用于离子色谱的检查标准品再循环设置的制作方法

1.本公开总体上涉及包括检查标准品再循环设置的离子色谱领域。


背景技术：

2.离子色谱(ic)是用于确定各种样品基质中的阴离子分析物和阳离子分析物的广泛使用的分析技术。检查标准品通常在色谱中用于验证校准和量化协议是有效的且可用于对感兴趣的未知分析物峰进行定量。检查标准品是经常性制备的，并根据所建立的协议注入。通常，每天注入标准品以验证系统性能，然后再注入含有未知分析物的样品。标准品通常包括已知浓度的多种感兴趣的分析物。通常，个别分析物的浓度是不同的，并且可以调整以解决应用要求。例如，当分析饮用水中的氯化物时，浓度处于mg/l或ppm范围，而当分析痕量成分(如溴酸盐或高氯酸盐)时，浓度较低，处于μg/l或ppb范围。经常制备这些标准品可能很麻烦且容易出错。


技术实现要素：

3.在第一方面，离子色谱系统可以包括：分离柱，其被配置成分离溶液的组分；非破坏性检测器；以及集中器，其被配置成在检查标准品的组分离开非破坏性检测器之后捕获所述组分，并将检查标准品的组分释放到分离柱。
4.在第一方面的各种实施例中，离子色谱系统可以进一步包括电解抑制器，所述电解抑制器被配置成将洗脱液抗衡离子交换为再生剂离子。
5.在第一方面的各种实施例中，非破坏性检测器为电导率检测器、紫外可见检测器、荧光检测器、折射率检测器、无线电流量检测器、手性检测器、电化学检测器或其任何组合。
6.在第一方面的各种实施例中，离子色谱系统可以进一步包括洗脱液生成器。
7.在第一方面的各种实施例中，离子色谱系统可以进一步包括连续地再生的捕获柱。
8.在第一方面的各种实施例中，离子色谱系统可以进一步包括脱气器。
9.在第一方面的各种实施例中，离子色谱系统可以进一步包括多通阀，所述多通阀在第一配置中将检测器的输出物引导到集中器并将集中器的输出物引导到电解抑制器的再生剂通道或引导到废液，并且在第二配置中将洗脱液流引导到集中器的输入端并将集中器的输出物引导到分离柱。在特定实施例中，离子色谱系统可以进一步包括阀，所述阀在第一配置中可以将检测器的输出物引导到多通阀并且在第二配置中可以将检测器的输出物引导到电解抑制器的再生剂通道。在特定实施例中，集中器可以进一步包括入口电极和出口电极；入口电极和出口电极可以被配置成跨集中器施加电势以从集中器中驱动检查标准品。
10.在第二方面，重复使用检查标准品的方法包括：使用分离柱分离检查标准品的组分；使用非破坏性检测器检测检查标准品的组分以获得第一色谱数据集；用集中器捕获检查标准品的组分；和将检查标准品从集中器释放到分离柱，以重复分离、抑制和检测步骤以
获得第二色谱数据集。
11.在第二方面的各种实施例中所述方法可以进一步包括使用电解抑制器来抑制分离柱的洗脱液。
12.在第二方面的各种实施例中，非破坏性检测器可以为电导率检测器、uv检测器、荧光检测器、折射率检测器、无线电流量检测器、手性检测器、电化学检测器或其任何组合。
13.在第二方面的各种实施例中，所述方法可以进一步包括将第一色谱数据集与第二色谱数据集进行比较以评估分离柱的性能。
14.在第二方面的各种实施例中，所述方法可以进一步包括：将阀切换到第一位置，在所述第一位置中，检测器的输出物被引导到多通阀；和切换多通阀以将检测器的输出物引导到集中器。在特定实施例中，所述方法可以进一步包括将阀切换到第二位置，在所述第二位置检测器的输出物被引导到电解抑制器的再生剂通道或废液。在特定实施例中，所述方法可以进一步包括在释放步骤之前，将多通阀切换到第二位置，在所述第二位置中，集中器的输出物被引导到分离柱。
15.在第二方面的各种实施例中，从集中器中释放检查标准品可以包括使用入口电极和出口电极以跨集中器施加电势以从集中器中驱动检查标准品。
16.在第二方面的各种实施例中，从集中器中释放检查标准品可以包括使溶液流过集中器以从集中器中置换检查标准品组分。
