JP5801126B2 - キャピラリー式イオンクロマトグラフィー - Google Patents

Description

イオンクロマトグラフィーは、１９７５年に導入されて以来、種々のサンプルマトリックスにおける陰イオンおよび陽イオンのアナライト測定のために、広範に使用される分析技術になってきている。今日、イオンクロマトグラフィーは多くの分離モードおよび検出モードで実行されている。導電率が抑制されたイオンクロマトグラフィーは、最も広範に行われる形態の技術である。抑制された導電率検出においては、サプレッサと称する溶離剤抑制装置が溶離剤を導電性の弱い形態に変換し、標的アナライトのコンダクタンスを高める。当初のサプレッサは、適切なイオン形態のイオン交換樹脂を充填したカラムであった。これら充填されたベッドのサプレッサは、比較的大きなデッド容積を有しており、オフラインでの化学的再生を必要とした。この問題を克服するために、イオン交換繊維および他の膜に基づくサプレッサが開発された。これらのサプレッサは、酸または塩基の再生溶液を使用して連続的に再生することができる。

当初の膜サプレッサに伴う一つの欠点は、サプレッサを連続的に再生するために、典型的には、酸または塩基の再生溶液の外部供給源が使用されることであった。化学的に再生される膜サプレッサに伴う制限を克服するために、長年に亘って、米国特許第４，９９９，０９８号、同第５，２４８，４２６号、同第５，３５２，３６０号、および同第６，３２５，９７６号に記載のような、電気分解的に再生される種々の設計の膜サプレッサが開発されてきた。この電気分解的サプレッサは、イオンクロマトグラフィーにおける幾つかの利点を提供する。それらは、溶離剤の連続的且つ同時の抑制、抑制媒体の再生、および通常のＩＣ適用のための充分な抑制能力を提供する。それらは、抑制された溶離剤または水を使用して電気分解的に再生イオンを形成できるので、操作が容易である。従って、オフラインで再生溶液を調製する必要がない。また、該サプレッサは勾配分離に適合する。それらは非常に低い抑制ゾーン容積を有し、これは高いクロマトグラフィー効率での分離を達成することを可能にする。

イオンクロマトグラフィーにおいては、クロマトグラフィー溶離剤として、通常は酸、塩基または塩の希釈溶液が用いられる。従来、これらの溶離剤は、試薬等級の化学薬品を用いた希釈によって、オフラインで調製されている。クロマトグラフィー溶離剤のオフライン調製は単調で、オペレータのエラーを生じる傾向があり、汚染物を導入する可能性がある。例えば、陰イオンのクロマトグラフィー分離における溶離剤として広く使用される希釈ＮａＯＨ溶液は、炭酸塩によって容易に汚染される。炭酸塩は、試薬由来の不純物として、または空気からの二酸化炭素の吸収によって導入されるので、炭酸塩を含まないＮａＯＨ溶離剤を調製することは困難である。ＮａＯＨ溶離剤における炭酸塩の存在は、イオンクロマトグラフィー法の特性を損なう可能性があり、また水酸化物勾配を通じて望ましくないクロマトグラフィー基底ラインドリフトを生じ、更に、標的アナライトの再現性のない保持時間を生じる可能性がある。近年、高純度のイオンクロマトグラフィー溶離剤を精製または発生させるために、水の電気分解、およびイオン交換媒体による電荷選択的なイオンのエレクトロマイグレーションを利用する幾つかのアプローチが、研究者によって開発されてきた。米国特許第６，０３６，９２１号、同第６，２２５，１２９号、同第６，３１６，２７１号、同第６，３１６，２７０号、同第６，３１５，９５４号、および同第６，６８２，７０１号は、キャリアとして水を使用することにより、高純度の酸および塩基溶液を発生させるために使用できる電気分解装置を記載している。これらの装置を使用して、クロマトグラフィー分離における溶離剤として使用するための汚染物を含まない高純度の酸もしくは塩基溶液が、自動的にオンラインで発生される。これらの装置は勾配分離を単純化し、現在では、従来の機械的勾配ポンプを使用する代りに電流勾配を使用して、最小の遅延で勾配分離を行うことができる。

電気分解溶離剤発生器およびサプレッサを組み合せた使用により、イオンクロマトグラフィー法のルーチン操作は顕著に変化してきており、移動相として脱イオン水のみを使用した種々のイオンクロマトグラフィー分離の実施が可能になっている。これら電気分解装置の使用は、勾配を通じての最小の基底ラインシフト、保持時間のより大きな再現性、より低い検出バックグラウンド、および標的アナライトについてのより低い検出限界を可能にすることによって、イオンクロマトグラフィー法の性能に顕著な改善をもたらす。

最近、内径１ｍｍ以下の分離カラムを使用するキャピラリー式高性能液体クロマトグラフィーが、分離プロセスの小型化に伴う利点の故に、分析的な分離ツールとして次第に増大する人気を獲得してきている。イオンクロマトグラフィーにおける典型的な分離カラムは、２ｍｍ〜４ｍｍのカラム内径を有しており、０．２〜３ｍＬ／ｍｉｎの流速で動作される。キャピラリー方式（即ち、約１ｍｍ以下の内径を持った小さい空洞カラムを使用するもの）でのイオンクロマトグラフィーの実施は、潜在的に、イオンアナライトの分析について多くの利点を有している。キャピラリー分離カラムを使用することは、分離効率および／または速度を改善することができる。キャピラリー方式での分離プロセスは遥かに小量のサンプルしか必要とせず、従って、サンプル量が制限される応用との適合性を改善する。キャピラリー式イオンクロマトグラフィーシステムは、典型的には１〜２０μＬ／ｍｉｎで動作し、従って、消費される溶離剤の量は非常に少ない。キャピラリー式イオンクロマトグラフィーは、最小介入での連続運転の能力が改善されてきており、従って、システムの始動および停止に付随する問題が最小化されている。キャピラリー式イオンクロマトグラフィーの低流速での動作により、質量分光計との適合性が改善される。加えて、キャピラリー方式でのイオンクロマトグラフィーの実施は、より発熱的で且つ作製が困難な静止相を充填した新たなカラムを使用する困難な応用のための、新たな選択性を提供する可能性の扉を開くものである。

高性能液体クロマトグラフィーに比較すると、イオンクロマトグラフィーの場合、分離プロセス規模の小型化の領域での進歩は遅々としたものであった。抑制された導電率検出を使用したキャピラリー式イオンクロマトグラフィーの領域における限り、限られた数の研究しか報告されていない。１９８３年に、Ｒｏｋｕｓｈｉｋａおよび彼の共同研究者は、抑制された導電率検出を使用したキャピラリー式イオンクロマトグラフィーシステムの開発を報告した（J. Chromatography, 260 (1983) 81-88）。彼等の研究では、１９０μｍの内径を備えた溶融シリカキャピラリーの中に表面凝集された陰イオン交換樹脂を充填することによって、陰イオン交換キャピラリーカラムが調製された。サプレッサは、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）中空繊維の配管を使用して製造され、０．０５Ｍのドデシルベンゼンスルホン酸の外部溶液を使用して化学的に再生された。無機陰イオンおよびカルボン酸の分離が開示された。１９９７年に、Ｄａｓｇｕｐｔａおよび彼の共同研究者は、オンラインでの高圧電気分解型の水酸化ナトリウム溶離剤発生器を使用したキャピラリー式イオンクロマトグラフィーシステムの実施を報告した（Anal. Chem., 29 (1997) 1385-1391）。彼等のシステムでは、水酸化ナトリウム溶離剤の電気分解的発生のためのキャリアとして、典型的には２μＬ／ｍｉｎの脱イオン水が使用され、陰イオン交換体を充填したキャピラリーカラムが分離カラムとして使用され、またＮａｆｉｏｎ（登録商標）配管を使用して調製され且つ硫酸溶液を使用して化学的に再生されるサプレッサが使用された。有機および無機の陰イオンの、均一濃度および濃度勾配での両方の分離が開示された。２００１年に、ＰｙｏおよびＫｉｍは、開放管状カラムおよび抑制された導電率検出を使用したキャピラリー式イオンクロマトグラフィーの開発に関する彼等の研究を報告した（J. Korean Chem. Soc, 2001 , Vol. 45, No. 3）。分離カラムとして、ＤＭＥＯＨＡラテックス粒子でコートされた開放管状キャピラリーカラムが使用された。前記サプレッサは、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）中空繊維配管を使用して作製され、外部の酸溶液を使用して化学的に再生された。

上記で述べた刊行物において、抑制された導電率検出を用いたキャピラリー式イオンクロマトグラフィーは、イオン交換キャピラリー配管製のサプレッサを使用して行われたものである。これらの刊行物は、外部の希釈酸溶液を使用した化学的再生を開示している。この型のサプレッサのデッド容積は、それらがキャピラリー分離カラムと適合するように最小化することができる。しかし、これら刊行物に開示された化学的再生剤の使用は、化学的再生剤を分注および配置するコストを追加し、化学的再生剤がイオン交換膜を横切って溶離剤中に侵入する潜在的な漏出をもたらし、これが導電率検出のバックグラウンドを上昇させて、幾つかのアナライトの感度に対して負の影響を与える可能性がある。使用が容易で、堅牢で、信頼性のあるキャピラリーサプレッサを備えた、キャピラリー式イオンクロマトグラフィーシステムが必要とされている。

