專利名稱：毛細(xì)管離子色譜的制作方法
背景技術(shù)：
自從1975年問世以來，離子色譜(IC)已經(jīng)成為一項(xiàng)被廣泛使用的測定各種樣品基質(zhì)中的陰離子和陽離子分析物的分析技術(shù)。離子色譜目前是以許多種分離和檢測模式來實(shí)施的。采用抑制型電導(dǎo)檢測的離子色譜是該項(xiàng)技術(shù)中最廣泛使用的形式。在抑制型電導(dǎo)檢測中，被稱為抑制器的洗脫劑抑制設(shè)備將洗脫劑轉(zhuǎn)變成弱導(dǎo)電形式并提高目標(biāo)分析物的電導(dǎo)率。最初的抑制器是用離子交換樹脂以合適的離子形式填充的柱。這些填充床抑制器具有相對大的死體積，并且需要離線化學(xué)再生。為了克服此問題，開發(fā)了基于離子交換纖維和其它膜的抑制器。這些抑制器能夠利用酸或堿再生劑溶液連續(xù)再生。
與最初的膜抑制器相關(guān)的一個(gè)缺點(diǎn)是外部來源的酸或堿再生劑溶液通常被用來連續(xù)再生抑制器。在這些年中，已經(jīng)開發(fā)了如美國專利第4,999,098、5,248,426、5,352,360和6,325,976號中所述的電解再生膜抑制器的各種設(shè)計(jì)，以克服與化學(xué)再生膜抑制器相關(guān)的限制。電解抑制器在離子色譜中提供幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。它們提供連續(xù)和同時(shí)的洗脫劑的抑制、抑制介質(zhì)的再生以及對于普通IC應(yīng)用來說足夠的抑制容量。它們易于操作，因?yàn)橐种频南疵搫┗蛩杀挥糜陔娊馍稍偕鷦╇x子。因此不需要離線制備再生劑溶液。另外，這些抑制器可與梯度分離相容。它們具有非常低的抑制區(qū)體積，這使得可以高色譜效率地實(shí)現(xiàn)分離。
在離子色譜中，酸、堿或鹽的稀溶液通常被用作色譜洗脫劑。通常，這些洗脫劑通過用試劑級化學(xué)品的稀釋來離線制備。色譜洗脫劑的離線制備可能是冗長的，容易產(chǎn)生操作者誤差，并且經(jīng)常引入污染物。例如，在陰離子型離子色譜分離中被廣泛用作洗脫劑的稀NaOH溶液容易被碳酸鹽污染。不含碳酸鹽的NaOH洗脫劑是難以制備的，這是因?yàn)樘妓猁}能夠以來自于試劑的雜質(zhì)或通過從空氣中吸附二氧化碳的形式來引入。在NaOH洗脫劑中存在碳酸鹽會損害離子色譜方法的性能，并且會導(dǎo)致不期望的氫氧化物梯度過程中的色譜基線漂移，甚至不可再現(xiàn)的目標(biāo)分析物的保留時(shí)間。近年來，研究者已經(jīng)研究了幾種利用水的電解和通過離子交換介質(zhì)的離子的電荷選擇性電遷移的方法，以純化或產(chǎn)生高純度離子色譜洗脫劑。美國專利第6,036,921、6,225,129、6,316,271、6,316,270、6,315,954和6,682,701號描述了可用于通過使用水作為載體而產(chǎn)生高純度酸和堿溶液的電解設(shè)備。通過使用這些設(shè)備可在線自動(dòng)產(chǎn)生高純度、無污染物的酸或堿溶液，以用作色譜分離中的洗脫劑。這些設(shè)備簡化了梯度分離，現(xiàn)在能夠使用具有最小延遲的電流梯度而不是使用傳統(tǒng)機(jī)械梯度泵來進(jìn)行該梯度分離。
電解洗脫劑發(fā)生器和抑制器的組合使用已經(jīng)顯著地改變了離子色譜方法的常規(guī)操作，并且允許僅使用去離子水作為流動(dòng)相來進(jìn)行各種離子色譜分離。使用這些電解設(shè)備可導(dǎo)致離子色譜方法的性能顯著提高，即允許在梯度過程中的最小基線漂移、較大的保留時(shí)間再現(xiàn)性、較低的檢測背景、以及目標(biāo)分析物的較低檢出限。
最近，使用內(nèi)徑為1mm以下的分離柱的毛細(xì)管高效液相色譜由于具有與分離過程小型化相關(guān)的優(yōu)點(diǎn)而正在越來越普及地被作為分析分離的工具。離子色譜中的典型分離柱具有2～4mm的柱內(nèi)徑，并且以0.2～3mL/min的流速操作。以毛細(xì)管形式(即使用內(nèi)徑為約1mm或更小的小孔柱)使用離子色譜對于離子分析物的分析來說可能具有許多優(yōu)點(diǎn)。使用毛細(xì)管分離柱能夠提高分離效率和/或速度。毛細(xì)管形式的分離過程需要少得多的量的樣品，并且因此提高了與樣品量受限的應(yīng)用的相容性。毛細(xì)管離子色譜系統(tǒng)通常以1～20μL/min操作，因此消耗的洗脫劑的量非常少。毛細(xì)管離子色譜具有提高的以最小干預(yù)連續(xù)操作的能力，并且因此使與系統(tǒng)啟動(dòng)和停機(jī)相關(guān)的問題最小化。以低流速操作毛細(xì)管離子色譜提高了與質(zhì)譜儀的系統(tǒng)相容性。此外，使用毛細(xì)管形式的離子色譜使得為困難應(yīng)用提供新選擇性成為可能，所述困難應(yīng)用使用填充有更特殊和難以制作的固定相的新柱。
當(dāng)與高效液相色譜相比時(shí)，離子色譜在分離過程的尺寸小型化方面進(jìn)展得較為緩慢。在使用抑制型電導(dǎo)檢測的毛細(xì)管離子色譜領(lǐng)域中，迄今為止所報(bào)道的研究數(shù)量有限。1983年，Rokushika與同事報(bào)道了使用抑制型電導(dǎo)檢測的毛細(xì)管離子色譜系統(tǒng)的進(jìn)展(J.Chromatography，260(1983)81～88)。在他們的研究中，通過在內(nèi)徑為190μm的熔融石英毛細(xì)管中填充表面附聚的陰離子交換樹脂來制備陰離子交換毛細(xì)管柱。抑制器使用Nafion中空纖維管來生產(chǎn)，并且使用0.05M十二烷基苯磺酸外部溶液進(jìn)行化學(xué)再生。無機(jī)陰離子和羧酸的分離被公開。1997年，Dasgupta和同事報(bào)道了使用在線高壓電解氫氧化鈉洗脫劑發(fā)生器的毛細(xì)管離子色譜系統(tǒng)的實(shí)施(Anal.Chem.，29(1997)1385-1391)。在他們的系統(tǒng)中，使用去離子水作為通常以2μL/min電解產(chǎn)生氫氧化鈉洗脫劑的載體，使用填充有陰離子交換劑的毛細(xì)管柱作為分離柱，并且使用用Nafion管制備并用硫酸溶液化學(xué)再生的抑制器。無機(jī)和有機(jī)陰離子的等度和梯度分離被公開。2001年，Pyo和Kim報(bào)道了他們在使用開口管狀柱和抑制型電導(dǎo)檢測開發(fā)毛細(xì)管離子色譜方面的工作(J.Korean Chem.Soc.，2001，Vol.45，No.3)。使用涂覆有DMEOHA膠乳顆粒的開口管狀毛細(xì)管柱作為分離柱。抑制器使用Nafion中空纖維管制造并且使用外部酸溶液化學(xué)再生。
在以上討論的出版物中，使用由離子交換毛細(xì)管制造的抑制器來實(shí)施具有抑制型電導(dǎo)檢測的毛細(xì)管離子色譜法。這些出版物公開了使用外部稀釋酸溶液的化學(xué)再生。這種類型的抑制器的死體積能夠被最小化，從而它們可與毛細(xì)管分離柱相容。但是，這些出版物公開了使用化學(xué)再生劑，增加了分配和放置化學(xué)再生劑的成本，導(dǎo)致化學(xué)再生劑有可能穿過離子交換膜泄漏到洗脫劑中，這增加了電導(dǎo)檢測背景，并且負(fù)面地影響某些分析物的靈敏度。因而需要一種具有容易使用、穩(wěn)定和可靠的毛細(xì)管抑制器的毛細(xì)管離子色譜系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一種實(shí)施方式是用于毛細(xì)管離子色譜的設(shè)備，其包括抑制器，該抑制器包括在外殼中的流通式(flow-through)離子交換填充物，和具有入口和出口并且由選擇透過性離子交換膜形成的毛細(xì)管，該外殼包括填充物入口和填充物出口，所述管至少部分置于所述離子交換填充物中。