17.在第三方面，监测离子色谱系统的性能的方法，其包含：在分离柱上分离检查标准品的组分；使用非破坏性检测器检测检查标准品的组分以获得第一色谱数据集；用集中器捕获检查标准品的组分；和将检查标准品从集中器释放到分离柱；重复分离、抑制和检测步骤以获得第二色谱数据集；将第一色谱数据集与第二色谱数据集进行比较以评估分离柱的性能；为用户提供离子色谱系统的状态的状态指示符。
18.在第三方面的各种实施例中，所述方法可以进一步包括抑制分离柱的洗脱液。
19.在第三方面的各种实施例中，非破坏性检测器可以为电导率检测器、uv检测器、荧光检测器、折射率检测器、无线电流量检测器、手性检测器、电化学检测器或其任何组合。
20.在第三方面的各种实施例中，状态指示符可以指示分离柱需要更换。
21.在第三方面的各种实施例中，所述方法可以进一步包括比较随时间推移而获得的多个色谱数据集以预测分离柱的剩余可用寿命。
22.在第三方面的各种实施例中，从集中器中释放检查标准品可以包括使用入口电极和出口电极以跨集中器施加电势以从集中器中驱动检查标准品。
23.在第三方面的各种实施例中，从集中器中释放检查标准品可以包括使溶液流过集中器以从集中器中置换检查标准品组分。
附图说明
24.为了更全面理解本文中所公开的原理和其优点，现结合附图来参考以下描述，其中：
25.图1和2示出了根据各种实施例的示例性色谱系统。
26.图3示出了根据各种实施例的再循环检查标准品的示例性方法。
27.图4示出了根据各种实施例的使用再循环的检查标准品的示例性方法监测系统健
康状况。
28.应理解，图式不一定按比例绘制，图式中的物件彼此之间的关系也不一定按比例绘制。图式是旨在使本文中所公开的设备、系统和方法的各个实施例清楚且易于理解的描绘。适当的时候，贯穿附图，将使用相同的附图标记来指代相同或类似部分。此外，应了解，图式并不旨在以任何方式限制本教示的范围。
具体实施方式
29.本文描述了用于离子分离的系统和方法的实施例。
30.本文所使用的章节标题仅仅是出于组织的目的并且不应被解释为以任何方式限制所描述的主题。
31.在对各种实施例的这一详细描述中，出于解释的目的，阐述了许多特定细节以提供对所公开的实施例的透彻理解。然而，本领域的技术人员将了解，这些各种实施例可在具有或不具有这些特定细节的情况下实践。在其它情况下，结构和装置以框图形式展示。此外，本领域的技术人员可易于了解到，呈现和执行方法的特定顺序是说明性的，且经考虑所述顺序可改变且仍保持处于本文中所公开的各种实施例的精神和范围内。
32.本技术中所引用的所有文献和类似材料，包括但不限于专利、专利申请、论文、书籍、专著和互联网网页，出于任何目的明确以全文引用的方式并入。除非另外描述，否则本文中所使用的所有技术和科学术语具有本文中所描述的各种实施例所属领域的普通技术人员通常所理解的含义。
33.应了解，在本发明教示中论述的温度、浓度、时间、压力、流速、横截面面积等之前存在隐含的“约”，使得本发明教示的范围内存在略微和非实质偏差。在本技术中，除非另外特别说明，否则单数的使用包括复数。而且，“包含(comprise/comprises/comprising)”、“含有(contain/contains/containing)”和“包括(include/includes/including)”的使用并不意图是限制性的。应理解，前述总体说明和以下详细描述均仅为示例性和说明性的，且不限制本发明教示。
34.如本文中所使用，“一(a/an)”也可以指“至少一个”或“一个或多个”。而且，“或”的使用是包括性的，使得当“a”为真、“b”为真或“a”和“b”两者均为真时，短语“a或b”为真。此外，除非上下文另外需要，否则单数术语应包括复数且复数术语应包括单数。
[0035]“系统”阐述一组真实或抽象的部件，包含一整体，其中每一部件与所述整体内的至少一个其它部件相互作用或相关。
[0036]