図１は、本発明の一つの実施形態を示す概略図である。 図２は、本発明の一つの実施形態を示す概略図である。 図３は、本発明の一つの実施形態を示す概略図である。 図４は、本発明の一つの実施形態を示す概略図である。 図５は、本発明の一つの実施形態を示す概略図である。 図６は、本発明の方法および装置を例証する実験結果のチャートである。 図７は、本発明の方法および装置を例証する実験結果のチャートである。 図８は、本発明の方法および装置を例証する実験結果のチャートである。 図９は、本発明の方法および装置を例証する実験結果のチャートである。 図１０は、本発明の方法および装置を例証する実験結果のチャートである。 図１１は、本発明の方法および装置を例証する実験結果のチャートである。 図１２は、本発明の方法および装置を例証する実験結果のチャートである。

本発明の一つの実施形態は、充填剤入口および充填剤出口含んだハウジング内のフロースルー型イオン交換充填剤、および入口および出口を有し且つ選択透過性のイオン交換膜で形成されたキャピラリー配管を備えたサプレッサを具備してなり、前記配管は少なくとも部分的に前記イオン交換充填剤の中に配置されている、キャピラリー式イオンクロマトグラフィーのための装置である。

本発明のもう一つの実施形態は、（ａ）入口および出口を有し且つ選択透過性のイオン交換膜で形成され、少なくとも部分的に前記イオン交換充填物の中に配置されたサプレッサと、（ｂ）前記キャピラリー管と流体流通したフロースルー型検出器と、（ｃ）前記検出器からリサイクルされた水性サンプルを、前記フロースルー型ハウジングを通して前記配管の外側へ向けるためのリサイクル導管とを具備した、キャピラリー型イオンクロマトグラフィーのための装置である。

本発明のもう一つの実施形態は、入口および出口を有し且つ選択透過性のイオン交換膜で形成されたキャピラリー管を具備し、該配管は、少なくとも部分的にフロースルーハウジング内に配置され、前記キャピラリー管の外壁は、弱酸性または弱塩基性の官能基を備えた交換可能なイオンを含んでなるサプレッサである。

本発明の更なる実施形態は、（ａ）正または負の一つの電荷の分離されたサンプルイオン種を溶離剤中に含む水性サンプル流を、選択透過性のイオン交換膜で形成されたキャピラリー配管を通して流し、該配管はフロースルー型イオン交換充填剤の中に埋められており、また前記サンプルイオン種に対して反対の電荷の前記溶離剤中の対イオンを、前記配管を横切ってその内壁から外壁へと輸送する工程と、（ｂ）再生剤水溶液を、前記イオン交換充填剤を通して前記配管の外側を通過するように流し、前記配管外壁へと輸送された輸送された対イオンを運び去る工程とを含む、キャピラリー式イオンクロマトグラフィーのための方法である。

本発明の更なる実施形態は、（ａ）正または負の一つの電荷の分離されたサンプルイオン種を溶離剤中に含む水性サンプル流を、選択透過性のイオン交換膜で形成されたキャピラリー配管を通して流し、また前記サンプルイオン種に対して反対の電荷の前記溶離剤中の対イオンを、前記配管を横切ってその内壁から外壁へと輸送する工程と、（ｂ）前記液体サンプル流を検出器を通して流すことによって、前記キャピラリー配管を出る前記分離されたイオン種を検出する工程と、（ｃ）前記水性サンプル流を前記検出器から前記外側配管壁へとリサイクルさせて、前記外側配管壁へと輸送された前記対イオンを運び去る工程とを含む、キャピラリー式イオンクロマトグラフィーのための方法である。

［好ましい実施形態の詳細な説明］
本発明のシステムは、膨大な数のイオン種を決定するために有用である。決定されるべき種は、陰イオンのみまたは陽イオンのみである。適切なサンプルには、表面水、並びに産業化学排液、体液、飲料および飲用水のような他の液体が含まれる。「イオン種」の用語が使用されるとき、それにはイオン形態の種および本発明の条件下でイオン化される分子の成分が含まれる。

一般に、本発明は、クロマトグラフィーがキャピラリースケールで実施される、イオンクロマトグラフィー装置および方法に関する。本発明のイオンクロマトグラフィーシステムは、（ａ）典型的にはクロマトグラフィーカラムの形態のキャピラリー分離カラムと、（ｂ）該クロマトグラフィーカラムからの溶出液が、キャピラリーサイズの配管を通ってその中を流れるサプレッサ（キャピラリーサプレッサ）と、（ｃ）該サプレッサの下流の検出器、典型的には導電率検出器とを含んでいる。

「キャピラリー配管」の用語は、化学分析に一般に使用される狭い空洞キャピラリー配管を包含するように定義されるが、このようなキャピラリー配管に限定されない。その代りに、「キャピラリー配管」の用語は、概ね先行技術キャピラリー配管の内部サイズ規模の寸法を有する配管を広く含むものである。このようなキャピラリーは、典型的には約５〜１，０００ミクロン、より好ましくは約１０〜５００ミクロンの空洞直径を有する。このような寸法は、典型的には、本発明の分離カラムおよびサプレッサキャピラリー配管の両方に適用される。キャピラリー配管の１以上の区画は、連続的なキャピラリー配管を形成するように接合されてもよい。該キャピラリー配管は、例えば、０．１〜５０μＬ／ｍｉｎのキャピラリー流速を導く。

一般に、例えば米国特許第３，８９７，２１３号、同第３，９２０，３９７号、同第３，９２５，０１９号および同第３，９５６，５５９号に示されたような、如何なる周知のイオンクロマトグラフィーシステムが用いられてもよいが、本発明のキャピラリーサプレッサを使用する。

図１に示した本発明の一つの実施形態には、本発明のキャピラリーサプレッサが概略的に示されている。この実施形態では、米国特許第６，６８２，７０１号の図１に示されたタイプの溶離剤発生器が使用されているが、当該特許またはそれ以外に示された他の溶離剤発生器を、本発明のキャピラリーイオンクロマトグラフィーシステムと組み合せて使用することができる。溶離剤発生器の動作原理は、この特許に充分に示されている。図１のシステムは、以下で更に充分に説明するように、検出器からキャピラリー配管の外側への溶液のリサイクルを図示している。異なる形態のサプレッサのためのこのようなリサイクルが、米国特許第５，２４８，４２６号に示されている。

図１の実施形態を詳細に参照すると、図示しない供給源からの脱イオン水が、塩基発生器１５の高圧塩基発生器チャンバ１４を通して、ポンプ１２により送給される。チャンバ１４は、溶離剤イオン源を含む低圧イオン源リザーバ１６から分離されている。図示のように、該システムは陰イオン分析のためのものであり、ここでアナライトのために供給されるイオンは陽イオン、即ち、図示のカリウムイオン、またはナトリウム、リチウムもしくは他の陽イオンである。イオン源リザーバは、‘７０１号特許に示されているようにして補充できる塩基溶液もしくは塩溶液の形態であってよい。帯電された選択透過膜バリアまたはコネクタ１８は、バルク液体流を実質的に妨げる一方、イオン輸送ブリッジを提供して、カリウムイオンを塩基発生チャンバ１４の中へと輸送する。適切な膜、例えばＮａｆｉｏｎ（登録商標）で形成されたものが、‘７０１号特許に示されている。アノード２０（例えば白金）はリザーバ１６と電気的に導通しており、またカソード２２（例えば白金）が塩基発生チャンバ１４の出口に配置されている。‘７０１号特許に図示されているように、樹脂ベッドのような陽イオン交換充填剤が、塩基発生チャンバ１２の中に配置されてよい。塩基発生チャンバ１４の中で塩基、即ちＫＯＨが発生されるように、‘７０１号特許に示された反応を与えるための電気分解が行われる。印加された電界の下で、カリウムイオンがイオン交換コネクタまたは膜を横切って移動し、水酸化物イオンと結合してＫＯＨ溶出剤が形成される。形成されるＫＯＨ溶液の濃度は、印加される電流に比例し、脱イオン水キャリア流の流速に反比例する。カソードでは水素が発生し、これが分析を妨害する可能性がある。従って、典型的には、これも‘７０１号特許に示されている多孔質膜を用いた脱ガス配管装置２６を使用して、発生した水素ガスを除去するのが好ましい。

サンプルは、インジェクタ２８において注入され、塩基発生器１５からの溶離剤によって、イオン交換カラムクロマトグラフィー分離カラム３０へと運ばれる。陰イオン分析については、陰イオン分離媒体、典型的には、上記で述べたようにキャピラリー寸法のカラム３０の中の充填されたイオン交換樹脂を使用して分離が行われる。

図示のように、キャピラリー陰イオン分離カラム３０からの溶出液は、キャピラリー配管３２の入口３２ａへと流れ、次いで、該配管を通って出口３２ａから流出し、検出器３４（適切には導電率検出器）を通過する。配管３２はサプレッサハウジング３６内に収容され、該ハウジングは管状または矩形を含む如何なる形状であってもよい。検出器３４からの溶出液は、ライン３８の中をハウジング３６の入口ポート３６ａへとリサイクルされ、配管３２の外側を、好ましくは該配管３２の中の流れに対して並流で流れ、出口ポート３６ｂから出て行く。

