KR20060009864A - 고순도 용리제를 생성시키기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

고순도 용리제를 생성시키기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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제임스 엠 쥬니어 앤더슨
라이다 사리-노드하우스
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올테크 어쏘시에이츠, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 크로마토그래피에 사용하기 적당한 고순도 용리제를 생성시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 고순도 용리제는 교환 가능한 양이온을 포함하는 제1 정지상과 물을 제공함으로써 생성시킬 수 있다. 전해 이온은 물의 전기 분해에 의하여 생성된다. 전해 이온은 히드로늄 이온 및 히드록사이드 이온으로 이루어지는 군에서 선택된다. 히드로늄 이온을 제1 정지 상에 통과시켜 제1 정지 상 중의 양이온을 히드로늄 이온으로 대체한다. 이후, 소정 이온의 공급원을 양이온과 조합하여 소정 이온을 함유하는 고순도 용리제를 형성한다.

Description

고순도 용리제를 생성시키기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR GENERATING HIGH PURITY ELUANT}
본 발명은 예컨대 이온 크로마토그래피용으로 적당한 고순도 용리제를 생성시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
한 효과적인 형태의 액체 크로마토그래피는 이온 크로마토그래피로 불린다. 이 공지 기술에서, 시료 용액 중의 이온은 일반적으로 전해질을 함유하는 용리제를 사용하는 크로마토그래피 분리 단계를 통하여 이동한다. 이후, 용리제/시료 용액은 억제 단계로 가서 일반적으로 전기 전도성 검출기에 의하여 검출된다. 억제 단계에서는, 용리제의 전기 전도성은 억제되지만 분리된 이온의 전기 전도성은 억제되지 않아 분리된 이온이 전도도 셀에 의하여 검출될 수 있다. 이 기술은 예컨대 미국 특허 제3,897,213호, 제3,920,397호 및 제3,925,019호에 상세히 개시되어 있다.
일반적으로 액체 크로마토그래피 용의 고순도 용리제가 필요하며, 특히 이온 크로마토그래피에 필요하다. 또한, 정확한 시간에 정확한 농도의 구배 용리제를 생성시키는 편리한 방법이 필요하다. 또한, 단회 크로마토그래피 실시 동안 사용되는 상이한 강도 및 농도의 용래제인 구배 용래제를 생성시킬 필요가 있다. 이온 크로마토그래피용 구배 용리제의 사용은 Rocklin, R.D.등의 J. of Chromatographic Science, 27권, 474페이지, 1989년 8월; Qi, D.등의 Analytical Chemistry, 61권, 1383 페이지, 1989; 및 Shintani, H.등의 Analytical Chemistry, 59권, 802 페이지, 1987에 개시되어 있다.
크로마토그래피 용리제로서 사용하기 위한 고순도 수산화나트륨 용액을 생성시키는 방법 및 장치는 미국 특허 제5,759,405호에 개시되어 있다. 크로마토그래피 용리제로서 사용하기 위한 고순도 수산화칼륨 용액을 생성시키는 방법 및 장치는 미국 특허 제6,036,921호에 개시되어 있다. 그러나, 이들 특허는 탄산염 이온을 포함하는 고순도 용리제를 생성시키는 방법이나 장치를 개시하고 있지 않다. 탄산염 이온을 포함하는 고도로 순수한 용리제는 특히 2가 또는 3가 음이온의 등용매 분리(isocratic separation)에 유용하다. 또한, 이러한 적용에서, 필요한 탄산염 이온의 농도는 수산화나트륨 또는 수산화칼륨과 같은 다른 용리제의 경우 필요한 농도보다 상당히 낮다.
발명의 개요
본 발명은 크로마토그래피에 사용하기 적당한 고순도 탄산염 용리제를 생성시키는 방법 및 장치를 제공한다. 고순도 용리제는 교환 가능한 양이온을 포함하는 제1 정지 상 및 물을 제공함으로써 생성시킬 수 있다. 전해 이온은 물의 전기 분해에 의하여 생성된다. 전해 이온은 히드로늄 이온 및 히드록사이드 이온으로 이루어지는 군에서 선택된다. 히드로늄 이온을 제1 정지 상에 통과시켜 제1 정지 상 중의 양이온을 히드로늄 이온으로 대체한다. 이후, 탄산염 이온 공급원으로부터의 탄산염 이온을 양이온과 조합하여 탄산염 이온을 함유하는 고순도 용리제를 형성한다.
