DE69629958T2

DE69629958T2 - System zur Erzeugung eines hochreinen Eluenten

Info

Publication number: DE69629958T2
Application number: DE69629958T
Authority: DE
Inventors: Jr. James M Anderson; Raaidah Saari-Nordhaus; Carl W. Sims; Yuri E. Gerner
Original assignee: Alltech Associates Inc
Current assignee: Alltech Associates Inc
Priority date: 1995-03-03
Filing date: 1996-03-01
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2016-03-02
Also published as: ATE196949T1; EP1366817B1; DE69629958D1; US5759405A; DE69629960T2; AU5418296A; EP0763199B2; ATE547175T1; US20080190850A1; EP1366817A3; CA2187285A1; EP1366817A2; EP0763199B1; DE69610597T2; EP1048351A3; EP1099479A2; EP1048351B1; JP4086456B2; US20050252774A1; EP1048351A2

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft Chromatographiesäulen- Apparate und Verfahren. Insbesondere können die Säulen der vorliegenden Erfindung zur Erzeugung eines sehr reinen Eluierungs- bzw. Elutionsmittels verwendet werden.
A. Einzelsäulenionenchromatographie
Einzelsäulenionenchromatographie (SCIC) ist eine Ionenanalyseverfahren, in dem Ionen in einer Ionenaustauschsäule (z. B. Separatorsäule) getrennt und anschließend durch eine Leitfähigkeitsdetektor, der direkt mit der Separatorsäule verbunden ist, gemessen werden. Im SCIC müssen spezielle Ionenaustauschharze mit geringem Fassungsvermögen bzw. geringer Kapazität und Elutionsmittel mit entweder viel höherer oder viel geringerer Äquivalentleitfähigkeit als die zu messenden Ionen, verwendet werden. Bei der Ionenchromatographie erzeugen Probenionen ein Signal in einem Leiffähigkeitsdetektor. Das Signal ist proportional zur Konzentration der Probenionen und ist die Differenz in der Äquivalentleitfähigkeit zwischen dem Probenion und dem Elutionsmittelion. Die SCIC-Empfindlichkeit ist durch die Differenz der Äquivalentleiffähigkeit zwischen den Probenionen und den Elutionsmittelionen begrenzt. Diese Empfindlichkeit ist adäquat und wird sogar für einige Probentypen bevorzugt, insbesondere für kationische Proben, bei denen die Differenz in der Äquivalentleiffähigkeit zwischen den Proben und den Elutionsmittelionen sehr groß ist. Für viele andere Proben, insbesondere anionische Proben, bei denen die Differenz in der Äquivalentleiffähigkeit zwischen den Probenionen und den Elutionsmittelionen klein ist, kann allerdings die Empfindlichkeit durch eine zweite und bevorzugte Art der Ionenanalyse, als chemische Suppressionsionenchromatographie (SIC) bezeichnet, stark erhöht werden.
B. Suppressionsionenchromatographie (SIC)
Suppressionsionenchromatographie (SIC) ist eine Form allgemein ausgeübter Ionenanalyse, die durch die Anwendung zweier Ionenaustauschsäulen in Reihe mit einem anschließenden Durchflußleitfähigkeitsdetektor gekennzeichnet ist. Die erste Säule, als Separationssäule bezeichnet, trennt Ionen einer eingeführten Probe durch Elution der Probe durch die Säule unter Anwendung eines Elektrolyts als Elutionsmittel, d. h., üblicherweise eine schwache Base oder Säure in deionisiertem Wasser. Die zweite Säule, als der "Suppressor" oder "Stripper" bezeichnet, dient zwei Zwecken. Zum ersten verringert diese die Hintergrundleitfähigkeit des Elutionsmittels, um das Rauschen zu reduzieren. Zum zweiten verstärkt es die Gesamtleitfähigkeit der Probenionen. Die Summe dieser beiden Faktoren verstärkt signifikant das Signal- zu- Rauschenverhältnis und steigert somit die Empfindlichkeit.
Diese Technik ist detaillierter in den US Patentschriften 3,897,213, 3,920,397, 3,925,019 und 3,926,559 beschrieben. Weiterhin sind geeignete Ionenaustauschfüllungen für die Separationssäule detailliert in den US Patentschriften 3,966,596, 4,101,460 und 4,119,580 beschrieben. Eine detaillierte Beschreibung der Ionenchromatographie wird zusätzlich in Small et al., "Proceedings of an International Conference on the Theory and Practice of Ion Exchange", University of Cambridge, UK, Juli 1976, und auch in Small et al., "Novel Ion Exchange Chromatographic Method Using Conductimetnc Detection", Analytical Chemistry, Vol. 47, Nr. 11, September 1975, Seiten 1801 und ff. gegeben.
C. Gradientenelutionstechnik
Um Probenionen, die in einer Ionenaustauschsäule zurückgehalten werden, zu trennen oder herauszulösen, wird ein Elutionsmittel mit Zusatzionen bzw. Ko-Ionen mit der gleichen Ladung wie die Probenionen durch die Separationssäule geleitet. Die Proben-Ko-Ionen im Elutionsmittel ersetzen teilweise die Probenionen in der Ionenaustauschsäule, was bewirkt, daß die ersetzten Probenionen zusammen mit dem Elutionsmittel in der Säule hinabfließen. Typischerweise wird eine schwach-saure oder basische Lösung in deionisiertem Wasser als Elutionsmittel verwendet. Das Elutionsmittel wird typischerweise vorher vorbereitet und durch die Säule mittels Gravitation oder einer Pumpe geleitet.
Es ist manchmal günstiger anstelle eines homogenen Elutionsmittel während des gesamten Trennungsprozesses ein Gradientenelutionsmittel, d. h., ein Elutionsmittel, in dem sich die Konzentration eines oder mehrerer Komponenten mit der Zeit ändert, zu verwenden. Typischerweise beginnt das Elutionsmittel mit einer geringen Herauslösekraft (beispielsweise einer geringen Konzentration der Proben- Ko-Ionen) und wird während des Separationsprozesses stärker (beispielsweise durch eine höhere Konzentration der Proben- Ko-Ionen). Auf diese Weise werden leicht herausgelöste Ionen während des schwächeren Phase des Gradienten getrennt und Ionen, die schwerer herauszutrennen sind, werden während der stärkeren Phase des Gradienten getrennt. Die Konzentration des Elutionsmittels ändert sich während des Gradienten bzw. während der Zeit, und Unterdrücken oder Ausgleichen der gleichzeitigen Änderung der Hintergrundleitfähigkeit ist erforderlich, so daß das Probensignal vom Hintergrundsignal unterschieden werden kann. Ein Beispiel dieser Gradientenelutionstechniken sind in den US Patentschriften 4,751,189 und 5,132,018 offenbart.
Während die obengenannten Patente vorher zubereitete Lösungen verwenden, um ein Gradientenelutionsmittel zu bilden, werden in der US Patentschrift Nr. 5,045,204 elektrochemische Methoden verwendet, um einen hochreinen Elutionsmittelstrom zu erzeugen, der nach seiner Herstellung direkt in die Separationssäule strömt und der als ein Gradient hergestellt sein kann. In dem obengenannten Patent wird ein Produktkanal durch zwei permselektive Membranen definiert und dieser wird durch eine Quelle mit hochreinem Wasser versorgt.
Eine der permselektiven Membranen gestattet lediglich den Durchgang von negativ geladenen Hydroxidionen, die auf der Seite des dieser Membrane entgegengesetzten Produktkanals durch Elektrolyse von Wasser an einer Kathode gebildet werden. Die Hydroxidionen werden durch ein elektrisches Feld durch die Membrane in einer der Stärke des elektrischen Feldes entsprechenden Menge in den Produktkanal getrieben. Die andere permselektive Membran gestattet lediglich den Durchgang von positiv geladenen Ionen. An der dem Produktkanal gegenüberliegenden Seite dieser Membrane ist ein Quellenkanal, der kontinuierlich mit einer NaOH Lösung versorgt wird und in dem eine Anode positioniert ist. Die Na⁺ Ionen werden durch das elektrische Feld in einer der Stärke des elektrischen Feldes entsprechenden Menge durch die Membrane in den Produktkanal getrieben. Durch dieses Verfahren wird eine hochreine Natriumhydroxid (NaOH)-Lösung hergestellt. Diese Lösung kann als Elutionsmittel für eine Chromatographiesäule verwendet werden, und die Konzentration dieses Elutionsmittels kann während der chromatographischen Trennung durch Variieren der elektrischen Feldstärke geändert werden, wodurch ein Gradientenelutionsmittel entsteht.
Die vorangegangenen Verfahren der Elutionsionenchromatographie weisen allerdings gewisse Nachteile auf. Einer dieser Nachteile besteht darin, daß eine externe Elutionsmittelquelle oder externe Elutionsmittel-Gegenionen erforderlich sind. Es ist auch erforderlich nach dem Herauslösen der Probenionen aus der Chromatographiesäule, daß all diese Elutionsmittel unterdrückt werden, um eine genaue quantitative Analyse der Probenionen bewerkstelligen zu können. Schließlich sind alle der obigen Methoden zum Herauslösen in der allgemeinen Verwendung lediglich auf entweder Kationen oder Anionen als Probenionen innerhalb eines einzelnen Probendurchlaufs anwendbar. Wenn gewünscht wird, sowohl die Kationen als auch die Anionen einer einzelnen Probe zu analysieren, müssen zwei chromatographische Trennungen unter Verwendung von entweder zwei Apparaten und zwei getrennten Elutionsmitteln oder eines einzelnen Instruments mit zwei oder mehr Säulen und komplexen Umschaltventilen durchgeführt werden.
D. Vorunterdrückungstechnologie
Chemische Suppression für IC (Ionenchromatographie) dient zwei Zwecken. Als erstes verringert sich die Hintergrundleitfähigkeit des Elutionsmittels, um das Grundrauschen zu verringern. Zum zweiten verstärkt sie die Gesamtleitfähigkeit der Probenionen, um das Signal anzuheben. Die Summe dieser beiden Faktoren verstärkt signifikant das Signal zu Rauschenverhältnis und erhöht die Nachweisbarkeit der Probenionen. Beispielsweise finden in einer Anionenanalyse zwei Ionenaustauschreaktionen in einer Suppressorsäule statt, wenn das Elutionsmittel Natriumhydroxid umfaßt und das Ionentauscherfüllmaterial in das Suppressorsäule austauschbare Wasserstoffionen umfaßt: 1) Elutionsmittel: NaOH + Harz-SO₃ ^–H⁺ → Harz-SO₃ ^–Na⁺ + H₂O 2) Analytikum: NaX + Harz-SO₃ ^–H⁺ → Harz- SO₃ ^–Na⁺ + HX, wobei X = Anionen (Cl^–, NO₂ ^–,. Br^– etc.)
Das Elutionsmittel-Natriumhydroxid mit relativ hoher Leiffähigkeit wird in das Wasser mit relativ geringer Leitfähigkeit umgewandelt, wenn die Natriumionen aus dem Elutionsmittel die Wasserstoffionen am Ionenaustauschfüllmaterial im Suppressor ersetzen. Die Proben-Anionen werden von ihrem Salz in ihre leiffähigere Säure durch Austausch ihrer Gegenionen mit Wasserstoffionen im Suppressor umgewandelt. Das Elutionsmittel ist vorzugsweise eine Lösung aus einem beliebigen Salz, das nach Durchgang durch den Suppressor eine schwach leitende Säure bildet. Beispiele für diese Elutionsmittel in der Anionenanalyse schließen Natriumhydroxid, Natriumcarbonat, oder Natriumtetraboratlösungen mit ein.
Diverse Suppressorgeräte, die nach dem obigen Prinzip arbeiten, wurden für IC verwendet. Diese beinhalten:
1. Füllbettsuppressoren
Füllbettsuppressoren wurden ungefähr 1973 eingeführt. Diese Suppressorelemente bestehen aus großen Säulen, die starke Kationenaustauschsäureharze in Wasserstofform (für Anionenanalyse) enthalten. Um genügend Harz aufzunehmen, sind diese Säulen sehr groß (d. h. 250 mm × 7,8 mm). Diese Säulen haben allerdings ein großes Totvolumen, das eine beträchtliche Peakabweichung und Verbreiterung bewirkt. Dies hat wiederum einen Verlust an chromatographischer Effizienz zur Folge. Weiterhin ist nach mehrstündigem Betrieb das Harzbett erschöpft (alle Wasserstoffionen an den Austauschplätzen sind durch die Elutionsmittel-Gegenionen ersetzt worden). Die Suppressorsäule muß dann aus dem Verfahren herausgenommen und regeneriert werden, indem die Säule mit einer Säure gespült wird, um die Wasserstoftaustauschplätze im Harzbett zu regenerieren. Die Regeneration der Suppressorsäule ist natürlich zeitaufwendig und unterbricht die Analyse.
Ein weiterer Nachteil dieser Füllbettsuppressoren besteht darin, daß schwach ionisierte Kandidaten wie etwa organische Säuren in die Kationenaustauschplätze, an denen Protonen angelagert sind, eindringen können und durch Inklusion innerhalb des Harzbettes Wechselwirken. Dies bewirkt variable Retentionszeiten und Peakflächen, wenn sich der Suppressor erschöpft. Weiterhin können auch einige Ionen chemischen Reaktionen im Suppressor unterliegen. Es wurde beispielsweise gezeigt, das Nitrit in diesen Füllbettsuppressoren gemäß dem Stand der Technik oxidiert werden, was zu unterschiedlichen Erholungszeiten und einer mäßigen Analysegenauigkeit führt.
2. Hohlfaser-Membransuppressoren
Ungefähr 1982 wurden Hohlfaser-Membransuppressoren eingeführt (vgl. beispielsweise US Patentschriften 4,474,664 und 4,455,233). Hohlfaser-Membransuppressoren wurden entworfen, um die Nachteile der Füllbettsuppressoren zu überwinden. Die Hohlfaser-Membransuppressoren bestehen aus einer langen hohlen Faser, die aus einem semipermeablen Ionenaustauschmaterial hergestellt ist. Ein Elutionsmittel strömt durch das hohle Zentrum der Faser, während eine Regenerationslösung die Außenseite der Faser umspült. Suppressorionen dringen durch die semipermeable Membran in das hohle Zentrum der Faser und unterdrücken das Elutionsmittel. Die Regenerierungslösung stellt eine ständige Quelle für Suppressorionen dar und gestattet eine kontinuierliche Ersetzung der Suppressorionen, wenn diese in den Kanal des Elutionsmittelstroms im hohlen Zentrum der Faser vordringen. Der Hauptvorteil der Hohlfaseranordnung ist, daß das chromatographische System kontinuierlich betrieben werden kann, weil der Suppressor nicht zur Regeneration aus dem Prozeß genommen werden muß, wie dies bei den Füllbettsuppressoren der Fall ist.
Durch die Hohlfaseranordnung entstehen allerdings neue Probleme. Der geringe interne Durchmesser der Faser reduziert die für den Ionenaustausch zwischen dem Elutionsmittel und dem Regenerierungsmittel verfügbare Oberfläche. Dies schränkt die Unterdrückungsfähigkeit der Hohlfasersuppressoren auf geringe Durchflußraten und geringe Elutionsmittelkonzentrationen ein. Zusätzlich kann, da die Faser sich im Regenerierlösungsmittelbad befindet, das Gegenion der Suppressorionen in den Elutionsmittelkanal eindringen und eine höhere Hintergrundleitfähigkeit und ein Grundrauschen am Detektor verursachen.
3. Flachschicht-Membransuppressoren
Flachschicht-Membransuppressoren wurden ungefähr 1985 eingeführt. Bei diesen Suppressoren wird die Ionenaustauschröhre der Hohlfasersuppressoren durch zwei flache semipermeable Ionenaustauschmembranen ersetzte, die zwischen drei Lagen von Abschirmungen angeordnet sind. Das Elutionsmittel strömt durch eine zentrale Kammer, die als die obere und untere Oberfläche Ionenaustauschmembranschichten hat. Das Volumen der Elutionsmittelkammer ist sehr klein, so daß die Bandaufweitung minimal ist. Da die Membrane flach ist, ist der Oberflächenbereich, der für den Austausch zwischen den Proben- Gegenionen und den Suppressorionen im Regeneriermittel zur Verfügung steht, stark erhöht. Dies steigert die Suppressionskapazität und erlaubt damit hohe Durchflußraten, eine hohe Elutionsmittelkonzentration und Gradientenanalyse. Vorzugsweise fließt das Regeneriermittel in einer Richtung entgegengesetzt zu den Probenionen über die äußere Oberfläche beider Membranen und stellt somit eine konstante Zufuhr von Suppressorionen zur Verfügung.
Ein Hauptnachteil der Membransuppressoren ist allerdings, daß diese einen konstanten Durchfluß des Regenerierungsmittels benötigen, um eine kontinuierliche Unterdrückung/Betriebsweise bereitzustellen. Dies verlangt große Regeneriermittelvolumina und produziert große Mengen chemischen Abfalls, was die Betriebskosten deutlich erhöht. Eine zusätzliche Pumpe oder Gerät wird benötigt, um das Regeneriermittel kontinuierlich durch den Suppressor zu treiben, was die Komplexität und die Kosten ansteigen läßt, während die Zuverlässigkeit reduziert wird. Weiterhin können sich organische Verbindungen irreversibel an der hydrophoben Ionenaustauschmembrane anlagern, wodurch deren Effizienz soweit reduziert wird, daß ein Austausch notwendig ist (Membranen werden typischerweise alle sechs Monate bis zwei Jahre ersetzt). Schließlich sind die Membranen sehr dünn und können keinen hohen Rückstromdruck aufnehmen. Somit ist das Einreißen der Membran immer von Belang, wenn stromabwärts aufgrund Blockierungen der Rückstromdruck anwächst.
4. Chemische Festphasensuppressoren (SPCS)
Alltech. Inc., die Anmelderin der vorliegenden Erfindung, hat ungefähr 1993 chemische Festphasensuppressoren (SPCS) entwickelt, die im wesentlichen eine verbesserte Version der ursprünglichen Füllbettsuppressoren sind. Die mit den ursprünglichen Füllbettsuppressoren verbunden Probleme wie etwa Bandverbreiterung, veränderliche Retentionszeit und Peakfläche und die Oxidation von Nitrit in den Suppressoren wurden deutlich verringert. Die Alltech SPCS verwenden Einwegpackungen, die Ionenaustauschfüllmaterial, das Suppressorionen als Suppressormittel umfaßt, enthalten. Die billigen Packungen werden einfach entfernt und durch neue Packungen ersetzt, wenn die Suppressorionen erschöpft sind. Es ist somit keine Regenerierung nötig, wodurch kein Bedarf für teure und komplexe Systeme zur Regenerierung der Suppressorionen besteht.
Im SPCS System von Alltech werden typischerweise ein Schaltventil mit 10 Anschlüssen und zwei Einwegsuppressorpackungen verwendet. Das aus der Analysesäule ausfließende Medium strömt zu jeder Zeit durch eine Packung. Während die eine Packung verwendet wird, strömt der unterdrückte Detektorausfluß (typischerweise Wasser oder Kohlensäure) durch die andere Suppressorpackung, um zuvor in der Packung ein Gleichgewicht herzustellen. Dies verringert die Grundlinienverschiebung aufgrund von Leitfähigkeitsänderungen, wenn das Ventil auf die andere Packung umgeschaltet wird. Wenn alle Suppressorionen aus einer Packung durch die Elutionsmittel- und Proben- Gegenionen ersetzt worden sind, wird das Ventil geschaltet, um die zweite Packung in Funktion zu versetzen und die verbrauchte Suppressorpackung wird ersetzt. Dies erlaubt eine kontinuierliche Betriebsweise. Das Alltech System benötigt allerdings noch eine Person, um das Ventil manuell umzuschalten, wenn die erste Packung verbraucht ist. Jede Packung liefert typischerweise eine Betriebszeit zwischen 6 und 9 Stunden, und somit ist eine vollkommen unübennrachte Betriebsweise oder ein Betrieb über nach Nacht in gewissen Anwendungen mit dem Alltech SPCS System nicht möglich.
5. Elektrochemische Suppression
Elektrochemische Suppression wurden ungefähr 1993 eingeführt. Diese Suppressoren vereinigen Elektrodialyse und Elektrolyse in einer Flachschicht-Membran-Suppressorsäule, die ähnlich zu derjenigen ist, die unter Abschnitt 3 beschrieben wurde.
Beispielsweise offenbart US Patentschrift 5,248,426 einen Suppressor, der einen zentralen Chromatographieausflußkanal enthält, der an beiden Seiten durch Ionenaustauschmembranen mit austauschbaren Ionen entgegengesetzter Ladung zu den Probenionen begrenzt ist. An der dem Ausflußkanal entgegengesetzten Seite jeder Membrane befinden sich erste und zweite Detektor-Ausflußkanäle. Die Probenionen und das Elutionsmittel werden durch den Chromatographieausflußkanal geleitet, und das wasserenthaltende Detektorausflußmedium wird durch die Detektor-Ausflußkanäle in den Suppressor geleitet. In beiden Detektor-Ausflußkanälen ist eine Elektrode positioniert.
Durch Spannungszufuhr zu den Elektroden wird im Suppressor transversal zum Flüssigkeitsstrom durch den Chromatographieflußkanal ein elektrisches Potential erzeugt. Wenn das wasserenthaltende Detektorausflußmedium die unter Spannung stehenden Elektroden kontaktiert, wird dieses einer Elektrolyse unterzogen. Beispielsweise werden bei einer Anionenanalyse die Suppressor-Wasserstoffionen, die an der Anode eines ersten Detektorausflußkanals erzeugt werden, über die Ionenaustauschmembrane in den Chromatographieausflußkanal transportiert, wo sie sich mit den Proben-Anionen verbinden, um hochleitfähige Säuren der Proben-Anionen zu bilden. Die Suppressor-Wasserstoffionen verbinden sich ebenso mit den Hydroxidionen im Elutionsmittel (in der Anionenanalyse), um das Elutionsmittel in das kaum leitende Wasser zu verwandeln. Gleichzeitig werden das Elutionsmittel und die Proben-Gegenionen vom Chromatographieausflußkanal über die Ionenaustauschmembrane in einen zweiten Detektor-Ausflußkanal transportiert, wo sie sich mit den Hydroxidionen verbinden, die durch die Elektrolyse des wasserenthaltenden Detektorausflußmediums an der Kathode des zweiten Detektorausflußkanals erzeugt werden. Die entstehenden Basen der Gegenionen des Elutionsmittels werden dann als Abfallprodukt herausgeführt.
Somit erzeugt das in der Suppressorsäule angelegte elektrische Feld, wie dies von Stillian et al. offenbart wurde, gleichzeitig Suppressorionen und fördert den Ionenfluß zwischen den Elektroden in einer Richtung senkrecht zur Fluidströmung durch den Suppressor. Der Massentransport von Ionen findet über eine erste Ionenaustauschmembrane von einem ersten Detektor-Ausflußkanal zum Chromatographieausflußkanal und über eine zweite Ionenaustauschmembrane zu einem zweiten Detektor-Ausflußkanal statt.
Obwohl die elektrochemische Suppressoranlage, die von Stillian et al. offenbart wurde, gewisse Vorteile bietet (d. h., keine getrennte Regeneriermittelquelle ist nötig), gibt es dennoch gewisse Nachteile. Ihr irreversibles Anhaften von organischen Verbindungen und Membranbruch unter Druck können dennoch in den Apparaten und Verfahren, die von Stillian offenbart wurden, auftreten. Weiterhin kann das von Stillian offenbarte Verfahren zur elektrochemischen Suppression lediglich verwendet werden, um jeweils Anionen oder jeweils Kationen in einer einzelnen Probe zu untersuchen. Ferner funktioniert die Stillian-Methode mit elektroaktiven Elutionsmitteln oder organischen Lösungsmitteln nicht gut. Elektroaktive Elutionsmittel wie etwa Salzsäure, die gemeinhin als Elutionsmittel für Kationenanalyse verwendet wird, gehen eine elektrochemische Reaktion im Suppressor ein und produzieren Nebenprodukte, die die Membrane schädigen. Weiterhin gehen gewisse organische Elutionsmittelkomponenten wie etwa Methanol eine elektrochemische Reaktion im elektrochemischen Suppressor ein und produzieren Nebenprodukte, die leitfähig sind und den Nachweis der Probenionen beeinflussen. Diese elektroaktiven Elutionsmittelsysteme sind in der Stillian-Methode nicht effektiv verwendbar.
Die Säule, die Apparate und Verfahren der vorliegenden Erfindung reduzieren oder vermeiden viele der vorhergehenden Probleme.
Überblick über die Erfindung
In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden einige der vorhergehenden Nachteile beseitigt durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 9. Die Säule, die einen Teil der Vorrichtung bildet, kann in Vorrichtungen und Verfahren zur Erzeugung eines Elutionsmittels vorort verwendet werden, wobei keine externe Quelle für Natrium oder andere Elektrolyte erforderlich ist. Ferner kann die Säule in Vorrichtungen und Verfahren eingesetzt werden, die ein selbstunterdrückendes Elutionsmittel bilden, so dass keine zweite Suppressorsäule erforderlich ist.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bereit.
Diese und weitere Vorteile der Erfindung sowie die Erfindung selbst sind am besten mit den beigefügten Zeichnungen zu verstehen, wobei im Anschluß eine kurze Beschreibung dieser Zeichnung zusammen mit einer detaillierten Beschreibung der hierin bereitgestellten Erfindung gegeben wird.
1 ist eine Perspektive einer bevorzugten Säule der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Explosionsansicht der in 1 dargestellten Säule.
3 ist ein Querschnitt, der in 1 dargestellten Säule.
4 ist eine schematische Ansicht eines Chromatographieapparats zur Anwendung in einem Verfahren zur Elektroelutionschromatographie.
5A und 5B sind schematische Ansichten der Chromatographiesäule aus 1, wobei ein Ionenaustausch gezeigt ist, wenn die Säule in einem Verfahren zur Elektroelutionschromatographie verwendet wird.
6 ist eine schematische Ansicht eines Chromatographieapparats für Anwendung in einem Verfahren zur Elektroelutionschromatographie.
7 ist anschauliches Chromatographiediagramm, das den in 6 dargestellten Chromatographieapparat in einem Verfahren zur Elektroelutionschromatographie verwendet, worin Anionen und Kationen in der gleichen Proben nachgewiesen werden.