キャピラリー配管３２は、バルク液流を阻止し且つ選択されたイオン（陰イオン分析の場合には陽イオン）の透過を可能にするために、適切には、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）製のような先行技術に記載されたタイプの選択透過性イオン交換膜で形成される。従って、この配管の壁は、これもまたＮａｆｉｏｎ（登録商標）で形成できる先行技術の膜サプレッサまたは膜バリア１８と同じ目的で作用する。サプレッサの詳細については以下で説明する。

他の溶離剤発生器は、ＰＣＴ出願ＷＯ／２００４／０２４３０２に示された炭酸カリウム等の炭酸塩発生器のような、イオン化水供給源と共に使用されてよい。この場合、溶離剤発生器の下流のイオンクロマトグラフィーシステムもまた、図１に示された通りである。例えば、米国特許第５，０４５，２０４号または米国特許第６，５６２，６２８号に示されているような、他の溶離剤発生器を使用することができる。

この溶離剤発生器は、陰イオン分析およびカリウムイオンのような陽イオン発生器について例示されるが、陽イオン分析については、米国特許第６，６８２，７０１号に示されたような膜イオン交換樹脂および電極の極性の適切な反転によって、溶離剤用のＭＳＡまたは他の陰イオンを発生させるために、同じシステムを使用してよい。

上記で例示された溶離剤発生器を含む図１のシステムが、１以上の脱イオン水の流れを使用して、アナライトの分離、溶離剤抑制、およびアナライト検出を含む全体のイオンクロマトグラフィー分離プロセスを実施できることは明らかである。

図２は、本発明に従うキャピラリーサプレッサの実施形態を概略的に図示している。以下では、図１および図２について、同じ部分は同じ番号で示される。図示のように、例えば非導電性プラスチックのカラムで形成された、フロースルーポートを備えたサプレッサハウジング３６は、入口３２ａおよび出口３２ｂを備えたキャピラリー配管３２を含んでいる。該配管は、典型的には液密の治具を通してハウジング３６の中へおよび外へと突出し、また分離カラム３０の出口と直接的または間接的に流体流通して突出する。配管３２の出口３２ｂは、前記ハウジングを通過して突出し、フロースルー検出器３４の入口との流体流通のための配管に結合される。

陰イオン分析の場合は、陽イオン交換キャピラリー配管が、好ましくは陽イオン交換充填剤４０（適切には陽イオン交換樹脂ベッド）の中に、これと直接接触して緊密に埋設される。充填剤４０は、ハウジング３６の中に収容される。図示のように、キャピラリー配管を通って流れる流れのために別々の流体接続が使用される。水性再生液流源は、導管の入口４２から充填剤４０を通って流れ、また出口４４を通り、適切な治具を通して流れる。次いで、溶液は導管を通して検出器３４へと流れる。図１の実施形態において、入口４２のための水供給源は、図１に示すように、検出の後に導電率検出器から流出するサンプル流であり、これは図１に示すようにリサイクル導管３８の中を流れる。

一つの実施形態において、陽イオン交換キャピラリー配管３２は、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）膜材料、または幾つかの他の形態の強酸性陽イオン交換膜製である。サプレッサ内のキャピラリー配管の典型的な長さは、約０．１〜５０ｃｍ、好ましくは１〜２０ｃｍである。好ましい内径は、約０．００１インチ〜０．０１０インチである。一つの実施形態において、イオン分離用の陽イオン交換樹脂は、好ましくはヒドロニウムイオン（Ｈ⁺）形態のスルホネート樹脂のような、強酸性の陽イオン交換樹脂である。

ここで用いられる「強酸性陽イオン」交換樹脂または官能基の用語は、クロマトグラフィーの分野で使用されている通りである。従って、例えばＤｏｗｅｘ ５ＯＷ Ｘ８およびＡｍｂｅｒｌｉｔｅ ＩＲ １２２が通常使用される強酸性陽イオン交換樹脂である。このタイプの樹脂において、官能基は、典型的にはｐＫａが１未満の強酸である。典型的な強酸性官能基にはスルホン酸基が含まれる。

ここで用いられる「弱酸性」交換樹脂または官能基の用語は、クロマトグラフィーの分野で使用されている通りである。従って、例えば、Ｃｈｅｌｅｘ−１００およびＢｉｏ−Ｒｅｘ ７０、並びにＡｍｂｅｒｌｉｔｅ ＩＲＣ−７６が、通常使用される弱酸性陽イオン交換樹脂である。このタイプの樹脂において、官能基は、典型的にはｐＫａが１よりも大きい弱酸である。典型的な弱酸性官能基には、カルボン酸基、クロロカルボン酸基およびホスホン酸基が含まれる。

ヒドロニウム形態の周知の陽イオン交換充填剤４０もまた、この実施形態において使用されてよい。充填剤４０はイオン交換樹脂ベッドの好ましい形態で説明されるが、過度の圧力降下を伴わず且つ充分なイオン交換能力で溶液を流して、電極間に陽イオンまたは陰イオンの導電性ブリッジを形成することを可能にする、十分な多孔性度をもった多孔質連続構造のような他の形態の充填剤が使用されてもよい。一つの構造形態は、過剰な圧力低下を伴わずに約０．１〜３ｍＬ／ｍｉｎの流速を可能にする約１０〜１５％の多孔性度をもった、スルホン化された架橋ポリスチレンで形成された多孔質マトリックスまたはスポンジ様材料である。

例示しない実施形態では、リサイクル導管３８中のサンプル液流の流速が、配管３２の壁を横切って移動するイオンを運び去るその望ましい作用にとって、および／または電気分解適用のためのサプレッサの冷却にとって不充分であるときには、水性液体を流す図示しない追加の供給源が、充填剤４０を通るように向けられてもよい。この場合、水性液体の追加の供給源は、サプレッサにポンプで供給される水流（例えば脱イオン水）を含んでよく、これはリサイクル導管の中の水と共に単一の流れに合体され、または充填材４０を通る別の導管の中に向けられることができる。先行技術のリサイクルを含むサプレッサの場合、配管の中の流れに対して向流で、配管の外側の充填剤を通して水性の水を流すのが好ましい。

導電率検出器からの水性流出液がリサイクルされ、充填剤４０を通して流されるとき、カリウム形態の弱酸性樹脂の加水分解で生じるＫＯＨを除去するための連続的な水の流れが存在する限り、サプレッサは連続的に再生されることができる。樹脂上の官能基の化学的性質に依存して、加水分解の速度は、サプレッサの中へのＫＯＨ溶離剤の流入に関して、装置の抑制能力を決定する制限因子になる可能性がある。サプレッサの樹脂ベッドを通って流れる脱イオン水の第二の流れは、それによって抑制能力が改善されることが期待されるので好ましく、この第二の流れは分離プロセスで使用される流速よりも高い流速であってよい。

陰イオン分析のためには、スルホン化された膜キャピラリー配管が使用され、塩基溶離剤（ＫＯＨ）がキャピラリー配管に導入されたときに、カリウムイオン（Ｋ⁺）は、次式に従ってキャピラリー壁の中のヒドロニウムイオン（Ｈ⁺）と交換する。
Ｒ−ＳＯ₃Ｈ ＋ ＫＯＨ（溶離剤）
→ ＲＳＯ₃Ｋ ＋ Ｈ₂Ｏ（抑制された溶離剤） （１）
Ｒ−ＳＯ₃Ｈ ＋ ＫＸ（アナライト）
→ ＲＳＯ₃Ｋ ＋ ＨＸ（抑制されたアナライト） （２）

上記式において、Ｒは、キャピラリー上のイオン交換表面を表す。陽イオン交換キャピラリーは、陽イオン交換樹脂のベッドと物理的に直接接触しているので、陽イオン交換キャピラリーの壁上の最初に交換されたＫ⁺イオンは、該壁に直接隣接した樹脂ビーズ上のＨ⁺イオンと交換し続ける。その後、この交換プロセスは、陽イオンキャピラリーと物理的に直接接触せず、且つキャピラリー配管から更に遠くに位置する樹脂ビーズとの間で生じ続ける。このプロセスにおいて、陽イオン交換樹脂ビーズは、陽イオン交換キャピラリー配管を再生させるための再生イオン（即ち、Ｈ⁺イオン）の供給源になる。この抑制プロセスは、陽イオン交換キャピラリーを取囲む陽イオン交換ビーズにおいてカリウム形態の方が優性になり、また陽イオン交換キャピラリーの中へのヒドロニウムイオンの流入が、入ってくるＫＯＨ溶離剤を中和するためには不充分なレベルに低下する時点まで継続される。

