KR101702410B1 - 전해 용리액 재순환 장치, 기구 및 사용 방법 - Google Patents

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Abstract

서프레션, 용리액 발생 및 용리액 재순환을 통합한 다중-채널 전해 이온 교환 장치를 사용하는 이온 크로마토그래피용 전해 용리액 재순환 시스템. 본 시스템은 전극 챔버에 용리액을 통과시키지 않으면서 용리액을 분석 시스템 내로 재순환시킨다. 또한, 재순환 전에 서프레션 유출액으로부터 이온을 전해 제거하기 위한 채널을 가진 상기 시스템이 개시된다.

Description

전해 용리액 재순환 장치, 기구 및 사용 방법 {ELECTROLYTIC ELUENT RECYCLE DEVICE, APPARATUS AND METHOD OF USE}
본 발명은 서프레션, 용리액 발생 및 용리액 재순환을 통합한 전해 이온 교환 장치를 사용하는 이온 크로마토그래피용 전해 용리액 재순환 시스템에 관한 것이다.
본 출원은 2008년 1월 28일자 출원된 미국 가출원 제61/062,747호에 의한 우선권을 주장한다.
트로비온사(Campbell, CA)는 분석 규모 물 정제를 위한 전해 이온 교환 장치를 개발하여 제조 및 시판하였다. 트로비온 CIRA 제품은 분석 기기 장치에 통합되도록 설계되었으며 기기 장치에 적합한 생산수(product water) 유속을 가진다.
트로비온 전해 이온 교환 장치에서는, 생산수 또는 분석 스트림(analytical stream)이 전극 챔버를 통과하지 않는다. 그 결과, 생산수 또는 시료 스트림(sample stream)이 산소, 수소, 오존 및 과산화수소와 같은 전기분해 부산물로 오염되지 않는다. 오존 및 과산화수소는 이온 교환 물질을 손상시킬 수 있으므로, 중요한 이온 교환 컴포넌트와 이들 산화제의 접촉을 최소화하는 것이 유리하다.
미국 특허출원 제US20060231404호에는, 전극 챔버가 분석 또는 폐기 스트림(투입에 의해 유발됨)으로부터 분리된 전해 서프레서(suppressor) 및 용리액 정제기가 개시된다. 염산의 서프레션에 있어서, 클로라이드가 애노드(anode) 구획내에 수용되지 않고 비전해 중심 혼합 베드 폐기 챔버 내에 수용되기 때문에 이온 교환 물질의 손상이 관찰되지 않았다.
미국 특허출원 제US20060186046호에는, 용리액 재순환에 조합된 촉매적 기체 제거를 사용하는 이온 크로마토그래피 시스템이 기술된다. 이 시스템에서는 전해 서프레서를 사용하며 재순환된 용리액이 전극 챔버 내에 회수된다. 전극 챔버는 수소 및 산소를 생산하므로, 수소 및 산소 기체의 촉매적 제거가 사용된다. 산소 및 수소를 촉매적으로 재조합하여 물을 생성시킴으로써, 용리액 스트림 내에 용해된 기체와 관련된 문제점들이 제거되고 오존 및 과산화수소와 같은 전해 부산물을 줄이는 데에 도움이 된다.
본 발명의 한 구체예는, 이온 교환 물질을 포함하고 입구 및 출구를 포함하는 서프레서 챔버, 제1 전극을 포함하고 입구 및 출구를 포함하는 제1 전극 챔버, 제2 전극을 포함하고 입구 및 출구를 포함하는 제2 전극 챔버, 관통형(flow-through) 이온 교환 물질을 포함하고 입구 및 출구를 포함하는 용리액 발생 챔버, 현저한 액체 흐름을 방지하지만 양성 또는 음성의 한가지 전하만을 가진 이온의 수송은 허용하며 용리액 발생 챔버 및 제2 전극 챔버 사이에 배치된 제1 장벽, 현저한 액체 흐름을 방지하지만 양성 또는 음성의 한가지 전하만을 가진 이온의 수송은 허용하며 서프레서 챔버 및 용리액 발생 챔버 사이에 배치된 제2 장벽, 서프레서 챔버 및 용리액 발생 챔버 사이에 직접 또는 간접적으로 유체 소통을 제공하는 용리액 재순환 도관, 및 용리액 재순환 도관으로부터 분리되어 제1 및 제2 전극 챔버 사이에 배치된 전극 세척 도관을 포함하는, 이온 크로마토그래피용 통합형 서프레서 및 용리액 발생 기구이다.
다른 구체예는, 이온 교환 물질을 포함하고 입구 및 출구를 포함하는 서프레서 챔버, 제1 전극을 포함하고 입구 및 출구를 포함하는 제1 전극 챔버, 제2 전극을 포함하고 입구 및 출구를 포함하는 제2 전극 챔버, 관통형 이온 교환 물질을 포함하고 입구 및 출구를 포함하는 용리액 발생 챔버, 현저한 액체 흐름을 방지하지만 양성 또는 음성의 한가지 전하만을 가진 이온의 수송은 허용하며 용리액 발생 챔버 및 제2 전극 챔버 사이에 배치된 제1 장벽, 현저한 액체 흐름을 방지하지만 양성 또는 음성의 한가지 전하만을 가진 이온의 수송은 허용하며 서프레서 챔버 및 용리액 발생 챔버 사이에 배치된 제2 장벽, 현저한 액체 흐름을 방지하지만 양성 또는 음성의 한가지 전하만을 가진 이온의 수송은 허용하며 제1 전극 챔버 및 서프레서 챔버 사이에 배치된 제3 장벽, 이온 교환 물질을 포함하는 이온 제거 챔버, 현저한 액체 흐름을 방지하지만 양성 또는 음성의 한가지 전하만을 가진 이온의 수송은 허용하며 제1 전극 챔버 및 이온 제거 챔버 사이에 배치된 제4 장벽, 및 서프레서 챔버 및 용리액 발생 챔버 사이에 유체 소통을 제공하고 이온 제거 챔버 및 이온 제거 챔버와 용리액 발생 챔버 사이에 배치된 용리액 재순환 도관 부분을 포함하는 용리액 재순환 도관을 포함하는, 이온 크로마토그래피용 통합형 서프레서 및 용리액 발생 기구이다.
추가의 구체예는, 이온 교환 물질을 포함하고 입구 및 출구를 포함하는 서프레서 챔버, 제1 전극을 포함하고 입구 및 출구를 포함하는 제1 전극 챔버, 제2 전극을 포함하고 입구 및 출구를 포함하는 제2 전극 챔버, 관통형 이온 교환 물질을 포함하고 입구 및 출구를 포함하는 용리액 발생 챔버, 현저한 액체 흐름을 방지하지만 양성 또는 음성의 한가지 전하만을 가진 이온의 수송은 허용하며 용리액 발생 챔버 및 제2 전극 챔버 사이에 배치된 제1 장벽, 및 현저한 액체 흐름을 방지하지만 양성 또는 음성의 한가지 전하만을 가진 이온의 수송은 허용하며 서프레서 챔버 및 용리액 발생 챔버 사이에 배치된 제2 장벽을 포함하는 이온 크로마토그래피용 통합형 서프레서 및 용리액 발생 챔버 기구를 사용하는 이온 크로마토그래피 방법이다. 본 방법은 양성 또는 음성의 한가지 전하를 가진 분리된 이온종을 포함하는 용리액 스트림을 서프레션 챔버를 통해 흐르게 하여 용리액을 서프레스하는 단계, 서프레스된 용리액을 서프레서 챔버로부터 용리액 발생 챔버로 직접 또는 간접적으로 재순환시키는 단계, 서프레션 및 용리액 발생을 위해 서프레션 중에 서프레서 챔버 및 용리액 발생 챔버를 통해 제1 및 제2 전극 사이에 전류를 통과시키는 단계, 및 제1 및 제2 전극 챔버 및 이들 사이에 수성 세척 용액을 흐르게 하는 단계를 특징으로 한다.