8A bis 8D sind schematische Ansichten von Chromatographieapparaten, in denen die Säule aus 1 als chemischer Festphasensuppressor verwendet wird.
9A und 9B sind schematische Ansichten eines Chromatographieapparats, in dem die Säule aus 1 als ein chemischer Festphasensuppressor verwendet wird.
10A und 10B sind schematische Ansichten des in den 9A und 9B illustrierten Chromatographieapparats mit der Ausnahme, daß eine unterschiedliche Ventilanordnung gezeigt ist.
11A und 11B sind schematische Ansichten eines Chromatographieapparats, in dem zwei Säulen der vorliegenden Erfindung als eine elutionsmittelerzeugende Säule verwendet werden, um jeweils ein hochreines Elutionsmittel zu erzeugen und als ein chemischer Festphasensuppressor zu fungieren.
11C ist eine schematische Ansicht eines Chromatographieapparats, worin die Säule aus 1 als ein chemischer Festphasensuppressor verwendet ist.
12A und 12B sind schematische Ansichten eines Chromatographieapparats, worin die Säule aus 1 in einer hydrophoben Supressoreinheit verwendet ist.
13 ist ein Graph, der die Suppressionskapazität einer Säule gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
14 ist ein Graph, der die Suppressionslebensdauer einer Säule gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
15 ist ein Chromatogramm einer ionenenthaltenden Probe, wobei eine Säule gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
16 ist ein Chromatogramm einer ionenenthaltenden Probe, wobei eine Säule gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
17 ist ein Chromatogramm einer ionenenthaltenden Probe, wobei eine Säule gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet.
18 ist ein Chromatogramm einer ionenenthaltenden Probe, die eine Säule gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet.
19 ist ein Chromatogramm einer ionenenthaltenden Probe, die eine Säule gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet.
20 ist ein Chromatogramm einer ionenenthaltenden Probe, die eine Säule gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält.
21 ist ein Chromatogramm einer ionenenthaltenden Probe, die eine Säule gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet.
22 ist ein Chromatogramm einer ionenenthaltenden Probe, die eine Säule gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet.
23(a)–(c) ist ein Flußdiagramm für das Computerprogramm, das gemäß einem bevorzugten Gesichtspunkt der Erfindung verwendet wird.
24 ist eine Querschnittsansicht einer Suppressorsäule gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen und der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen
Die Säule, die einen Teil der vorliegenden Erfindung bildet, ist besonders für Anwendungen in chromatographischen Apparaten und Verfahren ausgebildet. Wie die 1–3 zeigen, umfaßt die bevorzugte Chromatographiesäule ein Gehäuse 1. Das Gehäuse 1 besteht aus einem Anschlußstück 2 mit weiblichem Ende und einem Anschlußstück 3 mit einem männlichen Ende. Das weibliche Anschlußstück und der zum Träger 4 verschiedene Teil des männlichen Anschlußstücks sind vorzugsweise aus einem leitenden Material hergestellt. Vorzugsweise werden diese Stücke aus Titan oder rostfreiem Stahl, der mit inertem Material beschichtet ist, hergestellt. Das männliche Anschlußstück 3 besitzt einen an daran befestigten Gewindeträger 4. Der Träger des männlichen Anschlußstücks 3 umfaßt weiterhin einen Hohlraum 4b. Der Gewindeträger ist vorzugsweise aus einem nichtleitenden wasserfesten Plastikmaterial hergestellt. Der Träger 4 des männlichen Anschlußstücks 3 wird am besten aus Polyetheretherketon (PEEK) hergestellt. Das weibliche Anschlußstück 2 hat ebenfalls einen Hohlraum 6. Der Hohlraum 6 ist vorzugsweise mit einem Gewinde ausgestattet und so ausgestaltet, den Gewindeträger 4 des männlichen Anschlußstücks 3 aufzunehmen.
Das Gehäuse 1 ist einfach zusammenfügbar, indem der Träger 4 des männlichen Anschlußstücks 3 im Hohlraum 6 des weiblichen Anschlußstücks 2 lösbar befestigt wird. Dies wird einfach dadurch erreicht, daß der Gewindeträger 4 des männlichen Anschlußstücks in den Hohlraum 6 des weiblichen Anschlußstücks 2 eingeschraubt wird. In gleicher Weise kann das Gehäuse einfach demontiert werden, indem der Gewindeträger 4 des männlichen Anschlußstücks 3 vom Hohlraum 6 des weiblichen Anschlußstücks 2 abgeschraubt wird. Wenn das Gehäuse 1 zusammengefügt ist, stellen der Hohlraum 4b des Trägers 4 des männlichen Anschlußstücks 3 einen Teil des Ausflußkanals 9 bereit, der ausgestaltet ist, das Fließen eines Fluids durch das Gehäuse 1 zuzulassen.
Das männliche Anschlußstück 3 hat eine Öffnung 5, die ausgebildet ist, im Gehäuse 1 einen Fluideintritt oder Austritt zuzulassen. Das weibliche Anschlußstück 2 hat ebenso eine Öffnung 7, die ausgebildet ist, im Gehäuse 1 einen Fluideintritt oder Austritt zuzulassen. Vorzugsweise haben die Öffnungen 5 und 7 ein Gewinde zum einfachen Anschluß an Fluidleitungen in den Chromatographieapparaten und Verfahren, die hierin beschrieben sind. Der Ausflußkanal 9 erstreckt sich von der Öffnung 5 des männlichen Anschlußstücks 3 zur Öffnung 7 des weiblichen Anschlußstücks 2, wenn das Gehäuse 1 zusammengefügt wird.
Ferner umfaßt das Gehäuse 1 vorzugsweise erste und zweite Elektroden 11 und 13. Vorzugsweise sind die ersten und zweiten Elektroden 11 und 13 jeweils an gegenüberliegenden Enden des Ausflußkanals 9 positioniert und sind so angeordnet, daß der Fluidstrom durch das Gehäuse 1 von einer der ersten oder zweiten Elektrode zu der anderen stattfindet. In der am meisten bevorzugten Ausführungsform sind die Elektroden 11 und 13 jeweils in der Nähe der Öffnungen 5 und 7 des männlichen Anschlußstücks 3 und des weiblichen Anschlußstücks 2 des Gehäuses 1 angebracht.
Das Gehäuse 1 umfaßt weiterhin chromatographisches Füllmaterial 15, das innerhalb des Ausflußkanals 9 angeordnet ist. Das chromatographische Füllmaterial 15 wird ausgewählt, wie dies mit Bezug zu den diversen Ausführungsformen, die im Folgenden erläutert werden, diskutiert wird. Vorzugsweise ist zumindest ein Teil des chromatographischen Füllmaterials zwischen den ersten und zweiten Elektroden angeordnet. In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann allerdings, wie dies der Fachmann zu würdigen weiß, anstelle der Verbindung des chromatographischen Füllmaterials 15 der Ausflußkanal 9 durch chromatographisches Material (nicht gezeigt) definiert werden. Beispielsweise kann chromatographisches Material (nicht gezeigt) als Schicht auf die Wand 9a des Ausflußkanals 9 aufgetragen werden.
Alternativ kann die Wand 9a des Ausflußkanals 9 chromatographisches Material wie etwa eine hohle Röhre, die chromatographische stationäre Phasen enthält (nicht gezeigt) umfassen. Ein solches Material, das für diese alternative Ausführungsform geeignet ist, ist in Nafion erhältlich von Perma Pure, Toms River, New Jersey. In Anbetracht des zuvor gesagten verwendet der Fachmann den hierin benutzten Begriff "chromatographisches Material" so, daß dieser das chromatographische Füllmaterial 15 (wie jene Materialien, die hierin diskutiert wurden), Beschichtungen von chromatographischem Material, die chromatographische stationäre Phasen (nicht gezeigt) enthalten und an der Wand 9a nahe dem Ausflußkanal 9 aufgetragen sind, Hohlröhren, die chromatographische stationäre Phasen enthalten, sowie andere stationäre Phasen, die gewöhnlichen in der Chromatographie verwendet werden, mit einschließt.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Elektroden 11 und 13 Durchflußelektroden. Mit Durchflußelektroden ist gemeint, daß die Probenionen und das Elutionsmittel durch diese durchströmen können. Die Elektroden sind vorzugsweise aus Kohlenstoff, Platin, Titan, rostfreiem Stahl oder anderen geeigneten, leitfähigen und nichtrostenden Materialien hergestellt. Die bevorzugten Durchflußelektroden sind ausreichend porös, um das Durchfließen der Probenionen und des Elutionsmittels zu erlauben, aber ausreichend nicht porös, um das im Ausflußkanal 9 angeordnete Füllmaterial 15 physikalisch zurückzuhalten. Die am meisten bevorzugten Elektroden sind aus Platin-beschichtetem Titan, Rutheniumoxid-beschichtetem Titan oder Titannitrit-beschichtetem Titan, Gold oder Rhodium mit einer durchschnittlichen Porengröße im Bereich von 0,1 μm bis 100 μm hergestellt.
Entsprechend einem bevorzugten Aspekt der Erfindung umfassen die Durchflußelektroden eine ringförmige Fläche 13a, die eine Gitterfläche mit einer Fritte 13b umgibt. Vorzugsweise ist nur die ringförmige Fläche 13a elektroaktiv; die innere Frittenoberfläche 13b ist aus einem nichtelektroativen Material hergestellt. Die ringförmige Fläche 13a kann aus jedem beliebigen der oben beschriebenen elektroaktiven Materialien hergestellt sein. Die innere Frittenfläche 13b ist vorzugsweise aus von der Firma Systec (Minneapolis, MN) beziehbarem PAT hergestellt, das eine nichtelektroaktive Legierung aus TEFLON und PEEK ist. Die obige Elektrodenstruktur liefert gewisse Vorteile, wenn das Elutionsmittel eine organische Substanz umfaßt. Beispielsweise wird Methanol zu Ameisensäure umgewandelt, wenn es mit einer geladenen Oberfläche der Elektrode in Berührung kommt. Somit würde, wenn das Elutionsmittel Methanol enthält, diese in Ameisensäure bei Kontakt mit der Frittenoberfläche der Elektrode umgewandelt, wenn die Fritte aus einem elektroaktiven Material hergestellt wurde. Dies ist unter anderem deswegen unerwünscht, weil die Ameisensäure-Nebenprodukte die Analyse stören könnten. Die Herstellung der Frittenoberfläche aus einem nichtelektroaktiven Material minimiert die Oxidation des Methanols, was zur Reduzierung unerwünschter Nebenprodukte führt, wenn das Elutionsmittel organische Substanzen wie Methanol enthält.
Gemäß einem höchst bevorzugtem Aspekt der Erfindung sind die elektroaktiven Oberflächen der Elektroden 11 und 13 mit einer Nafion-Beschichtung belegt. Nafion ist ein perfluoriertes, hydrophiles Ionaustauschpolymer mit Protonleitung, das eine relativ hohe thermische Stabilität zeigt und die Kinetik elektrochemischer Prozesse nicht behindert. Weitere Informationen bezüglich der Nafion-Beschichtung können erhalten werden von William T. Callahan, Manager Technology Commercialization JPL301350 4800 Oak Grove Drive, Pasadena, CA 91104. Bei solche Anfragen, beziehe man sich auf NPO19204, Vol. 19. Nr. 6, NASA Tech. Briefs, S. 66. Die Vorteile des Beschichtens der Elektroden mit Nafion liegen darin, daß, wie es gegenwärtig verstanden wird, die benötigte Spannung, um einen gegebenen Strom zu erhalten, um etwa 20% absinkt, wenn die Elektroden 11 und 13 mit Nafion beschichtet sind.
Die Elektroden 11 und 13 sind mit einer elektronischen Energiequelle (nicht gezeigt) über eine Flachöse (nicht gezeigt), die jeweils in Ösenaufnehmem 5a und 5b des weiblichen Anschlußstücks 2 und des männlichen Anschlußstücks 3 durch eine Schraube oder ein ähnliches Befestigungsmittel gesichert ist, verbunden. Wenn die Stromversorgung (nicht gezeigt) eingeschaltet wird, wird ein durch Ionentransport bewirkter elektrischer Strom von einer der ersten oder zweiten Elektroden zur anderen über das chromatographische Füllmaterial 15 aufgebaut, wenn die Säule benutzt wird. Vorzugsweise folgt der elektrische Strom einem Weg, der parallel zum Fluidstrom durch die Säule ist. Vorzugsweise ist der Strom ein Gleichstrom.
Wie im Folgenden näher beschrieben wird, kann die obige Säule in diversen Apparaten und Verfahren zur Elektroelutionschromatographie verwendet werden. Die erfindungsgemäße Säule kann ebenso vorteilhafterweise als ein chemischer selbstregenerierender Suppressor verwendet werden. Zusätzlich kann die erfindungsgemäße Säule auch in einer Vielzahl anderer Anwendungen, die auch hierin beschrieben werden, eingesetzt werden.
A. Elektroelutionschromatographie
Die 4–6 zeigen die bevorzugte Säule der vorliegenden Erfindung, die insbesondere für die Verwendung in bevorzugten Apparaten und Verfahren zur Trennung, zum Nachweis und zur Analyse von Probenionen mittels Elektroelutionschromatographie ausgebildet sind. In dieser Schrift bedeutet der Begriff "Elektroelutionschromatographie" Herauslösen von Probenkomponeten aus einer Chromatographiesäule mittels elektrochemischer Erzeugung oder Modifizierung der mobilen Phase. Anders ausgedrückt, die mobile Phase wird erzeugt oder modifiziert innerhalb der Säule oder vor Eintritt in die Säule durch elektrochemische Wirkung auf das Elutionsmittel.
4 ist eine schematische Ansicht eines Apparates zur Ionenanalyse durch Elektrochromatographie unter Verwendung der bevorzugten Säule der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Ausführungsform wird hinsichtlich des Nachweises von Anionen in einer Probe erläutert. Diese Ausführungsform kann jedoch wie im weiteren erläutert wird, für die Kationenanalyse oder für die Analyse von Anionen und Kationen in der gleichen Testprobe modifiziert werden.
Eine wasserenthaltende Eluationsmittelquelle 30 (vorzugsweise deionisiertes Wasser) wird durch eine Hochdruck-Flüssigkeitschromatographie-Pumpe 132 (HPLC) eingeführt. Wie der Fachmann leicht erkennen wird, können eine Vielzahl von Pumpen in dieser Ausführungsform verwendet werden. Es wird allerdings eine metallfreie Kolbenpumpe wie etwa die ALLTECH Model 325 Pumpe bevorzugt. Die Testprobe, die nachzuweisende Anionen enthält, wird durch einen Injektor 34 eingeführt und wird als Elutionsmittel zur Säule 36 geleitet, die vorzugsweise in der in den 1–3 dargestellten Weise aufgebaut ist. Wiederum ist für den Fachmann leicht erkennbar, daß eine Vielzahl von Injektoren in dieser Ausführungsform verwendet werden können. Es werden allerdings metallfreie drehbare Injektionsventile mit sechs Anschlüssen, wie jene, die von RHEODYNE (Model Nr. 9125) oder VALCO beziehbar sind, bevorzugt. Die Säule 36 beinhaltet chromatographisches Füllmaterial. Für Anionenanalyse wird die Säule 36 mit einem Anionenaustauschfüllmaterial (nicht gezeigt) gefüllt. Das Anionenaustauschfüllmaterial umfaßt vorzugsweise austauschbare Hydroxidionen. Mit "austauschbar" ist gemeint, daß die Hydroxidionen im Füllmaterial durch die Proben-Anionen ersetzt (oder ausgetauscht) werden können. Geeignete Anionenaustauschfüllmaterialien umfassen Teilchen mit primärer, sekundärer, tertiärer oder vierfacher Aminofunktionalität, sowohl organisch als auch anorganisch. Bevorzugte Anionenaustauschfüllmaterialien umfassen organische oder anorganische Teilchen mit vierfacher Aminofunktionalität. Diese Anionenaustauschpartikel können entweder in Harzform oder in eine Membrane imprägniert in die Säule gepackt werden. Vorzugsweise liegt das Anionenaustauschfüllmaterial in Harzform vor.
Die Proben-Anionen und des Eluationsmittel werden durch die Säule 36 geleitet. In der Säule 36 ersetzten die Proben-Anionen die austauschbaren Hydroxidionen auf dem Anionenaustauschfüllmaterial und werden in der Säule 36 zurückgehalten. Entweder kurz bevor oder nachdem die Proben-Anionen in der Säule 36 zurückgehalten werden, wird in der Säule 36 ein elektrischer Strom durch Anschalten der elektrischen Stromversorgung 38 erzeugt. Wie der Fachmann leicht erkennt, können eine Vielzahl von Stromversorgungsgeräten in geeigneter Weise in der vorliegenden Ausführungsform verwendet werden. Von dem Netzteil wird letztlich nur gefordert, daß es fähig ist, ungefähr 5–5000 Volt, besser ungefähr 28–2800 Volt und am meisten bevorzugt ungefähr 10–1000 in den Elektroden in den Verfahren zur Elektroelutionschromatographie, die hierin beschrieben ist, bereitzustellen. Es wird allerdings ein zeiteinstellbares Konstantstrom-DC Netzteil, wie etwa das LABCONCO Model 3000 Electrophresis Power Supply, bevorzugt. Vorzugsweise ist die Kathode (nicht gezeigt) der Säule 36 an einem Ende in Stromaufwärtsrichtung der Säule 36 lokalisiert, und die Anode (nicht gezeigt) ist an einem stromabwärtsliegenden Ende der Säule 36 positioniert. Vorzugsweise sind die Elektroden im Ausflußkanal (nicht gezeigt) der Säule 36 angeordnet. Wenn das Wasser im Elutionsmittel mit der Kathode (Elektrode, die am stromaufwärtsliegenden Ende der Säule 36 liegt bei Anionenanalyse) in Berührung kommt, wird dieses elektrolysiert und Hydroxidionen werden entsprechend der folgenden Reaktion gebildet: Kathode: 2H₂O + 2e^– → H₂(g) + 2OH^–
In ähnlicher Weise wird, wenn das Wasser im Elutionsmittel mit der Anode (die Elektrode, die am stromabwärtsgelegenen Ende der Säule 36 bei der Anionenanalyse plaziert ist) in Berührung kommt, dieses elektrolysiert und es werden Wasserstoffionen entsprechend der folgenden Reaktion gebildet: Anode: 2H₂O → 4H⁺ + O₂(g) + 2e^–
Somit werden Hydroxidionen und Sauerstoff an den Stromaufwärts-Enden der Säule 36 gebildet und durch die Säule 36 geleitet. Die Hydroxidionen ersetzten die zurückgehaltenen Proben-Anionen am Anionenaustauschharz in der Säule 36. Das Anionenaustauschharz wird somit gleichzeitig in seine Hydroxidform zurückgeführt, während die Proben-Anionen herausgelöst werden. Die herausgelösten Proben-Anionen und die von der stromaufwärts angeordneten Kathode erzeugten Hydroxidionen werden zum Strömabwärts-Ende der Säule 36 geleitet und verbinden sich mit den an der stromabwärts plazierten Anode erzeugten Wasserstoffionen, um jeweils die hochleitfähige Säure der Proben-Anionen und das im wesentlichen nichtleitfähige Wasser zu bilden. Das aus Säule 36 ausfließende Medium (beispielsweise der Säulenausfluß), das die Proben-Anionen in ihrer hochleitfähigen Säureform und das relativ nichtleitende Wasser enthält, wird dann stromabwärts zu einem Detektor 42 geleitet, in dem die Proben-Anionen nachgewiesen werden. Der Detektor ist vorzugsweise ein Leitfähigkeitsdetektor wie etwa das Alltech Model 350 Conductivity Detector. Die am Detektor nachgewiesenen Probenionen können durch ein Datensystem (nicht gezeigt) quantifiziert werden. Das Datensystem ist vorzugsweise ein computergestützter Integrator, wie etwa die HEWLETT-PACKARD General Purpose Chemstation.
Vorzugsweise wird das vom Detektor ausfließende Medium (beispielsweise ein Detektorausfluß) anschließend vom Detektor 42 zu einem Rückstromdruckregulator 44 geleitet. Der Rückstromdruckregulator 44 hält die jeweils an der Kathode und Anode gebildeten H₂ und O₂ Gasblasen klein genug, so daß diese den Detektor 41 nicht stören. Der Rückstromdruckregulator ist vorzugsweise ein federbetriebenes Membransystem, das den Rückstromdruck im System unabhängig von der Durchflußrate konstant hält, wie etwa der ALLTECH Rückstromdruckregulator. Der Detektorausfluß kann dann vom Rückstromdruckregulator 44 zum Abwasser 46 geleitet werden. Alternativ kann der Säulenausfluß, bevor dieser zum Detektor 42 geleitet wird, durch eine gaspermeable Membranröhre (nicht gezeigt), die zwischen der Analysiersäule 36 und dem Detektor 42 angeordnet ist, durchgeleitet werden. Auf diese Weise können die bei der Elektrolyse von Wasser erzeugten Gasblasen durch die gaspenneable Membrane in die Atmosphäre entweichen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Detektorausfluß vom Rückstromdruckregulator zu einem Ionenaustauschbett 45 geleitet. Bei der Anionenanalyse kann das Ionenaustauschbett mit Anionenaustauschfüllmaterial gefüllt werden (nicht gezeigt). Das Anionenaustauschfüllmaterial beinhaltet vorzugsweise austauschbare Hydroxidionen und wird so ausgewählt, wie dies mit Bezug zur Säule 36 beschrieben wurde. Die Proben-Anionen ersetzen die austauschbaren Hydroxidionen auf dem Anionenaustauschfüllmaterial im Ionenaustauschbett, und die freigesetzten Hydroxidionen verbinden sich mit den Wasserstoffgegenionen der Proben-Anionen, um Wasser zu bilden. Das Wasser wird dann vom Ionenaustauschbett 45 zu der wasserenthaltenden Elutionsquelle 30 geleitet. Auf diese Weise wird eine sich selbsterhaltende Elutionsquelle gebildet. Natürlich wird das Anionenaustauschharz im Ionenaustauschbett 45 sich letztlich verbrauchen, und muß somit periodisch ersetzt werden oder, alternativ, entsprechend den hierin beschriebenen Verfahren regeneriert werden.
Eine Vielzahl von Anionen kann entsprechend der obigen Methode getrennt, nachgewiesen und analysiert werden. Zu diesen Beispielen gehören Chloridionen, Nitrationen, Bromidionen, Nitritionen, Phosphationen, Sulfationen sowie andere organische und anorganische Anionen. Die 5A und 5B sind schematische Ansichten der Säule 36, wenn diese in der obigen Methode der Anionenanalyse durch Elektroelutionschromatographie verwendet wird. In 5a werden die Proben-Anionen (X^–) am Anionenaustauschfüllmaterial 46, das in die Säule 36 gefüllt ist, zurückgehalten. In 5B werden, wenn die Stromquelle (nicht gezeigt) eingeschaltet ist, die an der stromabwärts angeordneten Kathode der Säule 36 erzeugten Hydroxidionen durch das Anionenaustauschfüllmaterial geleitet und ersetzten die zurückgehaltenen Proben-Anionen X^–. Die freigegebenen Proben-Anionen (X^–) vereinigen sich mit den an der stromabwärtsliegenden Anode der Säure 36 erzeugten Wasserstoffionen, um die hochleitfähige Säure der Proben-Anionen zu bilden (HX). Zusätzlich verbinden sich die an der stromaufwärtsliegenden Kathode erzeugten Überschuß-Hydroxidionen mit dem an der stromabwärtsliegenden Anode erzeugten Wasserstoffionen, um das relativ gering leitfähige Wasser zu bilden. Anschließend werden die Proben-Anionen in ihrer Säureform mit Wasser von der Säule 36 zum Detektor (nicht gezeigt) geleitet, wo die Proben-Anionen nachgewiesen werden.
Basierend auf der vorangegangenen Erläuterung wird der Fachmann erkennen, daß die Elektroden sowohl außerhalb als auch innerhalb der Säule 36 plaziert sein können. Die einzige notwendige Bedingung bezüglich der Anordnung der Elektroden ist die, daß zumindest ein Teil des chromatographischen Füllmaterials (Anionenaustauschfüllmaterial in der obigen Ausführungsform) zwischen den zwei Elektroden angeordnet ist, und daß der Fluidistrom durch die Säule von einer der Elektroden zur anderen stattfindet. Somit ist, wenn gesagt wird, daß die Elektrode an einem stromaufwärts-Ende der Säule positioniert ist, nicht notwendigerweise gemeint, daß die Elektrode tatsächlich in der Säule plaziert ist. Im Gegenteil, es ist einfach gemeint, daß die Elektrode zwischen der Fluidquelle und der anderen Elektrode angeordnet ist. Ähnlich wird durch den Begriff " stromabwärtigen-Ende" der Säule ausgedrückt, daß die Elektrode relativ zur anderen Elektrode an der der Fluidquelle gegenüberliegenden Seite angeordnet ist. Wiederum muß die Elektrode nicht notwendigerweise in der Säule selbst angeordnet sein. Somit findet der Fluidstrom immer von der "stromaufwärts" plazierten Elektrode zu der "stromabwärts" plazierten Elektrode statt.
Ohne Einschränkung auf die Theorie wird gegenwärtig angenommen, daß der elektrische Strom in Säule 36 zwischen den beiden Elektroden über Ionentransport entlang des chromatographischen Füllmaterials (nicht gezeigt) in der Säule 36 erzeugt wird. Dort, wo allerdings das Füllmaterial nicht zum Ionentransport fähig ist, wird zur Zeit angenommen, daß der Ionentransport über die bewegliche Phase stattfindet. Dieser elektrische Strom mittels Ionentransport tritt überraschenderweise sogar dann auf, wenn das chromatographische Füllmaterial und das Elutionsmittel nicht an sich elektrisch leitfähig sind. Da der elektrische Strom durch Ionentransport entlang des chromatographischen Füllmaterials im Ausflußkanal (nicht gezeigt) der Säule 36 erzeugt wird, ist der elektrische Stromfluß durch die Säule 36 in der gleichen Richtung wie der Fluidfluß durch die Säule 36.
Wie für den Fachmann ersichtlich ist, muß die in der Säule 36 erzeugte elektrische Spannung genügend hoch sein, um Elektrolyse von Wasser zu erzeugen. Die Stärke des in der Säule 36 erzeugten Stroms ist direkt proportional zu der an den Elektroden angelegten Spannung, zur Querschnittsfläche der Elektroden und zur Aufnahmefähigkeit des Füllmaterials in Säule 36 (beispielsweise ist der Widerstand in Säule 36 um so geringer, je höher die Aufnahmefähigkeit des Füllmaterals ist). Die Stromstärke in Säule 36 verhält sich umgekehrt zum Abstand der beiden Elektroden.