本發(fā)明的另一實(shí)施方式是用于毛細(xì)管離子色譜的設(shè)備，其包括(a)包括毛細(xì)管的抑制器，該毛細(xì)管具有入口和出口并且由選擇透過性離子交換膜形成，所述管至少部分置于流通式外殼中，(b)與所述毛細(xì)管流體連通的流通式檢測器，和(c)再循環(huán)導(dǎo)管，用于引導(dǎo)來自所述檢測器的再循環(huán)的含水樣品液體經(jīng)過所述流通式外殼至所述管的外部。
本發(fā)明的另一實(shí)施方式是包括毛細(xì)管的抑制器，該毛細(xì)管具有入口和出口并且由選擇透過性離子交換膜形成，所述管至少部分置于流通式外殼中，其中所述毛細(xì)管的外壁包括含有弱酸性或弱堿性官能團(tuán)的可交換離子。
本發(fā)明的又一實(shí)施方式是用于毛細(xì)管離子色譜的方法，包括以下步驟(a)使在洗脫劑中包含具有一種電荷(正電荷或負(fù)電荷)的分離的樣品離子物種(species)的含水樣品流流過由選擇透過性離子交換膜形成的毛細(xì)管，所述管被填充在流通式離子交換填充物中，并且從所述管的內(nèi)壁向外壁將所述洗脫劑中與所述樣品離子物種具有相反電荷的抗衡離子傳送穿過所述管，和(b)使含水再生劑液體流動(dòng)通過所述離子交換填充物，經(jīng)過所述管的外部，以帶走被傳送至所述外管壁的被傳送的抗衡離子。
本發(fā)明的又一實(shí)施方式是用于毛細(xì)管離子色譜的方法，包括以下步驟(a)使在洗脫劑中包含具有一種電荷(正電荷或負(fù)電荷)的分離的樣品離子物種的含水樣品流流過由選擇透過性離子交換膜形成的毛細(xì)管，并且從所述管的內(nèi)壁向外壁將所述洗脫劑中與所述樣品離子物種具有相反電荷的抗衡離子傳送穿過所述管，(b)通過使該液體樣品流流經(jīng)檢測器來檢測從所述毛細(xì)管流出的所述分離的離子物種，和(c)將所述含水樣品流從所述檢測器再循環(huán)至所述外管壁，以帶走被傳送至外管壁的所述抗衡離子。


圖1～5是本發(fā)明不同實(shí)施方式的圖示表示。
圖6～12是說明本發(fā)明方法和設(shè)備的不同實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的系統(tǒng)可用于測定大量離子物種。待測定的物種是單獨(dú)陰離子或單獨(dú)陽離子。適合的樣品包括地表水和其它液體如工業(yè)化學(xué)廢物、體液、飲料和飲用水。當(dāng)使用術(shù)語“離子物種”時(shí)，它包括離子形式的物種和在本發(fā)明條件下被離子化的分子的組成部分。
通常，本發(fā)明涉及在毛細(xì)管級實(shí)施色譜技術(shù)的離子色譜設(shè)備和方法。本發(fā)明的離子色譜系統(tǒng)包括(a)毛細(xì)管分離柱，通常是色譜柱的形式，(b)抑制器，其中來自色譜柱的流出物流過抑制器中毛細(xì)尺寸的管(“毛細(xì)管抑制器”)，和(c)檢測器，通常是電導(dǎo)檢測器，在抑制器的下游。
術(shù)語“毛細(xì)管”被定義為包括通常用于化學(xué)分析中的窄孔毛細(xì)管，但是不限于這種毛細(xì)管。相反，術(shù)語“毛細(xì)管”廣義地包括其尺寸在現(xiàn)有技術(shù)毛細(xì)管內(nèi)部尺寸數(shù)量級上的毛細(xì)管。這種毛細(xì)管通常具有約5～1000微米，更優(yōu)選約10～500微米的孔直徑。這種尺寸通常既適用于分離柱又適用于本發(fā)明的抑制器毛細(xì)管?？蛇B接一段或多段毛細(xì)管來形成連續(xù)毛細(xì)管。毛細(xì)管導(dǎo)致例如0.1～50μL/min的毛細(xì)管流速。
通常，也可使用任何眾所周知的離子色譜系統(tǒng)，例如美國專利第3,897,213、3,920,397、3,925,019和3,956,559號中所述的系統(tǒng)，但使用本發(fā)明的毛細(xì)管抑制器。
在圖1所示的本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，圖示說明了本發(fā)明的毛細(xì)管抑制器。在這種實(shí)施方式中，使用美國專利第6,682,701號的圖1所示類型的洗脫劑發(fā)生器，不過該專利或別處示出的其它洗脫劑發(fā)生器也能夠與本發(fā)明的毛細(xì)管離子色譜系統(tǒng)組合使用。該專利充分地說明了洗脫劑發(fā)生器的操作原理。另外，圖1的系統(tǒng)示出了溶液從檢測器至毛細(xì)管外部的再循環(huán)，這將在后文中更充分地描述。美國專利第5,248,426號中說明了不同形式的抑制器的這種再循環(huán)。
具體地參考圖1的實(shí)施方式，用泵12將未示出來源的去離子水泵送經(jīng)過堿發(fā)生器15的高壓堿發(fā)生器腔室14。腔室14與包含洗脫劑離子源的低壓離子源儲器16分開。如所示，該系統(tǒng)用于陰離子分析，其中將被供應(yīng)給分析物的離子是陽離子，如所示的鉀離子，或鈉、鋰或其它陽離子。該離子源儲器可為如’701專利中所述的可被補(bǔ)充的堿或鹽溶液的形式。帶電荷的選擇透過性膜隔片或連接器18基本上防止了整體液體流動(dòng)，同時(shí)提供了離子傳送橋，以將鉀離子傳送到堿發(fā)生腔室14中?！?01專利中說明了合適的膜，例如由Nafion形成的膜。陽極20例如鉑與儲器16電連接，陰極22例如鉑置于堿發(fā)生腔室14的出口處。如’701專利中所述，陽離子交換填充物例如樹脂床可置于堿發(fā)生腔室12中。進(jìn)行電解以提供’701專利中所述的反應(yīng)，從而在堿發(fā)生腔室14中產(chǎn)生堿KOH。在施加的電場下，鉀離子遷移穿過離子交換連接器或膜，從而與氫氧根離子結(jié)合形成KOH洗脫劑。形成的KOH溶液的濃度與施加的電流成正比，與去離子水載體流的流速成反比。在陰極產(chǎn)生氫氣，這會妨礙分析。因此，優(yōu)選使用脫氣管裝置26，其通常使用多孔膜來除去產(chǎn)生的氫氣，這同樣在’701專利中有說明。
樣品在注射器28中被注射，并且由來自堿發(fā)生器15的洗脫劑攜帶至離子交換色譜分離柱30。對于陰離子分析來說，使用陰離子分離介質(zhì)進(jìn)行分離，所述陰離子分離介質(zhì)通常為在柱30中的離子交換樹脂的填充床，但具有如上所述的毛細(xì)管尺寸。
如所示，來自毛細(xì)管陰離子分離柱30的流出物流到毛細(xì)管32的入口32a，然后穿過該管并從出口32b流出并經(jīng)過檢測器34，該檢測器合適地為電導(dǎo)檢測器。管32被包含在抑制器外殼36中，該外殼可為任何形狀，包括管狀或矩形。來自檢測器34的流出物在線路38中再循環(huán)至外殼36的入口端口36a，并且在管32的外部流動(dòng)，優(yōu)選與管32中的流動(dòng)逆流，并且從出口端口36b流出。
