JP2009509141A

JP2009509141A - サンプル前処理を行うと共に単一のポンプを用いるｉｃシステム

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Publication number: JP2009509141A
Application number: JP2008531382A
Authority: JP
Inventors: カナンスリニヴァサン; ロンリン
Original assignee: ダイオネックスコーポレイション
Priority date: 2005-09-16
Filing date: 2006-09-14
Publication date: 2009-03-05
Also published as: AU2006292446A1; WO2007035543A1; US20070062876A1; US7682506B2; US20100139376A1; US8771517B2; EP1924853A1; CA2620833A1; EP1924853B1

Abstract

サンプル調製を含むイオンクロマトグラフィーシステム。このシステムは、液体サンプル注入ループ（２４）、イオンコンセントレータ（３２）、イオンセパレータ（４０）、及び流体をシステム中に圧送する単一のポンプ（２０）を有する。
【選択図】図１

Description

腐食性イオンの存在をモニタすることは、半導体及び電力業界において日常的に行われている。超純水（ＵＰＷ）中の微量イオンを検出するため、多量のサンプル流を次の分析のためにコンセントレータカラム中で濃縮する。典型的には、外部サンプル流ポンプを用いてサンプルを小出しし、このサンプルをコンセントレータカラム中に導く。これらサンプルポンプは、典型的には、低コストであるが、良好な流れ制御をもたらさず、その結果、ピーク応答のばらつきが生じ、その結果、定量化がずさんになる。別の潜在的な問題は、ポンプコンポーネントがサンプル流にさらされることによるポンプコンポーネントの劣化である。また、サンプル流を変更することにより、キャリーオーバによる汚染が生じる場合がある。上述の問題に対する低コストの解決策を提供することが有用である。

ＩＣ用途におけるサンプルループサイズは、関心のあるイオンに関する所要の検出感度に基づいて選択される。低ｐｐｂレベルのイオンを検出するためには、典型的には、大きなループが用いられる。場合によっては、サンプル濃度は、非常にばらつきがあるので小さなループサイズ（例えば、ｐｐｍレベルのイオン）から大きなループサイズ（例えば、ｐｐｂレベルのイオン）に切り換える必要がある。現行の計装では、ループを交換するのは厄介であり、これは、典型的には手作業で行われる。

動作上の観点からは、サンプルゾーンと溶離液を混合することは、特に大きなループ注入方式を用いている間、初期溶離ピークに関し芳しくないピーク形状を回避するよう最小限に抑えられるべきである。サンプルループのサイズを変更しないで関心のある分析物の高感度検出を可能にする方法を提供するのが有用である。

ＩＣシステムの高圧条件下で実質的に安定である大容量ループを製作することは、厄介な場合がある。選択された容量を得るためには、管の長さは、サンプルループ管材料の内径の減少につれて増大し、圧力定格は、管材料の直径が実質的に増大すると、減少する。

サンプルループサイズが大きな他の用途では、大きなループ注入に起因するボイド容量の結果として、ボイドに起因する大幅なベースラインの変動が生じる場合があり、これは、ボイドの近くで溶離するピークのベースライン統合に悪影響を及ぼす。カラム容量よりも著しく大きなループサイズに関し、カラム全体を横切る非保持状態の成分、例えば水が大量であると、カラム内における平衡の問題が生じる場合があると共に望ましくないベースラインのシフト及びふらつきが生じる場合がある。これにより、ピーク統合及び定量化が不正確になる場合がある。大型ループ注入に関する上述の作用効果を無くすことが、有用である。

中和用途では、サンプルスラグを中和器の中に通し、その後、中和されたサンプルをコンセントレータカラム中へ差し向ける。ポンプが、サンプルスラグを中和器中に運搬するＤＩ水流を圧送する目的で且つその後予備濃縮のために上述の用途で用いられている。上述のセットアップでは、追加のポンプが必要であり、かかるセットアップには上述した問題のうちの幾つかがある。この追加のサンプル流ポンプを不要にし、ＩＣシステムの全体的コストを減少することが有用である。

サンプル調製のもう１つの領域は、マトリックスイオン除去である。環境サンプルの場合には、関心のある分析物は、マトリックスイオンによって圧倒される場合が多く、良好な定量的情報を得ることが困難である。このような条件下において、マトリックスイオン除去ステップが必要な場合がある。上述した中和用途と同様、ＤＩ水ポンプを用いてサンプルを装入し、これをマトリックスイオン除去カラム中に差し向け、その後サンプルをコンセントレータカラムに装入する。

ＩＣシステムの全体的コストを減少させることが有用である。

サンプル調製のもう１つの領域は、サンプルを分析に先立って種々の形態に変換することにある。上述した用途と同様、このセットアップにおいても、ＤＩ水ポンプが必要な場合がある。この場合も又、このポンプを不要にすることによりＩＣシステムの全体的費用を減少させることが有用である。

本発明の一実施形態によれば、イオンクロマトグラフィー装置であって、（ａ）液体サンプル注入ループを有し、（ｂ）イオン種を保持するイオン濃縮媒体を含むイオンコンセントレータを有し、（ｃ）イオン分離媒体を含むイオンセパレータを有し、（ｄ）サンプルループとコンセントレータを流体連通させる第１の導管を有し、（ｅ）コンセントレータとイオンセパレータを流体連通させる第２の導管を有し、（ｆ）弁装置を有し、弁装置は、次のモード、即ち、（１）流れがサンプルループとコンセントレータとの間で遮断され、コンセントレータが第２の導管を介してイオンセパレータと流体連通状態にある第１のモード、及び（２）サンプルループが第１の導管を介してイオンコンセントレータと流体連通状態にある第２のモードを有し、（ｇ）装置内に１つだけ設けられていて、流体を第１のモード及び第２のモードで互いに流体連通状態にある第１の導管及び第２の導管中に圧送する単一ポンプを有することを特徴とするイオンクロマトグラフィー装置が提供される。