본 발명의 또다른 측면에서는, 교환 가능한 양이온을 포함하는 제1 정지 상과 물을 제공함으로써 고순도 용리제를 제공한다. 전해 이온은 물의 전기 분해에 의하여 생성된다. 전해 이온은 히드로늄 이온 및 히드록사이드 이온으로 이루어지는 군에서 선택된다. 제1 정지 상에서 히드로늄 이온을 양이온과 접촉 및 교환시켜 양이온 히드록사이드 용액을 형성한다. 바람직하게는, 양이온은 나트륨이다. 교환 가능한 탄산염 이온을 포함하는 제2 정지 상을 제공한다. 양이온 히드록사이드 용액으로부터의 히드록사이드 이온을 제2 정지 상에서 탄산염 이온과 접촉 및 교환시켜 제2 정지 상 중의 탄산염 이온을 히드록사이드 이온으로 대체하고 양이온 탄산염 용액을 형성한다.
본 발명의 또다른 측면에서는, 양이온을 포함하는 제1 정지 상과 물을 제공함으로써 고순도 용리제를 생성시킨다. 탄산염 이온을 포함하는 제2 정지 상도 제공된다. 전해 이온은 물의 전기 분해에 의하여 제1 및 제2 정지 상 각각에서 생성되는데, 여기서 전해 이온은 히드로늄 이온 및 히드록사이드 이온으로 이루어지는 군에서 선택된다. 제1 정지 상에서 히드로늄 이온은 양이온과 교환 가능하고 히드록사이드 이온은 제2 정지 상 중의 탄산염 이온과 교환 가능하다. 히드로늄 이온을 제1 정지 상에 통과시켜 제1 정지 상 중의 양이온을 히드로늄 이온으로 대체하여 양이온 히드록사이드 용액을 형성한다. 양이온은 나트륨, 칼륨 및 리튬으로 이루어지는 군에서 선택할 수 있다. 히드록사이드 이온을 고 서 히드로늄 이온을 양이온과 접촉 및 교환시켜 양이온 히드록사이드 용액을 제2 정지 상에 통과시켜 제2 정지 상 중의 탄산염 이온을 히드록사이드 이온으로 대체하여 탄산 용액을 형성한다. 양이온 히드록사이드 용액을 탄산 용액과 조합하여 양이온 탄산염 용액을 형성한다.
도 1은 이온 크로마토그래피 장치의 개략도이다.
도 2는 고순도 용리제를 생성시키는 본 발명 장치의 구체예의 개략도이다.
도 3은 고순도 용리제를 생성시키는 본 발명 장치의 또다른 구체예의 개략도이다.
도 4는 고순도 용리제를 생성시키는 본 발명 장치의 또다른 구체예의 개략도이다.
도 1에는, 간략화된 이온 크로마토그래피 장치가 도시되어 있다. 장치는 탈이온수 저장기(10)와 같은 수성 스트림의 공급원을 포함한다. 수성 스트림(탈이온수 함유)은 하기하는 바와 같은 용리제를 생성시키는 용리제 생성기(13)를 통하여 펌프(11)에 의하여 펌핑된다. 용리제 생성기(13)의 용리제는 바람직하게는 가스 침투성 배관 또는 막(132)을 통과하여 시료 주입 밸브(12)로 이동한다. 가스 침투성 배관(132)은 액체와 더불어 또는 액체 내에 존재하는 가스를 감소 또는 제거하기 위한 배관에 가스를 통과시킬 수 있는 액체를 함유하는 임의의 적당한 배관이다. 적당한 배관은 미국 캘리포니아주 샌디에고 소재의 BIOGENERAL사가 시판하는 TEFLON AF 2400 (DUPONT), 또는 미국 미네소타주 뉴 브라이튼 소재의 SYSTEC INC사가 시판하는 TEFLON AF이다. 배관(132)을 통해 용리제 생성기의 용리제를 흘림으로써, 용리제 생성 동안 생성된 가스를 시료 도입 전에 계로부터 제거할 수 있다.