毛細(xì)管32由選擇透過性離子交換膜形成，合適地為現(xiàn)有技術(shù)中所述的類型，例如由Nafion形成，以阻止整體液體流動(dòng)，但是允許所選離子(在陰離子分析的情況下是陽離子)的傳送。因此，該管的壁起到了與現(xiàn)有技術(shù)的膜抑制器或膜隔片18相同的作用，該膜抑制器或膜隔片也可由Nafion形成。下文將描述抑制器的細(xì)節(jié)。
其它洗脫劑發(fā)生器可與離子化水源一起使用，例如PCT申請WO/2004/024302中所述的碳酸鹽如碳酸鉀的發(fā)生器。在這種情況下，洗脫劑發(fā)生器下游的離子色譜系統(tǒng)也如圖1所示?？梢允褂闷渌疵搫┌l(fā)生器，例如美國專利第5,045,204號或美國專利6,562,628號中所述的發(fā)生器。
雖然說明了用于陰離子分析和產(chǎn)生陽離子如鉀離子的洗脫劑發(fā)生器，但是對于陽離子分析來說，可使用相同的系統(tǒng)，以用于通過合適地反轉(zhuǎn)膜離子交換樹脂和電極的極性來產(chǎn)生MSA或其它用于洗脫劑的陰離子，如美國專利第6,682,701中所述。
顯然，包括如上所述的洗脫劑生成的圖1系統(tǒng)能夠進(jìn)行整個(gè)離子色譜分離過程，包括分析物分離、洗脫劑抑制以及使用一個(gè)或多個(gè)流動(dòng)去離子水流的分析物檢測。
圖2圖示說明本發(fā)明的毛細(xì)管抑制器的實(shí)施方式。下文對于圖1和2中同樣的部分將使用同樣的數(shù)字表示。如所示，合適地由具有流通式端口的非導(dǎo)電性(例如塑料)柱形成的抑制器外殼36包括具有入口32a和出口32b的毛細(xì)管32。該管通常凸埋(project)通過液體緊密配件進(jìn)入到外殼36中和從外殼36出來，并且與分離柱30的出口凸埋式直接或間接流體連通。管32的出口32b凸埋通過該外殼，并被連接至用于與流通式檢測器34的入口流體連通的管。
對于陰離子分析來說，優(yōu)選將陽離子交換毛細(xì)管緊密地嵌入陽離子交換填充物40中，合適地是嵌入到與它直接接觸的陽離子交換樹脂床中。填充物40被包含在外殼36中。如所示，單獨(dú)的流體連接被用于流過毛細(xì)管的物流。流動(dòng)含水再生劑液體源在導(dǎo)管中從入口42流經(jīng)填充物40，并且通過合適的配件經(jīng)過出口44。然后該溶液通過導(dǎo)管流至檢測器34。在圖1的實(shí)施方式中，入口42的水源是來自如圖1所示電導(dǎo)檢測器在檢測之后的樣品流流出物，它在圖1所示的再循環(huán)導(dǎo)管38中流動(dòng)。
在一種實(shí)施方式中，陽離子交換毛細(xì)管32由Nafion膜材料或一些其它形式的強(qiáng)酸性陽離子交換膜制成。抑制器中毛細(xì)管的典型長度為約0.1～50cm，優(yōu)選為1～20cm。優(yōu)選的內(nèi)徑為約0.001英寸～0.010英寸。在一種實(shí)施方式中，用于離子分離的陽離子交換樹脂優(yōu)選為強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂，例如水合氫離子(H+)形式的磺化樹脂。
此處所用的術(shù)語“強(qiáng)酸性陽離子”交換樹脂或官能團(tuán)與色譜領(lǐng)域中所用的那些術(shù)語相同。因此，例如Dowex 50W X8和Amberlite IR122是常用的強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂。在這種類型的樹脂中，官能團(tuán)通常為pKa小于1的強(qiáng)酸。典型的強(qiáng)酸性官能團(tuán)包括磺基。
此處所用的術(shù)語“弱酸性陽離子”交換樹脂或官能團(tuán)與色譜領(lǐng)域中所用的那些術(shù)語相同。因此，例如Chelex-100和Bio-Rex 70以及Amberlite IRC-76樹脂是常用的弱酸性陽離子交換樹脂。在這種類型的樹脂中，官能團(tuán)通常為pKa大于1的弱酸。典型的弱酸性官能團(tuán)包括羧酸、氯代羧酸和膦酸基團(tuán)。
眾所周知的水合氫離子形式的陽離子交換填充物40也可用于這種實(shí)施方式中。雖然以離子交換樹脂床的優(yōu)選形式描述了填充物40，但是可使用其它形式的填充物，例如多孔連續(xù)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有足夠的孔隙率以允許溶液流過而沒有不適當(dāng)?shù)膲航?，并具有足夠的離子交換容量以形成電極之間陽離子或陰離子的導(dǎo)電橋。一種結(jié)構(gòu)形式是由磺化的交聯(lián)聚苯乙烯形成的多孔基質(zhì)或海綿狀材料，其具有約10～15％的孔隙率，允許約0.1～3ml/min的流速，而沒有過度的壓降。
在未示出的實(shí)施方式中，如果再循環(huán)導(dǎo)管38中樣品液體流的流速不足以產(chǎn)生帶走經(jīng)管32的壁傳送的離子的期望效果，和/或不足以冷卻用于電解應(yīng)用的抑制器，那么可將另外的流動(dòng)含水液體源(未示出)引導(dǎo)穿過填充物40。在這種情況下，另外的含水液體源可包括水流例如去離子水，其被泵送至抑制器，并且要么與再循環(huán)導(dǎo)管中的水合并成單股流，要么可在單獨(dú)的導(dǎo)管中被引導(dǎo)穿過填充物40。對于包含現(xiàn)有技術(shù)中的再循環(huán)的抑制器來說，優(yōu)選使含水液體以與管中的流動(dòng)逆流地穿過管外的填充物。
當(dāng)來自電導(dǎo)檢測器的含水流出物被再循環(huán)并且途經(jīng)填充物40時(shí)，抑制器可以連續(xù)地再生，只要有連續(xù)的水流除去在弱酸性樹脂水解時(shí)以鉀形式產(chǎn)生的KOH即可。取決于樹脂上官能團(tuán)的化學(xué)性質(zhì)，水解動(dòng)力學(xué)可能會成為決定裝置對于KOH洗脫劑流入至抑制器中的抑制容量的一個(gè)限制性因素。流經(jīng)抑制器樹脂床的第二去離子水流(其流速可高于分離過程中所用流速)是優(yōu)選的，因?yàn)槠谕种迫萘靠梢缘玫教岣摺?br> 對于陰離子分析來說，使用磺化膜毛細(xì)管，當(dāng)堿洗脫劑(例如KOH)進(jìn)入毛細(xì)管時(shí)，鉀離子(K+)與水合氫離子(H+)在毛細(xì)管的壁中按照以下反應(yīng)式進(jìn)行交換R-SO3H+KOH(洗脫劑)→RSO3K+H2O(抑制的洗脫劑) (1)R-SO3H+KX(分析物)→RSO3K+HX(抑制的分析物)(2)。
在該反應(yīng)式中，R代表毛細(xì)管上的離子交換表面。因?yàn)殛栯x子交換毛細(xì)管與陽離子交換樹脂床直接物理接觸，因此最初交換到陽離子交換毛細(xì)管壁上的K+離子繼續(xù)與緊鄰該壁的樹脂珠粒上的H+離子交換。隨后在不與陽離子交換毛細(xì)管直接物理接觸并位于離毛細(xì)管更遠(yuǎn)位置的樹脂珠粒之間繼續(xù)進(jìn)行這種交換過程。在此過程中，陽離子交換樹脂珠粒變成了再生劑離子(即H+離子)源，以再生陽離子交換毛細(xì)管。該抑制過程繼續(xù)進(jìn)行，直到以下所述的這一時(shí)刻為止圍繞陽離子交換毛細(xì)管的陽離子交換珠粒變成主要是鉀的形式，并且到陽離子交換毛細(xì)管中的水合氫離子的輸入流量減少到不足以中和輸入的KOH洗脫劑的程度。
