JP5019663B2 - Impurity ion remover - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、溶液中に含まれる不純物イオンの除去装置に関するものである。 The present invention relates to an apparatus for removing impurity ions contained in a solution.
本発明は、広く、化学分析、合成、処理一般向けに適する溶液中に含まれる不純物イオンの除去装置に関するものであり、特にイオンクロマトグラフ(装置)に好適に用いられるサプレッサー(イオン除去装置)、溶離液の精製装置を提供するものである。イオンクロマトグラフィー(分離操作方法)においてサプレッサーが提案されて久しく、あらためて説明するまでもなく、分離カラムに溶離液を流し、分離カラムに吸着したイオンを分離・溶出してこれを検出器にかける際、検出対象イオン以外のバックグラウンドとなる電解質イオンを除去して高感度の分析値を得ようとするものである。サプレッサーの方式としては大きくは2通りの方式があり、カラム型とイオン交換膜型があり、前者はカラムにH型陽イオン交換樹脂またはOH型陰イオン交換樹脂を充填してバックグランドになる検出対象以外のイオンをイオン交換により取り除き、後者はイオン交換膜を介してバックグラウンドとなる検出対象以外のイオンを取り除く方式となっている。さらに電界を加えて、電気分解との組み合わせで連続操作を可能としている。 The present invention relates generally to a device for removing impurity ions contained in a solution suitable for general use in chemical analysis, synthesis and processing, and in particular, a suppressor (ion removing device) suitably used for an ion chromatograph (device), An eluent purification apparatus is provided. It has been a long time since a suppressor was proposed in ion chromatography (separation method), and it is not necessary to explain it again. When an eluent is passed through a separation column, ions adsorbed on the separation column are separated and eluted, and this is applied to a detector. In this case, electrolyte ions serving as a background other than the detection target ions are removed to obtain a highly sensitive analysis value. There are roughly two types of suppressor methods, the column type and the ion exchange membrane type. The former is a detection method in which the column is filled with H-type cation exchange resin or OH-type anion exchange resin and becomes a background. Ions other than the target are removed by ion exchange, and the latter is a method of removing ions other than the detection target that are the background through the ion exchange membrane. Furthermore, an electric field is applied to enable continuous operation in combination with electrolysis.
本発明はカラム型で電界を加えるタイプであり、本発明に近い代表的なサプレッサーとしていくつか挙げると、先ず、カラム型で電界を組み合わせた特表2002−509238号公報記載のサプレッサーがある。カラムに陽イオン交換樹脂を充填し、さらにカラムの側端上部と下部に陽イオン交換膜を介して電極(上部:陰極、下部:陽極)が取り付けられ、カラム上部から検査対象イオン(この場合は陰イオン)を含む溶離液が導入されると、バックグラウンドになる陽イオンがカラム中の陽イオン交換樹脂に吸着されて取り除かれる。さらに陽イオン交換膜で仕切られ、電極が取り付けられた両電極チャンバー内に水が導入され、同チャンバー内に水の電気分解でヒドロニウムイオン、ヒドロオキシドイオンが作られる。陽イオン交換膜を介してカラム内に吸着した陽イオンを陰極のチャンバー内に電気移動させ、当該生成ヒドロオキシドイオンと反応させて塩基を生成し、水とともに系外へ排出される。一方でヒドロニウムイオンを生成した陽極のチャンバーでは、当該生成ヒドロニウムイオンが陽イオン交換膜を透過してカラム系内に電気移動し、ナトリウムイオンを吸着した陽イオン交換樹脂をヒドロニウムイオンで再生し、連続して運転可能としたものである。 The present invention is a column type that applies an electric field. To name a few typical suppressors close to the present invention, there is a suppressor described in JP-T-2002-509238, which combines a column type electric field. The column is filled with cation exchange resin, and electrodes (upper: cathode, lower: anode) are attached to the upper and lower sides of the column via cation exchange membranes. When an eluent containing an anion) is introduced, the cation that becomes the background is adsorbed and removed by the cation exchange resin in the column. Furthermore, water is introduced into both electrode chambers partitioned by a cation exchange membrane and attached with electrodes, and hydronium ions and hydroxide ions are produced in the same chamber by electrolysis of water. The cations adsorbed in the column through the cation exchange membrane are electromoved into the cathode chamber and reacted with the generated hydroxide ions to generate a base, which is discharged out of the system together with water. On the other hand, in the anode chamber where hydronium ions are generated, the generated hydronium ions permeate through the cation exchange membrane and electrotransfer into the column system, and the cation exchange resin adsorbing sodium ions is regenerated with hydronium ions. However, it is possible to operate continuously.
