作動して分析物を塩に変換するのに使用される。このようにして、一方の充填床コンバーターを使用して分析物を塩に変換する一方他方のコンバーターを再生し、次いでバルブを切り替えて、他方のサプレッサーを作動させて塩を変換する一方第１のコンバーターを再生することにより、本システムを連続して使用する。サプレッサーイオン交換膜７６を通って移動する電解質対イオンを充填床塩コンバーターの再生液として使用することにより、本システムを連続使用することができる。
図１５に示された他の態様では、二つの充填床を使用するシステムが示され、第１の充填床を塩変換に使用する一方第２の充填床を再生し、次いでバルブを切り替えて第２の塩コンバーターを使用する一方第１のものを再生する。これは図１４の場合と同様である。しかしながら図１５では、再生液溶液の外部の源、典型的には酸又は塩基の形態にあるもの、例えば溶離液として使用する電解質を再生に使用することができる。この点に関して、米国特許第５，７７３，６１５号に記載されたものと同様のバルブシステムを使用することができ、該特許は二つの充填床サプレッサーをサプレッションと再生に交互に使用し、次いで流れを入れ替えて使用して連続操作することを記載している。
【００３６】
図１５を参照すると、二つの充填床及び外部再生液貯槽を使用するサプレッションと再生のための連続システムの態様が示されている。従来のサプレッサー処理したイオンクロマトグラフィーシステムからの、クロマトグラフィーで分離しサプレッサー処理した分析物の流れはライン２５０でシステムにバルブ２５２を通って入り、そこからライン２５４を通って、典型的には電解質対イオンの形態にあるイオン交換粒子２５８の充填床を含む第１の充填床塩コンバーター２５６へ流れる。クロマトグラフィー溶出液で水酸化ナトリウム電解質を使用する場合、イオン交換樹脂は電解質対イオン又はナトリウムの形態にあることができる。別の場合、電解質対イオンは、電解質対イオン、例えばリチウム、セシウム又はカリウムのような他のアルカリ金属塩と同じ電荷を有するいずれの形態であってもよい。充填床２５６から、分析物の塩はライン２６０を通ってバルブ２６２へ流れ、そこから伝導度セル２６６の形態にある検出器へ流れ、次いでライン２６８を通って廃棄へ流れる。
【００３７】
塩コンバーター２５６で塩変換が行われているのと同時に、イオン交換充填床２７２を含む塩コンバーター２７０が再生される。図に示された態様では、電解質対イオン又は塩コンバーター２７４に適する他のイオンの溶液は、貯槽２７６に含まれている。ライン２７８における加圧気体のような適切なポンプにより、液体流中の電解質対イオンがライン２８０を通ってバルブ２６０へ流れる。ここから、液体がライン２８２を通って充填床２７２の底へ流れ、ここを通って、例えばヒドロニウム又はヒドロキシド形態にある消耗した交換可能なイオンを電解質対イオンの形態に再生する。充填床２７０からの溶出液流はライン２８４を通ってバルブ２５２へ流れ、ここからライン２８６を通って廃棄へ流れる。
ライン２６０において、ライン２５４の分析物を分析物の塩へ変換するのに充分な電解質対イオンを充填床２５６が含む場合には、図に示したバルブの配置で本システムを使用する。
【００３８】
充填床２５８の交換可能なイオンが消耗して分析すべきイオンが有効に塩形態に変換しなくなった場合、バルブ２５２及び２６０を切り替える。この場合、貯槽２７６からの電解質源は、上方に向かって床２５８を通って流れて交換可能なイオンを電解質対イオンの形態に変換する一方、コンバーター２７０が作動して分析すべきイオンを分析物の塩の形態に変換する。このようにして、二つの充填床を通る流れを逆転させて、一方を塩変換に使用する一方、他方を再生し、次いでバルブの切り替えによりシステムの連続操作を行う。他のシステムでは、示されていないが、サプレッサーは膜サプレッサーよりは充填床形態にあることができる。
充填床装置の場合、床のキャパシティーを計算することができ、分析物の濃度に基づいて再生時間の推定値を容易に導くことができる。本発明の膜及び充填床装置を、上記したように連続して又は非連続的に操作することができる。
本明細書で引用した文献を参考として本明細書に取り込む。
【００３９】
上記したように、簡単にいうと、本明細書及び多数の請求項の実質的な部分は、サプレッション、塩変換及び／又は酸又は塩基変換を行うための２通路イオン交換膜装置を述べている。記載した膜装置の一方の流路は試料の流れを含み、他方の流路はイオンをサプレッションし又は受容することによって試料流と相互作用する流れ（“相互作用流路”）を含む。これらの請求項は２通路膜装置及び３通路装置の両者を含むことを意図しており、該３通路装置は米国特許第５，３５２，３６０号の図２〜５のサプレッサー膜装置であって、本明細書の図２及び３に模式的に示したものに関して上記した二つの膜を含む。従って、例えば、請求項が試料流路と連絡している第１の電極を記載する場合、該請求項は直接的な連絡（例えば第１電極と試料流路が直接接触している）、又は間接的な連絡（例えば、第１電極が第３流路と直接接触し、サンドウィッチ膜装置において第３流路から試料流路を分離する第２の膜に第３流路が隣接している）を含み、この場合、第１電極は、相互作用する流路と連絡（典型的には直接的な連絡）をしている第２の電極と反対の電荷を有している。
本発明を示すために、以下の実施のための例を提供する。
【００４０】
例１