在給定的洗脫劑濃度和流速下裝置的有效抑制容量取決于許多因素，包括毛細(xì)管的長度、毛細(xì)管內(nèi)部的洗脫劑流動(dòng)特性(profile)、樹脂離子交換容量、樹脂顆粒尺寸、圍繞毛細(xì)管的樹脂量、樹脂床的幾何形狀等。陽離子交換毛細(xì)管可被編織成幾何圖案，以形成洗脫劑穿過毛細(xì)管的彎曲流路徑，從而增加洗脫劑與毛細(xì)管壁的接觸，以提高裝置的抑制容量。也可用惰性或陽離子交換單絲填充陽離子交換毛細(xì)管的內(nèi)部開口，以減少毛細(xì)管抑制器的死體積，并且增加洗脫劑與毛細(xì)管的壁的接觸，以提高裝置的抑制容量。一旦消耗了抑制器的有效抑制容量，則可通過使用外部酸源將整個(gè)樹脂床轉(zhuǎn)化回到水合氫離子的形式來離線再生裝置的樹脂床。恒定的水流可便于離子交換位點(diǎn)之間鉀/水合氫離子的交換，以提高裝置的有效抑制容量。在圖1所示的毛細(xì)管離子色譜系統(tǒng)中，來自電導(dǎo)檢測器的含水流出物可被再循環(huán)，并且途經(jīng)毛細(xì)管抑制器的樹脂床?？蛇x擇地，獨(dú)立的去離子水流可被引導(dǎo)穿過抑制器的樹脂床以起相同的作用。
如圖2所示，毛細(xì)管32是盤繞的，從而在蛇形路徑中流動(dòng)。取決于抑制器毛細(xì)管實(shí)現(xiàn)抑制的期望長度，該管可為直線型或盤繞的或任何其它期望的構(gòu)型。它通常不應(yīng)當(dāng)是所示具有直角轉(zhuǎn)角的形式，因?yàn)檫@種形式會阻止流動(dòng)。
在另一實(shí)施方式中，可使用圖2的抑制器，但不同之處在于圍繞毛細(xì)管32的陽離子交換樹脂填充物40除了含有強(qiáng)酸官能團(tuán)之外還含有弱酸性官能團(tuán)。與圍繞毛細(xì)管32的陽離子交換樹脂顆粒相關(guān)的H+離子起到再生劑離子(即H+離子)源的作用并且支持抑制過程。最初交換到毛細(xì)管壁上的K+離子繼續(xù)與緊鄰毛細(xì)管壁的離子交換樹脂珠粒上的H+離子交換。在不與管32的壁直接物理接觸并位于離該壁更遠(yuǎn)位置的樹脂珠粒之間繼續(xù)進(jìn)行這種交換過程。同時(shí)，鉀形式的弱酸性樹脂能夠進(jìn)行以下反應(yīng)式的水解反應(yīng)R-CO3K+H2O→R-CO3H+KOH(3)。
當(dāng)有恒定的水流經(jīng)過樹脂床時(shí)，樹脂水解反應(yīng)中形成的KOH能夠被引出樹脂床。然后，對于按照以下反應(yīng)式的抑制過程來說，再生的樹脂再次變得可用R-CO3H+KOH→R-CO3K+H2O(4)。
在給定的洗脫劑濃度和流速下裝置的有效抑制容量取決于許多因素，包括毛細(xì)管的長度、毛細(xì)管內(nèi)部的洗脫劑流動(dòng)特性、樹脂離子交換容量、樹脂顆粒尺寸、圍繞毛細(xì)管的樹脂量、樹脂床的幾何形狀等。在這種實(shí)施方式中，樹脂床也可由強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂和弱酸性陽離子交換樹脂的混合物構(gòu)成。這能夠在兩種不同類型樹脂的均勻或不均勻混合物中完成。在這種樹脂混合物中，弱酸性陽離子交換樹脂能夠通過如上所述的水解連續(xù)再生。這提供了連續(xù)操作的優(yōu)點(diǎn)，而不需要用外部酸溶液進(jìn)行離線再生。
圖3示意性地描述了用于陰離子分析的本發(fā)明抑制器中使用的毛細(xì)管32的另一實(shí)施方式。在這種實(shí)施方式中，陽離子交換毛細(xì)管包含強(qiáng)酸性和弱酸性官能團(tuán)。圖3圖示說明了用于這種實(shí)施方式的陽離子交換毛細(xì)管的橫截面。陽離子交換毛細(xì)管的內(nèi)壁大部分由包含強(qiáng)酸性官能團(tuán)的離子交換材料制成。毛細(xì)管的外壁包含弱酸性官能團(tuán)(例如通過用包含這種基團(tuán)的線型聚合物接枝到強(qiáng)酸性毛細(xì)管上而結(jié)合至毛細(xì)管上)。適合于通過單體的接枝聚合對毛細(xì)管聚合物表面改性的技術(shù)是眾所周知的(參見例如Encyclopedia of Polymer Scienceand Engineering，增刊，第2版，John Wiley & Sons(1989)678，Macromolecules，Vol.9，(1976)，754和Macromolecules，Vol.12，(1979)，1222)，該單體是來自固體聚合物表面上產(chǎn)生的活性位點(diǎn)的單體中的單體。最常用的技術(shù)是使用產(chǎn)生表面自由基的輻射源例如60Co源進(jìn)行γ-輻射，但是也可使用熱、光化學(xué)、等離子體和濕式化學(xué)方法來引入用于引發(fā)的自由基位點(diǎn)。單體可存在于氣相中、溶液中或以凈液體形式存在。表面接枝聚合技術(shù)能夠用于改性離子交換毛細(xì)管，以在毛細(xì)管的外壁上包含弱酸性官能團(tuán)。
當(dāng)KOH洗脫劑進(jìn)入毛細(xì)管時(shí)，在毛細(xì)管的內(nèi)壁上鉀離子(K+)與水合氫離子(H+)交換。隨后，最初交換到陽離子交換毛細(xì)管內(nèi)壁上的K+離子繼續(xù)與附著到毛細(xì)管外壁的弱酸性官能團(tuán)上的H+離子交換。如前所述，鉀形式的弱酸性官能團(tuán)能夠進(jìn)行按照以下反應(yīng)式的水解反應(yīng)R-CO3K+H2O→R-CO3H+KOH(5)。
當(dāng)有恒定的水流在陽離子交換毛細(xì)管32的外部流動(dòng)時(shí)，水解反應(yīng)中形成的KOH能夠被引出到塑料外殼36的外部。在這種操作方式中，只要有連續(xù)水流除去產(chǎn)生的KOH，就能夠連續(xù)再生抑制器。來自電導(dǎo)檢測器34的含水流出物可以被再循環(huán)并且被引導(dǎo)在陽離子交換毛細(xì)管的外部流動(dòng)?？梢允褂煤线m地采用高于在分離過程中所用流速的流速的第二去離子水流，這是因?yàn)槠谕种迫萘靠傻玫教岣?。在這種實(shí)施方式中，通過如上所述的電解可連續(xù)再生附著到毛細(xì)管外壁上的弱酸性官能團(tuán)。這提供了連續(xù)操作的優(yōu)點(diǎn)，而不需要用外部酸溶液進(jìn)行離線再生。
圖4說明了能夠用于陰離子分析的連續(xù)操作的電解毛細(xì)管抑制器的實(shí)施方式。對于圖2和4，同樣的部分用同樣的數(shù)字表示。在這種實(shí)施方式中，如在圖2的實(shí)施方式中一樣，毛細(xì)管陰離子抑制器包括緊密地嵌入到陽離子交換樹脂床40內(nèi)部的陽離子交換毛細(xì)管32，該陽離子交換樹脂床40被裝在具有流通式端口的塑料柱外殼32中。樹脂床的入口裝有流通式陽極50，例如帶孔的Pt陽極，并且樹脂床的出口裝有流通式陰極52，例如帶孔的Pt陰極。兩個(gè)電極優(yōu)選與前述類型的填充物40直接接觸。陽離子交換毛細(xì)管可由前述材料以前述尺寸制成。在這種類型的電解毛細(xì)管抑制器的操作中，用通過在裝置陽極處的水電解產(chǎn)生的水合氫離子連續(xù)再生樹脂床。美國專利6,468,804中說明了一種形式的連續(xù)電解抑制的原理和細(xì)節(jié)。如圖1所示，電解中使用的水可以由從電導(dǎo)檢測器再循環(huán)的含水流出物(即抑制的洗脫劑)提供。另外，如上所述，獨(dú)立的去離子水流可被引導(dǎo)穿過樹脂床，以代替或補(bǔ)充該再循環(huán)流。
