[发明专利]具有催化脱气的离子色谱系统

说明书

本申请是申请日为2006年2月10日、申请号为200680005885.8(PCT/US2006/004865)、题目为“具有催化脱气的离子色谱系统”的发明专利申请的分案申请。

发明背景

从1975年引入以来，离子色谱已成为被广泛使用的分析技术，用于确定各种样品基体中的阴离子和阳离子分析物。在离子色谱法中，酸、碱或盐的稀溶液一般用作色谱洗脱液中的电解质。

传统地，通过用试剂纯级化学制剂稀释，离线制备洗脱液。色谱洗脱液的离线制备可能是繁重的并易于出现操作者失误，且常常引入污染物。例如，在阴离子离子色谱分离中，在洗脱液中广泛用作电解质的NaOH稀溶液易于被碳酸盐污染。因为可从试剂中或通过从空气中吸收二氧化碳引入碳酸盐杂质，所以难以制备不含碳酸盐的NaOH洗脱液。NaOH洗脱液中存在碳酸盐常常损害离子色谱法的性能，并可在氢氧化物梯度洗脱(hydroxide gradient)中造成不希望的色谱基线漂移(chromatographic baseline drift)，甚至造成无法再现目标分析物停留时间(retention time)。因而，普遍需要在离子色谱分离中用作洗脱液的高纯酸、碱或盐的便利来源。

研究者研究了许多利用电解水和通过离子交换介质电荷选择性电迁移离子的方法，来提纯或生成高纯离子色谱洗脱液。

美国专利5,045,204描述了在不纯酸或碱流过沿渗透选择性离子交换膜的源通道(source channel)时，在洗脱液生成器(eluent generator)中对所述不纯酸或碱进行提纯，所述渗透选择性离子交换膜将源通道与产物通道隔开。所述膜能够选择性通过阳离子或阴离子。在源通道和产品通道之间施加电势，使得所述酸或碱的阴离子或阳离子经过源通道到达产物通道，而在其中分别与电解生成的氢氧根离子或水合氢离子生成碱或酸。该系统要求酸或碱的水流(aqueous stream)作为原料源(starting source)或储罐(reservoir)。

美国专利6,036,921、6,225,129、6,316,271、6,316,270、6,315,954和6,682,701描述了通过使用水作为载体可用于生成高纯酸溶液和碱溶液的电解装置。使用这些装置，在线自动生成高纯、无污染的酸或碱溶液，在色谱分离中用作洗脱液。这些装置简化了梯度分离(gradient separation)，目前使用具有最小延迟的电流梯度而不是常规的机械梯度泵，来进行所述的梯度分离。使用电解洗脱液生成器生成的高纯洗脱液可显著地改进离子色谱法的性能。

美国专利申请2004/0048389描述了用于生成盐溶液的电解装置。在这些装置中，通过以下步骤在水溶液中生成酸或碱：(a)在被第一隔离物(barrier)(例如阴离子交换膜)隔开的第一酸或碱生成区中，邻近水溶液(aqueous liquid)提供第一离子源，所述隔离物基本上防止液流及仅传输与所述第一离子具有相同电荷的离子，(b)在被第二隔离物隔开的第二酸或碱生成区中，邻近水溶液提供具有相反电荷的第二离子源，所述隔离物仅传输与第二离子具有相同电荷的离子，以及(c)通过在所述第一和第二区之间施加电势，将离子传输通过所述第一隔离物，而在所述第一或第二区之一中生成含酸的水溶液并在另一个区中生成含碱的水溶液，这可使所述含酸的水溶液和含碱的水溶液结合形成盐溶液，例如碳酸钾溶液。已证实在离子色谱中使用这些电解装置生成洗脱液的优点。

离子色谱系统的连续运行可消耗大量洗脱液。就成本和人工而言，稳定制备如此大量的洗脱液以及处理用过的洗脱液可能对系统操作者造成严峻的后勤挑战(logistical challenge)，特别是在要求无人值守或不频繁值守运行的情况下。尽管克服了大量有关离子色谱中洗脱液常规制备方法的问题，然而，为了连续运行，使用在线电解洗脱液生成装置仍要求不断地从外部来源稳定提供高纯水，并仍存在废料处理的问题。

为简化离子色谱的操作、将废料处理最小化以及降低运行成本，提供能够使所制备的洗脱液或用于电解洗脱液制备的水循环的系统将是具有优势的。

发明内容