KR20180101185A - 이온 크로마토그래피를 위한 전해질 시약 농축기 - Google Patents

이온 크로마토그래피를 위한 전해질 시약 농축기 Download PDF

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Abstract

탄산염 또는 암모니아 제거 디바이스의 작동을 지원하도록 추가 펌프 및 시약의 공급의 필요성을 피하는 인라인 전해질 농축 디바이스가 개시된다. 디바이스는 상업적으로 권장되는 재생제 용액들만큼, 또는 이보다 강한 재생제 용액들을 발생시킨다. 디바이스는 이온 크로마토그래피 시스템에서 유지 보수 및 교체 빈도를 줄이도록 용리제 용액을 재생할 수 있다.

Description

이온 크로마토그래피를 위한 전해질 시약 농축기{ELECTROLYTIC REAGENT CONCENTRATOR FOR ION CHROMATOGRAPHY}
이온 크로마토그래피(IC)는 용액에 있는 양이온성 및 음이온성 분석물을 분석하는데 바람직한 방법이다. IC 시스템은 통상적으로 용리제(eluent)의 전도성을 낮추고 완전 해리된 분석물에 대한 측정 감도를 증가시키도록 사용되는 억제기 디바이스(suppressor device)를 포함한다. 수산화물 용리제(hydroxide eluent)에 의해, 억제기는 전형적으로 1 μS/cm 미만인 백그라운드 전도성(background conductivity)을 가지는 약한 해리수(dissociated water)를 생성하도록 용리제 양이온을 하이드로늄 이온으로 교환하는 것에 의해 수산화물을 중화시킨다. 그러나 탄산염 및/또는 중탄산염 용리제에 의해, 억제기는 탄산염 종을 탄산으로 변환시키고, 중성 pH의 물보다 상당히 큰 백그라운드 전도성을 보유하는 용액을 생성한다. 분석을 위해 IC 시스템 내로 도입된 샘플에서 용해될 수 있는 이산화탄소는 또한 탄산염 종으로 변환되고, 변환 시에, 용리제 스트림의 전도성을 일시적으로 변경할 수 있다. 이산화탄소 및 탄산염 종은 결과적으로 다른 음이온에 대해 감소된 측정 감도, 증가된 측정 잡음, 및 잠재적인 측정 간섭에 기여한다.
가스 투과성 막들은 용해된 이산화탄소 가스의 제거를 통해 억제된 용리제 스트림(eluent stream)으로부터 탄산을 제거한다. Thermo Scientific(상표명) Dionex(상표명) CRD 300과 같은 상업적 제품은 억제된 용리제로부터 용해된 이산화탄소 가스를 추출하여, 화학 평형에 따라서 더욱 용해된 이산화탄소 가스와 물로 탄산의 해리를 혹사하여 탄산을 고갈시키고, 궁극적으로 낮은 전체 백그라운드 전도성을 가지는 억제된 액체 스트림을 유발한다. 이러한 탄산염 제거 디바이스(carbonate removal device: CRD)는 용리제로부터 용해된 이산화탄소 가스를 물리적으로 또는 화학적으로 추출하기 위하여, 가스 투과성 막을 가로질러 진공을 흡인하거나, 또는 대안적으로 가스 투과성 막의 대향 측면 상의 격실을 통해 염기성 재생제 용액(basic regenerant solution)을 순환시키도록 펌프를 요구한다. 하나의 상업적인 제품은 억제된 용리제로부터 가스 투과성 막(예를 들어, Teflon AF)을 통해 이산화탄소를 화학적으로 추출하도록 최대 1개월까지의 사용 동안 재순환되는, 200mM 수산화나트륨(NaOH) 재생제 용액을 사용하는 것을 권장한다. 이러한 접근법은 전도성 셀에 의해 측정된 신호에서 낮은 백그라운드 및 잡음을 달성할 수 있으며, 그러므로 IC 시스템에서 목표 분석물들에 대한 신호 대 잡음 비(signal-to-noise ratios)를 개선한다. 그러나, 아직 또 다른 펌프 및 또 다른 시약을 유지할 필요성뿐만 아니라 추가된 실행 업무는 탄산염 용리제와 함께 CRD 디바이스를 사용하는 IC 시스템의 운영상의 복잡성을 증가시킨다.
이와 관련하여, IC 시스템을 위한 용리제 시약은 통상적으로 시스템 내에서 단일 사용 후에 폐기물로서 처리되어, 시약의 각각의 배취(batch)가 소비됨에 따라 새로운 용리제로의 주기적인 교체를 요구한다. 용리제 시약의 빈번한 생산 및 유지 보수는 또한 화학 폐기물의 양 및 화학 물질과 관련된 비용을 증가시킨다.
그러므로, 개시된 디바이스 및 방법과 같은 개선이 필요하다.
본 발명의 한 양태에서, 전해질 시약 농축기(electrolytic reagent concentrator)는 시약의 추가 펌프 및 공급에 대한 필요성을 피한다. 작동시에, 인가된 전압이 약 1.5V를 초과하면, 시약 이온(reagent ion)은 시약 이온 공급원 채널로부터 제1 이온 교환 장벽을 통해 중앙 농축 채널 내로 운반되고, 동시에 물의 전기 분해로부터 발생된 반대 이온(counterion)은 반대 이온 공급원 채널로부터 제2 이온 교환 장벽을 통하여 중앙 농축 채널 내로 운반되며, 이온 교환 장벽들은 각각의 채널들 사이에서, 액체의 벌크 유동(bulk flow)을 차단하는 것에 의해 각각의 채널을 서로로부터 분리하지만, 적절하게 하전된 이온의 이동은 차단하지 않는다. 농축기는 중앙 농축 채널을 통한 액체의 유량(flow rate)이 시약 이온 공급원 채널을 통한 액체의 유량보다 낮도록 구성되며, 그러므로 적소의 농축기 메커니즘을 형성한다. 디바이스는 자체 보유성(self-sustaining)이며, 시약 이온 공급원 채널에 대한 소스 스트림으로서 폐기물 스트림을 사용할 수 있고 이온 공급원 채널들 및 중앙 농축 채널뿐만 아니라 억제기들과 같은 다른 이온 크로마토그래피 디바이스들에 액체를 공급하기 위해 검출기 스트림(detector stream)을 2개의 스트림으로 분할할 수 있기 때문에, 임의의 추가 펌프 또는 시약을 필요로 하지 않는다.
본 발명의 다른 양태에서, 인라인(in-line) 전해질 시약 농축기를 포함하는 이온 크로마토그래피 시스템을 작동시키는 방법이 개시된다. 방법은 이온 크로마토그래피 시스템의 이온 검출기 셀(ion detector cell)로부터 제1 액체 스트림을 얻는 단계, 및 전해질 시약 농축기의 시약 이온 공급원 채널에 상기 제1 액체 스트림을 제공하는 단계를 포함한다. 제1 액체 스트림은, 시약 이온 공급원 채널에 제공되기 전에, 보다 큰 부분이 반대 이온 공급원 채널, 선택적으로 억제기에 제공되는 한편, 재생제 농축 채널 및 발생된 용액 내에서 시약 이온을 농축시키도록 보다 적은 부분이 재생제 농축 채널에 제공되도록 분할될 수 있다. 하나의 대안에서, 방법은 가스 제거 디바이스를 위하여 농축된 재생제 용액을 재생하도록 사용된다. 또 다른 대안으로서, 방법은 이온 크로마토그래피 시스템의 분리 칼럼(separation column)과 함께 사용하기 위하여 용리제 용액을 재생하도록 사용된다.
제1 양태에서, 전해질 시약 농축기 디바이스는 시약 이온 공급원 채널, 반대 이온 공급원 채널, 재생제 농축 채널, 제1 이온 교환 장벽, 제2 이온 교환 장벽, 전극, 대향 전극, 및 유동 제어 디바이스를 포함한다. 제1 이온 교환 장벽은 제1 전하(first charge)를 가질 수 있고, 제1 전하에 대해서 반대 극성의 전하를 가지는 적어도 시약 이온이 투과 가능하지만 제1 전하와 동일한 극성의 전하를 가지는 다른 이온은 투과 가능하지 않다. 제1 이온 교환 장벽은 시약 이온 공급원 채널과 재생제 농축 채널 사이에서 액체의 벌크 유동을 차단하는 것에 의해 재생제 농축 채널로부터 시약 이온 공급원 채널을 분리시킨다. 제2 이온 교환 장벽은 제1 전하와 극성이 반대인 제2 전하를 가질 수 있고, 제2 전하에 대해서 반대 극성의 전하를 가지는 적어도 전기 분해로(electrolytically) 발생된 반대 이온이 투과 가능하지만 제2 전하와 동일한 극성의 전하를 가지는 다른 이온은 투과 가능하지 않다. 제2 이온 교환 장벽은 반대 이온 공급원 채널과 재생제 농축 채널 사이에서 액체의 벌크 유동을 차단하는 것에 의해 재생제 농축 채널로부터 반대 이온 공급원 채널을 분리시킨다. 전극은 시약 이온 공급원 채널과 전기 통신(electrical communication)하고, 대향 전극은 반대 이온 공급원 채널과 전기 통신한다. 유동 제어 디바이스는 시약 이온 공급원 채널 내로의 시약 이온 함유 액체의 유량과 비교하여 재생제 농축 채널 내로의 액체의 유량을 제한할 수 있다. 유동 제어 디바이스의 제1 부분은 모두 유동 가능하게 상호연결된 반대 이온 공급원 채널, 이온 공급원 재생제 채널, 이온 수용 재생제 채널(ion receiving regenerant channel), 및 차례로 시약 공급원 채널을 통한 유동을 제어한다는 것을 유의한다. 전극, 시약 이온 공급원 채널, 재생제 농축 채널, 반대 이온 공급원 채널, 및 대향 전극은 전해 전위(electrolytic potential) 또는 전류의 인가 시에, 재생제 농축 채널 내로, 시약 이온 공급원 채널로부터 시약 이온, 및 반대 이온 공급원 채널로부터의 전기 분해로 발생된 반대 이온을 구동하도록 전해조(electrolytic cell)를 형성할 수 있다.
제1 양태와 관련하여, 유동 제어 디바이스는 검출기로부터 검출기 스트림을 수용하도록 구성된 제1 유입부, 재생제 농축 채널의 유입부에 결합된 제1 유출부, 및 반대 이온 공급원 채널의 유입부에 결합된 제2 유출부를 포함할 수 있다. 유동 제어 디바이스는 상기 제2 유출부로부터 유출된 액체의 유량에 대하여 제1 유출부로부터 유출된 액체의 유량을 제한할 수 있다.
제1 양태와 관련하여, 반대 이온 공급원 채널은 억제기의 이온 공급원 재생제 채널에 유동 가능하게 상호연결될 수 있고, 억제기의 이온 수용 재생제 채널은 시약 공급원 채널에 유동 가능하게 상호연결된다.
제1 양태와 관련하여, 전극은 시약 이온 공급원 채널에 인접하여 배치될 수 있고, 대향 전극은 반대 이온 공급원 채널에 인접하여 배치될 수 있다.
제1 양태와 관련하여, 전극은 시약 이온 공급원 채널에 배치될 수 있고, 대향 전극은 반대 이온 공급원 채널에 배치될 수 있다.
제1 양태과 관련하여, 이온 교환 물질은 시약 이온 공급원 채널, 반대 이온 공급원 채널, 및 재생제 농축 채널 중 적어도 하나 내에 배치될 수 있다.
제1 양태와 관련하여, 중성 패킹 물질(neutral packing material)이 재생제 농축 채널 내에 배치될 수 있다.
제1 양태와 관련하여, 전해질 시약 농축기 디바이스는 용리제 채널, 재생제 채널, 및 용리제 채널과 재생제 채널 사이에서 가스의 이송을 허용하도록 재생제 채널로부터 용리제 채널을 분리시키는 가스 투과성 막을 포함하는 가스 제거 디바이스를 더 포함할 수 있다. 재생제 채널은 재생제 농축 채널의 유출부의 하류에 있고 재생제 농축 채널의 유출부와 유동 가능하게 상호연결될 수 있으며, 용리제 채널은 재생제 농축 채널의 입구의 상류에 있고 재생제 농축 채널의 입구와 유동 가능하게 상호연결될 수 있다.