所定の溶離剤濃度および流速における当該装置の効果的な抑制能力は、キャピラリーの長さ、キャピラリー内部における溶離剤の流れプロファイル、樹脂のイオン交換能力、樹脂の粒子サイズ、キャピラリーを取囲む樹脂の量、樹脂ベッドの形状寸法等を含む多くの因子に依存する。当該装置の抑制能力を増大させるために、陽イオン交換キャピラリー配管は、溶離剤とキャピラリー壁との接触を増大させるように、該キャピラリーを通過する溶離剤のための曲がりくねった流路を形成するような外形寸法パターンに編むことができる。当該装置の抑制能力を増大させるために、キャピラリーサプレッサのデッド容積を減少させ、また溶離剤とキャピラリー壁との接触が増大するように、陽イオン交換キャピラリーの内部間隙にも、不活性なまたは陽イオン交換モノフィラメントを充填してよい。サプレッサの有効な抑制能が使い尽くされたら、全体の樹脂ベッドをヒドロニウム形態に再度変換するために、酸の外部供給源を使用して当該装置の樹脂ベッドをオフラインで再生することができる。一定の水流は、イオン交換部位の間でのカリウム／ヒドロニウムの交換を促進して、当該装置の有効抑制能を増大させる。図１に示したキャピラリーイオンクロマトグラフィーシステムにおいて、導電率検出器からの水性流出液をリサイクルさせて、キャピラリーサプレッサの樹脂ベッドに通すことができる。或いは、同じ機能を提供するために、別の脱イオン水の流れをサプレッサの樹脂ベッドに通してもよい。

図２に示すように、キャピラリー配管３２は、曲りくねった経路の中を流すためにコイル状に形成される。抑制を達成するためのサプレッサキャピラリー配管の望ましい長さに応じて、該配管は直線状であってもよく、またはコイル状もしくは如何なる望ましい形状であってもよい。典型的には、流れに対する抵抗の故に、直角に曲げられた図示の形態ではないであろう。

もう一つの実施形態では、キャピラリー配管３２を取囲む陽イオン交換樹脂充填剤４０が強酸官能基に加えて弱酸官能基を含むことを除き、図２のサプレッサが用いられてよい。キャピラリー３２を取囲む陽イオン交換樹脂充填剤に結合したＨ⁺イオンは、再生イオン（例えばＨ⁺イオン）の供給源として作用し、抑制プロセスをサポートする。当初キャピラリーの壁上に交換されたＫ⁺イオンは、当該壁に直接隣接したイオン交換樹脂ビーズ上のＨ⁺イオンと交換し続ける。この交換プロセスが継続して、配管３２の壁と直接に物理的接触していない当該壁から離れて位置する樹脂ビーズにおいても交換が生じることになる。同時に、カリウム形態の弱酸性樹脂は、次式に従って加水分解を受けることができる。
Ｒ−ＣＯ₃Ｋ ＋ Ｈ₂Ｏ → ＲＣＯ₃Ｈ ＋ ＫＯＨ （３）

樹脂ベッドを通過する一定の水流が存在するとき、この樹脂の加水分解反応で形成されたＫＯＨは、該樹脂ベッドから流出すことができる。次いで、再生された樹脂は、次式に従う抑制プロセスのために再度利用可能になる。
Ｒ−ＣＯ₃Ｈ ＋ ＫＯＨ → ＲＣＯ₃Ｋ ＋ Ｈ₂Ｏ （４）

所定の溶離剤濃度および流速での当該装置の有効な抑制能力は、キャピラリーの長さ、キャピラリー内部の溶離剤の流れプロファイル、樹脂のイオン交換能力、樹脂の粒子サイズ、キャピラリーを取囲む樹脂の量、樹脂ベッドの形状などを含む多くの因子に依存する。この実施形態において、樹脂ベッドは、強酸性陽イオン交換樹脂および弱酸性陽イオン交換樹脂の両者の混合物からなってもよい。これは、二つの異なるタイプの樹脂の均一または不均一な混合において行うことができる。この樹脂混合物において、弱酸性イオン交換樹脂は、上記で述べた加水分解により連続的に再生されることができる。これは、外部の酸溶液を用いたオフラインでの再生を必要としない連続運転の利点を与える。

本発明のサプレッサに使用するためのキャピラリー配管３２のもう一つの実施形態が、図３に概略的に描かれている。この実施形態において、陽イオン交換キャピラリーは、強酸性官能基および弱酸性官能基の両方を含んでいる。図３は、この実施形態に使用される陽イオン交換キャピラリーの断面を模式的に示している。陽イオン交換キャピラリーの内壁は、殆ど強酸性官能基を含むイオン交換材料でできている。該キャピラリーの外壁は、弱酸性官能基を含んでいる（例えば、このような基を含む線型ポリマーを用いて強酸性キャピラリー配管にグラフトすることにより、該キャピラリーに結合される）。固体ポリマー表面上に発生させた活性部位からモノマーをグラフト重合することによって、キャピラリーのポリマー表面を修飾するのに適した技術が周知である（例えば、Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Supplement VoI, 2^nd edition, John Wiley & Sons (1989) 678, Macromolecules, Vol. 9, (1976), 754, and Macromolecules, Vol. 12, (1979), 1222参照）。最も普通の技術は、⁶⁰Ｃｏ源のような放射線源を使用するγ放射線であり、これは表面にラジカルを発生させるが、熱的方法、光化学的方法、プラズマ法および湿式化学法もまた、開始のための遊離ラジカル部位を導入するために使用することができる。モノマーは、気相もしくは溶液で存在することができ、またはニートの液体として存在することができる。イオン交換キャピラリーを修飾して弱酸性官能基を該キャピラリーの外壁に含めるために、表面グラフト重合技術を使用することができる。

ＫＯＨ溶離剤がキャピラリー配管の中に侵入するに伴って、カリウムイオン（Ｋ⁺）は、キャピラリーの内壁のヒドロニウムイオン（Ｈ⁺）と交換する。その後、陽イオン交換キャピラリーの内壁上で最初に交換されたＫ⁺イオンは、該キャピラリーの外壁に結合された弱酸性官能基上のＨ⁺イオンとの交換を続ける。先に述べた通り、カリウム形態での弱酸性官能基は、次式に従って加水分解反応を受けることができる。
Ｒ−ＣＯ₃Ｋ ＋ Ｈ₂Ｏ → ＲＣＯ₃Ｋ ＋ ＫＯＨ （４）

加水分解反応で形成されたＫＯＨは、陽イオン交換キャピラリー３２の外側を流れる一定の水流が存在するときは、プラスチックハウジング３６から外へと引出すことができる。この動作モードでは、発生したＫＯＨを除去するための連続的な水流が存在する限り、サプレッサは連続的に再生されることができる。導電率検出器３４からの水性流出液は、陽イオン交換キャピラリーの外側を流れるようにリサイクルさせることができる。それによって抑制能力の改善が期待されるので、適切には分離プロセスで使用される流速よりも高い流速をもった、第二の脱イオン水の流れを使用してもよい。この実施形態において、キャピラリー配管の外壁に結合された弱酸性官能基は、上記で述べた電気分解によって連続的に再生されることができる。これは、外部の酸溶液を用いたオフラインでの再生を必要としない、連続運転の利点を提供する。

図４は、陰イオン分析のための、連続運転可能な電気分解キャピラリー式サプレッサの実施形態を図示している。図２および図４の同様の部分は同様の番号で示されている。この実施形態では、図２の実施形態におけるように、キャピラリー式イオンサプレッサは陽イオン交換キャピラリー配管３２を含んでおり、該配管は、二つのフロースルーポートを備えたプラスチック製カラムハウジングの中に収容された陽イオン交換樹脂４０のベッドの内部に緊密に埋設されている。樹脂ベッドの入口には、フロースルー型アノード５０（例えば穿孔されたＰｔアノード）が設けられ、また樹脂ベッドの出口には、フロースルー型カノード５０（例えば穿孔されたＰｔカノード）が設けられている。両方の電極とも、好ましくは上記タイプの充填剤４０と直接接触している。陽イオン交換キャピラリー配管は、上記寸法の上記材料で作成されてよい。このタイプの電気分解キャピラリー式サプレッサの動作において、樹脂ベッドは、装置のアノードでの水の電気分解により発生したヒドロニウムイオンによって連続的に再生される。一つの形態の連続電気分解による抑制の原理および詳細が、米国特許第６，４６８，８０４号に図示されている。図１に示すように、電気分解に使用される水としては、導電率検出器からリサイクルされる水性流出液を供給することができる。また、上記で述べたように、リサイクル流の代りに、またはその補充として、別の脱イオン水の流れを樹脂ベッドに流してもよい。

電気分解キャピラリー式サプレッサのもう一つの実施形態（図示せず）において、このサプレッサの動作は、電気分解反応のために使用される水が、充填剤４０の中心付近（例えば図４の中央底）に位置する流体接続ポートを通して樹脂ベッドの中に通されることを除き、図４に示した実施形態と同じである。この構成において、水は、当該装置を出る前に二つの流れに分割される（一つの流れは装置のアノード５０を流れ、他の流れは装置のカソード５２を通って流れる）。この実施形態の一つの利点は、電気分解反応の際に形成されたガス（即ち、アノードにおける酸素およびカソードにおける水素）が、樹脂ベッドを通って流れる代りに装置から一掃されることであり、これはサプレッサ特性の改善を導き得るものである。

