用于污染物去除的电解装置和方法
【专利说明】用于污染物去除的电解装置和方法
[0001] 发明背景
[0002] 本发明涉及一种适合用在液相色谱系统中的用于污染物去除的电解装置。
[0003] 抑制型离子色谱法是用于分析包含电解质的洗脱液中的具有一种电荷的样品离 子的已知技术。首先，将洗脱液中的样品离子以色谱法进行分离。然后，通过去除这些样品 离子的电解质反离子而抑制该洗脱液，并且典型地通过电导检测器来检测这些样品离子。 美国专利4, 999, 098 ("'098专利"）中描述了一种类型的抑制器装置，称为一种夹层膜抑制 器。在一个实施例中，该抑制器包括三个通道。在抑制过程中，洗脱液和已分离的样品离子 流过该抑制器的中央通道，而再生物溶液在两个外侧通道中流动。外侧的这两个通道通过 屏障与该中央通道分离，这些屏障具有可交换离子、能够通过仅具有正或负一种电荷的离 子并且能够阻断主体液体流动。合适的屏障是以商标Nafion?出售的离子交换膜。一个实 施例是'098专利的图2和图3中所示的一种电解三通道平板膜抑制器。对于阴离子分析， 使包含分析物阴离子的洗脱液流过该中央通道，这些分析物阴离子先前已在包括阴离子交 换树脂填充床的色谱柱上分离。这些离子交换膜包括可交换的阳离子。如'098专利的图3 中所示，洗脱液阳离子从该中央通道去除，并且穿过邻近的膜屏障被吸向负电极。因此，如 果氢氧化钠被用作该洗脱液的电解质，那么钠离子穿过邻近阴极的阳离子交换膜而从该中 央通道去除。这种类型的装置还已用于除抑制之外的目的，例如液体样品在色谱分离之前 的预处理。
[0004] 在2013年9月16日提交的共同未决的美国申请序列号14/028,064中披露了一 种适合用在液相色谱系统中的电解装置。该装置包括壳体，该壳体包括至少第一、第二、第 三、以及第四并排的液体流通通道，每个通道具有进口和出口。这些通道通过荷电膜屏障彼 此分开，这些荷电膜屏障具有可交换离子、能够通过仅具有正或负一种电荷的离子并且能 够阻断主体液体流动。第一电极被布置成邻近并且沿着与其处于电连通的第一通道；并且 第二电极被布置成邻近并且沿着与其处于电连通的第四通道。披露了该装置用于多种应用 中，例如样品流预处理、和洗脱液抑制。
[0005] 当进行离子色谱法时，离子污染物的存在导致性能问题。它可以影响可能对绝对 响应造成影响的背景。例如，对于阴离子分析，当该污染物是二氧化碳时，在抑制之后的背 景是碳酸，一种导致对于所有阴离子的低响应的弱酸。变化的背景可能影响分离的可重现 性，由于分析物响应将变化，从而产生定量上的误差。感兴趣的峰的定量可能被变化的背景 损害，使得难以画出基线以便积分这些感兴趣的峰。而且，污染物峰每次运行并且每天都在 浓度上变化。这使得感兴趣的分析物的定量非常困难，尤其在痕量分析条件下。总体而言， 不一致的基线和空白可能导致该分析的较差可重现性并且导致定量上的误差。
[0006] 在商品名RFIC下由戴安公司（ionexCorporation)出售的色谱系统中，一种连续 再生捕获柱用于污染物去除。该装置是电解再生的并且使用DC电势来实现污染物去除。因 此需要DC电源用于装置运行。经由离子交换膜去除这些污染物。该装置可以被安装到洗脱 液产生器的高压侧或者可以被安装在洗脱液产生器之前但在栗之后。在前一布置中，该装 置从该洗脱液流中去除污染物，该洗脱液流包含来自去离子水、洗脱液产生或栗送过程的 污染物。在后一布置中，该装置仅从流入的去离子水流中去除污染物。其他装置例如脱离 子器或净水器可以用于在栗送过程之前去除源自流入的去离子流的污染物。这些装置仅当 用流动的流运行时是有效的，因为存储净化水并且保持其不含污染物是具有挑战性的。然 而，这些装置未解决源自其他来源例如存储容器、栗密封件、栗等等的污染物。
[0007] 已经发现当在洗脱液流中运行装置时，在该污染物去除装置上高度保留的组分， 例如聚合物阴离子累积。当这发生时，小离子污染物例如碳酸盐的去除变得困难，因为该相 的容量不完全可供用于该污染物去除过程。在这些条件下，该洗脱液的竞争效应有利于洗 脱不利地影响色谱性能的更小污染物。使用两个装置用于该污染物去除功能例如两个连续 再生捕获柱（一个在该洗脱液产生器之前并且一个在之后）不是所希望的，由于这用两个 装置和两个电源使成本加倍。
