JP5645819B2 - 電気化学駆動式ポンプ - Google Patents
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Description
6H2O → 4H3O+ + O2 + 4e ̄ (1)
4e ̄ + 4H2O → 4OH ̄ + 2H2 (2)
OH ̄ + H3O+ → 2H2O (3)
したがって、0.1Vc=pC、
又は、0.1Vc=(V/1000)C、
故に、C=100cである。
本例は、ECPのポンプ1の実施形態を使用する。
2つの方法を使用してECPのポンプ流量を決定した。
この方法は、試料ループの全内容物(0.01M KCl)を導電率セルを通して駆動するために必要な時間を測定した。
この方法では、試料ループを一時的に(0.1分間)システム内へ切換し、次いで再び除去した。ECPの典型的な流量では、電解質のこの短パルスが導電率セルに到達するために要する時間は数分である。この遅延をパルスの「通過時間」と呼ぶが、この場合も、システムのソフトウェアによって、試料バルブと導電率セルとの間のKClのこの小パルスの通過時間を正確に測定することができた。このような測定と第1の方法による測定とを組み合わせることにより、これらの通過時間を流量へ正確に変換する手段を得た。ここで報告する流量の大部分は、方法2によって決定した。
流量を決定するための最も正確な方法は、ECPからの生成物を計量するものである。しかしながらこれは、十分な精度で計測できる量の水を集めて貯めるために数時間を要する極めて遅速な方法である。したがってこれは、ECPからの流量の「オンザフライ」測定には不適である。通過時間の測定と組み合わせれば、秤量法は通過時間法を正確に校正する手段を提供する。
(1) 小型である。
(2) 製造が容易である。
(3) モータ、チェックバルブ、ピストン又は耐久性を制限する他の可動パーツがない。
(4) 流量の制御が容易かつ正確である。
(5) かなりの背圧に対抗してポンピングすることができる。
(6) 簡単な修正(例えば、液体ピストン)によって、任意の流体を制御してポンピングすることができる。
(7) 液体の低流量制御が目的であれば、広範なアプリケーションを有する可能性がある。
Claims (25)
- 電気化学式持続ポンプであって、
(a)出口を有する水発生器区画と、
(b)前記発生器区画の片側に隣接して配置される陽極区画と、
(c)前記陽極区画から前記発生器区画の片側を画定する、交換可能なイオンの少なくとも51%がヒドロニウムイオンの形である陽イオン交換バリアであって、陽イオンを通すが陰イオンを通すことができず、バルク液体の流れをブロックすることができる陽イオン交換バリアと、
(d)前記陽極区画と電通する第1の電極と、
(e)前記発生器区画に隣接して配置される陰極区画と、
(f)前記陰極区画から前記発生器区画のもう一方の側を画定する、交換可能なイオンの少なくとも51%が水酸化物イオンの形である陰イオン交換バリアであって、陰イオンを通すが陽イオンを通すことができず、バルク液体の流れをブロックすることができる陰イオン交換バリアと、
(g)前記陰極区画と電通する第2の電極と、
を備える電気化学式持続ポンプ。 - 前記陽極及び陰極区画内に水のリザーバをさらに備える、請求項1に記載のポンプ。
- 分析システムにおいて、(h)前記発生器区画の出口及びその下流側と流体で連通する試料注入器と、(i)前記試料注入器及びその下流側と流体で連通する試料検出器とをさらに備える、請求項1に記載のポンプ。
- (j)前記試料注入器と前記検出器との間に、前記試料注入器及び検出器と流体で連通して配置されるクロマトグラフィ分離器をさらに備える、請求項3に記載の分析システム。
- 前記電気化学ポンプは前記試料注入器より上流側で唯一のポンプである、請求項3に記載の分析システム。
- 前記発生器区画の出口と前記試料注入器との間に前記出口及び試料注入器と流体で連通して配置されるイオン除去デバイスをさらに備える、請求項3に記載の分析システム。