図５は、陰イオン分析のための、電気分解キャピラリー式サプレッサのもう一つの実施形態を示している。この実施形態において、サプレッサ６０は三つのチャンバを含んでおり、中央のチャンバはイオン交換充填剤４０を含んでいて、ここにキャピラリー配管３２が上記で示したように埋設される。該システムのこの部分について、同様の部材は図１〜４について同様の番号が付されている。図１の装置と同様に、クロマトグラフィーカラムからのサンプルを含有する溶離剤がキャピラリー配管の入口３２ａの中に流れ、キャピラリー配管３２ｂを出た液体は検出器へと流れる。水供給源６２は、検出器および／または幾つかの他の水性液体供給源からリサイクルされてよい。図４と図５の実施形態の間の主な相違は、フロースルー充填剤４０と接触していない一つまたは二つの電極チャンバの存在である。この例では、充填剤４０を出る溶液が、アノード５２が配置される電極チャンバ６４の中に流入する。図示のように、任意の選択透過性バリア６６が、充填材４０を電極チャンバ６２から分離している。電極チャンバ６４を出た溶液は、カソード５０のための電極チャンバ６８（これも、任意のバリア７０によって充填剤４０から分離されてよい）を通る導管６０の中をリサイクルされてよい。充填された樹脂ベッドを抑制するための、バリア６８および７０を備えたまたは備えない別個の電極チャンバの使用は、米国特許第６，０２７，６４３号の図２の実施形態に示されている。これら実施形態の間の主要な相違は、’６４３号特許では、溶離剤を含むサンプルの流れが、本発明のように樹脂ベッド内のキャピラリー配管を通るのではなくて、それと接触している点である。電気分解動作の一般的な原理は、フロースルー樹脂ベッドから電極が隔離されている点を除き、図４および図５の実施形態の場合と同じである。水の流れは、アノードチャンバおよびカソードチャンバに送られて電気分解反応に使用されるように、充填剤を通して流されるのが好ましい。充填剤４０を通る水の流れは、電気分解キャピラリー式サプレッサの動作において発生した熱を除去するのに役立つ。

電気分解キャピラリー式イオン抑制の実施形態において、サプレッサは、連続的または間欠的に動作させることができる。間欠的動作の場合、有効な抑制能力が使い尽くされたときには、次のサイクルのために樹脂ベッドを電気分解により再生させ、カリウムイオンを除去して充填剤をヒドロニウム形態へと逆に変換することができる。このような間欠的な動作の頻度は、装置のサイズおよび溶離剤の流入に依存するであろう。

充填剤４０のオフラインでの再生を必要とすることなく、連続的な運転を可能にするために、充填剤の合計イオン交換能力は、特定の溶離剤の流れについて必要な能力の量に対応するように選択されてよい。例えば、図４のような電気分解動作について、充填剤の合計イオン交換能力は、キャピラリー配管のイオン交換能力より少なくとも１０倍、ないし１０，０００〜１００，０００倍高い。

パッキング電極および膜の極性の適切な反転によって、先行技術のキャピラリー式サプレッサは、陽イオン分析のための酸溶離剤を抑制するために使用することができる。

本発明を更に説明するために、以下の非制限的実施例が提供される。

実施例１： キャピラリークロマトグラフィー流速でのＫＯＨ溶離剤の電気分解的生成
この実施例は、キャピラリークロマトグラフィー流速での、ＫＯＨ溶液の電気分解的生成を立証するものである。改良型Ｄｉｏｎｅｘ Ｐ６８０ポンプ（Dionex Corporation, Sunnyvale, CA）を使用して、１０μＬ／ｍｉｎで脱イオン水の流れを送給した。脱イオン水は、先ずＡＴＣ−ＨＣカラムおよびＣＴＣ−１カラムを通されてイオン性汚染物を除去され、次いで、ＫＯＨ溶液の発生のためにＫＯＨ溶離剤発生器に通された。このＫＯＨ溶離剤発生器は、Ｄｉｏｎｅｘ ＥＧＣ−ＫＯＨカートリッジ（Ｐ／Ｎ０５８９００）を改変することにより調製された。Ｋｅｉｔｈｌｅｙモデル２２０プログラム可能な電流供給源（Keithely Instruments, Inc., Cleveland, OH）を使用して、ＫＯＨ溶離剤発生器のアノードおよびカソードにＤＣ電流を供給した。改良されたフロースルー型導電率セルを装備したＤｉｏｎｅｘ ＥＤ５０Ａ導電率検出器を使用して、形成されたＫＯＨ溶液のコンダクタンスをモニターした。機器制御、データの収集および処理のために、Ｄｉｏｎｅｘ Ｃｈｒｏｍｅｌｅｏｎ ６．５コンピュータワークステーションを使用した。

図６は、電気分解的に発生されたＫＯＨ溶離剤の、１０μＬ／ｍｉｎでの８つのコンダクタンスプロファイルの重なりを示している。この実施例において、溶離剤発生器に印加されたＤＣ電流は、２０ｍＭのステップで０ｍＭ〜２００ｍＭの濃度範囲でのＫＯＨ溶離剤の発生を達成するために、０．３２１ｍＡのステップで、０ｍＡから３．２１まで変化された。図６に示した結果は、キャピラリー流速において、広範な濃度範囲に亘って再現可能なＫＯＨ溶液を発生させることが可能であることを示している。

実施例２： 共通の陰イオンのキャピラリーＩＣ分離における、樹脂相再生キャピラリー陰イオンサプレッサの使用
この実施例は、共通の陰イオンのキャピラリーＩＣ分離における、図２に示したタイプの樹脂相再生キャピラリー式アニオンサプレッサの使用を示すものである。該実験に使用されるキャＰラリーＩＣシステムは、図１に示したスキームに従って構築された。改良型Ｄｉｏｎｅｘ Ｐ６８０ポンプ（Dionex Corporation, Sunnyvale, CA）を使用して、脱イオン水を１２μＬ／ｍｉｎで送給した。ＫＯＨ溶離剤を発生させるために、脱イオン水を、最初はＤｉｏｎｅｘ ＡＴＣ−ＨＣカラムおよびＣＴＣ−１カラムを通過させてイオン性汚染物を除去し、次いで、Ｄｉｏｎｅｘ ＥＧＣ−ＫＯＨカートリッジ（Ｐ／Ｎ０５８９００）を改変することにより調製されたＫＯＨ溶離剤発生器の中に通した。Ｋｅｉｔｈｌｅｙモデル２２０プログラム可能な電流源（Keithely Instruments, Inc., Cleveland, OH）を使用して、ＫＯＨ溶離剤発生器のアノードおよびカソードにＤＣ電流を供給した。ＫＯＨ溶離剤発生器の出口は、電気分解溶離剤発生プロセスの間に発生した水素ガスを除去するために、高圧脱ガスユニットに連結された。サンプルの注入のために、Ｒｈｅｏｄｙｎｅ・６ポートピーク高圧注入弁（Cotati, CA）を使用した。キャピラリー式陰イオン分離カラムは、長さ２５０ｍｍおよび内径３８０μｍの１／１６インチＯＤ ＰＥＥＫ配管の中に、独占権に係るＤｉｏｎｅｘ表面官能化陰イオン交換樹脂を充填することによって調製された。改良されたフロースルー導電率セルを装備したＤｉｏｎｅｘ ＥＤ５０Ａ導電率検出器を使用した。機器制御、データの収集および処理のために、Ｄｉｏｎｅｘ Ｃｈｒｏｍｅｌｅｏｎ ６．５コンピュータワークステーションを使用した。

この実施例において、キャピラリー式サプレッサは、図２に示した基本スキームに従って調製された。二つのフロースルー型液体連結ポートを備えたＰＥＥＫカラム（９ｍｍＩＤ × 長さ１５０ｍｍ）の内部に収容された、８％架橋および２０μｍのスルホン化スチレンジビニルベンゼン樹脂ビーズ（Dionex Corporation）ベッドの内部に、長さ１５ｃｍのＮａｆｉｏｎ（登録商標）陽イオン交換キャピラリー配管（０．００４インチＩＤ × ０．０１０インチＯＤ）を埋設した。また、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）陽イオン交換キャピラリー配管への別の流体接続を提供するための措置もなされた。導電率セルからの抑制された流出液が、１２μＬ／ｍｉｎでサプレッサの樹脂ベッドに通された。

図７は、上記で述べたシステムを使用して得られた、７種の共通の陰イオン（フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、亜硝酸イオン、硝酸イオン、硫酸イオンおよびリン酸イオン）の分離を示している。ＫＯＨ溶離剤の濃度は、３８ｍＭ〜２００ｍＭで変化させた。ＫＯＨ溶離剤の濃度が３８ｍＭのときに、７種の全ての陰イオンの完全な分解能が得られた。更に高いＫＯＨ濃度では、予測された通り、陰イオンの同時溶出が観察された。図７に示した結果は、共通の陰イオンのキャピラリーＩＣ分離において異なる濃度のＫＯＨ溶離剤を抑制するために、図２に記載したタイプの樹脂相再生キャピラリー式陰イオンサプレッサを首尾よく使用できることを示している。更に重要なこととして、図７に示した結果は、一つの脱イオン水の流れを使用して陰イオンの分離を行うために、図１に記載したキャピラリーＩＣシステムが使用できることを立証している。