图1示出了色谱系统100的实施例。色谱系统100可以包括泵102、电解洗脱液生成器104、连续再生的捕获柱106、脱气器108、样品注入器110、色谱分离装置112、电解抑制器114、检测器116和微处理器118。色谱分离装置112可以采取毛细管柱或分析柱的形式。管线120可用于将液体从检测器116的输出物转移到电解抑制器114的入口。管线124可以用于将液体从电解抑制器114的再生剂通道的出口转移到连续地再生的捕获柱106的入口。再循环管线126可用于将液体从连续再生的捕获柱106的出口转移到脱气器108的入口。来自脱气器108的出口的液体可被引导到废液128。
[0037]
泵102可以被配置成从如去离子水的液体源132泵送液体并且流体地连接到电解洗脱液生成器104。泵102可以被配置成以范围为约20psi到约15,000psi的压力输送液体。
在某些情况下，也可以实施例大于15,000psi的压力。应当注意的是，本文指示的压力是相对于环境压力(13.7psi到15.2psi)而列示的。泵102可以采取高压液相色谱(hplc)泵的形式。另外，泵102还可以被配置成使得液体仅接触泵102的惰性部分，从而使得不会使显著量的杂质滤出。在此上下文中，“显著”意指会干扰预期的测量结果的杂质的量。例如，惰性部分可以由聚醚醚酮(peek)制成或至少涂覆有peek衬里，其在暴露于液体时不滤去显著量的离子。
[0038]
洗脱液是含有酸、碱、盐或其混合物的液体，并且可用于通过色谱柱洗脱分析物。另外，洗脱液可以包括液体和水可混溶的有机溶剂的混合物，其中液体可以包括酸、碱、盐或其组合。电解洗脱液生成器104被配置成生成生成物。生成物是指可以添加到洗脱液中的特定物种的酸、碱或盐。在一个实施例中，生成物可以是碱，如阳离子氢氧化物，或者生成物可以是酸，如碳酸、磷酸、乙酸、甲磺酸或其组合。
[0039]
参照图1，洗脱液生成器104可被配置成从泵102接收液体，并且然后将生成物添加到液体中。含有生成物的液体可以从洗脱液生成器104输出到连续再生的捕获柱106的入口。
[0040]
连续再生的捕获柱106被配置成从洗脱液中去除阳离子或阴离子污染物。连续再生的捕获柱106可以包括在洗脱液出口处具有电极的离子交换床。离子交换膜堆可以将洗脱液与第二电极分离，并且污染物离子可以通过离子交换膜堆朝向第二电极扫过。离子交换膜堆可以包括一个或多个离子交换膜。在各种实施例中，阴离子去除可以利用阴离子交换床，其中洗脱液出口处的阴极通过阴离子交换膜与阳极分离。可替代地，阳离子去除可以利用阳离子交换床，其中洗脱液出口处的阳极通过阳离子交换膜与阴极分离。
[0041]
脱气器108可以用于去除残余气体。在实施例中，残余气体可以是以电解方式生成的，如氢气和氧气。脱气器108可以包括气体可渗透且液体不可渗透的管道区段，例如无定形氟聚合物或更具体地teflon af。流动液体可以从脱气器108输出到其中去除了显著部分的气体的样品注入器110。
[0042]
样品注入器110可以用于将大剂量的液体样品注入到洗脱液料流中。液体样品可以包括多种化学成分(即基质组分)和一种或多种所关注的分析物。样品注入器110可以包括自动采样器134、样品环路136和多通阀138。自动采样器134可以从样品容器中抽取样品。多通阀138可以处于第一位置以允许样品填充样品环路136。在填充样品环路136至所期望水平之后，多通阀可以切换到第二位置，并且洗脱液料流可以驱动样品到色谱分离装置112上。
[0043]
色谱分离装置112可以用于将存在于液体样品中的各种基质组分与一种或多种所关注的分析物分离。通常，色谱分离装置112可以采取含有填充的固定相的中空圆柱体的形式。当液体样品流动通过色谱分离装置112时，基质组分和目标分析物可以具有一定范围的保留时间，以从色谱分离装置112中洗脱出来。根据目标分析物和基质组分的特性，其对色谱分离装置112中的固定相可以具有不同的亲和力。色谱分离装置112的输出物可以流体连接到电解抑制器114。
[0044]
抑制器114可以用于通过将洗脱液抗衡离子有效交换为再生剂离子来减少洗脱液电导率背景并增强分析物响应。一种类型的抑制器是电解抑制器114，可以包括由离子交换膜分离的阳极室、阴极室和洗脱液抑制床室。阳极室和/或阴极室可产生再生剂离子或输送