別の実施形態は、イオンクロマトグラフィー方法であって、（ａ）水性液流を水性液源から、関心のあるイオンを含む液体サンプルを収容しているサンプルループ中に流すステップと、（ｂ）ステップ（ａ）の流出液をイオンコンセントレータ内のコンセントレータイオン交換媒体中に流してサンプルイオンを保持するステップと、（ｃ）溶離液をコンセントレータイオン交換媒体中に流して保持されたサンプルイオンをコンセントレータ流出液に入れた状態で除去するステップと、（ｄ）ステップ（ｃ）の流出液をイオンセパレータ内のイオン分離媒体中に流してサンプルイオンを分離すると共にイオン分離流出液を生じさせるステップと、（ｅ）ステップ（ｄ）の流出液を検出器の先へ流して分離されたサンプルイオンを検出するステップとを有し、ステップ（ａ）からステップ（ｄ）までの流れは、単一ポンプによって加えられる圧力下で行われることを特徴とするイオンクロマトグラフィー方法が提供される。

本発明は、流体をイオンクロマトグラフィー装置中に圧送するたった１つのポンプを有するイオンクロマトグラフィー装置に関する。このシステムは、ポンプ、液体サンプル注入ループ、イオンコンセントレータ、イオン分離媒体を有するイオンセパレータ、弁装置、及び少なくとも１つの検出器を有する。オプションとして、サプレッサが上述のセットアップ中に設けられる場合がある。また、適当なサンプル送り出し装置、例えばオートサンプラが、サンプルを装入するために上述のセットアップに用いられる場合がある。本明細書で用いる「単一ポンプ」という用語は、ＩＣシステムの外部に設けられて使用される可能性のあるポンプ、例えばサンプル送り出し装置内に用いられる場合のあるポンプを除去するものではない。

まず最初に、図１に示すような本発明の一実施形態に関して本発明を説明する。本明細書で用いる「弁装置」という用語は、種々の弁設定値（これらは、本明細書ではモードとも呼ばれる）の使用によりシステムを通る流体の流路を変更する機能を果たす１つ又は２つ以上の弁を意味している。

図１を参照すると、好ましくは水、より好ましくは脱イオン（ＤＩ）水を含む水性液流が、適切にはダイオネックス・コーポレイション（Dionex Corporation）によって販売されているＧＰ５０という形式のポンプ２０により源（図示せず）から弁２２に圧送される。図１の実施形態では、弁装置は、２つの６ポート弁、即ち符号２２，３０で示された弁から成る。ポンプ２０は、サンプル注入ループ２４から見てすぐ上流側に設けられており、このことは、ポンプとサンプル注入ループとの間に中間モジュール、例えば溶離液生成器が設けられていないことを意味する。

第１のサンプルループ装入モードでは、図示していないオートサンプラ５２、適切にはダイオネックス・コーポレイションによりＡＳ５０という商品名で調達できるオートサンプラからのサンプルが、六方弁２２、適切には、６つのポート２２ａ〜２２ｆを備えたアップチャーチ・サイエンティフィック（Upchurch Scientific）社により調達できる六方弁に差し向けられる。サンプル採取の際、サンプルは、ポート２２ｂを通って弁２２に入り、ポート２２ａを通り、ポート２２ａとポート２２ｄとの間に設けられたサンプルループ２４を通って流れ、ここからポート２２ｄ，２２ｃを通って廃棄場２８に流れる。ループ２４へのサンプル装入の際、ポンプ２０は、水性液をポート２２ｆ内に圧送し、この水性液は、ポート２２ｅを通って弁２２から流出し、サンプルループ２４をバイパスする。水性溶液は、ここから、ライン２６を通って、６つのポート３０ａ〜３０ｆを有する弁３０、即ち、図１の弁装置の第２の弁に流れる。コンセントレータカラム３２が、ポート３０ｂ，３０ｅを経て弁３０に給排結合されており、このコンセントレータカラムは、適切には、ダイオネックス・コーポレイションによりＴＡＣＬＰ１という表示で市販されている形式のものである。サンプルループ２４の装入の際、ポート２２ｅから出た水性溶液は、ポート３０ａを通って弁３０内に流入し、コンセントレータカラム３２をバイパスし、ポート３０ｆから出てライン３４に流れる。溶液は、ここから、システムから流出し、溶離液生成器３６、ガス抜き装置３８を通って流れてポート３０ｄに戻り、そしてコンセントレータカラム３２を通り、ポート３０ｃから流出し、そしてクロマトグラフィーカラム４０、サプレッサ４２及び検出器４４を通って導かれ、これについては後で説明する。弁２２，３０から成る弁装置のこの第１の位置は、第１の弁モード又は第１の弁設定値又は位置と呼ばれている。このモードは、本質的には、サンプルをサンプル注入ループ中に装入するために用いられ、それ故、弁３０の位置は、重要ではなく、上述の給排結合（plumbing）形態を維持するのに好ましい。