용리제 생성기의 용리제를 시료 이온을 함유하는 액체 시료와 조합하고 혼합물을 분석 칼럼(14)으로 이송하여 거기서 시료 이온을 분리시킨다. 분석 칼럼(14)은 용리제의 전도도는 억제하나 시료 이온의 전도도는 억제하지 않는 억제 칼럼(15)과 유체 연통시킬 수 있다. 억제 칼럼(15)으로부터의 유출물은 검출기(16)로 이송하여 거기서 시료 이온을 검출한다. 대안적으로, 분석 칼럼(14)의 유출물은 검출기(16)로 직접 향하게 할 수 있다.
이후 검출기 유출물은 역압 조절기(17)을 통하여 폐기물(19)로 이송시킨다. 대안적으로, 검출기 유출물은 역압 조절기(17) 및 이어서 이온 교환 베드(18)를 거쳐 이송되어 저수기(10)로 재순환될 수 있다.
역압 조절기(17)는 용리제 생성기(13)에서 생성된 가스를 가스 투과성 배관(132)을 통하여 강제 이송시키는 것을 도울 수 있다. 그러나, 역압 조절기(17)는 가스 투과성 배관(132)을 사용할 경우에는 불필요하다. 따라서, 추가의 대안으로서, 검출기 유출물을 직접 폐기물(19)로 이송시키거나 및/또는 이온 교환 베드(18)를 통하여 이송시켜 저수기(10)로 재순환시킬 수 있다.
용리제 생성기(13)를 제외하고, 도 1에 도시된 바와 같은 이온 크로마토그래피 장치는 당업자에 널리 공지되어 있다. 예컨대, 이러한 장치는 그 전체 내용이 본원에 참고 문헌으로 인용되어 있는 미국 특허 제5,759,405호에 개시되어 있다.
도 2는 칼럼(24)을 포함하는 본 발명 용리제 생성기(13)의 구체예를 도시한다. 칼럼(24)은 일반적으로 중공 원통형이나, 예컨대 미국 특허 제5,759,405에 개시된 바와 같은 업계에 공지된 임의의 절차 및 칼럼 장치에 따라 제조할 수 있다.
칼럼(24)은 칼럼(24)내에 배치된 정지 상(23)을 포함한다. 정지 상(23)은 교환 가능한 양이온을 포함하는 양이온 교환 팩킹 재료를 포함할 수 있다. 교환 가능한 양이온의 비제한적 예는 나트륨, 칼륨 및 리튬 이온으로 이루어지는 군에서 선택된 것이다. 참고하기 용이하도록, 본 도면 및 명세서에서 교환 가능한 양이온을 나트륨으로서 언급한다. 달리 표현하지 않는 한, 나트륨이라 하면 다른 교환 가능한 양이온도 포함하는 것으로 이해하여야 한다.
적당한 양이온 교환 팩킹 재료는 산 작용화된 유기 및 무기 입자, 예컨대 인산 작용화된 유기 및 무기 입자, 카르복실산 작용화된 유기 및 무기 입자, 설폰산 작용화된 유기 및 무기 입자 및 페놀산 작용화된 유기 및 무기 입자를 포함한다. 바람직한 양이온 교환 팩킹 재료는 설폰산 작용화된 입자이다.
양이온 교환 팩킹 재료는 예컨대 막에 함침시킨 수지 형태 또는 모노리스(다공성 막대) 재료의 형태로 칼럼(24)에 팩킹할 수 있다. 한 구체예에서, 양이온 교환 팩킹 재료는 수지 형태로 칼럼(24)에 팩킹한다. 이상에서, 업계 숙련자라면 본 명세서 및 청구의 범위에서 사용되는 "정지 상"은 예컨대 크로마토그래피 팩킹 재료, 수성 스트림의 흐름에 가까운 벽에 코팅된 크로마토그래피 정지 상을 함유하는 크로마토그래피 재료의 코팅, 크로마토그래피 정지 상을 포함하는 중공 배관, 및 크로마토그래피에 통상적으로 사용되는 다른 정지 상을 포함함을 의미하는 것임을 이해할 것이다.
칼럼(24)은 또한 각각 칼럼(24)의 업스트림 단부(41) 및 다운스트림 단부(42)에 전극(21 및 22)을 포함한다. 전극(21 및 22)은 칼럼(24)의 대향 단부에 배치되며 정지 상(23)을 통하여 수성 스트림이 업스트림 단부(41)의 전극(21)으로부터 다운스트림 단부(42)의 전극(22)으로 흐르도록 배치된다.