제1 양태와 관련하여, 용리제 채널은 재생제 농축 채널 내로 운반되는 액체가 용리제 액체 스트림(eluent liquid stream)의 분획이도록 유동 제어 디바이스의 상류에 있고 유동 제어 디바이스와 유동 가능하게 상호연결될 수 있다.
제1 양태와 관련하여, 가스 제거 디바이스는 탄산염 제거 디바이스 또는 암모니아 제거 디바이스일 수 있다.
제2 양태에서, 이온 크로마토그래피를 위한 억제기-농축기 디바이스는 재생제 채널, 용리제 채널, 재생제 농축 채널, 제1 이온 교환 장벽, 제2 이온 교환 장벽, 전극, 대향 전극, 및 유동 제어 디바이스를 포함할 수 있다. 제1 이온 교환 장벽은 제1 전하를 가질 수 있고, 제1 전하에 대해서 반대 극성의 전하를 가지는 적어도 용리제 시약 이온이 투과 가능하지만 제1 전하와 동일한 극성의 전하를 가지는 다른 이온은 투과 가능하지 않다. 제1 이온 교환 장벽은 용리제 채널과 재생제 농축 채널 사이에서 액체의 벌크 유동을 차단하는 것에 의해 재생제 농축 채널로부터 용리제 채널을 분리시킨다. 제2 이온 교환 장벽은 제1 전하와 동일한 극성의 제2 전하를 가질 수 있고, 제2 전하에 대해서 반대 극성의 전하를 가지는 적어도 전기 분해로 발생된 이온이 투과 가능하지만 제2 전하와 동일한 극성을 가지는 시약 이온은 투과 가능하지 않으며, 제2 이온 교환 장벽은 재생제 채널과 용리제 채널 사이에서 액체의 벌크 유동을 차단하는 것에 의해 용리제 채널로부터 재생제 채널을 분리시킨다. 전극은 재생제 채널과 전기 통신하며, 대향 전극은 재생제 농축 채널과 전기 통신한다. 유동 제어 디바이스는 용리제 채널 내로의 액체의 유량과 비교하여 재생제 농축 채널 내로의 액체의 유량을 제한할 수 있다. 유동 제어 디바이스는, 재생제 농축 채널을 통한 유량이 용리제 채널을 통한 유량보다 작게 구성되도록, 용리제 채널의 유출부 및 재생제 농축 채널의 유입부와 유동 가능하게 상호연결될 수 있다. 전극, 재생제 채널, 용리제 채널, 재생제 농축 채널, 및 대향 전극은, 전해 전위 또는 전류의 인가 시에, 용리제 채널로부터 재생제 농축 채널 내로 용리제 시약 이온을 구동하는 전해조를 형성할 수 있다.
제2 양태와 관련하여, 유동 제어 디바이스는 검출기로부터 검출기 스트림을 수용하도록 구성된 제1 유입부, 재생제 농축 채널의 유입부에 결합된 제1 유출부, 및 재생제 채널의 유입부에 결합된 제2 유출부를 포함하고, 유동 제어 디바이스는 제2 유출부로부터 유출된 액체의 유량에 대하여 제1 유출부로부터 유출된 액체의 유량을 제한한다.
제2 양태와 관련하여, 전극은 재생제 채널에 인접하여 배치될 수 있고, 대향 전극은 재생제 농축 채널에 인접하여 배치될 수 있다.
제2 양태와 관련하여, 전극은 재생제 채널에 배치될 수 있고, 대향 전극은 재생제 농축 채널에 배치될 수 있다.
제2 양태와 관련하여, 억제기-농축기 디바이스는 재생제 농축 채널에 인접하여 배치된 가스 제거 채널을 더 포함할 수 있다. 가스 제거 채널은 재생제 농축 채널로부터 가스 제거 채널을 분리시키는 가스 투과성 막을 가질 수 있다.
제2 양태와 관련하여, 억제기-농축기 디바이스는 가스 제거 채널, 가스 재생제 채널, 및 가스 제거 채널과 가스 재생제 채널 사이에서 가스의 이송을 허용하도록 가스 재생제 채널로부터 가스 제거 채널을 분리시키는 가스 투과성 막을 포함하는 가스 제거 디바이스를 더 포함할 수 있다. 가스 재생제 채널은 재생제 농축 채널의 하류에 있고 재생제 농축 채널과 유동 가능하게 상호연결될 수 있다. 가스 제거 채널은 용리제 채널의 유출부의 하류에 있고 용리제 채널의 유출부와 유동 가능하게 상호연결될 수 있다.
제2 양태와 관련하여, 억제기-농축기 디바이스는 재생제 농축 채널 내에 위치된 가스 제거 채널을 더 포함할 수 있으며, 가스 제거 채널은 재생제 농축 채널에 적어도 부분적으로 배치된 가스 투과성 배관에 의해 획정된다.
제2 양태와 관련하여, 가스 제거 채널은 재생제 농축 채널과 인접한 관계로 위치될 수 있다. 대향 전극은 재생제 농축 채널과 전기 통신할 수 있으며, 가스 제거 채널은 재생제 농축 채널에 적어도 부분적으로 배치된 평면의 가스 투과성 배관에 의해 획정된다.
제2 양태와 관련하여, 대향 전극은 다공성일 수 있거나 또는 대향 전극을 관통 연장하는 복수의 작은 구멍(aperture)을 포함할 수 있다.
제3 양태에서, 이온 크로마토그래피 시스템을 작동시키는 방법은 이온 크로마토그래피 시스템의 억제기의 이온 수용 재생제 채널로부터 제1 액체 스트림을 유동시키는 단계를 포함할 수 있으며, 제1 액체 스트림은 적어도 용리제 시약 이온 및 물을 함유한다. 상기 방법은 제1 양태의 전해질 시약 농축기 디바이스를 얻는 단계를 포함한다. 제1 액체 스트림은 제1 유량으로 시약 이온 공급원 채널로 유동될 수 있다. 적어도 물을 함유하는 제2 액체 스트림은 제2 유량으로 반대 이온 공급원 채널로 유동될 수 있다. 적어도 물을 함유하는 제3 액체 스트림은 제3 유량으로 재생제 농축 채널로 유동될 수 있으며, 제3 유량은 제1 유량보다 작다. 전류 또는 전위는 농축된 재생제 용액을 형성하기 위하여 시약 이온 공급원 채널로부터의 용리제 시약 이온 및 반대 이온 공급원 채널로부터의 전기 분해로 발생된 반대 이온을 재생제 농축 채널 내로 구동하도록 전극 및 대향 전극에 인가될 수 있다.
제3 양태와 관련하여, 상기 방법은 제1 양태로부터의 가스 제거 디바이스를 얻는 단계를 더 포함할 수 있다. 가스 재생제 채널은 재생제 농축 채널의 하류에 있고 재생제 농축 채널과 유동 가능하게 상호연결될 수 있다. 전해질 시약 농축기 디바이스로부터의 농축 재생제 용액은 가스 제거 디바이스의 가스 재생제 채널로 유동될 수 있다.
제3 양태와 관련하여, 시약 이온 공급원 채널에서의 제1 액체 스트림은 재생제 농축 채널에서의 제3 액체 스트림에 대해 역류로 유동할 수 있다.
제3 양태와 관련하여, 전극 및 대향 전극에 인가된 전류는 사전 결정된 레벨에 있을 수 있다.
제3 양태와 관련하여, 전해질 시약 농축기는 시약 이온 공급원 채널 내로의 제1 액체 스트림의 제1 유량과 비교하여 재생제 농축 채널 내로의 제3 액체 스트림의 제3 유량을 제한하기 위한 유동 제어 디바이스를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 제4 액체 스트림을 가스 제거 채널로부터 유동 제어 디바이스로 유동시키는 단계, 유동 제어 디바이스를 통해, 제4 액체 스트림의 제1 부분을 유입물로서 억제기의 이온 공급원 재생제 채널에 제공하는 단계, 유동 제어 디바이스를 통해, 제4 액체 스트림의 제2 부분을 제3 액체 스트림으로서 재생제 농축 채널에 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다. 제2 부분은 제1 부분의 유량보다 작은 유량을 가질 수 있다.
제3 양태와 관련하여, 상기 방법은 반대 이온 공급원 채널의 유출물(output)을 억제기 디바이스의 이온 공급원 재생제 채널로 유동시키는 단계, 억제기 디바이스의 이온 공급원 재생제 채널의 유출물을 억제기 디바이스의 이온 수용 재생제 채널로유동시키는 단계, 및 억제기 디바이스의 이온 수용 재생제 채널의 유출물을 제1 액체 스트림으로서 시약 공급원 채널로 유동시키는 단계를 더 포함한다.
제3 양태와 관련하여, 유량 비(flow rate)는 제1 액체 스트림의 유량을 제3 액체 스트림의 유량으로 나눈 것이다. 유량 비는 약 2/1 내지 약 1000/1, 또는 약 2/1 내지 약 200/1, 또는 약 10/1 내지 약 30/1의 범위일 수 있다.
제3 양태와 관련하여, 농축된 재생제 용액은 염기성 용액(base solution)일 수 있으며, 가스 제거 디바이스는 탄산염 제거 디바이스일 수 있거나, 또는 농축된 재생제 용액은 산성 용액(acid solution)일 수 있으며, 가스 제거 디바이스는 암모니아 제거 디바이스일 수 있다.
제4 양태에서, 이온 크로마토그래피 시스템을 작동시키는 방법은 이온 크로마토그래피 시스템의 이온 검출기 셀로부터 제1 액체 스트림을 유동시키는 단계를 포함할 수 있으며, 제1 액체 스트림은 적어도 물을 함유한다. 상기 방법은 제2 양태의 억제기-농축기 디바이스를 얻는 단계를 포함한다. 제1 액체 스트림은 제1 유량으로 재생제 채널로 유동될 수 있다. 제2 액체 스트림으로서의 이온 크로마토그래피 시스템의 분리 칼럼으로부터의 용리제는 제2 유량으로 용리제 채널로 유동될 수 있다. 적어도 물을 함유하는 제3 액체 스트림은 제3 유량으로 재생제 농축 채널로 유동될 수 있으며, 제3 유량은 제2 유량보다 작다. 전류 또는 전위는 농축된 재생제 용액을 형성하기 위하여, 용리제 채널로부터 재생제 농축 채널 내로 용리제 시약 이온을 구동하고 재생제 농축 채널에서 반대 이온을 전기 분해로 발생시키도록 전극 및 대향 전극에 인가될 수 있다.
제4 양태와 관련하여, 상기 방법은 제2 양태로부터의 가스 제거 디바이스를 얻는 단계를 더 포함할 수 있다. 가스 재생제 채널은 재생제 농축 채널의 하류에 있고 재생제 농축 채널과 유동 가능하게 상호연결될 수 있다. 억제기-농축기 디바이스로부터의 농축된 재생제 용액은 가스 제거 디바이스의 가스 재생제 채널로 유입물로서 유동될 수 있다.
제4 양태와 관련하여, 억제기-농축기 디바이스는 용리제 채널 내로의 액체의 유량과 비교하여 재생제 농축 채널 내로의 액체의 유량을 제한하기 위한 유동 제어 디바이스를 더 포함할 수 있다. 유동 제어 디바이스는 재생제 농축 채널을 통한 유량이 용리제 채널을 통한 유량보다 작게 구성되도록 용리제 채널의 유출부 및 재생제 농축 채널의 유입부와 상호연결될 수 있다. 상기 방법은 유동 제어 디바이스를 통해, 제1 부분을 제1 액체 스트림으로서 재생제 채널에 제공하는 단계; 및 유동 제어 디바이스를 통해, 제2 부분을 제3 액체 스트림으로서 재생제 농축 채널에 제공하는 단계를 더 포함하며, 제2 부분은 용리제 채널 내로의 상기 액체의 유량보다 작은 유량을 가진다;
제4 양태와 관련하여, 전극, 재생제 채널, 용리제 채널, 재생제 농축 채널, 및 대향 전극은, 전해 전위 또는 전류의 인가 시에, 용리제 채널로부터 재생제 농축 채널 내로 용리제 시약 이온을 구동하는 전해조를 형성할 수 있다.