供应的再生剂离子。洗脱液抑制床室可以包括用于通过离子交换屏障与再生剂分离的洗脱液的流动路径，并且洗脱液抗衡离子可以跨离子交换屏障与再生离子交换。电解抑制器114的输出物可以流体连接到检测器116，以测量液体样品的分离的化学成分的存在。抑制器114也可以是需要化学再生剂以进行操作的化学种类的。现有技术中的任何抑制器都适用于具有如所配置的多个通道的本应用。
[0045]
检测器116可以呈紫外可见光谱仪、荧光光谱仪、折射率检测器、无线电流量检测器、手性检测器、电化学检测器、电导率检测器或其任何组合的形式。检测器116优选为基本上保存来自抑制器洗脱液输出的洗脱液料流的非破坏性检测器。
[0046]
电子电路可以包括微处理器118、定时器和存储器部分。另外，电子电路可以包括被配置成分别施加控制信号的电源。微处理器118可用于控制色谱系统100的操作。微处理器118可以集成到色谱系统100中或者是与色谱系统100通信的个人计算机的一部分。微处理器118可以被配置成与色谱系统的一个或多个部件(如泵102、泵130、洗脱液生成器104、样品注入器110和检测器116)通信。存储器部分可以用于存储指令，以相对于注入样品的样品注入器110的切换来设置电流波形的量级和定时。
[0047]
从误差的角度来看，离子色谱的标准品制备可能存在问题。错误可能源于用户技能水平和实施方面，如使用的工具以及由于在标准品制备过程期间引入的污染等。解决这些问题的一种方法是购买已知浓度的标准品并将其稀释到已知浓度水平。这种方法在稀释过程中也易出错。自动化仪器可用于制备已知稀释水平的标准品，但该方法昂贵，且需要附加的自动化移液管/注射器和仪器，并增加成本。
[0048]
本文公开的系统和方法通过提供一种在分析后保留感兴趣的分析物并将其存储在离子交换介质中以供将来使用的手段，解决了与检查标准品的频繁制备相关的问题。该解决方案利用抑制反应，所述抑制反应导致洗脱液转化为弱解离形式，并且可以在弱解离抑制洗脱液料流中在离子交换柱上发生分离的分析物的保留。保留的分析物作为标准品混合物保留在离子交换柱中，并且可以在未来的运行中从柱上洗脱下来。分析物浓度可以保存，并且用户不必经常制备标准品。用于实施的设置可以是全自动化的。在另一个实施例中，所述设置适用作诊断工具，以通过基于保留的检查标准品生成测试色谱图并将色谱性能与先前存储的色谱图进行比较来测试系统仪器和耗材性能。
[0049]
图2示出了其中检查标准品再循环的色谱系统200的实施例。色谱系统200包括许多与色谱系统100类似的元件，包括泵102、电解洗脱液生成器104、连续再生的捕获柱106、脱气器108、样品注入器110、色谱分离装置112、电解抑制器114、检测器116和微处理器118。色谱系统200可以进一步包括检查标准品再循环器140。检查标准品再循环器140可以包括多通阀142和集中器144。集中器可以包括填充有离子交换树脂、离子交换整料、离子交换膜等及其组合的集中器柱。另外，虽然可以使用单个集中器，但可以理解，可以采用具有合适阀调的多个集中器柱以将分离的感兴趣的分所述析物集中到特定柱中。因此，从分离柱中选择性地捕获组分是可行的。
[0050]
色谱系统200利用抑制过程并将感兴趣的分析物集中在集中器144的离子交换介质中。例如，在用氢氧化钾作为洗脱液的阴离子分析期间，抑制过程会将洗脱液转化为水。在抑制之后分析物转化为酸形式并在水背景中洗脱，并使用非破坏性检测器进行检测。这种背景为将感兴趣的分析物捕获回到集中器柱中提供了理想的环境。
[0051]
在通过分离柱112分离并通过电解抑制器114抑制之后，检查标准品的组分可以被引导到检测器。可以通过管线220将检查标准品分析物从检测器引导到检查标准品再循环器140，在那里分析物可以被集中器144捕获和集中。来自集中器144的流可以通过管线222被引导回到抑制器以提供电解反应所需的水。任选的止回阀224可以包括在管线222中以防止任何流从检测器单元到集中器柱。