実施例３： 陰イオン分析のためのＫＯＨ溶離剤の抑制における、樹脂相再生キャピラリー式サプレッサの動作
この実施例は、図２に記載したタイプの樹脂相再生キャピラリー式陰イオンサプレッサの、共通の陰イオンのキャピラリーＩＣ分離における使用を示すものである。この実施例に使用されるキャピラリー式イオンクロマトグラフィーシステムは、異なる樹脂相再生キャピラリー式陰イオンサプレッサを使用した点を除き、実施例２において使用されたものと同じであった。この実施例において、キャピラリー式サプレッサは、図２に示した基本スキームに従って調製された。長さ１５ｃｍのＮａｆｉｏｎ（登録商標）陽イオン交換キャピラリー配管（０．００４インチＩＤ × ０．０１０インチＯＤ）を、二つのフロースルー型液体連結ポートを備えたＰＥＥＫカラム（９ｍｍＩＤ × 長さ１５０ｍｍ）の内部に収容された樹脂ベッドの内部に埋設した。また、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）陽イオン交換キャピラリー配管への別の流体接続を提供するための措置もなされた。このサプレッサ樹脂ベッドは、９５％（ｗ／ｗ）架橋された２０μｍのスルホン化スチレンジビニルベンゼン樹脂（Dionex Corporation）、および５％（ｗ／ｗ）の２００〜４００メッシュのＣｈｅｌｅｘ−１００樹脂（Bio-Rad Laboratories, Hercules, CA）で作製された。Ｃｈｅｌｅｘ−１００樹脂は、弱酸性のイミノニ酢酸官能基を備えた陽イオン交換体である。導電率セルからの抑制された流出液は、１２ｍＬ／ｍｉｎでサプレッサの樹脂ベッドに通された。

この実施例において、実施例２に記載したの同じキャピラリー式陰イオン分離カラム上で、７種の陰イオン（フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、亜硝酸イオン、硝酸イオン、硫酸イオンおよびリン酸イオン）の分離を４００回以上（各運転＝２０ｍｉｎ）連続的に実施し、キャピラリー式サプレッサの更に長期の特性をモニターした。１００ｍＭのＫＯＨを溶離剤として使用した。図８に示すように、該サプレッサは、少なくとも３８０回の運転については安定な抑制されたバックグラウンドを提供した。運転＃３９０については、僅かに不安定な抑制されたバックグラウンドが観察された。運転＃４００については、顕著に不安定な抑制されたバックグラウンドが観察された。図８に示した結果は、図２に示したタイプの樹脂相再生キャピラリー式陰イオンサプレッサが、共通の陰イオンのキャピラリーＩＣ分離において、長期間に亘り充分に機能できることを示唆している。加えて、図８に示した結果は、脱イオン水の一つの流れを使用して陰イオンの分離を実施するために、図１に示したキャピラリーＩＣシステムを使用できることを再度立証している。

実施例４： ヒドロニウム形態のスルホン化樹脂ビーズと、カリウム形態のスルホン化樹脂ビーズとの間での陽イオンの交換
この実施例は、ヒドロニウム形態のスルホン化樹脂ビーズと、カリウム形態のスルホン化樹脂ビーズとの間での、陽イオンの交換を視覚的に示すものである。この実施例において、キャピラリー式サプレッサは、図２に示した基本スキームに従って調製された。０．００４インチＩＤ × ０．０１０インチＯＤ（Dionex Corporation）の独占権に係るグラフトされ且つスルホン化された長さ１５ｃｍのＴＦＥキャピラリー配管を、２００〜４００メッシュのＡＧ５００ＷＸ１６樹脂、即ち、Ｂｉｏ−Ｒａｄ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ（Hercules, CA）から入手可能なスルホン化陽イオン交換体のベッドの内部に埋設した。樹脂ベッドは、Ｂｉｏ−Ｃｈｅｍバルブ社（Boonton, New Jersey, USA）から入手可能な透明なガラスカラム（６ｍｍＩＤ × 長さ２５０ｍｍ）の内部に収容された。該ガラスカラムの中に配置する前に、２００〜４００メッシュのＡＧ５０ＷＸ１６樹脂は、少量のキナルジン赤陽イオン性色素で均一にコートされた。該コートされた樹脂は、水素形態であるときには金色を有している。このコートされた樹脂の色は、それがカリウム形態であるときにはマゼンタ色に変化する。従って、該樹脂の色変化は、ヒドロニウム形態のスルホン化樹脂ビーズとカリウム形態のスルホン化樹脂ビーズとの間での、陽イオンの交換を視覚化するために使用することができる。このキャピラリー式サプレッサは、実施例２に記載したシステムを使用して評価された。該サプレッサは、１０μＬ／ｍｉｎで２０ｍＭのＫＯＨを抑制するために連続的に使用された。この実施例において、導電率セルからの抑制された溶離剤は廃棄に回された。第二の脱イオン水の流れは、樹脂ベッドを通して０．２５ｍＬ／ｍｉｎでポンプ輸送された。

６時間の運転の後に、スルホン化ＴＦＥキャピラリーの入口端を取囲む樹脂について、僅かな色変化が観察された。７２時間の運転の後には、サプレッサの入口端における樹脂ベッドについて、樹脂の色の遥かに顕著な変化が観察された。１４４時間の運転の後には、サプレッサの入り口端における樹脂ベッドについて、マゼンタ色の明瞭な樹脂帯が観察された。これらの結果は、陽イオン交換キャピラリーの壁上で最初に交換されたＫ⁺イオンが、該壁に直接隣接した樹脂ビーズ上のＨ⁺イオンとの交換を継続し、またこの交換プロセスはその後も継続して、陽イオン交換キャピラリーと物理的に直接接触せずに該キャピラリー配管から離間して位置する樹脂ビーズとの間でも生じることを視覚的に立証している。

もう一つの実験において、キナルジン赤でコートされたカリウム形態（マゼンタ色）の１ドロップのＡＧ５００ＷＸ１６樹脂が、ビーカーの中で、キナルジン赤でコートされたヒドロニウム形態（金色）のＡＧ５００ＷＸ１６樹脂のベッド上に配置された。２時間後に、マゼンタ色の強さの顕著な減少が観察された。約７２時間後には、添加された樹脂ドロップは更に色あせた。１９２時間後、添加された樹脂ドロップは樹脂ベッドの残部から殆ど識別できず、添加された樹脂ドロップがヒドロニウム形態に変換されたことが示された。

実施例５： 電気分解的に再生されたＫＯＨ溶離剤、および図５に示したタイプの電気分解キャピラリー式サプレッサを備えた抑制された導電率検出器を使用した、陰イオンアナライトのキャピラリーＩＣ分離
この実施例は、共通の陰イオンのキャピラリーＩＣ分離における、図５に示したタイプの電気分解キャピラリー式陰イオンサプレッサの使用を示している。この実施例に使用されたキャピラリー式クロマトグラフィーシステムは、電気分解キャピラリー式アニオンサプレッサを使用した点を除き、実施例２で使用したものとほぼ同じである。この実施例では、電気分解キャピラリー式サプレッサが調製された。該キャピラリー式陰イオンサプレッサは、三つのＰＥＥＫチャンバからなっていた。溶離剤チャンバは、陽イオン交換樹脂のベッド（６〜８ｍｍＩＤ × １０〜２５ｍｍの長さ）の内部に緊密に埋設された陽イオン交換キャピラリー配管を含んでいた。該樹脂ベッドの中の陽イオン交換キャピラリー配管への流体接続を提供するための措置も施された。電気分解キャピラリーサプレッサの構築において、０．００４インチＩＤ × ０．０１０インチＯＤ（Dionex Corporation）で長さ１５ｃｍの独占権に係るグラフトされ且つスルホン化されたＴＦＥキャピラリー配管、または長さ１５ｃｍのＮａｆｉｏｎ（登録商標）陽イオン交換キャピラリー配管（０．００４インチＩＤ × ０．０１０インチＯＤ）の何れかを使用した。該溶離剤チャンバは、独占権に係るグラフト化およびスルホン化されたＴＦＥ陽イオン交換イオン交換膜（Dionex Corporation）を使用して、カソード再生チャンバおよびアノード再生チャンバから物理的に分離された。カソードチャンバは穿孔Ｐｔカソードを含み、またアノードチャンバは穿孔Ｐｔアノードを含んでいた。両方の電極チャンバは、二つの流体接続ポート（入口および出口）を有していた。この実施例において、伝導率セルからの抑制された溶出液は廃棄に回された。第二の脱イオン水の流れが、０．１〜０．２５ｍＬ／ｍｉｎの流速で、最初に溶離剤チャンバ内の樹脂ベッドを通してポンプ輸送され、次いでアノード再生チャンバおよびカソード再生チャンバへと輸送された。Ｄｅｏｎｅｘ ＥＤ５０Ａモジュールを使用して、電気分解キャピラリー式サプレッサに２０ｍＡのＤＣ電流を供給した。陰イオンのイオンクロマトグラフィー分離に使用されるＫＯＨ溶離剤を発生させるために、Ｄｉｏｎｅｘ ＥＧ４０溶離剤発生器制御モジュールを使用して、ＫＯＨ溶離剤発生カートリッジにＤＣ電流を供給した。

図９は、１０μＬ／ｍｉｎにおいてＫＯＨ溶離剤の濃度が２０〜２００ｍＭで変化されたときの、当該システムを使用して得られた抑制された伝導率バックグラウンドを示している。この結果は、該電気分解キャピラリー式サプレッサが、種々の濃度でのＫＯＨを効果的に抑制できたことを示している。