제4 양태와 관련하여, 유량 비는 제2 액체 스트림의 유량을 제3 액체 스트림의 유량으로 나눈 것이다. 유량 비는 약 2/1 내지 약 1000/1, 또는 약 2/1 내지 약 200/1, 또는 약 10/1 내지 약 30/1의 범위일 수 있다.
제5 양태에서, 이온 크로마토그래피 시스템을 작동시키는 방법은, 제1 채널, 제2 채널, 중앙 채널, 제1 이온 교환 장벽, 제2 이온 교환 장벽, 제1 전극, 제2 전극, 및 가스 제거 디바이스를 포함하는 전해질 시약 농축기 디바이스를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 제1 이온 교환 장벽은 제1 전하를 가질 수 있고, 제1 전하와 반대의 전하를 가지는 이온이 투과 가능하지만 제1 전하와 동일한 극성을 가지는 이온은 투과 가능하지 않으며, 액체의 벌크 유동을 허용하지 않으며, 중앙 채널로부터 제1 채널을 분리시킨다. 제2 이온 교환 장벽은 제2 전하를 가질 수 있고, 제2 전하와 반대의 전하를 가지는 이온이 투과 가능하지만 제2 전하와 동일한 극성을 가지는 이온은 투과 가능하지 않으며, 액체의 벌크 유동을 허용하지 않으며, 중앙 채널로부터 제1 채널을 분리시킨다. 제1 전극은 제1 채널에 배치되고, 제2 전극은 제1 채널에 배치된다. 가스 제거 디바이스는 가스 제거 채널, 가스 재생제 채널, 및 가스 제거 채널과 가스 재생제 채널 사이에서 가스의 이송을 허용하도록 가스 재생제 채널로부터 가스 제거 채널을 분리시키는 가스 투과성 막을 포함한다. 전류 또는 전위는 제1 전극과 제2 전극 사이에 인가되어, 제1 전극이 양전하를 가지며 제2 전극이 음전하를 가지도록 할 수 있다. 용리제와 함께 하전된 분석물(charged analyte)은 크로마토그래피 칼럼과 검출기를 통해 유동될 수 있다. 용리제의 적어도 일부는 제1 유량으로 검출기로부터 중앙 채널로 유동될 수 있다. 제1 액체 스트림은 제2 유량으로 제1 채널 및 제2 채널로 이루어진 군으로부터 선택된 채널로 유동될 수 있다. 제1 유량으로의 용리제가 하전된 분석물과 동일한 전하를 가지는 제1 전극 및 제2 전극 중 하나의 부근에 있으면, 제1 유량은 제2 유량보다 작을 수 있다. 용리제가 하전된 분석물과 동일한 전극을 가지는 채널에 있거나, 또는 용리제가 하전된 분석물과 동일한 전극을 가지는 채널에 인접한 채널에 있으면, 용리제는 상기 부근에 있다. 제2 유량으로의 제1 액체 스트림이 하전된 분석물과 동일한 전하를 가지는 제1 전극 및 제2 전극 중 하나의 부근에 있으면, 제2 유량은 제1 유량보다 작을 수 있다. 제1 액체 스트림이 하전된 분석물과 동일한 전극을 가지는 채널에 있거나, 또는 제1 액체 스트림이 하전된 분석물과 동일한 전극을 가지는 채널에 인접한 채널에 있으면, 제1 액체 스트림은 상기 부근에 있다.
제6 양태에서, 전해질 시약 농축기 디바이스는 시약 이온 공급원 채널, 반대 이온 공급원 채널, 재생제 농축 채널, 제1 이온 교환 장벽, 제2 이온 교환 장벽, 전극, 대향 전극, 제1 펌프, 및 제2 펌프를 포함한다. 제1 이온 교환 장벽은 제1 전하를 가질 수 있고, 제1 전하와 반대의 전하를 가지는 적어도 시약 이온이 투과 가능하지만 제1 전하와 동일한 극성을 가지는 이온은 투과 가능하지 않으며, 액체의 벌크 유동을 허용하지 않는다. 제1 이온 교환 장벽은 재생제 농축 채널로부터 시약 이온 공급원 채널을 분리시킨다. 제2 이온 교환 장벽은 제2 전하를 가질 수 있고, 제2 전하와 반대의 전하를 가지는 적어도 전기 분해로 발생된 반대 이온이 투과 가능하지만 제2 전하와 동일한 극성을 가지는 이온은 투과 가능하지 않으며, 액체의 벌크 유동을 허용하지 않는다. 제2 이온 교환 장벽은 재생제 농축 채널로부터 반대 이온 공급원 채널을 분리시킨다. 전극은 시약 이온 공급원 채널과 전기 통신하고, 대향 전극은 반대 이온 공급원 채널과 전기 통신한다. 제1 펌프는 액체를 제1 유량으로 재생제 농축 채널 내로 펌핑하도록 구성된다. 제2 펌프는 액체를 제2 유량으로 시약 이온 공급원 채널로 펌핑하도록 구성되며, 제1 유량은 제2 유량보다 작다.
도 1은 억제기 디바이스 및 탄산염 제거 디바이스 구성 요소를 예시하는 종래 기술의 IC 시스템의 부분 개략도.
도 2는 전해질 시약 농축기 디바이스의 제1 실시예의 제1 실시형태의 개략도.
도 3은 재생제 농축 채널을 통한 유량이 디바이스의 이온 공급원 채널에서의 유량보다 상당히 작은, 도 2의 디바이스를 작동시키는 것에 의해 달성되는 농축 거동(concentration behavior)을 도시한 도면.
도 4는 도 2의 전해질 농축기 디바이스를 이용하는 IC 시스템의 제1 실시형태의 개략도.
도 5a 및 도 5b는 도 4에 도시된 시스템을 사용하여 분석된 음이온 표준(anion standard)(도 5a) 및 CRD가 외부에서 제공된 시약으로 작동된 것을 제외하면 도 4에 도시된 것과 유사한 시스템(도 5b)의 크로마토그램을 각각 포함하는 도면.
도 6은 도 5a에 도시된 결과에 대한 피크 체류 시간(peak retention time) 및 피크 면적을 나타낸 표.
도 7은 도 5b에 도시된 결과에 대한 피크 체류 시간 및 피크 면적을 나타낸 표.
도 8은 개별 크로마토그램의 플롯이 시스템의 재현 가능한 성능을 시각적으로 나타내도록 위해 중첩되는, 도 4의 시스템을 사용하여 분석된 음이온 표준의 15회의 크로마토그래피 시행(chromatographic run)의 오버레이를 도시한 도면.
도 9는 도 8에 도시된 15회의 가동 시간에 대한 체류 시간 및 피크 응답(면적) 재현성 통계, 즉 상대 표준 편차를 나타낸 표.
도 10은 a) 250mM의 NaOH 시약을 포함하는 표준 및 b) 작업 예에 의해 제조된 농축 시약에 대한 나트륨 함유량을 비교한 도표.
도 11은 디바이스가 억제기-농축기 디바이스인 제3 실시예의 제1 실시형태의 개략도.
도 12는 디바이스가 복합(all-in-one) 디바이스, 즉 탄산염 제거 디바이스가 관형 구성인 억제기-농축기-탄산염 제거 디바이스인 제3 실시예의 제2 실시형태의 개략도.
도 13은 복합 디바이스, 즉 탄산염 제거 디바이스가 편평한 막 구성으로 있는 억제기-농축기-탄산염 제거 디바이스인 제2 실시형태의 변형의 개략도.
도 14는 농축된 염기(concentrated base), 농축된 산 또는 농축된 염기와 농축된 산을 동시에 발생시키도록 구성된 이중 기능성 ERC 디바이스의 대안적인 실시예의 개략도.
도 1은 외부에서 제공되는 농축된 염기성 용액(20)이 CRD 디바이스(200)를 통해 외부 펌프에 의해 펌핑되는 예시적인 종래의 시스템을 도시한다. CRD 디바이스(200)는 용리제 스트림(10b)을 수용하기 위한 용리제 채널(210), 염기성 용액(20)을 수용하기 위한 재생제 채널(220), 및 각각의 채널(210, 220)을 분리하기 위한 가스 투과성 막(230)을 포함한다. 상기된 바와 같이, 용리제 스트림(10a)은 탄산염 종을 탄산으로 변환하는 억제기(100)를 통해 안내될 수 있다. 억제된 용리제 스트림(10b)은 그 뒤에 그 탄산과 화학적 평형으로 탄산 및 다른 탄산염 종을 제거하도록 CRD 디바이스(200)를 통해 안내된다. 탄산은 가스 투과성 막(230)을 가로질러 억제된 용리제 스트림에서 용해된 이산화탄소 가스를 염기성 용액(20)으로 추출하는 것에 의해 제거되며, 여기에서, 이산화탄소 가스는 탄산염 음이온(CO3 2-)으로 변환되어 염기성 용액 스트림을 통해 제거된다. 이러한 디바이스에서, 가스 투과성 막(230)은 관형 막일 수 있어서, 도 1에 도시된 재생제 채널(220)은 관형 막(230)을 둘러싸는 연속 채널이다.
도 2는 전해질 시약 농축기(ERC) 디바이스(300)의 제1 실시예의 개략도를 도시한다. 간단히, 디바이스(300)는 제1 액체 스트림(312)을 수용하기 위한 시약 이온 공급원 채널(310), 제2 액체 스트림(322)을 수용하기 위한 반대 이온 공급원 채널(320), 및 제3 액체 스트림(332)을 수용하기 위한 재생제 농축 채널(330)을 포함한다. 채널(310 및 330)은 적어도 나트륨 양이온과 같은 시약 양이온(reagent cation)이 투과하는 양이온 교환막(340)에 의해 분리된다. 보다 일반적인 의미에서, 양이온 교환막(340)은, 전하를 가지며 분석물 이온의 전하와 반대인 전하를 가지는 시약 이온이 투과하는 제1 이온 교환막이다. 바람직하게, 분석물이 음이온인 경우에, 시약 이온(예를 들어, Na+ 및 K+)은 용리제 스트림(10a)의 주요 양이온 성분이다. 채널(320 및 330)은 적어도 수산화 이온이 투과하는 음이온 교환막(350)에 의해 분리된다. 보다 일반적인 의미에서, 음이온 교환막(350)은, 전하(제1 이온 교환 장벽의 전하와 반대임)를 가지며 시약의 전하와 반대인 전하를 가지는 반대 이온(예를 들어, OH-)이 투과하는 제2 이온 교환막이다. 그러므로, 시약 양이온, 및 잠재적으로 다른 양이온은 인가된 전위(전압 차)에 의해 시약 이온 공급원 채널(310)로부터 재생제 농축 채널(330) 내로 구동되지만, 재생제 농축 채널(330)로부터 반대 이온 공급원 채널(320) 내로 구동되지 않는다. 역으로, 수산화물 이온, 및 잠재적으로 다른 음이온은 인가된 전위에 의해 반대 이온 공급원 채널(320)로부터 재생제 농축 채널(330) 내로 구동될 수 있지만, 재생제 농축 채널(330)로부터 시약 이온 공급원 채널(310) 내로 구동되지 않는다. 이온 교환막은 또한 이온 교환 장벽으로서 지칭될 수 있다는 것을 유의하여야 한다.