다른 구체예는, 이온 교환 물질을 포함하고 입구 및 출구를 포함하는 서프레서 챔버, 제1 전극을 포함하고 입구 및 출구를 포함하는 제1 전극 챔버, 제2 전극을 포함하고 입구 및 출구를 포함하는 제2 전극 챔버, 관통형 이온 교환 물질을 포함하고 입구 및 출구를 포함하는 용리액 발생 챔버, 현저한 액체 흐름을 방지하지만 양성 또는 음성의 한가지 전하만을 가진 이온의 수송은 허용하며 용리액 발생 챔버 및 제2 전극 챔버 사이에 배치된 제1 장벽, 현저한 액체 흐름을 방지하지만 양성 또는 음성의 한가지 전하만을 가진 이온의 수송은 허용하며 서프레서 챔버 및 용리액 발생 챔버 사이에 배치된 제2 장벽, 현저한 액체 흐름을 방지하지만 양성 또는 음성의 한가지 전하만을 가진 이온의 수송은 허용하며 제1 전극 챔버 및 서프레서 챔버 사이에 배치된 제3 장벽, 이온 교환 물질을 포함하는 이온 제거 챔버, 및 현저한 액체 흐름을 방지하지만 양성 또는 음성의 한가지 전하만을 가진 이온의 수송은 허용하며 제1 전극 챔버 및 이온 제거 챔버 사이에 배치된 제4 장벽을 포함하는 이온 크로마토그래피용 통합형 서프레서 및 용리액 발생 기구를 사용하는 이온 크로마토그래피 방법을 포함한다. 본 방법은 양성 또는 음성의 한가지 전하를 가진 분리된 이온종을 포함하는 용리액 스트림을 서프레션 챔버를 통해 흐르게 하여 용리액을 서프레스하는 단계, 서프레스된 용리액을 서프레서 챔버로부터 이온 제거 챔버로 직접 또는 간접적으로 흐르게 한 후에 용리액 발생 챔버로 흐르게 하는 단계, 및 서프레션, 이온 제거 챔버에서의 이온의 제거 및 용리액 발생을 위해 서프레션 중에 서프레서 챔버, 이온 제거 챔버, 및 용리액 발생 챔버를 통해 제1 및 제2 전극 사이에 전류를 통과시키는 단계를 특징으로 한다.
분석 스트림(시료-함유 용리액)이 전극 챔버를 통과하지 않는 전해 장치를 개시한다. 모든 구체예에서, 전극 챔버에는 별도의 액체 흐름을 사용한다. 본 명세서에 개시된 전해 장치 내의 구성, 재료, 작동 및 이온 이동의 일부 세부 사항은 미국 특허출원 제US20060231404호에서 찾을 수 있다.
본 발명은 이온 크로마토그래프(IC: ion chromatograph) 시스템에서 크로마토크래피로 분리될 양성 또는 음성의 한가지 전하를 가진 시료 이온을 위한 용리액(산 또는 염기)으로 사용될 수 있는 용리액의 발생 및 용리액 서프레션을 위한 통합형 장치의 개선에 관한 것이다. 다른 작동과 서프레션을 조합하는 통합형 장치는 미국 특허 제6,027,643호 및 6,508,985; 및 미국 특허출원 제US20060231404호 및 제US20060186046호, 총괄하여 작동 및 구성에 관한 그의 개시가 원용에 의해 포함된 "선행기술 통합형 장치 간행물"에 적합한 장벽 및 이온 교환 물질의 세부 사항을 포함하여 개시된다.
용어 "이온 교환 물질"은 이온 교환 수지, 예를 들어 이온 교환 입자 베드 내의 이온 교환 입자, 이온 교환 섬유, 이온 교환 스크린 또는 이온 교환 모노리스(monolith)를 지칭한다. 통상적으로, 선행기술 통합형 장치 간행물에 개시된 것과 같은 음이온 교환 물질 및 양이온 교환 물질(즉, 음이온 및/또는 양이온 교환가능한 이온들을 가진 것들)의 2가지 유형의 이온 교환 물질 중 하나가 사용된다. 음이온 및 양이온 교환 물질을 혼합하여, 예를 들어 음이온 및 양이온 입자의 혼합 충진 베드 내의 혼합 이온 교환 물질을 생산할 수 있다. 통상적으로, 양이온 교환 물질은 강산 이온 교환체, 즉, 설폰산 그룹을 포함하는 물질이고, 음이온 교환 물질은 4차 아민 그룹을 포함하는 강염기 이온 교환체이다. 바람직하게는, 이온이 이온 교환 물질을 통해 각각의 전극을 향해 이동할 수 있도록 이온 교환 물질이 전도성이다.
본 발명은 다수의 장벽을 사용하며, 이는 바람직하게는 장벽상의 교환가능한 이온을 통해 양성 또는 음성의 한가지 전하만을 가진 이온의 수송을 허용하면서 현저한 액체 흐름은 방지한다. 적합한 상기 장벽은 음이온 또는 양이온 교환의 2가지 유형 중 하나인 이온 교환막이다(즉, 선행기술 통합형 장치 간행물에 개시된 교환가능한 음이온 또는 양이온을 가진 것들). 이들 이온 교환막은 통상적으로 강염기 또는 강산 기능기를 가지고 있다. 음이온 교환막은, 막의 한쪽으로부터 다른 쪽으로 액체의 대량 흐름을 방지하면서 음이온만을 막을 통해 수송한다. 양이온 교환막은, 막의 한쪽으로부터 다른 쪽으로 액체의 대량 흐름을 방지하면서 양이온만을 막을 통해 수송한다. 따라서, 이온이 이온 교환막을 통해 각각의 전극을 향해 이동할 수 있도록 막은 전도성인 것이 바람직하다. 이러한 장벽으로서 이온 교환막을 사용하여 본 발명을 기술한다.
도 1의 장치를 사용하는 음이온 분석
도 1은 음이온 분석에 사용되는 장치의 한 구체예를 나타낸다. 통합형 서프레서 및 용리액 발생 장치 20은 4개의 별도 챔버를 가지고 있다. 이는 애노드 전극 24를 포함하는 애노드 챔버 22의 형태로 제1 전극을 포함하며, 애노드 챔버 22를 서프레션 챔버 28로부터 분리하는 양이온 교환막 26 또는 커넥터(CM)에 의해 한쪽에 정의된다. 서프레션 챔버 28은 강력한 양이온 교환 물질(예를 들어, 충진 베드 30 내의 Dowex 50WX8 양이온 교환 수지)로 채워질 수 있다. 양이온 교환막 32 또는 커넥터(CM)(양성 또는 음성의, 막 26과 동일한 전하)는 용리액 발생 챔버 34로부터 서프레션 챔버 28을 분리한다. (용리액 발생기는 염기(KOH로 예시)를 발생시켜 크로마토그래피 분리기에 공급할 KOH 용리액의 일부 또는 전부를 보충한다.) 챔버 34는 용리액을 "수용"하므로 수용 챔버라고도 지칭한다.