さらにもうひとつ代表的なサプレッサーをあげると、やはりカラム型で電界を組み合わせた特開2001−188063号公報記載のサプレッサーがある。水平に置いたカラムに陽イオン交換樹脂を充填し、両端にフイルタを介して電極がつけられ、カラム上端の電極寄りに溶液の入口、下端の反対電極寄りに溶液の出口を設けた構造である。カラム上端から検査対象イオン(この場合は陰イオン)を含む溶離液が導入されると、バックグラウンドになる陽イオンがカラム中の陽イオン交換樹脂に吸着されて取り除かれる。同時にカラムの両端に設けた電極で水の電気分解が起こり、発生したヒドロニウムイオン、ヒドロオキシドイオンが反対電極にむけて電気移動する。そこに電界により電気移動してきた陽イオンと反応して、塩基、水が生成し、電極付近の出口から電極反応生成ガス(酸素・水素ガス)と共に排出される。連続して脱陽イオンを可能としたものである。
しかしながら、それぞれの方式に一長一短があり、さらなる長時間安定操作性、検出液へのガスの混入防止ほか基本的な性能向上が問われ、併せてリサイクル化の促進という観点から戻り水の活用に制約を与えない工夫も要求される。As another typical suppressor, there is a suppressor described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-188063, which is also a column type combined with an electric field. A column placed horizontally is filled with cation exchange resin, electrodes are attached to both ends via filters, and a solution inlet is provided near the electrode at the top of the column and a solution outlet is provided near the opposite electrode at the bottom. . When an eluent containing ions to be inspected (anions in this case) is introduced from the upper end of the column, the cation that becomes the background is adsorbed and removed by the cation exchange resin in the column. At the same time, electrolysis of water occurs at the electrodes provided at both ends of the column, and the generated hydronium ions and hydroxide ions move toward the opposite electrodes. It reacts with the cations that have been electromoved by the electric field to generate base and water, and is discharged together with the electrode reaction product gas (oxygen / hydrogen gas) from the outlet near the electrode. This enables continuous decation.
However, each method has its pros and cons, and it is required to operate for a longer time, prevent gas from being mixed into the detection solution, and improve basic performance. In addition, it restricts the use of return water from the viewpoint of promoting recycling. The device which does not give is also required.
前記したカラム型に電界を加えた代表的なサプレッサーにおいて前者の縦型カラムタイプでは検出感度のよい安定したデータが得られにくい限界があり、後者では検出感度のよいデータが得られにくい上に、混入ガスの影響があって、検出器にかける前処理としてガス抜き処理が避けられないという問題点を有していた。 In a typical suppressor in which an electric field is applied to the column type described above, there is a limit that it is difficult to obtain stable data with good detection sensitivity in the former vertical column type, and in the latter, it is difficult to obtain data with good detection sensitivity. Due to the influence of the mixed gas, there has been a problem that a degassing process cannot be avoided as a pretreatment applied to the detector.
上記課題を解決するため、検出感度に直接、影響する要素について検討した結果、カラムを流れる溶液中の検査対象イオンの拡散を抑制すればよく、そのためにはカラムの中に充填された樹脂層を流れる溶液の流れが細く、乱れの少ない速い流れとすることに気づいた。さらに、また、不純物イオンの除去という観点からすれば溶液は不純物陽イオンの交換能力のあるH型陽イオン交換樹脂の多く存在する陰イオン交換膜27b近辺を通過するように出口を設けたほうが有利ということで入口、出口の配置を決定することした。
In order to solve the above problems, as a result of examining elements that directly affect detection sensitivity, it is only necessary to suppress diffusion of ions to be inspected in a solution flowing through the column. For this purpose, a resin layer packed in the column is used. I noticed that the flow of the flowing solution was narrow and the flow was fast with little disturbance. Furthermore, from the viewpoint of removing impurity ions, it is more advantageous to provide an outlet so that the solution passes through the vicinity of the
しかし、カラムの中に充填された樹脂層を流れる溶液の流れを微細に制御することは残念ながら究極の微量液流の機器制御が困難である以上、装置の完成後の微調整による手段によらざるを得ない。
試行錯誤を繰り返し、バランスのとれた装置として、基本構造の発明を創作するにいたった。However, fine control of the flow of the solution flowing through the resin layer packed in the column is unfortunately difficult to control the device of the ultimate trace liquid flow. I must.