在電解毛細(xì)管抑制器的另一實(shí)施方式(未示出)中，這種抑制器的操作與圖4所示的實(shí)施方式的操作相同，所不同的是，用于電解反應(yīng)的水經(jīng)液體連接端口被導(dǎo)入到樹脂床中，該液體連接端口位于填充物40的中心附近，如在圖4的中心底部。在這種配置中，水在流出裝置之前被分成兩股水流(一股水流在裝置陽極50外流動(dòng)，另一股水流經(jīng)過裝置陰極52)。這種實(shí)施方式的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是電解反應(yīng)過程中形成的氣體(即陽極的氧氣和陰極的氫氣)被清除出裝置，而不是穿過樹脂床，這可導(dǎo)致提高抑制器的性能。
圖5說明了陰離子分析用電解毛細(xì)管抑制器的另一實(shí)施方式。在這種實(shí)施方式中，抑制器60包括三個(gè)腔室，其中中心腔室包括離子交換填充物40，如上所述在其中嵌入了毛細(xì)管32。對于系統(tǒng)的這部分來說，圖1～4中同樣的部分用同樣的數(shù)字表示。正如圖1的裝置中的情況一樣，來自色譜柱的含樣品的流出物流到毛細(xì)管的入口32a中，從毛細(xì)管32b流出的液體流至檢測器。水源62可從檢測器和/或一些其它含水液體源再循環(huán)。圖4和5的實(shí)施方式之間的主要差別在于存在一個(gè)或兩個(gè)電極腔室，該腔室不與流通式填充物40接觸。在這種情況下，流出填充物40的溶液流到其中放置了陽極52的電極腔室64中。如所示，任選的選擇透過性隔片66將填充物40與電極腔室62隔開。流出電極腔室64的溶液可在導(dǎo)管66中再循環(huán)穿過陰極60的電極腔室68，該腔室也可通過任選的隔片70與填充物40隔開。美國專利第6,027,643號的圖2的實(shí)施方式中說明了使用用于抑制填充樹脂床的獨(dú)立的電極腔室，該電極腔室具有或沒有隔片68和70。這些實(shí)施方式之間的主要差別在于在’643專利中經(jīng)過樹脂床的含樣品的洗脫劑流是與其接觸的，而不是象本發(fā)明這樣在樹脂床中的毛細(xì)管中流過。對于圖4和5的實(shí)施方式，電解操作的一般原理是相同的，所不同的是電極與流通式樹脂床隔離。優(yōu)選使含水流途經(jīng)填充物40，以被送至陽極和陰極腔室，以用于電解反應(yīng)。經(jīng)過填充物40的水流用于除去電解毛細(xì)管抑制器的操作中產(chǎn)生的熱。
在電解毛細(xì)管離子抑制的上述實(shí)施方式中，可以連續(xù)或間歇地操作抑制器。對于間歇操作，一旦有效抑制容量被消耗，則可電解再生樹脂床以除去鉀離子，從而將填充物轉(zhuǎn)化回水合氫離子的形式，以用于下一個(gè)循環(huán)。這種間歇操作的頻率應(yīng)取決于裝置尺寸和洗脫劑流入量。
為了可以在不需要離線再生填充物40的情況下進(jìn)行連續(xù)操作，可選擇填充物的總離子交換容量與特定洗脫劑流所需的容量相對應(yīng)。例如，對于圖4中的電解操作，填充物的總離子交換容量比毛細(xì)管離子交換容量高至少10倍至高達(dá)10,000～100,000倍或更高。
通過適當(dāng)反轉(zhuǎn)填充物電極和膜的極性，現(xiàn)有技術(shù)的毛細(xì)管抑制器能夠用于抑制陽離子分析用的酸洗脫劑。
為了進(jìn)一步說明本發(fā)明，現(xiàn)提供以下的非限制性實(shí)施例。
實(shí)施例1.在毛細(xì)管色譜流速下電解產(chǎn)生KOH洗脫劑。
本實(shí)施例用于說明在毛細(xì)管色譜流速下電解產(chǎn)生KOH溶液。用改進(jìn)的Dionex P680泵(Dionex公司，Sunnyvale，CA)以10μL/min輸送去離子水流。去離子水首先經(jīng)過ATC-HC柱和CTC-1柱，以除去離子污染物，然后被導(dǎo)入到用于產(chǎn)生KOH溶液的KOH洗脫劑發(fā)生器中。通過改進(jìn)Dionex EGC-KOH模塊(cartridge)(P/N 058900)來準(zhǔn)備KOH洗脫劑發(fā)生器。使用Keithley 220型可編程電源(KeithelyInstruments，Inc.，Cleveland，OH)提供DC電流至KOH洗脫劑發(fā)生器的陽極和陰極。使用配備有改進(jìn)的流通式電導(dǎo)池的Dionex ED50A電導(dǎo)檢測器來監(jiān)測所形成的KOH溶液的電導(dǎo)率。Dionex Chromeleon6.5計(jì)算機(jī)工作站用于儀器控制、數(shù)據(jù)收集和處理。
圖6示出了在10μL/min下電解產(chǎn)生的KOH洗脫劑的8個(gè)電導(dǎo)率曲線的疊加。在本實(shí)施例中，施加到洗脫劑發(fā)生器上的DC電流以0.321-mA的步幅從0mA變化至3.21mA，以便產(chǎn)生濃度以20-mM的步幅從0mM至200mM變化的KOH洗脫劑。圖6所示的結(jié)果表明，在毛細(xì)管流速下在寬濃度范圍內(nèi)再現(xiàn)產(chǎn)生KOH溶液是可行的。
實(shí)施例2.在普通陰離子的毛細(xì)管IC分離中使用樹脂相再生劑毛細(xì)管陰離子抑制器。
本實(shí)施例用于說明圖2所示類型的樹脂相再生劑毛細(xì)管陰離子抑制器在普通陰離子的毛細(xì)管IC分離中的使用。根據(jù)圖1所示的方案裝配實(shí)驗(yàn)中使用的毛細(xì)管IC系統(tǒng)。使用改進(jìn)的Dionex P680泵(Dionex公司，Sunnyvale，CA)以12μL/min輸送去離子水。為了產(chǎn)生KOH洗脫劑，去離子水首先經(jīng)過Dionex ATC-HC柱和CTC-1柱，以除去離子污染物，然后被導(dǎo)入到通過改進(jìn)Dionex EGC-KOH模塊(P/N058900)準(zhǔn)備的KOH洗脫劑發(fā)生器中。使用Keithley 220型可編程電源(Keithely Instruments，Inc.，Cleveland，OH)提供DC電流至KOH洗脫劑發(fā)生器的陽極和陰極。將KOH洗脫劑發(fā)生器的出口連接至高壓脫氣單元，以除去在電解洗脫劑產(chǎn)生過程中產(chǎn)生的氫氣。將Rheodyne六端口PEEK高壓注射閥(Cotati，CA)用于樣品的注射。通過在長度為250mm和內(nèi)徑為380μm的1/16英寸OD PEEK管中填充專有的Dionex表面官能化的陰離子交換樹脂來裝配毛細(xì)管陰離子分離柱。使用配備有改進(jìn)的流通式電導(dǎo)池的Dionex ED50A電導(dǎo)檢測器。將Dionex Chromeleon 6.5計(jì)算機(jī)工作站用于儀器控制、數(shù)據(jù)收集和處理。
在本實(shí)施例中，根據(jù)圖2所示的基本方案準(zhǔn)備毛細(xì)管抑制器。將15厘米長的Nafion陽離子交換毛細(xì)管(0.004英寸ID×0.010英寸OD)嵌入到8％交聯(lián)的和20μm磺化的苯乙烯二乙烯基苯樹脂珠粒(Dionex公司)的床中，該樹脂珠粒被裝在具有兩個(gè)流通式液體連接端口的PEEK柱(9mm ID×150mm長度)中。還準(zhǔn)備提供獨(dú)立的流體連接至Nafion陽離子交換毛細(xì)管。來自電導(dǎo)池的抑制的洗脫劑以12μL/min途經(jīng)抑制器的樹脂床。