ERC 디바이스(300)는 각각 이온 공급원 채널(310 및 320)에 인접하여 배치된(또는 채널에 배치된) 한 쌍의 전극(360 및 370)을 더 포함한다. 도 2에서, 애노드(360)는 시약 이온 공급원 채널(310)에 인접하여 배치되고 시약 이온 공급원 채널과 전기 접촉하고, 캐소드(370)는 반대 이온 공급원 채널(320)에 인접하여 배치되어 반대 이온 공급원 채널과 전기 접촉한다. 일반적으로, 시약 이온 공급원 채널(310)에 인접한 전극(360)은 시약 이온 공급원 채널로부터 재생제 농축 채널(330)로 시약 양이온을 구동하고, 반대 이온 공급원 채널(320)에 인접한 전극(370)은 수산화물 반대 이온을 전해 분해로 발생시켜, 농축된 시약의 형성을 돕도록 수산화물 반대 이온을 재생제 농축 채널(330) 내로 구동한다. 애노드(360)는 물의 전기 분해에 적합한 임의의 전극이 사용될 수 있을지라도, 바람직하게 백금 또는 백금이 코팅된 티타늄과 같은 귀금속으로 제조된 전극이다. 캐소드(370)는 동일하거나 상이한 이러한 적절한 물질로 제조된 전극이다. 작동시, 애노드(360)와 캐소드(370)는 적절한 전원(도시되지 않음)에 연결되어서, 애노드(360), 채널(310, 330, 320), 및 캐소드(370)의 조립체는 전해조를 형성한다. 작동 동안, 전해 전위 또는 전류가 인가되고, 애노드(360) 및 캐소드(370)에서 각각 하이드로늄 및 수산화물을 발생시킨다. 애노드(360)에서 전기 분해로 발생된 하이드로늄 이온은 물을 형성하도록 채널(310)에서의 수산화물 이온과 같은 소스 스트림에서의 음이온과 결합하는 반면에, 시약 양이온은 재생제 농축 채널(330)을 향하여 제1 이온 교환 장벽, 예를 들어 양이온 교환막(340)을 가로질러 구동된다. 동시에, 캐소드(370)에서 전기 분해로 발생된 수산화물 이온은 재생제 농축 채널(330)을 향하여 제2 이온 교환 장벽, 예를 들어 향한 음이온 교환막(350)을 가로질러 구동된다. 시약 양이온 및 수산화물 반대 이온은 제3 액체 스트림(332)이 통과함에 따라서 재생제 농축 채널(330) 내에서 시약 양이온 수산화물을 형성하도록 결합하고, 염기성 농축된 재생제 용액 스트림(40)으로서 유출된다. 그런 다음, 상기 염기성 재생제 용액 스트림(40)은 CRD(200)의 재생제 채널로의 유입물일 수 있다(도 4에 도시된 바와 같이). 시약 이온 공급원 채널(310)로부터 재생제 농축 채널(330)로의 하이드로늄 이온의 상당한 운반이 없다고 가정하면, 인가된 전류 및 각각의 제1 및 제3 액체 스트림 유량은 발생된 재생제 용액 농도를 제어하도록 사용될 수 있다. 하이드로늄 이온의 상당한 운반이 일어나면, 상당한 양의 산이 발생된 염기를 중화시켜, 재생제 용액 농도 기능(regenerant solution concentration function)을 손상시킨다. 그러므로, 바람직하게, 제1 액체 스트림(312)은 시약 양이온이 하이드로늄 이온 대신에 양이온 교환막(340)을 통해 운반되도록 충분히 높은 농도의 시약 양이온을 함유하여야 한다.
전문이 참고로 편입되는 미국 특허 제4,999,098호에 개시된 기능화된 스크린 물질과 같은 이온 교환 물질들은 재생제 농축 채널(330) 내로 시약 양이온 및/또는 하이드록실 반대 이온의 이송을 용이하게 하도록 각각의 채널 내에 제공된, 스크린(314, 324 및 334) 또는 다공성 수지, 비드, 및 모노리스를 포함하지만 이들로 제한되지 않는 다른 구조체에서 사용될 수 있다. 하나의 바람직한 실시예에서, 채널(310)에 있는 스크린(314)은 주로 양이온 교환 물질인 반면, 채널(320)에 있는 스크린(324)은 주로 음이온 교환 물질이다. 재생제 농축 채널(330)에 있는 스크린(334)은, 또한 전문이 참고로 편입되는 미국 특허 제6,077,434호에 개시된 바와 같이, 인가된 전위의 강하를 돕고 거의 100%의 전류 효율을 달성하도록 저용량 이온 교환 물질 또는 비기능화된 중성 패킹 물질일 수 있다. 실시예에서, 평면 스크린은 평면 전극들에 평행한 채널에 배치될 수 있다. 바람직한 구성은 재생제 농축 채널(330)에서 물의 최소의 형성을 유발하여서, 개선된 재생제 용액 농도 인자가 달성된다. 이러한 물질들은 채널(310, 320, 330) 중 하나 이상 및 채널들의 임의의 조합에 제공될 수 있다.
사용시에, 시약 양이온, 및 가능하게 다른 양이온 및 음이온이 재생제 농축 채널(330) 내에서 농축된다. 하이드로늄 및 수산화물은 물을 형성하도록 중화되지만, 인가된 전해 전위 또는 전류의 최적화로, 시약 양이온 및 하이드록실 반대 이온을 함유하는 용액의 형성에 유익할 것이다. 시약 양이온이 이온 검출기 셀 용리제 폐기물 스트림 또는 억제기 디바이스 폐기물 스트림과 같은 용리제 폐기물 스트림으로부터 수집될 때, 시약 양이온의 대부분의 또는 본질적으로 전부는 염기성 재생제 스트림 내에서 포착될 수 있다. 예를 들어, 15mM 탄산나트륨(Na2CO3)과 같은 전형적인 IC 용리제 강도로, 디바이스는 시약 양이온 농도, 예를 들어 약 30mM 나트륨에 대략 비례하는 강도를 가지는 염기성 재생제 용액을 발생시킬 수 있다. 그렇지만, 유익하게, ERC 디바이스(300)는 상업적으로 권장되는 재생제 용액들만큼 강하거나 또는 이보다 훨씬 강한 재생제 용액을 발생시키는 농축기로서 작동되거나, 또는 구조적으로 구성될 수 있다. 농축된 시약의 바람직한 농도는 100 내지 500mM, 보다 바람직하게 150 내지 300mM, 가장 바람직하게 200 내지 300mM이다. 재생제 농도 채널(330)을 통한 유량, 인가된 전해 전류, 또는 둘 모두가 필요에 따라 재생제 용액 내의 시약 양이온 및 수산화물의 농도를 변경하도록 조절될 수 있다는 것을 독자는 알아야 한다.
도 3은 재생제 농축 채널(330) 내에서 제3 액체 스트림(332)의 유량을 감소시키는 것이 재생제 농축 채널(330)로 이온성 종(ionic species)을 농축시킬 수 있다는 것을 예시한다. 제1 액체 스트림(312) 또는 시약 이온 공급원 채널(310)에 있는 양이온은 재생제 농축 채널(330) 내로 이동하여, 애노드(360)에서 발생된 하이드로늄 이온으로 대체되는 반면에, 반대 이온 공급원 채널(320)에서 전극(370)에 의해 발생된 음이온은 재생제 농축 채널(330) 내로 이동하여 양이온과 결합한다. 더욱 큰 유량으로 디바이스를 통해 유동하는 더욱 큰 부피의 제1 액체 스트림(312)으로부터의 시약 양이온은 더욱 작은 유량으로 디바이스를 통해 유동하는 제3 액체 스트림(332) 내에서 수집되고 농축된다. 작은 유량 비(시약 이온 공급원 채널(310) 유량에 대한 농축 채널(330)의 유량)에 의해, 최대 300mM NaOH의 염기성 재생제 용액이 생성되었다. 이러한 농도는 기존 상업용 CRD 디바이스에서보다 이산화탄소 제거에 더욱 적합하다. 디바이스의 일부 구현에서, 외부 펌프들 및 저장조들은 그 각각의 이온 공급원 채널(310 및 320)을 통한 제1 및 제2 액체 스트림(312, 322)의 유량보다 상당히 작도록 재생제 농축 채널(330)을 통한 제3 액체 스트림(332)의 유량을 구성하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 밸브, 하나 이상의 제한 오리피스, 하나 이상의 제한 튜브(하나 이상의 "제한되지 않은" 튜브들과 비교하여 제한된 내경 및/또는 구불구불한 유동 경로를 가지는 튜브들), 및/또는 유동 스트림을 주 및 부 서브스트림들로 분류하기 위한 다른 공지된 요소들을 가지는 선택적 유동 제어 디바이스(380)를 포함하는 것에 의해, ERC 디바이스(300)는, 제1 및 제2 액체 스트림(312, 322)을 위한 억제기 폐기물 및/또는 전도성 셀 용리제 폐기물 스트림, 및 제3 액체 스트림(332)을 위한 이러한 폐기물 스트림들 중 하나의 분리된 미량 분획을 사용하는 것에 의해 인라인으로 임의의 추가된 펌프들 또는 외부 공급된 시약없이 작동될 수 있다. 독자는 시약 양이온의 농도 인자가 제3 액체 스트림(332)의 유량 비 대 제1 액체 스트림(312)의 유량 비에 의해 좌우되는 것을 유의해야 한다. 실시예에서, 제3 액체 스트림(332)의 유량 비 대 제1 액체 스트림(312)의 유량 비(즉, 제1 액체 스트림(312)의 유량/제3 액체 스트림(332)의 유량)는 약 2/1 내지 약 1000/1의 범위, 바람직하게 약 2/1 내지 약 200/1의 범위, 더욱 바람직하게 약 2/1 내지 약 100/1의 범위, 여전히 더욱 바람직하게 약 2/1 내지 약 50/1의 범위, 더욱 더 바람직하게 약 10/1 내지 약 30/1의 범위일 수 있다. 액체가 다음에 기술되는 바와 같이 억제기 및/또는 제1 액체 스트림와 관련하여 재사용될 수 있을지라도, 제2 액체 스트림(322)의 유량은 전해질 공정을 위한 물(본질적으로 높은 농도임)을 제공하는 것 이외의 다른 농도 측면에서 직접적인 역할을 하지는 않는다.
도 4는 제1 실시예의 실시형태를 개략적으로 도시한다. 펌프는 탄산염을 위한 선택적인 용리제 발생기로 액체를 펌핑하도록 사용될 수 있다. 발생하는 용리제가 없으면, 탄산염 용리제는 주입 밸브를 통해 펌프에 의해 펌핑될 수 있다. 음으로 하전된 분석물은 인젝터에 주입되어 용리제를 구비한 크로마토그래피 칼럼으로 유동될 수 있다. 전도성 검출기 셀과 같은 이온 검출기 셀(400)로부터의 용리제 폐기물은 분할되고, ERC 디바이스(300)로의 제2 액체 스트림(322) 및 제3 액체 스트림(332)으로서 사용된다. 제2 액체 스트림(322)은 이어서 억제기 디바이스(100)의 이온 공급원 재생제 채널(110) 내로, 그런 다음 이온 수용 재생제 채널(112)로 안내되고, 그런 다음 다시 ERC 디바이스(300)의 제1 액체 스트림(312)으로서 재사용될 수 있다. 결과적으로, ERC 디바이스(300)는 인라인 농축기로서 기능할 수 있으며, 인라인 농축기에서, 액체 유동은 IC 시스템 내에서 용리제 스트림의 유동에 동력을 공급하는 동일한 시스템 펌프에 의해 구동되고, 액체 유동은 용리제 폐기물 스트림로부터 직접 또는 간접적으로 전체적으로 얻어진다. 그러므로, 단일 펌프는 분석물의 분석을 위해 용리제를 펌핑하고 또한 CRD(200)를 위해 재생제 용액을 재순환 및 농축하도록 사용될 수 있다. 대안적인 실시형태들은 용리제 폐기물 스트림, 예를 들어 탈이온화된 물 또는 다른 공지된 용액을 사용하여 재생된 억제기에 유압식으로 연결되지 않은 억제기 폐기물 스트림으로부터 제1 액체 스트림(312)을 얻을 수 있으며, 및/또는 탈이온화된 물의 소스로부터 제2 액체 스트림(322)을 얻을 수 있으며, 및/또는 탈이온화된 물의 소스로부터 제3 액체 스트림(332)을 얻을 수 있다. 도 4의 예시된 실시형태의 이점은 추가 펌프 또는 시약이 ERC 디바이스(300) 및 CRD 디바이스(200)의 작동에 요구되지 않다는 것이다.
도 4가 CRD 디바이스(200), ERC 디바이스(300), 및 유동 제어 디바이스(380)를 개별적인 기능 블록들로 도시하였을지라도, ERC 디바이스 자체가 유동 제어 디바이스(380)를 포함할 수 있다는 것은 명백하다. 제2 실시예에서, 용리제 스트림(10b)을 수용하기 위한 용리제 채널(210), 재생제 농축 채널(330)로부터의 제3 액체 스트림(332) 유출물을 수용하기 위한 재생제 채널(220), 및 각각의 채널(210, 220)을 분리하는 가스 투과성 막(230)을 더 포함하고, 재생제 채널(220)이 재생제 농축 채널(330)과 유동 가능하게 상호연결된 디바이스(300)가 제조되고 자기 재생 CRD 디바이스로 판매될 수 있다. 자기 재생 CRD 디바이스의 실시예는 또한 유동 제어 디바이스(380)를 자체적으로 포함할 수 있다.