- 出口を有する水性液発生器区画と、水を含みかつ前記発生器区画に隣接して配置される陽極区画と、前記陽極区画から前記発生器区画の片側を画定する陽イオン交換バリアであって、陽イオンを通すが陰イオンを通すことができず、バルク液体の流れをブロックすることができる陽イオン交換バリアと、前記陽極区画と電通する第1の電極と、水を含みかつ前記発生器区画に隣接する陰極区画と、前記陰極区画から前記発生器区画のもう一方の側を画定する陰イオン交換バリアであって、陰イオンを通すが陽イオンを通すことができず、バルク液体の流れをブロックすることができる陰イオン交換バリアと、前記陰極区画と電通する第2の電極と、を備える電気化学ポンプを使用して水を発生させるための方法であって、
(a)前記第1及び第2の電極間で前記陽極及び陰極区画内の前記水を介して、かつ前記陽イオン及び陰イオン交換バリアを介して電流を通し、前記陰極区画内に水酸化物イオンを発生させ、かつ前記陽極区画内にヒドロニウムイオンを発生させることと、
(b)前記発生した水酸化物イオンを前記陰イオン交換バリアを介して前記発生器区画へ、かつ前記発生したヒドロニウムイオンを前記陽イオン交換バリアを介して前記発生器区画へ通し、電気化学的に水を発生させることと、
(c)前記発生した水を前記発生器区画からの水流に流すことと、
を含む方法。 - 前記発生した水流へ液体試料を注入することと、前記液体試料を検出することと、をさらに含む、請求項7に記載の方法。
- 試料注入の前に、前記発生器区画を出る前記発生した水流からイオンを除去することをさらに含む、請求項7に記載の方法。
- 前記陽イオン交換バリアは交換可能イオンの少なくとも51%をヒドロニウムイオンの形で含み、前記陰イオン交換バリアは交換可能イオンの少なくとも51%を水酸化物の形で含む、請求項7に記載の方法。
- 水発生の間、前記電気化学ポンプの外部の水源からは前記発生区画を介して水が流れない、請求項7に記載の方法。
- 分析システム内の電気化学式連続濃縮器であって、
(a)出口を有する水発生器区画と、
(b)前記発生器区画の片側に隣接して配置される陽極区画と、
(c)前記陽極区画から前記発生器区画の片側を画定する陽イオン交換バリアであって、陽イオンを通すが陰イオンを通すことができず、バルク液体の流れをブロックすることができる陽イオン交換バリアと、
(d)前記陽極区画と電通する第1の電極と、
(e)前記発生器区画に隣接して配置される陰極区画と、
(f)前記陰極区画から前記発生器区画のもう一方の側を画定する陰イオン交換バリアであって、陰イオンを通すが陽イオンを通すことができず、バルク液体の流れをブロックすることができる陰イオン交換バリアと、
(g)前記陰極区画と電通する第2の電極と、
(h)前記発生器区画の出口と検出器との間に配置される、前記水発生器区画の出口から供給される試料以外の試料を供給するための試料注入器がない場合に、前記水発生器区画の出口と流体で連通する検出器と、
を備える電気化学式連続濃縮器。 - 前記陽極及び陰極区画内に試料水のリザーバをさらに備える、請求項12に記載の濃縮器。
- 出口を有する水性液発生器区画と、検体陰イオン及び陽イオン含有水試料の第1の部分を含みかつ前記発生器区画に隣接して配置される陽極区画と、前記陽極区画から前記発生器区画の片側を画定する陽イオン交換バリアであって、陽イオンを通すが陰イオンを通すことができず、バルク液体の流れをブロックすることができる陽イオン交換バリアと、前記陽極区画と電通する第1の電極と、前記検体陰イオン及び陽イオン含有水試料の第2の部分を含みかつ前記発生器区画に隣接する陰極区画と、前記陰極区画から前記発生器区画のもう一方の側を画定する陰イオン交換バリアであって、陰イオンを通すが陽イオンを通すことができず、バルク液体の流れをブロックすることができる陰イオン交換バリアと、前記陰極区画と電通する第2の電極と、を備える濃縮器を使用して、水試料内の検体陰イオン及び陽イオンを濃縮しかつ検出するための方法であって、
(a)前記第1及び第2の電極間で前記陽極及び陰極区画内の前記第1及び第2の水試料部分を介して、かつ前記陽イオン及び陰イオン交換膜を介して電流を通し、前記陰極区画内に水酸化物イオンを発生させ、かつ前記陽極区画内にヒドロニウムイオンを発生させることと、
(b)前記発生した水酸化物イオン及び前記水試料内の検体陰イオンを前記陰イオン交換バリアを介して前記発生器区画へ、かつ前記発生したヒドロニウムイオン及び前記水試料内の検体陽イオンを前記陽イオン交換バリアを介して前記発生器区画へ通し、前記通された検体陽イオン及び検体陰イオンを含む水生成物試料を電気化学的に発生させることと、