圖7示出了使用上述系統(tǒng)獲得的7種普通陰離子(氟根、氯根、溴根、亞硝酸根、硝酸根、硫酸根和磷酸根)的分離。KOH洗脫劑的濃度從38mM變化至200mM。當(dāng)KOH洗脫劑的濃度為38mM時(shí)則實(shí)現(xiàn)所有7種陰離子的完全分辨。如所預(yù)期的，在較高的KOH濃度下觀察到陰離子的共洗脫。圖7所示的結(jié)果表明，圖2所示類型的樹脂相再生劑毛細(xì)管陰離子抑制器可成功地用于在普通陰離子的毛細(xì)管IC分離中抑制不同濃度的KOH洗脫劑。更重要的是，圖7所示的結(jié)果證明，圖1所述的毛細(xì)管IC系統(tǒng)可用于使用一個(gè)流動(dòng)的去離子水流進(jìn)行陰離子的分離。
實(shí)施例3.樹脂相再生劑毛細(xì)管抑制器在抑制用于陰離子分析的KOH洗脫劑時(shí)的操作。
本實(shí)施例用于說明圖2所示類型的樹脂相再生劑毛細(xì)管陰離子抑制器在普通陰離子的毛細(xì)管IC分離中的用途。本實(shí)施例中使用的毛細(xì)管離子色譜系統(tǒng)與實(shí)施例2中使用的相同，所不同的是使用不同的樹脂相再生劑毛細(xì)管陰離子抑制器。在本實(shí)施例中，根據(jù)圖2所示的基本方案準(zhǔn)備毛細(xì)管抑制器。將15厘米長的Nafion陽離子交換毛細(xì)管(0.004英寸ID×0.010英寸OD)嵌入到樹脂床中，該樹脂床裝在具有兩個(gè)流通式液體連接端口的PEEK柱(9mm ID×150mm長度)中。也準(zhǔn)備提供獨(dú)立的流體連接至Nafion陽離子交換毛細(xì)管。抑制器樹脂床由95％(w/w)的8％交聯(lián)的和20μm磺化的苯乙烯二乙烯基苯樹脂(Dionex公司)與5％(w/w)的200～400目Chelex-100樹脂(Bio-Rad實(shí)驗(yàn)室，Hercules，CA)的樹脂混合物制成。Chelex-100樹脂是具有弱酸性亞氨基二乙酸酯官能團(tuán)的陽離子交換劑。來自電導(dǎo)池的抑制的流出物以12μL/min途經(jīng)抑制器的樹脂床。
在本實(shí)施例中，在與實(shí)施例2中所述相同的毛細(xì)管陰離子分離柱上連續(xù)進(jìn)行7種陰離子(氟根、氯根、溴根、亞硝酸根、硝酸根、硫酸根和磷酸根)的分離，超過400次運(yùn)行(每次運(yùn)行＝20分鐘)，以監(jiān)測毛細(xì)管抑制器的長期性能。使用100mM KOH作為洗脫劑。如圖8所示，該抑制器提供了至少380次運(yùn)行的穩(wěn)定的抑制背景。對于運(yùn)行#390，觀察到稍微不穩(wěn)定的抑制背景。對于運(yùn)行#400，觀察到顯著不穩(wěn)定的抑制背景。圖8所示的結(jié)果表明，圖2所示類型的樹脂相再生劑毛細(xì)管陰離子抑制器可在普通陰離子的毛細(xì)管IC分離中以延長的時(shí)間周期進(jìn)行令人滿意的運(yùn)行。此外，圖8所示的結(jié)果再次證明，圖1所示的毛細(xì)管IC系統(tǒng)能夠用于使用一個(gè)流動(dòng)的去離子水流進(jìn)行陰離子的分離。
實(shí)施例4.在水合氫離子形式的磺化樹脂珠粒和鉀形式的磺化樹脂珠粒之間的陽離子的交換。
本實(shí)施例直觀地示出了在水合氫離子形式的磺化樹脂珠粒和鉀形式的磺化樹脂珠粒之間的陽離子的交換。在本實(shí)施例中，根據(jù)圖2所示的基本方案準(zhǔn)備毛細(xì)管抑制器。將15厘米長的0.004英寸ID×0.010英寸OD的專有的接枝且磺化的TFE毛細(xì)管(Dionex公司)嵌入200～400目AG 50W×16樹脂的床中，該樹脂是可從Bio-Rad實(shí)驗(yàn)室(Hercules，CA)獲得的磺化的陽離子交換劑。該樹脂床被裝在可從Bio-Chem Valve，Inc.(Boonton，New Jersey，USA)獲得的透明玻璃柱(6mmID×250mm長)中。在將它裝入玻璃柱中之前，用少量喹哪啶紅(陽離子染料)均勻地涂覆200～400目AG 50W×16樹脂。被涂覆的樹脂當(dāng)處于氫形式時(shí)是金色的。當(dāng)處于鉀形式時(shí)，被涂覆的樹脂的顏色變成品紅色。因此，樹脂的顏色變化可用于使水合氫離子形式的磺化樹脂珠粒和鉀形式的磺化樹脂珠粒之間的陽離子的交換可視化。使用實(shí)施例2中所示的系統(tǒng)評價(jià)這種毛細(xì)管抑制器的操作。連續(xù)使用該抑制器以10μL/min抑制20mM KOH。在本實(shí)施例中，來自電導(dǎo)池的抑制的洗脫劑被導(dǎo)至廢物中。以0.25mL/min泵送第二去離子水流經(jīng)過樹脂床。
在操作6小時(shí)之后，對于在抑制器中圍繞磺化TFE毛細(xì)管的入口端的樹脂，觀察到輕微的顏色變化。在操作72小時(shí)之后，對于抑制器的入口端處的樹脂床，觀察到明顯得多的樹脂顏色變化。操作144小時(shí)之后，對于抑制器的入口端處的樹脂床，觀察到清晰的品紅色的樹脂帶。這些結(jié)果直觀地表明，最初交換到陽離子交換毛細(xì)管的壁上的K+離子繼續(xù)與緊鄰該壁的樹脂珠粒上的H+離子交換，隨后在不與陽離子交換毛細(xì)管直接物理接觸并位于離毛細(xì)管更遠(yuǎn)位置的樹脂珠粒之間繼續(xù)進(jìn)行這種交換過程。
在另一實(shí)驗(yàn)中，將一滴喹哪啶紅涂覆的鉀形式的AG 50W×16樹脂(品紅色)置于燒杯中喹哪啶紅涂覆的水合氫離子形式的AG 50W×16樹脂的床(金色)上。2小時(shí)后，觀察到品紅色的強(qiáng)度顯著降低。約72小時(shí)后，該添加的樹脂滴的品紅色進(jìn)一步逐漸褪色。192小時(shí)后，該添加的樹脂滴幾乎不能與樹脂床的其余部分區(qū)分開，這表明該添加的樹脂滴轉(zhuǎn)化為水合氫離子形式。
實(shí)施例5.使用電解產(chǎn)生的KOH洗脫劑進(jìn)行陰離子分析物的毛細(xì)管IC分離以及利用圖5所示類型的電解毛細(xì)管抑制器進(jìn)行抑制型電導(dǎo)檢測。
本實(shí)施例用于說明圖5所示類型的電解毛細(xì)管陰離子抑制器在普通陰離子的毛細(xì)管IC分離中的用途。本實(shí)施例中使用的毛細(xì)管離子色譜系統(tǒng)與實(shí)施例2中所用的類似，所不同的是使用電解毛細(xì)管陰離子抑制器。在本實(shí)施例中，準(zhǔn)備電解毛細(xì)管抑制器。毛細(xì)管陰離子抑制器由三個(gè)PEEK腔室構(gòu)成。洗脫劑腔室包含緊密地嵌入到陽離子交換樹脂床(6～8mmID×10～25mm長度)中的陽離子交換毛細(xì)管。準(zhǔn)備提供獨(dú)立的流體連接至樹脂床中的陽離子交換毛細(xì)管。在電解毛細(xì)管抑制器的構(gòu)造中使用15厘米長的0.004英寸ID×0.010英寸OD的專有的接枝且磺化的TFE毛細(xì)管(Dionex公司)或者15厘米長的Nafion陽離子交換毛細(xì)管(0.004英寸ID×0.010英寸OD)。使用專有的接枝且磺化的TFE陽離子交換離子交換膜(Dionex公司)將洗脫劑腔室與陰極再生劑腔室和陽極再生劑腔室物理分離。陰極腔室包含帶孔的Pt陰極，陽極腔室包含帶孔的Pt陽極。兩個(gè)電極腔室都具有兩個(gè)液體連接端口(入口和出口)。在本實(shí)施例中，來自電導(dǎo)池的抑制的洗脫劑被導(dǎo)至廢物中。以0.1～0.25mL/min的流速，第二去離子水流首先被泵送流過洗脫劑腔室中的樹脂床，然后到達(dá)陽極再生劑腔室和陰極再生劑腔室。Dionex ED50A模塊被用于給電解毛細(xì)管抑制器提供20mA的DC電流。使用Dionex EG40洗脫劑發(fā)生器控制模塊向KOH洗脫劑發(fā)生模塊提供DC電流，該KOH洗脫劑發(fā)生模塊用于產(chǎn)生在陰離子的離子色譜分離中使用的KOH洗脫劑。