Das obige Verfahren und der obige Apparat können ebenso für die Trennung, den Nachweis und die Analyse von Kationenproben ausgebildet sein. Für die Kationenanaylse wird die Säule 36 mit Kationenaustauschfüllmaterial gefüllt. Das Kationenaustauschfüllmaterial umfaßt vorzugsweise austauschbare Wasserstoffionen. Bevorzugte Kationenaustauschfüllmaterialien beinhalten als Säure wirkende organische und anorganische Teilchen wie etwa organische oder anorganische Phosphorsäurebildende Teilchen, organische oder anorganische Karboxylsäure bildende Teilchen, organische oder anorganische Schwefelsäure-bildende Teilchen und organische oder anorganische Phenolsäure-bildende Teilchen. Die Kationenaustauschteilchen können sowohl in Harzform oder imprägniert in einer Membrane in die Säule gefüllt werden. Die am meisten bevorzugten Kationenaustauschfüllmaterialien sind Schwefelsäure-bildende Teilchen. Vorzugsweise wird das Kationenaustauschfüllmaterial in Harzform in die Säule gefüllt.
Bei der Kationenanalyse wird der Apparat aus 4 weiterhin so umgestaltet, daß die Anode (nicht gezeigt) am stromaufwärtigen Ende der Säule 36 und die Kathode (nicht gezeigt) am stromabwärtigen Ende der Säule 36 positioniert sind. Somit werden, wenn ein genügend starker elektrischer Strom eingeprägt wird, an der stromaufwärtsliegenden Anode 36 Wasserstoffionen erzeugt. Die Wasserstoffionen werden dann durch das Kationenaustauschfüllmaterial geleitet und setzen die zuvor zurückgehaltenen Proben-Kationen in die Säule 36 frei. Die freigesetzten Proben-Kationen und die an der stromaufwärts gelegenen Anode erzeugten Überschußwasserstoffionen verbinden sich mit den an der stromabwärts gelegenen Kathode gebildeten Hydroxidionen, um jeweils die hochleitfähigen Basen der Proben-Kationen und Wasser zu bilden. Die Proben-Kationen in ihrer basischen Form und das im wesentlichen nichtleitfähige Wasser werden dann zum Detektor 42 geleitet, wo die Proben-Kationen nachgewiesen werden. Schließlich wird der Detektorausfluß vorzugsweise durch das Ionenaustauschbett 45 gleitet, das Kationenaustauschfüllmaterial enthält (nicht gezeigt). Das Kationenaustauschfüllmaterial umfaßt vorzugsweise austauschbare Wasserstoffionen und wird so gewählt, wie dies oben beschrieben wurde. Die Proben-Kationen ersetzten die Wasserstoffionen und werden im Ionenaustauschbett 45 zurückgehalten, und die freigesetzten Wasserstoffionen verbinden sich mit den Hydroxidgegenionen der Proben-Kationen, um Wasser zu bilden. Der Ausfluß des Ionenaustauschbetts (der Wasser beinhaltet) wird dann zu der wasserenthaltenden Elutionsmittelquelle geleitet.
Nochmals mit Bezug auf 4 wird in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sowohl Kationenaustauschfüllmaterial (nicht gezeigt) und Anionenaustauschfüllmaterial (nicht gezeigt) in die Säule 36 gefüllt. In ähnlicher Weise wird das Ionenaustauschbett 45 mit sowohl Kationenaustauschfüllmaterial (nicht gezeigt) und Anionenaustauschfüllmaterial (nicht gezeigt) gefüllt. Vorzugsweise umfassen das Kationen und Anionenaustauschfüllmaterialjeweils austauschbare Wasserstoff- und Hydroxidionen, und werden so gewählt, wie dies oben beschrieben wurde. In dieser Ausführungsform können sowohl Kationen und Anionen in der gleichen Testprobe entsprechend dem vorangegangenen Verfahren zur Elektroelutionschromatographie analysiert werden. Diese Konfiguration wird allerdings auch bevorzugt, wenn sogar nur Kationen oder nur Anionen nachgewiesen werden.
Wenn allerdings gewünscht wird, daß Anionen und Kationen in der gleichen Probe getrennt werden, wird eine Probe, die zu trennende Anionen und Kationen enthält, durch die Säule 36 geleitet. Die Proben-Kationen werden in der Säule 36 vom Kationenaustauschharz und die Probenanionen werden in der Säule 36 am Anionenaustauschharz zurückgehalten. Die Polarität der Säule 36 wird entsprechend angeordnet, abhängig davon, ob zuerst Kationen oder Anionen herausgelöst werden sollen. Wo zunächst die Kationen herausgelöst werden sollen, wird die Anode (nicht gezeigt) an einem stromaufwärtigen Ende der Säule 36 angeordnet und die Kathode (nicht gezeigt) an einem stromabwärtigen Ende der Säule 36 angeordnet. Die Stromquelle 38 wird eingeschaltet, um einen elektrischen Strom über dem Anionenaustauschharz und dem Anionenaustauschharz in Säule 36 zu erzeugen. An der stromaufwärtsgelegenen Anode werden durch die Elektrolyse des wasserenthaltenden Elutionsmittels Wasserstoffionen erzeugt, wie dies zuvor beschrieben wurde. In ähnlicher Weise werden an der stromabwärtsgelegenen Kathode Hydroxidionen erzeugt, wie das zuvor beschrieben wurde. Die Wasserstoffionen werden durch die Säule 36 geleitet, ersetzen die zurückgehaltenen Proben-Kationen und führen das Kationenaustauschfüllmaterial in seine Wasserstofform zurück. Die freigesetzten Proben-Kationen und an der stromaufwärtsgelegenen Anode erzeugten überschüssigen Wasserstoffionen verbinden sich mit den an der stromabwärtsgelegen Kathode erzeugten Hydroxidionen, um jeweils die hochleitfähigen Basen der Proben-Kationen und das relativ nichtleitfähige Wasser zu bilden.
Die Proben-Kationen (in ihrer basischen Form) und Wasser werden dann zum Detektor 42 geleitet, wo die Proben-Kationen nachgewiesen werden. Der Detektorausfluß kann dann zum Ionenaustauschbett 45 geleitet werden, wo die Proben-Kationen mittels Austausch mit den Wasserstoffionen am Kationenaustauschfüllmaterial im Ionenaustauschbett 45 zurückgehalten werden. Die ausgetauschten Wasserstoffionen aus dem Kationenaustauschfüllmaterial verbinden sich mit den Hydroxidgegenionen der Proben-Kationen, um Wasser zu bilden, das dann zur wasserenthaltenden Elutionsmittelquelle 30 geleitet werden kann.
Nachdem die Proben-Kationen nachgewiesen worden sind, wird die Polarität der Säule 36 umgekehrt, so daß die Kathode (nicht gezeigt) an einem stromaufwärtigen Ende der Säule 36 und die Anode (nicht gezeigt) an einem stromabwärtigen Ende der Säule 36 angeordnet ist. An der stromaufwärtsliegenden Kathode werden Hydroxidionen und an der stromabwärtsliegenden Anode werden Wasserstoffionen durch Elektrolyse des wasserenthaltenden Elutionsmittels erzeugt, wie dies vorher beschrieben wurde. Die Hydroxidionen werden durch die Säule 36 geleitet, wobei sie die zurückgehaltenen Proben-Anionen ersetzen und gleichzeitig das Ionenaustauschfüllmaterial in seine Hydroxidform zurückführen. Die freigesetzten Proben-Anionen und die an der stromaufwärtsgelegenen Kathode erzeugten überschüssigen Hydroxidionen verbinden sich mit den an der stromabwärtsgelegen Anode erzeugten Wasserstoffionen, um jeweils die hochleitfähigen Säuren der Proben-Anionen und das relativ nichtleitende Wasser zu bilden.
Die Proben-Anionen (in ihrer Säureform) und Wasser werden zum Detektor 42 geleitet, wo die Probenanionen nachgewiesen werden. Der Detektorausfluß wird dann zum Ionenaustauschbett 45 geleitet, wo die Proben-Anionen durch Austausch mit den Hydroxidionen am Ionenaustauschfüllmaterial in Ionenaustauschbett 45 zurückgehalten werden. Die ersetzten Hydroxidionen verbinden sich dann mit den Wasserstoffgegenionen der Proben-Anionen, um Wasser zu bilden, das dann zur wasserenthaltenden Elutionsmittelquelle 30 geleitet wird.
In einer weiteren Ausführungsform können zur Anwendung in Verfahren zum Nachweisen von Kationen und Anionen in der gleichen Testprobe die Säulen in Reihe angeordnet werden, wie dies in 1 illustriert ist. Bezüglich 6 wird eine wasserenthaltende Elutionsmittelquelle 30 (vorzugsweise wiederum deionisiertes Wasser) mittels einer Hochdruckchromatographieflüssigkeitspumpe 32 (HPLC) eingeführt. Eine sowohl nachzuweisende Anionen als auch Kationen enthaltende Testprobe wird durch einen Injektor 34 eingebracht und wird durch ein Elutionsmittel zu einer ersten Säule 36 der vorliegenden Erfindung getragen, die mit einem Anionenaustauschfüllmaterial (nicht gezeigt) gefüllt ist. Das Anionenaustauschfüllmaterial umfaßt vorzugsweise austauschbare Hydroxidionen und wird so ausgewählt, wie dies zuvor beschrieben wurde.
Die Proben-Anionen ersetzen die Hydroxidionen an Anionenaustauschharz und werden in der ersten Säule 36 zurückgehalten. Der Ausfluß der ersten Säule, der die Proben-Kationen und die ersten Hydroxidionen enthält, wird zu einer zweiten Säule 136 geführt. Die Säule 136 ist mit einem Kationenaustauschfüllmaterial, das vorzugsweise austauschbare Wasserstoffionen enthält, gefüllt und wird so ausgewählt, wie dies zuvor beschrieben wurde. Die Proben-Kationen ersetzen die Wasserstoffionen am Kationenaustauschfüllmaterial und werden in der Säule 136 zurückgehalten. Die freigesetzten Wasserstoffionen neutralisieren die Hydroxidionen im Ausfluß der ersten Säule, um Wasser zu bilden. Das Wasser wird dann vorzugsweise durch den Detektor 42 (ohne Abgabe eines Signals) durch ein Ionenaustauschbett 46 und durch ein Ventil 48 zurück zur Elutionsmittelquelle 30 geleitet.
Ein zur Elektrolyse von Wasser ausreichender elektrischer Strom wird anschließend in Säule 36 über dem Anionenaustauschfüllmaterial durch Anschalten der elektrischen Stromversorgung 38 erzeugt. Die Kathode (nicht gezeigt) der Säule 36 ist an einem stromaufwärtigen Ende und die Anode (nicht gezeigt) ist an einem stromabwärtigen Ende der Säule 36 angeordnet. Das wasserenthaltende Elutionsmittel unterliegt der Elektrolyse an der stromaufwärtsgelegenen Kathode, wodurch Hydroxidionen und Wasserstoffgas erzeugt wird, wie dies zuvor beschrieben wurde. Die an der stromaufwärtsgelegenen Kathode erzeugten Hydroxidionen werden durch die Säule 36 geleitet und ersetzten die zurückgehaltenen Probenanionen am Anionenaustauschfüllmaterial, wodurch die Proben-Anionen von der Säule 36 herausgelöst werden.
An der stromabwärtsgelegenen Anode der Säule 36 werden Wasserstoffionen und Sauerstoffgas durch die Elektrolyse des wasserenthaltenden Elutionsmittels erzeugt, wie dies zuvor beschrieben wurde. Die freigesetzten Proben-Anionen von Säule 36 und die an der stromaufwärtsgelegenen Anode der Säule 36 erzeugten überschüssigen Hydroxidionen verbinden sich mit den an der stromabwärtsgelegenen Kathode der Säule 36 erzeugten Wasserstoffionen, um jeweils hochleitfähige Säuren der Proben-Anionen und relativ nichtleitendes Wasser zu bilden.
Die Säuren der Proben-Anionen und Wasser von der Säule 36 werden durch die Säule 136 ungehindert zum Detektor 42 geleitet, in dem die Proben-Anionen nachgewiesen und durch ein Datensystem 43 quantifiziert werden. Die jeweils an der Kathode und Anode gebildeten Wasserstoffgas- und Sauerstoftgasblasen der Säule 36 werden durch den Rückstromdruckregulator 44 ausreichend klein gehalten, so daß diese den Detektor 42 nicht stören.
Der Detektorausfluß wird dann vorzugsweise vom Detektor 42 durch den Rückstromdruckregulator 44 zu einem Ionenaustauschbett 46 geleitet, das ein Ionenaustauschfüllmaterial mit austauschbarem Wasserstoff und austauschbarem Hydroxidionen umfaßt. Das Ionenaustauschbett ist vorzugsweise hochrein wie etwa diejenigen, die zur Produktion deionisierten Wassers benutzt werden. Die Proben-Anionen ersetzten die Hydroxidionen und werden im Ionenaustauschbett 46 zurückgehalten. Die ersetzten Hydroxidionen neutralisieren die resultierenden Wasserstoffgegenionen der Proben-Anionen, um Wasser zu bilden, das vorzugsweise durch das Ventil 48 zurück zur Elutionsmittelquelle 30 geleitet wird.
Wenn die Proben-Anionen nachgewiesen worden sind, wird über dem Kationenaustauschfüllmaterial in Säule 136 ein zur Wasserelektrolyse ausreichender Strom erzeugt, indem die elektrische Stromversorgungsquelle 138 eingeschaltet wird. Die Anode (nicht gezeigt) ist an einem stromaufwärtigen Ende der Säule 136 und die Kathode (nicht gezeigt) ist an einem stromabwärtigen Ende der Säule 136 angeordnet. Das wasserenthaltende Elutionsmittel unterliegt der Elektrolyse an der stromaufwärtsgelegenen Anode der Säule 136, wodurch Wasserstoffionen erzeugt werden. Die Wasserstoffionen werden dann durch die Säule 136 geleitet und ersetzten die zuvor zurückgehaltenen Proben-Kationen des Kationenaustauschharzes, wodurch die Proben-Kationen von Säule 136 herausgelöst werden.
An der stromabwärtsliegenden Kathode (nicht gezeigt) der Säule 136 werden Hydroxidionen und Wasserstoffgas durch die Elektrolyse des wasserenthaltenden Elutionsmittels erzeugt, wie dies zuvor beschrieben wurde. Die freigesetzten Proben-Kationen und die an der stromaufwärts gelegenen Kathode der Säule 136 erzeugten überschüssigen Wasserstoffionen verbinden sich mit dem an der stromabwärtsgelegenen Anode der Säule 136 erzeugten Hydroxidionen, um jeweils hochleitfähige Basen der Proben-Kationen und relativ nichtleitendes Wasser zu bilden.
Die Proben-Kationen (in ihrer Basenform) und Wasser werden dann von Säule 136 zum Detektor 42 geleitet, in dem die Proben-Kationen nachgewiesen und durch Datensystem 43 quantifiziert werden. Wiederum werden die jeweils an der Kathode und Anode erzeugten Wasserstoffgas- und Sauerstoffgasblasen der Säule 136 durch den Rückstromdruckregulator 44 ausreichend klein gehalten, so daß diese den Detektor 42 nicht stören.
Der Detektorausfluß wird dann vorzugsweise vom Detektor 42 durch den Rückstromdruckregulator 44 zum Ionenaustauschbett 46 geleitet. Die Proben-Kationen ersetzen die austauschbaren Wasserstoffionen im Ionenaustauschbett 46 und werden darin zurückgehalten. Die ersetzen Wasserstoffionen neutralisieren die Hydroxidgegenionen der Proben-Kationen, um Wasser zu bilden, das vorzugsweise durch ein Ventil 48 zurück zur Elutionsmittelquelle 30 geführt wird.
7 ist ein Chromatogramm einer Testprobe, die sowohl Anionen als auch Kationen enthält, die gemäß der vorangegangenen Elektrode und dem Apparat der vorliegenden Erfindung getrennt wurden. Die erste Peakserie repräsentiert die Proben-Anionen, die herausgelöst wurden, wenn Spannung angelegt und ein elektrischer Strom über dem Anionenaustauschfüllmaterial in Säule 36 erzeugt wurde. Die zweite Peakserie repräsentiert die Proben-Kationen, die herausgelöst und nachgewiesen wurden, wenn Spannung angelegt und ein Strom über dem Kationenaustauschfüllmaterial in Säule 136 erzeugt wurde.
Wie der Fachmann erkennt, kann der zuvor beschriebene Apparat und das Verfahren leicht so umgestaltet werden, daß die Säule 36 mit Kationenaustauschfüllmaterial gefüllt wird und die Anode an einem stromaufwärtigen Ende und die Kathode an einem stromabwärtigen Ende der Säule 36 angeordnet ist, und Säule 136 mit Anionenaustauschfüllmaterial gefüllt wird und die Kathode an einem stromaufwärtigen Ende und die Anode an einem stromabwärtigen Ende der Säule 136 angeordnet ist.
Die zuvor beschriebenen Verfahren und Apparate bieten viele Vorteile. Beispielsweise bestimmt die Stärke des in den Säulen 35 und 136 angelegten Stromes die Konzentration der Hydroxid- und Wasserstoffionen, die in diesen Säulen erzeugt werden. Je höher der Strom ist, desto größer ist die Konzentration der Hydroxid- oder Wasserstoffionen und um so einfacher und schneller werden die Proben-Anionen und Kationen herausgelöst. Durch zeitbasierte Stromprogrammierung werden damit Gradienten in den Anionen- und Kationensäulen ermöglicht. Weiterhin kann das obige Verfahren als ein System mit geschlossener Schleife konfiguriert werden. Zusätzlich kann gleichzeitig Kationen- und Anionenanalyse mit hoher Empfindlichkeit und geringem Hintergrundrauschen ermöglicht werden. Weiterhin können Wasser verursachte Sattelpunkte und Peaks nicht zurückgehaltener Gegenkationen und nicht zurückgehaltener Gegenanionen, die oft in traditionellen Ionenchromatographieverfahren vorhanden sind, reduziert oder sogar verhindert werden.
Die zuvor beschriebenen Verfahren und Apparate können auch in Verfahren und Apparaten für die Elektroelution von Proteinen sowie auch anderer Testproben, deren Affinität zum chromatographischen Füllmaterial durch pH-Wert und/oder Änderung in der Ionenstärke beeinflußt wird, verwendet werden. Proteine und viele andere Testproben werden von stationären Affinitätsphasen durch biologische Erkennung, auf inversen Phasen durch hydrophobe Wechselwirkung auf Ionenaustausch oder Gelatinenfüllmaterialien durch Ladungswechselwirkung, auf größen- exklusiven Füllmaterialien durch die Größe, auf hydrophoben Füllmaterialien durch hydrophobe Wechselwirkungen und auf gewöhnlichen Phasen Füllmaterialien durch normale Phasenwechselwirkungen zurückgehalten. Alle diese Retentionsmechanismen können durch Ionenstärke und/oder pH übermittelt werden. Durch Anwendung der Elektrolyse von Wasser, wie in der obigen Ausführungsform erläutert wurde, können die Wasserstoff- und Hydroxidionenkonzentrationen in der in 1 dargestellten Säule gesteuert werden, was die Steuerung der pH- und Ionenstärke innerhalb der Säule zuläßt. Somit können durch Füllen der Chromatographiesäule der vorliegenden Erfindung mit einem Ionenaustausch-, einem stationären Affinitätsphasen-, einem Inversphasen, einem größeren-exklusiven, einem gelatierendem, hydrophoben oder Normalphasen -Chromatographiefüllmaterial, Proteine und andere Proben zurückgehalten werden, wenn keine Spannung an die Säule angelegt ist. Wenn allerdings Spannung angelegt wird, um Wasserstoffionen (verringern des pH- Werts) oder Hydroxidionen (vergrößern des pH Werts) innerhalb der Säule zu erzeugen, kann die resultierende Ionenstärke und pH-Änderung verwendet werden, um das zurückgehaltene Protein (oder andere Proben) von der Säule herauszulösen. Somit kann die Säule der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um einen weiten Bereich von Verbindungen, sowohl im analytischen als auch im präparativen Maßstab zu trennen und zu reinigen.
Geeignete Füllmaterialien zur Anwendung der obigen Ausführungsform beinhalten Protein A-Affinitätsfüllmaterial als das Affinitätsphasen-Füllmaterial, C-18 Inversphasen-Füllmaterial als das Inversphasenfüllmaterial; Cilix-100 von Bio-Rad im gelatierenden Füllmaterial, ALLTECH Macrosphere GPC als das Größenexklusionsfüllmaterial; SYNCHRON SynChropak HIC als das hydrophobe Füllmaterial; und ALLTECH Alltima Silica als das Normalphasenfüllmaterial.
Zusätzlich kann wie im Folgenden erläutert wird, die Säule, die einen Teil der vorliegenden Erfindung bildet, auch als ein selbstregenerierender chemischer Festphasensuppressor in diversen Apparaten und Chromatographieverfahren angewendet werden.
B. Elektrochemisch regenerierter chemischer Festphasensuppressor
1. Systemkonfigurationen für die Anionenanalyse
Die 8A–8D sind schematische Ansichten diverser bevorzugter Apparatekonfigurationen für ein bevorzugtes Verfahren zur Ionenanalyse unter der Verwendung der in 1 gezeigten Säule als ein selbstregenerierender chemischer Festphasensuppressor. In bezug auf 8A ist eine Elutionsmittelquelle 202 in Fluidverbindung mit einer Pumpe 204. Stromabwärts zu der Pumpe 204 ist ein Injektor 206, wo dem System eine Testprobe hinzugefügt werden kann. Stromabwärts vom Injektor 206 ist eine Analyse- (oder Chromatographie-) Säule 208 angeordnet, in der die Trennung der Ionen in der Testprobe stattfindet. In der Anionenanalyse wird eine Anionenaustauschquelle mit geringer Aufnahmefähigkeit bevorzugt verwendet. Für Kationenanalyse wird vorzugsweise eine Kationaustauschsäule mit geringem Aufnahmevermögen verwendet.
Stromabwärts von der Analysesäule 208 und mit dieser in Fluidverbindung ist ein Schaltventil 210 mit 10 Anschlüssen angeordnet. Das Schaltventil ist vorzugsweise ein metallfreier drehbarer Ventiltyp. Mit dem 10 Anschlüsse-Schaltventil 210 sind jeweils zwei Säulen 212 und 214 verbunden, wie dies in 1 gezeigt ist. Mit den Säulen 212 und 214 sind jeweils elektrische Energiequelle 216a und 216b verbunden. Ebenso kann eine einzelne Energiequelle, die mit beiden Säulen 212 und 214 verbunden ist, verwendet werden. Diese Ausführungsform benötigt generell eine geringere Spannung als die vorangegangenen Verfahren zur Elektroelutionschromatographie, weil die Kapazität des chromatographischen Füllmaterials in dieser Ausführungsform größer ist (d. h. geringerer Widerstand), und damit können geringere Spannungen einen zur Elektrolyse von Wasser ausreichenden Strom erzeugen. Eine bevorzugte Energiequelle ist das KENWOOD PR 36–1.2 Stromversorgungsgerät. Wenn die in 1 dargestellte Säule als ein Suppressor verwendet wird, sollte die Stromversorgung ausgebildet sein, um ungefähr 1–100 Volt, günstiger 10–90 Volt und am geeignetsten ungefähr 3–15 Volt an die Elektroden zu liefern. Schließlich ist ein Leitfähigkeitsdetektor 218 mit dem 10-Anschlüsse-Schaltventil 210 verbunden. Wie im Folgenden detaillierter beschrieben wird, ist die in 1 dargestellte Säule zur Verwendung als ein selbstregenerierender chemischer Festphasensuppressor in der obigen Konfiguration ausgebildet.
Weiterhin mit Bezug zu 8A führt eine wäßrige Elutionsmittelquelle 202 mittels einer HPLC Pumpe 204 ein Elutionsmittel ein. Eine nachzuweisende Anion-enthaltende Testprobe wird durch den Injektor 206 eingeführt und durch das Elutionsmittel zur Analyse- (oder Chromatographie-) Säule 208 geleitet. In der vorliegenden Ausführungsform (z. B. Anionenanalyse) kann das Elutionsmittel Lösungen von Natriumcarbonat; Natriumbicarbonat, Natriumhydroxid oder eine andere Base umfassen, die durch Gegenionenaustausch mit Wasserstoffionen in eine schwache Säure umgewandelt wird. Das am meisten bevorzugte Elutionsmittel für die Anionenanalyse sind Natriumhydroxidlösungen (NaOH).
Die Analysesäule 208 ist vorzugsweise mit einem Anionenaustauschfüllmaterial (nicht gezeigt) gefüllt. Geeignete Anionenaustauschfüllmaterialien umfassen Teilchen mit primärer, sekundärer, tertiärer oder vierfach Aminofunktionalität, sowohl organisch also auch anorganisch. Die bevorzugten Anionenaustauschfüllmaterialien umfassen organische oder anorganische Teilchen mit vierfacher Aminofunktionalität. Diese Anionenaustauschteilchen können entweder in Harzform oder imprägniert in einer Membrane in die Säule gefüllt werden. Vorzugsweise liegt das Füllmaterial in Harzform vor. Unterschiedliche Anionen in der Testprobe haben unterschiedliche Affinitäten zum Anionenaustauschfüllmaterial in der Analysesäule 208. Je stärker die Affinität einer speziellen Art von Anionen zum Füllmaterial der Analysesäule 208 ist, desto länger wird diese Art von Anionen in der Säule 208 zurückgehalten. Umgekehrt, je schwächer die Affinität einer bestimmten Art von Anionen zum Füllmaterial in der Analyse der Säule 208 ist, desto kürzer wird diese besondere Art von Anionen in der Säule 208 zurückgehalten. Da unterschiedliche Anionen unterschiedliche Affinitäten zum Füllmaterial in der Säule 208 haben, werden somit die Proben-Anionen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten von der Säule 208 herausgelöst und damit getrennt oder aufgelöst.
Der Ausfluß von Analysesäule 208 (im weiteren als "Chromatographieausfluß" bezeichnet) wird durch das 10-Anschlüsse-Schaltventil 210 zur Säule 212 geführt. In dieser Ausführungsform ist die Säule 212 zur Verwendung als ein Suppressor in einem Verfahren zur Anionenanalyse ausgebildet. Die Säule 212 ist mit einem Kationenaustauschfüllmaterial (nicht gezeigt) gefüllt. Bevorzugte Kationenaustauschmaterialien beinhalten Säure-bildende organische oder anorganische Teilchen wie etwa Phosphorsäure-bildende organische oder anorganische Teilchen, Karboxylsäure-bildende organische oder anorganische Teilchen, Phensolsäure-bildende organische oder anorganische Teilchen und Schwefelsäure-bildende anorganische oder organische Teilchen. Die Kationenaustauschteilchen können entweder in Harzform oder imprägniert in einer Membrane in die Säule gefüllt werden. Die am meisten bevorzugten Kationenaustauschfüllmaterialien sind Schwefelsäure-bildende anorganische oder organische Teilchen in Harzform.
Zwei Ionenaustauschreaktionen finden im Suppressor 212 statt:
1. Elutionsmittel:
(wo das Elutionsmittel Natriumhydroxid ist und das Kationenaustauschfüllmaterial Schwefelsäure-bildende Teilchen enthält): NaOH + Harz-SO₃ ^–N⁺ → Harz-SO₃ ^–Na⁺ + H₂O
2. Analytikum:

NaX + Harz-SO₃ ^–H⁺ → Harz-SO₃ ^–Na⁺ + HX (wobei X = Anionen wie etwa Cl, NO₂, Br, etc. ist)

Die Natriumionen im hochleitfähigen Elutionsmittel werden durch Ionenaustausch mit den am Kationenaustauschfüllmaterial in der Säule 212 vorhandenen Wasserstoffionen entfernt. Das hochleitfähige Natriumhydroxid-Elutionsmittel wird somit in das relativ nichtleitende Wasser (Proben Gegenionen werden ebenso durch Ionenaustausch mit Wasserstoffionen am Kationenaustauschfüllmaterial unterdrückt) umgewandelt. Dies reduziert natürlich das Hintergrundrauschen des Elutionsmittels (und der Proben Gegenionen), wenn die Proben-Anionen letztlich im Detektor 218 nachgewiesen werden. Die Proben-Anionen werden in ihre hochleitende Säureform durch Austauschen ihrer Gegenionen mit Wasserstoffionen am Kationenaustauschfüllmaterial in der Säure 212 umgewandelt. Wie man sich aus den obigen Reaktionen vergewissern kann, kann das Elutionsmittel in der Anionenanalyse jede beliebige Salzlösung sein, die eine schwachleitende Säure im Suppressor 212 bildet. Beispiele von geeigneten Elutionsmitteln umfassen wäßrige Lösungen von Natriumhydroxid, Natriumcarbonat/bicarbonat und Natriumtetraborat. Das Elutionsmittel muß weiterhin allerdings Wasser umfassen, um die Elektrolyse in den Verfahren dieser Erfindung zu speisen.
Nachdem das Elutionsmittel in seine schwache Säure und die Proben-Anionen in ihre hochleitfähige Säuren in der Säule 212 umgewandelt worden sind, wird der Suppressorausfluß durch das 10 Anschlüsse-Schaltventil 210 zum Detektor 218 geführt, wo die Proben-Anionen nachgewiesen werden. Daten vom Nachweis der Proben-Anionen werden vorzugsweise in einer Liste, Graphen, einem Integrator, einem Computer oder anderen Aufzeichnungsmitteln (nicht gezeigt) aufgezeichnet. Der Ausfluß vom Detektor 218 (im weiteren als "Detektorausfluß" bezeichnet) wird dann durch das 10 Anschlüsse-Schaltventil 210 und Säule 214 zum Abwasser geleitet.
Wenn das Kationenaustauschfüllmaterial im Suppressor 212 verbraucht ist (beispielsweise vollständig von Wasserstoff zur Natriumform umgewandelt ist) wird ein scharfer Anstieg in der Leitfähigkeit des Suppressorausfluß beobachtet. Bevor dies geschieht, wird das 10 Anschlüsse-Schaltventil 210 in die in 8B dargestellte Konfiguration umgeschaltet. Während die Säule 214 verwendet wird, den Chromatographieausfluß in der gleichen Weise, wie dies zuvor bezüglich Säule 212 beschrieben wurde, zu unterdrücken, wird der Detektorausfluß durch das 10 Anschlüsse-Schaltventil 210 zum verbrauchten Suppressor 212 zurückgeführt, um diesen wie folgt zu regenerieren.
Es wird eine Stromquelle 216a eingeschaltet, um über das verbrauchte Kationenaustauschfüllmaterial im Suppressor 212 einen zur Elektrolyse von Wasser ausreichenden Strom zu erzeugen. Der Suppressor 212 ist so aufgebaut, daß die Anode (nicht gezeigt) am stromaufwärtigen Ende und die Kathode (nicht gezeigt) am stromabwärtigen Ende des Suppressors 212 angeordnet ist. Der Detektorausfluß (der Wasser enthält) unterliegt der Elektrolyse an der stromaufwärts befindlichen Anode des Suppressors 212, wie dies zuvor beschrieben wurde: 2H₂O → 4H⁺ + O₂ + 4e^–
Es werden somit Wasserstoffionen und Sauerstoffgas an der stromaufwärtsliegenden Anode des Suppressors 212 gebildet. Da der Detektorausfluß von der Anodenseite zur Kathodenseite des Suppressors 212 fließt, werden die Wasserstoffionen über das verbrauchte Kationenaustauschfüllmaterial im Suppressor 212 geführt und verwandeln dies zurück in die Wasserstofform gemäß der folgenden Reaktion: Harz-SO₃ ^–Na⁺ + H⁺ Harz-SO₃ N⁺ + Na⁺
Das Sauerstoffgas und die ersetzten Natriumionen (und Proben Gegenionen) vom Suppressor 212 werden dann durch das 10 Anschlüsse-Schaltventil 210 zum Abwasser geführt.
An der stromabwärts angeordneten Kathode des Suppressors 212 unterliegt Wasser der zuvor beschriebenen Elektrolyse: 2H₂O + 2e^– → H₂ + 2OH^–
Am stromabwärtigen Ende des Suppressors 212 werden somit Hydroxidionen und Wasserstoffgas erzeugt. Die im Suppressor 212 erzeugten Hydroxidionen und das Wasserstoffgas werden durch das 10 Anschlüsse-Schaltventil zum Abwasser geführt.
Alternativ können die Systemabfallprodukte wieder aufgearbeitet werden. Wie aus den obigen chemischen Reaktionen zu entnehmen ist, setzt der Regenerationsprozeß genau die gleiche Menge an Elutionsmittelionen frei, die während des Unterdrückungsprozesses verbraucht wurde. Da dieser Prozeß quantitativ ist, ergibt es sich aus dem Zurückleiten der Abfallprodukte vom Schaltventil 210 zur Elutionsmittelquelle 203 in kontinuierlicher Weise eine kontinuierliche Wiederherstellung des ursprünglichen Elutionsmittels (in dieser Ausführungsform Natriumhydroxid) und chemischer Abfall wird vermieden.
Stromversorgung 216a bleibt lange genug eingeschaltet, um das Kationenaustauschfüllmaterial im Suppressor 212 zu regenerieren. Wenn der Suppressor 212 regeneriert ist, wird die Stromversorgung ausgeschaltet. Der Detektorausfluß wird allerdings weiterhin vorzugsweise durch den Suppressor 212 für eine ausreichende Zeitdauer geführt, um im Suppressor 212 verbliebene Gasblasen und Elektrolyseprodukte abzuführen und die Säule in den Gleichgewichtszustand zu bringen. Wenn der Suppressor 212 regeneriert und im Gleichgewicht ist, ist dieser bereit zur Verwendung als der "aktive" Suppressor, wenn der Suppressor 214 sich erschöpft. Wenn der Suppressor 212 bereit ist, wieder in Betrieb zu gehen, wird der Ausfluß der Analysesäule zum Suppressor 212 zurückgeleitet und der Suppressor 214 wird in der gleichen Weise regeneriert, wie dies vorher mit Bezug zum Suppressor 212 beschrieben wurde.
Die obige Anordnung erlaubt einen zyklischen Endlosbetrieb zwischen den zwei Suppressoren 212 und 214 für einen kontinuierlichen Instrumentenbetrieb ohne Unterbrechung oder Suppressoraustausch. Wenn das Elutionsmittel einen organischen Stoff wie etwa Methanol enthält, wird es vorzugsweise möglich, nach der Regenerierung das Elutionsmittel für eine genügend lange Zeit durch den Suppressor zu führen, und ungewollte Komponenten, die nach der Regenerierung des Suppressors zurückbleiben, auszuwaschen. Wenn diese ungewollten Nebenprodukte aus dem Suppressor entfernt sind, wird dann die zu analysierende Probe in das System eingeführt. Das System kann leicht durch Verwendung automatischer Ventile und Stromversorgungen automatisiert werden, um unbeaufsichtigten Betrieb für längere Zeitdauern zu bewerkstelligen.
Gemäß einem Gesichtspunkt wird ein Computerprogramm verwendet, um das Umschalten zwischen den Suppressoren zu implementieren und zu automatisieren. Ein gegenwärtig bevorzugtes Flußdiagramm, das einen Überblick über ein solches Computerprogramm und dessen Funktionen bietet, ist in den 23(a)–(c) gegeben. Ein Computerprogramm gemäß den in den 23(a)–23(c) gezeigten Verfahren und Funktionen wird im Anhang zur Verfügung gestellt. Das gegenwärtig bevorzugte Computerprogramm ist in der Computersprache Forth geschrieben, obwohl der Fachmann erkennt, daß das in den 23(a)–(c) gezeigte Flußdiagramm in einer beliebigen Computersprache ohne vom Gegenstand und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen, implementiert werden kann.
In einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform wird die obenerwähnte Software dazu benutzt, ein sich selbsterhaltendes Suppressorsystem mit zwei mit einem Ionenaustauschharz gefüllten elektrochemischen Festphasensuppressoren, einem elektrisch betätigten Zweipositionsen-10-Anschlüsse-Schaltventil, einem Konstantstrom-Netzteil und einem Mikroprozessor zur Ausführung der im Anhang A beigefügten Computersoftware zu betreiben. Diese Komponenten werden vorzugsweise zusammen in einem Gehäuse beherbergt. Ein geeigneter Mikroprozessor ist der MOTOROLA 8-Bit Mikroprozessor (Motorola Part Nr. 68HCP11 A1 FN), der mit einem 4 MHz Kristall, einem 32 K × 8 EPROM, National Part Nr. 27C256 und 8 K × 8 RAM, MOSEI Model Part Nr. MS 6264C-80PC betrieben wird.
Bezüglich dieses Suppressorsystems fließt die bewegliche Phase der Separator- (oder Analyse) Säule zu jeder Zeit durch einen Suppressor. Während der eine Suppressor verwendet wird, wird der andere elektrochemisch regeneriert und in den Gleichgewichtszustand gebracht. Das Ventil schaltet zwischen den Suppressoren nach jeder Probeninjektion hin und her, und stellt eine frische Suppressorzelle für jede Analyse zur Verfügung. Vorzugsweise weisen die Suppressoren ein relativ kleines Volumen auf, um solche Probleme wie Bandverbreiterung, Donnan-Exklusion und die Oxidation von Nitrit zu Nitrat, die mit herkömmlichen Füllbettsuppressoren verknüpft ist, zu vermeiden. Die Suppressoren haben vorzugsweise eine Innenabmessung von entweder 7,0 × 7,55 mm oder 14 × 7,5 mm. Schließlich weist das Bedienfeld an der Frontschalttafel der Suppressoreinheit eine Reihe von Knöpfen und Hebeln (die im Folgenden diskutiert werden) zum einfachen Betrieb der Einheit durch das Laborpersonal auf.
Vorzugsweise ist das Ionenaustauschharz in den Suppressoren sichtbar, wenn die Suppressoren in der Suppressoreinheit untergebracht sind, so daß der Status des Suppressors jederzeit überwacht werden kann. Dies wird erreicht, indem die Suppressoren in einem Abteil mit einer durchsichtigen Abdeckung an einer Fronttafel oder einem Bedienerschaltpult der Einheit untergebracht sind. Der Suppressorstatus kann angezeigt werden durch Beschichtung des Ionenaustauschharzes mit einem inerten Farbmittel, das seine Farbe ändert, wenn das Suppressorharz sich verbraucht. Für Anionenanalyse werden die Suppressoren mit einem Kationenaustauschharz in Wasserstofform gefüllt, und das Harz wird mit einem inerten Farbmittel beschichtet, das Quinaldin-Rot enthält. Das unverbrauchte Harz hat somit eine goldene Farbe, die sich während der Suppressionsaktivität in Magenta verwandelt, wenn die Wasserstoffionen am Harz durch die bewegliche Phase und Proben- Gegenionen ersetzt werden. Für die Kationenanalyse werden die Suppressoren mit einem Anionenaustauschharz in Hydroxidform gefüllt und das Harz wird mit einem inerten Farbmittel beschichtet, das Thymolphthalin enthält. Das unverbrauchte Harz hat somit eine blaue Farbe, die sich während der Suppressoraktivität in beige umwandelt, wenn die Hydroxidionen auf dem Harz durch die mobile Phase und die Proben- Gegenionen ersetzt werden.
Ein Broschüre für eine selbsterhaltende Suppressoreinheit gemäß einem bevorzugten Gesichtspunkt der Erfindung ist im Anhang beigefügt. Die Software, die gegenwärtig zur Anwendung mit dem Alltech ERIS 100 Autosuppressor in Betracht gezogen wird, ist asl ein Flußdiagramm in den 23f(a)–(c) dargestellt und bietet einen Überblick über diese Software. Unter anderem koordiniert die Software automatisch das Unterdrücken und Regenerieren auf der Grundlage der vom Bediener eingegeben Daten und auf der Grundlage von anderen externen Geräten im Chromatographiesystem erhaltenen Signalen. Die Software erzeugt ebenso auf einer Systemanzeige Nachrichten, die Betriebsparameter, Regenerationsparameter, Systemstatus und Systemfehler betreffen. Die Systemanzeige ist vorzugsweise eine vierzeilige alphanumerische Anzeige und ist im Bedienfeld der Suppressoreinheit angeordnet.
Bezüglich zu den 23(a)–(c) ist der Schritt 500 der Beginn der Software und stellt den Anfangsbildschirm dar, wenn die Suppressoreinheit eingeschaltet wird. Das Programm geht dann zum Schritt 501 weiter. Im Schritt 501 wird auf der Systemanzeige eine Nachricht erzeugt, die das "Aktive" Verfahren anzeigt, das das aktuell in das System eingegebene Verfahren für die nächste Probeninjektion ist. Die "Aktiv-ID" besitzt eine ein- oder zweistellige Zahl mit verknüpften, zuvor zugeordneten Parameterwerten für ein gegebenes Verfahren. Das System kann bis zu zwölf verschiedene "Aktiv-ID"-Nummern, die jeweils zuvor zugeordnete Verfahrensparameter besitzen, speichern. Das System kommt mit zwei voreingestellten "Aktiv-ID"-"Nummern", EPA-A und EPA-B (EPA Methode 300, jeweils Teil A und B). Je nach Wahl erscheint "EPA-A" oder "EPA-B" auf der Systemanzeige als die "Aktiv-ID". Zusätzlich können "Aktive-ID"-Nummern (beispielsweise 1–10) in das System eingegeben werden, wobei jede Nummer seine eigenen, einzigartigen Betriebsparameter besitzt. Zusätzlich zum Aufrufen einer jeder der zwölf Aktiv-ID-Nummern mit zuvor zugeordneten Parametern, können auch neue Betriebsparameter für eine spezielle Probenuntersuchung durch Loslassen des "Wähle Verfahren"-Knopfes am Bedienpult in das System eingegeben werden. Das Verfahren zur Eingabe neuer Betriebsparameter wird im Folgenden detaillierter erläutert.
Es sei jetzt wieder auf die Nachricht im Schritt 501 verwiesen, worin die dreistellige Zahl unter der Überschrift "Typ" bezüglich der Art und des Aufnahmevermögens der einzelnen Suppressoren dargeboten wird. Im Schritt 501 sind die drei Ziffern, die der Überschrift "Typ" entsprechen, die Zahlen "312". Die erste Stelle (z. B. "3") bezieht sich auf die Art der Probenanalyse (d. h. entweder Anionen oder Kationenanalyse) und somit auf die Art des Suppressors im System. Das System legt automatisch die Polarität der Elektroden auf der Basis dieses Eintrags fest. Zum Beispiel zeigt die Nummer "3" eine Anionenanalyse an. Dies informiert das System darüber, die Elektrode, die am Detektorausflußende des Suppressors positioniert ist, als Anode zu konfigurieren. Anderseits würde das System automatisch die Polarität der Elektroden umkehren und die am Detektorausflußende des Suppressors positionierte Elektrode zur Kathode machen, wenn die Nummer "2" anstelle der Nummer "3" eingegeben würde. Die nächsten beiden Stellen unter der Überschrift "Typ" (beispielsweise "12"), beziehen sich auf das Aufnahmevermögen der einzelnen Suppressoren in Milliäquivalenten (meq.) mal 10. Somit bezeichnet der Bildschirm im Schritt 501 einen Suppressor für Anionenanalyse mit einer Aufnahmekapazität von 1,2 Milliäquivalenten. In einer bevorzugten Ausführungsform haben die Suppressoren selber eine Marke oder andere angefügte Elemente zum Anzeigen einer dreistelligen Nummer, die der oben diskutierten "Typen"-Nummer entspricht. Somit ist beispielsweise ein Suppressor, der die Nummer "312" trägt, für Anionenanalyse vorgesehen und hat ein Aufnahmevermögen von 1,2 Milliäquivalenten. Wie der Fachmann leicht erkennen wird, sollten die beiden Suppressoren in dieser Ausführungsform das gleiche Aufnahmevermögen zeigen.
Es sei weiterhin auf die im Schritt 501 erzeugte Nachricht verwiesen; die Überschrift "Fluß" bezieht sich auf die Durchflußrate für die Analyse in mL/min. Der Bildschirm im Schritt 501 zeigt eine Durchflußrate von 1,0 mL/min an. Die Überschrift "Conc." in der im Schritt 501 erzeugten Nachricht bezieht sich auf die Konzentration der beweglichen Phase im Milliäquivalenten/Liter (meq./L). Für Anionenanalyse wird die meq./L von Kationen in der beweglichen Phase angezeigt. Umgekehrt wird für Kationenanalyse die meq./L für Anionen in der beweglichen Phase angezeigt. Da die Nachricht im Schritt 501 eine Anionenanalyse anzeigt, bezieht sich die Konzentration von 4.0 meq./L auf die Konzentrationen der Kationen in der beweglichen Phase. Schließlich bezieht sich die Überschrift "Zeit" in der im Schritt 501 erzeugten Nachricht auf die gesamte Betriebszeit, auf ein Zehntel einer Minute genau, für die Analyse.
Um den Bildschirm bei Schritt 501 zu verlassen und zu einer folgenden Bildschirmanzeige fortzuschreiten, betätigt der Bediener lediglich den "Enter" Knopf am Bedienerschaltpult und das Programm schreitet zum Schritt 502 weiter. Im Schritt 502 wird eine Nachricht in der Systemanzeige erzeugt, wobei nachgefragt wird, ob der Bediener wünscht, mit dem Verfahren und den im Schritt 501 angezeigten Parameter fortzufahren. Wenn ja, drückt der Bediener dann einen "weiter/ja"-Knopf und dann den "Enter"-Knopf am Bedienschaltpult und das Programm schreitet zum Schritt 503 weiter. Wenn die Antwort "nein" ist, dann drückt der Bediener einen "zurück/nein"-Knopf und dann den "Enter"-Knopf am Bedienschaltpult, um den Bildschirm aus Schritt 501 wieder aufzurufen. Der Bediener kann dann die im Schritt 501 angezeigten Parameter durch Drücken eines "gewähltes Verfahren"-Schalter am Bedienpult ändern. Einzelheiten bezüglich der Eingaben neuer Verfahren und Parameter werden im Folgenden detailliert erläutert.
Es sei nun wieder auf Schritt 503 verwiesen, worin eine Nachricht aus der Systemanzeige erzeugt wird, die auffordert, die Suppressorfarbe ("Zelle") zu überprüfen. Wenn die Farbbedingung "O. K." ist, d. h., wenn die Farbe anzeigt, daß die Suppressoren in einem Zustand sind, eine Probeninjektion zu akzeptieren, kann der Bediener die "weiter/ja" und dann die "Enter"-Knöpfe am Bedienschaltpult drücken und das Programm schreitet zum Schritt 504 weiter. Das System ist nun bereit, eine Probeninjektion aufzunehmen.
Das System ist programmiert, um nach jeder Probeneingabe zwischen den Suppressoren hin- und herzuschalten. Proben können manuell oder automatisch eingebracht werden. Für die manuelle Eingabe, ist ein "Einführen/Start"-Knopf am Bedienschaltpult vorgesehen, der gleichzeitig mit dem Einführen der Probe gedrückt werden sollte. Zusätzlich sind Anschlußstifte, die an der hinteren Tafel des Bedienschaltpults angebracht sind, so ausgestaltet, um ein Probeneinfuhrsignal von einem externen Gerät wie etwa einem automatischen Probenverarbeitungsgerät oder einem manuellen Einspeiseventil, das mit einem lage-sensiblen Schalter ausgestattet ist, aufzunehmen. Während das System auf eine Probeneingabe wartet, zirkuliert die bewegliche Phase in den zwei Suppressorzellen. Wenn die gesamte Analysezeit für das spezielle, in das System eingegebene Verfahren verstreicht, lenkt das System die mobile Phase automatisch zu einem frischen Suppressor und beginnt den Count-down der bekannten Analysezeit. Auf den Empfang hin eines Injektionssignals setzt das System die Gesamtanalysezeit zurück, fährt aber fort, Säulenausfluß zum aktiven Suppressor zu leiten (weil der neue Suppressor noch keine Injektion "gesehen" hat). Das Ventil dreht sich automatisch zum anderen Suppressor, sobald das System ein Injektionssignal empfängt oder wenn die Analysezeit verstrichen ist, je nach dem was zuerst auftritt. Die Systemsoftware stellt somit sicher, daß lediglich eine Probeninjektion durch den Suppressor zwischen Regenerationszyklen fließen kann, unabhängig davon, wann die Probe injiziert wurde.