本例は図１のシステムの操作を示す。ジオネックス（Dionex）社のDX500システムを本試験のために、Dionex CS12aカラム及び20 mN ＭＳＡ溶離液と共に使用した。サプレッサー装置として市場から入手可能なDionex CSRSウルトラ サプレッサーを使用し、操作の再循環モードで操作した。分析物はリチウム、ナトリウム、アンモニウム、カリウム、カルシウム及びマグネシウムの混合物から成っていた。CSRSウルトラ サプレッサーを最初に操作の正常モードで100 mAで操作した。次いで、本発明のように再生液の流れを切り替えて一致する流れのモード（又は逆流モード）とし、装置に100 mAを供給した。図７に示すようにクロマトグラムを比較した。塩形態では全てのピークの感度は低いものの、この濃度については塩形態の他のイオンより高い相対的な応答をアンモニアは示した。
【００４１】
例２
本例は、従来のサプレッションと図１に示すようなサプレッション−塩変換とを比較する。正常な流れのモードと逆の流れのモードとの間の効率を本例で比較し、結果を以下の表１に示す。結果は、逆の流れのモードの実施が優れていることを示しており、このことは分析物を塩形態に変換する他の利点である。
表１
効率の比較−正常モードと逆モードの間
2004522970.tif 000003
【００４２】
例３
５０ppmまでの濃度範囲について正常モード及び逆モードで操作した場合のイオンに対する応答を監視することによって、濃度に対する応答の曲線を得た。他の条件は全て例１の場合と同様である。アンモニアについての結果を図８にプロットした。逆モードで操作した場合５０ppmまで応答は直線的である。操作の正常モードの直線性は劣る。逆モードにおいて直線に対する相関係数は０．９９７であり、直線的な応答及び塩形態におけるイオンの完全な解離を示す。逆モードにおいて直線に対する相関係数は０．９９７であり、直線的な応答及び塩形態への忠実な変換を示す。上記の結果を比較すると、正常モードでは非直線的な動きを示し、特にアンモニアの濃度が増加した場合に非直線的な動きを示した。これは定量の誤差につながる可能性がある。本例は、定量が改良されることとなる優れた直線性が本発明の方法にあることを示している。
【００４３】
例４
本例では、１０ppbのアンモニアを１０００ppmのナトリウムの存在下に注入し、サプレッサーを操作の正常モードと逆モードの両方で操作した。他の条件の全ては例１と同様であった。図９に示された結果は、操作を逆モードで行った場合にベースラインが下方へ移動することを示した。操作を正常モードで行った場合、試料流中の高レベルのナトリウムにより、おおよそ４０nS／cmの移動が見られた。逆モードではより小さいベースラインの移動、すなわちおおよそ５nS／cmの移動を示し、本出願の優れた作動を示している。逆モードではノイズも低くなり、このことは操作を逆モードで行う本発明の感度が高いことを示している。
【００４４】
例５
本例は図１のシステムの操作を示す。ジオネックス（Dionex）社のDX500システムにAS11カラムを取り付け、操作を正常モード及び逆モードの両者で行って、アニオンの混合物について勾配分離を行った。分析物はブロメート、アジド、セレナイト、スルフェート及びフタレートイオンから成っていた。勾配の条件は、１ml／分で、操作の最初の１６分間は０．５mM〜３０mMのＮａＯＨ、次いで２５分まで３０mMのＮａＯＨであった。サプレッサーを逆モードで操作し、極性を逆にしてサプレッサーのチップが塩形態にあることを確実にした。図１０に示された結果は、塩形態にある弱酸の高い相対的な応答を示している。カーボネートは操作を正常モードで行った場合ほとんど検出されることはなく、操作を逆モードで行った場合に高感度で検出され、このことは再度本発明の装置の優れた作動を示している。
【００４５】
例６
ジオネックス（Dionex）社のDX500システムを本試験のために、Dionex CS12aカラム及び20 mN ＭＳＡ溶離液と共に使用した。サプレッサー装置として、４mmのDionex CSRSウルトラ サプレッサーの変形版を使用した。変形は、アノードの長さを通路の長さの約７５％に短くすることから成っていた。この変化の最終的な結果はサプレッサーを通過する再生溶液の漏れが高いレベルであることであり、このことは高いバックグラウンドによって明らかになる。サプレッサーは100 mAで操作され、再生液の流れは本発明と同様に一致する流れのモード（又は逆流モード）に切り替えられ、装置に100 mAが供給された。装置は、図１１ａに示すように２５０ppb濃度のカチオン混合物の注入に対して負のピークを生じた。７５０ppbで注入した場合装置は正と負のピークの混合したものを示し、積分を困難にした（図１１ｂ）。
【００４６】
例７
実験装置は例６と同様であるが、カチオン分析物を酸形態に変換するために２mmのＡＭＭＳ装置を追加して使用する点が異なっていた。この装置は図５に示されている。このモードでは、再生液の廃棄は第１のサプレッサーからＡＭＭＳサプレッサーに流用される。従って、分析物の溶離液形態への変換が達成される。例６からと同じ試料を本装置に注入する。高感度の正のピークがＭＳＡとして観察され、図１２ａ及び１２ｂに示されている。このモードにおけるピーク応答（面積及び高さ）は塩形態より高かった。
【００４７】
例８
実験装置は例７と同様であるが、０〜８ppmの多数の標準物を注入する点が異なっていた。濃度に対する応答の曲線は、上記の濃度範囲でアンモニアを含む全てのカチオンに対して優れた直線性を示した。全てのイオンに対して０．９９９より大きい相関係数が達成できた。アンモニアの濃度に対する応答の曲線が図１３に示されている。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は、本発明を実施する異なる装置の模式的な流れ図である。
【図２】図２は、本発明を実施する異なる装置の模式的な流れ図である。
【図３】図３は、本発明を実施する異なる装置の模式的な流れ図である。
【図４】図４は、本発明を実施する異なる装置の模式的な流れ図である。