음이온 분석에 관하여 도 1에 나타낸 바와 같이, 적합하게는 충진 베드 내에 고용량 양이온 교환을 포함하는 서프레서 챔버 28은 크로마토그래피 분리기(표시하지 않음)로부터 라인 38을 통해 챔버 28로 투입되는 용리액(KOH로 예시)을 전해 서프레스하기 위해 사용된다. 서프레스된 용리액 이온(K+로 예시)은 양이온 교환막 32를 통과하여 챔버 34 내에 수용되며, 여기에서 서프레서 챔버 28로의 라인 38 내의 용리액 투입으로서 적합하게 사용하기 위한 용리액, 예를 들어 KOH가 발생한다. 챔버는 교환가능한 양이온 또는 음이온 또는 혼합물을 가진 이온 교환 물질(예를 들어, 베드 내의 양이온, 음이온, 또는 음이온 및 양이온의 혼합물 이온 교환 수지 입자)을 포함할 수 있다. 이러한 구성에서, 장치는 통합형 서프레션 및 용리액 발생에 사용될 수 있다.
더욱 구체적으로, 도 1의 음이온 분석에 설명하는 바와 같이, 용리액(KOH의 수용액)은 크로마토그래피 분리기(예를 들어, 양성 또는 음성의 한가지 전하를 가진 이온이 분리되는 크로마토그래피 컬럼)로부터 라인 38을 통해 서프레서 챔버 28의 입구로 흐른다. 서프레서 챔버 28을 통해 흐르는 용액은 라인 40을 지나 용리액이 전해 발생되는 챔버 34의 입구로 흐른다. 서프레서 챔버 28의 출구 및 챔버 34의 입구 사이에서, 예를 들어 라인 40의 전도도 셀 내에서, 라인 40의 분리된 이온이 검출된다.
전극 챔버 44는 전극 46을 포함하며, 이는 전극 24와 함께 전원장치에 연결됨으로써, 전극 24 및 46이 반대의 전하를 가지게 되고 장치의 모든 장벽 및 챔버를 통과하여 전극 사이에 전류가 흐른다. 설명하는 바와 같이, 전극 46은 캐소드(cathode)이다. 전극 24 및 46은 관통형 전극이거나, 챔버 22 및 44 내에 바람직하게는 액체 흐름에 평행하게 액체 흐름을 위한 간격(clearance)을 가지고 배치될 수 있다. 전극 챔버 24에 인접한 양이온 교환막 26에 반대되는 전하를 가진 음이온 교환막으로 예시된 장벽 48에 의해 전극 46이 챔버 34로부터 분리된다.
수성 세척수 용액은 라인 50을 통해 챔버 24로 들어가서 재순환 라인 52로 나와 전극 챔버 44로 흐르며 라인 54를 통해 폐기될 수 있다. 표시하지 않은 대안으로서, 세척수는 챔버 34 및 44 사이에서 반대 방향으로 흐를 수 있다. 세척수는 용리액 흐름으로부터 분리된다. 전극 챔버 사이를 순차적으로 흐르는 단일 재순환 스트림이 평행 흐름에 비해 유리한 점은, 양쪽 전극 챔버에서의 유속이 동일하다는 것이다.
챔버 34에서 발생한 용리액 용액(예를 들어 KOH)은 라인 56을 통해 용리액 저장조(표시하지 않음)로 재순환되어, 분석물 분리 및 라인 38을 통한 서프레서 챔버 28로의 후속 흐름을 위해 크로마토그래피 컬럼(표시하지 않음)에 시료 분석물과 함께 공급되는 용리액의 전부 또는 일부로서 사용된다.
용리액, 예를 들어 KOH가 발생하는 챔버 34로부터 전극 46을 분리하는, 예를 들어 막 48에 의해 전극이 용리액 흐름으로부터 분리된다는 점을 제외하고는, 선행기술 통합형 장치 간행물에 설명된 전해 반응에 의해 챔버 34에서의 용리액 발생이 실행된다. 따라서, 전극에서 발생하는 H2 및 O2 기체는 챔버 34로부터 실질적으로 분리된다.
라인 40, 챔버 34 및 라인 56 내에 흐르는 분석 스트림(서프레스된 용리액)이 전극 챔버를 통과하지 않으므로, 라인 56 내의 재순환 발생 용리액은 산소 및 수소를 함유하지 않으며 현저한 농도의 전기화학적 부산물을 갖지 않는다. 용리액 스트림으로부터 분리된 재순환 라인 52 및 전극 챔버에는 별도의 액체 흐름이 통과한다. 전극 세정 액체는 통상적으로 탈이온수이며, 애노드에서의 하이드로늄 및 캐소드에서의 하이드록사이드를 생산하는 전기분해를 위한 물의 공급원으로서 작용한다. 전극 세척 용액은 재순환될 수 있다.
도 1의 장치에서, 재순환 용리액 내에는 분석물 음이온이 존재할 것이나 수소, 산소, 오존 또는 과산화수소는 존재하지 않는다. 시간이 지남에 따라 분석물 음이온이 라인 58의 재순환 용리액 내에 축적되어 성능을 저하시킬 수 있다.
음이온 분석에 있어서, 라인 40 내의 전도도 셀 42 및 용리액 발생 챔버 34 사이에 위치하는 음이온 트랩 컬럼(표시하지 않음)이 미량 음이온을 제거한다. 트랩의 수명이 매우 길어지도록, 상기 음이온 트랩 컬럼은, 예를 들어 충진 베드 내에, 고용량 음이온 교환 수지 물질을 포함할 수 있다. 재순환 용리액으로부터 분석물을 제거함과 더불어, 서프레션 챔버 28 및 챔버 34의 설폰화 양이온 교환 물질로부터 침출되는 음이온 올리고머를 트랩하도록 트랩 컬럼을 설계할 수도 있다.
양이온 분석에 있어서는, 모든 구성요소, 예를 들어 막 및 이온 교환 물질의 극성(polarity)이 역전된다.