圖9示出了當(dāng)KOH洗脫劑的濃度以10μL/min從20至200mM變化時(shí)，使用該系統(tǒng)獲得的抑制的電導(dǎo)率背景。結(jié)果表明，電解毛細(xì)管抑制器能夠有效地抑制各種濃度的KOH。
圖10示出了在填充有專有的膠乳附聚的陰離子交換劑(Dionex公司)的毛細(xì)管柱上，7種普通陰離子(氟根、氯根、溴根、亞硝酸根、硝酸根、硫酸根和磷酸根)的20次連續(xù)分離的疊加。使用38mMKOH以10μL/min進(jìn)行分離。結(jié)果顯示出目標(biāo)陰離子的高度可再現(xiàn)的分離，分析物保留百分比相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RDS)為硫酸根的0.028％至磷酸根的0.10％，并且分析物峰面積百分比RSD為亞硝酸根的0.033％至磷酸根的0.58％。
圖11示出了在填充有專有的表面官能化的陰離子交換劑(Dionex公司)的毛細(xì)管柱上，11種普通陰離子(氟根、亞氯酸根、溴酸根、氯根、亞硝酸根、氯酸根、溴根、硝酸根、碳酸根、硫酸根和磷酸根)的10次連續(xù)分離的疊加。使用濃度梯度為10～45mM KOH的KOH洗脫劑以10μL/min進(jìn)行分離。結(jié)果也顯示了目標(biāo)陰離子的高度可再現(xiàn)的分離，分析物保留百分比相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RDS)為磷酸根的0.072％至亞硝酸根的0.19％。
以上結(jié)果表明，本發(fā)明所述的毛細(xì)管IC系統(tǒng)能夠用于僅使用去離子水作為載體流來提供可靠的目標(biāo)陰離子分析物的測定。
實(shí)施例6.使用電解產(chǎn)生的MSA洗脫劑進(jìn)行陰離子分析物的毛細(xì)管IC分離以及使用圖5所示類型的電解毛細(xì)管抑制器進(jìn)行抑制型電導(dǎo)檢測。
本實(shí)施例用于說明圖5所示類型的電解毛細(xì)管陽離子抑制器在普通陽離子的毛細(xì)管IC分離中的用途。本實(shí)施例中使用的毛細(xì)管離子色譜系統(tǒng)的基本系統(tǒng)組件與圖1所示用于陽離子分析的那些組件類似。通過改進(jìn)Dionex EGC-MSA模塊(P/N 058902)來準(zhǔn)備甲磺酸(MSA)洗脫劑發(fā)生器。使用Keithley 220型可編程電源(KeithelyInstruments，Inc.，Cleveland，OH)給MSA洗脫劑發(fā)生模塊提供DC電流，該模塊用于產(chǎn)生在陽離子的離子色譜分離中使用的MSA洗脫劑。
根據(jù)圖5所示的基本方案準(zhǔn)備電解毛細(xì)管抑制器。毛細(xì)管陰離子抑制器由三個(gè)PEEK腔室構(gòu)成。洗脫劑腔室包含緊密地嵌入強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂床(6mmID×20mm長度)中的15厘米長的0.004英寸ID×0.010英寸OD的專有的接枝且胺化的TFE毛細(xì)管(Dionex公司)。準(zhǔn)備提供獨(dú)立的流體連接至樹脂床中的陽離子交換毛細(xì)管。使用專有的接枝且胺化的TFE陽離子交換離子交換膜(Dionex公司)將洗脫劑腔室與陰極再生劑腔室和陽極再生劑腔室物理分離。陰極腔室包含帶孔的Pt陰極，陽極腔室包含帶孔的Pt陽極。兩個(gè)電極腔室都具有兩個(gè)液體連接端口(入口和出口)。在本實(shí)施例中，來自電導(dǎo)池的抑制的洗脫劑被導(dǎo)至廢物中。以0.2mL/min的流速，第二去離子水流首先被泵送流過洗脫劑腔室中的樹脂床，然后到達(dá)陰極再生劑腔室和陽極再生劑腔室。使用Dionex SC20抑制器控制模塊給電解毛細(xì)管抑制器提供15～20mA的DC電流。
圖12示出了在填充有專有的表面官能化的陽離子交換劑(Dionex公司)的毛細(xì)管柱上，6種普通陽離子(鋰、鈉、銨、鉀、鎂和鈣)的分離。使用8mM MSA以10μL/min進(jìn)行分離。獲得所有陽離子分析物的優(yōu)良分辨。結(jié)果表明，本發(fā)明所述的毛細(xì)管IC系統(tǒng)能夠用于僅使用去離子水作為載體流來提供目標(biāo)陽離子分析物的分離。
權(quán)利要求
1.用于毛細(xì)管離子色譜的設(shè)備，包括(a)抑制器，該抑制器包括在外殼中的流通式離子交換填充物和具有入口和出口并且由選擇透過性離子交換膜形成的毛細(xì)管，該外殼包括填充物入口和填充物出口，所述管至少部分置于所述離子交換填充物中。
2.權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括(b)與所述填充物入口流體連通的流動(dòng)含水再生劑液體源。
3.權(quán)利要求2的設(shè)備，還包括(c)與所述毛細(xì)管入口流體連通的毛細(xì)管色譜柱。
4.權(quán)利要求3的設(shè)備，還包括(d)與所述毛細(xì)管出口流體連通的流通式檢測器。
5.權(quán)利要求4的設(shè)備，還包括(e)再循環(huán)導(dǎo)管，用于將再循環(huán)的含水液體從所述檢測器引導(dǎo)至所述離子交換填充物，由此所述含水再生劑液體源包含所述再循環(huán)的含水液體。
6.權(quán)利要求5的設(shè)備，其中所述含水液體源除了包含所述再循環(huán)的含水液體之外還包含另外的流動(dòng)含水液體源。
7.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中至少部分的所述毛細(xì)管直接與所述填充物接觸。
8.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述填充物包括離子交換顆粒的填充床。
9.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述離子交換填充物包括具有可交換離子的基質(zhì)，該離子包括弱酸性或弱堿性官能團(tuán)。
10.權(quán)利要求9的設(shè)備，其中所述離子交換填充物還包括具有可交換離子的基質(zhì)，該離子包括強(qiáng)酸性或強(qiáng)堿性官能團(tuán)。
11.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述毛細(xì)管的外壁包括可交換離子，該離子包括弱酸性或弱堿性官能團(tuán)。
12.權(quán)利要求11的設(shè)備，其中所述毛細(xì)管的內(nèi)壁包括可交換離子，該離子包括強(qiáng)酸性或強(qiáng)堿性官能團(tuán)。
13.權(quán)利要求11的設(shè)備，其中所述弱酸性或弱堿性官能團(tuán)包括接枝到所述管外壁上的聚合物上的結(jié)構(gòu)部分。
14.權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括(b)在所述離子交換填充物的相對側(cè)上的分隔的第一和第二電極。
15.權(quán)利要求14的設(shè)備，其中所述填充物入口置于所述第一和第二電極的中間。