[0008] 发明概述
[0009] 在一个实施例中，提供一种电解装置，该电解装置包括壳体，该壳体包括至少第一 和第二相邻的液体流通通道，每个通道具有第一端和第二端、邻近每个通道的上游端的入 口和邻近每个通道的下游端的出口。这些第一端是彼此相邻的并且这些第二端是彼此相邻 的。对离子流动和主体液体流动不可渗透的第一屏障被布置在该第一与第二通道之间。第 一电极组件被布置成邻近与所述第一和第二通道处于电连通的这两个第一端；并且第二电 极组件被布置成邻近与所述第一和第二通道处于电连通的这两个所述第二端。
[0010] 在另一个实施例中，提供了一种使用上述电解装置的污染物去除方法。该方法 包括使包含污染物的第一水性流流动到该第一通道的入口并且从其中穿过到该第一通道 的出口，同时使电流在该第一与第二电极组件之间传递以从该第一水性液体流中去除污染 物。具有或不具有进一步处理的来自该第一通道的流出物流动到该第二通道入口，从其中 穿过到该第二通道的出口，同时使电流在该第一与第二电极组件之间传递以从该第一流出 物中去除另外的污染物。
[0011] 附图简要说明
[0012] 图la是根据本发明的电解装置的简化示意图。
[0013] 图lb是没有离子交换屏障和电极的图la的电极装置的简化端视图。端口24和 28相对于端口26和30更朝前面向。
[0014] 图lc是从图lb的箭头lc的角度看的没有离子交换屏障和电极的电解装置的简 化侧视图。端口24和28位于相对于端口26和30的相对面上。
[0015] 图Id是从图lb的箭头Id的角度看的没有离子交换屏障和电极的图la的电解装 置的简化顶视图。端口26和30、端口24和28、以及通道20和22处于重叠构型中。
[0016] 图2是使用图la的装置的具有洗脱液产生器的色谱系统的示意图。
[0017] 图3-8是根据本发明的电解装置的示意图。
[0018] 实施方式的详细说明
[0019] 总体上，本发明涉及一种用于污染物去除的电解装置，以及该装置的用途，例如在 液相色谱系统中，该电解装置包括通过屏障分开的至少两个通道，该屏障对离子流动和主 体液体流动是不可渗透的。
[0020]图la展示了根据本发明的电解装置18的示意图。装置18包括壳体（未示出）， 例如'098专利的图2中所示的类型，具有用于流体入口和出口的合适端口。装置18限定 第一和第二并排的液体流动通道20和22,每个通道具有入口和出口。第一通道20具有分 别地第一和第二端20a和20b，并且包括入口端口 24和出口端口 26。第二通道22具有分 别地第一和第二端22a和22b，并且包括入口端口 28和出口端口 30。入口端口 24和28分 别与通道20和22的上游端相邻，并且出口端口 26和30分别与通道20和22的下游端相 邻。通道20和22是相邻的、并排的液体流通通道。第一端20a和22a是彼此相邻的并且 第二端20b和22b是彼此相邻的。通道20通过屏障36与通道22分开，该屏障沿着穿过这 些通道的液体流动路径延伸。屏障36对离子流动和主体液体流动是不可渗透的并且阻断 电连通。在一个实施例中，该壳体是通过在一块PEEF中机加工通道而制成的并且该屏障是 该块体中的残余材料。在一种替代设计中，通道20和22可以通过实心管材料例如PEEK来 限定。
[0021] 第一电极组件14被布置成与第一端20a和22a两者相邻。第二电极组件16被布 置成与第二端20b和22b两者相邻。当描述这些电极组件时，术语"相邻"排除了将这些组 件沿着流通通道20和22的路径布置。电极组件14和16可以分别与流过通道20和22的 液体直接接触，或可以与这类液体分开，只要这些电极分别与流过通道20和22的液体处于 电连通。例如，在图la中，电极组件14和16通过离子交换屏障组件部分10a、10b、和12a、 12b(以下描述的）与通道20和22分开。在运行中，电极组件14和16连接至常规电源（未 示出），这样使得当接通电源时，电场穿过在这两个通道中流动的液体施加在这些电极组件 之间。在阳极处，水被电解成水合氢离子和氧气，而在阴极处，水被电解成氢氧根离子和氢