[0052]
在以外部水模式或化学再生模式操作抑制器的其他实施例中，来自集中器144的流可以被引导到废液。
[0053]
一旦运行检查标准品并基于检查标准品的性能验证仪器，就可以注入感兴趣的样品。可以优选绕过检测器后的集中器144，以使保留的标准品离子保持作为反离子与离子交换衬底结合。这可以通过阀146来实现，所述阀将来自检测器116的流重新引导到抑制器114。接头148可以在抑制器114之前合并来自集中器144和阀146的流动路径。
[0054]
在需要运行检查标准品时的未来状态下，可以将集中器144放成串联的并且离子从柱中洗脱下来并投送到离子交换柱以进行分离。因此，可使用自动化的离子储存库，并保存自动维持的检查标准品源。
[0055]
在各种实施例中，集中器144可以装配有入口电极和出口电极。跨入口电极和出口电极施加电势可用于将集中的分析物驱出集中器144。极性方向可用于确保分析物被保留并从色谱柱上洗脱下来。例如，当进行阴离子分析时，优选的是，集中器柱填充有阴离子交换材料，并且在集中期间阴极在柱的出口处，这样，阴离子将被吸引到位于柱的入口处的阳极，并且将流从入口引导到出口。在洗脱期间，流动方向可以反转，并且分析物可以以酸的形式从色谱柱上洗脱下来。相对于流的出口极性是阳极，并且入口极性是阴极。阴离子吸收电解得到的水合氢离子并作为酸塞离开柱，并被投送到分析柱以进行分析。在洗脱期间，流可以包含去离子水或低洗脱强度的洗脱液。这种方法促进在分离期间应用更陡峭的梯度。
[0056]
图3示出了方法的一般示意图。在302制备具有已知分析物的标准品，并在304注入到离子色谱中。在306分离分析物，在308抑制洗脱液，并且然后在310检测分析物，如目前在离子色谱中所进行的。非破坏性检测器是优选的，因为目标是在检测之后保存感兴趣的分析物离子。来自检查标准品行的检测到的分析物离子在312被投送到集中器柱中，在那里感兴趣的分析物离子不可逆地保留在弱解离的抑制洗脱液环境中。当在304需要将分析物离子作为标准品进样作为检查标准品洗脱时，可以将集中器柱串联放置。因此，通过本发明，将分析物离子作为标准品再循环是可行的。在实践中，保留的标准品可以定期更换为新鲜的标准品，如当碳酸根离子浸入到离子色谱中时，这导致保留的标准品中的碳酸根水平发生变化。根据本发明，更换周期可以是几个月，并且基于本发明可使用一种便捷的手段来保存标准品。根据本发明，将标准品性能与先前运行的色谱图进行比较将有助于诊断支持。标准品的更换可以包括洗脱保留的标准品离子，同时将流从检测器引导到抑制器而不是引导到检查标准品再循环器140。随后，可以将新的检查标准品注入到系统中并且来自检测器的流可以被引导到检查标准品再循环器140以捕获新标准品的分析物离子。在上面的讨论中，我们假设标准品是阴离子。在进行阳离子分析时，可以将相同的概念应用于具有阳离子标准品的应用。
[0057]
图4示出了监测如色谱系统200的色谱系统的健康状况的方法。在402，可以分析检查标准品并且收集来自检测器的第一数据集。在404，可以捕获并集中检查标准品以供重复
使用。在406，色谱系统可用于分析未知样品。在408，检查标准品可以从检查标准品集中器上洗脱下来并重新分析，并且可以收集来自检测器的第二数据集。在410，可以将第二数据集与第一数据集进行比较。比较可以寻找第一数据集和第二数据集之间的变化，如峰高、峰面积、峰形、保留时间、背景水平等，这些变化可能表明需要系统维护。在412，如果第一数据集和第二数据集之间的差超过阈值，则在414，可以通知用户。在各种实施例中，通知可以包括系统维护的建议。当差没有超过阈值时，所述方法可以返回到406并且系统可以继续用于分析样品。因此，通过所公开的系统和方法创建了智能生态系统，并且所述系统可以以全自动化方式运行而无需用户干预。在各种实施例中，可以记录数据的趋势并将其用作未来系统维护的指示符。