Through trial and error, we came up with the invention of the basic structure as a balanced device.
検出感度の向上および安定性の確保という視点から検出対象イオンの一部を系外に散逸することも防止しなければならない。イオン量が少なくなれば電気伝導度検出器は小さいピークしか示さない。すなわち、感度低下の要因となる。前記した先行技術の中で後者のものはカラムの横出口2箇所から溶液と共に検査対象イオンも素通りしてしまっている。
従って、電極とイオン交換樹脂との間にイオン交換膜で仕切り膜をもうけて、サンプルイオンが電極で電気分解されないようにし、さらに、溶液が系外に排出されるのを防ぎつつ、電極反応で生ずるガスが系内に入り込まないようにする。さらに仕切り膜の選択により外部から電極部に導入する気泡排出促進の水から系内に不純物が浸入するのを防ぐことによって再生循環する水の品質上の制約をなくすことができる。また、電極の周囲には高濃度の酸や塩基が溜まりやすく電極が腐食されやすいので、これを防止し、さらに除去対象イオンの除去効率を高めるため、電極付近に水を注入して希釈し、系外に排出する。さらに耐久性の高いイオン交換膜の使用により機器の運転寿命を長くすることができることを見出した。From the viewpoint of improving detection sensitivity and ensuring stability, it is necessary to prevent part of ions to be detected from being dissipated out of the system. As the amount of ions decreases, the conductivity detector shows only a small peak. That is, it becomes a factor of sensitivity reduction. Among the prior arts described above, the latter ions pass through the solution along with the solution from two lateral outlets of the column.
Therefore, a partition membrane is provided with an ion exchange membrane between the electrode and the ion exchange resin so that the sample ions are not electrolyzed by the electrode, and further, the electrode reaction is performed while preventing the solution from being discharged out of the system. Prevent the resulting gas from entering the system. Furthermore, by restricting the quality of the recirculated water, it is possible to prevent impurities from entering the system from the water for promoting bubble discharge introduced from the outside into the electrode portion by selecting the partition membrane. In addition, high-concentration acids and bases tend to accumulate around the electrode, and the electrode is easily corroded.To prevent this, and to further improve the removal efficiency of ions to be removed, water is injected near the electrode and diluted. Discharge out of the system. Furthermore, it has been found that the operation life of the device can be extended by using a highly durable ion exchange membrane.
本発明により、検出感度がすぐれ、連続安定した不純物イオン除去操作をすることができ、運転寿命の長い装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an apparatus with excellent detection sensitivity, a continuous and stable impurity ion removal operation, and a long operating life.
本発明について最良の実施形態を示し、次いで実施例を交えて詳述する。
先ず、本発明を整理すると、不純物イオンを除去する装置の基本構造、基本構造に純水による気泡排出促進部を組み込んだ不純物イオン除去装置、基本構造に純水による気泡排出促進部を両端に組み込んだ不純物イオン除去装置、不純物イオン除去装置を複数台、連結した装置に関する発明である。
(1) 不純物イオンを除去する装置の基本構造BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The best mode for carrying out the present invention will be described, and then detailed with examples.
First, the basic structure of the apparatus for removing impurity ions, the impurity ion removing apparatus in which a bubble discharge promoting part by pure water is incorporated in the basic structure, and the bubble discharge promoting part by pure water are incorporated in both ends by arranging the present invention. The present invention relates to a device in which a plurality of impurity ion removal devices and a plurality of impurity ion removal devices are connected.