또한, 도 5a 및 도 5b는 프로토 타입 ERC 디바이스(300)를 구비한 상업용 CRD 디바이스(200) 대 염기성 시약(base reagent)의 외부 소스로 재생된 동일한 CRD 디바이스(200)의 성능을 비교한다. 피크 형상, 백그라운드 전도성 레벨 및 잡음 성능으로부터, 두 접근법이 성능의 질적으로 비교 가능한 레벨을 제공한다는 것이 명백할 것이다. 또한, 도 6 및 도 7은 각각의 접근법에 대한 체류 시간 및 피크 면적을 제공하며, 또한 이러한 것들이 양적으로 비교 가능한 성능을 가진다는 것을 보인다. 도 8은 시스템의 일관된 작동 품질을 입증하는, ERC 공급 시스템에서의 15회 주입의 오버레이를 도시한다. 도 9는 전도성 검출기(CD)에 의한 측정치의 상대 표준 편차에 관하여 15회 주입에 대한 피크 체류 시간 및 피크 응답 모두에 대한 재현성 데이터를 요약한다. 데이터는 수동으로 준비된 펌프 순환 재생제 용액이 공급된 상업용 CRD 디바이스를 가지는 IC 시스템으로부터 기대되는 성능, 즉 체류 시간에 대해 < 0.5% RSD 및 피크 면적에 대해 < 2% RSD와 일치한다. 위의 결과로부터, 이러한 기대치가 실제 예에 의해 초과되는 것이 명백하다.
도 10은 250mM 수산화 나트륨(NaOH) 시약 표준(상위 크로마토그램)의 음이온 분석 대 ERC 디바이스(300)의 유출된 제3 액체 스트림(332)의 음이온 분석, 즉 발생된 염기성 재생제 용액(하위 크로마토그램)의 도표를 도시한다. 각각의 샘플은 1000배 희석되고 분석되며, 그런 다음 결과가 도시된 바와 같이 도표로 표시된다. 제3 액체 스트림(332)의 유출물로부터 취한 샘플로 측정된 나트륨 피크는 250mM 수산화나트륨(NaOH) 시약 표준의 피크 높이 및 면적을 초과하는 피크 높이 및 면적을 가졌다. 이러한 분석으로부터, CRD 디바이스에 전달하기 위한 고농축 염기성 재생제 용액이 발생될 수 있다는 것이 명백하다. 구체적으로, 1.2 mL/min의 유량으로 약 10.4mM의 Na+를 함유하는 용리제로 시작하고, 1 내지 30의 유량 비(시약 이온 공급원 채널(310) 대 농축 채널(330))로 ERC 디바이스(300)를 작동시키면(약 0.04 mL/min의 ERC 농축기 채널 유량), 보다 작은 유동 스트림 내에서 나트륨 양이온의 30배 농축을 나타내는 한편, 우수한 크로마토그래피 성능을 유지하는 300mM NaOH 재생제 스트림을 발생시키는 것이 가능하였다.
도 11은 제3 실시예의 제1 실시형태, 음이온 분석을 위한 억제기-농축기(500)의 개략도이다. 디바이스(500)는 제1 액체 스트림(512)을 수용하기 위한 재생제 채널(510), 제2 액체 스트림(522), 즉 용리제 스트림(10a)을 수용하기 위한 용리제 채널(520), 및 제3 액체 스트림(532)을 수용하기 위한 재생제 농축 채널(530)을 포함한다. 채널(510 및 520)은 제1 양이온 교환막(540)에 의해 분리된다. 채널(520 및 530)은 제2 양이온 교환막(550)에 의해 분리된다. 그러므로, 시약 양이온, 및 잠재적으로 다른 양이온은 인가된 전해 전위에 의해 용리제 채널(520)로부터 재생제 농축 채널(530) 내로 구동된다. 재생제 농축 채널(530)에서, 양이온은 염기를 형성하도록 캐소드(570)에서 발생된 수산화물과 결합한다. 용리제 채널(520)은 가스 제거 디바이스(200)에 유체 연결될 수 있다. 가스 제거 디바이스(200)는 도 11에 도시된 바와 같이 가스 제거 채널(211) 및 가스 재생제 채널(221)을 포함한다.
디바이스(500)는 재생제 채널(510)에 인접하여 배치되어(또는 이에 배치되어) 재생제 채널과 전기 접촉하는 애노드(560), 재생제 농축 채널(530)에 인접하여 배치되어(또는 이에 배치되어) 재생제 농축 채널과 전기 접촉하는 캐소드(570)를 더 포함한다. 애노드(560)는 물의 전기 분해에 적합한 임의의 전극이 사용될 수 있을지라도, 바람직하게 백금 또는 백금이 코팅된 티타늄으로 제조된 전극이다. 캐소드(570)는 동일하거나 다른 이러한 적절한 물질로 제조된 전극이다. 사용 시에, 애노드(560), 채널(510, 520, 530) 및 캐소드(570)의 조립체가 전해조를 형성하도록, 애노드(560) 및 캐소드(570)는 적절한 전원(도시되지 않음)에 연결된다. 작동 동안, 전해 전위 또는 전류가 인가되어, 애노드 및 캐소드에서 하이드로늄 및 수산화물의 형성을 각각 유발한다. 용리제 스트림(10a)으로부터의 시약 양이온은 캐소드(570)를 향해 구동된다. 이러한 양이온은 염기성 재생제 용액(40)을 형성하도록 캐소드(570)에서 발생된 수산화 이온과 결합한다. 인가된 전류 및 각각의 제2 및 제3 액체 스트림 유량은 본 명세서에서 앞서 기술된 바와 같이 발생된 재생제 용액 농도를 제어하도록 사용될 수 있다. 디바이스(300)와 유사하게, 디바이스(500)에 대한 시약 양이온의 농도 인자는 제3 액체 스트림(532)의 유량 비 대 제2 액체 스트림(522)의 유량 비에 의해 좌우된다. 제3 액체 스트림(532)의 유량 비에 대한 제2 액체 스트림(522)의 유량 비(즉, 제2 액체 스트림(522)의 유량/제3 액체 스트림(532)의 유량)는 약 2/1 내지 약 1000/1의 범위, 바람직하게 약 2/1 내지 약 200/1의 범위, 더욱 바람직하게 약 2/1 내지 약 100/1의 범위, 더욱 더 바람직하게 약 2/1 내지 약 50/1의 범위, 한층 더욱 더 바람직하게 약 10/1 내지 약 30/1의 범위일 수 있다. 이온 교환 물질들은, 재생제 농축 채널(530)로 시약 양이온의 이송을 용이하게 하도록, 상기된 바와 같은 스크린들 또는 다른 구조체의 형태로 각각의 채널 내에 제공될 수 있다. 이온 교환 물질들은 채널(510, 520, 530) 중 하나 이상 및 채널들의 임의의 조합에 제공될 수 있다.
디바이스(500)는 예를 들어, 하나 이상의 밸브, 하나 이상의 제한 오리피스, 하나 이상의 제한 튜브, 및/또는 유입 액체 스트림(예를 들어, 폐기물 용리제 유동 스트림)을 서브스트림(적어도 제1 액체 스트림(512) 및 제3 액체 스트림(532)과 같은)들로 분할하기 위한 다른 공지된 요소들을 가지는 유동 제어 디바이스(580)를 더 포함하며, 유동 제어 디바이스는 재생제 및 재생제 농축 채널(510 및 530)과 각각 상호연결되어서, 제3 액체 재생제 농축 채널을 통한 제3 액체 스트림(532)의 유량은 재생제 채널을 통한 제1 액체 스트림(512)의 유량보다 상당히 작도록 구성될 수 있다.
작동 시에, 용리제 채널(520) 및 인접한 채널(510 및 530)은 억제기로서 기능한다. 적어도 시약 양이온, 및 가능하게는 다른 양이온은 재생제 농축 채널(530) 내에서 농축될 것이다. 수산화물은 캐소드(570)에 근접한 재생제 농축 채널(530) 내에서 발생되어, 시약 양이온 및 하이드록실 반대 이온의 용액을 형성할 것이다. 시약 양이온의 대부분 또는 본질적으로 전부는 발생된 염기성 재생제 용액(40) 내에서 용리제 스트림(10a)으로부터, 즉 제2 액체 스트림(522)으로부터 포획될 수 있다. 용리제 스트림(10a)/제2 액체 스트림(522)보다 상당히 낮은 재생제 농축 채널(530)을 통한 유량으로 작동시키는 것에 의해, 디바이스(500)는 상업적으로 권장되는 재생제 용액들만큼 강한 또는 이보다 훨씬 강한 재생제 용액을 발생시키는 농축기로서 작동한다. 디바이스(500)는 도 11에 도시된 탄산염 제거 디바이스(200)와 같은 가스 제거 디바이스를 위한 농축 재생제 용액을 발생시키도록 작동될 수 있다. 또 다른 대안에서, 디바이스(500)는 이온 크로마토그래피 시스템의 분리 칼럼과 함께 사용하기 위한 용리제를 재생하도록 작동될 수 있으며, 농축된 재생제 용액(40)은 용리제 저장소에 제공되고, 필요한 농도로 보급수(make-up water)와 혼합된다.
도 12는 억제기-농축기-CRD 기능을 제공하는 복합(all-in-one) 디바이스(600)를 형성하는, 제3 실시예의 제2 실시형태의 개략도를 도시한다. 상기의 제1 실시형태에서 설명된 바와 다르게, 디바이스(600)는 제1 액체 스트림(612)을 수용하기 위한 재생제 채널(610), 분리 칼럼으로부터 제2 액체 스트림(622)을 수용하기 위한 용리제 억제 채널(620), 제3 액체 스트림(632)을 수용하기 위한 재생제 농축 채널(630), 용리제 억제 채널(620)로부터 재생제 채널(610)을 그리고 용리제 억제 채널(620)로부터 재생제 농축 채널(630)을 각각 분리하기 위한 양이온 교환막(640 및 650), 애노드(660), 및 캐소드(670)를 포함한다. 예를 들어 스크린(614, 624, 634) 또는 다른 구조체의 형태를 하는 이온 교환 물질들은 선택적으로 포함될 수 있으며, 유동 제어 디바이스(680)는 선택적으로 디바이스(600)에 이미 연결된 것으로서 포함될 수 있거나, 또는 대신에 키트에 있는 별도의 디바이스로서 존재할 수 있다. 제2 실시형태는 디바이스가 재생제 농축 채널(630)에 배치된 가스 제거 채널(690)을 포함하는 것에서 제1 실시형태와 다르다. 도 12에 도시된 바와 같이, 가스 제거 채널(690)은 채널(630)을 통해 적어도 부분적으로 연장되도록 재생제 농축 채널(630) 내에 위치된, 관형 형태를 하는 가스 투과성 막(694)을 포함할 수 있다. 그러므로, 막(694)은 사실상 억제 후(post-suppression) 제2 액체 스트림(622)의 제4 액체 스트림(692)을 수용하기 위한 가스 제거 채널(690)을 획정할 수 있다. 가스 제거 채널(690)이 대안적으로 교체를 용이하게 하도록 이러한 가스 투과성 막을 가지는 카트리지 또는 카세트를 포함할 수 있다는 것은 명백할 것이다. 그 결과, 재생제 농축 채널(630)은 도 4에 도시된 CRD의 재생제 채널(220)처럼 기능할 수 있으며, 탄산염 음이온은 탄산염 제거 채널(690)의 가스 투과성 막을 가로질러 추출되고(이산화탄소 가스로서), 시스템 폐기물로서 셀 용리제 폐기물 스트림의 분리된 미량 분획과 함께 제거된다.