한 구체예에서, 전극(21)은 애노드이고 전극(22)은 캐쏘드이다. 전극(21 및 22)은 일반적으로 유통 전극(flow-through electrode)이다. 유동 전극이란, 전극 사이로 시료 이온, 물 및/또는 용리제가 흐를 수 있게 하는 전극을 의미한다.
전극은 탄소, 팔라듐, 티탄, 스테인레스 스틸 또는 임의의 다른 적당한 전도성의 녹슬지 않는 재료로 제조될 수 있다. 바람직하게는, 전극은 평균 공극 크기가 약 0.1∼100 ㎛인 백금 코팅된 티탄, 산화루테늄 코팅된 티탄, 질화티탄 코팅된 티탄, 금 또는 로듐으로 제조된다. 유통 전극은 시료 이온, 물 및 용리제가 전극을 통하여 흐를 수 있도록 하기에 충분히 다공성이나 칼럼(24)에 배치된 정지 상(23)을 물리적으로 유지하기에 충분히 비다공성이다.
전극은 칼럼(24)의 외부 또는 내부에 위치될 수 있다. 전극의 배치에 대한 유일의 필요 조건은, 적어도 일부의 정지 상(23)을 두 전극(21 및 22) 사이에 배치한다는 것과 칼럼(24)을 통한 수성 스트림의 흐름이 한 전극으로부터 다른 전극으로 향한다는 것이다. 따라서, 전극을 칼럼의 "업스트림 단부"에 배치한다고 할 경우, 이것은 전극이 실제로 반드시 칼럼내에 위치한다는 것을 의미하지는 않는다. 반대로, 이것은 단순히 전극이 다른 전극에 대하여 수성 스트림 공급원(저수기(10))을 향한 칼럼(24) 측에 위치됨을 의미한다. 마찬가지로, 칼럼의 "다운스트림 단부"는 전극이 다른 전극에 대하여 수성 스트림 공급원(저수기(10))의 대향 측에 위치됨을 의미한다. 마찬가지로, 전극은 반드시 칼럼 자체내에 위치하는 것은 아니다. 즉, 전극은 칼럼(24)의 각 입구 및 출구에 인접하도록 물리적으로 정지 상을 기준으로 위치할 수 있다.
전극(21 및 22)은 전원(20)에 연결된다. 업게 숙련자라면 이해하듯이, 여러 가지 전원을 본 발명에 적당히 사용할 수 있다. 전원에 요구되는 모든 것은 수성 스트림 중 흐르는 물의 전기 분해를 일으키기에 충분한 전압을 전극에 제공할 수 있는 것이다. LABCONCO Model 3000 Electrophoresis Power Supply와 같이 시간 프로그래밍 가능한 일정 전류 DC 전원이 바람직하다.
전원(20)이 에너지화될 때, 이온 수송에 의하여 야기되는 전류가 전극(21 및 22) 사이에 그리고 칼럼(24)이 사용중일 경우 정지 상(23)에 걸쳐 생성된다. 전류는 칼럼(24)을 통해서 수성 스트림의 흐름과 평행한 경로를 따라서 흐른다. 바람직하게는, 전류는 일정한 전류이다.
칼럼(24)에서 생성되는 전류의 강도는 전극에 가해지는 전압, 전극의 단면적 및 칼럼(24)내 정지 상(23)의 용량에 직접 비례한다(예컨대, 정지 상(23)의 용량이 높아지면 칼럼(24)내 저항은 낮아짐). 또한, 칼럼(24)내 전류의 강도는 두 전극 사이의 거리와 역수 관계이다.
임의의 특정 이론에 제한됨 없이, 현재 칼럼(24)내 전류는 칼럼(24)내 정지 상(23)을 따르는 이온 수송을 통하여 두 전극(21 및 22) 사이에서 생성되는 것으로 믿어진다. 그러나, 정지 상(23)이 이온 수송을 할 수 없을 경우, 이온 수송은 가동 상을 통하여 일어나는 것으로 현재 믿어진다.