(1) Basic structure of the device for removing impurity ions
本発明は請求項1記載の発明であり、図1を参照しながら説明する。
図1は陽イオンを除去する場合の構成を図示したものであるが、当業者であれば原則、陽イオン除去のケースを説明すれば、陰イオン除去のケースも充分に援用可能である。両方、交えて説明するより簡潔明瞭なので、陽イオン除去のケースを説明することにする。
装置は横長の容器(21)に陽イオン交換体(23)を充填した層を挟んで、容器両端にイオン交換膜(27a,27b)で固定し、当該陽イオン交換膜の外側に電極(31a,31b)を取り付け、入口(21b,21c)に純水を注水して、出口(22b、22c)から排出する配管が取り付けられ、さらに、容器上端の一方の電極側(陰極側)に不純物イオンを含む溶液を導入する入口(21a)が設けられ、下端の他方の電極側(陽極側)に出口(22a)を設け、さらに外部電源(33)から両電極に接続した構成である。
ちなみに陰イオン除去のケースについては、図5に示すように陽イオン交換体(23)の代わりに陰イオン交換体(23)を、イオン交換膜27aに陰イオン交換膜を、同27bに陽イオン交換膜を使用、電極の設定が逆となる電極31aは陽極,同31bは陰極となる。装置の構成上の違いは以上の点だけである。図6、図7についても図2、図3の陽イオン除去装置に対応して、装置の構成上の違いを同様に準用することができる。The present invention is the invention described in
FIG. 1 illustrates a configuration for removing cations. However, in principle, those skilled in the art can fully use the case of anion removal if the case of cation removal is described. Since both are more concise and clearer than described together, the case of cation removal will be described.
The apparatus has a horizontally long container (21) sandwiched with a layer filled with a cation exchanger (23), fixed on both ends of the container with ion exchange membranes (27a, 27b), and an electrode (31a) on the outside of the cation exchange membrane. , 31b), pipes for injecting pure water into the inlets (21b, 21c) and discharging from the outlets (22b, 22c) are attached, and impurity ions are added to one electrode side (cathode side) at the upper end of the container. Is provided with an inlet (21a) for introducing a solution containing, an outlet (22a) on the other electrode side (anode side) at the lower end, and further connected to both electrodes from an external power source (33).
Incidentally, in the case of anion removal, as shown in FIG. 5, an anion exchanger (23) is used instead of the cation exchanger (23), an anion exchange membrane is used for the
ここで本体容器(21)は特に耐強酸・塩基性があって電気絶縁性材料で作られる必要があることから、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、PP(ポリプロピレン)等で作られている。カラムの形状は横長形状が好ましい。前記したように液流路の形成を図る上でバランスが取りやすいからである。
イオン交換体(23)はイオン交換機能を有する物質をさし、特に不溶性高分子化合物にイオン交換基をもつイオン交換樹脂を好適にもちいることができ、ビーズ状、フレーク状、繊維状、不織布状、膜状ほかに成形されたものがよい。
陽イオン交換樹脂としてはアンバライトIR120B(ダウ・ケミカル社製、登録商標)、DOWEX50WX2,50WX4,50WX8(ダウ・ケミカル社製、登録商標)を好適に用いることができる。中でもDOWEX50WX8(登録商標)が耐強酸性で高交換容量の点で好ましい。
図1では陽イオン交換樹脂を用いているが、陰イオンを除去する装置では陰イオン交換樹脂が用いられる。
陰イオン交換樹脂としては陽イオン交換樹脂と逆の電荷のイオン交換基を有し、交換基が耐強塩基性で高交換容量であるDOWEX1X8、2X8(登録商標)を好適に用いることができる。Here, the main body container (21) is made of PEEK (polyetheretherketone), PP (polypropylene), etc., because it has a strong acid / base resistance and needs to be made of an electrically insulating material. The column shape is preferably a horizontally long shape. This is because, as described above, it is easy to balance the formation of the liquid flow path.
The ion exchanger (23) refers to a substance having an ion exchange function, and in particular, an ion exchange resin having an ion exchange group in an insoluble polymer compound can be suitably used. The beads, flakes, fibers, and nonwoven fabrics can be used. Shaped in the form of film or film.
As the cation exchange resin, Amberlite IR120B (manufactured by Dow Chemical Company, registered trademark), DOWEX 50WX2, 50WX4, 50WX8 (manufactured by Dow Chemical Company, registered trademark) can be suitably used. Among these, DOWEX50WX8 (registered trademark) is preferable in terms of strong acid resistance and high exchange capacity.
Although a cation exchange resin is used in FIG. 1, an anion exchange resin is used in an apparatus for removing anions.
As the anion exchange resin, DOWEX1X8, 2X8 (registered trademark) having an ion exchange group having a charge opposite to that of the cation exchange resin and having a strong base resistance and a high exchange capacity can be suitably used.