弁装置の第２のモード又は設定値では、弁２２は、コンセントレータカラム３２を装入するために切り換えられる。ここでは、サンプルは、ポート２２ｂ，２２ｃを通って流れて廃棄場２８に流れ、サンプルループ２４をバイパスする。ポンプ２０からの圧力下にある水性溶液は、ポート２２ｆ，２２ａを通って流れてサンプルループ２４内に先に装入されているサンプルをポート２２ｄ及びポート２２ｅから運び出し、ライン２６を経て弁３０のポート３０Ａに運び込む。溶液は、ここから、ポート３０ｂ及びコンセントレータカラム３２を通って流れ、ポート３０ｅから出てポート３０ｆを通ってライン３４に至る。溶液は、ここから、液体がポート３２ｄからポート３２ｃに直接流れ、コンセントレータカラム３２をバイパスすることを除き、第１のモードと同様にシステムを通って流れ、これから出てカラム４０に導かれる。このモードの主要な機能は、サンプルをコンセントレータカラム内に装入することにある。

第３のモードでは、ポンプからの溶液は、弁２２内に導かれ、そして、サンプルループ２４をバイパスする場合があり又はこれをバイパスしない場合があり、そして、ポート２２ｅから流出し、そしてライン２６を通って弁３０内に導かれる。サンプル装入が第１のモードで概略的に説明したように行われた場合、ポンプからの溶液は、サンプルループ２４をバイパスする。弁３０内では、溶液は、コンセントレータカラム３２をバイパスし、ポート３０ｆを経て溶離液生成器３６に直接導かれる。生じた溶離液は、ガス抜きモジュール３８を通って導かれ、次に、ポート３０ｄのところで弁３０に戻され、保持されている種をコンセントレータカラム３２から溶離させるために用いられる。次に、溶離液をポート３２ｃを経て弁から導き出し、そして標準型の従来ＩＣシステムと同様に更に分析のためにライン３４を経てカラム４０に導かれる。このモードは、本質的に、保持状態のサンプルをコンセントレータカラムから溶離させるために用いられる。

関心のあるサンプルイオンは、サンプルループ２４からコンセントレータカラム３２に差し向けられ、ここで、サンプルイオンは、この中のイオン交換樹脂により保持され、その間、ポンプ２０からのキャリヤ溶液は、システムから流出する。第１のモード及び第２のモードのサイクルを繰り返し実施してコンセントレータ３２内の多数のサンプルループ内容物を濃縮してサンプルを濃縮する。具体的に説明すると、コンセントレータカラム３２の容量を超えない限りサンプルループ２４内のサンプルイオンを再びコンセントレータカラム３２に多数回にわたって導くのが良く、かくして、多数回のループ注入によりサンプル濃縮を行う。所望数のサンプルスラグをコンセントレータカラム３２内に装入すると、溶離液生成器３６内で生じた溶離液は、コンセントレータカラム３２を通って流れてサンプルをカラム３２から溶離し、このサンプルをセパレータ４０まで運ぶ。ここから、システムは、従来型イオンクロマトグラフィーシステムの状態として働く。

溶離液生成器３６は、米国特許第６，２２５，１２９号明細書に記載されていて、ダイオネックス・コーポレイションによって販売されている形式のものであるのが良い。オプションとしてのモジュール即ち、ガス抜きモジュール３８は、ダイオネックス・コーポレイションによりＥＧガス抜きモジュールの表示で販売されている形式のものであるのが良い。ダイオネックス・コーポレイションによってＣＲ−ＴＣという表示で販売されているオプションとしての連続再生トラップカラム（図示せず）を溶離液生成器３６の下流側に設けて流動中の液体をモジュール３８に流す前に浄化して溶離液から電解ガスを除去するのが良い。溶離液流中のサンプルは、弁３０から、例えば米国特許第５，３５２，３６６号明細書に記載されているような従来形式のものであって良いカラム４０、サプレッサ４２及び検出器４４中に圧送される。図示のように、サプレッサ４２は、この米国特許に開示された形式の膜サプレッサであり、この場合、検出器流出液は、ライン４６を通って再生剤フローチャネルに再循環され、この再生剤フローチャネルは、図示していない選択性透過膜によりサンプル流フローチャネルから分離されている。再生剤フローチャネルからの流出液は、ライン４８によりガス抜きモジュールに再循環されて溶離液生成器３６内で生じたガスを運び去るのが良い。ガス抜きモジュール３８は、溶離液チャネルを外部廃棄物チャネルから分離する多孔質膜又はメンブレン、例えばフルオロカーボンポリマー、例えばＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ、ＰＦＡ又はＦＥＰから成る流通型チャンバを有する。ガスは、溶離液チャネルから外部チャネルに流れ、かかるガスは、ライン４８から流入する溶液により運ばれ、これと共にライン５０を経て電解ガスを運搬して装置から出る。ガス抜きモジュールは、適切には、米国特許第６，２２５，１２９号明細書の図１に示された形式のものである。

図示の実施形態では、イオンクロマトグラフィーシステムは、サプレッサ４２を有し、したがって、分析は、一般に、抑制型イオンクロマトグラフィー、即ち、抑制型ＩＣ又は簡単に記載してＩＣと呼ばれている。変形例として、サプレッサ４２を省いても良い。陰イオン交換又は陽イオン交換樹脂床タイプ（図示せず）又はこれらの組み合わせのオプションとしてのトラップカラム（図示せず）をライン３４に追加してライン中の残留イオン性汚染要因物を除去するのが良い。陰イオン分析の際、溶離液生成器に用いられる流れは、実質的に陰イオン性汚染要因物が含まれていないものであるべきである。かくして、陰イオン分析のため、相当な量の陰イオン汚染要因物がこの流れ中に予想される場合、陰イオン交換トラップカラムをライン３４内に配置することが好ましい。トラップカラムの配置場所は、ライン３４内における溶液発生の前又は後であるのが良い。適当なトラップカラムは、陰イオン用途のためのダイオネックス・コーポレイションによりＡＴＣ−ＨＣという名称で販売されている形式のものである。連続再生型トラップカラム、例えばＣＲ−ＡＴＣタイプのトラップカラムを陰イオン用途のためにイオン交換樹脂タイプのトラップカラムに代えて用いても良い。

