電解緩沖劑產生器的制造方法
【專利摘要】基于電滲析裝置描述了緩沖劑產生器。使用這些裝置的方法能產生用于多樣化的應用的緩沖劑，這些應用包括分離，例如HPLC以及離子色譜。還提供了包括這些緩沖劑產生器的色譜裝置，這些緩沖劑產生器通常位于一個色譜柱、樣品注射器閥、或兩者的上游。
【專利說明】電解緩沖劑產生器
相關申請的交叉引用
[0001]本申請要求由Purnendu K.Dasgupta、Yongjing Chen、和 Kannan Srinivasan 于2011年8月23日為“三電極緩沖劑產生器和方法”提交的序列號為61/526，592的美國臨時專利申請，以及由 Purnendu K.Dasgupta、Yongjing Chen JPKannan Srinivasan 于 2011年8月26日為“膜抑制器緩沖劑產生器”提交的序列號61/528，127的美國臨時專利申請根據(jù)35U.S.C.§ 119(e)的優(yōu)先權權益，這些臨時專利申請的全部披露內容通過引用結合在此。
進旦 冃月^
[0002]緩沖劑廣泛用于化學方法的pH控制。當加入酸類或堿類，或者當進行稀釋時，緩沖的溶液抵抗PH的變化。生物化學家特別關注緩沖劑，因為任何生物體系的正常運行都依賴于pH。一種特定的酶催化反應的速率隨著pH而變化。為了使有機體存活，必須精確控制每個亞細胞區(qū)室的pH，以便每個反應都以正常速率進行。用于研究中的多數(shù)的生物樣品是在緩沖劑(例如大約7的pH下的磷酸鹽、Tris-HCl)中制成的。
[0003]能從可生物降解的物質直接產生電的微生物燃料電池(MFC)已經迅速得到越來越多的研究注意。微生物將有機底物氧化以將電子供應給陽極，然后這些電子通過一個外部電路行進到陰極并且參與還原反應。與這些反應相關聯(lián)的是分別在陽極電解液和陰極電解液中由水電解產生了 H+以及0H_，這產生了系統(tǒng)中的pH不平衡。由于該pH不平衡產生了0.059V/pH的電勢損失，因此為了使功率密度最大化，必需將該pH不平衡最小化。磷酸鹽緩沖劑通常用來穩(wěn)定PH并且降低內電阻，這反過來增強了系統(tǒng)性能。為了在陰極室中具有足夠的質子供應，需要高濃度的緩沖劑，并且它仍然可能隨著時間耗盡。新鮮緩沖劑的穩(wěn)定供將是引人注意的。
[0004]緩沖劑在分析化學中同樣有廣泛的應用。反相高效液相色譜法(RP-HPLC)已一直是用于有機化合物分析、尤其是生物樣品分析的一種非常強大的工具。諸如磷酸鹽或乙酸鹽的緩沖劑廣泛用于可電離化合物的分析中的流動相中。因為可電離的酸/堿化合物的保留對它們的電離度具有強烈依賴性，因此正確地選擇的緩沖劑PH將保證，該可電離的官能團處于單一形式，不論離子的還是中性的。當開發(fā)一種嚴格的方法時，所希望的是選擇一種流動相，該流動相具有的最終pH距離任何分析物的pK值至少一個pH單位，以便引起這些分析物的電離或抑制。就選擇性、容量因子、峰形、分辨率以及可重現(xiàn)性而言，pH的輕微變化能對分離產生顯著影響。對于可電離的分析物不適當?shù)腜H經常導致寬的、拖尾的、分裂的或有肩的不對稱的峰。而且為了獲得低的檢出限、注入之間的低相對標準偏差、以及可重現(xiàn)的保留時間，尖銳的、對稱的峰在定量分析中是必需的。甚至在非可電離的化合物的分析中，當在可電離的污染物或雜質存在的情況下使用現(xiàn)場樣品進行工作時，PH控制往往同樣重要，以便消除所不希望的峰的干擾。如果該樣品溶液處在對柱有損害的PH，則緩沖劑將快速地使該注入溶液的PH達到一個更少有害的pH。RP-HPLC的另一種技術，離子對色譜法(IPC)也要求對流動相中pH的精確控制，這是因為流動相中pH的變化可能引入不僅溶質而且還有離子對試劑的電離度的巨大變化。在實踐中，色譜分析員通常在將緩沖劑添加劑與其他溶劑進行混合之前，測量這些緩沖劑添加劑的PH，但用來制備這些緩沖劑的酸類的PKa值隨著溶劑組成而變化(并且每一種以不同的程度變化)，并且緩沖劑的pH也是這樣。有時，在將緩沖劑與有機改性劑進行混合之后測量PH ;甚至在這種情況下，通常用水性標準品對該電勢測定體系進行校準，并且所測量的PH并不是流動相的真實pH。理論上，色譜分析員能基于從方程式的計算結果來估計為了實現(xiàn)用于分離所希望的PH所需要的緩沖劑的濃度。然而，實際上PH可以顯著地不同于那些計算結果。因此，分析員必須使用一個已校準的pH計通過實驗確定和報告用于流動相pH的值以便保證可重現(xiàn)性結果。當開發(fā)一種方法時，在流動相達到最佳條件之前，分析員可能必須調整流動相許多次。用一種儲備緩沖溶液時，只能通過改變緩沖劑與有機溶劑的比例來改變緩沖劑的最終濃度，這大大地限制了優(yōu)化過程的靈活性。制備不同的緩沖劑儲備溶液是冗長的并且費時的。如果僅僅通過改變所施加的電流就可以改變緩沖劑濃度，這將提供一種非常有效的方法并且減少了許多廢溶劑。
[0005]用離子交換色譜法進行的基于pH的蛋白質分離是另一種依賴于緩沖劑的色譜技術。最初，它采用由流動相(兩性電解質緩沖劑)以及固定相(弱陰離子交換柱)產生的近似線性的PH梯度來按蛋白質pi的順序洗脫這些蛋白質，并且被稱為“色譜聚焦”。最近，該技術被發(fā)展成為“梯度色譜聚焦”，其采用具有低分子量的普通緩沖劑代替聚合物型兩性電解質。存在兩種類型的梯度:一種在柱出口處引起蛋白質的差異洗脫的按時間的PH梯度，以及一種在柱內影響蛋白質帶的聚焦的按距離的pH梯度。典型地，HPLC梯度泵用來通過改變高PH緩沖劑與低pH緩沖劑的比例來產生按時間的線性pH梯度，該高pH緩沖劑和低pH緩沖劑是具有在整個梯度PH范圍內大致等間隔的pKa值的緩沖劑成分的混合物。
[0006]毛細管電泳(CE)是另一種用于蛋白質和肽以及藥品對映異構體的分析的強大的分離工具。其無先例的分辨率允許對在結構上具有非常微弱差別的種類的分離，這是由于其極高的效率，在某種程度上，這種極高的效率依賴于它所采用的運行緩沖劑。緩沖劑PH的操控通常是對分離進行優(yōu)化的關鍵策略，這是因為緩沖劑PH不僅決定每種單獨的分析物的電離程度，而且強烈影響毛細管壁表面的電荷以及?電勢，因此影響電泳的以及電滲的速度。水的電解是在CE實驗中在入口瓶和出口瓶處發(fā)生的最重要的反應之一，所生成的H+和0Η_會改變這些瓶中的pH。因而，為了成功地維持緩沖劑的pH，應該使用大瓶并且該緩沖劑必須具有足夠的緩沖能力以中和所產生的H+和0H_，并且這些緩沖劑瓶應該定期進行補充。通過操控這些運行緩沖劑，還可以實現(xiàn)樣品預濃縮以克服CE中有限的靈敏度的缺點。
[0007]本質上，緩沖劑是一種酸與其共軛堿的混合物。必須存在可相比數(shù)量的共軛酸與堿(如，在10倍內)以發(fā)揮顯著的緩沖作用。制備緩沖溶液的最常用方法為基于亨德森-哈塞爾巴爾赫方程(Henderson-Hasselbalch equation)來決定該共軛酸堿對的比例，并且分別稱出這兩種成分以得到所希望的比例，并且然后將其溶解于水中。一種替代方案是稱出一種成分，并且通過指定數(shù)量的強酸或強堿來產生另一種成分以得到所希望的比例。雖然用濃的強酸或強堿來調整某一緩沖溶液的PH是常見做法，但容易由于加入過多的滴定劑而過調，并必須制備另一種溶液并且再一次重新開始。