イオン交換膜としては、陰極側に陽イオン交換膜(27a)を、陽極側に陰イオン交換膜(27b)を用い、それぞれ陽イオン交換膜は、陽イオンは透過するが液体は透過しにくい機能を有し、陰イオン交換膜は、陰イオンは透過するが液体は透過しにくい機能を有している。本発明で陽イオン交換膜(27a)は電圧のかかった陰極との協働により不純物の陽イオンを透過して出口より(22b)排出する機能を有し、逆に不純物陽イオンが外部から系内に入り込まないようにしている。この点は陰イオン交換膜(27b)についても同様な機能を有している。つまり、外部からの陰イオンの浸入を抑える機能を有していることから出口(22b、22c)に流す水の品質の制約を緩和するこができる。
さらには検査対象イオンを含む溶液が系外に漏出しない仕切り膜の役割を果たしている。
また、容器内に充填された樹脂を左右から押さえ、固定する役割を担っている。
さらに電極が直接、イオン交換体に接触することを避ける役割も有し、電極まわりで生成する強酸・強塩基に耐える強靭な材質が要求される。
このような陽イオン交換膜にはネオセプタ(登録商標)C66(トクヤマ社製)、テフロン(登録商標)系のNafion(登録商標)NRE−212、115、117、324、424、551(デュポン社製)が好適に用いられる。
また、陰イオン交換膜としてはネオセプタ(登録商標)AHA(商品名:アトムズ社製)、AMX、ACM、ACS、AFN、AFXが好適に用いられる。As the ion exchange membrane, a cation exchange membrane (27a) is used on the cathode side, and an anion exchange membrane (27b) is used on the anode side. Each of the cation exchange membranes has a function of permeating cations but not liquid. The anion exchange membrane has a function of allowing anions to pass but not allowing liquids to pass. In the present invention, the cation exchange membrane (27a) has a function of transmitting the cation of the impurity through the cooperation with a voltage-applied cathode and discharging it from the outlet (22b). I try not to get inside. In this respect, the anion exchange membrane (27b) has a similar function. That is, since it has a function of suppressing the intrusion of anions from the outside, the restriction on the quality of water flowing to the outlets (22b, 22c) can be relaxed.
Furthermore, it plays the role of a partition membrane that prevents the solution containing ions to be inspected from leaking out of the system.
Moreover, it plays a role of pressing and fixing the resin filled in the container from the left and right.
Further, it has a role of preventing the electrode from coming into direct contact with the ion exchanger, and a tough material that can withstand a strong acid and a strong base generated around the electrode is required.
Such cation exchange membranes include Neoceptor (registered trademark) C66 (manufactured by Tokuyama), Teflon (registered trademark) -based Nafion (registered trademark) NRE-212, 115, 117, 324, 424, 551 (manufactured by DuPont). ) Is preferably used.
Further, Neoceptor (registered trademark) AHA (trade name: manufactured by Atoms), AMX, ACM, ACS, AFN, and AFX are preferably used as the anion exchange membrane.
電極(31a,31b)に用いる材質は金属、合金、グラファイト、半導体、金属酸化物など種々の導体がもちいられる。特に白金、チタン、金、ロジウム等耐蝕性のあるものが好ましく、網目状、線状、棒状、板状等とすることができる。液体透過性を考慮して網目状等が好ましい。
電流の流れ方向が特定の方向にあるときイオンの流れが形成され、目的の除去イオンは近くの電極へ移動、排出されるから制御しやすさの点で直流が好ましい。また、印加する電圧の種類は直流電圧及び正バイアス電圧が加わった交流電圧どちらの電圧でも構わない。As materials used for the electrodes (31a, 31b), various conductors such as metals, alloys, graphite, semiconductors, and metal oxides are used. In particular, those having corrosion resistance such as platinum, titanium, gold and rhodium are preferable, and can be a mesh, a line, a rod, a plate or the like. In consideration of liquid permeability, a mesh or the like is preferable.
When the current flow direction is in a specific direction, an ion flow is formed, and the target removal ions are moved to and discharged from a nearby electrode, so that direct current is preferable in terms of ease of control. The type of voltage to be applied may be either a DC voltage or an AC voltage to which a positive bias voltage is added.