好ましくは、ポンプ２０は、サンプル注入ループ２４から見てすぐ上流側に位置している。このことは、ポンプ２０とサンプル注入ループ２４との間に介在する溶離液発生装置又はクロマトグラフィーカラムが存在していないことを意味する。また、ポンプ２０は、好ましくは、全てのモードで、一般に、イオンクロマトグラフィーシステムの動作の全てを実行するために流体をシステムの導管中に圧送する圧力をもたらす。

導管２６は、サンプルループとコンセントレータカラム３６を流体連通させる。また、導管３４は、コンセントレータ３２とイオンセパレータ４０を流体連通させる。「流体連通」という用語がこのような前後の状況の中で用いられる場合、この用語は、導管又は管のうち１つ又は２つ以上をこれらコンポーネント相互間で直接か又は中間コンポーネントを通るかのいずれかで流れることを意味する。さらに、「導管」という用語は、弁内に設けられた導管又は弁と一体の導管を含む。換言すると、２つのコンポーネント相互間の流体連通は、流体が、一方のコンポーネントから別のコンポーネントに流れることができるが、互いに流体連通状態にある２つのこれらコンポーネント相互間の中間コンポーネントを除去しないことを意味する。

本発明のシステムの一利点は、装入の際に、コンセントレータカラム３２だけが、水性溶液、好ましくはＤＩ水にさらされて分析物がコンセントレータカラム３２に集まった状態のままであるようになることである。かくして、クロマトグラフィー試験を実施しながらカラム３２で濃縮又は濃厚化を続けることが可能である。換言すると、本発明のシステムは、クロマトグラフィー試験に悪影響を及ぼさないで濃縮カラム３２による調製又は他のサンプル調製法の実施を可能にする。このシステムのもう１つの利点は、ポンプ２０が溶液生成器３６内で生じた溶離液にさらされず、したがって、本質的に腐食性の酸性又は塩基性溶離液から保護されるということにある。

別の実施形態が、図２に示されている。図１及び図２に関して同一の部分は、同一の参照符号で示される。この場合、クロマトグラフィー分析は、手作業で調製された溶離液又は溶離液生成器により調製された溶離液のいずれを用いても実施できる。図２を参照すると、第１のモードでは、ポンプ２０は、水性液流、好ましくはＤＩ水を圧送し、この水性液流は、溶離液発生液カートリッジ３６及びガス抜きモジュール３８内に逸らされる。図１の実施形態の場合と同様、ダイオネックス・コーポレイションによりＣＲ−ＴＣという名所で販売されている追加のトラップカラムを用いて溶離液又はＤＩ水流を浄化するのが良い。生じた溶離液は、ポート３０ｄを通って弁３０に流れ、次にポート３０ｃを通ってライン３４を経てクロマトグラフィーカラム４０に流れ、そしてサプレッサ４２の図示していないサンプルフローチャネルに流れ、更に検出器４４に流れる。システムのこの部分は、従来の圧縮型ＩＣシステム及び図１のシステムとほぼ同じである。

検出器４４からの流出液は、ライン４６により適切には上述した形式、例えば、交換樹脂床のトラップカラム９２に導かれる。トラップカラムは、検出器４４からの流出液を浄化するよう機能する。また、上述したように、連続再生型トラップカラム、例えば、ダイオネックス・コーポレイションによりＴＡＣ−ＬＰ１という名称で販売されている陰イオン交換カラムをトラップカラムに代えて用いても良い。次に、トラップ９２からの浄化された溶離液は、ポート２２ｆを通って弁２２に差し向けられる。オートサンプラ５２が、サンプルをポート２２ｂを通ってサンプルループ２４内に装入し、次にポート２２ａを通り、そしてポート２２ｄから出てポート２２ｃに流れ、そして廃棄場に流れる。

第２のモードでは、検出器４４及びトラップ９２からの浄化流出液流は、サンプルループ２４内に差し向けられてサンプルを、ポート２２ｆ及びポート２２ａを通り、ループ２４を通り、そしてポート２２ｄを出てポート２２ｅに至り、そしてライン２６により弁３０に流れることにより濃縮カラム３２内に装入する。この第２のモードでは、サンプルプラグは、コンセントレータカラム３２内に逸らされ、ここにサンプルが保持され、流出液は、ポート３０ｅ及び３０ｆから出て再循環ライン９４に流れ、それによりサプレッサ４２の図示していない再生剤フローチャネル内の再生剤溶液として用いることができ、そしてライン４８に出てキャリヤ液体流として使用でき、かかるキャリヤ液体流は、ガスをオプションとしてのガス抜き装置３０内から運び出してライン５０で廃棄場に送る。図１の場合と同様、サンプルイオンは、コンセントレータカラム３２に集められる。

第３のモードでは、溶離液生成器３６内で生じた溶離液を含む溶離液流は、ポート３０ｄ，３０ｅを通って弁３０に入り、コンセントレータカラム３２を通り、ポート３０ｂ，３０ｃから出てサンプルイオンを分離するカラム４０に至る。このモードでは、トラップ９２からの溶出液は、弁２２のポート２２ｆ，２２ｅを通って弁３０のポート３０ａ，３０ｆに流れ、そしてライン９０を通ってサプレッサ４２の再生剤フローチャネルに流れ、そして廃棄場に流れる。