Es wird nun wieder auf Schritt 504 verwiesen, worin auf der Systemanzeige eine Nachricht erzeugt wird, die sich auf die "Verfahrens-ID" bezieht. Die Verfahrens-ID kennzeichnet die aktuellen Betriebsparameter (z. B. Zellentyp, Flußrate, Elutionsmittelkonzentration und Analyselaufzeit) und die verbleibende Zeit bis die Probenanalyse abgeschlossen ist. Während ein Suppressor in der Betriebsphase ist, wird der andere Suppressor durch die Elektrolyse des Detektorausflusses regeneriert. Durch Drücken des "weiter/ja"-Knopfes auf dem Bedienschaltpulte, wird im Schritt 505 eine Nachricht erzeugt. Dieser Bildschirminhalt zeigt die gesamte Regenerationszeit (oder Spülzeit) in Minuten und Sekunden (min.aec), die verbleibende Regenerationszeit (oder Spülzeit) (min.aec.), wieviel Strom den Elektroden im Suppressor, der regeneriert wird, zugeführt wird, und die Spannung über dem Suppressor, der regeneriert wird.
Auf der Grundlage der Flußrate, der Konzentration der beweglichen Phase und der gesamten Laufzeit, die für das spezielle Verfahren eingegeben wurden, berechnet das System automatisch die benötigte Strommenge, um den Suppressor innerhalb von 40% der Laufzeit vollständig zu regenerieren. Eine negative Spannung zeigt an, daß der zu regenerierende Suppressor für die Anionenanalyse vorgesehen ist. Eine positive Spannung zeigt an, daß die zu regenerierende Zelle für Kationenanalyse vorgesehen ist. Die Nachricht in Schritt 505 zeigt an, daß der linke Suppressor regeneriert wird, während der rechte Suppressor im aktiven oder Unterdrückungsmodus ist. Der Bediener kann zwischen den Bildschirminhalten, die jeweils in den Schritten 504 und 505 angezeigt werden, durch Drücken des "weiter/ja"- und des "züruck/nein"-Knopfes auf dem Bedienschaltpult hin und her wechseln. Der Strom wird in den sich in der Regeneration befindlichen Suppressor gerade lange genug eingespeist, um den Suppressor zu regenerieren (wie dies vom System auf Grundlage der Verfahrensparameter berechnet wird) und der Strom wird dann automatisch abgeschaltet, wenn die Regenerierung abgeschlossen ist. Der Detektorausfluß fließt allerdings weiterhin durch den regenerierten Suppressor, um jegliche verbleibende Gasblase und andere Elektrolysenebenprodukte auszusondern.
Das Bedienschaltpult hat ebenfalls eine Zellen-Statusanzeige (beispielsweise eine Suppressor-) Statusanzeige. Diese Anzeige zeigt an, daß die Zelle "in Verwendung" ist und ob die andere Zelle entweder "REGEN" ist (z. B. regeneriert) oder "FERTIG" ist (d. h., die Regenerierung ist abgeschlossen). Die Suppressoren sind in einem Abschnitt am Bedienerschaltpult angebracht und der Abschnitt hat eine durchsichtige Tür, so daß die Suppressoren für den Bediener sichtbar sind. Die Zellen-Statusanzeige ist über dem Abteilgehäuse der Suppressoren angebracht und weist eine separate Anzeige für jeweils den "LINKEN" und "RECHTEN" Suppressoren auf. Wenn daher beispielsweise der LINKE Suppressor im Betrieb ist (d. h. im aktiven oder Unterdrückungsmodus) zeigt die Zellen-Statusanzeige für den "LINKEN" Suppressor eine "IN VERWENDUNG" Nachricht an. Während der LINKE Suppressor in Verwendung ist, zeigt die Zellenanzeige für den "RECHTEN" Suppressor entweder eine "REGEN" oder eine "FERTIG" Nachricht an, jeweils abhängig davon, ob der "RECHTE" Suppressor regeneriert wird oder ob die Regeneration beendet ist.
Wenn der Bediener aus irgendeinem Grunde wünscht, beide Suppressoren im System zu regenerieren, kann der Bediener einen "VOLLE REGEN"- (beispielsweise vollständige Regeneration) Knopf am Bedienschaltpult drücken. Das Programm geht dann zum Schritt 511 weiter. Der "VOLLE REGEN"-Knopf kann zu jeder Zeit während der Anzeige des "Verfahrens-ID"- Bildschirms gedrückt werden. Im Schritt 511 wird eine Nachricht auf der Systemanzeige erzeugt, worin eine Bestätigung angefordert wird, daß die Suppressorregenerierung gewünscht wird. Durch Drücken des "weiter/ja"-Knopfes am Bedienschaltpult geht das Programm zum Schritt 512 weiter, in dem eine Nachricht auf der Systemanzeige erzeugt wird, die den Bediener auffordert, "die Zellenbedingung zu testen". Wenn die Farbe des Harzes in den Suppressoren anzeigt, daß die Suppressoren in einem nichtverbrauchten Zustand sind, kann der Bediener den "weiter/ja"- und dann den "Enter"-Knopf am Bedienschaltpult drücken und das Programm geht zum Schritt 504 weiter. In diesem Falle ist das System bereit, eine Probeninjektion zu empfangen. Andererseits, wenn die Harzfarbe anzeigt, daß die Suppressoren verbraucht sind, und somit eine Regenererung wünschenswert ist, kann der Bediener den "zurück/nein- und dann den "Enter"-Knopf am Bedienschaltpult drücken und das Programm geht zum Schritt 513.
Das System beginnt dann, beide Suppressoren zu regenerieren, und im Schritt 513 wird eine Nachricht auf der Systemanzeige erzeugt, die die gesamte Zeit (min.: sec.), die zur Regenerierung beider Suppressoren benötigt wird, und die verbleibende Zeit (min.aec.) bis beide Suppressoren regeneriert sind, angibt. Wiederum wird die Zeit zur Regenerierung der Suppressoren durch das System auf der Grundlage der Betriebsoder Verfahrensparameter, die vom Operator eingegeben wurden, berechnet. Es wird lediglich ein Suppressor zu einer Zeit regeneriert, und spezifische Informationen, die den Suppressor betreffen, der gerade regeneriert wird, können durch Drücken des "weiter/ja"-Knopfes auf dem Bedienschaltpult im Schritt 513 erhalten werden und das Programm schreitet zum Schritt 514 weiter. Im Schritt 514 wird auf der Systemanzeige eine Nachricht erzeugt, die ähnlich ist zu derjenigen, die im Schritt 505 erzeugt wird. Diese Nachricht informiert über den Zustand des Suppressors, der in diesem Zeitpunkt der Regeneration unterliegt, wobei dies im Schritt 514 der linke Suppressor ist. Der Bediener kann durch Drücken des "weiter/ja"- und "zurück nein"-Knopfes auf dem Bedienschaltpult zwischen den Bildschirminhalten 513 und 514 hin und her wechseln. Wenn beide Suppressoren regeneriert sind, geht das Programm dann zum Schritt 504 weiter und das System ist bereit, die Probeninjektion aufzunehmen. Wiederum erlaubt es das Programm, die Regenerierung der Suppressoren zu jeder Zeit durch einfaches Drücken des "Enter"-Knopfes auf dem Bedienschaltpult bei Schritt 513 abzubrechen. Dies unterbricht die Regenerationssequenz und das Programm schreitet zum Schritt 503 weiter.
Verfahrensparameter können eingegeben oder geändert werden zu Beginn der Software oder zu jedem beliebigen Zeitpunkt durch einfaches Drücken des "wähle Verfahren" (Schritt 520) Knopfes auf dem Bedienschaltpult. Das Programm geht dann zum Schritt 521. Im Schritt 521 wird auf der Systemanzeige eine Nachricht erzeugt, die die Verfahrensparameter kennzeichnet. Durch Drücken des "weiter/ja"- und "zurück/nein"-Knopfes auf dem Bedienschaltpult kann der Bediener die Parameter Art, Fluß, Conc. und Zeit auf- und abbewegen. Drei Tasten auf dem Bedienschaltpult werden verwendet, um die numerischen Werte für jeden dieser Parameter zu vergrößeren oder zu verkleinern. Wenn die gewünschten Betriebsparameter festgelegt sind, wird der "Enter"-Knopf auf dem Bedienschaltpult gedrückt und das Programm geht dann zum Schritt 522 weiter. Im Schritt 522 wird auf der Systemanzeige eine Nachricht erzeugt. Wenn der Operator es wünscht, mit den im Schritt 521 ausgewählten Verfahrensparametem weiterzufahren, wird dann der "weiter/ja"- und dann der "Enter"-Knopf im Schritt 522 gedrückt und das Programm geht zum Schritt 504 weiter und das System ist bereit, eine Probeninjektion aufzunehmen. Wenn andererseits der Bediener nicht wünscht, mit den im Schritt 521 ausgewählten Parameter weiterzumachen, wird der "zurück/nein"- und dann der "Enter"-Knopf auf dem Bedienschaltpult im Schritt 522 gedrückt und das Programm geht zurück zum Schritt 521.
Wenn die Verfahrensparameter im Schritt 521 ausgewählt werden, müssen gewisse Überlegungen berücksichtigt werden. Wenn die dreistellige Zahl für "Typ" des Verfahrens eingegeben wird, müssen die Art der Analyse (d. h., ob Kationen- oder Anionenanalyse) und das Aufnahmevermögen bzw. die Kapazität (in meq./L) der Suppressoren in dem System eingegeben werden. Wenn die Durchflußrate (beispielsweise bei "Fluß") eingegeben wird, muß der Bediener die Durchflußrate der Durchflußrate der HPLC-Pumpe im Chromatographiesystem anpassen. Wenn die Konzentration der beweglichen Phase ("Conc.") eingegeben wird, muß die Konzentration (in meq./L) der Gegenionen der Probenionen der mobilen Phase eingegeben werden. Beispielberechnungen und eine Liste von meq./L Werten für übliche bewegliche Phasen sind im Anhang C des Bedienerhandbuchs im Anhang gegeben. Schließlich muß die gesamte Laufzeit ("Zeit") für die Analyse auf ein Zehntel einer Minute eingegeben werden. Zusätzlich können, wie dies zuvor diskutiert wurde, bis zu 10 vorher bezeichnete Verfahrensparameter durch Befolgen der vorherigen Schritte in das System eingegeben werden.
Bezüglich einer Analyse, für die die Laufzeit unbekannt ist, sollte der Bediener die längste Laufzeit eingegeben, die für die Analyse als geeignet betrachtet wird. Nach Ablauf der Anlayse kann die tatsächliche Laufzeit einfach durch Drücken des "wähle Verfahren"-Knopfes auf dem Bedienschaltpult wieder eingegeben und die Parameter ausgesucht werden, wie dies oben erläutert wurde. Bevor ein in den Schritten 520–522 eingegebenes Verfahren akzeptiert wird, überprüft und bestätigt das System, daß die Suppressorkapazität ausreicht, um die Anlayse innerhalb 40% der gesamte Laufzeit abzuschließen und daß die Stromversorgung einen ausreichenden Strom erzeugen kann, um die Regenerierung innerhalb 40% der gesamten Laufzeit zu beenden. Wenn die Suppressorkapazität nicht ausreichend ist, geht das Programm zum Schritt 523, in dem auf das in der Systemanzeige eine Nachricht erzeugt wird, die erklärt, daß eine "Zellen (beispielsweise Suppressor)- Typ und Verfahrensunregelmäßigkeit" vorhanden ist. Der Bediener muß entweder die Suppressoren mit Suppressoren mit größerer Kapazität ersetzen oder die Verfahrensparameter durch Reduzierung der Konzentration der beweglichen Phase, der Flußrate oder der Laufzeit verändern. Die Verfahrensparameter können durch Drücken des "Enter"-Knopfes auf dem Bedienschaltpult bei Schritt 523 erneut festgelegt werden und das Programm kehrt zum Schritt 521 zurück, in dem die Verfahrensparameter ausgewählt werden können, wie dies vorher erörtert wurde. Wenn die Stromversorgung nicht genügend Strom erzeugen kann, um die Suppressoren rechtzeitig zu regenerieren (d. h. innerhalb 40% der Laufzeit), geht das Programm zum Schritt 524 weiter, in dem auf der Systemanzeige eine Nachricht erzeugt wird, die erklärt, daß "Durchfluß oder Conc. zu hoch" ist. Der Bediener muß die Konzentration der mobilen Phase oder die Durchflußrate reduzieren. Als allgemeine Regel gilt, daß das Produkt aus der Konzentration in meq./L und der Durchflußrate in mL/min. kleiner oder gleich 22.5 (Conc. × Flußrate < 22,5) ist. In jedem Falle kann der Bediener die Parameter und die Konzentration der beweglichen Phase oder die Flußrate betreffend durch Drücken des "Enter"-Knopfes auf dem Bedienschaltpult bei Schritt 524 ändern und das Programm kehrt zu dem Schritt 521 zurück, in dem die Verfahrensparameter ausgewählt werden, wie bereits erläutert wurde. Ausgehend von der vorangegangenen Erläuterung erkennt der Fachmann, daß das System keine Verfahrensparameter akzeptiert, die 40% der Kapazität der einzelnen Suppressoren übersteigt. Diese Grenze stellt sicher, daß unabhängig davon, wann eine Probeninjektion von dem Suppressorsystem empfangen wurde, ein einzelner Suppressor nie vollständig verbraucht wird. Beispielsweise könnte ein Suppressor eine durchströmende bewegliche Phase, für die gesamte Analysezeit vor dem Empfang einer Probeninjektion haben. Somit könnte der Suppressor in einem "schlechtesten Fall"-Szenario höchsten zu nahe zu 40% verbraucht sein, bevor die Probeninjektion den Suppressor erreicht. Der Suppressor, der zu 40% verbraucht ist, wenn er schließlich die Probeninjektion empfängt, wird aber dennoch 60% seiner Suppressorkapazität aufweisen. Da das System keine Betriebsparameter akzeptiert, die 40% der Kapazität eines einzelnen Suppressors überschreiten, ist dieser in der Lage, die Analyse mit noch ungefähr 20% seiner Kapazität zu beenden. Somit sollte der Suppressor theoretisch im System einen 80%-igen Verbrauch nie überschreiten. Wie der Fachmann erkennt, beträgt in dem obenbeschriebenen System die maximale verwendbare Zellenkapazität tatsächlich 80% der angegebenen Kapazität.
Das System weist weiterhin eine Vielzahl von vorprogrammierten Unterprogrammen, die sich auf Systemfehler beziehen auf. Wenn beispielsweise die Spannung über einem Suppressor zu einem beliebigen Zeitpunkt der Regenerierung einen vordefinierten Wert überschreitet, wird auf der Systemanzeige in den Schritten 530, 530a oder 530b abhängig davon, in welchem Betriebsmodus das System ist, wenn der Fehler auftritt, eine Nachricht erzeugt. Diese Nachricht zeigt an, welche der Suppressoren in dem System den Fehler verursacht hat und das System wird automatisch in einen Standby- Modus übergehen. Dieser Fehler zeigt an, daß der Widerstand im Suppressor zu hoch ist, um die Regenerierung innerhalb von 40% der Probenlaufzeit zu absolvieren, und daß der Suppressor überprüft werden sollte. Die obere vordefinierte Spannungsgrenze ist die obere Spannungsgrenze des Stromversorgungsgeräts des Systems. In ähnlicher Weise wird eine Fehlermeldung auf der Systemanzeige bei Schritt 531 erzeugt, wenn die Spannung in einem Suppressor in einem beliebigen Zeitpunkt während der Regenerierung unter einem vordefinierten Wert liegt. Solch ein Fehler zeigt an, daß ein Kurzschluß zwischen den Elektroden aufgetreten ist. In jedem Falle wird die Systemleistung wieder eingespeist, wenn das Spannungsproblem behoben ist, und das Programm kehrt zum Schritt 500 zurück. Alternativ kann das System so programmiert sein, daß, wenn das Spannungsproblem behoben ist, das Programm zum Eingabepunkt B durch Drücken des "Enter"-Knopfes auf dem Bedienschaltpult zurückkehrt.
Eine weitere Fehlerunterroutine wird gestartet, wenn die Abdeckung des Suppressorgehäuses an der Vorderfront der Einheit offen ist. In solch einem Falle wird der Systembetrieb unterbrochen und eine Nachricht auf der Systemanzeige bei Schritt 540 erzeugt. Es wird auch ein Blinklicht an dem Schaltpult eingeschaltet. Wenn die Abdeckung innerhalb einer vordefinierten Zeitdauer geschlossen wird, setzt das System den Betrieb fort. Wenn das Gehäuse allerdings vor Ablauf der vordefinierten Zeitdauer nicht geschlossen wird, geht das Programm zum Schritt 541 weiter. Wenn die Abdeckung geschlossen wurde, geht das Programm zum Eingabepunkt A weiter. Alternativ kann der Systembetreb abgebrochen werden, durch Drücken des "Enter"-Knopfes bei Schritt 540, wobei das Programm zum Schritt 541 weiterschreitet, wenn die Abdeckung geöffnet ist.
Eine weitere Fehlersubroutine wird gestartet, wenn die HPLC Pumpe im System entweder ausgeschaltet ist, wenn das System eingeschaltet wird, oder wenn die Pumpe während des Systembetriebs sich abschaltet. In beiden Fällen geht das System in einen Standby-Modus über und es wird eine Nachricht im Schritt 550 in der Systemanzeige erzeugt. Wenn das Problem behoben ist, geht das Programm entweder zum Eingabepunkt A weiter (wenn das Problem während des Betriebs des Systems auftrat) oder zu Eingabepunkt B (wenn das System mit ausgeschalteter Pumpe gestartet wurde) weiter.
Das System ist ebenfalls zur Datenfernausgabe über "Remote Out" Anschlußstifte, die vorzugsweise auf der hinteren Tafel des Bedienschaltpults angebracht sind, ausgebildet. Das System sendet ein "nicht fertig"-Signal zu externen Geräten wie etwa einem automatischen Probeneinführsystem, wenn das System nicht bereit ist, eine Probeninjektion aufzunehmen. Das System sendet das "nicht fertig"-Signal zu den externen Geräten, bis das System bereit ist, eine Probeinjektion zu empfangen, was im Schritt 504 der Fall ist. Das "nicht fertig"-Signal kann als ein Sicherheitssignal dienen, wenn eine Störung in der Systemsteuerung auftritt. Wenn somit irgendeine der zuvor erläuterten Fehlersequenzen gestartet wird, wird ein "nicht fertig"-Signal zu peripheren Geräten übermittelt. Zusätzlich wird, wenn das System im "vollständig Regen"-Modus ist, und sich somit beide Suppressoren regenerieren, ebenfalls ein "nicht fertig"-Signal zu den externen Geräten senden.
Andererseits ist das System noch fähig, Daten über "Remote In"-Anschlußstifte, die vorzugsweise an der Rückplatte des Bedienschaltpults angebracht sind, zu empfangen. Das System kann ein Fehlersignal von anderen externen Geräten akzeptieren. Wenn es solch ein Fehlersignal erhält, geht das System automatisch in einen Standby-Modus über.
Die bevorzugten Säulen für im System benutzte Suppressoren sind aus einem durchsichtigen zylindrisch geformten Poylmethylenpentan-Material hergestellt. Die Elektrode und der Säulenendanschluß weisen ein Einheitsstück auf. Eine aus einer Legierung aus PEEK und TEFOLON hergestellte gesinterte Fritte wird passend in das Anschlußstück eingepreßt. Solch eine Säule wird in Seite A0000065 des Anhangs dargestellt.
Die oben beschriebene Suppressoreinheit wird vorzugsweise in Kombination mit anderen externen Geräte in einem chromatographischen System verwendet. Die weiteren externen Geräte, die mit der selbsterhaltenden Suppressoreinheit, die oben diskutiert wurde, geeignet verwendbar sind, schließen eine HPLC Pumpe ein, die fähig ist, Lösungsmittel mit geringer Pulsrate bei Durchflußraten von vorzugsweise von 0,01 mL/min. bis 10 mL/min. zu liefern. Eine bevorzugte Pumpe ist die ALTECH Model 526 oder Model 426 HPLC Pumpe. Das Chromatographiesystem umfaßt ebenfalls einen Detektor, der fähig ist, das Analytikum zu messen. Ein bevorzugter Detektor ist der ALLTECH Model 550 Leitfähigkeitsdetektor mit einem temperaturgesteuerten Zellenabschnitt, der für Umgebungstemperatur bis 60°C einstellbar ist und der thermisch hervorgerufenes Driften und Grundrauschen verhindert. Ebenfalls integriert ist ein Abscheidliste-Aufzeichnungsgerät oder ein Datensystem, das den Empfang von analogen Spannungsdaten erlaubt; ein automatischer Probenzuführer oder manuelles Injektionsventil zur Probeneinführung; eine Ionenchromatographiesäule, die das Trennen der zu untersuchende Spezies zuläßt; und optional eine Überwachungssäule, die mit mit einem Material gefüllt ist, das ähnlich ist zu der Füllung in der Analysesäule.