도 2에서, 칼럼(24)에서 정지 상(23)을 통하여 흐르는 수성 스트림은 수성 탄산 용액이다. 물이 애노드(21)와 접촉할 경우 (그리고 전원(20)이 켜질 경우), 물은 전기 분해를 거치고 히드로늄 이온이 하기 반응에 따라 생성된다:
애노드: 2H2O --> 4H+ +O2(g) +2e_
마찬가지로, 물이 캐쏘드(22)와 접촉하는 경우, 이것은 전기 분해를 거치고 히드록사이드 이온이 하기 반응에 따라 생성된다:
캐쏘드: 2H20 + 2e_ --> H2(g) + 20H_
따라서, 히드로늄 이온은 칼럼(24)의 업스트림 단부(41)에서 생성되어 칼럼(24)의 정지 상(23)을 통하여 흐른다. 히드로늄 이온은 정지 상(23) 상의 나트륨 이온을 치환 (즉 나트륨 이온과 교환하여 대체)한다. 애노드(21)가 위치한 업스트림에서 생성되는 과량의 히드로늄 이온 및 방출된 나트륨 이온은 칼럼(24)의 다운스트림 단부(42)로 흘러 캐쏘드(22)가 위치하는 다운스트림에서 생성된 히드록사이드 이온과 접촉한다.
히드록사이드 이온이 존재할 경우, 탄산 및 나트륨 이온이 반응하여 탄산나트륨을 포함하는 용리제를 형성한다. (또한, 나트륨 이온의 일부는 히드록사이드 이온이 존재하지 않을 경우 탄산과 반응할 것이다). 또한, 탄산이 수산화나트륨(다운스트림으로 생성)에 비하여 과량으로 존재하는 경우 중탄산나트륨도 생성될 것이다. 따라서, 탄산염 이온을 포함하는 고순도 용리제가 생성된다.
도 3은 본 발명의 용리제 생성기의 또다른 구체예를 도시한다. 도 2 및 3에서 동일한 부품은 동일한 숫자 부호로 나타낼 것이다. 칼럼(24)은 도 2에 대하여 개시된 것과 동일하다. 정지 상(26)을 포함하는 추가의 칼럼(25)이 제공된다.
바람직하게는, 정지 상(26)은 교환 가능한 탄산염 이온과 음이온 교환 팩킹 재료를 포함하나 업계의 숙련자는 적용예에 따라 다른 교환 가능한 음이온을 사용할 수 있음을 이해할 것이다. 적당한 음이온 교환 팩킹 재료는 무기 또는 유기의 1차, 2차, 3차 또는 4차 아미노 작용기 입자를 포함한다. 바람직한 음이온 교환 팩킹 재료는 4차 아미노 작용성 유기 또는 무기 입자를 포함한다.
칼럼(25)은 업스트림 단부(43) 및 다운스트림 단부(44)를 가진다. 업스트림 단부(43)는 다운스트림 단부(44)에 대하여 칼럼(24)을 향하여 위치된다. 반대로, 다운스트림 단부(44)는 업스트림 단부(43)에 대하여 칼럼(24)으로부터 떨어져 위치된다. (칼럼(24)으로부터 나오는) 수성 스트림은 칼럼(25)의 업스트림 단부(43)로부터 다운스트림 단부(44)를 향하여 칼럼(25)의 정지 상(26)을 통하여 흐른다.
도 3에 도시된 바와 같이, 칼럼(24)에 유입되는 수성 스트림은 탈이온수를 함유한다 (그리고 도 2에 도시된 바와 같이 탄산을 함유하지 않는다). 물이 애노드(21)와 접촉할 때 (그리고 전원(20)이 켜져 있을 경우), 물은 전기 분해를 거치고 히드로늄 이온은 하기 반응식에 따라 생성된다:
애노드: 2H20 --> 4H+ + O2(g) + 2e_
마찬가지로, 물이 캐쏘드(22)와 접촉할 때, 물은 전기 분해를 거치고 히드록사이드 이온은 하기 반응에 따라 생성된다:
캐쏘드: 2H20 + 2e_ --> H2(g) + 20H_
따라서, 히드로늄 이온은 칼럼(24)의 업스트림 단부(41)에서 생성되어 칼럼(24)의 정지 상(23)을 통하여 흐른다. 히드로늄 이온은 정지 상(23)에서 나트륨 이온을 치환 (즉, 나트륨 이온과 교환하여 대체)한다. 애노드(21)가 위치한 업스트림에서 생성되는 과량의 히드로늄 이온 및 방출된 나트륨 이온은 칼럼(24)의 다운스트림 단부(42)로 흘러 캐쏘드(22)가 위치하는 다운스트림에서 생성된 히드록사이드 이온과 합해져 각각 수산화나트륨과 물을 형성한다.