以下の実施形態で説明するように、コンセントレータカラムは、一般に、関心のある種を濃縮するために用いられる。このカラムの機能は、サンプルをスラグとして濃縮することにある。濃縮器カラムの寸法は、代表的には、分析カラムの１／４〜１／６である。クロマトグラフィーカラム又は分析カラムは、種を分離するために用いられ、一般に、コンセントレータカラムよりも非常に大きな容量を有する。分析カラムの機能は、種を分離することにあり、これに対し、コンセントレータカラムの機能は、種を濃縮することにある。代表的な動作では、コンセントレータカラムにはサンプルが一方向に装入され、サンプルは、小さなスラグの状態で逆方向に溶離される。

トラップカラムは、通常、汚染要因物を流動中の流から補足するために用いられる。例えば、水酸化物溶離液を用いる陰イオン分析中、陰イオン交換トラップカラムを用いると、陰イオン性汚染要因物、例えばカーボネート又はクロリドを除去することができる。

以下の実施形態で定義されるコンバータカラムは、サンプル流又はスラグを他の形態に変換するために用いられるカラムである。かくして、コンバータカラムは、サンプルを濃縮し又は保持することはなく、これは、サンプルを別の形態に変換するために用いられる。例えば、弱酸の陰イオン分析の際、ナトリウムの形態をした陽イオン交換樹脂から成るコンバータカラムを用いてサンプルを塩の形態に変換することが好ましい場合がある。サンプル陰イオンの対イオンは全て、ナトリウム形態に変換される。

本発明で用いられるマトリックス除去カラムは、同じ電荷のマトリックスイオンをサンプルイオンとして除去する。マトリックス除去ステップは、マトリックス逸らし又はマトリックス保持ステップであるのが良い。マトリックス逸らせステップでは、マトリックスをサンプルイオンに対して選択的に逸らす。マトリックス保持ステップでは、マトリックスをサンプルイオンと比較して選択的に保持する。

中和器カラムは、マトリックスイオンを解離度の弱い形態に変換するカラムである。このカラムは、マトリックス除去カラムであるが、カラムは、同一イオンの対イオンを保持することにより働く。本明細書で用いる「中和」という用語は、サンプルを塩基又は酸形態に変換する一方でサンプル中の酸性又は塩基性マトリックスを解離度の弱い種に変換することを意味する。例えば、水酸化ナトリウム塩基中の微量陰イオンを分析する場合、ナトリウムを中和器カラムからのヒドロニウムイオンに交換することにより水酸化ナトリウムを中和させて解離度の弱い水にする。微量陰イオンを塩形態から酸形態に変換する。中和器は、サンプル中に存在する酸性又は塩基性マトリックスの干渉を減少させる機能を果たす。

図３は、本発明の別の実施形態を示している。この場合、弁装置は、３つの六方弁、即ち、上述の弁３０，２２に加えて弁５４を有している。同一の部分は、同一の符号で示される。弁５４は、６つのポート５４ａ〜５４ｅを有している。この例では、弁５４に設けられ、ポート５４ｂ，５４ｅ相互間で給排結合されるイオン交換床カラム中和器５６を用いてサンプルを中和する。適当な中和器は、イオン交換樹脂を充填した４×５０ｍｍカラムであるのが良く、例えば、塩基性サンプルの中和中、例えばDowex50W×8樹脂又はDionex ASC樹脂という商標名で販売されているスルホン化樹脂を用いて上述の中和剤を充填するのが良い。

ポンプ２０からＤＩ水を図１及び図２の実施形態の場合と同様サンプルループ２４を備えた６ポート弁２２中を導く。また、かかる実施形態の場合と同様、ループを装入ステップ中、オートサンプラ５２を介してサンプルで充填する。弁２２，５４に関する注入ステップでは、サンプルループ２４は、ポンプ２０からのＤＩ水流とインライン状態にあり、それにより、ループ２４の内容物は、ポート５４ａ，５４ｂを通り、弁５４の中和器カラム５６を通って流れることにより中和器カラム５６中に逸らされ、そしてポート５４ｅ，５４ｆから出る。弁５４の装入位置では、中和器カラム５６は、オートサンプラ３２と流体連通状態にあり、オートサンプラ３２からの１つ又は２つ以上の再生剤流を計量分配することによりかかる中和器カラム５６を再生することができる。例えば、中和器カラム容量を空にした後では、中和器は、ナトリウム形態にあり、もはや、塩基性サンプルを中和するには役立たない。カラムの再生は、オートサンプラ５２からの酸性再生剤流を中和器カラム中に圧送することにより達成できる。ＤＩ水リンスも又、中和器内に酸性残留物が残らないようにするために導入されるのが良い。次に、中和器をサンプルを中和するために注入状態に切り換えて戻すのが良い。

サンプル流を先の実施形態で説明したように中和器５６から弁３０内のコンセントレータカラム３２内に逸らす。具体的に説明すると、サンプルスラグをポート５４ｆ及び導管５８を経て弁５４から逸らして出し、そして弁３０に逸らす。サンプル濃縮ステップ中、サンプルスラグをポート３０ａ，３０ｂを経てコンセントレータカラム３２に逸らしてサンプルを濃縮し、次に、ＤＩ水流をポート３０ｅ，３０ｆ経由で溶離液発生モジュール３６に導いて溶離液を生じさせる。この場合、給排結合は、図１に関して説明したものとほぼ同じである。次に、溶離液をガス抜きモジュール中に導いて電解ガスを除去し、次に、ポート３０ｄ，３０ｅを経て弁３０に戻し、そしてライン３４経由でカラム４０に導き、次に、溶離液をサプレッサ４２及び導電性セル４４等に導く。注目されるべきこととして、上述のサンプル装入、中和化及びサンプル濃縮ステップを多数回にわたって繰り返し実施し、サンプルイオンの濃縮を行うのが良い。