[0008]在電流和/或pH值的范圍內提供可重現(xiàn)的離子產生的、改進的產生緩沖劑的裝置以及方法將大大地簡化其中緩沖劑是一種關鍵成分的實踐，例如離子色譜。通過利用離子抑制技術的能力和多功能性，本 申請人:相信可以開發(fā)出產生具有一致的濃度和PH的緩沖劑的改進的裝置以及方法。
概述
[0009]當進行離子色譜時，抑制器一般被放置在分離柱之后并且在檢測器之前。抑制器的目的是將洗脫液轉化為弱導電的種類，同時特別對于完全解離的種類，使分析物電導率最大化。抑制器還可以用來例如在分析堿中的陰離子時抑制來自樣品的貢獻。抑制器在陰離子分析中的作用是完全移除這些樣品陽離子，并且在這種情況下，將樣品基質轉化為水，同時將這些分析物陰離子轉化為酸類。以上應用中的電解抑制器不能在部分抑制模式下連續(xù)操作，這是因為對于給定的電流將難以維持一個部分抑制狀態(tài)，并且該抑制器中的殘余靜電容量將根據(jù)具體情況由于來自洗脫液或樣品的離子的注入而隨著時間被耗盡。此外，由于在某個時間點該裝置的出口將處于洗脫液陽離子形式，此類裝置將永不會產生對這些分析物離子的可重現(xiàn)的響應。然后該分析物將被轉化為一種酸與鹽形式的混合物，這導致響應的偏差。因此，傳統(tǒng)上商用抑制器總是在稍微過量的電流下操作以保證靜電容量的貯存器。
[0010]另一方面，如果維持如在此所描述的配置，緩沖劑產生器不會被這些容量耗盡效應所限制。此外，該緩沖劑產生器抵抗pH的變化，因此，通過調節(jié)抑制器內的條件，有可能實現(xiàn)PH可編程的緩沖劑的產生。
[0011]因此，在一個示例性實施例中，本發(fā)明提供了一種用于產生改性的緩沖溶液的電滲析方法。該方法包括:
(a)使?jié)舛却笥诩s10mM、包括陽離子和陰離子的一種緩沖溶液在小于約30psi的壓力下流經一個改性緩沖劑產生流動通道，該改性緩沖劑產生流動通道包括一個設置在其中的第一電極；
(b)使一種水性液體流流經一個第一離子接收流動通道，該第一離子接收流動通道包括一個設置在其中的第二電極。該離子接收流動通道通過一個離子交換屏障與該改性緩沖劑產生流動通道分開，該離子交換屏障包括可交換的陽離子或陰離子，但不同時包括它們兩者。該屏障能夠阻斷主體(bulk)液體流動。在一個示例性實施例中，該膜具有大于約
0.5英寸2的表面積。
[0012]本發(fā)明的方法進一步包括:(C)使電流橫跨該改性緩沖劑流動產生通道與該離子接收流動通道在該第一與第二電極之間穿過，以便使這些陽離子或陰離子，但不是兩者都，從該改性緩沖劑流動通道穿過該第一離子交換屏障被傳輸入該離子接收流動通道以產生一種改性的緩沖溶液，該改性的緩沖溶液從該改性緩沖劑產生流動通道流出。這些陽離子或陰離子能從該改性緩沖劑流動通道穿過該第一離子交換屏障被傳輸入該離子接收通道。
[0013]該方法還可以包括使一種水性液體流流經一個用于離子的源通道，該源通道通過一個第二離子交換膜與該改性緩沖劑流動通道分開，該第二離子交換膜包括與該第一離子交換膜的可交換離子的電荷相同的(正的或負的)可交換離子。這些離子是選自水合氫離子以及氫氧根離子的一個成員。
[0014]在該方法的另一個實施例中，第一電極可以被設置在該離子接收通道中并且該第二電極被設置在該源通道中。該方法還可以包括將具有有待分離的分析物離子的樣品注入到該流出的改性的緩沖劑中，并且分離這些分析物；流向該改性緩沖劑流動通道的緩沖溶液并不是事先由電解洗脫液產生器產生的。在一個實施例中，陽離子或陰離子可以從該改性緩沖劑通道被傳輸至選自該離子接收通道和該源通道的一個成員中。該方法還可以包括將該改性的緩沖溶液從該改性緩沖劑產生流動通道以一個改性緩沖劑濃度輸出，其中電流強度與該流出的緩沖溶液的濃度的變化是成比例的。
[0015]該方法還可以包括使一種水性液體流流經一個用于離子的電極通道，該電極通道通過一個雙極性膜與該改性緩沖劑流動通道分開，該雙極性膜被配置為分裂水并且產生水合氫離子和氫氧根離子，并且還被配置為阻斷主體液體流動，該電流通過該改性緩沖劑流動產生通道在設置于電極腔室中的第一電極與設置于該離子接收通道中的第二電極之間穿過。這些離子可以是水合氫離子或氫氧根離子。
[0016]在不同的實施例中，本發(fā)明提供了一種用于產生改性的緩沖溶液的電滲析方法。一種示例性的方法包括:
(a)使一種包括陽離子和陰離子的緩沖溶液流經一個改性緩沖劑產生流動通道。該改性緩沖劑產生流動通道通過一個能夠阻斷主體液體流動的陰離子交換膜與一個第一離子接收流動通道分開。該改性緩沖劑產生流動通道通過一個能夠阻斷主體液體流動的陽離子交換膜與一個第二離子接收流動通道分開；
(b)使一種水性液體流流經與該改性緩沖劑流動通道分開的第一和第二離子接收流動通道；并且
(C)使電流橫跨該改性的緩沖劑流動產生通道以及至少一個離子接收流動通道在第一與第二電極之間穿過，以便使陽離子或陰離子分別地穿過選自該陰離子交換膜以及該陽離子交換膜的一個成員被傳輸入選自該第一離子接收流動通道以及該第二離子接收流動通道的一個成員中，從而產生一種改性的緩沖溶液，該改性的緩沖溶液從該改性緩沖劑產生流動通道流出。在一個示例性實施例中，該第一和第二電極分別地被設置在該第一和第二離子接收流動通道內。
[0017]在不同的實施例中，本發(fā)明提供了一種用于產生改性的緩沖溶液的電滲析方法。該方法包括:
(a)使一種包括陽離子和陰離子的酸或堿溶液流經一個改性緩沖劑產生流動通道；
(b)使一種水性液體流流經一個第一離子接收流動通道，該第一離子接收流動通道通過一個第一離子交換屏障與該改性緩沖劑流動通道分開，該第一離子交換屏障包括可交換的陽離子或陰離子，但不同時包括它們兩者，并且能夠阻斷主體液體流動；并且
(C)使電流橫跨該改性的緩沖劑流動產生通道與該第一離子接收流動通道在第一與第二電極之間穿過，以便使這些陽離子或陰離子(但不是兩者都)從該改性緩沖劑流動通道穿過該第一離子交換屏障被傳輸入該第一離子接收流動通道以產生一種改性的緩沖溶液，該改性的緩沖溶液從該改性緩沖劑產生流動通道流出。
[0018]在一個示例性實施例中，該方法進一步包括使一種水性液體流流經一個第二離子接收流動通道，該第二離子接收流動通道通過一個第二離子交換屏障與該改性緩沖劑流動通道分開，該第二離子交換屏障包括可交換的陽離子或陰離子，但不同時包括它們兩者，并且能夠阻斷主體液體流動。該第一和第二電極分別地被設置在該第一和第二離子接收流動通道內。在一個示例性實施例中，該第一和第二電極分別地被設置在該第一或第二離子接收流動通道以及該改性緩沖劑產生通道內。[0019]在一個示例性實施例中，本發(fā)明提供了一種電滲析緩沖劑產生器，該電滲析緩沖劑產生器包括:
(a)一個流通式的中心的改性緩沖劑產生通道，該改性緩沖劑產生通道具有一個入口以及一個出口；
(b)一個包括一個第一電極的第二通道，該通道具有一個入口以及一個出口 ；
(C) 一個包括一個第二電極的第三通道，該通道具有一個入口以及一個出口 ；
(d)一個陽離子交換屏障，該陽離子交換屏障被設置在該第一通道與該緩沖劑產生通道之間，能夠讓陽離子通過但不讓陰離子通過，并且能夠阻斷主體液體流動；
(e)一個陰離子交換屏障，該陰離子交換屏障被設置在該第三通道與該緩沖劑產生通道之間，能夠讓陰離子通過但不讓陽離子通過，并且能夠阻斷主體液體流動；以及
(f)一個連接到該第一和第二電極的第一電流源。
