JP5524087B2 - イオン検出器及びシステム - Google Patents
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Description
図1の装置を使用し、構成体は、CERビードの後方の電極が、AERビードの後方の電極に対して正であるときに、順方向バイアスされ、そして逆の電極極性状態で、逆方向バイアスされるものとする。
図11は、逆方向バイアスされたイオンダイオードの振舞いを示す。同じ量(1μL)の異なる電解質サンプルが、4μL/分で流れるDI水流において中央のサンプルフローチャンネルへ注入される。印加電圧は、14Vであり、そしてCER/AER電解質は、20mMのKNO3であった。NaNO3、KCl、HNO3、BaCl2、又はK3PO4の等価量は、全て、同じ信号を有し(図示された個々の応答のピークエリアは、194±16マイクロクーロンである)、導電率検出器[10]のものとは非常に異なることに注意されたい。種々の塩の等モル量に対して同じ応答であることの効果は、普遍的な校正が可能となり、校正に関して1つの分析物しか必要とされないことである。これは、校正中の標準的な準備及び運転時間を相当に短縮する。
図12は、応答対流量の最適化の調査を示す。0.8mMのKClの1μLサンプルが注入された。3μL/分の流量に対する流出物の導電率が示されている。検出器の信号がプラトーに達すると、流出物が脱イオン化される。明瞭化のために、3μL/分データについてのみ標準偏差が示されており、他は、同等である。所与の流量において、ピークエリアは、電界(印加電圧)の増加と共に増加し、全ての電荷が移送されるまでにプラトー値に到達する。このプラトーに到達するのに必要な電界は、滞留時間に依存し、そして図12に示すように、滞留時間が増加するにつれて、低い印加電圧でプラトーに達することを理解されたい。固定の印加電圧において、流量が減少されるにつれて、ピークエリアが一定のプラトー値に到達するという付随的ケースは、ここには示さない。
弱い電解質及び強い電解質の流量に対する観察ピークエリアの依存性が図13に示されている。印加電圧は14Vであり、そして1mMのKCl及び1mMのホウ酸のサンプルが各々注入された。又、電荷検出器は、実際上、電気的に動作される脱イオン装置であることも認められる。その興味ある結果は、例えば、砂糖と塩の混合物から塩を除去するとい手近な能力である(ここでは示さず)。おそらく、より関心のあることは、強い電解質と弱い電解質とを弁別する電荷検出器の潜在的能力である。中央チャンネルの流量が適度に高く、ビードへの質量搬送が量的でないケースについて考える。同じ濃度の強い及び弱い電解質溶液が別々に注入される。当然、強い電解質は、非常に大きな信号を発生する。流量が減少するにつれて、弱い電解質からの信号が比較的大きく増加する。というのは、それらのイオンが除去されるにつれて、未イオン化材料の更なるイオン化が生じなければならない一方、強い電解質の場合のイオンが既にほとんど除去されているからである。それ故、弱い電解質の滞留時間を増加すると、信号の連続的な増加を生じ、極端な場合に、流れ停止状態にもとでは、全ての電解質が除去されるまで電荷の移送が行われる。
この例は、順方向バイアス電荷検出器の電解質発生装置63に電気的に直列に接続されたイオン移送装置62を備えた図9の装置を使用する。逆方向バイアスモードで動作される装置62のサンプルフローチャンネル18においてDI水流が10μL/分でポンプ輸送される。極性は、アノード28bがアニオン交換ビード22aに隣接して、アニオンの除去を助け、そしてカソード28aがカチオン交換ビードに隣接して、カチオンの除去を助けるというものである。順方向バイアス電解質発生装置63が装置62に電気的に接続される。DI水流が管路14aにおいて1.6μL/分で発生装置63のフローチャンネル18aへポンプ輸送され、そして検出器のUVセル(図示せず)へルーティングされ、210nmで監視される。電極28e及び28fのチャンバーには、20mMのKNO3ソースイオンが供給される。装置62及び発生装置63の電極は、所与の電位に対して、装置62で発生された電流が実質的に同じレベルで発生装置63へ伝達されるように、電気的に直列に接続される。1μLの1mM NaClの注入プラグが注入装置12へ注入されると、装置62に電流が生じ、それが発生装置63の電極へ伝達されて、等価量の硝酸カリウムを発生する。UVトレースにおいてピークが観察される。