16.權(quán)利要求14的設(shè)備，其中所述第一電極置于電極腔室中。
17.權(quán)利要求16的設(shè)備，其中所述第二電極置于電極腔室中。
18.權(quán)利要求16的設(shè)備，還包括(c)在所述第一電極和所述填充物之間的選擇透過性離子交換隔片。
19.用于毛細(xì)管離子色譜的設(shè)備，包括(a)包括毛細(xì)管的抑制器，該毛細(xì)管具有入口和出口并且由選擇透過性離子交換膜形成，所述管至少部分置于流通式外殼中，(b)與所述毛細(xì)管流體連通的流通式檢測器，和(c)再循環(huán)導(dǎo)管，用于引導(dǎo)來自所述檢測器的再循環(huán)的含水樣品液體經(jīng)過所述流通式外殼至所述管的外部。
20.權(quán)利要求19的設(shè)備，除了所述含水液體樣品之外還包括流經(jīng)所述外殼的另外的含水液體源。
21.權(quán)利要求19的設(shè)備，其中所述毛細(xì)管的外壁包括可交換離子，該離子包括弱酸性或弱堿性官能團(tuán)。
22.權(quán)利要求19的設(shè)備，其中所述毛細(xì)管的內(nèi)壁包括可交換離子，該離子包括強(qiáng)酸性或強(qiáng)堿性官能團(tuán)。
23.權(quán)利要求19的設(shè)備，其中所述弱酸性或弱堿性官能團(tuán)包括接枝到所述管外壁上的聚合物上的結(jié)構(gòu)部分。
24.權(quán)利要求19的設(shè)備，還包括(a)與所述毛細(xì)管入口流體連通的毛細(xì)管色譜柱。
25.用于毛細(xì)管離子色譜的設(shè)備，包括(a)包括毛細(xì)管的抑制器，該毛細(xì)管具有入口和出口并且由選擇透過性離子交換膜形成，所述管至少部分置于流通式外殼中，其中所述毛細(xì)管的外壁包括可交換離子，該離子包括弱酸性或弱堿性官能團(tuán)。
26.權(quán)利要求25的設(shè)備，其中所述毛細(xì)管的內(nèi)壁包括可交換離子，該離子包括強(qiáng)酸性或強(qiáng)堿性官能團(tuán)。
27.權(quán)利要求25的設(shè)備，其中所述弱酸性或弱堿性官能團(tuán)包括接枝到所述管外壁上的聚合物上的結(jié)構(gòu)部分。
28.權(quán)利要求25的設(shè)備，還包括(b)與所述毛細(xì)管入口流體連通的毛細(xì)管色譜柱。
29.權(quán)利要求25的設(shè)備，還包括(c)與所述毛細(xì)管出口流體連通的流通式檢測器。
30.權(quán)利要求25的設(shè)備，還包括(d)再循環(huán)導(dǎo)管，用于將再循環(huán)的含水液體從所述檢測器引導(dǎo)至所述離子交換填充物。
31.在用于毛細(xì)管離子色譜的方法中，包括以下步驟(a)使在洗脫劑中包含具有一種電荷，正電荷或負(fù)電荷，的分離的樣品離子物種的含水樣品流流過由選擇透過性離子交換膜形成的毛細(xì)管，所述管被填充在流通式離子交換填充物中，并且從所述管的內(nèi)壁向外壁將所述洗脫劑中與所述樣品離子物種具有相反電荷的抗衡離子傳送穿過所述管，和(b)使含水再生劑液體流動(dòng)通過所述離子交換填充物，經(jīng)過所述管的外部，以帶走被傳送至所述外管壁的被傳送的抗衡離子。
32.權(quán)利要求31的方法，還包括以下步驟(c)在步驟(a)之前，在毛細(xì)管色譜柱中色譜分離所述離子物種。
33.權(quán)利要求31的方法，還包括以下步驟(d)通過使液體樣品流流經(jīng)檢測器來檢測所述分離的離子物種。
34.權(quán)利要求33的方法，還包括以下步驟(e)將所述含水樣品流再循環(huán)至所述離子交換填充物，所述再生劑液體包括所述再循環(huán)的樣品流。
35.權(quán)利要求34的方法，還包括以下步驟(f)除了所述再循環(huán)的液體流之外，使第二含水液體流流動(dòng)經(jīng)過所述管的外部。
36.權(quán)利要求31的方法，其中所述填充物包括離子交換顆粒的填充床。
37.權(quán)利要求31的方法，其中所述離子交換填充物包括具有離子的基質(zhì)，該離子包括弱酸性或弱堿性官能團(tuán)。
38.權(quán)利要求31的方法，其中所述離子交換填充物還包括具有可交換離子的基質(zhì)，該離子包括強(qiáng)酸性或強(qiáng)堿性官能團(tuán)。
39.權(quán)利要求31的方法，其中所述毛細(xì)管的外壁包括可交換離子，該離子包括弱酸性或弱堿性官能團(tuán)。
40.權(quán)利要求31的方法，其中所述毛細(xì)管的內(nèi)壁包括可交換離子，該離子包括強(qiáng)酸性或強(qiáng)堿性官能團(tuán)。
41.權(quán)利要求31的方法，還包括在步驟(a)和(b)的過程中將電勢施加到所述離子交換填充物兩端。
42.在用于毛細(xì)管離子色譜的方法中，包括以下步驟(a)使在洗脫劑中包含具有一種電荷，正電荷或負(fù)電荷，的分離的樣品離子物種的含水樣品流流過由選擇透過性離子交換膜形成的毛細(xì)管，并且從所述管的內(nèi)壁向外壁將所述洗脫劑中與所述樣品離子物種具有相反電荷的抗衡離子傳送穿過所述管，(b)通過使該液體樣品流流經(jīng)檢測器來檢測從所述毛細(xì)管流出的所述分離的離子物種，和(c)將所述含水樣品流從所述檢測器再循環(huán)至所述外管壁，以帶走被傳送至外管壁的所述抗衡離子。
43.權(quán)利要求42的方法，還包括以下步驟(d)在步驟(a)之前，在毛細(xì)管色譜柱中色譜分離所述離子物種。
44.權(quán)利要求42的方法，其中所述管被填充在流通式離子交換填充物中，并且從所述管的內(nèi)壁向外壁將所述洗脫劑中與所述樣品離子物種具有相反電荷的抗衡離子傳送穿過所述管。
45.權(quán)利要求42的方法，其中所述填充物包括離子交換顆粒的填充床。
46.權(quán)利要求42的方法，其中所述離子交換填充物包括具有離子的基質(zhì)，該離子包括弱酸性或弱堿性官能團(tuán)。
47.權(quán)利要求42的方法，其中所述離子交換填充物還包括具有可交換離子的基質(zhì)，該離子包括強(qiáng)酸性或強(qiáng)堿性官能團(tuán)。
48.權(quán)利要求42的方法，其中所述毛細(xì)管的所述外壁包括可交換離子，該離子包括弱酸性或弱堿性官能團(tuán)。
49.權(quán)利要求44的方法，還包括在步驟(a)和(b)的過程中將電勢施加到所述離子交換填充物兩端。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于毛細(xì)管離子色譜的設(shè)備，其包括抑制器，該抑制器包括在外殼中的流通式離子交換填充物和由選擇透過性離子交換膜形成的毛細(xì)管(32)，并且該毛細(xì)管至少部分置于所述離子交換填充物中。另外還包括再循環(huán)導(dǎo)管(38)，用于將來自檢測器(34)的含水液體引導(dǎo)至填充物。另外，毛細(xì)管可具有弱酸性或弱堿性官能團(tuán)。而且，本發(fā)明涉及一種用于使用該設(shè)備的方法。
文檔編號B01D15/36GK101044399SQ200580035873
公開日2007年9月26日 申請日期2005年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月16日
發(fā)明者劉延, V·M·B·巴雷托, C·A·波爾, N·阿夫達(dá)洛維克 申請人:迪奧尼斯公司