図１０は、適切にラテックス凝集された陰イオン交換体（Dionex Corporation）を充填したキャピラリーカラム上での、７種類の共通の陰イオン（フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、亜硝酸イオン、硝酸イオン、硫酸イオンおよびリン酸イオン）の２０回の連続的な分離運転の重なりを示している。この分離は、３８ｍＭのＫＯＨを１０μＬ／ｍｉｎで使用して行われた。これらの結果は、標的陰イオンの高度に再現可能な分離を示しており、アナライト保持パーセントの相対的標準偏差（ＲＤＳ）は、硫酸イオンについての０．０２８％〜リン酸イオンについての０．１０％に亘り、またアナライトピーク面積パーセントのＲＳＤは、亜硝酸イオンについての０．０３３％〜リン酸イオンについての０．５８％に亘る。

図１１は、１１種の共通の陰イオン（フッ化物イオン、亜塩素酸イオン、臭素酸イオン、塩化物イオン、亜硝酸イオン、塩素酸イオン、臭化物イオン、硝酸イオン、炭酸イオン、硫酸イオンおよびリン酸イオン）について、１０回の連続的分離運転の重なりを示している。この分離は、４５ｍＭのＫＯＨを１０μＬ／ｍｉｎで使用して行われた。これらの結果もまた、標的陰イオンの高度に再現可能な分離を示しており、アナライト保持パーセントの相対的標準偏差（ＲＤＳ）は、リン酸イオンについての０．０７２％〜亜硝酸イオンについての０．１９％に亘った。

上記の結果は、脱イオン水だけをキャリア流として使用して、標的とする陰イオンアナライトの信頼性ある測定を提供するために、本発明で説明したキャピラリー式ＩＣシステムを使用できることを示している。

実施例６： 電気分改定に発生されたＭＳＡ溶離剤を使用した陽イオンアナライトのキャピラリー式ＩＣ分離、および図５に示したタイプの電気分解キャピラリー式サプレッサを備えた抑制された伝導率検出
この実施例は、共通の陽イオンのキャピラリー式ＩＣ分離における、図５に示したタイプの電気分解キャピラリー式陽イオンサプレッサの使用を立証するものである。この実施例で使用したキャピラリー式イオンクロマトグラフィーシステムの基本的なシステム部品は、陽イオン分析について図１に示したものとほぼ同じであった。メタンスルホン酸（ＭＳＡ）溶離剤発生器は、Ｄｉｏｎｅｘ ＥＧＣ−ＭＳＡカートリッジ（Ｐ／Ｎ０５８９０２）を改良することにより作製された。陽イオンのイオンクロマトグラフィー分離に使用するＭＳＡ溶離剤を発生させるために、Ｋｅｉｔｈｌｅｙモデル２２０プログラム可能な電流供給源（Keithely Instruments, Inc., Cleveland, OH）を使用して、ＭＳＡ溶離剤発生カートリッジにＤＣ電流を供給した。

電気分解キャピラリー式サプレッサは、図５に示した基本スキームに従って調製された。該キャピラリー式陰イオンサプレッサは、三つのＰＥＥＫチャンバからなっていた。溶離剤チャンバは、強塩基性陰イオン交換樹脂のベッド（６ｍｍＩＤ × ２０ｍｍの長さ）の内部に密に埋設された、０．００４インチＩＤ × ０．０１０インチＯＤで長さ１５ｃｍの独占権に係るグラフトされ且つアミノ化されたＴＦＥキャピラリー配管（Dionex Corporation）を含んでいた。該樹脂ベッドの中の陽イオン交換キャピラリー配管への流体接続を提供するための措置が施された。該溶離剤チャンバは、独占権に係るグラフト化およびアミノ化されたＴＦＥ陽イオン交換イオン交換膜（Dionex Corporation）を使用して、カソード再生チャンバおよびアノード再生チャンバから物理的に分離された。カソードチャンバは、穿孔Ｐｔカソードを含み、またアノードチャンバは穿孔Ｐｔアノードを含んでいた。両方の電極チャンバは、二つの流体接続ポート（入口および出口）を有していた。この実施例において、伝導率セルからの抑制さえれた溶出液は廃棄に回された。第二の脱イオン水の流れが、０．２ｍＬ／ｍｉｎの流速で、最初に溶離剤チャンバ内の樹脂ベッドを通してポンプ輸送され、次いでカソード再生チャンバおよびアノード再生チャンバへと輸送された。Ｄｅｏｎｅｘ ＳＣ２０サプレッサ制御モジュールを使用して、電気分解キャピラリー式サプレッサに１５〜２０ｍＡのＤＣ電流を供給した。

図１２は、独占権に係る表面官能化陽イオン交換体（Dionex Corporation）を充填したキャピラリーカラム上での、６種類の共通の陽イオン（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、およびカルシウム）の分離を示している。８ｍＭのＭＳＡを１０μＬ／ｍｉｎで使用して分離が行われた。全ての陽イオンアナライトの優れた分解能が得られた。これらの結果は、脱イオン水だけをキャリア流として使用して、目的とする陽イオンアナライトの分離を提供するために、本発明で説明したキャピラリー式ＩＣシステムを使用できることを示している。