[0020]本發(fā)明提供了一種具有新穎特征的緩沖劑產生器。本發(fā)明的示例性的緩沖劑產生器在低壓下操作。低壓產生器的一些益處包括:a)pH的在線調節(jié)是可行的；b)可以使用比例閥將多種電解質預混合，使得該技術自動化并且從實施的角度增加了使用的容易性；c)設計一種低壓裝置的成本顯著低于設計高壓模塊的成本；并且d)可行的是在產生器后使用比例閥形式與電活性的溶劑進行混合。在高壓形式下實施這種配置只有在使用一個附加的高壓泵的情況下才可行。應該指出的是，在高壓條件下的HPLC儀器壓力規(guī)格和可操作性在過去的十年中一直在上升，并且按照本發(fā)明的上述低壓配置使任何高壓開發(fā)計劃降至最低，從而簡化了產品成本/產品開發(fā)成本。
[0021]一個額外的優(yōu)勢是，在此提供的這些緩沖劑產生器不受容量耗盡效應的限制。
[0022]在以下的實施例中，離子接收通道、源通道、或離子源通道可以由一個腔室形式代替。在此類情況下，該腔室內的液體可以是實質上不流動的并且靜止的。
[0023]一種用于產生改性的緩沖溶液的電滲析方法可以包括:使一種包括陽離子和陰離子的緩沖溶液流經一個改性緩沖劑產生流動通道，其中該改性緩沖劑產生流動通道通過一個能夠阻斷主體液體流動的陰離子交換膜與一個第一離子接收腔室分開，并且其中該改性緩沖劑產生流動通道通過一個能夠阻斷主體液體流動的陽離子交換膜與一個第二離子接收腔室分開；使電流橫跨該尚子接收腔室在第一與第二電極之間穿過以使陽尚子被傳輸穿過一個陽離子交換膜并且使陰離子被傳輸穿過一個陰離子交換膜，其中該第一和第二電極分別地被設置于該第一和第二離子接收腔室內，并且與該改性緩沖劑流動通道分開，從而產生一種改性的緩沖溶液，該改性的緩沖溶液從該改性緩沖劑產生流動通道流出?？梢允乖撾娏鞔┻^該改性的緩沖劑流動產生通道從該第一離子接收腔室到該第二離子接收腔室。陽離子或陰離子可以從該改性的緩沖劑通道被傳輸入該第一離子接收腔室或該第二離子接收腔室?？商娲兀栯x子或陰離子可以從該第一離子接收腔室或該第二離子接收腔室被傳輸入該改性緩沖劑通道。該方法還可以包括將該改性的緩沖溶液從該改性緩沖劑產生流動通道以一個改性的緩沖劑濃度輸出，其中電流強度與該流出的緩沖溶液的濃度的變化是成比例的。陽離子或陰離子可以從該離子接收腔室流出。該方法可以進一步包括將具有有待分離的分析物離子的樣品注入到流出的改性的緩沖劑中，并且分離這些分析物。流向該改性緩沖劑流動通道的緩沖溶液并不是事先由電解洗脫液產生器產生的。
[0024]一種用于產生改性的緩沖溶液的電滲析方法包括:使一種水性液體流流經一個改性緩沖劑產生流動通道；使電流橫跨該改性緩沖劑流動產生通道以及一個第一離子接收腔室在第一與第二電極之間穿過，以便使陽離子或陰離子(但不是兩者都)被傳輸穿過該第一離子交換屏障以產生一種改性的緩沖溶液，該改性的緩沖溶液從該改性緩沖劑產生流動通道流出，該第一離子接收腔室通過該第一離子交換屏障與該改性緩沖劑流動通道分離，該第一離子交換屏障包括可交換的陽離子或陰離子，但不同時包括它們兩者，并且能夠阻斷主體液體流動。該水性液體流可以包括一種包括陽離子和陰離子的酸或堿溶液。該酸或堿溶液可以處于大于約IOmM的濃度下。陽離子或陰離子能從該改性緩沖劑流動通道穿過該第一離子交換屏障被傳輸入該離子接收腔室中。一個第二離子接收腔室可以通過一個第二離子交換屏障與該改性緩沖劑流動通道分離，該第二離子交換屏障包括可交換的陽離子或陰離子，但不同時包括它們兩者，并且能夠阻斷主體液體流動，該電流通過該改性緩沖劑流動產生腔室在設置于該第一離子接收腔室中的該第一電極與設置于該第二離子接收腔室中的該第二電極之間穿過。陽離子或陰離子可以從選自該第一離子接收腔室和該第二離子接收腔室的一個成員被傳輸入該改性的緩沖劑通道中。該方法還可以包括將該改性的緩沖溶液從該改性緩沖劑產生流動通道以一個改性的緩沖劑濃度輸出，其中電流強度與該流出的酸或堿溶液的濃度的變化是成比例的。陽離子或陰離子可以從該離子接收腔室流出。該方法可以進一步包括將具有有待分離的分析物離子的樣品注入到該流出的改性的緩沖劑中，并且分離這些分析物；流向該改性緩沖劑流動通道的緩沖溶液并不是事先由電解洗脫液產生器產生的。
[0025]在另一個實施例中，該用于離子的電極腔室可以通過一個雙極性膜與該改性緩沖劑流動通道分開，該雙極性膜被配置為分裂水并且產生水合氫離子和氫氧根離子，并且還被配置為阻斷主體液體流動，該電流通過該改性緩沖劑流動產生通道在設置于該電極腔室中的第一電極與設置于該第一離子接收腔室中的第二電極之間穿過。陽離子或陰離子能從該改性緩沖劑產生流動通道被傳輸入該第一離子接收腔室中。
[0026]一種電滲析緩沖劑產生器包括:一個流通式的中心的緩沖劑產生通道，該緩沖劑產生通道具有一個入口和一個出口 ；一個包括一個第一電極的第二腔室；一個包括一個第二電極的第三腔室；一個設置在該第二腔室與該緩沖劑產生通道之間的第一離子交換屏障，該第一離子交換屏障被配置為讓陽離子或陰離子通過，但不讓兩者同時通過，并且被配置為阻斷主體液體流動；一個設置在該第三腔室與該緩沖劑產生通道之間的第二離子交換屏障，該第二離子交換屏障被配置為讓陽離子或陰離子通過，但不讓兩者同時通過，并且被配置為阻斷主體液體流動；一個連接到該第一和第二電極的第一電流源，其中該產生器被流體性地聯(lián)接到一個色譜設備上；以及一個水性液體源，該水性液體源被流體性地連接到該流通式的中心的緩沖劑產生通道、該第二腔室、或該第三腔室中的至少一個上。該第一離子交換屏障可以包括一個陰離子交換屏障并且該第二離子交換屏障可以包括一個陽離子交換屏障。該產生器可以在一個色譜柱上游被聯(lián)接到色譜設備上。該產生器還可以在一個樣品注射器閥上游被聯(lián)接到色譜設備上。該緩沖劑產生通道出口可以被流體性地聯(lián)接到該色譜設備上。
[0027]該產生器可以進一步包括一種與該第二腔室的入口處于流體連通的水性陽離子源電解質溶液，以及一種與該第三腔室的入口處于流體連通的水性陰離子源電解質溶液。此外，該產生器還可以包括一種與該緩沖劑產生通道入口處于流體連通的電解質溶液。[0028]—種用于產生改性的緩沖溶液的電滲析方法包括:使一種水性液體流在小于約30psi的壓力下流經一個改性緩沖劑產生流動通道；并且使電流橫跨該改性緩沖劑流動產生通道以及該離子源腔室在第一與第二電極之間穿過，以便使陽離子或陰離子(但不是兩者都)被傳輸穿過一個第一離子交換屏障以產生一種改性的緩沖溶液，該改性的緩沖溶液從該改性緩沖劑產生流動通道流出，該離子源腔室通過該第一離子交換屏障與該改性緩沖劑流動通道分開，該第一離子交換屏障包括可交換的陽離子或陰離子，但不同時包括它們兩者，并且能夠阻斷主體液體流動，該膜具有大于約0.5英寸2的表面積，該緩沖溶液具有大于約IOmM的濃度。該用于離子的離子接收腔室可以通過一個第二離子交換膜與該改性緩沖劑流動通道分開，該第二離子交換膜包括與該第一離子交換膜的可交換離子的電荷相同的(正的或負的)可交換離子，該電流通過該改性的緩沖劑流動產生腔室在設置于該離子源腔室中的第一電極與設置于該離子接收腔室中的第二電極之間穿過。