도 13은 탄산염 제거 채널(690)이 재생제 농축 채널(630)과 인접한 관계로 배치되는, 제3 실시예의 복합 억제기/농축기/CRD의 대안적인 실시형태의 개략도를 도시한다. 막(694)은 제4 액체 스트림(692)을 수용하기 위한 가스 제거 채널(690)을 적어도 부분적으로 형성하는 평면 형태를 가질 수 있다. 가스 투과성 막(694)을 가로질러 최적의 가스 이송을 유지하도록, 캐소드(670)는 재생제 농축 채널(630)에 인접하여 또는 그 안에 배치될 수 있다. 재생제 농축 채널(630)은 도 1에 도시된 CRD의 재생제 채널(220)처럼 기능하며, 이산화탄소 가스는 탄산염 제거 채널(690)의 가스 투과성 막(694)을 가로질러 추출되고, 시스템 폐기물로서 제3 액체 스트림(632)과 함께, 즉 셀 용리제 폐기물 스트림의 분리된 미량 분획과 함께 제거된다. 변형예에서 캐소드(670)는 염기성 재생제 용액, 임의의 용해된 이산화탄소, 임의의 격리된 탄산염 등이 재생제 농축 채널(630)을 가로질러 혼합되는 것을 허용하도록 다공성일 수 있고/있거나 관통 연장하는 복수의 작은 구멍을 포함한다.
도 14는 농축된 염기, 농축된 산 또는 농축된 염기와 농축된 산 모두를 동시에 발생시키도록 구성된 이중 기능성 ERC 디바이스(1400)의 대안적인 실시예를 도시한다. ERC 디바이스(1400)는 중앙 시약 이온 공급원 채널(1402), 수산화물 반대 이온 공급원 채널(1420), 염기성 재생제 농축 채널(1430), 산성 재생제 농축 채널(1432), 및 하이드로늄 반대 이온 공급원 채널(1410)을 포함한다. 수산화물 반대 이온 공급원 채널(1420)과 염기성 재생제 농축 채널(1430)은 음이온 교환막(1450)에 의해 분리된다. 염기성 재생제 농축 채널(1430) 및 중앙 시약 이온 공급원 채널(1402)은 양이온 교환막(1440)에 의해 분리된다. 중앙 시약 이온 공급원 채널(1402)과 산성 재생제 농축 채널(1432)은 음이온 교환막(1452)에 의해 분리된다. 산성 재생제 농축 채널(1432)과 하이드로늄 반대 이온 공급원 채널(1410)은 양이온 교환막(1442)에 의해 분리된다. 캐소드(1470)는 수산화물 반대 이온 공급원 채널(1420)에(또는 이에 인접하여) 배치되고 수산화물 반대 이온 공급원 채널과 전기 통신한다. 애노드(1460)는 하이드로늄 반대 이온 공급원 채널(1410)에(또는 이에 인접하여) 배치되고 하이드로늄 반대 이온 공급원 채널과 전기 통신한다.
도 14를 다시 참조하면, 이온의 공급원(예를 들어, KOH 및/또는 메탄설폰산)은 중앙 시약 이온 공급원 채널(1402) 내로 유입될 수 있다. 실시예에서, 이온의 공급원은 억제기의 재생 채널로부터 나올 수 있으며, 적어도 용리제 시약 이온 및 물을 포함한다. 유동 제어 디바이스의 제2 부분을 통해 검출기 용출액(detector effluent)으로부터의 액체 스트림은 염기성 재생제 농축 채널(1430) 및/또는 산성 재생제 농축 채널(1432) 내로 유입될 수 있다. 유동 제어 디바이스의 제1 부분을 통한 검출기 용출액으로부터의 또 다른 액체 스트림은 수산화물 반대 이온 공급원 채널(1420) 및/또는 하이드로늄 반대 이온 공급원 채널(1410) 중 어느 하나 내로 유입될 수 있다.
ERC가 CRD를 위한 염기성 재생제 용액을 생성하는(또는 CRD의 기능을 통합한) IC/CRD 시스템의 맥락에서 개시된 디바이스들이 제시되었지만, ERC는 보다 일반적인 맥락에서 양이온 또는 음이온 분석과 같은 적용을 위하여 용리제를 재생할 수 있다. 음이온 분석 적용을 위해, 개시된 디바이스들은 리튬, 나트륨, 칼륨, 세슘, 및 암모니아와 같은 다양한 시약 양이온을 함유하는 농축된 염기성 시약을 발생시킬 수 있다. 양이온 분석 적용을 위하여, 개시된 디바이스들은 메탄설폰산, 황산, 염산 등을 생성하도록 메탄설폰산염, 황산염, 염화물, 인산염, 아세트산염 등과 같은 다양한 시약 음이온을 함유하는 농축된 산성 시약을 발생시킬 수 있다. 구체적으로, 전극(360)은 캐소드일 수 있고, 제1 이온 교환막(340)은 양이온 분석물과 반대 전하를 가지는 메탄설폰산염과 같은 시약 음이온이 투과하는 음이온 교환막일 수 있다. 대응하여, 대향 전극(370)은 애노드일 수 있고, 제2 이온 교환막(350)은 적어도 하이드로늄 이온이 투과하는 양이온 교환막일 수 있다. 따라서, 인가된 전해 전위 또는 전류는 상기된 염기성 재생제 용액들과 유사한 산성 용리제 용액을 생성하도록 시약 음이온 및 하이드로늄 이온을 재생제 농축 채널(330)로 구동할 것이다. 독자는 사실상, 특정 디바이스에서의 시약 이온 공급원 채널(310) 및 반대 이온 공급원 채널(320)의 역할이, 선택된 채널(310 또는 320)로 시약 이온의 적절한 소스의 루트를 정하고, 하나가 동일한 디바이스를 사용하는 것에 의해 산성 또는 염기성 용리제 용액을 만들 수 있는 양 작동 모드에 적합한 제1 및 제2 이온 교환막(340 및 350)을 사용하는 것에 의해 바뀌게 되는 것을 주목할 것이다. 이러한 산성 또는 염기성 용리제는 분리 칼럼의 상류에 있는 이온 크로마토그래피 시스템에 재생된 용리제 용액으로서 유입될 수 있다. 또한, 예를 들어 암모니아가 CRD형 암모니아 제거 디바이스에 의해 제거되면, 산성 재생제 용액을 발생시키는 것이 유익할 것이다. 탈양성자화된(de-protonated) 산성 성분을 위한 소스 유체 스트림은 억제기 폐기물 증기로부터 기원할 수 있으며, 산은 시약 농축 채널(330)에 대해 보다 적은 유량을 사용하는 것에 의해 농축될 수 있다. 산성 재생제 용액 스트림(40)은 그런 다음 암모니아 제거 디바이스에 제공될 수 있다. 그러므로, 농축된 산 발생은, 용리제 시약 공급원를 교체할 필요성(용리제 용액을 발생시키도록 사용되면) 또는 예를 들어 암모니아 제거 디바이스를 위하여 여전히 다른 펌프 또는 여전히 다른 시약을 유지할 필요성을 보이는 추가의 시약의 필요성 없이 가능할 것이다. 독자는 이온 교환막의 형태가 암모니아 또는 다른 유사한 성분들을 억제하고 제거하는 디바이스를 제조하도록 상기된 다른 실시예들에서 변경될 수 있고(양이온으로부터 음이온으로 및 그 반대로) 전극들이 대응하여 변경될 수 있다(캐소드로부터 애노드로 및 그 반대로)는 것을 또한 주목할 것이다.
본 명세서에 도시되고 기술된 실시예들은 단지 특정 실시예들일 뿐이며, 어떠한 방식으로든 제한하도록 의도되지 않는다. 그러므로, 다음의 청구항들에서 반영된 바와 같이 본 발명의 사상으로부터 벗어남이 없이 이러한 실시예에 대한 다양한 변형, 변경 또는 수정이 만들어질 수 있다.

Claims (39)

  1. 전해질 시약 농축기 디바이스(electrolytic reagent concentrator device)로서,
    시약 이온 공급원 채널;
    반대 이온 공급원 채널;
    재생제 농축 채널;
    제1 전하를 가지며, 상기 제1 전하에 대해서 반대 극성의 전하를 가지는 적어도 시약 이온이 투과 가능하지만 상기 제1 전하와 동일한 극성의 전하를 가지는 시약 이온은 투과 가능하지 않으며, 상기 시약 이온 공급원 채널과 상기 재생제 농축 채널 사이에서 액체의 벌크 유동을 차단하는 것에 의해 상기 재생제 농축 채널로부터 상기 시약 이온 공급원 채널을 분리시키는 제1 이온 교환 장벽;
    상기 제1 전하에 대해서 반대 극성의 제2 전하를 가지며, 상기 제2 전하에 대해서 반대 극성의 전하를 가지는 적어도 전기 분해로 발생된 반대 이온이 투과 가능하지만 상기 제2 전하와 동일한 극성의 전하를 가지는 시약 이온은 투과 가능하지 않으며, 상기 반대 이온 공급원 채널과 상기 재생제 농축 채널 사이에서 상기 액체의 벌크 유동을 차단하는 것에 의해 상기 재생제 농축 채널로부터 상기 반대 이온 공급원 채널을 분리시키는 제2 이온 교환 장벽;
    상기 시약 이온 공급원 채널과 전기 통신(electrical communication)하는 전극;
    상기 반대 이온 공급원 채널과 전기 통신하는 대향 전극; 및
    상기 시약 이온 공급원 채널 내로의 상기 시약 이온을 함유하는 상기 액체의 유량(flow rate)과 비교하여 상기 재생제 농축 채널 내로의 상기 액체의 유량을 제한하기 위한 유동 제어 디바이스를 포함하되;
    상기 전극, 상기 시약 이온 공급원 채널, 상기 재생제 농축 채널, 상기 반대 이온 공급원 채널 및 상기 대향 전극은, 전해 전위 또는 전류의 인가 시에, 상기 시약 이온 공급원 채널로부터의 시약 이온 및 상기 반대 이온 공급원 채널로부터의 전기 분해로 발생된 반대 이온을 상기 재생제 농축 채널 내로 구동시키도록 전해조를 형성하는, 전해질 시약 농축기 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유동 제어 디바이스는,
    검출기로부터 검출기 스트림을 수용하도록 구성된 제1 유입부;
    상기 재생제 농축 채널의 유입부에 결합된 제1 유출부;
    상기 반대 이온 공급원 채널의 유입부에 결합된 제2 유출부를 포함하되, 상기 유동 제어 디바이스는 상기 제2 유출부로부터 유출된 상기 액체의 유량에 대하여 상기 제1 유출부로부터 유출된 상기 액체의 유량을 제한하는, 전해질 시약 농축기 디바이스.
  3. 제2항에 있어서, 상기 반대 이온 공급원 채널은 억제기의 이온 공급원 재생제 채널에 유동 가능하게 상호연결되고, 상기 억제기의 이온 수용 재생제 채널이 상기 시약 공급원 채널에 유동 가능하게 상호연결되는, 전해질 시약 농축기 디바이스.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전극은 상기 시약 이온 공급원 채널에 인접하여 배치되고, 상기 대향 전극은 상기 반대 이온 공급원 채널에 인접하여 배치되는, 전해질 시약 농축기 디바이스.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전극은 상기 시약 이온 공급원 채널에 배치되고, 상기 대향 전극은 상기 반대 이온 공급원 채널에 배치되는, 전해질 시약 농축기 디바이스.
  6. 제1항에 있어서, 상기 시약 이온 공급원 채널, 상기 반대 이온 공급원 채널, 및 상기 재생제 농축 채널 중 적어도 하나 내에 배치된 이온 교환 물질을 더 포함하는, 전해질 시약 농축기 디바이스.
  7. 제1항에 있어서, 상기 재생제 농축 채널에 배치된 중성 패킹 물질을 더 포함하는, 전해질 시약 농축기 디바이스.
  8. 제1항에 있어서, 가스 제거 디바이스를 더 포함하며, 상기 가스 제거 디바이스는,
    용리제 채널(eluent channel);
    재생제 채널; 및
    상기 용리제 채널과 상기 재생제 채널 사이의 가스의 이송을 허용하도록 상기 재생제 채널로부터 상기 용리제 채널을 분리시키는 가스 투과성 막을 포함하되;
    상기 재생제 채널은 상기 재생제 농축 채널의 유출부의 하류에 있고 상기 재생제 농축 채널의 유출부와 유동 가능하게 상호연결되며, 상기 용리제 채널은 상기 재생제 농축 채널의 유입부의 상류에 있고 상기 재생제 농축 채널의 유입부와 유동 가능하게 상호연결되는, 전해질 시약 농축기 디바이스.