また、好ましい実施態様として、本発明を次のように構成することもできる。
１． イオンクロマトグラフィーのための装置であって、
（ａ）充填剤入口および充填剤出口含んだハウジング内のフロースルー型イオン交換充填剤、並びに入口および出口を有し且つ選択透過性のイオン交換膜で形成されたキャピラリー配管を備えたサプレッサを備え、
前記配管は、少なくとも部分的に前記イオン交換充填剤の中に配置される装置。
２． 更に、（ｂ）前記充填剤入口と流体流通して流れる水性再生液源、を有する上記１に記載の装置。
３． 更に、（ｃ）前記キャピラリー配管入口と流体流通した、キャピラリークロマトグラフィーカラムを有する上記２に記載の装置。
４． 更に、（ｄ）前記キャピラリー配管の出口と流体流通したフロースルー型検出器を有する上記３に記載の装置。
５． 更に、（ｅ）前記検出器からリサイクルされた水性液体を前記イオン交換充填剤へと向わせるためのリサイクル導管を有し、前記水性再生液源が前記リサイクルされた水性液体を含む上記４に記載の装置。
６． 前記水性再生液源が更に、前記リサイクルされた水性液体に加えて、水生液体を流す追加の供給源を有する上記５に記載の装置。
７． 前記キャピラリー配管の少なくとも一部が、前記充填剤と直接接触している上記１に記載の装置。
８． 前記充填剤が、イオン交換粒子の充填されたベッドを含む上記１に記載の装置。
９． 前記イオン交換充填剤が、弱酸性または弱塩基性の官能基を含んだ交換可能なイオンを備えた基体を含む上記１に記載の装置。
１０． 前記イオン交換充填剤が更に、強酸性または強塩基性官能基を含んた交換可能なイオンを備えた基体を含む上記９に記載の装置。
１１． 前記キャピラリー配管の外壁が、弱酸性または弱塩基性の官能基を備えた交換可能なイオンを含む上記１に記載の装置。
１２． 前記キャピラリー配管の内壁が、強酸性または強塩基性の官能基を備えた交換可能なイオンを含む上記１１に記載の装置。
１３． 前記弱酸性または弱塩基性の官能基が、前記配管の外壁にグラフト化されたポリマー上の部分を含む上記１１に記載の装置。
１４． 更に、（ｂ）前記イオン交換充填剤の対向側にある離間した第一および第二の電極を有する上記１に記載の装置。
１５． 前記充填剤の入口が、前記第一および第二の電極の中間に配置される上記１４に記載の装置。
１６． 前記第一の電極が、電極チャンバ内に配置される上記１４に記載の装置。
１７． 前記第二の電極が、電極チャンバ内に配置される上記１６に記載の装置。
１８． 更に、（ｃ）前記第一の電極と前記充填剤の間の、選択透過性イオン交換バリアを有する上記１６に記載の装置。
１９． キャピラリー式イオンクロマトグラフィーのための装置であって、
（ａ）入口および出口を有し且つ選択透過性イオン交換膜で形成されたキャピラリー配管を備え、該配管は少なくとも部分的にフロースルー型ハウジング内に配置されるサプレッサと、
（ｂ）前記キャピラリー配管と流体流通したフロースルー型検出器と、
（ｃ）前記検出器からリサイクルされた水性サンプル液体を、前記フロースルーハウジングを通して前記配管の外側へと向わせるためのリサイクル導管と、
を有する装置。
２０． 更に、前記水性液体サンプルに加えて、前記ハウジングを通して流れる水生液体の追加の供給源を有する上記１９に記載の装置。
２１． 前記キャピラリー配管の外壁が、弱酸性または弱塩基性の官能基を備えた交換可能なイオンを含む上記１９に記載の装置。
２２． 前記キャピラリー配管の内壁が、強酸性または強塩基性の官能基を備えた交換可能なイオンを含む上記１９に記載の装置。
２３． 前記弱酸性または弱塩基性の官能基が、前記配管の外壁にグラフト化されたポリマー上の部分を含む上記１９に記載の装置。
２４． 更に、（ａ）前記キャピラリー配管の入口と流体流通したキャピラリークロマトグラフィーカラムを有する上記１９に記載の装置。
２５． キャピラリーイオンクロマトグラフィーのための装置であって、
（ａ）入口および出口を有し且つ選択透過性のイオン交換膜で形成されたキャピラリー配管を備えたサプレッサを有し、
前記配管は、少なくとも部分的にフロースルー型ハウジングの中に配置され、前記キャピラリー配管の外壁は、弱酸性または弱塩基性の官能基を備えた交換可能なイオンを含む装置。
２６． 前記キャピラリー配管の内壁が、強酸性または強塩基性の官能基を備えた交換可能なイオンを含む上記２５に記載の装置。
２７． 前記弱酸性または弱塩基性の官能基が、前記配管の外壁にグラフト化されたポリマーの部分を含む上記２５に記載の装置。
２８． 更に、（ｂ）前記配管の入口と流体流通したキャピラリークロマトグラフィーカラムを有する上記２５に記載の装置。
２９． 更に、（ｃ）前記配管の出口と流体流通したフロースルー型検出器を有する上記２５に記載の装置。
３０． 更に、（ｄ）前記検出器からリサイクルされた水性液体を、前記イオン交換充填剤へと向わせるためのリサイクル導管を有する上記２５に記載の装置。
３１． キャピラリーイオンクロマトグラフィーのための方法であって、
（ａ）正または負の一つの電荷の分離されたサンプルイオン種を溶離剤中に含む水性サンプル流を、選択透過性のイオン交換膜で形成されたキャピラリー配管を通して流し、該配管はフロースルー型イオン交換充填剤の中に埋められており、また前記サンプルイオン種に対して反対電荷の前記溶離剤中の対イオンを、前記配管を横切ってその内壁から外壁へと輸送する工程と、
（ｂ）再生剤水溶液を、前記イオン交換充填剤を通して前記配管の外側を通過するように流し、前記配管外壁へと輸送された輸送された対イオンを運び去る工程と、
を有する方法。
３２． 更に、（ｃ）工程（ａ）に先立って、キャピラリークロマトグラフィーカラムの中で前記イオン種をクロマトグラフィーにより分離する工程を有する上記３１に記載の方法。
３３． 更に、（ｄ）前記液体サンプル流を検出器を通して流すことにより、前記分離されたイオン種を検出する工程を有する上記３１に記載の方法。
３４． 更に、（ｅ）前記水性サンプル流を前記イオン交換充填剤へとリサイクルさせる工程を有し、前記再生液は前記リサイクルされたサンプル流を含む上記３３に記載の方法。
３５． 更に、（ｆ）前記リサイクルされる液体流に加えて、前記第二の水性液体を、前記配管の外側と通過させて流す工程を有する上記３４に記載の方法。
３６． 前記充填剤が、イオン交換粒子の充填されたベッドを含む上記３１に記載の方法。
３７． 前記イオン交換充填剤が、弱酸性または弱塩基性の官能基を含んだ交換可能なイオンを備えた基体を含む上記３１に記載の方法。
３８． 前記イオン交換充填剤が、更に、強酸性または強塩基性の官能基を含んだ交換可能なイオンを備えた基体を含む上記３１に記載の方法。
３９． 前記キャピラリー配管の外壁が、弱酸性または弱塩基性の官能基を備えた交換可能なイオンを含む上記３１に記載の方法。
４０． 前記キャピラリー配管の内壁が、強酸性または強塩基性の官能基を備えた交換可能なイオンを含む上記３１に記載の方法。
４１． 更に、工程（ａ）および（ｂ）の際に、前記イオン交換充填剤を横切って電圧を印加することを含む上記３１に記載の方法。
４２． キャピラリーイオンクロマトグラフィーのための方法であって、
（ａ）正または負の一つの電荷の分離されたサンプルイオン種を溶離剤中に含む水性サンプル流を、選択透過性のイオン交換膜で形成されたキャピラリー配管を通して流し、また前記サンプルイオン種に対して反対電荷の前記溶離剤中の対イオンを、前記配管を横切ってその内壁から外壁へと輸送する工程と、
（ｂ）前記液体サンプル流を検出器を通して流すことにより、前記キャピラリー配管を出て行く前記分離されたイオン種を検出する工程と、
（ｅ）前記水性サンプル流を前記検出器から前記配管外壁へとリサイクルさせて、そこに輸送された前記対イオンを運び去る工程と、
を有する方法。
４３． 更に、（ｄ）工程（ａ）に先立って、前記イオン種を、キャピラリークロマトグラフィーカラムの中でクロマトグラフィーにより分離する工程を有する上記４２に記載の方法。
４４． 前記配管がフロースルー型イオン交換充填剤の中に埋められ、また前記サンプルイオン種に対して反対電荷の前記溶離剤中の対イオンが、前記配管を横切ってその内壁から外壁へと輸送される上記４２に記載の方法。
４５． 前記充填剤が、イオン交換粒子の充填されたベッドを有する上記４２に記載の方法。
４６． 前記イオン交換充填剤が、弱酸性または弱塩基性の官能基を含んだ交換可能なイオンを備えた基体を含む上記４２に記載の方法。
４７． 前記イオン交換充填剤が更に、強酸性または強塩基性官能基を含んた交換可能なイオンを備えた基体を含む上記４２に記載の方法。
４８． 前記キャピラリー配管の外壁が、弱酸性または弱塩基性の官能基を備えた交換可能なイオンを含む上記４２に記載の方法。
４９． 更に、工程（ａ）および（ｂ）の際に、前記イオン交換充填剤を横切って電圧を印加することを含む上記４４に記載の方法。

Claims (14)

1. キャピラリー式イオンクロマトグラフィーのための装置であって、
   （ａ）充填剤入口および充填剤出口を含んだハウジング内のフロースルー型イオン交換充填剤、並びに入口および出口を有し且つ選択透過性イオン交換膜で形成されたキャピラリー配管を備え、該配管は少なくとも部分的に前記フロースルー型イオン交換充填剤内に配置される電気再生サプレッサと、
   （ｂ）前記イオン交換充填剤の両側に間隔をあけて配置された第１及び第２のフロースルー型電極と、を有し、前記充填剤入口には前記第１のフロースルー型電極が設けられ、前記充填剤出口には前記第２のフロースルー型電極が設けられている装置。
2. 前記キャピラリー配管の外壁が、弱酸性または弱塩基性の官能基を備えた交換可能なイオンを含む請求項１に記載の装置。
3. 前記キャピラリー配管の内壁が、強酸性または強塩基性の官能基を備えた交換可能なイオンを含む請求項１に記載の装置。
4. 前記弱酸性または弱塩基性の官能基が、前記配管の外壁にグラフト化されたポリマー上の部分を含む請求項１に記載の装置。
5. 更に、（ａ）前記キャピラリー配管の入口と流体流通したキャピラリークロマトグラフィーカラムを有する請求項１に記載の装置。
6. （ｂ）前記キャピラリー配管と流体流通したフロースルー型検出器と、
   （ｃ）前記検出器からリサイクルされた水性サンプル液体を、前記フロースルーハウジングを通して前記配管の外側へと向わせるためのリサイクル導管と、
   を、更に有する請求項５に記載の装置。
7. キャピラリーイオンクロマトグラフィーのための方法であって、
   （ａ）充填剤入口および充填剤出口を含んだハウジング内のフロースルー型イオン交換充填剤、並びに入口および出口を有し且つ選択透過性イオン交換膜で形成されたキャピラリー配管を備え、該配管は少なくとも部分的に前記フロースルー型イオン交換充填剤内に配置される電気再生サプレッサと、前記イオン交換充填剤の両側に間隔をあけて配置された第１及び第２のフロースルー型電極と、を有し、前記充填剤入口には前記第１のフロースルー型電極が設けられ、前記充填剤出口には前記第２のフロースルー型電極が設けられている装置において、正または負の一つの電荷の分離されたサンプルイオン種を溶離剤中に含む水性サンプル流を、選択透過性のイオン交換膜で形成されたキャピラリー配管を通して流し、また前記サンプルイオン種に対して反対電荷の前記溶離剤中の対イオンを、前記配管を横切ってその内壁から外壁へと輸送する工程と、
   （ｂ）再生剤水溶液を、前記イオン交換充填剤を通して前記配管の外側を通過するように流し、前記配管外壁へと輸送された輸送された対イオンを運び去る工程と、
   を有する方法。
8. 更に、（ｃ）工程（ａ）に先立って、前記イオン種を、キャピラリークロマトグラフィーカラムの中でクロマトグラフィーにより分離する工程を有する請求項７に記載の方法。
9. 前記配管がフロースルー型イオン交換充填剤の中に埋められ、また前記サンプルイオン種に対して反対電荷の前記溶離剤中の対イオンが、前記配管を横切ってその内壁から外壁へと輸送される請求項７に記載の方法。
10. 前記充填剤が、イオン交換粒子の充填されたベッドを有する請求項７に記載の方法。
11. 前記イオン交換充填剤が、弱酸性または弱塩基性の官能基を含んだ交換可能なイオンを備えた基体を含む請求項７に記載の方法。
12. 前記イオン交換充填剤が更に、強酸性または強塩基性官能基を含んた交換可能なイオンを備えた基体を含む請求項７に記載の方法。
13. 前記キャピラリー配管の外壁が、弱酸性または弱塩基性の官能基を備えた交換可能なイオンを含む請求項９に記載の方法。
14. 更に、工程（ａ）および（ｂ）の際に、前記イオン交換充填剤を横切って電圧を印加することを含む請求項９に記載の方法。

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