[0029]一種用于產生改性的緩沖溶液的電滲析方法可以包括:使一種水性液體流流經一個改性緩沖劑產生流動通道，其中該改性緩沖劑產生流動通道通過一個能夠阻斷主體液體流動的陰離子交換膜與一個第一離子源腔室分開，并且其中該改性緩沖劑產生流動通道通過一個能夠阻斷主體液體流動的陽離子交換膜與一個第二離子源腔室分開；并且使電流橫跨一個離子源腔室在第一與第二電極之間穿過，以便使陽離子被傳輸穿過一個陽離子交換膜并且使陰離子被傳輸穿過一個陰離子交換膜，其中該第一和第二電極分別地被設置于該第一和第二離子源腔室內，并且與該改性緩沖劑流動通道分開，從而產生一種改性的緩沖溶液，該改性的緩沖溶液從該改性緩沖劑產生流動通道流出。
[0030]一種電滲析緩沖劑產生器可以包括:一個流通式的中心的緩沖劑產生通道，該緩沖劑產生通道具有一個入口和一個出口 ；一個包括一個第一電極的第二腔室；一個包括一個第二電極出口的第三腔室；一個設置在該第一腔室與該緩沖劑產生通道之間的離子交換屏障，該離子交換屏障能夠讓陽離子通過但不讓陰離子通過，并且能夠阻斷主體液體流動；一個設置在該第三腔室與該緩沖劑產生通道之間的雙極性膜，該雙極性膜被配置為分裂水并且產生水合氫離子和氫氧根離子，并且還被配置為阻斷主體液體流動；以及一個連接到該第一和第二電極的第一電流源，其中該產生器被流體性地聯(lián)接到一個色譜設備上，并且一個水性離子源被流體性地連接到該流通式的中心的緩沖劑產生通道、該第二腔室、或該第三腔室中的至少一個上。
附圖簡要說明
[0031]圖1是一個示例性裝置的示意圖。
[0032]圖2A和2B是一個示例性的改性的緩沖劑產生器的示意圖。
[0033]圖3A和3B是一個示例性的改性的緩沖劑產生器的示意圖。
[0034]圖4是一個示例性的改性的緩沖劑產生器的示意圖。
[0035]圖5是一種具有(a)以多質子酸的強堿鹽作為進料溶液的陰離子抑制器(雙CEM裝置)以及(b)以多質子堿的強酸鹽作為進料溶液的陽離子抑制器(雙AEM裝置)的EBG方案。驅動電流控制在(a)中多少強堿陽離子以及在(b)中多少強酸陰離子分別地從體系中被移除，從而獲得所希望的pH。
[0036]圖6 是對于 68mM Na3PO4、CEM 抑制器(ASRS Ultra II (4-mm))lmL/min，隨所施加的電流而變化的pH?？招膱A(右邊縱坐標)表示由外通道流出物的IC分析所測定的通過該膜后損失的總磷酸鹽的濃度。實心圓(左邊縱坐標)表示隨該電流而變化的修改的pH。在插圖中以放大的形式顯示右底部。PH跡線中的這些線指示計算值。對于不同計算結果的說明參見正文。
[0037]圖7是階躍梯度響應。對于流入物流量為lmL/min的Na3PO4進料CEM抑制器體系顯示了四個周期。電流階躍具有階梯形狀，并且為O — 40 — 80 — 120 — 160 — 120 — 80 — 40 — 0mA,pH響應以較粗線表示，并且電導響應
以虛線表示。
[0038]圖8是對于(a)50mM檸檬酸三鈉作為進料溶液(ASRS Ultra II，4-mm)和50mMTris-HCl (CSRS Ultra, 4-mm),以及(b) 30mM 二鹽酸乙二胺(CSRS Ultra，4_mm)，均在
1.0OmL/min下隨著驅動電流而變化的pH。實線表示計算的pH值,參見正文。
[0039]圖9是lmL/min下的CEM抑制器(ASRS4mm);進料組成在插圖中。(a)實線(沒有指向右邊縱坐標的箭頭)描繪了以2min電流階躍所得到的實驗數(shù)據(jù)，繪制了 pH的相應的(時滯校正后的)2min平均值。計算值以虛線顯示，較短虛線考慮了由于通過H+的電流傳導弓I起的非同一(non-unity)法拉第效率(Fe)。參見正文。具有指向右邊縱坐標的箭頭的線顯示離子強度(右邊縱坐標)。(b)紅色跡線，底部橫坐標:2min均勻的5mA電流階躍產生了在
(a)中以2min平均的型式出現(xiàn)的pH曲線；基于所觀測到的曲線，利用由所觀測的電流對pH值指定的不均勻的電流階躍產生了一個實質上線性的梯度。
[0040]圖10是重疊的重復三次的25min線性pH梯度運行(右邊縱坐標)；電流程序使用左邊縱坐標。
[0041]圖11是一種在大量NaCl存在的情況下具有漸增的線性pH梯度的四組分緩沖混合物。在沒有該鹽存在的情況下，離子強度將變化大于一個數(shù)量級(參見圖9a)。
[0042]圖12是在沒有CRD氣體去除裝置的情況下觀測到的噪聲。pH電極流動池基本上沒有背壓，并且pH跡線顯示隨著電流增大，噪聲毛刺增大。在增大的電流水平下在電導率跡線上也觀測到具有更大頻率的噪聲(除毛刺以外，觀察作為源自微泡的噪聲的結果的更粗的跡線)。電流程序以具有階梯式樣的線顯示(左邊縱坐標)。
[0043]圖13.示出小電流階躍的可重復性和可重現(xiàn)性。詳細的數(shù)值數(shù)據(jù)呈現(xiàn)于表3和4中。
[0044]圖14是表I,表I列表顯不了圖7的電導數(shù)據(jù)。
[0045]圖15是表2，表2列表顯示了圖7的pH數(shù)據(jù)。
[0046]圖16是表3,表3列表顯不了圖13的電導數(shù)據(jù)。
[0047]圖17是表4，表4列表顯示了圖13的pH數(shù)據(jù)。
[0048]圖18是電場中雙極性膜的總體原理圖。
[0049]圖19是一個緩沖裝置，其中將一個雙極性膜與一個陽離子交換膜結合使用來定義一個中心的洗脫液通道。
[0050]圖20與圖19相似，除了該陽離子交換膜被陰離子交換膜代替并且極性是相反的。
[0051]圖21顯示了一種設置，其中使用一個陽離子交換膜來提供一種供應至陽極再生劑通道的試劑的陽離子型組分。
[0052]圖22顯示了一種用于酸添加的設置。
[0053]圖23是只使用一個離子交換屏障的示例性的改性緩沖劑產生器的示意圖。 優(yōu)選實施方案的詳細說明
[0054]以下提供了對于基于電滲析原理的緩沖劑產生器以及使用這些緩沖劑產生器的方法的描述。在示例性實施例中，以下提供了產生緩沖劑的裝置和方法，這些緩沖劑涵蓋酸性的到堿性的方案，從而允許在通過HPLC進行分析時更好地對分離進行控制。
[0055]在一個不例性實施例中，一種電滲析緩沖劑產生器包括:
(a)一個流通的中心的改性緩沖劑產生通道，該改性緩沖劑產生通道具有一個入口以及一個出口；
(b)一個包括一個第一電極的第二通道，該通道具有一個入口以及一個出口 ；
(C) 一個包括一個第二電極的第三通道，該通道具有一個入口以及一個出口 ；
(d)一個陽離子交換屏障，該陽離子交換屏障被設置在該第一通道與該緩沖劑產生通道之間，能夠讓陽離子通過但不讓陰離子通過，并且能夠阻斷主體液體流動；
(e)一個陰離子交換屏障，該陰離子交換屏障被設置在該第三通道與該緩沖劑產生通道之間，能夠讓陰離子通過但不讓陽離子通過，并且能夠阻斷主體液體流動；以及
(f)一個連接到該第一和第二電極的第一電流源。
[0056]在一個示例性實施例中，將該裝置安裝在色譜儀的低壓側。圖1顯示了本實施例的一個示例性示意圖。儲存器10包含源電解質或DI水源12并且通過導管14連接至比例閥22的輸入。一個任選的儲存器16包含DI水或溶劑，也通過導管20連接至該比例閥22的輸入。通?？梢詫⑷剿膫€儲存器連接至該比例閥。任選的除氣器26和28可以用來對管線14和20中對應的流進行除氣。該比例閥的輸出連接至泵30。當pH產生器模塊24安置在該儲存器與該比例閥之間或在該比例閥與泵30的輸入側之間的位置24b處時，這種布局稱為低壓安裝。該泵的輸出如在標準HPLC系統(tǒng)中的路線被確定為到一個注射閥。以上布局允許利用在此所描述的低壓PH產生器進行緩沖劑的自動化產生。在這種配置中，由于在該泵輸入之前的布局，使得該裝置的背壓是低的，以有助于在沒有空泡現(xiàn)象的情況下進行操作。在該泵的高壓側操作的裝置不存在這種約束。在此所描述的這些儲存器可以如所示的由包括氮或氦的氣體流34和36加壓。在操作中，本發(fā)明的裝置將產生處于電解質流(如果需要的話，進行稀釋)中的緩沖劑，可以將該緩沖劑與一種適合的溶劑進行混合并且然后供給泵的輸入側。這種配置允許使用一個低壓PH產生器模塊在高壓下進行分離。