  9. 제8항에 있어서, 상기 용리제 채널은 상기 재생제 농축 채널 내로 운반된 상기 액체가 용리제 액체 스트림의 분획이도록 상기 유동 제어 디바이스의 상류에 있고 상기 유동 제어 디바이스와 유동 가능하게 상호연결되는, 전해질 시약 농축기 디바이스.
  10. 제8항에 있어서, 상기 가스 제거 디바이스는 탄산염 제거 디바이스 및 암모니아 제거 디바이스로 이루어진 군으로부터 선택된 디바이스를 포함하는, 전해질 시약 농축기 디바이스.
  11. 이온 크로마토그래피를 위한 억제기-농축기 디바이스로서,
    재생제 채널;
    용리제 채널;
    재생제 농축 채널;
    제1 전하를 가지며, 상기 제1 전하에 대해서 반대 극성의 전하를 가지는 적어도 용리제 시약 이온이 투과 가능하지만 상기 제1 전하와 동일한 극성의 전하를 가지는 시약 이온은 투과 가능하지 않으며, 상기 용리제 채널과 상기 재생제 농축 채널 사이에서 액체의 벌크 유동을 차단하는 것에 의해 상기 재생제 농축 채널로부터 상기 용리제 채널을 분리시키는 제1 이온 교환 장벽;
    상기 제1 전하와 동일한 극성의 제2 전하를 가지며, 상기 제2 전하에 대해서 반대 극성의 전하를 가지는 적어도 전기 분해로 발생된 이온이 투과 가능하지만 상기 제2 전하와 동일한 극성을 가지는 시약 이온은 투과 가능하지 않으며, 상기 재생제 채널과 상기 용리제 채널 사이에서 액체의 벌크 유동을 차단하는 것에 의해 상기 용리제 채널로부터 상기 재생제 채널을 분리시키는 제2 이온 교환 장벽;
    상기 재생제 채널과 전기 통신하는 전극;
    상기 재생제 농축 채널과 전기 통신하는 대향 전극; 및
    상기 용리제 채널 내로의 상기 액체의 유량과 비교하여 상기 재생제 농축 채널 내로의 상기 액체의 유량을 제한하며, 상기 재생제 농축 채널을 통한 상기 유량이 상기 용리제 채널을 통한 상기 유량보다 작게 구성되도록 상기 용리제 채널의 유출부 및 상기 재생제 농축 채널의 유입부와 유동 가능하게 상호연결되는 유동 제어 디바이스를 포함하되;
    상기 전극, 상기 재생제 채널, 상기 용리제 채널, 상기 재생제 농축 채널, 및 상기 대향 전극은, 전해 전위 또는 전류의 인가 시에, 상기 용리제 채널로부터 상기 재생제 농축 채널 내로 용리제 시약 이온을 구동하는 전해조를 형성하는, 억제기-농축기 디바이스.
  12. 제11항에 있어서, 상기 유동 제어 디바이스는,
    검출기로부터 검출기 스트림을 수용하도록 구성된 제1 유입부;
    상기 재생제 농축 채널의 유입부에 연결된 제1 유출부; 및
    상기 재생제 채널의 유입부에 결합된 제2 유출부를 포함하되, 상기 유동 제어 디바이스는 상기 제2 유출부로부터 유출된 상기 액체의 유량에 대하여 상기 제1 유출부로부터 유출된 상기 액체의 유량을 제한하는, 억제기-농축기 디바이스.
  13. 제11항에 있어서, 상기 전극은 상기 재생제 채널에 인접하여 배치되며, 상기 대향 전극은 상기 재생제 농축 채널에 인접하여 배치되는, 억제기-농축기 디바이스.
  14. 제11항에 있어서, 상기 전극은 상기 재생제 채널에 배치되고, 상기 대향 전극은 재생제 농축 채널에 배치되는, 억제기-농축기 디바이스.
  15. 제11항에 있어서, 상기 재생제 농축 채널에 인접하여 배치된 가스 제거 채널을 더 포함하되, 상기 가스 제거 채널은 상기 재생제 농축 채널로부터 상기 가스 제거 채널을 분리시키는 가스 투과성 막을 가지는, 억제기-농축기 디바이스.
  16. 제11항에 있어서, 가스 제거 디바이스를 더 포함하되, 상기 가스 제거 디바이스는,
    가스 제거 채널;
    가스 재생제 채널; 및
    상기 가스 제거 채널과 상기 가스 재생제 채널 사이에서 가스의 이송을 허용하도록 상기 가스 재생제 채널로부터 상기 가스 제거 채널을 분리시키는 가스 투과성 막을 포함하되;
    상기 가스 재생제 채널은 상기 재생제 농축 채널의 하류에 있고 상기 재생제 농축 채널과 유동 가능하게 상호연결되며, 상기 가스 제거 채널은 상기 용리제 채널의 유출부의 하류에 있고 상기 용리제 채널의 유출부와 유동 가능하게 상호연결되는, 억제기-농축기 디바이스.
  17. 제11항에 있어서, 상기 재생제 농축 채널 내에 위치된 가스 제거 채널을 더 포함하며, 상기 가스 제거 채널은 상기 재생제 농축 채널에 적어도 부분적으로 배치된 가스 투과성 배관에 의해 획정되는, 억제기-농축기 디바이스.
  18. 제11항에 있어서, 상기 가스 제거 채널은 상기 재생제 농축 채널과 인접한 관계로 위치되고, 상기 대향 전극은 상기 재생제 농축 채널과 전기 통신하며, 상기 가스 제거 채널은 상기 재생제 농축 채널에 적어도 부분적으로 배치된 평면의 가스 투과성 배관에 의해 획정되는, 억제기-농축기 디바이스.
  19. 제18항에 있어서, 상기 대향 전극은 다공성이거나 또는 상기 대향 전극을 관통 연장되는 복수의 작은 구멍을 포함하는, 억제기-농축기 디바이스.
  20. 이온 크로마토그래피 시스템을 작동시키는 방법으로서,
    상기 이온 크로마토그래피 시스템의 억제기의 이온 수용 재생제 채널로부터 제1 액체 스트림을 유동시키는 단계로서, 상기 제1 액체 스트림은 적어도 용리제 시약 이온 및 물을 함유하는, 상기 단계;
    전해질 시약 농축기 디바이스를 얻는 단계로서, 상기 전해질 시약 농축기 디바이스는,
    시약 이온 공급원 채널;
    반대 이온 공급원 채널;
    재생제 농축 채널;
    제1 전하를 가지며, 상기 제1 전하에 대해서 반대 극성의 전하를 가지는 적어도 시약 이온이 투과 가능하지만 상기 제1 전하와 동일한 극성의 전하를 가지는 시약 이온은 투과 가능하지 않으며, 상기 시약 이온 공급원 채널과 상기 재생제 농축 채널 사이에서 액체의 벌크 유동을 차단하는 것에 의해 상기 재생제 농축 채널로부터 상기 시약 이온 공급원 채널을 분리시키는 제1 이온 교환 장벽;
    상기 제1 전하에 대해서 반대 극성의 제2 전하를 가지며, 상기 제2 전하에 대해서 반대 극성의 전하를 가지는 적어도 전기 분해로 발생된 반대 이온이 투과 가능하지만 상기 제2 전하와 동일한 극성의 전하를 가지는 시약 이온은 투과 가능하지 않으며, 상기 반대 이온 공급원 채널과 상기 재생제 농축 채널 사이에서 액체의 벌크 유동을 차단하는 것에 의해 상기 재생제 농축 채널로부터 상기 반대 이온 공급원 채널을 분리시키는 제2 이온 교환 장벽;
    상기 시약 이온 공급원 채널과 전기 통신하는 전극; 및
    상기 반대 이온 공급원 채널과 전기 통신하는 대향 전극을 포함하며,
    상기 전극, 상기 시약 이온 공급원 채널, 상기 재생제 농축 채널, 상기 반대 이온 공급원 채널 및 상기 대향 전극은 전해조를 형성하는, 상기 전해질 시약 농축기 디바이스를 얻는 단계;
    상기 제1 액체 스트림을 제1 유량으로 상기 시약 이온 공급원 채널로 유동시키는 단계;
    적어도 물을 함유하는 제2 액체 스트림을 제2 유량으로 상기 반대 이온 공급원 채널로 유동시키는 단계;
    적어도 물을 함유하는 제3 액체 스트림을 제3 유량으로 상기 재생제 농축 채널로 유동시키는 단계로서, 상기 제3 유량이 상기 제1 유량보다 작은, 상기 제3 액체 스트림을 유동시키는 단계; 및
    농축된 재생제 용액을 형성하기 위하여, 상기 시약 이온 공급원 채널로부터의 용리제 시약 이온 및 상기 반대 이온 공급원 채널로부터의 전기 분해로 발생된 반대 이온을 상기 재생제 농축 채널 내로 구동하도록 상기 전극 및 상기 대향 전극에 전류 또는 전위를 인가하는 단계를 포함하는, 이온 크로마토그래피 시스템을 작동시키는 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    가스 제거 디바이스를 얻는 단계로서, 상기 가스 제거 디바이스는,
    가스 제거 채널;
    가스 재생제 채널; 및
    상기 가스 제거 채널과 상기 가스 재생제 채널 사이에서 가스의 이송을 허용하도록 상기 가스 재생제 채널로부터 상기 가스 제거 채널을 분리시키는 가스 투과성 막을 포함하며; 상기 가스 재생제 채널은 상기 재생제 농축 채널의 하류에 있고 상기 재생제 농축 채널과 유동 가능하게 상호연결되는, 상기 가스 제거 디바이스를 얻는 단계; 및
    상기 전해질 시약 농축기 디바이스로부터의 상기 농축된 재생제 용액을 상기 가스 제거 디바이스의 상기 가스 재생제 채널로 유동시키는 단계를 더 포함하는, 이온 크로마토그래피 시스템을 작동시키는 방법.
  22. 제20항에 있어서, 상기 시약 이온 공급원 채널에서의 상기 제1 액체 스트림은 상기 재생제 농축 채널에서의 상기 제3 액체 스트림에 대해 역류로 유동하는, 이온 크로마토그래피 시스템을 작동시키는 방법.
  23. 제20항에 있어서, 상기 전극 및 상기 대향 전극에 인가된 전류는 사전 결정된 레벨에 있는, 이온 크로마토그래피 시스템을 작동시키는 방법.
  24. 제21항에 있어서, 상기 전해질 시약 농축기는 상기 시약 이온 공급원 채널 내로의 상기 제1 액체 스트림의 상기 제1 유량과 비교하여 상기 재생제 농축 채널 내로의 상기 제3 액체 스트림의 상기 제3 유량을 제한하기 위한 유동 제어 디바이스를 더 포함하며, 상기 방법은 상기 가스 제거 채널로부터의 제4 액체 스트림을 상기 유동 제어 디바이스로 유동시키는 단계, 상기 제4 액체 스트림의 제1 부분을 유입물로서 상기 유동 제어 디바이스를 통해 상기 억제기의 이온 공급원 재생제 채널에 제공하는 단계, 및 상기 제4 액체 스트림의 제2 부분을 상기 제3 액체 스트림으로서 상기 유동 제어 디바이스를 통해 상기 재생제 농축 채널에 제공하는 단계를 더 포함하며, 상기 제2 부분은 상기 제1 부분의 유량보다 작은 유량을 가지는, 이온 크로마토그래피 시스템을 작동시키는 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 반대 이온 공급원 채널의 유출물(output)을 상기 억제기 디바이스의 상기 이온 공급원 재생제 채널로 유동시키는 단계,
    상기 억제기 디바이스의 상기 이온 공급원 재생제 채널의 유출물을 상기 억제기 디바이스의 상기 이온 수용 재생제 채널로 유동시키는 단계, 및
    상기 억제기 디바이스의 상기 이온 수용 재생제 채널의 유출물을 상기 제1 액체 스트림으로서 상기 시약 공급원 채널로 유동시키는 단계를 더 포함하는, 이온 크로마토그래피 시스템을 작동시키는 방법.