이후 바람직하게는, (이제 수산화나트륨을 함유하는) 칼럼(24)으로부터의 수성 스트림은 가스 투과성 배관 또는 막(135)을 통하여 흐른다. 가스 투과성 배관(135)은 도 1의 가스 투과성 배관(132)에 대하여 상기 논의한 바와 같이 제공된다. 수성 스트림을 가스 투과성 배관(135)을 통하여 흐르게 함으로써, 칼럼(24)에서 생성된 전해 가스 (산소 및 수소 가스)를 계로부터 제거할 수 있다. 그러나, 칼럼(24 및 25) 사이에 액체 연통을 제공하는 다른 형태의 배관 및 다른 수단을 사용할 수 있음을 이해할 것이다.
이후, 가스 투과성 배관(135)으로부터의 수성 스트림을 칼럼(25)을 통하여 흘린다. 히드록사이드 이온 (즉, 수산화나트륨)은 칼럼(25)을 통하여 흐르면서 정지 상(26) 상의 탄산염 이온을 치환 (즉, 교환 및 대체)한다. 방출된 탄산염 이온은 이후 수성 스트림 중의 나트륨 이온과 합해져 탄산나트륨 및/또는 중탄산나트륨을 포함하는 용리제를 형성한다. 따라서, 탄산염 이온을 포함하는 고순도 용리제가 생성된다.
도 4에는 본 발명의 용리제 생성기의 또다른 구체예가 도시되어 있다. 도 2, 3 및 4에서 동일한 부품은 동일한 숫자 부호로 나타날 것이다. 용리제 생성기는 도 3에 개시된 것과 동일한 칼럼(24)을 포함한다. 또한, 칼럼(24)과 평행한 칼럼(37)이 제공되어 있다 (도 3과는 달리, 두 칼럼이 직렬로 연결되어 있음).
칼럼(37)은 정지 상(36)을 포함한다. 바람직하게는, 정지 상(36)은 교환 가능한 탄산염 이온을 갖는 음이온 교환 팩킹 재료를 포함하나 업계 숙련자라면 적용례에 따라 다른 교환 가능한 음이온을 사용할 수 있음을 이해할 것이다. 적당한 및 바람직한 음이온 교환 팩킹 재료는 도 3에 대하여 상기 개시되어 있다.
칼럼(37)은 또한, 도 2에서 전극(21 및 22)에 대하여 상기 논의한 바와 같이 제공된 전극(38 및 39)을 포함한다. 마찬가지로, 전원(35)이 도 2에서 전원(20)에 대하여 상기 논의된 바와 같이 제공되어 있다. 대안적으로, 동일한 전원은 전극(21, 22, 38 및 39)에 전력을 공급할 수 있다. 바람직하게는, 전극(39)은 칼럼(37)의 업스트림 단부(45)에 위치한 캐쏘드이고, 전극(38)은 칼럼(37)의 다운스트림 단부(46)에 위치한 애노드이다.
도 4에서, (탈이온수를 함유하는) 수성 스트림은 양 칼럼(24 및 37)을 통하여 흐른다. 물이 칼럼(37)에서 캐쏘드(39)와 접촉할 때 (그리고, 전원(35)이 켜져 있을 경우), 물은 전기 분해를 거치고 히드록사이드 이온이 하기 반응식에 따라 생성된다:
캐쏘드: 2H20 + 2e_ --> H2(g) + 20H_
마찬가지로, 물이 칼럼(37)의 애노드(38)와 접촉할 때, 물은 전기 분해를 거치고 히드로늄 이온이 하기 반응에 따라 생성된다:
애노드: 2H20 --> 4H+ + O2(g) + 2e_
따라서, 히드록사이드 이온은 칼럼(37)의 업스트림 단부(45)에서 생성되어 칼럼(37)의 정지 상(36)을 통하여 흐른다. 히드록사이드 이온은 정지 상(36)에서 탄산염 이온을 치환 (즉, 탄산염 이온과 교환하여 대체)한다. 캐쏘드(39)가 위치한 업스트림에서 생성되는 과량의 히드록사이드 이온 및 방출된 탄산염 이온은 칼럼(37)의 다운스트림 단부(46)로 흘러 애노드(38)가 위치하는 다운스트림에서 생성된 히드로늄 이온과 합해져 각각 탄산과 물을 형성한다.