(c)前記発生器区画と前記検出器との間で追加試料の注入がない場合に、前記発生した水生成物試料を前記発生器区画から検出器への水流に流して前記水生成物試料内の前記検体陽イオン及び検体陰イオンを検出することと、
を含む方法。 - 前記陽イオン交換バリアは交換可能イオンの少なくとも51%をヒドロニウムイオンの形で含み、前記陰イオン交換バリアは交換可能イオンの少なくとも51%を水酸化物の形で含む、請求項14に記載の方法。
- 電気化学式持続ポンプシステムであって、
(a)出口を有する水発生器区画と、
(b)前記発生器区画の片側に隣接して配置される陽極区画と、
(c)前記陽極区画から前記発生器区画の片側を画定する陽イオン交換バリアであって、陽イオンを通すが陰イオンを通すことができず、バルク液体の流れをブロックすることができる陽イオン交換バリアと、
(d)前記陽極区画と電通する第1の電極と、
(e)前記発生器区画に隣接して配置される陰極区画と、
(f)前記陰極区画から前記発生器区画のもう一方の側を画定する陰イオン交換バリアであって、陰イオンを通すが陽イオンを通すことができず、バルク液体の流れをブロックすることができる陰イオン交換バリアと、
(g)前記陰極区画と電通する第2の電極と、
(h)前記水発生器区画と流体で連通する出口水路と、
(i)前記出口水路と流体で連通するフローコントローラと、
を備える電気化学式持続ポンプシステム。 - 前記陽極及び陰極区画内に水のリザーバをさらに備える、請求項16に記載のシステム。
- 分析システムにおいて、さらに、(j)前記発生器区画の出口水路及びその下流側と流体で連通する試料注入器と、(k)前記試料注入器及びその下流側と流体で連通する試料検出器と、を備える、請求項16に記載のシステム。
- 電源をさらに備え、かつ前記フローコントローラは前記電源用の流量制御フィードバック回路を備える、請求項16に記載のシステム。
- 出口を有する水性液発生器区画と、水を含みかつ前記発生器区画に隣接して配置される陽極区画と、前記陽極区画から前記発生器区画の片側を画定する陽イオン交換バリアであって、陽イオンを通すが陰イオンを通すことができず、バルク液体の流れをブロックすることができる陽イオン交換バリアと、前記陽極区画と電通する第1の電極と、水を含みかつ前記発生器区画に隣接する陰極区画と、前記陰極区画から前記発生器区画のもう一方の側を画定する陰イオン交換バリアであって、陰イオンを通すが陽イオンを通すことができず、バルク液体の流れをブロックすることができる陰イオン交換バリアと、前記陰極区画と電通する第2の電極と、を備える電気化学ポンプを使用して水を発生させるための方法であって、
(a)前記第1及び第2の電極間で前記陽極及び陰極区画内の前記水を介して、かつ前記陽イオン及び陰イオン交換バリアを介して電流を通し、前記陰極区画内に水酸化物イオンを発生させ、かつ前記陽極区画内にヒドロニウムイオンを発生させることと、
(b)前記発生した水酸化物イオンを前記陰イオン交換バリアを介して前記発生器区画へ、かつ前記発生したヒドロニウムイオンを前記陽イオン交換バリアを介して前記発生器区画へ通し、電気化学的に水流を発生させることと、
(c)前記発生した水流を前記発生器出口から流すことと、
(d)前記発生した水の流量を前記発生器区画より下流側で決定することと、
を含む方法。 - 前記両電極が両者間を通る電流を制御するために、前記決定から電源へのフィードバック情報をさらに含む、請求項20に記載の方法。
- 電気化学式持続ポンプであって、
(a)出口を有する水発生器区画と、
(b)前記発生器区画の片側に隣接して配置される陽極区画と、
(c)前記陽極区画から前記発生器区画の片側を画定する陽イオン交換バリアであって、陽イオンを通すが陰イオンを通すことができず、バルク液体の流れをブロックすることができる陽イオン交換バリアと、
(d)前記陽極区画と電通する第1の電極と、
(e)前記発生器区画に隣接して配置される陰極区画と、
(f)前記陰極区画から前記発生器区画のもう一方の側を画定する陰イオン交換バリアであって、陰イオンを通すが陽イオンを通すことができず、バルク液体の流れをブロックすることができる陰イオン交換バリアと、