サンプル溶離ステップ中、導管５８からのＤＩ水流をポート３０ａ経由で直接ポート３０ｆに導き、溶離液生成器モジュール３６及びガス抜きモジュール３８経由で弁３０のポート３０ｄに導く。次に、溶離液をポート３０ｅ経由でコンセントレータカラム３２中に導いて保持状態のイオンを溶離し、次に、かかる溶離液をポート３０ｂ，３０ｃ経由で、成分を分離するカラム４０に導く。

サンプルをコンセントレータカラム３２から溶離し、分離及び検出は、従来型ＩＣシステム及び図１のフローシステムとほぼ同じやり方で行われる。かくして、サンプル中和化分析を単一のポンプを用いるだけで依然としてこのシステム内で採用することができる。

図４は、図３とほぼ同じ本発明の別の実施形態を示している。同一の部分は、同一の参照符号で示される。この場合、中和器５６は、弁５４が設けられていない状態で図３の場合のように用いられ、直接インライン連結されている。導管２６は、弁２２から中和器５６まで延び、導管５８が、中和器５６から弁３０まで延びている。この場合、中和器は、その容量を空にしたときに手作業でオフラインにされる。この実施形態の他の特徴は、図３のものと同一である。

図６を参照すると、弁装置がポート６０ａ〜６０ｊを備えた単一の１０ポート弁６０から成る本発明の別の実施形態が示されている。弁６０は、コンセントレータカラム３２とほぼ同じコンセントレータカラム６８、クロマトグラフィーカラム４０とほぼ同じクロマトグラフィーカラム７２、サプレッサ４２とほぼ同じサプレッサ７４、この場合溶離液生成器３６とガス抜きモジュール３８の組み合わせとして示された溶離液生成器／ガス抜きモジュール７０、及びサンプル注入ループ２４とほぼ同じサンプル注入ループ６６を有し、これら全て、図１の場合と同様である。サンプルループ装入ステップでは、オートサンプラ６２は、サンプルをサンプルループ６６内に装入し、廃棄場６４に逸らされる。サンプル流は、ポート６０ａ，６０ｊ、ループ６６、ポート６０ｃ，６０ｂを通って符号６４のところの廃棄場に至る。装入ステップ中、ポンプ２０は、水性液、即ちＤＩ水を弁６０内に計量分配し、かかるＤＩ水は、ポート６０ｄ，６０ｅ、モジュール７０、ポート６０ｇ，６０ｆ、コンセントレータカラム６８を通ってサンプルを溶離し、次に、ポート６０ｉ，６０ｈ及びライン３４経由でクロマトグラフィーカラム７２、サプレッサ７４を通って検出器７６に至り、再循環経路７８を通ってサプレッサ７４に至り、次に、モジュール７０に流れてキャリヤ液体流を図１の場合と同様に供給する。溶離液は、モジュール７０内で生じる。

注入ステップ（ダークラインで示されている）中、サンプルは、ポンプ２０からポート６０ｄ，６０ｃ、ループ６６、ポート６０ｊ、ライン２６及びポート６０ｉを通り、コンセントレータカラム６８、ポート６０ｆ，６０ｅを通り、溶出液生成器／ガス抜きモジュール７０を通ることによりサンプルループ６６から出され、ポート６０ｇ，６０ｈ経由でクロマトグラフィーカラム７２、サプレッサ７４に導かれ、そして検出器７６、再循環経路７８を通ってサプレッサ７４に至り、次にモジュール７０に導かれてキャリヤ液体流を図１の場合と同様に供給する。この形態は、単一のループサイクルを用いて微量イオン濃縮を可能にする。

図７を参照すると、サンプル前処理又はマトリックス除去のための別の例が示されている。このシステムは、図６のシステムとほぼ同じであり、同一の部分は、同一の番号で示される。このシステムでは、中和器カラム８４が、オートサンプラ６２の下流側であって弁６０の前に設けられている。サンプルは、この場合、サンプル注入ループに装入される前に中和され、次に、コンセントレータカラムで濃縮される。

図８を参照すると、サンプル前処理又はマトリックス除去のための別のシステムが示されている。図３及び図８に関して同一の部分は、同一の参照符号で示される。動作にあたり、サンプルを図１の場合と同様に、オートサンプラ５２を用いて弁２２のサンプルループ２４に装入する。弁２２の注入位置では、サンプルは、ポンプ２０からの水性液流によってこれ又図１に記載されているようなループ２４を通って運ばれてサンプルプラグをマトリックス除去装置、この場合、イオン除去カラム８４を通ってループから運び出す。イオン除去カラムは、その解離度の弱いイオン種を保持し、これに対し、解離度の十分なイオン種は、保持されない。適当なイオン除去カラムは、ダイオネックス・コーポレイションによりlonpac ICE 6カラムという名称で販売されている。除去カラム８４は、解離度の弱い種をサンプルプラグ中の解離度の強い種から分離する。代表的なイオン除去カラムは、９〜２５０ｍｍカラムの形態をしている。サンプルの非保持成分は、図１の場合と同様にコンセントレータカラム３２に導かれ、関心のあるサンプルイオンは図３の実施形態の場合と同様に集められる。非保持状態の種を弁５４のカラム８４から溶離した後、弁を検出器４４からの検出器セル流出液流がライン８０で弁５４に導かれ、ポート５４ｄ，５４ｅを通り、カラム８４、ポート５４ｂ，５４ｃ、導管８８を通ってオプションとしてのトラップカラム９０に導かれる装入モード又は位置に切り換えられ、このトラップカラムは、その解離度の弱いイオン種を保持し、浄化流は、実質的に解離度の弱いイオンが含まれていない状態になる。次に、この浄化流を再生剤流又はサプレッサ４２の再生剤フローチャネルとして用いる。このトラップカラムは、オプションであり、解離度の弱いイオン種が分析を邪魔する形式及び濃度のものである場合に有用である。図８の実施形態における他の動作上のパラメータは、先の実施形態の場合とほぼ同じである。