Wie aus der vorangegangenen Erläuterung entnommen werden kann, sind einige der mit dem System und dem Verfahren der Anmelderin verknüpften Vorteile, die, daß keine separaten Regenerierungsreagenzien oder Pumpen benötigt werden und keine chemischen Abfallprodukte (außer dem Detektorausfluß, der in jedem IC-System erzeugt wird) erzeugt wird. Das System kann ohne empfindliche Membranen verwendet werden und toleriert hohe Rückströmdrücke für eine höhere Verläßlichkeit als membranbasierte Geräte. Das System ist weiterhin kompatibel mit elektroaktiven Elutionsmittel und organischen Lösungsmitteln und arbeitet gleich gut mit allen herkömmlichen SIC Elutionsmitteln, wobei die Nachteile, die mit den selbstregenerierenden Suppressoren nach dem Stand der Technik verbunden sind, überwunden werden.
2. Alternative Ventilanordnungen
Mit Bezug zu den 8C und 8D wird eine alternative Ventilanordnung mit 10 Anschlüssen dargestellt. In 8C ist der Suppressor 212 der aktive Suppressor, wie dies zuvor beschrieben wurde. Bevor der Suppressor 212 verbraucht ist, wird der Analysesäulenausfluß umgeleitet, wie dies in 8D dargestellt ist. In 8D ist der Suppressor 214 der aktive Suppressor und der Detektorausfluß wird vom Detektor 218 durch das 10 Anschlüsse-Umschaltventil 210 zum Suppressor 212 geleitet, um den Suppressor 212 durch Elektrolyse des Detektorausflusses zu regenerieren, wie dies zuvor beschrieben wurde. Wie der Fachmann weiß, ist es kritisch, daß die Anode an einer Einlaß- (stromaufwärts) Seite des Suppressors angeordnet ist, um das Kationenaustauschharz sowohl im Suppressor 212 als auch im Suppressor 214 zu regenerieren.
Ventilanordnungen, die sich von dem obenbeschriebenen 10 Anschlüsse-Schaltventil unterscheiden, können ebenfalls in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Bezüglich der 9A und 9B kann ein 6 Anschlüsse-Ventil 240 verwendet werden. In 9A wird der chromatographische Ausfluß von der Analysesäule 208 durch das 6 Anschlüsse-Schaltventil 240 zur Suppressorsäule 212 und zum Detektor 218 geführt, in dem die Probenionen nachgewiesen werden. Entsprechend 9B wird, wenn die Säule 212 verbraucht ist und regeneriert werden muß, das 6 Anschlüsse-Schaltventil 240 so geschaltet, daß der Säulenausfluß von der Analysesäule 208 zu einem Füllbettsuppressor 242 mit einem starken Kationenaustauschharz in hydrogener Form (d. h. während Anionenanalyse) geführt wird. Das Kationenaustauschharz kann so gestaltet sein, wie dies zuvor beschrieben wurde. In dem Füllbettsuppressor 242 wird der Analysensäulenausfluß (wäßriges Natriumhydroxid oder wäßriges Natriumcarbonat/bicarbonat) in Wasser oder Kohlensäure umgewandelt. Der Ausfluß des Füllbettsuppressors wird dann durch den Detektor 218 zu der verbrauchten Säule 212 geführt, in der das Wasser des Ausflusses des Füllbettsuppressors die Elektrolyse an der Säule 212 speist, um die Suppressorsäule 212 zu regenerieren.
In diese Anordnung wird lediglich eine Suppressorsäule 212 für die Analyse verwendet. Die elektrochemische Regenerierung der Suppressorsäule 212 kann zwischen Injektionen, nach jeder Injektion bevor die Proben-Anionen von der Analysesäule 208 herausgelöst werden oder jederzeit, wenn nötig, durchgeführt werden. Das Füllmaterial im Füllbettsuppressor 242 kann mit einem Farbmittel beschichtet sein, um eine Farbanzeige für seinen Zustand zu liefern. Der Füllbettsuppressor 242 braucht lediglich einmal im Monat oder weniger, abhängig von seiner gesamten Kapazität, ersetzt werden. Da der Füllbettsuppressor 242 während der chromatographischen Analyse nicht verwendet wird, ist seine Größe keiner Beschränkung unterworfen.
Entsprechend einem weiteren Gesichtspunkt dieser Erfindung kann in dem System ein 4 Anschlüsse-Schaltventil 246 benutzt werden, wie dies in den 10A und 10B dargestellt ist. In 10A wird der Analysesäulenausfluß von der Analyse 820 durch das 4 Anschlüsse-Schaltventil 246 zur Suppressorsäule 212 geführt. Der Suppressorausfluß wird dann zum Detektor 218 (wo die Proben-Anionen nachgewiesen werden) und anschließend zu den Abfallprodukten weitergeleitet. Wenn die Suppressorsäule 212 verbraucht ist und regeneriert werden muß, wird das 4 Anschlüsse-Schaltventil 246 so geschaltet, daß der Ausfluß der Analysesäule durch den Füllbettsuppressor 242 mit einem starken Kationenaustauschharz in hydrogener Form geleitet wird. Der Ausfluß der Analysesäule wird im Suppressor 242 in Wasser oder Kohlensäure umgewandelt. Der Ausfluß des Füllbettsuppressors wird dann durch das 4 Anschlüsse-Schaltventil 246 zur Säule 212 (vgl. 10B) geführt. Das Wasser im Ausfluß des Füllbettsuppressors speist die Elektrolyse in der Säule 212, um die Säule 212 zu regenerieren, wie dies zuvor beschrieben wurde. Ein Nachteil dieser Anordnung im Vergleich zu den Anordnungen mit dem 6 Anschlüsse-Schaltventil 240 oder dem 10 Anschlüsse-Schaltventil 210 ist der, daß die während der Elektrolyse erzeugten Gase durch den Detektor 218 strömen, bevor diese zu den Abfallprodukten gelangen. Es können daher Gasblasen im Inneren des Detektors 218 eingefangen werden und starkes Hintergrundrauschen erzeugen.
3. Suppressor für Kationenanalyse
Wie der Fachmann leicht erkennt, können die gleichen Systemkonfigurationen, die zuvor beschrieben wurden, als Kationensuppressoren verwendet werden, wenn die Polarität der zuvor beschriebenen Suppressorsäulen umgekehrt und die chromatographischen Füllmaterialien von einem Kationenaustauschfüllmaterial zu einem Anionenaustauschfüllmaterial geändert werden. In der Kationenanalyse ist das Elutionsmittel üblicherweise eine Lösung einer Säure, wie etwa Salzsäure, Salpetersäure, Diaminpropion-saures Wasserstoffchlorid oder Methanschwefelsäure. Sowohl Anionenaustauschharze oder mit Anionenaustauschteilichen imprägnierte Membranen können als Anionenaustauschmaterial fungieren. Bevorzugte Anionenaustauschmaterialien beinhalten primäre, sekundäre, tertiäre oder vierfache amin-funktionalisierte anorganische oder organische Teilchen. Die am meisten bevorzugten Austauschfüllmaterialien umfassen vierfache amin-funktionalisierte anorganische oder organische Teilchen.
In der Kationenanalyse finden in der Suppressorsäule die folgenden Reaktionen statt (wobei Salzsäure das Elutionsmittel ist und das Anionenaustauschmaterial vierfache amin-funktionalisierte Teilchen enthält): 1. Elutionsmittel: HCl + Harz- NH₄ ⁺ OH^– → Harz – NH₄ ⁺Cl^– + H₂O 2. Analytikum: XCl + Harz-NH₄ ⁺OH^– → Harz – NN₄ ⁺Cl^– + XOH wobei X = Kationen (Na, K, Li; Mg, Ca, etc.)
Um die Suppressorsäule in einer Kationenanalyse zu regenerieren, ist die Anordnung der Anode und Kathode umgekehrt zu derjenigen in der Anionenanalyse (d. h., die Kathode ist an der Seite des Suppressors angeordnet, an der der Detektorausfluß in die Suppressorsäule eindringt). Während der Elektrolyse findet die folgende Reaktion an der Kathode statt: 2H₂O + 2e^– → H₂ + 2OH^–
Die freigesetzten Hydroxidionen werden durch die Säule geleitet, um das Harz in der Chloridform (verbrauchtes Anionenaustauschmaterial) entsprechend der folgenden Reaktion in die Hydroxidform zurückzuverwandeln: Harz-NH₄ ⁺Cl^– + OH^– → Harz-NH₄ ⁺OH^– + CL^–
Die diversen zuvor beschriebenen Ventilanordnungen können ebenso für die Kationenanalyse verwendet werden.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Notwendigkeit zum Umschalten zwischen Suppressoren vermieden werden. Anstatt dem Detektorausfluß durch ein Schaltventil zu leiten, um den nichtaktiven Suppressor zu regenerieren, während der aktive Suppressor in Verwendung ist, kann das Elutionsmittels selbst verwendet werden, um dem verbrauchten Suppressor zu regenerieren. In dieser Ausführungsform strömt das wäßrige Elutionsmittel durch die Separatorsäule zur verbrauchten (oder teilweise verbrauchten) Suppressorsäule. Abhängig davon, ob Kationen- oder Anionenanalyse gerade durchgeführt wurde, werden entweder Hydroxid (Kationenanalyse) oder Wasserstoff (Anionenanalyse)-Ionen an der stromaufwärtsliegenden Elektrode erzeugt. Die Hydroxid- oder Wasserstoffionen werden dann durch den Suppressor geleitet, um diesen dann entweder in seine Hydroxid- oder Wasserstofform zurückzuverwandeln. Der Vorteil dieser Ausführungsform ist, daß keine Notwendigkeit für zwei Suppressorsäulen und die damit verbundenen Schaltventile zum Umschalten zwischen den Suppressoren besteht. Wie der Fachmann erkennt, wird in dieser Ausführungsform allerdings die Analyse unterbrochen, während der Suppressor regeneriert wird. Ferner konkurrieren die Proben- Gegenionen im Elutionsmittel mit entweder den Wasserstoff- oder Hydroxidionen in der Suppressorsäule und daher wird eine vollkommene Rückwandlung des verbrauchten Suppressor in entweder die Hydroxid- oder Wasserstofform nicht erreicht. Durch Steuerung des Stroms und des Elutionsmittelflusses kann allerdings die Wasserstoff oder Hydroxidumwandlung gegenüber den Proben- Gegenionen begünstigt werden. Obwohl das vorangegangene Verfahren zur Regenerierung eines Suppressors in erster Linie zur Anwendung in einem Einsuppressorsystem ausgestaltet ist, kann dieses auch zur Regenerierung verbrauchter Suppressoren in einem System, das zwei oder mehrere Suppressoren verwendet, angewendet werden.
Entsprechend einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Membransuppressor vorgesehen. Bezüglich 24 ist ein Gehäuse 300 vorgesehen, das einen ersten Ausflußkanal 301, der durch eine Membrane 301a definiert ist, umfaßt. Die Membrane 301a ist vorzugsweise aus Nafion hergestellt, das ein semipermeables Plastikmaterial ist, daß behandelt wurde, um austauschbare Ionenplätze (nicht gezeigt) zu enthalten, wie dies hierin zuvor beschrieben wurde. Ringförmige Elektroden 302 und 303 sind jeweils an dem stromaufwärtigen und stromabwärtigen Ende des Gehäuses 300 angeordnet. Die Elektroden können so gestaltet sein, wie dies zuvor beschrieben wurde. Die Membrane 301a wird durch ein Ionenaustauschfüllmaterial 309 verstärkt. Neben der Verstärkung der Membrane 301a gegenüber dem Außendruck, der vom durch den Kanal 301 fließenden Fluid erzeugt wird, schließt das Füllmaterial 309 ebenso einen durch die Elektroden 302 und 303, Stromsäule 306 und Ionenaustauschfüllmaterial 309 gebildeten Stromkreis. Das Ionenaustauschfüllmaterial 309 umfaßt vorzugsweise die gleichen funktionalen Gruppen wie die funktionalisierte Membrane 301a. Entsprechend dieser Ausführungsform kann der Suppressor als ein kontinuierlich regenerierter Membranensuppressor wirken und wird insbesondere in bezug auf Anionenanalyse unter Verwendung von einem wäßrigen Natriumhydroxidelutionsmittel erläutert. Diese Ausführungsform kann allerdings leicht auf die Kationenanalyse, sowie auf die Verwendung mit anderen anorganischen oder organischen Elutionsmitteln angepaßt werden, wie der Fachmann leicht erkennen wird.
Bezüglich 24 umfaßt die Membran 301a vorzugsweise austauschbare Wasserstoffionen. In ähnlicher Weise umfaßt das verstärkende Ionenaustauschfüllmaterial 309 vorzugsweise Wasserstoffionen. Die Proben-Anionen und das Elutionsmittel (nicht gezeigt) werden durch den ersten Ausflußkanal 301 geleitet, wobei die Gegenionen (Na⁺ in diesem Beispiel) der Proben-Anionen die Wasserstoffionen an der Membrane 301a ersetzten. Ausgetauschte Wasserstoffionen verbinden sich mit den Proben-Anionen, um hochleitfähige Säuren der Proben-Anionen zu bilden. Ebenso verbinden sich die ausgetauschten Wasserstoffionen mit den Elutionsmitteln Co-Ionen der Probenionen (beispielsweise OH^– in diesem Beispiel), um wenig leitfähiges Wasser zu bilden. Die Proben-Anionen (in ihrer Säureform) und Wasser werden durch den Detektor geführt, in dem die Probenionen nachgewiesen werden. Der Detektorausfluß oder eine weitere externe Quelle einer wasserenthaltenden Lösung werden dann durch einen zweiten Ausflußkanal 310 geleitet, während die Stromversorgung 306 eingeschaltet wird. Es wird ein elektrischer Strom über dem Ionenaustauschfüllmaterial 309 erzeugt. Die stromaufwärtige Elektrode 303 wirkt als Anode und das Wasser im Detektorausfluß wird elektrolysiert, so daß unter anderem Wasserstoffionen erhalten werden. Die Wasserstoffionen wandern dann durch das Füllmaterial 309 zur Membrane 301a, in der die Wasserstoffionen die Natriumionen an der Membrane 301a ersetzen. Indem die Stromversorgung 306 eingeschaltet bleibt, kann eine kontinuierliche Zufuhr von Wasserstoffionen an der Elektrode 303 erzeugt werden, die kontinuierlich der Membrane 301a zugeführt werden, wobei die Membrane 301a beliebig in einer unterdrückenden bzw. aktiven Form gehalten wird. Wie der Fachmann erkennt, kann das Gehäuse 300 röhrenförmig geformt sein, so daß das Füllmaterial 309 konzentrisch zur Membrane 301a angeordnet ist. Alternativ kann das Gehäuse rechteckig geformt sein, so daß das Füllmaterial 309 zu den eben geformten Membranen 301a an der Seite der Membrane gegenüber dem Kanal 301 benachbart ist. Weiterhin kann das Füllmaterial 309 ebenso im Kanal 301 für eine erhöhte Suppressorkapazität und für vermehrte Verstärkung der Membran 301a, um einen Membranenriß zu vermeiden, angeordnet sein.
4. Chromatographie mit hochreinem Elutionsmittel
Die in 1 dargestellte Säule kann ebenso vorteilhafterweise in einem Verfahren und einem Apparat zur Erzeugung eines hochreinen Elutionsmittels eingesetzt werden. Bezüglich 11A ist eine Quelle 100 deionisierten Wassers vorgesehen. Eine zuvor beschriebene Pumpe 102 ist mit der Wasserquelle 100 verbunden. Stromabwärts von der Pumpe 102 ist ein Probeninjektor 104 angeordnet. Stromabwärts vom Probeninjektor 104 befinden sich drei Säulen 112, 120 und 122, die in Reihe angeordnet sind. Die Säule 112 ist vorzugsweise so aufgebaut, wie dies in 1 dargestellt ist. Eine elektrische Stromversorgung 116 ist mit der Säule 112 verbunden. Die Säule 120 ist eine Analysesäule (beispielsweise Chromatographie), die mit einem Chromatographiefüllmaterial (nicht gezeigt) gefüllt ist. Die Säule 122 ist vorzugsweise ebenso wie in 1 dargestellt, aufgebaut und ist zur Anwendung als ein chemischer Festphasensuppressor in diese Ausführungsform ausgestaltet. Stromabwärts der Säulen 112, 120 und 122 ist ein Leitfähigkeitsdetektor 118 angeordnet, der so gestaltet ist, wie dies zuvor beschrieben wurde. Schließlich ist stromabwärts vom Detektor 118 ein Rückstromdruckventil 144 und ein Ionenaustauschbett 146 angeordnet, die ebenso gestaltet sind, wie dies zuvor beschrieben wurde.
Für die Anionenanaylse ist die Säule 112 für die Anwendung als ein Elutionsmittelerzeugende Quelle ausgestaltet und ist mit einem Kationenaustauschfüllmaterial (nicht gezeigt) gefüllt. Das Füllmaterial umfaßt vorzugsweise austauschbare Natriumionen. Die Säule 120 ist mit einem Anionenaustauschfüllmaterial (nicht gezeigt) gefüllt, das nach der zuvor beschriebenen Art ausgewählt wird. Schließlich ist die Säule 122 mit einem Kationenaustauschfüllmaterial (nicht gezeigt), das austauschbare Wasserstoffionen enthält, gefüllt und wird so ausgewählt, wie dies zuvor beschrieben wurde. Die Stromversorgung 116 ist mit einer Anode (nicht gezeigt), die am stromaufwärtigen Ende der Säule 112 angeordnet ist, und mit einer Kathode (nicht gezeigt), die am stromabwärtigen Ende der Säule 112 angeordnet ist, verbunden. Ein hochreines Elutionsmittel für Anionenanalyse wird wie folgt erzeugt.
Das wasserenthaltende Elutionsmittel wird durch die Elutionsmittel-erzeugende Säule 112 geführt. Die Stromversorgung 116 wird eingeschaltet, wodurch ein zur Wasserelektrolyse ausreichender Strom über die Natriumform des Kationenaustauschfüllmaterials (nicht gezeigt) in Säule 112 erzeugt wird. An der Anode (nicht gezeigt), die am stromaufwärtigen Ende der Säule 112 angeordnet ist, unterliegt das wasserenthaltende Elutionsmittel der Elektrolyse, wodurch Wasserstoffionen, wie zuvor beschrieben, erzeugt werden. Eine Kathode (nicht gezeigt), die am stromabwärtigen Ende der Säule 112 angeordnet ist, erzeugt die Elektrolyse des wasserenthaltenden Elutionsmittels Hydroxidionen, wie dies zuvor beschrieben wurde. Die am stromaufwärtigen Ende der Säule 112 erzeugten Wasserstoffionen fließen über die Natriumform des Kationenaustauschfüllmaterials und ersetzen die Natriumionen. Die freigesetzten Natriumionen verbinden sich mit den am stromabwärtigen Ende der Säule 112 erzeugten Hydroxidionen, um ein hochreines Natriumhydroxidelutionsmittel zu bilden.
Die Proben-Anionen (die entweder vor oder nach der Elutionsmittel-erzeugenden Säule 112 injiziert werden können) und das hochreine Natriumhydroxid-Elutionsmittel werden dann durch die Analysesäule 120 geleitet, in der die Proben-Anionen dann getrennt werden. Der Ausfluß der Analysesäule wird dann von der Säule 120 zum chemischen Festphasensuppressor 122 geführt. Die Proben-Anionen werden in ihre hochleitfähigen Säuren durch Austauschen ihrer Gegenionen mit den Wasserstoffionen an der Wasserstofform des Kationenaustauschfüllmaterials im Suppressor 122 umgewandelt. In ähnlicher Weise wird das Natriumhydroxidelutionsmittel durch Austausch seiner Natriumionen mit den Wasserstoffionen an der Wasserstofform des Kationenaustauschfüllmaterials im Suppressor 122 in relativ nichtleitendes Wasser umgewandelt. Der Suppressorausfluß wird dann vom Suppressor 122 zum Detektor 118 geführt, in dem die Proben-Anionen nachgewiesen werden. Der Detektorausfluß wird dann durch den Rückstromdruckregulator 144 zum Ionenaustauschbett 146 geleitet. Für Anionenanalyse enthält das Ionenaustauschbett 146 ein Anionenaustauschfüllmaterial mit austauschbaren Hydroxidionen und wird so gewählt, wie dies zuvor beschrieben wurde. Die Proben-Anionen ersetzen die Hydroxidionen im Ionenaustauschbett 146. Die freigesetzten Hydroxidionen verbinden sich mit den Wasserstoffgegenionen der Proben-Anionen, um Wasser zu bilden. Das Wasser wird dann zurück zur Wasserquelle 100 geführt.
Wie der Fachmann erkennt, kann die vorstehende Methode zusätzlich zur Erzeugung eines hochreinen Elutionsmittels günstigerweise in einem Verfahren zur Gradientenelutionschromatographie durch Steuerung der Menge des in Säule 112 erzeugten Natriumhydroxidelutionsmittels verwendet werden. Die Höhe des Stroms in Säule 112 ist um so größer, je höher die Konzentration des Natriumhydroxids ist, das in Säule 112 erzeugt wird.