이후, (이제 탄산을 함유하는) 칼럼(37)으로부터의 수성 스트림은 반응 싱크(34)에서 (도 3에 대하여 상기 개시된 바와 같이 생성된 수산화나트륨을 함유하는) 칼럼(24)으로부터의 수성 스트림과 합해진다. 반응 싱크(34)는 수산화나트륨과 탄산을 혼합시키는 임의의 적당한 장치일 수 있다. 예컨대, 반응 싱크(34)는 T-커플링일 수 있다. 이후, 수산화나트륨 및 탄산을 반응시켜 탄산나트륨을 포함하는 용리제를 형성한다. 또한, 탄산이 수산화나트륨에 비하여 과량으로 존재할 경우, 중탄산나트륨도 생성될 것이다. 따라서, 탄산염 이온을 포함하는 고순도 용리제가 생성된다.
업계 숙련자라면 주지하는 바와 같이, 고순도 용리제를 생성시키는 외에, 상기 방법은 칼럼(24)에서 생성되는 수산화나트륨 용리제의 양 및/또는 칼럼(37)에서 생성되는 탄산의 양을 조절함으로써 구배 용리 크로마토그래피법에서 사용하기 적당할 수 있다. 칼럼(24 및 37)에서 전류가 높을수록, 각각 생성되는 수산화나트륨 및 탄산의 농도가 커질 것이다. 생성되는 염기 또는 산의 농도는 가해지는 전류에 직접 비례하고 수성 스트림 (예컨대, 탈이온수) 유속과 반비례한다. 따라서, 칼럼에서 시간을 기준으로 한 전류 프로그래밍을 통하여 구배가 가능하며 도 2 내지 4에 도시된 임의의 구체예 및 이들 구체예의 변형으로 구배를 생성시킬 수 있다.
고순도 용리제를 생성시키기 위한 상기 방법 및 장치는 다수의 이점을 가진다. 예컨대, 용리제 생성 방법이 간단해지고 용리제 제조에 소요되는 노동력이 현저히 감소된다. 또한, 몇가지 구체예에서는, 펌프 씰 및 피스톤을 파괴할 수 있는 부식성 산 또는 염기보다는 물 만을 펌프를 통하여 흐르게 한다. 또한, 본 발명 구배 용리제의 생성에서는 1 개의 종래 펌프만이 필요한 데 반해, 이전의 특정 펌프는 상이한 농도의 혼합 생성 용리제가 필요하였다. 또한, 용리제는 대기에 노출되지 않으므로, 오염 가능성이 감소된다. 시료 이온의 검출에 대해서는, 본 발명에 따라 제조된 고순도 용리제를 사용하면 기준선 변화가 감소되고 감도가 양호해지며 체류 시간 안정성이 개선되고 피크 해상도 및 통합도가 증가한다.
고순도 용리제를 생성시키기 위한 방법 및 장치를 이온 크로마토그래피계를 참고하여 예시하였으나, 탄산나트륨을 포함하는 용리제와 같은 고순도 용리제가 필요할 경우 본 발명을 사용할 수 있음을 이해하여야 한다. 예컨대, 본 발명은 자외선 검출기를 사용하는 액체 크로마토그래피와 같은 이온 크로마토그래피 이외의 액체 크로마토그래피 형태에 적용할 수 있다. 또한, 예컨대, 본 발명에 따라 제조된 탄산나트륨 용액을 가죽 제조, 특히 pH를 조절하기 위한 크롬 탄닝, 제지, 화학적 펄프의 제조에 사용할 수 있다. 예컨대, 유리 제조, 화학물질의 제조, 비누 및 세제의 제조, 알루미늄 제련, 수연화 및 다수의 다른 적용예에 사용할 수도 있다.