次の実施例は、本発明の互いに異なる特定の非限定的例を示している。

実施例１．図４に示す形式の装置を苛性サンプル（５％ＮａＯＨ）の中和及び分析のために用いた。Dionex ICS 2500イオンクロマトグラフを所要の弁セットアップを備えたこのセットアップに用いた。Dionex AS15カラムを、溶離液生成器を介して生じた３５ｍＭＮａＯＨ溶離液を用いるこの分析に用いた。１０μＬサンプルを中和器カラム（８％陽イオン交換樹脂が充填されたカラム）中に注入した。サンプルを本発明に従って中和し、中和したサンプルをＤＩ水流を用いてコンセントレータカラム（ダイオネックス・コーポレイション製の４×３５ｍｍのＴＡＣＬＰ１）に差し向けた。サンプル中の陰イオンを保持し、次に分析した。結果的に得られたクロマトグラムが図５に示されている（挿絵Ａ）。このクロマトグラムは、主要な陰イオンのサンプルの分析結果をアセテート（２）、クロリダ（４）、カーボネート（５）、スルフェート（６）及びオキサレート（７）として示している。空試験（挿絵Ｂ）は、少量のカーボネートの存在を示している。これら結果は、本発明の構成により汚染が最小限であることを示唆している。本発明に従って中和及び分析の機能のための単一のポンプを用いた。

実施例２．この実施例では、酢酸の状態の陰イオンの分析が示されている５％マトリックスアセテートイオンの存在において微量陰イオンを分析することは困難である。この実施例では、イオン除去カラムを用いてマトリックスイオンを保持し、他方、解離度の十分な他のイオンは、図８に示すようにコンセントレータカラム３２に集められる。セットアップは、セル流出液がイオン除去カラムを再生する機能に用いられず、カラムが分析後流動中の水性流によって洗浄されることを除き、図８とほぼ同じである。この実施例では、１００ｍＭホウ酸をポンプ２０により計量分配しこれを用いてサンプルをイオン除去カラム中に差し向けた。関心のある解離度の十分なイオンをコンセントレータカラム（ダイオネックス・コーポレイション製の４×３５ｍｍのＴＡＣＬＰ１）上に保持した。ホウ酸をＥＧＣカートリッジ中に圧送して１５ｍＭ四ホウ酸カリウム陰イオンを生じさせ、かかる陰イオンは、０．５ｍｌ／分で２ｍｍＡＳ１４化学的組成を用いる分析のために用いた。

用いたグラジエントは次の通りであった。
〔表１〕
時間グラジエント（ＫＯＨ）
０５
１０５
１６３０
２０３０

結果的に得られたクロマトグラム（図９）は、アセテート（２）からの妨害が無かったことを示しており、フルオリド（１）、クロリド（３）及びスルフェート（４）についての分析が可能であり、本発明に従って、マトリックス除去と溶離液発生の両方が、単一のポンプセットアップを用いて達成された。

実施例３．図１のセットアップをICS 2500システムを用いたサンプル濃縮に用いた。１０００倍に希釈した標準型７陰イオン試験混合物を１ｍｌループと共に用いた。この場合、ＴＡＣ−ＬＰ１コンセントレータカラムを用いてサンプルを濃縮した。陰イオンを溶離液生成器モジュールにより生じた３８ｍＭＮａＯＨを有するＡＳ１５カラムを用いて分析した。流量は、１．２ｍｌ／分であった。図１０は、本発明に従って２ｍｌから１１ｍｌまでの種々のサンプル容量のオーバーレイクロマトグラムを示している。ピーク領域と濃縮量のプロットが、７つの陰イオンについて図１１に示されており、このプロットは、０．９９９９という相関係数の優れた直線性を示した。上述の実施例は、高感度サンプル濃縮用途について本発明の利用性を立証している。

本発明のシステムの実施形態を示す図である。本発明のシステムの実施形態を示す図である。本発明のシステムの実施形態を示す図である。本発明のシステムの実施形態を示す図である。本発明を説明する実験結果を示すグラフ図である。本発明のシステムの実施形態を示す図である。本発明のシステムの実施形態を示す図である。本発明のシステムの実施形態を示す図である。本発明を説明する実験結果を示すグラフ図である。本発明を説明する実験結果を示すグラフ図である。本発明を説明する実験結果を示すグラフ図である。