도 2에는, 동일한 부분을 동일한 번호로 표기하여 도 1과 유사한 장치를 설명한다. 용리액 챔버 34의 양이온 교환 물질은 음이온 및 양이온 교환 물질의 복합물(혼합물)(즉, 음이온 및 양이온 교환가능한 이온을 가진 것들)로 대체된다. 이 구성에서는 용리액 챔버 34의 음이온 교환 물질이 분석물 음이온과 더불어 서프레션 챔버로부터 침출된 음이온 올리고머를 보유할 수 있다. 완전히 설폰화된 양이온 교환 물질은 설폰화 또는 불완전 중합으로 인한 올리고머인 음이온 하전된(통상적으로 설폰화된) 물질을 침출하는 것으로 알려져 있다. 이들 음이온 올리고머는 음이온 교환 물질에 실질적으로 비가역적으로 결합한다. 따라서, 용리액 발생 챔버 34 내의 음이온 교환 물질은 분석 음이온 분리기 컬럼이 서프레션 챔버 28로부터의 음이온 침출에 의해 오염되는 것을 방지한다. 재순환 용리액, 물 분해(water splitting) 또는 전기영동 대체(electrophoretic displacement)가 재순환 용리액 내에 분석물의 현저한 농도를 유발하지 않도록, 용리액 챔버 34 내의 음이온 교환 용량이 충분히 높아야 한다. 용리액 발생 챔버 34 내의 음이온 교환 용량은 분석물(시료 음이온)을 트랩하는 작용도 한다. 챔버 내에 형성된 용리액이 음이온을 용리액 내로 대체하지 못하도록 음이온 용량 및 선택성이 충분해야 한다. 음이온 및 양이온 교환 물질의 밀접한 접촉 및 전기장의 적용에 의해 용리액 챔버 내에서 물분해가 일어난다. 물 분해는 용리액 발생 챔버 34의 음이온 수지로부터 보유된 분석물을 대체할 수 있다. 음이온 용량이 충분할 경우, 물 분해는 현저한 양의 트랩된 분석물 음이온을 대체하지 못할 것이다. 이론적으로, 이는 외부 음이온 트랩 컬럼의 필요성을 제거한다.
도 3에서, 도 1과 동일한 부분은 동일한 번호로 표기한다. 용리액 챔버 34는 음이온 교환 물질만 포함한다. 이 구성에서는 양이온 막 32 - 음이온 교환 계면 34에서만 물 분해가 일어나며, 고용량 음이온 교환 물질에 의해 음이온 올리고머 침출 및 분석물 음이온의 체류가 완료된다.
카보네이트 용리액을 동반하는 도 2 및 도 3의 장치의 잠재적 문제점은, 용리액 챔버 34의 음이온 교환 물질이 용액 및 음이온 교환상(anion exchange phase) 내의 하이드록사이드 및 카보네이트/바이카보네이트의 비율에 영향을 미친다는 사실에 기인할 수 있다. 분극될 경우에, 캐소드 챔버로부터 용리액 챔버 내로 하이드록사이드의 연속적인 유동이 발생한다. 따라서, 재순환 용리액이 음이온 교환 수지 및 하이드록사이드의 연속적인 유동과 완전히 평형을 이루기 위해서는 약간의 시간이 필요하다.
음이온 분석의 다른 구성은 도 4, 도 5 및 도 6에 나타낸다. 도 1과 동일한 부분은 동일한 번호로 표기한다. 도 4, 도 5 및 도 6의 장치들은 음이온 분석을 위한 장치의 애노드 쪽에 챔버 34와는 별개인 통합형 음이온 제거 챔버 60을 포함한다. 카보네이트는 분석물과 함께 애노드 챔버 내로 제거되기 때문에, 이들 장치는 하이드록사이드에는 적합하지만 카보네이트 용리액에는 적합하지 않다.
도 4 - 도 6의 장치에서, 분석물 음이온은 애노드 챔버 22의 전극 세척액 내로 제거되어 라인 52를 통해 캐소드 챔버 44로 흐르며, 이는 음이온 교환막 48을 통과하여 챔버 34로 흡인될 수 있다. 음이온 분석물 농도가 낮으므로 이는 중요한 사안이 아니다. 전극 세척 스트림 50 및 52 내의 업스트림에 있는 통합형 장치 20 외부의 음이온 트랩 컬럼(표시하지 않음)이 이러한 분석물 음이온을 트랩한다.
도 4의 장치에서, 음이온 제거 챔버 60은 혼합 베드 물질을 포함하여 장치 내에 통합된다. 챔버 60은 애노드 챔버 22 및 서프레서 챔버 28 사이에 배치된다. 여기에서, 서프레스된 용리액/분석물이 라인 40을 통해 서프레서 챔버 28로부터 전도도 셀 42를 지나 음이온 막 장벽 26에 의해 애노드 챔버 22 쪽과 경계를 이루는 이온 제거 챔버 60으로 흐른다. 양이온 교환막 장벽 62는 서프레서 챔버 28로부터 이온 제거 챔버 60을 분리한다. 설명하는 바와 같이, 분석물 음이온은 음이온 교환막 26을 통과하여 애노드 24를 향해 전달된다. 따라서, 라인 64를 통해 챔버 60에서 나오는 용액은, 분석물 음이온이 제거된, 챔버 34의 용리액(KOH) 발생을 위한 순수 공급원이다.
도 1의 장치에서와 같이, 도 4의 장치에 있어서의 잠재적 문제는 양이온 용리액 챔버로부터의 음이온 올리고머에 대한 가능성이다. 이에 대한 해결책을 도 5에 나타내며, 여기에서 용리액 챔버 34는 혼합 음이온 및 양이온 교환 물질을 포함한다. 도 2에서와 같이, 용리액 챔버 내의 혼합 교환 물질의 음이온 교환 물질은 음이온 침출을 최소화한다. 음이온은 용리액 챔버 내에서 제거되지 않으므로, 음이온 교환체에 의해 강력하게 보유되는 음이온 올리고머는 용리액 챔버 내에 축적된다.
도 6의 장치는 용리액 챔버 34 내에 음이온 교환 물질만을 포함한다. 이러한 구성은 재순환 용리액 내의 음이온 올리고머의 위험을 추가로 최소화한다.
대부분의 음이온 시료는 알칼리 및 알칼리-토금속을 포함한다. 이들 양이온은 재순환 용리액 내에 축적되어 피크 대칭성 불량, 피크 반응 감소 및 회수율 불량과 같은 불리한 크로마토그래피 효과를 유발한다. 또한, 재순환 용리액 내에 양이온이 축적됨에 따라 카보네이트-바이카보네이트 비율이 변하므로 체류 시간이 영향을 받을 수 있다.
소듐, 포타슘, 암모늄, 칼슘 및 마그네슘과 같은 양이온이 많은 시료에 있어서, 라인 38을 통해 서프레서 챔버 28로 흐르는 분리기 내의 크로마토그래피 분석용 용리액에 시료를 주입하기 전에 시료 양이온을 제거할 필요가 있을 수 있다. 수동 시료 주입의 경우에는, 분리에 앞서 시료 전처리를 위해 하이드로늄 형태의 양이온 교환 컬럼을 사용하여 이를 달성할 수 있다. 자동 시료 주입기를 사용하는 경우에는, 자동 시료 주입기 및 주입 밸브 사이에 양이온 트랩 컬럼(하이드로늄 형태)을 위치시킬 수 있다. 양이온 트랩 컬럼 용량은 재순환 용리액만큼 오래 지속되도록 설계할 수 있으며, 용리액과 함께 교체된다.
음이온 분석에서의 전극 세척
전극 세척 용액은 전극 챔버를 통해 수성 흐름을 제공하며, 전해될 경우 이온 교환 물질의 재생을 위한 하이드로늄 및 하이드록사이드를 제공한다. 전극 세척액은 튜브연동식 펌프(peristaltic pump)를 통해 전극 챔버에 전달될 수 있으며, 전극 세척액은 재순환될 수 있다.