図14は、電荷検出器へ注入されるNaClのパルスを、電気的に直列に結合された本発明の電解質発生装置を使用して発生されたKNO3の変換等価量によりどのようにして光学的に検出できるかを示している。逆方向バイアスされたダイオードは、各側に適当な電解質がある状態で、電荷検出器として振舞うが、順方向バイアスのダイオードは、例1に示すファラディ化学的発生装置である。発光ダイオード(LED)のホール/電子再結合が、異なる色の光を発生するのとほぼ同様に、A+がCERを通過しそしてB-がAERを通過して中央チャンネルに異なるAB化合物を生成することは、各々、CER及びAER電解質AX及びBYの選択に完全に依存する。太陽電池を使用して、直列に接続されたときに選択された色のLEDを点灯するのと同様に、逆方向バイアスの電荷検出器が、充分な大きさの電圧源と共に順方向バイアスの化学的発生装置と直列に接続された場合には、逆方向バイアスの電荷検出器にほぼ完全にまたがって電圧降下が発生する。電解質が電荷検出器に注入された場合に、それにより生じる電流が発生装置に流れて、ユーザが選択した別の電解質の等価インパルスを発生する。濃度の増幅は、電荷検出器がマクロスケールの注入を検出するのに使用できる大面積のマクロスケール装置であるので、このような直列のシステムにより容易に遂行することができるが、同じ等価量の希望の化学物質が非常に低い流量で発生される非常に小型の発生装置に同じ電流を流して、濃度感知装置での検出性を潜在的に向上させることができる。
米国特許第6,808,608号の例1に従い100%電流効率の水浄化装置が構築された。カチオン交換メンブレーンは、0.005”厚みのメンブレーンであり、そしてアニオン交換メンブレーンは、0.003”厚みのメンブレーンである。最終的に、半導体ダイオードにおいて、接合の厚みを減少することによりツェナーダイオードが形成され、従って、電子雪崩ブレークダウンが発生する。このケースでは、イオン交換材料の厚みが徐々に減少される場合に、前記例におけるイオン交換樹脂ビードが非常に薄いイオン交換メンブレーンに置き換えられた装置に対して図15に示すように同様のブレークダウンを観察することが可能となる。
米国特許第6,328,885号の例1に従い100%電流効率のASRS抑制装置がアッセンブルされた。この装置は、図3に示す本発明の電解質イオン移送抑制装置/検出器62として動作された。Dionex社からの専有カラムを使用して、21mMのNaOH、1.2ml/分の流量でイオンクロマトグラフィー分離が追求された。5つのアニオンを含む標準的アニオン混合物が注入され、そして抑制装置は、40mAの定電流状態で動作された。抑制装置にまたがる電圧は、Dionex社からのUI20インターフェイスを使用して監視された。比較のため電圧トレースが反転された。抑制装置の後に導電率セルを使用してイオンが監視された。図16Aは、導電率トレースにおける5個のアニオンの分離を示す。図16Bは、抑制装置にまたがる電圧の代表的トレースを示すと共に、5つのピーク全部を示す。負の垂下は、ウォータディップに対して観察されたもので、顕著なものであった。というのは、ウォータディップの遷移のために装置の抵抗が著しく増加すると共に電圧が増加したからである。初期の溶出物に対する解像度のロスは、このウォータディップから生じる。その後のピークから明らかなように、この方法によって全体的に優れた検出が実現できる。
Dionex社から商業的に入手できるEGC KOHカートリッジが、この例では、本発明の電解イオン移送検出器62として使用された。EGCカートリッジにおける高い遅延量のために、任意の導電率検出器66の後に装置62が配管された以外は、図2と同様の設定が行われた。使用したカラムは、Dionex社からののIonPac AS11カラムであり、これは、1.2ml/分の21mM水酸化ナトリウム溶出物で動作された。この構成では、EGCカートリッジにまたがる電圧は、電流を付与せずに、UI20インターフェイスを使用して監視された。EGCカートリッジにまたがる電位の過渡的変化は、装置のサンプルフローチャンネルを通る分析物の遷移を表している。実験結果が図17に示されている。トレースAは、EGC電圧トレースを示し、トレースBは、導電率トレースを示す。各ピーク後の小さな負の垂下は、EGCメンブレーン界面を横切る小さな漏れを表すもので、バックグランドに小さな増加を生じさせる。本発明の装置により5つのアニオン全部が検出された。