Claims

イオンクロマトグラフィー装置であって、
（ａ）液体サンプル注入ループを有し、
（ｂ）イオン種を保持するイオン濃縮媒体を含むイオンコンセントレータを有し、
（ｃ）イオン分離媒体を含むイオンセパレータを有し、
（ｄ）前記サンプルループと前記コンセントレータを流体連通させる第１の導管を有し、
（ｅ）前記コンセントレータと前記イオンセパレータを流体連通させる第２の導管を有し、
（ｆ）弁装置を有し、前記弁装置は、次のモード、即ち、
（１）流れが前記サンプルループと前記コンセントレータとの間で遮断され、前記コンセントレータが前記第２の導管を介して前記イオンセパレータと流体連通状態にある第１のモード、及び
（２）前記サンプルループが前記第１の導管を介して前記イオンコンセントレータと流体連通状態にある第２のモードを有し、
（ｇ）前記装置内に１つだけ設けられていて、流体を前記第１のモード及び前記第２のモードで互いに流体連通状態にある前記第１の導管及び前記第２の導管中に圧送する単一ポンプを有する、イオンクロマトグラフィー装置。
（ｈ）前記イオンセパレータと流体連通状態にある検出器を更に有する、請求項１記載の装置。
（ｈ）前記イオンセパレータから見て上流側に設けられていて、前記第２の導管と流体連通状態にある溶離液生成器を更に有する、請求項１記載の装置。
前記ポンプは、前記サンプル注入ループから見てすぐ上流側に位置している、請求項１記載の装置。
（ｉ）イオントラップカラムと、
（ｊ）前記イオンセパレータから前記検出器を通り、そして前記イオントラップカラムを通って前記サンプルループに至る再循環経路を提供する再循環導管とを更に有する、請求項２記載の装置。
（ｋ）前記イオンセパレータから見て上流側に設けられていて、前記第２の導管と流体連通状態にある溶離液生成器を更に有する、請求項５記載の装置。
（ｉ）前記イオンセパレータと前記検出器との間に設けられたサプレッサを更に有する、請求項２記載の装置。
前記弁装置は、第１及び第２の６ポート弁から成る、請求項１記載の装置。
前記サンプルループは、前記第１の弁内に設けられ、前記コンセントレータは、前記第２の弁内に設けられている、請求項８記載の装置。
前記弁装置は、１０ポート弁から成る、請求項１記載の装置。
前記ループ及び前記コンセントレータは、前記１０ポート弁内に設けられている、請求項１０記載の装置。
（ｈ）前記サンプルループと前記コンセントレータとの間に設けられていて、前記サンプルループ及び前記コンセントレータと流体連通状態にある中和器を更に有する、請求項１記載の装置。
前記サンプルループと前記コンセントレータとの間に設けられていて、前記サンプルループ及び前記コンセントレータと流体連通状態にあるマトリックス除去カラムを更に有する、請求項１記載の装置。
（ｈ）液体サンプル源と、
（ｉ）前記液体サンプル源と前記サンプルループとの間に設けられた中和器とを更に有する、請求項１記載の装置。
（ｈ）液体サンプル源と、
（ｉ）前記液体サンプル源と前記サンプルループとの間に設けられたマトリックス除去カラムとを更に有する、請求項１記載の装置。
（ｈ）液体サンプル源と、
（ｉ）前記液体サンプル源と前記サンプルループとの間に設けられたコンバータカラムとを更に有する、請求項１記載の装置。
イオンクロマトグラフィー方法であって、
（ａ）水性液流を水性液源から、関心のあるイオンを含む液体サンプルを収容しているサンプルループ中に流すステップと、
（ｂ）前記ステップ（ａ）の流出液をイオンコンセントレータ内のコンセントレータイオン交換媒体中に流して前記サンプルイオンを保持するステップと、
（ｃ）溶離液を前記コンセントレータイオン交換媒体中に流して前記保持されたサンプルイオンをコンセントレータ流出液に入れた状態で除去するステップと、
（ｄ）前記ステップ（ｃ）の流出液をイオンセパレータ内のイオン分離媒体中に流して前記サンプルイオンを分離すると共にイオン分離流出液を生じさせるステップと、
（ｅ）前記ステップ（ｄ）の流出液を検出器の先へ流して前記分離されたサンプルイオンを検出するステップとを有し、前記ステップ（ａ）から前記ステップ（ｄ）までの流れは、単一ポンプによって加えられる圧力下で行われる、イオンクロマトグラフィー方法。
前記ステップ（ａ）及び前記ステップ（ｂ）を繰り返し実施して前記サンプルイオンを前記コンセントレータ内で濃縮するステップを更に有する、請求項１７記載の方法。
前記繰り返し実施は、前記ステップ（ｄ）及び前記ステップ（ｅ）中に行われる、請求項１８記載の方法。
（ｆ）前記ステップ（ｄ）の流出液中の前記溶離液を前記ステップ（ｅ）の実施に先立って抑制するステップを更に有する、請求項１７記載の方法。
（ｆ）前記水性液源からの水性液流を溶離液生成器中に流して前記ステップ（ｃ）の前記溶離液を前記単一のポンプによって加えられた圧力下で生じさせるステップを更に有する、請求項１７記載の方法。
（ｆ）前記単一ポンプによって加えられた圧力下で前記ステップ（ｅ）からの前記流出液をイオン除去装置中に流して前記水性液源を含む脱イオン水流を生じさせるステップを更に有する、請求項１７記載の方法。
前記ステップ（ａ）からの前記流出液を前記ステップ（ｂ）の実施に先立ってイオン中和器中に流すステップを更に有する、請求項１７記載の方法。
（ｆ）前記ステップ（ｂ）の実施に先立ってステップ（ａ）からの前記流出液をマトリックス除去カラム中に流してマトリックスイオンを前記ステップ（ａ）の流出液中に保持するステップを更に有する、請求項１７記載の方法。
（ｆ）前記ステップ（ｂ）の実施に先立って前記ステップ（ａ）からの前記流出液をコンバータカラム中に流して前記サンプルイオンの対イオンを変換形態に変換するステップを更に有する、請求項１７記載の方法。