[0057]若干種配置對在此所描述的實施例的實施是可行的。在一種配置中，使用一種商用的抑制器來在該泵的低壓側產生緩沖劑。
[0058]在一個示例性實施例中，該第一和第三通道為離子接收流動通道。這些離子接收流動通道通過一個離子交換屏障與該改性的緩沖劑產生通道分開，該離子交換屏障防止主體液體流動穿過該屏障。該離子交換屏障任選地是一種陽離子交換屏障、一種陰離子交換屏障、或一種雙極性離子交換屏障。一種示例性的雙極性離子交換屏障具有陰離子交換屏障以及陽離子交換屏障兩者的特性。在不同的實施例中，該屏障是一種膜。
[0059]在另一個實施例中，圖2、圖3和圖4中示出了電滲析裝置。在這種設計中，該裝置包括一個中心通道，該中心通道由一個陰離子交換和陽離子交換膜界定。根據(jù)在此的實施例，通過將兩個電極安裝在該膜的附近，例如，在兩個再生劑通道(例如，離子接收流動通道)內，可以產生緩沖劑。例如，當極性處于如圖2(a)中圖解的去離子模式時，從該中心的緩沖劑產生通道移除這些離子并且所施加的電流指定了所移除的量。這種設計的實施更簡單并且只要求一個電源。這種操作模式被稱為“移除模式”。該電流可以以漸增或漸減的方式變化，以在適當?shù)木彌_劑離子存在的條件下產生感興趣的所希望的PH梯度。
[0060]參見圖2(a)和2(b)，陽離子通過該陽離子交換膜從該中心的緩沖劑產生通道向該陰極的傳輸，連同陰離子通過該陰離子交換膜從該中心通道向該陽極的傳輸，允許將電解質改性為一種緩沖劑，該緩沖劑的PH和離子強度可以是程控的。
[0061]在另一個實施例中，來自以上設計的中心通道被供給有有待改性的電解質，例如乙二胺/檸檬酸三鉀(50mM/50mM)，并且在選定的流量(例如0.5ml/min)下進行泵送。在一個示例性實施例中，在選定的流量(例如2.5ml/min)下供給0.2M硝酸鉀溶液作為再生劑。當施加電流梯度時，利用這種設置可以容易地建立PH梯度。
[0062]如果上述裝置以與該去離子器模式相反的極性操作，則可以將離子引入該中心的緩沖劑產生通道中。這些離子可以是電解離子、或電解質提供的離子、或兩者的組合。圖3顯示了這種設計的原理圖。這是“添加模式”，這種模式的實施簡單并且只要求一個電源。
[0063]參見圖3(a)和圖3(b)，可以將鈉添加到該中心通道中，連同添加一種陰離子，這導致緩沖劑產生。注意B表示能遷移穿過該陽離子交換膜的一種陽離子，例如像H+、Na+、或K+。此外，Y表示能遷移穿過該陰離子交換膜的一種陰離子型種類，例如像0Η_、Ρ043_、ΗΡ042_、或H2PO41' X表示一種陰離子型種類并且Na2HPO4代表強堿鹽的一個例子。應該指出的是，可以改變該再生劑通道的內容物并且因此通過該離子交換膜選擇性地添加其他感興趣的種類。在以上實例中，如果將含鈉的電解質供給該陽極通道，則鈉與所施加的電流成比例地被傳輸?shù)皆撝行耐ǖ?。如果傳輸?shù)氖撬瑒tH+被傳輸?shù)皆撝行耐ǖ?，從而改變產物的pH。因此對于緩沖劑的產生存在許多可能性。
[0064]還可能使用通過反轉一個或多個電極的極性的該“添加模式”和/或“移除模式”的組合的一種裝置。因此，這種裝置提供一個緩沖劑產生系統(tǒng)以根據(jù)需要添加或移除離子。類似地，還可能切換極性以使用同樣的裝置來以程控的方式將操作從“添加模式”切換至“移除模式”。本發(fā)明的一個特征是，可以根據(jù)需要將額外的通道添加到本配置中。
[0065]在代替鹽流的另一種操作模式中，本發(fā)明的裝置對酸或堿流進行改性并且產生所希望的緩沖劑。圖4中對此進行了說明。參見圖4，將酸(如硼酸(HnX))泵入該緩沖劑產生器通道，用一種堿(例如NaOH并且表示為MY)對這些外部通道進行清掃，其中該堿的陽離子組分將通過陽離子交換膜從陽極被注入該中心的緩沖劑產生器通道中并且用來調節(jié)緩沖劑的pH。等數(shù)量的水合氫離子將被驅使通過接近于陰極的陽離子交換膜到達該陰極，并且將在該陰極處結合以形成DI水。因此，通過變化電流，可以在產物流中建立一個梯度。
[0066]在不同的實施例中，本發(fā)明的產生器進一步包括:
(f)一種與該第二通道入口處于流體連通的水性陽離子源電解質溶液，以及
(g)一種與該第三通道處于流體連通的水性陰離子源電解質溶液。
[0067]在不同的實施例中，本發(fā)明的產生器進一步包括:
(f)一種與該緩沖劑產生通道入口處于流體連通的電解質溶液。
[0068]圖23展示了只使用一個離子交換屏障的修改的緩沖劑產生器的原理圖。這個裝置包括一個改性緩沖劑產生通道，該改性緩沖劑產生通道包括一個入口以及一個出口 ；以及一個離子通道，該離子通道也包括一個入口以及一個出口。如在圖23中所展示的，該裝置包括一個陽離子交換屏障，該陽離子交換屏障能夠讓陽離子通過但不讓陰離子通過，并且能夠阻斷液體流動。該陽離子交換屏障被設置在該改性緩沖劑產生通道與該離子通道之間?？梢詫⒁粋€第一電流源電連接到第一和第二電極，其中該第一電極與該改性緩沖劑產生器處于流體接觸并且該第二電極與該離子通道處于流體接觸。如在圖23中所展示的，該第一電極是陰極并且該第二電極是陽極。與圖2(a)中的裝置相似，將陽離子從該改性緩沖劑產生通道移除并且所施加的電流指定了所移除的量。該陽極能將水分裂以在該改性緩沖劑產生通道中形成水合氫離子來改變pH。在圖23的改性緩沖劑產生器的替代性實施例中，可以施加電流以使該第一電極是陽極并且該第二電極是陰極。在另一個替代性實施例中，該陽離子交換屏障可以被切換為一個陰離子交換屏障。在又另一個替代性實施例中，該離子通道可以由一個腔室代替，其中該腔室中的溶液是靜止的并且是基本上不流動的。
[0069]本發(fā)明的緩沖劑產生器可以用來產生用于色譜應用(例如分離，例如離子色譜)的緩沖劑。在不同的實施例中，該緩沖劑產生器被聯(lián)接到一個色譜分離裝置的一個或多個組件上。在一個示例性實施例中，該緩沖劑產生器被流體性地聯(lián)接到一個色譜柱上。在一種示例性的配置中，該緩沖劑產生器被流體性地聯(lián)接在注射器閥上方(即上游)的色譜柱的柱頭處。在不同的實施例中，該流通式的中心的改性緩沖劑產生通道被流體性地聯(lián)接到該色譜柱的柱頭上。在一個示例性實施例中，此出口被流體性地聯(lián)接在該樣品注射閥的上方(即上游)。
[0070]本發(fā)明還提供了使用本發(fā)明的產生器來產生緩沖劑的方法。因此，在一個示例性實施例中，本發(fā)明提供了一種用于產生改性的緩沖溶液的電滲析方法。該方法包括:
(a)使一種大于約IOmM的濃度下的、包括陽離子和陰離子的緩沖溶液在小于約30psi的壓力下流經一個改性緩沖劑產生流動通道，所述改性緩沖劑產生流動通道包括一個設置在其中的第一電極；