전기분해 반응은 산소 및 수소 기체를 생산한다. 이들 기체는 세척 용기 내에 축적되지 않도록 배기시키거나 재조합(백금 또는 팔라듐 촉매를 사용)하여 물로 만들어야 한다. 가장 단순한 접근 방법은 개방된 전극 세척 용기를 사용하여 필요한 배기를 제공하는 것이다. 캐소드 및 애노드 스트림을 분리하는 것도 가능하다.
애노드에서는 오존이 생산되고 캐소드에서는 과산화수소가 생산된다. 이들 화합물은 양자 모두 강력한 산화제로서 이온 교환 물질을 공격할 수 있을 뿐 아니라, 다른 이온들과 반응하여 하이포클로라이트 및 퍼카보네이트와 같은 음이온 산화제를 형성할 수 있다.
과산화수소의 생산을 최소화하거나 생산 후 이를 소모함으로써, 과산화수소의 불리한 효과를 최소화할 수 있다. 과산화수소는 염기 내에서 불안정하므로, 음이온 분석을 위한 전극 세척 용액은 묽은 소듐 하이드록사이드일 수 있다. 이는 음이온용 재순환 전극 세척 용액 내에 과산화수소가 축적되는 것을 방지한다.
이온 크로마토그래피의 양이온 분석에서는, 도 7 - 도 12에 나타낸 장치를 사용하여 황산, 질산 또는 메탄설폰산과 같은 산 용리액을 사용 및 재순환시킬 수 있다. 도 1 - 도 6에서와 같이, 도 7 - 도 12에 있어서 동일한 부분은 동일한 번호로 표기한다. 일반적으로, 분석물, 시약 및 장치의 하전된 컴포넌트의 극성 변화를 제외하고는, 도 7 - 도 12의 양이온 분석 장치는 도 1 - 도 6의 음이온 분석 장치와 동일한 컴포넌트를 가진다. 양이온 분석을 위한 도 7 - 도 9에서, 서프레션 챔버 28은 음이온 교환 수지를 포함하고, 용리액 발생 챔버 34는 음이온, 양이온 또는 이온 교환 물질의 혼합물을 포함한다. 외부 양이온 트랩 컬럼(표시하지 않음)은, 바람직하게는 전도도 셀의 출구 및 용리액 발생 챔버 34 사이의 라인 40에 배치된다. 도 7 - 도 12의 장치들의 장점은, 질산 및 염산과 같은 전기화학적 활성 용리액에 대한 적합성이다. 양이온 분석에 사용되는 관용적인 전해 서프레서에서는, 용리액 음이온이 애노드 챔버 44 내로 제거된다(이전에는 캐소드 챔버). 용리액 음이온이 클로라이드와 같이 전기활성인 경우, 클로라이드는 하이포클로라이트로 산화된다. 하이포클로라이트는 애노드 챔버의 음이온 교환 물질 내에 농축되어 이온 교환 물질의 분해에 이어서 서프레서의 고장을 유발한다. 하기의 장치에서는, 용리액 음이온이 전극 챔버 내로 제거되지 않고 비-전기활성 수용 챔버(용리액 발생 챔버) 내로 제거된다.
예시된 바와 같이 황산이 용리액으로 사용된다. 도 7의 챔버 34는 음이온 교환 물질만을 포함한다. 수지 및 적용 전류에 따라, 음이온 수지는 설페이트/바이설페이트 및 하이드록사이드 형태이다. 음이온 수지가 하이드록사이드 형태인 경우, 음이온 수지의 분해가 일어남으로써 미량 아민 및 암모니아가 유발되어 재순환 용리액에 첨가될 수 있다. 이는 서프레스된 용리액의 배경 전도도의 증가를 야기할 수 있다. 이 문제의 해결책은 도 8에 나타낸 바와 같이 용리액 발생 챔버 34의 음이온 교환 수지를 혼합 베드 수지로 대체하는 것이다. 음이온 수지 분해로부터의 미량 양이온과 더불어 분석물 양이온이 혼합 베드의 양이온 수지에 당분간 트랩된다.
도 9의 장치는 도 8의 용리액 발생 챔버 34의 혼합 베드를 양이온 수지로 대체한다. 이는 챔버 34의 양이온 분해 산물을 제거하고, 서프레션 챔버 28로부터의 임의의 분해 산물도 트랩할 수 있으며, 분석물 양이온을 당분간 보유한다. 챔버의 양이온 수지로부터 설폰화 음이온 침출(도 9 참조)이 용리액 내에 존재하나, 이후에 서프레션 챔버의 음이온 수지에 의해 트랩된다.
도 10, 도 11 및 도 12에서는, 양이온 분석물의 지속적 제거를 위해 캐소드 24에 인접하여 양이온 제거 챔버 60이 부가된다. 양이온 제거 챔버 60은 지속적으로 재생되므로 외부 트랩 카트리지를 제거할 수 있다. 서프레션 챔버로부터의 임의의 양이온 분해(아민 및 암모니아) 또한 분석물 제거 챔버에서 제거된다. 분석물 양이온은 캐소드 챔버 22 내로 제거되고, 분석물 제거 챔버 60에서 나오는 물은 용리액 발생 챔버 34에 진입하기 전에 탈이온화된다. 전극 세척액 내의 분석물 양이온은 애노드 챔버 44로부터 용리액 발생 챔버 34 내로 흡인될 수 있다. 분석물 농도가 낮으므로 이는 중요한 사안이 아니다.
도 10, 도 11 및 도 12에서, 용리액 발생 챔버는 음이온 수지, 혼합 베드 수지 및 양이온 수지를 각각 포함한다.
양이온 분석에서의 반대이온 효과
양이온 분석을 위한 각각의 시료 주입은 시료 음이온 오염물(반대이온)을 시스템 내로 도입한다. 반대이온 문제에 대한 한 접근 방법은, 낮은 TDS(10 ppm 미만)를 가진 시료에 재순환 접근 방법의 사용을 제한하는 것이다. 이 경우에, 재순환 용리액의 수명 중에는 시료 음이온 오염물이 문제되지 않을 수 있다.
대부분의 시료에서 시료 음이온 오염물은 클로라이드 및 설페이트와 같은 음이온이다. 이들 음이온은 재순환 용리액 내에 산 형태로 축적되고 산 용리액 농도를 증가시켜 체류 시간을 감소시킨다. 이는 시료 주입에 의한 용리액의 희석에 따른 용리액 농도의 감소를 상쇄할 수 있다.
클로라이드 또는 설페이트와 같은 음이온 오염물이 높은 시료에 있어서는 주입 전에 시료 음이온을 제거할 필요가 있을 수 있다. 수동 시료 주입의 경우에는, 하이드록사이드 형태의 음이온 트랩 컬럼을 통해 이를 달성할 수 있다. 자동 시료 주입기를 사용하는 경우에는, 자동 시료 주입기 및 주입 밸브 사이에 음이온 트랩 컬럼을 위치시킬 수 있다. 음이온 트랩 컬럼 용량은 재순환 용리액만큼 오래 지속되도록 설계할 수 있으며, 용리액과 함께 교체된다.
대안적 접근 방법에서는 전해 양이온 교환 장치가 트랩 컬럼으로 사용된다. 이는 CIRA 장치(CIRA 10A) 또는 Dionex CR-ATC일 수 있다. 이들 장치를 이용하면 재생이 지속적이고 트랩을 주기적으로 교체할 필요가 없다.