【図５】図５は、本発明を実施する異なる装置の模式的な流れ図である。
【図６】図６は、本発明を実施する異なる装置の模式的な流れ図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明と従来技術に従うシステムを使用する場合を比較する比較クロマトグラムである。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明と従来技術に従うシステムを使用する場合を比較する比較クロマトグラムである。
【図８】図８は、本発明を使用する応答曲線の図である。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明と従来技術に従うシステムを使用する場合を比較する比較クロマトグラムである。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明と従来技術に従うシステムを使用する場合を比較する比較クロマトグラムである。
【図１０Ａ】図１０Ａは、本発明と従来技術に従うシステムを使用する場合を比較する比較クロマトグラムである。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、本発明と従来技術に従うシステムを使用する場合を比較する比較クロマトグラムである。
【図１１Ａ】図１１Ａは、本発明と従来技術に従うシステムを使用する場合を比較する比較クロマトグラムである。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、本発明と従来技術に従うシステムを使用する場合を比較する比較クロマトグラムである。
【図１２Ａ】図１２Ａは、本発明と従来技術に従うシステムを使用する場合を比較する比較クロマトグラムである。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、本発明と従来技術に従うシステムを使用する場合を比較する比較クロマトグラムである。
【図１３】図１３は、本発明を使用する応答曲線の図である。
【図１４】図１４は、充填床の塩コンバーターを使用する本発明に従う異なる装置の模式的な流れ図である。
【図１５】図１５は、充填床の塩コンバーターを使用する本発明に従う異なる装置の模式的な流れ図である。
【図２】
2004522970.tif 000004
【図３】
2004522970.tif 000005
【図７】
2004522970.tif 000006
【図８】
2004522970.tif 000007
【図９】
2004522970.tif 000008
【図１０】
2004522970.tif 000009
【図１１】
2004522970.tif 000010
【図１２】
2004522970.tif 000011
【図１３】
2004522970.tif 000012
【国際公開パンフレット】
2004522970.tif 000013
2004522970.tif 000014
2004522970.tif 000015
2004522970.tif 000016
2004522970.tif 000017
2004522970.tif 000018
2004522970.tif 000019
2004522970.tif 000020
2004522970.tif 000021
2004522970.tif 000022
2004522970.tif 000023
2004522970.tif 000024
2004522970.tif 000025
2004522970.tif 000026
2004522970.tif 000027
2004522970.tif 000028
2004522970.tif 000029
2004522970.tif 000030
2004522970.tif 000031
2004522970.tif 000032
2004522970.tif 000033
2004522970.tif 000034
2004522970.tif 000035
2004522970.tif 000036
2004522970.tif 000037
2004522970.tif 000038
2004522970.tif 000039
2004522970.tif 000040
2004522970.tif 000041
2004522970.tif 000042
2004522970.tif 000043
2004522970.tif 000044
2004522970.tif 000045
2004522970.tif 000046
2004522970.tif 000047
2004522970.tif 000048
2004522970.tif 000049
2004522970.tif 000050
2004522970.tif 000051
2004522970.tif 000052
2004522970.tif 000053
2004522970.tif 000054
2004522970.tif 000055
2004522970.tif 000056
2004522970.tif 000057
2004522970.tif 000058
2004522970.tif 000059
2004522970.tif 000060
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004522970.tif 000061
2004522970.tif 000062
【国際調査報告】
2004522970.tif 000063
2004522970.tif 000064
2004522970.tif 000065