(b)使一種水性液體流流經一個第一離子接收流動通道，該第一離子接收流動通道包括一個設置在其中的第二電極。該離子接收流動通道通過一個離子交換屏障與該改性緩沖劑產生流動通道分開，該離子交換屏障包括可交換的陽離子或陰離子，但不同時包括它們兩者。該屏障能夠阻斷主體液體流動。在一個示例性實施例中，該膜具有大于約0.5英寸2的表面積。
[0071]本發(fā)明的方法進一步包括:(C)使電流橫跨該改性的緩沖劑流動產生通道和該離子接收流動通道在該第一與第二電極之間穿過，以便使這些陽離子或陰離子(但不是兩者都)從該改性緩沖劑流動通道穿過該第一離子交換屏障被傳輸入該離子接收流動通道以產生一種改性的緩沖溶液，該改性的緩沖溶液從該改性緩沖劑產生流動通道流出。
[0072]在不同的實施例中，本發(fā)明的方法進一步包括:(d)使一種水性液體流流經一個用于氫離子或氫氧根離子的源通道，該源通道通過一個第二離子交換膜與所述改性緩沖劑流動通道分開，所述第二離子交換膜包括與所述第一離子交換膜的可交換離子的電荷相同的(正的或負的)可交換離子。
[0073]在不同的實施例中，電流是在兩個電極之間，每個電極處在兩個離子接收流動通道之一中，每個離子接收流動通道通過一個離子交換屏障與該改性緩沖劑流動通道分開。
[0074]在一個示例性實施例中，本發(fā)明提供了 一種用于產生改性的緩沖溶液的電滲析方法。一種示例性的方法包括:
(a)使一種包括陽離子和陰離子的緩沖溶液流經一個改性緩沖劑產生流動通道。該改性緩沖劑產生流動通道通過一個能夠阻斷主體液體流動的陰離子交換膜與一個第一離子接收流動通道分開。該改性緩沖劑產生流動通道通過一個能夠阻斷主體液體流動的陽離子交換膜與一個第二離子接收流動通道分開；
(b)使一種水性液體流流經與該改性緩沖劑流動通道分開的第一和第二離子接收流動通道；并且
(C)使電流橫跨該改性的緩沖劑流動產生通道和至少一個離子接收流動通道在第一與第二電極之間穿過，以便使陽離子或陰離子分別地穿過選自該陰離子交換膜以及該陽離子交換膜的一個成員被傳輸入選自該第一離子接收流動通道以及該第二離子接收流動通道的一個成員中，從而產生一種改性的緩沖溶液，該改性的緩沖溶液從該改性緩沖劑產生流動通道流出。在一個示例性實施例中，該第一和第二電極分別地被設置在該第一和第二離子接收流動通道內。在一個示例性實施例中，該第一和第二電極分別地被設置在該第一或第二離子接收流動通道以及該改性緩沖劑產生通道內。
[0075]在不同的實施例中，本發(fā)明提供了一種如以上所闡明的方法，其中選自陽離子以及陰離子的一個成員從該改性緩沖劑通道被傳輸入選自該離子接收流動通道以及該源通道的一個成員中。
[0076]在一個示例性實施例中，提供了 一種如以上所闡明的產生緩沖劑的方法，其中該改性的緩沖溶液具有與電流成比例的濃度，該電流通過選自所述第一電極以及所述第二電極的一個成員。
[0077]在不同的實施例中，提供了一種如以上所闡明的產生緩沖劑的方法，其中選自陽離子以及陰離子的一個成員從該離子接收通道流出。
[0078]在不同的實施例中，本發(fā)明的方法進一步包括將所產生的緩沖劑用于分離過程中，例如色譜。因此，在一個示例性實施例中，本發(fā)明的方法進一步包括:在產生了該緩沖劑之后，將具有有待分離的分析物離子的樣品注入從該產生器流出的改性的緩沖劑中，并且分離這些分析物。在一個示例性實施例中，流向該改性緩沖劑流動通道的緩沖溶液并不是已事先由電解洗脫液產生器產生的。
[0079]在本發(fā)明的裝置和/或方法的一個示例性實施例中，使用雙極性膜。雙極性膜是一種層狀膜，該層狀膜包括一個可滲透陽離子的陽離子側以及一個可滲透陰離子的陰離子偵U?？偟膩碚f，雙極性膜不會將離子種類從該膜的一側傳輸?shù)搅硪粋?。雙極性膜在所施加的電場中將水分子分裂并且產生水合氫離子以及氫氧根離子。在操作中，該陰離子交換膜必須面對陽極同時該陽離子交換膜必須面對陰極。以此方式，雙極性膜是一種在沒有氣體形成的情況下形成水合氫離子以及氫氧根離子的方便的手段。
[0080]和電極反應不同，雙極性膜水分裂反應并不遵循法拉第定律，并且所施加的電流與所產生的離子濃度具有松散的關系。這暗示著，基于雙極性膜的裝置要求在給定電流下進行校準以便確定濃度。這還暗示著，基于雙極性膜的裝置的電流效率低。盡管如此，根據(jù)本發(fā)明可以使用這些膜來傳輸水合氫離子以及氫氧根離子，從而操控緩沖劑濃度和pH。
[0081]圖18是電場中的雙極性膜的總體原理圖。圖19是本發(fā)明的一個緩沖裝置，其中一個雙極性膜與一個陽離子交換膜結合使用來定義一個中心的洗脫液通道。在這種設置中，該雙極性膜的功能是供應水合氫離子，同時該陽離子交換膜將陽離子型種類從緩沖劑流中移除。安排該雙極性膜的方向以在該中心的洗脫液通道中提供水合氫離子。在最簡單的情況下，在這種設置中通過將陽離子交換為水合氫離子，將供應給洗脫液通道的一種鹽溶液轉化為一種酸流。以此方式，這種設置提供了一種在產物中沒有任何添加氣體的情況下對流入溶液的PH進行調節(jié)的方便的手段。另一個實例將把一種堿流轉化為水，這是一種調節(jié)濃度的方便手段。所施加的電流將產生固定濃度的水合氫離子，該水合氫離子的濃度可以容易地通過監(jiān)測流出物的PH來監(jiān)測。以上實例中的這些電極腔室具有鉬電極，并且供給有水性流以提供在該電極上的水分裂反應所需的水。當施加電勢時，這些電極分別在陽極和陰極上形成水合氫離子和氫氧根。由水分裂反應在陰極和陽極上分別產生了電解氣體(氫氣和氧氣)，并且將它們清除出該再生劑通道。在雙極性膜上產生的氫氧根離子與在陽極電極上產生的水合氫離子結合形成水。由陽離子交換膜移除的陽離子被驅使到陰極并且與氫氧根結合形成一種堿。將洗脫液流中的陽離子交換為水合氫離子，并且改性后的流離開該洗脫液通道。
[0082]圖20與圖19相似，除了該陽離子交換膜被陰離子交換膜代替并且極性是相反的。凈效應在于，現(xiàn)在該裝置能方便地添加氫氧根離子并且將洗脫液流中的陰離子用氫氧根代替。在最簡單的情況下，一種酸將被轉化為水從而控制濃度，或者一種鹽溶液將被轉化為堿從而改變洗脫液流的pH。在操作中，由雙極性膜產生的水合氫離子與由陰極產生的氫氧根結合形成水。由雙極性膜產生的氫氧根代替被傳輸穿過陰離子交換膜的陰離子，同時由該雙極性膜產生的水合氫離子與在陰極上產生的氫氧根結合。被該陰離子交換膜移除的陰離子與由陽極產生的水合氫離子結合。通過這種移除方法，進入的緩沖劑的總體改性是可行的。
[0083]圖21和圖22是添加式途徑，其中可以使用包含雙極性膜的裝置將一種試劑的陰離子或陽離子組分作為一種酸或堿來添加。圖21顯示了一種設置，其中使用一個陽離子交換膜來提供一種供應至陽極再生劑通道的試劑的陽離子型組分。例如，如果將氫氧化鈉供應給這個通道，則鈉將由所施加的場來傳輸并且進入該洗脫液通道。同時，由該雙極性膜產生的氫氧根離子也將進入該洗脫液通道以維持電中性。以此方式，將堿添加入該洗脫液通道中是可行的。圖22顯示了一種用于酸添加的設置。
[0084]概括地說，雙極性膜的使用提供了在沒有氣體存在的情況下在將選定的組分陰離子或陽離子添加入該緩沖劑產生通道或從其中移除的同時將水合氫離子或氫氧根添加入該洗脫液通道的一種方便的手段。
[0085]提供以下實例來說明，而并非限制本發(fā)明的范圍。
實例
實例I Ia.原理