양이온을 위한 전극 세척액
염기의 양이온은 전기영동적으로 용리액 챔버 내로 흡인되므로, 양이온을 위한 전극 세척액은 염기를 포함할 수 없다. 한가지 해결책을 제안하면, 하이드록사이드 형태의 음이온 교환 카트리지와 함께 전극 세척액으로서 물을 사용하는 것이다. 이는 과산화수소의 분해에 도움이 되지만, 하이드록사이드 형태 수지의 분해가 암모니아 및 아민을 유발한다.
도 1 - 도 12는 본 발명에 따른 상이한 통합형 장치들을 도식적으로 나타낸다.
도 13 - 도 17은 도 1 - 도 12 중 하나의 선택된 통합형 장치를 사용한 실험적 결과를 나타낸다.
본 발명을 설명하기 위하여, 하기의 비한정적 실시예를 기술한다.
실시예 1. 통합형 서프레서 및 용리액 발생기를 사용하는 음이온 IC
전극, 막 및 수지를 보유하기 위한 기계화 고밀도 폴리에틸렌 하드웨어를 사용하여 음이온 IC를 위한 통합형 서프레서 및 용리액 발생 장치(도 1)를 작제하였다. 서프레션 챔버의 내부 유로 치수는 직경 0.40, 길이 3.81 cm였다. 용리액 발생 챔버의 내부 유로 치수는 직경 0.40 cm, 길이 1.27 cm였다.
애노드 챔버는 백금 거즈 전극(platinum gauze electrode)(Unique Wire Weaving Inc, Hillside, NJ)을 포함하였다. 양이온막(Electropure Excellion I-100 양이온 막, Electropure Inc, Laguna Hills, CA)이 애노드에 접촉하여 애노드 챔버를 서프레션 챔버로부터 분리하였다. 서프레션 챔버는 하이드로늄 형태의 양이온 교환 수지(DOWEXTM 50x4 (200 메쉬), Dow Chemical Company, Midland, MI)로 충진되었다. 양이온막(Electropure Excellion I-100 양이온막, Electropure Inc, Laguna Hills, CA)이 용리액 발생 챔버로부터 서프레션 챔버를 분리하였다.
용리액 발생 챔버는 하이드로늄 형태의 양이온 교환 수지(DOWEXTM 50x4 (200 메쉬), Dow Chemical Company, Midland, MI)로 충진되었다. 음이온막(Electropure Excellion I-200 음이온막, Electropure Inc, Laguna Hills, CA)이 캐소드 챔버로부터 용리액 발생 챔버를 분리하였다. 캐소드 챔버는 백금 거즈 전극(Unique Wire Weaving Inc, Hillside, NJ)을 포함하였다. 캐소드는 양이온막 및 캐소드 챔버에 직접 접촉한다. Dionex ATC3 음이온 트랩 컬럼(도 1에는 표시하지 않음)을 전도도 셀 출구 및 용리액 발생 챔버 입구 챔버 사이에 위치시켜 서프레스된 용리액으로부터 분석물 음이온을 트랩하였다.
GP50 펌프, CD25 전도도 검출기 및 LC30 크로마토그래피 오븐으로 구성된 Dionex DX500 이온 크로마토그래피 시스템(Dionex Corp, Sunnyvale, CA)을 사용하여 도 1의 장치를 시험하였다. 4.5 mM 소듐 카보네이트 및 1.4 mM 소듐 바이카보네이트의 용리액을 1.2 mL/min의 유속으로 분석용 음이온 교환 컬럼(AG22/AS22, Dionex Corp., Sunnyvale, CA)에 펌핑하여 시료 음이온을 분리하였다. Agilent E3611A DC 전원장치(Agilent Corp., Santa Clara, CA)를 사용하여 35 mA(약 30 V)의 일정한 전류로 도 1의 장치에 전원을 공급하였다. 튜브연동식 펌프(MASTERFLEX LS, Cole-Parmer company, Vernon Hills, IL)를 사용하여 2.0 mL/min의 유속으로 탈이온수를 애노드 챔버, 캐소드 챔버, 탈이온수 용기의 순서로 재순환시켰다.
분석용 컬럼의 출구로부터 서프레션 챔버의 입구로, 서프레션 챔버로부터 전도도 셀로, 전도도 셀로부터 트랩 컬럼으로, 이후에는 용리액 발생 챔버로, 용리액을 유도하였다. 발생 챔버의 출구로부터 용리액을 폐기로 보낼 수도 있고(비-재순환 양식), 용리액 용기로 돌려보낼 수도 있다(재순환 양식). 도 13은 상기 시스템으로 얻은 크로마토그램을 나타낸다.
표 1은 도 1의 장치를 사용하는 경우의 일반적 음이온에 대한 체류 시간 및 크로마토그래피 효율을 나타낸다. 크로마토그래피 효율은 상업적으로 이용가능한 전해 서프레서로부터 얻어지는 것과 유사하다.
음이온 ER에 대한 크로마토그래피 효율
피크 명칭 RT min 단수(ER)
1 플루오라이드 3.083 4986
2 클로라이드 4.457 11107
3 니트라이트 5.353 8488
4 브로마이드 6.387 12149
5 니트레이트 7.137 12151
6 포스페이트 9.577 9415
7 설페이트 11.13 11081
500 mL의 용리액 부피를 재순환하여 도 14의 체류 시간 경향 데이터를 얻었다. 데이터는 용리액 500 mL의 26 완전 재순환(재생)을 나타낸다. 이 주기수는 2 L 용기의 용리액을 재순환시키면서 30일 동안 연속적으로 시스템을 작동시키는 것과 균등하다.
도 15는 500 mL 부피의 용리액을 사용하는 9 주기에 대한 체류 시간 표준편차를 나타낸다. 이는 2 L의 용리액으로 11일 동안(24 시간/일) 연속적으로 작동시키는 것에 상응한다. 체류 시간 표준편차는 모든 분석물에 대해 1.22% 미만이다.
실시예 2. 통합형 서프레서 및 용리액 발생기를 사용하는 양이온 IC
전극, 막 및 수지를 보유하기 위한 기계화 고밀도 폴리에틸렌 하드웨어를 사용하여 양이온 IC를 위한 통합형 서프레서 및 용리액 발생 기구(도 7)를 작제하였다. 서프레션 챔버의 내부 유로 치수는 직경 0.40 cm, 길이 3.81 cm였다. 용리액 발생의 내부 유로 치수는 직경 0.40 cm, 길이 1.27 cm였다.