12:サンプル注入部
14:コンジット
16:イオン移送装置
18:液体サンプルフロースルーチャンネル
18a:入口
18b:出口
20、22:イオン交換ビード
24、26:チューブ
24a、26b:液体貯留部
28a:アノード
28b:カソード
32:電気信号検出器
48:ポンプ
50:サンプル注入バルブ
52、56:コンジット
54:クロマトグラフィーカラム
58:電解抑制装置
58a:サンプルフローチャンネル
58b:再生フローチャンネル
58c:イオン交換バリア
62:イオン検出器
62a:イオン交換メンブレーン
62b:チャンネル
62c:イオン受け取りフローチャンネル
66:検出セル
76:定電流電源
112、114:イオン交換メンブレーン
116、118、120:流体フロースルーチャンネル
116a、118a、120a:ガスケット付きスクリーン
Claims (2)
- イオンを含むサンプル溶液中のイオン種によって発生される電流又は電位を検出するための装置を有するクロマトグラフィーシステムにおいて、
(a)電解質イオン移送装置を備え、これは、
(1) 入口及び出口を有するサンプルフロースルーチャンネル、
(2) 前記サンプルフロースルーチャンネルに沿って流体接触状態で配置された第1の荷電バリアであって、正又は負の1つの電荷のイオンを通過でき且つバルク液体の流れを阻止できる第1の荷電バリア、
(3) 前記サンプルフロースルーチャンネルとは逆の、前記第1の荷電バリアの側に配置された第1のチャンバー、及び
(4) 前記第1のチャンバー及び前記サンプルフロースルーチャンネルと各々電気的に連通する第1及び第2の電極、を含むものであり、更に、
(b)前記第1及び第2の電極と電気的に連通する電気信号検出器を備え、
(c)入口及び出口を有するクロマトグラフィーカラムであって、前記クロマトグラフィーカラム出口は、前記イオン移送装置のサンプルフロースルーチャンネルの上流にあって該サンプルフロースルーチャンネルと流体連通状態にあるようなクロマトグラフィーカラムを備え、
(d)正又は負の1つの電荷のイオンを通過でき且つバルク液体の流れを阻止できる抑制装置荷電バリアにより再生チャンネルから分離された、入口及び出口を有する抑制装置サンプルチャンネルを有する電解抑制装置であって、前記抑制装置サンプルチャンネルの入口は、前記クロマトグラフィーカラムの出口の下流にあって該クロマトグラフィーカラムの出口と流体連通状態にあり、且つ前記抑制装置サンプルチャンネルの出口は、前記イオン移送装置のサンプルフロースルーチャンネルの上流にあって該サンプルフロースルーチャンネルと流体連通状態にあるような電解抑制装置を備えた、
クロマトグラフィーシステム。 - クロマトグラフィーシステムにおけるイオンを含むサンプル溶液中のイオンにより発生される電流又は電位を検出するための方法において、
(a)サンプルフロースルーチャンネル、このサンプルフロースルーチャンネルに沿って流体接触状態で配置されて、正又は負の1つの電荷のイオンを通過できると共に、バルク液体の流れを阻止できる第1の荷電バリア、及びサンプルフロースルーチャンネルとは逆の、前記第1バリアの側に配置された第1のイオン受け取りチャンバーを含む電解式イオン移送装置を準備するステップと、
(b)前記サンプルフロースルーチャンネルを通してサンプルイオン種を含むサンプル水流を通流させて、サンプルチャンネル流出物として放出するステップと、
(c)前記サンプルフロースルーチャンネル内の前記サンプル流及び前記イオン受け取りチャンバー内の水性液体と各々電気的に連通する第1電極と第2電極との間に電流を通過させるステップと、
(d)前記電流の作用のもとで、サンプル流イオンの少なくとも一部分を、前記第1の荷電バリアを横切って、前記第1のイオン受け取りチャンバー内の水溶液へ搬送するステップと、
(e)前記第1電極と第2電極との間に流れる電流により生じる電気信号を検出するステップと、
(f)正又は負の1つの電荷の溶出流におけるサンプルイオン種をクロマトグラフィー式に分離して、クロマトグラフィー流出物を発生するステップと、
(g)前記クロマトグラフィー流出物を抑制装置に通流させて前記流出物を抑制し抑制装置流出物の流れとして放出するステップと、
(h)前記抑制装置流出物の流れを前記イオン移送装置のサンプルフロースルーチャンネルに通流させるステップと、
を備えた方法。
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