(g)前記陰極区画と電通する第2の電極と、
(h)前記水発生器区画とその出口との間に配置されるピストンであって、前記発生器区画内で生成される水を前記ピストンの反対側から分離することができ、かつ前記発生した水によって前記ピストンに加わる圧力を伝達することができるピストンと、
を備える電気化学式持続ポンプ。 - ピストンを備える水性液発生器区画であって、前記液体ピストンの反対側の他の液体は前記発生器区画から到来する水性液発生区画と、水を含みかつ前記発生器区画に隣接して配置される陽極区画と、前記陽極区画から前記発生器区画の片側を画定する陽イオン交換バリアであって、陽イオンを通すが陰イオンを通すことができず、バルク液体の流れをブロックすることができる陽イオン交換バリアと、前記陽極区画と電通する第1の電極と、水を含みかつ前記発生器区画に隣接する陰極区画と、前記陰極区画から前記発生器区画のもう一方の側を画定する陰イオン交換バリアであって、陰イオンを通すが陽イオンを通すことができず、バルク液体の流れをブロックすることができる陰イオン交換バリアと、前記陰極区画と電通する第2の電極と、を備える電気化学ポンプを使用して水を発生させるための方法であって、
(a)前記第1及び第2の電極間で前記陽極及び陰極区画内の前記水を介して、かつ前記陽イオン及び陰イオン交換膜を介して電流を通し、前記陰極区画内に水酸化物イオンを発生させ、かつ前記陽極区画内にヒドロニウムイオンを発生させることと、
(b)前記発生した水酸化物イオンを前記陰イオン交換バリアを介して前記発生器区画へ、かつ前記発生したヒドロニウムイオンを前記陽イオン交換バリアを介して前記発生器区画へ通し、その内部に、前記ピストンの片側を加圧してピストンのもう一方の側に液体の流れを生じさせるための水を電気化学的に発生させることと、
を含む方法。 - 電気化学式持続ポンプであって、
(a)出口を有する水発生器区画と、
(b)前記発生器区画の片側に隣接して配置される陽極区画と、
(c)前記陽極区画から前記発生器区画の片側を画定する陽イオン交換バリアであって、陽イオンを通すが陰イオンを通すことができず、バルク液体の流れをブロックすることができる陽イオン交換バリアと、
(d)前記陽極区画と電通する第1の電極と、
(e)前記発生器区画に隣接して配置される陰極区画と、
(f)前記陰極区画から前記発生器区画のもう一方の側を画定する陰イオン交換バリアであって、陰イオンを通すが陽イオンを通すことができず、バルク液体の流れをブロックすることができる陰イオン交換バリアと、
(g)前記陰極区画と電通する第2の電極と、
(h)前記水発生器区画の出口及びその下流側と流体で連通する流体リザーバ容器と、
を備える電気化学式持続ポンプ。 - 水性液発生区画と、水を含みかつ前記発生器区画に隣接して配置される陽極区画と、前記陽極区画から前記発生器区画の片側を画定する陽イオン交換バリアであって、陽イオンを通すが陰イオンを通すことができず、バルク液体の流れをブロックすることができる陽イオン交換バリアと、前記陽極区画と電通する第1の電極と、水を含みかつ前記発生器区画に隣接する陰極区画と、前記陰極区画から前記発生器区画のもう一方の側を画定する陰イオン交換バリアであって、陰イオンを通すが陽イオンを通すことができず、バルク液体の流れをブロックすることができる陰イオン交換バリアと、前記陰極区画と電通する第2の電極と、前記発生器区画の出口から下流側の他の液体のリザーバと、を備える電気化学ポンプを使用して水を発生させるための方法であって、
(a)前記第1及び第2の電極間で前記陽極及び陰極区画内の前記水を介して、かつ前記陽イオン及び陰イオン交換膜を介して電流を通し、前記陰極区画内に水酸化物イオンを発生させ、かつ前記陽極区画内にヒドロニウムイオンを発生させることと、
(b)前記発生した水酸化物イオンを前記陰イオン交換バリアを介して前記発生器区画へ、かつ前記発生したヒドロニウムイオンを前記陽イオン交換バリアを介して前記発生器区画へ通し、その内部に水を電気化学的に発生させることと、
(c)前記発生した水を前記他の液体のリザーバへ流して、前記他の液体の一部を前記リザーバから押し退けること、
を含む方法。
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