캐소드 챔버는 백금 거즈 전극(Unique Wire Weaving Inc, Hillside, NJ)을 포함하였다. 음이온막(Electropure Excellion I-200 음이온 막, Electropure Inc, Laguna Hills, CA)이 캐소드에 접촉하여 캐소드 챔버를 서프레션 챔버로부터 분리하였다. 서프레션 챔버는 하이드록사이드 형태의 음이온 교환 수지(DOWEXTM 1x4 (200 메쉬), Dow Chemical Company, Midland, MI)로 충진되었다. 음이온막(Electropure Excellion I-200 음이온막, Electropure Inc, Laguna Hills, CA)이 용리액 발생 챔버로부터 서프레션 챔버를 분리하였다. 용리액 발생 챔버는 하이드록사이드 형태의 음이온 교환 수지(DOWEXTM 1x4 (200 메쉬), Dow Chemical Company, Midland, MI)로 충진되었다. 양이온막(Electropure Excellion I-100 양이온막, Electropure Inc, Laguna Hills, CA)이 애노드 챔버로부터 용리액 발생 챔버를 분리하였다. 애노드 챔버는 백금 거즈 전극(Unique Wire Weaving Inc, Hillside, NJ)을 포함하였다. 애노드는 양이온막 및 애노드 챔버에 직접 접촉한다. Dionex CTC3 양이온 트랩 컬럼(도 1에는 표시하지 않음)을 전도도 셀 출구 및 용리액 발생 챔버 입구 챔버 사이에 위치시켜 서프레스된 용리액으로부터 분석물 양이온을 트랩하였다.
GP50 펌프, CD25 전도도 검출기 및 LC30 크로마토그래피 오븐으로 구성된 Dionex DX500 이온 크로마토그래피 시스템(Dionex Corp, Sunnyvale, CA)을 사용하여 도 7의 장치를 시험하였다. 20 mN 황산의 용리액을 1.0 mL/min의 유속으로 분석용 양이온 교환 컬럼(CG12A/CS12A, Dionex Corp., Sunnyvale, CA)에 펌핑하여 시료 양이온을 분리하였다. Agilent E3611A DC 전원장치(Agilent Corp., Santa Clara, CA)를 사용하여 50 mA(약 25 V)의 일정한 전류로 도 7의 장치에 전원을 공급하였다. 튜브연동식 펌프(MASTERFLEX LS, Cole-Parmer Company, Vernon Hills, IL)를 사용하여 2.0 mL/min의 유속으로 탈이온수를 애노드 챔버, 캐소드 챔버, 탈이온수 용기의 순서로 재순환시켰다. 분석용 컬럼의 출구로부터 서프레션 챔버의 입구로, 서프레션 챔버로부터 전도도 셀로, 전도도 셀로부터 트랩 컬럼으로, 이후에는 용리액 발생 챔버로, 용리액을 유도하였다. 발생 챔버의 출구로부터 용리액을 폐기로 보낼 수도 있고(비-재순환 양식), 용리액 용기로 돌려보낼 수도 있다(재순환 양식). 도 16은 상기 시스템으로 얻은 크로마토그래피를 나타낸다.
120 mL의 용리액 부피를 재순환하여 도 17의 체류 시간 경향 데이터를 얻었다. 이 주기수는 2 L 용기의 용리액을 재순환시키면서 30일 동안 연속적으로 시스템을 작동시키는 것과 균등하다.
표 2는 황산 용리액의 22 주기에 걸쳐 분석물 양이온에 대한 체류 시간의 %RSD를 나타낸다.
통합형 서프레션 및 용리액 발생을 수반하는 양이온 크로마토그래피에서, 체류시간의 %RSD
피크 명칭 평균 RT min %RSD
1 리튬 3.91 0.908
2 소듐 4.75 1.00
3 암모늄 5.48 1.06
4 포타슘 6.90 1.12
5 마그네슘 11.5 2.99
6 칼슘 13.8 3.07

Claims (17)

  1. (a) 이온 교환 물질을 포함하고, 입구 및 출구를 포함하는, 서프레서 챔버(suppressor chamber),
    (b) 제1 전극을 포함하고, 입구 및 출구를 포함하는, 제1 전극 챔버,
    (c) 제2 전극을 포함하고, 입구 및 출구를 포함하는, 제2 전극 챔버,
    (d) 관통형(flow-through) 이온 교환 물질을 포함하고, 입구 및 출구를 포함하는, 용리액 발생 챔버(eluent generator chamber),
    (e) 액체 흐름을 방지하지만 양성 또는 음성의 한가지 전하만을 가진 이온의 수송은 허용하며, 상기 용리액 발생 챔버 및 상기 제2 전극 챔버 사이에 배치된, 제1 장벽(barrier),
    (f) 액체 흐름을 방지하지만 양성 또는 음성의 한가지 전하만을 가진 이온의 수송은 허용하며, 상기 서프레서 챔버 및 상기 용리액 발생 챔버 사이에 배치된, 제2 장벽,
    (g) 서프레서 챔버 및 용리액 발생 챔버 사이에 유체 소통을 제공하는, 용리액 재순환 도관(recycle conduit),
    (h) 상기 용리액 재순환 도관으로부터 분리되어, 상기 제1 전극 챔버 및 상기 제2 전극 챔버 사이에 배치된, 전극 세척 도관, 및
    (i) 액체 흐름을 방지하지만 양성 또는 음성의 한가지 전하만을 가진 이온의 수송은 허용하며, 상기 제1 전극 챔버 및 상기 서프레서 챔버 사이에 배치된, 제3 장벽
    을 포함하는, 이온 크로마토그래피용 통합형(integrated) 서프레서 및 용리액 발생 기구.
  2. 제1항에 있어서, 상기 용리액 재순환 도관을 따라 배치된 검출기를 추가로 포함하는, 이온 크로마토그래피용 통합형 서프레서 및 용리액 발생 기구.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    (j) 상기 서프레서 챔버(suppressor chamber) 및 상기 용리액 발생 챔버의 입구 사이에 배치된 이온 트랩(ion trap)을 추가로 포함하는, 이온 크로마토그래피용 통합형 서프레서 및 용리액 발생 기구.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 이온 트랩이
    (k) 이온 교환 물질을 포함하는 이온 제거 챔버(ion removal chamber), 및
    (l) 액체 흐름을 방지하지만 양성 또는 음성의 한가지 전하만을 가진 이온의 수송은 허용하며, 상기 이온 제거 챔버 및 상기 서프레서 챔버 사이에 배치된, 제4 장벽을 추가로 포함하는, 이온 크로마토그래피용 통합형 서프레서 및 용리액 발생 기구.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    (j) 이온 교환 물질을 포함하고, 입구 및 출구를 가지는 크로마토그래피 분리기(chromatography separator)를 추가로 포함하며, 상기 분리기의 출구가 상기 서프레서 챔버의 입구와 유체 소통(fluid communication)을 하고, 상기 용리액 발생 챔버의 출구가 상기 분리기의 입구와 유체 소통을 하는, 이온 크로마토그래피 시스템 내의, 이온 크로마토그래피용 통합형 서프레서 및 용리액 발생 기구.
  8. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 장벽이 반대의 전하를 가진 교환가능한 이온들을 포함하는, 이온 크로마토그래피용 통합형 서프레서 및 용리액 발생 기구.
  9. 제5항에 있어서, 제3 및 제4 장벽이 반대의 전하를 가진 교환가능한 장벽들을 포함하는, 이온 크로마토그래피용 통합형 서프레서 및 용리액 발생 기구.
  10. 제5항에 있어서, 제2 및 제4 장벽이 동일한 전하를 가진 교환가능한 이온들을 포함하는, 이온 크로마토그래피용 통합형 서프레서 및 용리액 발생 기구.
  11. 제5항에 있어서, 이온 제거 챔버 내의 이온 교환 물질이 양성 전하, 음성 전하, 및 양성 및 음성 전하의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 교환가능한 이온들을 포함하는, 이온 크로마토그래피용 통합형 서프레서 및 용리액 발생 기구.