Wenn die Säulen 112 und 122 verbraucht sind, d. h., das Ionenaustauschfüllmaterial ist jeweils in die Wasserstofform und in die Natriumform umgewandelt, können diese regeneriert werden, sowohl im Betriebszustand als auch außer Betrieb. Die Inbetriebregenerierung kann entsprechend den folgenden Schritten durchgeführt werden. Bezüglich 11b wird das wasserenthaltende Elutionsmittel zurückgeführt und in die Säule 122 geleitet. Eine elektrische Stromversorgung 123 ist vorgesehen. Die Stromversorgung 123 ist mit einer Anode (nicht gezeigt), die am stromaufwärtigen Ende der Säule 122 angeordnet ist, und mit einer Kathode (nicht gezeigt), die am stromabwärtigen Ende der Säule 122 angeordnet ist, verbunden. Das wasserenthaltende Elutionsmittel gelangt am Anodenende (nicht gezeigt) der Säule 122 in die Säule 122. Die Stromversorgung 123 wird angeschaltet, um damit einen zur Wasserelektrolyse ausreichenden Strom über das Kationenaustauschfüllmaterial ( jetzt in der Natriumform) in Säule 122 zu erzeugen. Am Anodenende der Säule 122 werden durch die Elektrolyse des wasserenthaltenden Elutionsmittels, wie dies zuvor beschrieben wurde, Wasserstoffionen erzeugt. Ebenso werden am Kathodenende der Säule 122 durch die Elektrolyse des Wassers, wie dies zuvor beschrieben wurde, Hydroxidionen erzeugt. Die Wasserstoffionen werden über die Natriumform des Kationenaustauschfüllmaterials in Säule 122 gelenkt und ersetzten die Natriumionen, wodurch das Kationenaustauschharz wieder in seine Wasserstofform umgewandelt wird. Die frei gesetzten Natriumionen und die Überschußwasserstoffionen, die vom Anodenende der Säule 122 erzeugt wurden, verbinden sich mit den Hydroxidionen, die am Kathodenende der Säule 122 erzeugt wurden, um ein hochreines Natriumhydroxid und Wasserelutionsmittel zu bilden.
Das hochreine Natriumhydroxidelutionsmittel (sowie auch beliebige nachzuweisende Proben-Anionen) wird durch die Analysesäule 120 geleitet, in der beliebige Proben-Anionen getrennt werden, wie dies zuvor erläutert wurde, und dann zur Säule 112 geleitet. Das verbrauchte Kationenaustauschfüllmaterial in Säule 112 ist in der Wasserstofform. Die Wasserstoffionen am verbrauchten Kationenaustauschmaterial in Säule 112 werden durch Natriumionen im Natriumhydroxidelutionsmittel ersetzt, wodurch das Kationenaustauschfüllmateral wieder in seine Natriumfonn regeneriert wird. Die freigesetzten Wasserstoffionen verbinden sich mit den Hydroxidionen im Elutionsmittel, um relativ wenig leitendes Wasser zu bilden. Das Wasser (und Proben-Anionen) werden dann durch einen Detektor (nicht gezeigt) geführt, in dem die Proben-Anionen nachgewiesen werden. Der Detektorausfluß wird dann durch ein Ionenaustauschbett (nicht gezeigt) geleitet, in dem die Proben-Anionen zurückgehalten und Hydroxidionen freigesetzt werden und mit den Wasserstoffgegenionen der Proben-Anionen zur Bildung von Wasser, wie dies zuvor beschrieben wurde, verbinden. Das Wasser wird dann zur Wasserquelle 100 geführt.
Das vorangegangene Verfahren und der Apparat können ebenso zur Erzeugung eines hochreinen Elutionsmittels für Kationenanalyse verwendet werden. In dieser Ausführungsform ist die Säule 112 mit Anionenaustauschfüllmaterial, das vorzugsweise austauschbare Chloridionen enthält, gefüllt. Die Säule 120 ist mit einem Kationenaustauschfüllmaterial, das vorzugsweise austauschbare Wasserstoffionen enthält, gefüllt, und die Suppressorsäule 122 ist mit einem Anionenaustauschfüllmaterial mit austauschbaren Hydroxidionen gefüllt.
11C zeigt schematisch ein alternatives Verfahren und einen Apparat zur Erzeugung eines hochreinen Elutionsmittels und eines Gradienten. In dieser Ausführungsform kann die das Elutionsmittel-erzeugende Säule 113 eine ersetzbare Patrone, die entweder mit Anionen- oder Kationenaustauschfüllmaterial bezüglich der Elutionsmittel-erzeugenden Säule 112 gefüllt ist, wie dies zuvor beschrieben wurde (vgl. 11a und den dazugehörigen Text in der Beschreibung), umfassen. Die Probe wird ebenfalls stromabwärts von der Elutionsmittel-erzeugenden Säule 113 eingeführt.
In einer noch weiteren Ausführungsform können Salzgradienten erhalten werden. Beispielsweise können zwei Säulen, die in 1 dargestellt sind, in Reihen angeordnet sein; eine Säule ist mit einem Kationenaustauschfüllmaterial (d. h. die Kationensäule) und die andere Säule ist mit einem Anionenaustauschfüllmaterial (d. h. die Anionensäule) gefüllt. Das Elutionsmittel wird durch die Säulen geführt, während diesen Säulen ein Strom eingeprägt wird, wie dies zuvor beschrieben wurde. An der stromaufwärtigen Elektrode der Kationensäule werden Wasserstoffionen erzeugt und diese strömen durch die Kationensäule, um die Kationen in der Kationensäule zu ersetzen. Ähnlich werden an stromaufwärtigen Elektrode der Anionensäule Hydroxidionen erzeugt und diese werden durch die Anionensäule geführt, um die Anionen in der Anionensäule zu ersetzten. Die von der Kationensäule freigesetzten Kationen und die von der Anionensäule freigesetzten Anionen verbinden sich und bilden ein Salz. Somit kann ein Gradient eines relativ reinen Salzes wie beispielsweise Natriumchlorid erhalten werden, indem die Kationensäule mit austauschbarem Natriumionen und die Anionensäule mit austauschbaren Chloridionen gefüllt wird. Wie der Fachmann erkennt, ist ein Natriumchloridgradient zur Trennung von Spezien wie etwa Protein, die einen in etwa neutralen pH Wert und eine relativ hohe Ionenstärke haben, wünschenswert. Diese Kationen- und Anionensäulen können, wenn sie verbraucht sind, ebenso regeneriert werden, wie dies zuvor erläutert wurde.
5. Kombination mit hydrophoben Füllmaterial (hydrophober Suppressor)
Die in 1 dargestellte Säule kann ebenso mit einer hydrophoben Suppressorsäule verwendet werden, die besonders nützlich im Verfahren zur anorganischen Anionenanalyse unter Verwendung von anorganischen Anionen als Elutionsmittel ist. Bezüglich 12A werden die Proben-Anionen und das Elutionsmittel (das ein organisches Anion enthält) durch die Analysesäule 8 geleitet. Die Analysesäule 8 ist mit einem Anionenaustauschfüllmaterial (nicht gezeigt) gefüllt, wie dies zuvor beschrieben wurde. Die Proben-Anionen werden somit in der Analysesäule 8 entsprechend der Verfahren, die dem Fachmann bekannt sind, getrennt.
Der Ausfluß der Analysesäule wird dann zur Suppressorsäule 12 geführt, die vorzugsweise so aufgebaut ist, wie dies in 1 dargestellt ist, und die mit einem Kationenaustauschfüllmaterial (für die Anionenanalyse) gefüllt ist. Das Kationenaustauschfüllmaterial enthält vorzugsweise austauschbare Wasserstoffionen (nicht gezeigt), wie dies zuvor beschrieben wurde. Das organische Anionenelutionsmittel wird in seine organische Säureform durch Ionenaustausch mit dem Kationenaustauschfüllmaterial in der Suppressorsäule 12 umgewandelt. Ähnlich werden die Proben-Anionen in ihre hochleitfähige Säureform durch Ionenaustausch mit dem Kationenaustauschmaterial in Säule 12 umgewandelt.
Zwei der Ionenaustauschreaktionen, die in der Suppressorsäule stattfinden, sind somit: 1) Elutionsmittel: Na + -organisches Anion + Harz-SO₃ ^–H⁺ → Harz-SO₃ ^–Na⁺ + organische Säure 2) Analytikum: NaX + Harz-SO₃ ^–H⁺ → Harz-SO₃ Na⁺ + HX wobei X = Anionen (Cl, NO₂ Br, etc.).
Der Ausfluß der Suppressorsäule wird dann zu einem hydrophoben Suppressor 50b geführt, der mit einem organischen oder anorganischen Inversphasenfüllmaterial (nicht gezeigt) und vorzugsweise mit einem organischen Inversphasenfüllmaterial gefüllt ist. Das bevorzugte Inversphasenfüllmaterial enthält Polystyrendivinylbenzolcopolymer. Das organische Säure-Elutionsmittel wird am Füllmaterial in Säule 50b angelagert und zurückgehalten. Die anorganischen Proben-Anionen (die in ihrer Säureform vorliegen), haften nicht an dem hydrophoben Suppressor 50b und werden zum Leitfähigkeitsdetektor 18 als hochleitfähige Säuren in einem Wasserstrom geführt, und werden dort nachgewiesen. Dieses Gerät hebt deutlich das Signal zu Rauschenverhältnis, wie das auch andere Suppressoren tun, es kann aber mit einem größeren Bereich von Elutionsmitteln, Säulen und Verfahren verwendet werden.
Die Kombination der Säule der vorliegenden Erfindung mit einem hydrophoben Suppressor kann verwendet werden, um kontinuierlich regenerierbare Suppressoreinheiten 52a und 52b, die in den 12a und 12b dargestellt sind, aufzubauen.
Das in den 12A und 12B dargestellt System arbeitet gut bis entweder das Kationenaustauschfüllmaterial in den Säulen 12 oder 14 verbraucht ist (in die Natriumform umgewandelt) oder bis die Kapazität der hydrophoben Suppressoren 50a oder 50b für die Anlagerung des Elutionsmittels aus organischer Säure überschritten ist. Die relativen Bettgrößen für die Suppressorsäulen 12 und 14 und die hydrophoben Suppressoren 50a und 50b werden vorzugsweise so gewählt, daß die Kapazität der Suppressorsäulen 12 und 14 vor der Kapazität der hydrophoben Suppressoren 50a oder 50b überschritten ist.
Bezüglich den 12A und 12B werden jeweils zwei solcher hydrophober Suppressoreinheiten 52 und 52b in einer beliebigen zuvor beschriebenen Ventilanordnung verwendet. Bevor die erste hydrophobe Suppressoreinheit 52a verbraucht ist, wird das Ventil 10 umgeschaltet (vgl. 12b) und der Detektorausfluß wird wieder zur verbrauchten hydrophoben Suppressoreinheit 52b geführt. Der Detektorausfluß enthält die anorganischen Proben-Anionen in ihrer Säureform und Wasser. Das Wasser im Detektorausfluß wird verwendet, um die Elektrolyse zur Regenerierung der verbrauchten hydrophoben Suppressoreinheit 52b zu speisen. Dies wird wie folgt erreicht.
Der Detektorausfluß wird zur Suppressorsäule 12 geführt und die Stromversorgung 16b wird eingeschaltet, um einen für die Elektrolyse von Wasser ausreichenden Strom über das verbrauchte Kationenaustauschfüllmaterial in Säule 12 zu erzeugen. Die Anode ist am stromaufwärtigen Ende der Suppressorsäule 12 angeordnet. Wasserstoffionen werden somit an der stromaufwärtigen Seite der Suppressorsäule 12, wie dies zuvor beschrieben wurde, erzeugt. Die Wasserstoffionen werden dann durch die Säule 12 geleitet und ersetzen die Proben und Elutionsmittelgegenionen am verbrauchten Kationenaustauschfüllmaterial, wodurch das Füllmaterial regeneriert wird. Die an der am stromabwärtigen Ende der Suppressorsäule 12 angeordneten Kathode erzeugten Hydroxidionen verbinden sich mit den freigesetzten Proben und Elutionsmittelgegenionen von der Säule 12 um ihre Hydroxide zu bilden.
Diese Hydroxide werden dann, bevor sie zu den Abfallprodukten geführt werden, durch den hydrophoben Suppressor 50b geführt. Es ist wohl bekannt, daß organische Säuren in ihren ionisiertem Zustand nur sehr schlecht an hydrophoben Füllmaterialien haften. Somit werden, wenn die Hydroxide durch den hydrophoben Suppressor 50b geleitet werden, die stark absorbierenden organischen Säuren in schwachabsorbierenden ionisierten Salze umgewandelt, wodurch bewirkt wird, daß diese vom hydrophoben Suppressor 50b desorbiert werden. Der Ausfluß des hydrophoben Suppressors wird dann durch 10 Anschlüsse-Schaltventil 210 zu den Abfallprodukten geleitet. Auf diese Weise werden sowohl der hydrophobe Suppressor 50b als auch die Suppressorsäule 12 gleichzeitig regeneriert.
Eine ähnliche Konfiguration ist auch für die hydrophobe Suppression in der Kationenanalyse vorstellbar, mit Ausnahme, daß die Polarität der Suppressorsäulen 12 und 14 vertauscht sind, und die Suppressorsäulen mit einem Anionenaustauschfüllmaterial mit austauschbaren Hydroxidionen gefüllt ist. Es kann aber auch das gleiche hydrophobe Suppressorfüllmaterial, das zuvor für die Anionenanalyse beschrieben wurde, ebenso für die Kationenanalyse benutzt werden.
6. Andere Anwendungen
Wie der Fachmann leicht aus der vorangegangenen Oftenbarung entnehmen kann, können die Säulen und Verfahren der vorliegenden Erfindung ebenso in einer Vielzahl anderer Anwendungen eingesetzt werden. Beispielsweise kann die in 1 dargestellte Säule als ein Probenvorbehandlungsgerät verwendet werden, um den pH Wert von basischen Proben zu verringern oder den pH Wert von sauren Proben zu erhöhen. Die Säulen, die einen Teil der vorliegenden Erfindung bilden, können mit einem Kationenaustauschfüllmaterial in der Wasserstofform gefüllt werden, wie dies zuvor beschrieben wurde, und können verwendet werden, den pH der Probe zu verringern, indem Hydroxide oder Carbonat entfernt werden. Wenn die Kationenaustauschfüllung verbraucht ist, kann diese elektrochemisch regeneriert werden, wie dies zuvor beschrieben wurde. Andererseits können die Säulen mit einem Anionaustauschfüllmaterial, wie dies zuvor beschrieben wurde, gefüllt werden, um den pH Wert der Probe zu verringern oder Wasserstoffionen zu entfernen. Wenn das Anionaustauschfüllmaterial verbraucht ist, kann dies elektrochemisch regeneriert werden, wie dies zuvor beschrieben wurde.
Die in 1 dargestellte Säule kann ebenso für spätere Reaktionen in der Säule, die pH Wert abhängig sind, benutzt werden. Beispielsweise können die Säulen der vorliegenden Erfindung ebenso verwendet werden, Festphasenreagentien-Suppressoren (SPR) zu regenerieren. Im SPR wird nach der Säule eine wäßrige Suspension von Harzteilchen mit Submikrometergröße zum Elutionsmittelstrom hinzugefügt, um das Elutionsmittel chemisch zu unterdrücken. Die US Patentschrift Nr. 5,149,661 gibt eine ausführliche Erläuterung von SPR. Durch Verwendung der Säule und der Verfahren gemäß der vorliegenden Beschreibung, um Elektrolyse des Detektorausflusses durchzuführen, können die freigesetzte Wasser- oder Hydroxidionen elektrochemisch das Reagenzmittel regenerieren und dieses kann während des Betriebs rezirkuliert werden.
Die in 1 dargestellte Säule kann ebenso als Vorkonzentrationsgerät für die Ionenanalyse ausgestaltet sein. Die Säule kann mit einem beliebigen der zuvor beschriebenen chromatographischen Füllmaterialien gefüllt sein. Proben, die Komponenten mit einer starken Anziehungskraft zu den ausgewählten Füllungen enthalten, können durch die Säule geleitet werden, in der sie in der darin enthaltenen Füllung zurückgehalten werden. Anschließend wird Wasser durch die Säule geleitet und Strom zugeführt, um die Probe herauszulösen, wie dies zuvor beschrieben wurde. Sehr große Volumina von verdünnten Proben können durch die Säule geführt werden. Die zurückgehaltene Masse der Probe kann elektrochemisch mit einem sehr viel kleineren Volumen und mit einer sehr viel höheren Konzentration herausgelöst werden, wodurch die nachfolgende Separation und/oder die Detektion durch beispielsweise Chromatographie, atomare Absorption, ICP oder Massenspektrometrie stark gefördert werden.
Wie der Fachmann auf der Grundlage der vorhergehenden Offenbarung erkennen kann, basieren die Apparate und Verfahren auf der elektrochemischen Modifizierung der beweglichen Phase (beispielsweise des Elutionsmittels) um die Retention einer Verbindung oder Spezies an der stationären Phase (beispielsweise das chromatographische Material) zu modifizieren. Somit sind die Vorrichtungen der vorliegenden Beschreibung nicht auf die Verwendung von wasserenthaltenden Elutionsmitteln beschränkt. Vielmehr kann jedes Elutionsmittel, das elektrochemisch modifiziert werden kann, durch die Verwendung in den Verfahren und Apparaten der vorliegenden Erfindung als in Frage kommend betrachtet werden. Beispielsweise sind nichtwäßrige Spezies-enthaltende Elutionsmittel ebenso für die Anwendung der vorliegenden Erfindung verwendbar. Geeignete nichtwäßrige Spezies umfassen Alkyl, aromatisch und olefinische Alkohole, Halogene und Thiole; Aromaten in Anwesenheit eines Nucleophils; und organische Säuren, schweflige und salpetrige Säuren (nicht wäßrig). Wenn solche nichtwäßrige Spezien als das Elutionsmittel verwendet werden, können allerdings katalytische Elektroden notwendig sein. Wenn beispielsweise Methylalkohol (beispielsweise Methanol) als Elutionsmittel verwendet wird, können die folgenden Reaktionen an catalytisch aktiven Rheutheniumcyanidelektroden stattfinden: Anode: CH₃OH → 2H⁺ + CH₂O + 2e^– Kathode: CH₃O + 2e^– + H⁺ → CH₃OH
Somit kann, wie dies der Fachmann leicht erkennt, durch elektrochemisches Modifizieren der beweglichen Phase (z. B. des Elutionsmittels) die Umgebung des Ausflußkanals modifiziert werden, wodurch die Retention oder Affinität der Verbindung oder Spezies, die am chromatographischen Material im Ausflußkanal zurückgehalten wird, verändert wird.
Schließlich haben die Verfahren und die Säulen der vorliegenden Erfindung weitere, weitreichende Anwendungen außerhalb des Gebiets der Chromatographie. Beispielsweise können die Verfahren und Apparate der vorliegenden Erfindung angewendet werden, um ein selbstregenerierendes, Wasser enthärtendes System für Privathaushalte zu bilden. Beispielsweise können geeignete Chromatographiefüllmaterialien (wie etwa die zuvor beschriebenen Ionenaustauschfüllmaterialien) verwendet werden, um Kationen (beispielsweise die Härte) aus dem Wasser zu entfernen. Wenn das chromatographische Füllmaterial verbraucht ist, kann es durch die Elektrolyse von Wasser regeneriert werden, wie dies zuvor beschrieben wurde. Um einige bestimmte Ausführungsformen darzustellen, werden die folgenden Beispiele angegeben. Die Beispiele sollten aber nicht als sich auf die vorliegende Erfindung beziehend betrachtet werden, deren Schutzbereich durch die nachfolgenden Patentansprüche definiert ist.
Beispiel 1
Beziehung zwischen Strom, Regenerations- oder Elektrolysezeit und Suppressorkapazität oder Lebensdauer
13 zeigt die Beziehung zwischen der Suppressorkapazität einer Säule entsprechend der vorliegenden Erfindung und dem angelegten Strom während der Regenerierung. Die Spannung über der Säule während der Elektrolyse liegt zwischen 3–5 Volt. 14 zeigt die Abhängigkeit zwischen der Suppressorkapazität und der Elektrolyse-Regenerationszeit. Diese Ergebnisse zeigen, daß es eine lineare Abhängigkeit zwischen der Elektrolysezeit, dem Strom und der Suppressorkapazität gibt. Einige der in 13 und 14 gezeigten Kurven haben eine Steigung, die größer als 1 ist und zeigen, daß die Säule der vorliegenden Erfindung schneller elektrochemisch regeneriert werden kann als sie während des Betriebs verbraucht wird. Dies ist zum Funktionieren notwendig, wenn zwischen zwei Säulen hin- und hergewechselt wird.
Beispiel 2
Reproduzierbarkeit des Regenerationsprozesses
Wenn drei Elektrolyseregenerationen wiederholt in der gleichen Säule ausgeführt werden (10 Minuten Elektrolyse bei 400 mA (3/4 Zoll Öffnungsdurchmesser)) werden die folgenden Ergebnisse erzielt:

Versuchsnummer Suppressorkapazität (min)

1 129

2 130

3 132
Diese Ergebnisse zeigen, daß der Regenerierungsprozeß konsistent und reproduzierbar ist.
Beispiel 3
Chromatographie
15 zeigt ein Anionenchromatogramm, das unter Verwendung der Säule der vorliegenden Erfindung als ein Suppressor mit einem Säulendurchmesser von 1 Zoll bzw. 2.5 cm, der mit einem Kationenaustauschfüllmaterial mit schwefliger Säure funktionalisiertem Polystyrendivinylbenzol gefüllt ist, erhalten wird. Die Peaks sind aufgrund von Bandverbreiterung breit, woraus ein Verlust an chromatographischen Wirkungsgrad resultiert. Die Bandverbreiterung beruht auf dem großen Totvolumen in der Suppressorsäule. 16 zeigt ein Chromatogramm von Anionen, das unter Verwendung einer 0,75 cm durchmessenden Zelle, die mit dem gleich CH₃OH dem Kationenaustauschmaterial gefüllt ist, erhalten wurde. Durch Reduzierung des Bettdurchmesser wird die Bandverbreiterung verringert.
Beispiel 4
Elektroelutionsionenchromatographie (Anionenanalyse)

Die folgenden Materialien und Bedingungen werden in diesem Beispiel verwendet:

Säule:	6 mm × 7,5 mm gefüllt mit organischen Teilchen, die für Anionenaustausch funktionalisiert sind (Trimethylammonium funktonalisiertes Divinylbenzolpolymer)
Elutionsmittel:	deionisiertes Wasser
Durchflußrate:	1.0 mL/min.
Detektor:	350 Leitfähigkeitsdetektor
Probe:	Anion (Fluoride, Chloride)
Elektrolyse:	konstante Spannung

Ergebnisse:
17 zeigt eine Trennung von Fluoriden und Chloriden, die an dieser Säule erhalten wurde. Die Elektrolyse wurde bei 28 Volt durchgeführt. Ein Rückstromdruckregulator von 100 psi war am Detektorauslaß installiert, um die Blasenbildung von der Erzeugung von O₂(g) und H₂(g) während der Elektrolyse zu reduzieren.
Beispiel 5
Kationenanalyse unter Verwendung einer elektrochemisch regenerierter Suppressorsäule

Die folgenden Materialien und Bedingungen werden angewendet:

Suppressor	Suppressor A – 7,5 mm ID × 0,9 mm dick Suppressor B – 10 mm ID × 0,31 Zoll dick
Menge der Füllung:	gefüllt mit 0,40 g Anionenaustauschharz in Hydroxidform (Trimethylammonium funktionalisiertes Polystyrendivinylbenzolpolymer) (Suppressoren installiert in 10-Anschlüsse- Micro-Electric-Actuator
Säule:	ALLTECH Universal-Kationensäule (mit Quarzpartikeln beschichtete Polybutadien-Maleinsäure)
Elutionsmittel:	3 mM Methanschwefelsäure
Durchflußrate:	1,0 mL/min.
Detektor:	350 Leitfähigkeitsdetektor
Probe:	Injektionen (A) Lithium, (B) Natrium, (C) Ammonium, (D) Kalium, (E) Magnesium, (F) Calcium, 50 μL Injektion
Elektrolyse:	konstanter Strom mit 79 mA

Ergebnisse
18 zeigt eine Trennung von Kationen, die unter Verwendung einer Säule gemäß der vorliegenden Erfindung als ein Suppressor für Kationenanalyse erhalten wurde.
Beispiel 6
Elektroelutionsionenchromatographie (Kationenanalyse) mit wasserenthaltendem Elutionsmittel

Die folgenden Materialien und Konditionen wurden verwendet.

Säule: 30 mm × 4,6 mm gefüllt ALLTECH Universal-Kationensäule	(Polybutadien-Maleinsäure mit Quarzpartikel beschichtet)
Elutionsmittel:	deionisiertes Wasser, das 0,1 mm Methan-Schwefelsäure enthält
Durchflußrate:	1.0 mL/min.
Detektor:	Model 350 Leitfähigkeitsdetektor
Probe:	Lithium, Natrium Ammonium, Kalium

Ergebnisse
Anfänglich wurde deionisiertes Wasser als Elutionsmittel verwendet. Da eine wesentlich größere Säule (30 mm-sehr hoher Widerstand) verwendet wurde, war das Stromversorgungsgerät nicht in der Lage, Strom für die Elektrolyse zu erzeugen (diese Stromversorgung hat eine obere Grenze von 36 Volt). Es wurde kein Herauslösen von Kationen beobachtet. Es wurde eine geringe Menge an Methan-Schwefelsäure dem Wasser zugesetzt, um den Widerstand des wäßrigen Elutionsmittels zu verringern.
19 zeigt die Trennung der 4 Kationen mit eben dieser 0,1 mm Methan-Schwefelsäure und Wasser als Elutionsmittel (die Stromversorgung wurde abgeschaltet). 20 zeigt die gleiche Trennung mit eingeschaltetem Strom. In 20 wurden die Peaks in wesentlich kürzerer Zeit herausgelöst. Somit werden die Proben-Kationen schneller herausgelöst, wenn die Konzentration der Wasserstoffionen durch Erzeugen eines elektrischen Stromes in der Säule erhöht wird. Die Elektrolyse wurde bei 28 Volt durchgeführt. Wie in 20 dargestellt ist, wurde in der Analyse ein gewisses Grundrauschen festgestellt, das von den während der Elektrolyse von Wasser gebildeten Gasblasen verursacht wurde. Ein Rückstromdruckregulator wurde in dieser Analyse nicht verwendet.
Beispiel 7
Gradientenelektroelutionsionenchromatographie (Anionenanalyse)

Die folgenden Materialien und Bedingungen wurden in diesem Beispiel verwendet:

Säule:	6 mm × 7,5 mm Säule gefüllt mit zum Anionenaustausch funktionalisiert organischen Teilchen (Trimethylammonium funktonalisiertes Divinylbenzolpolymer)
Elutionsmittel:	deionisiertes Wasser
Durchflußrate:	1.0 mL/min.
Detektor:	Model 350 Leitfähigkeitsdetektor Injektion
Probe:	Fluoride (5 ppm), Chloride 10 ppm), Nitrat (10 ppm); 50 μm

Ergebnis
21 zeigt eine Trennung von Fluorid, Chlorid, und Nitrat, die an dieser Säule mit Elektrolyse mit konstantem Strom von 10 mAmp erreicht wurde. Die Retentionszeiten für Fluorid, Chlorid und Nitrat betrugen jeweils 6,31, 8,79 und 18,3 Minuten. 22 zeigt die Trennung der gleichen Komponenten an dieser Säule mit Elektrolyse mit konstantem Strom bei 16 mAmp. Durch Erhöhen des Stromes werden die Retentionszeiten für alle Anionen verringert. Diese Ergebnisse zeigten, daß die Menge an Hydroxidionen, die während der Elektrolyse produziert wird, proportional zur angewendeten Strommenge ist. Durch Ändern des elektrischen Stromes während der Trennung kann die Konzentration des Elutionsmittels verändert werden, wodurch ein Gradient erzeugt wird.

Claims

Verfahren zum Erzeugen eines hochreinen Eluierungsmittel zum Detektieren von Probenionen, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer Wasserquelle (100); Bereitstellen einer Eluierungsmittelerzeugungsquelle (112) mit einem stationären Material (15) in Kommunikation mit einer ersten Elektrode (11) und mit einer zweiten Elektrode (13), wobei das stationäre Material Gegenionen der Probenionen aufweist, und mit einem Strömungspfad (9) in Fluidverbindung mit der Wasserquelle (100) steht; Leiten von Wasser zu der Eluierungsmittelerzeugungsquelle (112) und Durchführen einer Elektrolyse von Wasser, um Elektrolyseionen an der ersten Elektrode (11) mit der gleichen Ladung wie die Proben-Gegenionen und Ionen mit der entgegengesetzten Ladung der Proben-Gegenionen an der zweiten Elektrode (13) zu erzeugen, und um Gegenionen in Richtung der zweiten Elektrode (13) zu treiben; Kombinieren der Elektrolyseionen, die an der zweiten Elektrode (13) erzeugt werden, mit den Proben-Gegenionen, um ein hochreines Eluierungsmittel zu bilden; Leiten der Probenionen und des hochreinen Eluierungsmittels durch eine Analysesäule (120), um die Probenionen zu separieren; und Leiten der separierten Probenionen zu einem Detektor (118), in welchem die Probenionen nachgewiesen werden.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Probenionen Anionen, die Proben-Gegenionen Kationen und die Elektrolyseionen Hydroxidionen aufweisen.
Das Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Proben-Gegenionen Natrium aufweisen.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Probenionen Kationen, die Proben-Gegenionen Anionen und die Elektrolyseionen Wasserstoffionen aufweisen.
Das Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Proben-Gegenionen Chlorid aufweisen.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Probenionen und das hochreine Eluierungsmittel durch einen Suppressor geleitet werden, wobei der Suppressor der Analysesäule nachgeschaltet und im Fluidstromweg vor dem Detektor angeordnet ist.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das stationäre Material ein Chromatographiefüllmaterialumfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 7, das ferner das Freisetzen der Proben-Gegenionen von dem Chromatographiefüllmaterialumfasst.
Vorrichtung zum Detektieren von Probenionen unter Verwendung eines hochreinen Eluierungsmittels, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Wasserquelle (100); eine Eluierungsmittelerzeugungsquelle (112), die ein stationäres Material (15) in Kommunikation mit einer ersten Elektrode (11) und einer zweiten Elektrode (13), wobei das stationäre Material (15) Gegenionen der Probenionen enthält, und einen Fluidströmungsweg (9) in Fluidverbindung mit der Wasserquelle (100) aufweist; eine Analysesäule (120) in Fluidverbindung mit dem Fluidströmungsweg (9) und in Strömungsrichtung hinter der Eluenzerzeugungsquelle (112) positioniert; und einen Detektor (118) in Fluidverbindung mit dem Fluidströmungsweg (9) und stromabwärts von der Analysesäule (120) positioniert.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Fluidströmungsweg in der Eluierungsmittelerzeugungsquelle in Fluidverbindung mit Chromatographiematerial steht.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Chromatographiematerial ein Kationenaustauschharz aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Chromatographiematerial Anionenaustauschharz aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Kationenaustauschharz in eine Membran imprägniert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei das Anionenaustauschharz in eine Membran imprägniert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, die ferner eine Energiequelle aufweist, die in elektrischer Verbindung mit der ersten und der zweiten Elektrode steht.
Vorrichtung nach Anspruch 9, die ferner ein Suppressor umfasst mit einer stationären Suppressorphase mit austauschbaren Ionen, aus der Gruppe Wasserstoffionen und Hydroxidionen, wobei der Suppressor stromabwärts von der Analysesäule positioniert ist, wobei zumindest ein Teil der stationären Suppressorphase zwischen einer ersten Suppressorelektrode und einer zweiten Suppressorelektrode positioniert ist, wobei die Suppressorelektroden in elektrischer Verbindung mit einer Energiequelle stehen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Eluierungsmittelerzeugungsquelle eine Wegwerfeinheit mit dem stationären Material umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei eine Fluidströmung zu der Eluierungsmittelerzeugungsquelle zwischen der ersten und der zweiten Elektrode stattfindet.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei das stationäre Material Chromatographiematerial aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die erste Elektrode in Kontakt zu dem stationären Material angeordnet ist.