[0086]基于抑制器的電滲析緩沖劑產生器。如圖5(a)中所說明的，一種η-質子酸的完全中和的Na鹽(NanX)的溶液流入基于CEM的抑制器中，并且將Na+通過電流I至少部分地電滲析地移除并且代替。為了簡明，假定一種NaX-HX緩沖劑體系，但基本方案可適用于相應的多質子酸-堿體系。NaX在Q mL/min以及摩爾濃度C下流經中心通道，同時使電流imA流經該體系。在顯著濃度的非H+/非OH—離子仍然有待傳輸?shù)臈l件下，本抑制器的效率可以認為是法拉第式的。在穩(wěn)定狀態(tài)下，從該中心移除0.06i/F摩爾/min的Na+到負電極室，并且從陽極室引入相等數(shù)量的H+。這總計在該中心通道中形成了等于60i/FQ M的HX，同時NaX濃度下降至C-60i/FQ Μ。此時忽略活度矯正，則由如下的熟悉的亨德森-哈塞爾巴爾赫方程來簡單地計算pH:
pH=pKa+log(CFQ - 60i)/60i…(I)
[0087]這在相當可觀量(例如>5%)的HX已經形成，但還有相當可觀量的NaX剩下(并且[Na+]仍然保持》[H+])時的范圍中是可用的。在低pH下，如果該中心通道中的[H+]變得可與[Na+]相比，則我們不能再假定Na+傳輸是唯一的法拉第過程。同樣，在高HX值下，因為沒有面向中性物傳輸?shù)钠琳?，HX通過離子交換膜會有損失。然而，電場對中性種類的電傳輸沒有影響，并且由濃度差驅動的通過膜的損失在大多數(shù)情況下并不大。還可以通過使用一種基于多質子酸/堿的緩沖劑體系來避免此類損失。例如，如果將摩爾濃度為C的Na3PO4或檸檬酸三鈉引入該體系中，則電流控制的H+-Na+交換可以產生一種可調的pH緩沖劑體系。將不存在中性酸的損失，直到顯著量的游離酸在交換的高端形成。對于將η-質子酸(HnX)的完全中和的鹽(MnX)引入該體系的一般情況，電荷平衡方程為:
【權利要求】
1.一種用于產生改性的緩沖溶液的電滲析方法，所述方法包括: (a)使一種大于約IOmM的濃度下的、包括陽離子和陰離子的緩沖溶液在小于約30psi的壓力下流經一個改性緩沖劑產生流動通道； (b)使一種水性液體流流經一個離子接收流動通道，該離子接收流動通道通過一個第一離子交換屏障與所述改性緩沖劑流動通道分開，該第一離子交換屏障包括可交換的陽離子或陰離子，但不同時包括兩者，并且能夠阻斷主體液體流動，所述膜具有大于約0.5英寸2的表面積；并且 (C)使電流橫跨所述改性緩沖劑流動產生通道和所述離子接收流動通道在第一與第二電極之間穿過，以便使陽離子或陰離子，但不是兩者，被傳輸穿過所述第一離子交換屏障以產生一種改性的緩沖溶液，該改性的緩沖溶液從所述改性緩沖劑產生流動通道流出。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述陽離子或陰離子從所述改性緩沖劑流動通道穿過所述第一離子交換屏障被傳輸入所述離子接收通道中。
3.如以上任何一項權利要求所述的方法，該方法進一步包括: (d)使一種水性液體流流經一個用于離子的源通道，該源通道通過一個第二離子交換膜與所述改性緩沖劑流動通道分開，所述第二離子交換膜包括與所述第一離子交換膜的可交換離子的電荷相同的，正的或負的，可交換離子。
4.如權利要求3所述的方法，其中所述第一電極被設置在所述離子接收通道中并且所述第二電極被設置在所述源通道中。
5.如權利要求3-4中任一項所述的方法，其中所述離子是選自水合氫離子以及氫氧根離子的一個成員。
6.如以上任何一項權利要求所述的方法，該方法進一步包括: (d)將具有有待分離的分析物離子的樣品注入到所述流出的改性的緩沖劑中，并且分離所述分析物；流向所述改性緩沖劑流動通道的所述緩沖溶液并不是事先由一個電解洗脫液產生器產生的。
7.如權利要求3-6中任一項所述的方法，其中將選自陽離子以及陰離子的一個成員從所述改性緩沖劑通道傳輸入選自所述離子接收通道以及所述源通道的一個成員中。
8.如以上任何一項權利要求所述的方法，該方法進一步包括: (d)將所述改性的緩沖溶液從所述改性緩沖劑產生流動通道以一個改性緩沖劑濃度輸出，其中所述電流的強度與該流出的緩沖溶液的濃度的變化是成比例的。
9.如以上任何一項權利要求所述的方法，其中選自陽離子以及陰離子的一個成員從所述離子接收通道流出。
10.如權利要求1所述的方法，該方法進一步包括: (d)使一種水性液體流流經一個用于離子的電極通道，該電極通道通過一個雙極性膜與所述改性緩沖劑流動通道分開，所述雙極性膜被配置為分裂水并且產生水合氫離子和氫氧根離子，并且還被配置為阻斷主體液體流動，所述電流通過所述改性緩沖劑流動產生通道在設置于所述電極腔室中的所述第一電極與設置于所述離子接收通道中的所述第二電極之間穿過。
11.如權利要求10所述的方法，其中所述離子是選自水合氫離子以及氫氧根離子的一個成員。
12.—種用于產生改性的緩沖溶液的電滲析方法，所述方法包括: (a)使一種包括陽離子和陰離子的緩沖溶液流經一個改性緩沖劑產生流動通道，其中所述改性緩沖劑產生流動通道通過一個能夠阻斷主體液體流動的陰離子交換膜與一個第一離子接收腔室分開，并且其中所述改性緩沖劑產生流動通道通過一個能夠阻斷主體液體流動的陽離子交換膜與一個第二離子接收腔室分開；并且 (b)使電流橫跨所述離子接收腔室在第一與第二電極之間穿過，以使陽離子被傳輸穿過一個陽離子交換膜并且使陰離子被傳輸穿過一個陰離子交換膜，其中所述第一和第二電極分別被設置于所述第一和第二離子接收腔室內，并且與所述改性緩沖劑流動通道分開，從而產生一種改性的緩沖溶液,該改性的緩沖溶液從所述改性緩沖劑產生流動通道流出。
13.如權利要求12所述的方法，其中使所述電流穿過所述改性緩沖劑流動產生通道從所述第一離子接收腔室流到所述第二離子接收腔室。
14.如權利要求12-13中任一項所述的方法，其中將選自陽離子以及陰離子的一個成員從所述改性緩沖劑通道傳輸入選自所述第一離子接收腔室以及所述第二離子接收腔室的一個成員中。
15.如權利要求12-13中任一項所述的方法，其中將選自陽離子以及陰離子的一個成員從選自所述第一離子接收腔室以及所述第二離子接收腔室的一個成員傳輸入所述改性緩沖劑通道中。
16.如權利要求12-15中任一項所述的方法,該方法進一步包括: (C)將所述改性的緩沖溶液從所述改性緩沖劑產生流動通道以一個改性的緩沖劑濃度輸出，其中所述電流的強度與該流出的緩沖溶液的濃度的變化是成比例的。
17.如權利要求12-15中任一項所述的方法，其中選自陽離子以及陰離子的一個成員從所述離子接收腔室流出。
18.如權利要求12-17中任一項所述的方法，該方法進一步包括 (c)將具有有待分離的分析物離子的樣品注入到所述流出的改性的緩沖劑中，并且分離所述分析物。
19.如權利要求18所述的方法，其中流向所述改性緩沖劑流動通道的所述緩沖溶液并不是事先由一個電解洗脫液產生器產生的。
20.一種用于產生改性的緩沖溶液的電滲析方法，所述方法包括: (a)使一種水性液體流流經一個改性緩沖劑產生流動通道； (b)使電流橫跨所述改性緩沖劑流動產生通道以及一個第一離子接收腔室在第一與第二電極之間穿過，以便使陽離子或陰離子，但不是兩者，被傳輸穿過所述第一離子交換屏障以產生一種改性的緩沖溶液，該改性的緩沖溶液從所述改性緩沖劑產生流動通道流出，所述第一離子接收腔室通過所述第一離子交換屏障與所述改性緩沖劑流動通道分開，該第一離子交換屏障包括可交換的陽離子或陰離子，但不同時包括兩者，并且能夠阻斷主體液體流動。