  26. 제20항에 있어서, 유량 비는 상기 제1 액체 스트림의 유량을 상기 제3 액체 스트림의 유량으로 나눈 것이며, 상기 유량 비는 약 2/1 내지 약 1000/1의 범위인, 이온 크로마토그래피 시스템을 작동시키는 방법.
  27. 제20항에 있어서, 유량 비는 상기 제1 액체 스트림의 유량을 상기 제3 액체 스트림의 유량으로 나눈 것이며, 상기 유량 비는 약 2/1 내지 약 200/1의 범위인, 방법.
  28. 제20항에 있어서, 유량 비는 상기 제3 액체 스트림의 유량으로 나눈 상기 제1 액체 스트림의 유량이며, 상기 유량 비는 약 10/1 내지 약 30/1의 범위인, 이온 크로마토그래피 시스템을 작동시키는 방법.
  29. 제20항에 있어서, 상기 농축된 재생제 용액은 염기성 용액이며, 상기 가스 제거 디바이스는 탄산염 제거 디바이스인, 이온 크로마토그래피 시스템을 작동시키는 방법.
  30. 제20항에 있어서, 상기 농축된 재생제 용액은 산성 용액이며, 상기 가스 제거 디바이스는 암모니아 제거 디바이스인, 이온 크로마토그래피 시스템을 작동시키는 방법.
  31. 이온 크로마토그래피 시스템을 작동시키는 방법으로서,
    상기 이온 크로마토그래피 시스템의 이온 검출기 셀로부터 적어도 물을 함유하는 제1 액체 스트림을 유동시키는 단계;
    억제기-농축기 디바이스를 얻는 단계로서, 상기 억제기-농축기 디바이스는,
    재생제 채널;
    용리제 채널;
    재생제 농축 채널;
    제1 전하를 가지며, 상기 제1 전하에 대해서 반대 극성의 전하를 가지는 적어도 용리제 시약 이온이 투과 가능하지만 상기 제1 전하와 동일한 극성의 전하를 가지는 시약 이온은 투과 가능하지 않으며, 상기 용리제 채널과 상기 재생제 농축 채널 사이에서 액체의 벌크 유동을 차단하는 것에 의해 상기 재생제 농축 채널로부터 상기 용리제 채널을 분리시키는 제1 이온 교환 장벽;
    상기 제1 전하와 동일한 극성의 제2 전하를 가지며, 상기 제2 전하에 대해서 반대 극성의 전하를 가지는 적어도 전기 분해로 발생된 이온이 투과 가능하지만 상기 제2 전하와 동일한 극성을 가지는 시약 이온은 투과 가능하지 않으며, 상기 재생제 채널과 상기 용리제 채널 사이에서 액체의 벌크 유동을 차단하는 것에 의해 상기 용리제 채널로부터 상기 재생제 채널을 분리시키는 제2 이온 교환 장벽;
    상기 재생제 채널과 전기 통신하는 전극; 및
    상기 재생제 농축 채널과 전기 통신하는 대향 전극을 포함하는, 상기 억제기-농축기 디바이스를 얻는 단계;
    상기 제1 액체 스트림을 제1 유량으로 상기 재생제 채널로 유동시키는 단계;
    상기 이온 크로마토그래피 시스템의 분리 칼럼으로부터의 용리제를 제2 액체 스트림으로서 제2 유량으로 상기 용리제 채널로 유동시키는 단계;
    적어도 물을 함유하는 제3 액체 스트림을 제3 유량으로 상기 재생제 농축 채널로 유동시키는 단계로서, 상기 제3 유량은 상기 제2 유량보다 작은, 상기 제3 액체 스트림을 유동시키는 단계;
    농축된 재생제 용액을 형성하기 위하여, 상기 용리제 채널로부터 상기 재생제 농축 채널로 상기 용리제 시약 이온을 구동하고 상기 재생제 농축 채널에서 전기 분해로 반대 이온을 발생시키도록 전극 및 대향 전극에 전류 또는 전위를 인가하는 단계를 포함하는, 이온 크로마토그래피 시스템을 작동시키는 방법.
  32. 제31항에 있어서,
    가스 제거 디바이스를 얻는 단계로서, 상기 가스 제거 디바이스는,
    가스 제거 채널;
    가스 재생제 채널; 및
    상기 가스 제거 채널과 상기 가스 재생제 채널 사이에서 가스의 이송을 허용하도록 상기 가스 재생제 채널로부터 상기 가스 제거 채널을 분리시키는 가스 투과성 막을 포함하며, 상기 가스 재생제 터널은 상기 재생제 농축 채널의 하류에 있고 상기 재생제 농축 채널과 유동 가능하게 상호연결되는, 상기 가스 제거 디바이스를 얻는 단계,
    상기 억제기-농축기 디바이스로부터의 농축된 재생제 용액을 유입물로서 상기 가스 제거 디바이스의 상기 가스 재생제 채널로 유동시키는 단계를 더 포함하는, 이온 크로마토그래피 시스템을 작동시키는 방법.
  33. 제31항에 있어서, 상기 억제기-농축기 디바이스는, 상기 용리제 채널 내로의 상기 액체의 유량과 비교하여 상기 재생제 농축 채널 내로의 상기 액체의 유량을 제한하기 위한 유동 제어 디바이스를 더 포함하며, 상기 유동 제어 디바이스는 상기 재생제 농축 채널을 통한 상기 유량이 상기 용리제 채널을 통한 상기 유량보다 작게 구성되도록 상기 용리제 채널의 유출부 및 상기 재생제 농축 채널의 유입부와 상호연결되며, 상기 방법은,
    상기 유동 제어 디바이스를 통해, 제1 부분을 상기 제1 액체 스트림으로서 상기 재생제 채널에 제공하는 단계; 및
    상기 유동 제어 디바이스를 통해, 제2 부분을 상기 제3 액체 스트림으로서 상기 재생제 농축 채널에 제공하는 단계를 더 포함하되, 상기 제2 부분은 상기 용리제 채널 내로의 상기 액체의 유량보다 작은 유량을 가지는, 이온 크로마토그래피 시스템을 작동시키는 방법.
  34. 제31항에 있어서, 상기 전극, 상기 재생제 채널, 상기 용리제 채널, 상기 재생제 농축 채널, 및 상기 대향 전극은, 전해 전위 또는 전류의 인가 시에, 상기 용리제 채널로부터 상기 재생제 농축 채널 내로 용리제 시약 이온을 구동하는 전해조를 형성하는, 이온 크로마토그래피 시스템을 작동시키는 방법.
  35. 제31항에 있어서, 상기 유량 비는 상기 제2 액체 스트림의 유량을 상기 제3 액체 스트림의 유량으로 나눈 것이며, 상기 유량 비는 약 2/1 내지 약 1000/1의 범위인, 이온 크로마토그래피 시스템을 작동시키는 방법.
  36. 제31항에 있어서, 상기 유량 비는 상기 제2 액체 스트림의 유량을 상기 제3 액체 스트림의 유량으로 나눈 것이며, 상기 유량 비는 약 2/1 내지 약 200/1의 범위인, 이온 크로마토그래피 시스템을 작동시키는 방법.
  37. 제31항에 있어서, 상기 유량 비는 상기 제2 액체 스트림의 유량을 상기 제3 액체 스트림의 유량으로 나눈 것이며, 상기 유량 비는 약 10/1 내지 약 30/1의 범위인, 이온 크로마토그래피 시스템을 작동시키는 방법.
  38. 이온 크로마토그래피 시스템을 작동시키는 방법으로서,
    전해질 시약 농축기 디바이스를 제공하는 단계로서, 상기 전해질 시약 농축기 디바이스는,
    제1 채널;
    제2 채널;
    중앙 채널;
    제1 전하를 가지며, 상기 제1 전하와 반대의 전하를 가지는 이온이 투과 가능하지만 상기 제1 전하와 동일한 극성을 가지는 이온은 투과 가능하지 않으며, 액체의 벌크 유동을 허용하지 않고 상기 중앙 채널로부터 상기 제1 채널을 분리시키는 제1 이온 교환 장벽;
    제2 전하를 가지며, 상기 제2 전하와 반대의 전하를 가지는 이온이 투과 가능하지만 상기 제2 전하와 동일한 극성을 가지는 이온은 투과 가능하지 않으며, 상기 액체의 벌크 유동을 허용하지 않고 상기 중앙 채널로부터 상기 제1 채널을 분리시키는 제2 이온 교환 장벽;
    상기 제1 채널에 배치되는 제1 전극; 및
    상기 제1 채널에 배치되는 제2 전극을 포함하는, 상기 전해질 시약 농축기 디바이스를 제공하는 단계;
    가스 제거 디바이스를 제공하는 단계로서, 상기 가스 제거 디바이스는,
    가스 제거 채널;
    가스 재생제 채널; 및
    상기 가스 제거 채널과 상기 가스 재생제 채널 사이에서 가스의 이송을 허용하도록 상기 가스 재생제 채널로부터 상기 가스 제거 채널을 분리시키는 가스 투과성 막을 포함하는, 상기 전해질 시약 농축기 디바이스를 제공하는 단계;
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 전류 또는 전위를 인가하여, 상기 제1 전극이 양전하를 가지며 상기 제2 전극이 음전하를 가지도록 하는 단계;
    크로마토그래피 칼럼과 검출기를 통해 용리제와 함께 하전된 분석물을 유동시키는 단계;
    상기 검출기로부터의 상기 용리제의 적어도 일부를 제1 유량으로 상기 중앙 채널로 유동시키는 단계;
    제1 액체 스트림을 제2 유량으로 상기 제1 채널 및 상기 제2 채널로 이루어진 군으로부터 선택된 채널로 유동시키는 단계를 포함하되;
    제1 유량으로의 상기 용리제가 상기 하전된 분석물과 동일한 전하를 가지는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 하나의 부근에 있으면, 상기 제1 유량은 상기 제2 유량보다 작고, 상기 용리제가 상기 하전된 분석물과 동일한 전극을 가지는 채널에 있거나, 또는 상기 용리제가 상기 하전된 분석물과 동일한 전극을 가지는 채널에 인접한 채널에 있으면, 상기 용리제는 상기 부근에 있으며,
    상기 제2 유량으로의 제1 액체 스트림이 상기 하전된 분석물과 동일한 전하를 가지는 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 하나의 상기 부근에 있으면, 상기 제2 유량은 상기 제1 유량보다 작고, 상기 제1 액체 스트림이 상기 하전된 분석물과 동일한 전극을 가지는 채널에 있거나, 또는 상기 제1 액체 스트림이 상기 하전된 분석물과 동일한 전극을 가지는 채널에 인접한 채널에 있으면, 상기 제1 액체 스트림은 상기 부근에 있는, 이온 크로마토그래피 시스템을 작동시키는 방법.
  39. 전해질 시약 농축기 디바이스로서,
    시약 이온 공급원 채널;
    반대 이온 공급원 채널;
    재생제 농축 채널;
    제1 전하를 가지며, 상기 제1 전하와 반대의 전하를 가지는 적어도 시약 이온이 투과 가능하지만 상기 제1 전하와 동일한 극성을 가지는 이온이 투과하지 못하고, 액체의 벌크 유동을 허용하지 않고 상기 재생제 농축 채널로부터 상기 시약 이온 공급원 채널을 분리시키는 제1 이온 교환 장벽;
    제2 전하를 가지며, 상기 제2 전하와 반대의 전하를 가지는 적어도 전기 분해로 발생된 반대 이온이 투과 가능하지만 상기 제2 전하와 동일한 극성을 가지는 이온은 투과 가능하지 않으며, 액체의 벌크 유동을 허용하지 않고 상기 재생제 농축 채널로부터 상기 반대 이온 공급원 채널을 분리시키는 제2 이온 교환 장벽;
    상기 시약 이온 공급원 채널과 전기 통신하는 전극;
    상기 반대 이온 공급원 채널과 전기 통신하는 대향 전극;
    액체를 제1 유량으로 상기 재생제 농축 채널 내로 펌핑하도록 구성되는 제1 펌프; 및
    액체를 제2 유량으로 상기 시약 이온 공급원 채널로 펌핑하도록 구성되는 제2 펌프를 포함하되, 상기 제1 유량은 상기 제2 유량보다 작은, 전해질 시약 농축기 디바이스.
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