또한, 본 발명 방법 및 장치는 화학물질 또는 다른 적용예를 위한 고순도 시약의 생성에 사용할 수도 있다. 예컨대, 고순도 수산화나트륨을 생성시켜 다른 화학물질의 제조에 사용할 수 있다. 또한, 예컨대 염산과 같은 고순도 산을 본 발명에 따라 (교환 가능한 클로라이드 이온 칼럼을 사용하고, 클로라이드 이온과 교환되는 히드록사이드 이온을 칼럼에 흐르게 하고 클로라이드 이온과 히드로늄 이온을 조합함에 의하여) 생성시켜 다른 화학물질의 제조에 사용할 수 있다. 따라서, 문맥으로부터 명백하거나 달리 표현되지 않는 한, 본원 및 청구의 범위에서 사용되는 "용리제"는 크로마토그래피용 용리제에 한정되지 않음(예컨대, 다른 적용예에 사용되는 시약을 의미하기도 함)을 이해하여야 한다.
따라서, 상기 상세한 설명은 제한이라기보다는 예시로 간주되어야 하며, 본 발명의 개념 및 범위를 정하는 것은 모든 등가물을 포함하는 하기 청구의 범위임을 이해하여야 한다.

Claims (10)

  1. a. 물을 제공하는 단계;
    b. 교환 가능한 양이온을 포함하는 제1 정지 상을 제공하는 단계;
    c. 히드로늄 이온 및 히드록사이드 이온으로 이루어지는 군에서 선택되는 전해 이온을 물의 전기 분해로 생성시키는 단계;
    d. 히드로늄 이온을 제1 정지 상을 통해 흐르게 하여 제1 정지 상 중의 양이온을 히드로늄 이온으로 대체하는 단계;
    e. 탄산염 이온의 공급원을 제공하는 단계; 및
    f. 상기 양이온과 탄산염 이온을 조합하여 탄산염 이온을 함유하는 용리제를 생성하는 단계
    를 포함하는 용리제의 생성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 양이온과 탄산염 이온을 조합하기 전에 상기 양이온과 히드록사이드 이온을 조합하여 양이온 히드록사이드 용액을 형성하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
  3. 제2항에 있어서, 탄산염 이온의 공급원은 탄산염 이온을 포함하는 제2 정지 상인 것인 방법.
  4. 제3항에 있어서, 양이온 히드록사이드 용액을 제2 정지 상을 통하여 흐르게 하여 탄산염 이온을 히드록사이드 이온으로 대체시키고 양이온을 탄산염 이온과 조합하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 탄산염 이온의 공급원은 수성 탄산인 것인 방법.
  6. 제1항, 제2항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    a. 탄산염 이온을 포함하는 제2 정지 상을 제공하는 단계;
    b. 히드로늄 이온 및 히드록사이드 이온으로 이루어지는 군에서 선택되는 전해 이온을 물의 전기 분해로 생성시키는 단계;
    c. 히드록사이드 이온을 제2 정지 상을 통해 흐르게 하여 제2 정지 상 중의 탄산염 이온을 히드록사이드 이온으로 대체하는 단계; 및
    d. 탄산염 이온과 히드로늄 이온과 조합하는 단계
    를 포함하는 방법에 의하여 탄산염 이온의 공급원을 제공하는 것인 방법.
  7. 제2항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 양이온 히드록사이드 용액을 형성한 후 양이온 히드록사이드 용액으로부터 전해 이온의 생성 동안 생성된 가스를 분리하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
  8. 제5항에 있어서, 수성 탄산 용액을 제1 정지 상을 통하여 흐르게 하면서 동시에 히드로늄 이온은 제1 정지 상을 통하여 흐르게 하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 양이온은 나트륨, 칼륨 및 리튬으로 이루어지는 군에서 선택되는 것인 방법.
  10. a. 저수기;
    b. 양이온을 포함하고 업스트림부 및 다운스트림부를 가지며 저수기와 액체 연통되는 제1 정지 상;
    c. 탄산염 이온을 포함하고 업스트림부 및 다운스트림부를 가지며 제1 정지 상과 액체 연통되는 제2 정지 상;
    d. 제1 정지 상의 업스트림부와 전기적으로 연통되는 제1 전극 및, 제1 정지 상의 다운스트림부와 전기적으로 연통되는 제2 전극;
    e. 제1 정지 상과 전기적으로 연통되는 제1 전극 및 제2 전극 사이에 전위를 적용하기 위한 전원(이 때, 수성 스트림은 제1 정지 상의 업스트림부로부터 다운스트림부까지 흐르고, 전위로 인한 전기분해로 히드로늄 및 히드록사이드 이온이 생성됨)
    을 포함하는, 용리제 생성 장치.
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