21.如權利要求20所述的方法，其中所述水性液體流包括一種酸或堿溶液，該酸或堿溶液包括陽離子和陰離子。
22.如權利要求20-21中任一項所述的方法，其中所述酸或堿溶液是在大于約IOmM的濃度下。
23.如權利要求21-22中任一項所述的方法，其中將所述陽離子或陰離子從所述改性緩沖劑流動通道穿過所述第一離子交換屏障傳輸入所述離子接收腔室中。
24.如權利要求20-23中任一項所述的方法，其中一個第二離子接收腔室通過一個第二離子交換屏障與所述改性緩沖劑流動通道開分，該第二離子交換屏障包括可交換的陽離子或陰離子，但不同時包括兩者，并且能夠阻斷主體液體流動，所述電流通過所述改性的緩沖劑流動產生腔室在設置于所述第一離子接收腔室中的所述第一電極與設置于所述第二離子接收腔室中的所述第二電極之間穿過。
25.如權利要求21-22、和24中任一項所述的方法，其中將選自陽離子以及陰離子的一個成員從選自所述第一離子接收腔室以及所述第二離子接收腔室的一個成員傳輸入所述改性緩沖劑通道中。
26.如權利要求20-25中任一項所述的方法，該方法進一步包括: (c)將所述改 性的緩沖溶液從所述改性緩沖劑產生流動通道以一個改性的緩沖劑濃度輸出，其中所述電流的強度與該流出的酸或堿溶液的濃度的變化是成比例的。
27.如權利要求26所述的方法，其中選自陽離子以及陰離子的一個成員從所述離子接收腔室流出。
28.如權利要求20-27中任一項所述的方法，該方法進一步包括 (c)將具有有待分離的分析物離子的樣品注入到所述流出的改性的緩沖劑中，并且分離所述分析物；流向所述改性緩沖劑流動通道的所述緩沖溶液并不是事先由一個電解洗脫液產生器產生的。
29.如權利要求20所述的方法，其中一個用于離子的電極腔室通過一個雙極性膜與所述改性緩沖劑流動通道分開，所述雙極性膜被配置為分裂水并且產生水合氫離子和氫氧根離子，并且還被配置為阻斷主體液體流動，所述電流通過所述改性的緩沖劑流動產生通道在設置于所述電極腔室中的所述第一電極與設置于所述第一離子接收腔室中的所述第二電極之間穿過。
30.如權利要求29所述的方法，其中將選自陽離子以及陰離子的一個成員從所述改性緩沖劑產生流動通道傳輸入所述第一離子接收腔室中。
31.一種電滲析緩沖劑產生器，該產生器包括: (a)一個流通式的中心的緩沖劑產生通道，該緩沖劑產生通道具有一個入口以及一個出口 ； (b)一個第二腔室,該第二腔室包括一個第一電極； (c)一個第三腔室,該第三腔室包括一個第二電極； (d)一個第一離子交換屏障，該第一離子交換屏障被設置在所述第二腔室與所述緩沖劑產生通道之間，被配置為讓陽離子或陰離子通過，但不讓兩者同時通過，并且配置為阻斷主體液體流動； (e)一個第二離子交換屏障，該第二離子交換屏障被設置在所述第三腔室與所述緩沖劑產生通道之間，被配置為讓陽離子或陰離子通過，但不讓兩者同時通過，并且被配置為阻斷主體液體流動； (f)一個連接到所述第一和第二電極的第一電流源， 其中所述產生器被流體性地聯(lián)接到一個色譜設備上；以及(g)一個水性液體源,該水性液體源被流體性地連接到該流通式的中心的緩沖劑產生通道、該第二腔室、或該第三腔室中的至少一個上。
32.如權利要求31所述的產生器，其中所述第一離子交換屏障包括一個陰離子交換屏障，并且所述第二離子交換屏障包括一個陽離子交換屏障。
33.如權利要求31-32中任一項所述的產生器，其中所述產生器在一個色譜柱上游被聯(lián)接到所述色譜設備上。
34.如權利要求31和32中任一項所述的產生器，其中所述產生器在一個樣品注射器閥上游被聯(lián)接到所述色譜設備上。
35.如權利要求31所述的產生器，其中該緩沖劑產生通道出口被流體性地聯(lián)接到所述色譜設備上。
36.如權利要求31-35中任一項所述的產生器，該產生器進一步包括: (h)一種與所述第二腔室的入口處于流體連通的水性陽離子源電解質溶液，以及 (i)一種與所述第三腔室的入口處于流體連通的水性陰離子源電解質溶液。
37.如權利要求31-36中任一項所述的產生器，該產生器進一步包括 (h) 一種與所述緩沖劑產生通道入口處于流體連通的電解質溶液。
38.一種用于產生改性的緩沖溶液的電滲析方法，所述方法包括: (a)使一種水性液體流在小于約30psi的壓力下流經一個改性緩沖劑產生流動通道；并且 (b)使電流橫跨所述改性緩沖劑流動產生通道以及所述離子源腔室在第一與第二電極之間穿過，以便使陽離子或陰離子，但不是兩者，被傳輸穿過一個第一離子交換屏障以產生一種改性的緩沖溶液，該改性的緩沖溶液從所述改性緩沖劑產生流動通道流出，所述離子源腔室通過所述第一離子交換屏障與所述改性緩沖劑流動通道分開，該第一離子交換屏障包括可交換的陽離子或陰離子，但不同時包括兩者，并且能夠阻斷主體液體流動，所述膜具有大于約0.5英寸2的表面積，所述緩沖溶液具有大于約IOmM的濃度。
39.如權利要求38所述的方法，其中一個用于離子的離子接收腔室通過一個第二離子交換膜與所述改性緩沖劑流動通道分開，所述第二離子交換膜包括與所述第一離子交換膜的可交換離子的電荷相同的，正的或負的，可交換離子，所述電流通過所述改性緩沖劑流動產生腔室在設置于所述離子源腔室中的所述第一電極與設置于所述離子接收腔室中的所述第二電極之間穿過。
40.一種用于產生改性的緩沖溶液的電滲析方法，所述方法包括: (a)使一種水性液體流流經一個改性緩沖劑產生流動通道，其中所述改性緩沖劑產生流動通道通過一個能夠阻斷主體液體流動的陰離子交換膜與一個第一離子源腔室分開，并且其中所述改性緩沖劑產生流動通道通過一個能夠阻斷主體液體流動的陽離子交換膜與一個第二離子源腔室分開；并且 (b)使電流橫跨一個離子源腔室在第一與第二電極之間穿過，以使陽離子被傳輸穿過一個陽離子交換膜并且使陰離子被傳輸穿過一個陰離子交換膜，其中所述第一和第二電極分別被設置于所述第一和第二離子源腔室內，并且與所述改性緩沖劑流動通道分開，從而產生一種改性的緩沖溶液，該改性的緩沖溶液從所述改性緩沖劑產生流動通道流出。
41.一種電滲析緩沖劑產生器，該產生器包括:(a)一個流通式的中心的緩沖劑產生通道，該緩沖劑產生通道具有一個入口以及一個出口 ； (b)一個第二腔室,該第二腔室包括一個第一電極； (c)一個第三腔室，該第三腔室包括一個第二電極出口 ； (d)一個離子交換屏障，該離子交換屏障被設置在所述第一腔室與所述緩沖劑產生通道之間，能夠讓陽離子通過但不讓陰離子通過，并且能夠阻斷主體液體流動； (e)一個雙極性膜，該雙極性膜被設置在所述第三腔室與所述緩沖劑產生通道之間，被配置為分裂水并且產生水合氫離子和氫氧根離子，并且還被配置為阻斷主體液體流動； (f)一個連接到所述第一和第二電極的第一電流源， 其中所述產生器被流體 性地聯(lián)接到一個色譜設備上；以及 (g)一個水性離子源，該水性離子源被流體性地連接到該流通式的中心的緩沖劑產生通道、該第二腔室、或該第三腔室中的至少一個上。
【文檔編號】G01N30/34GK103842053SQ201280040845
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年8月23日 優(yōu)先權日:2011年8月23日
【發(fā)明者】P·K·達斯谷普塔, 陳永菁, K·斯里尼瓦桑 申請人:得克薩斯州大學系統(tǒng)董事會, 戴安公司