  12. (a) 이온 교환 물질을 포함하고, 입구 및 출구를 포함하는, 서프레서 챔버,
    (b) 제1 전극을 포함하고, 입구 및 출구를 포함하는, 제1 전극 챔버,
    (c) 제2 전극을 포함하고, 입구 및 출구를 포함하는, 제2 전극 챔버,
    (d) 관통형 이온 교환 물질을 포함하고, 입구 및 출구를 포함하는, 용리액 발생 챔버,
    (e) 액체 흐름을 방지하지만 양성 또는 음성의 한가지 전하만을 가진 이온의 수송은 허용하며, 상기 용리액 발생 챔버 및 상기 제2 전극 챔버 사이에 배치된, 제1 장벽,
    (f) 액체 흐름을 방지하지만 양성 또는 음성의 한가지 전하만을 가진 이온의 수송은 허용하며, 상기 서프레서 챔버 및 상기 용리액 발생 챔버 사이에 배치된, 제2 장벽,
    (g) 액체 흐름을 방지하지만 양성 또는 음성의 한가지 전하만을 가진 이온의 수송은 허용하며, 상기 제1 전극 챔버 및 상기 서프레서 챔버 사이에 배치된, 제3 장벽,
    (h) 이온 교환 물질을 포함하는 이온 제거 챔버,
    (i) 액체 흐름을 방지하지만 양성 또는 음성의 한가지 전하만을 가진 이온의 수송은 허용하며, 상기 제1 전극 챔버 및 상기 이온 제거 챔버 사이에 배치된, 제4 장벽, 및
    (j) 상기 서프레서 챔버 및 상기 용리액 발생 챔버 사이에 유체 소통을 제공하고, 상기 이온 제거 챔버 및 상기 이온 제거 챔버와 상기 용리액 발생 챔버 사이에 배치된 용리액 재순환 도관 부분을 포함하는 용리액 재순환 도관
    을 포함하는, 이온 크로마토그래피용 통합형 서프레서 및 용리액 발생 기구.
  13. 제12항에 있어서, 상기 이온 제거 챔버 내의 이온 교환 물질이 양성 전하, 음성 전하, 및 양성 및 음성 전하의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 교환가능한 이온들을 포함하는, 이온 크로마토그래피용 통합형 서프레서 및 용리액 발생 기구.
  14. 제12항에 있어서, 상기 용리액 재순환 도관을 따라 배치된 검출기를 추가로 포함하는, 이온 크로마토그래피용 통합형 서프레서 및 용리액 발생 기구.
  15. 이온 교환 물질을 포함하고 입구 및 출구를 포함하는 서프레서 챔버, 제1 전극을 포함하고 입구 및 출구를 포함하는 제1 전극 챔버, 제2 전극을 포함하고 입구 및 출구를 포함하는 제2 전극 챔버, 관통형 이온 교환 물질을 포함하고 입구 및 출구를 포함하는 용리액 발생 챔버, 액체 흐름을 방지하지만 양성 또는 음성의 한가지 전하만을 가진 이온의 수송은 허용하며 상기 용리액 발생 챔버 및 상기 제2 전극 챔버 사이에 배치된 제1 장벽, 액체 흐름을 방지하지만 양성 또는 음성의 한가지 전하만을 가진 이온의 수송은 허용하며 상기 서프레서 챔버 및 상기 용리액 발생 챔버 사이에 배치된 제2 장벽, 및 액체 흐름을 방지하지만 양성 또는 음성의 한가지 전하만을 가진 이온의 수송은 허용하며 상기 제1 전극 챔버 및 상기 서프레서 챔버 사이에 배치된 제3 장벽을 포함하는 이온 크로마토그래피용 통합형 서프레서 및 용리액 발생 기구를 사용하며, 하기 단계들을 특징으로 하는 이온 크로마토그래피 방법:
    (a) 양성 또는 음성의 한가지 전하를 가진 분리된 이온종을 포함하는 용리액 스트림(stream)을 상기 서프레서 챔버를 통해 흐르게 하여 상기 용리액을 서프레스하는 단계,
    (b) 서프레스된 상기 용리액을 상기 서프레서 챔버로부터 상기 용리액 발생 챔버로 재순환시키는 단계,
    (c) 서프레션 및 용리액 발생을 위해 단계 (a)의 서프레션 중에 서프레서 챔버 및 용리액 발생 챔버를 통해 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 전류를 통과시키는 단계, 및
    (d) 상기 제1 및 제2 전극 챔버 및 이들 사이에 수성 세척 용액을 흐르게 하는 단계.
  16. 이온 교환 물질을 포함하고 입구 및 출구를 포함하는 서프레서 챔버, 제1 전극을 포함하고 입구 및 출구를 포함하는 제1 전극 챔버, 제2 전극을 포함하고 입구 및 출구를 포함하는 제2 전극 챔버, 관통형 이온 교환 물질을 포함하고 입구 및 출구를 포함하는 용리액 발생 챔버, 액체 흐름을 방지하지만 양성 또는 음성의 한가지 전하만을 가진 이온의 수송은 허용하며 상기 용리액 발생 챔버 및 상기 제2 전극 챔버 사이에 배치된 제1 장벽, 액체 흐름을 방지하지만 양성 또는 음성의 한가지 전하만을 가진 이온의 수송은 허용하며 상기 서프레서 챔버 및 상기 용리액 발생 챔버 사이에 배치된 제2 장벽, 액체 흐름을 방지하지만 양성 또는 음성의 한가지 전하만을 가진 이온의 수송은 허용하며 상기 제1 전극 챔버 및 상기 서프레서 챔버 사이에 배치된 제3 장벽, 이온 교환 물질을 포함하는 이온 제거 챔버, 및 름을 방지하지만 양성 또는 음성의 한가지 전하만을 가진 이온의 수송은 허용하며 상기 제1 전극 챔버 및 상기 이온 제거 챔버 사이에 배치된 제4 장벽을 포함하는 이온 크로마토그래피용 통합형 서프레서 및 용리액 발생 기구를 사용하며, 하기 단계들을 특징으로 하는 이온 크로마토그래피 방법:
    (a) 양성 또는 음성의 한가지 전하를 가진 분리된 이온종을 포함하는 용리액 스트림을 상기 서프레서 챔버를 통해 흐르게 하여 상기 용리액을 서프레스하는 단계,
    (b) 서프레스된 상기 용리액을 상기 서프레서 챔버로부터 상기 이온 제거 챔버로 흐르게 한 후에 상기 용리액 발생 챔버로 흐르게 하는 단계, 및
    (c) 서프레션, 이온 제거 챔버 내에서의 이온의 제거, 및 용리액 발생을 위해 단계 (a)의 서프레션 중에 상기 서프레서 챔버, 상기 이온 제거 챔버 및 상기 용리액 발생 챔버를 통해 상기 제1 및 제2 전극 사이에 전류를 통과시키는 단계.
  17. 제16항에 있어서,
    (d) 단계 (a) 후에 용리액 발생 챔버로 재순환시키기에 앞서, 분리된 상기 이온종을 검출하는 단계를 추가로 포함하는, 이온 크로마토그래피 방법.
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