次に本装置の作用について説明する。
カラム(7)で分離溶出された分析対象陰イオンを含む溶液が本装置の入口(21a)に導入され、陽イオン交換樹脂の充填されたゾーン(51)に入り、溶液は出口(22a)に向けて流れていく。溶液中に含まれる陽イオンは陽イオン交換樹脂に吸着されていくが、両極から電界がかけられるので溶液中の陽イオンも陽イオン交換樹脂に吸着された陽イオンも陰極に向けて電気泳動(イオンの移動)していくことになる。
一方、両電極では電極に水が導入される場合(図1、図2、図3)、導入された水の電気分解により水素、酸素ガスが発生すると共にヒドロニウムイオン、ヒドロオキシドイオンが生成している。陰極では陽イオン交換膜を介して浸出してきた陽イオンとヒドロオキシドイオンの反応により塩基が生成され、水素ガスとともに出口(22b)から外部に排出される。陽極では、ヒドロニウムイオンは、陰イオン交換膜との静電反発により侵入が阻まれて、系内に入れず、系内から排出してきたヒドロオキシドイオンと反応して水になり、酸素ガスとともに出口(22c)から外部に排出される。
つまり、水の電気分解による生成するガス及び、ヒドロニウムイオンとヒドロオキシドイオンはイオン交換膜及びイオン交換樹脂で形成するイオン交換体に阻まれ系内に侵入できない。そして上記した系内を移動するヒドロニウムイオン、ヒドロオキシドイオンは陰イオン交換膜と陽イオン交換膜樹脂の界面(以後、「イオン界面」と称す)で起こる水の解離平衡のズレから生じたヒドロニウムイオンとヒドロオキシドイオンであり、水を供給する事で生成している。つまり、水の解離平衡のズレから生じたヒドロオキシドイオンは、陰イオン交換膜に取り込まれ、ヒドロニウムイオンは、陽イオン交換樹脂に取り込まれることによって系内に供給されると考えられる。当該イオン界面を通じて供給されたヒドロニウムイオンは陰極に向かって移動し、ヒドロオキシドイオンは陽極に向かって移動し、両イオンが互いに反対方向に向かって移動することになる。
また、系内の陽イオン交換樹脂充填層の中に吸着した不純物陽イオンは、界面導電現象である電気泳動(イオンの移動)及び電気浸透流(イオンの移動に伴い、イオンを取り巻く周囲の溶媒も移動していく現象)により、対極である陰極に向け移動し、外部に排出されるものと考えられる。その時、ヒドロニウムイオンは系内に充填した陽イオン交換樹脂に吸着した不純物陽イオンとイオン交換しながら対極である陰極に向け移動することになる。
以上のことから、本発明の装置(図1、2、3、5、6、7)において、陽極で発生したヒドロニウムイオンと陰極で発生したヒドロオキシドイオンは、系内に設置した陰イオン交換膜と陽イオン交換膜との静電反発により、発生と同時に導入水の流れとともに、系外に排出されることになる。従って、外部電極で生じた水の電気分解由来のイオンが系内に供給されているわけではない。水の電気分解で生成するヒドロニウムイオンとヒドロオキシドイオンを、樹脂に吸着した不純物イオンを溶出させるための交換イオンとして使用していないことは、他の発明にない本発明の最も特徴的な方法である。
なお、本発明の説明にサプレッサーをモデルとして用いているが、不純物イオンの除去に用いる装置としてサプレッサーに限定されないことはいうまでもない。
(2) 基本構造に純水による気泡排出促進部を組み込んだ不純物イオン除去装置Next, the operation of this apparatus will be described.
A solution containing the anion to be analyzed separated and eluted in the column (7) is introduced into the inlet (21a) of this apparatus, enters the zone (51) filled with the cation exchange resin, and the solution enters the outlet (22a). It flows toward. The cations contained in the solution are adsorbed on the cation exchange resin, but since an electric field is applied from both electrodes, the cation in the solution and the cation adsorbed on the cation exchange resin are electrophoresed toward the cathode ( Ion movement).
On the other hand, when water is introduced into the electrodes in both electrodes (FIGS. 1, 2, and 3), hydrogen and oxygen gas are generated and hydronium ions and hydroxide ions are generated by electrolysis of the introduced water. ing. At the cathode, a base is generated by the reaction between the cation and the hydroxide ion leached through the cation exchange membrane, and discharged together with hydrogen gas from the outlet (22b). At the anode, the hydronium ions are prevented from entering due to electrostatic repulsion with the anion exchange membrane, do not enter the system, react with the hydroxide ions discharged from the system, become water, and together with oxygen gas It is discharged to the outside from the outlet (22c).
That is, the gas generated by the electrolysis of water, and the hydronium ion and the hydroxide ion are blocked by the ion exchanger formed by the ion exchange membrane and the ion exchange resin and cannot enter the system. The hydronium ions and hydroxide ions that move in the system described above are produced from the dissociation equilibrium of water that occurs at the interface between the anion exchange membrane and the cation exchange membrane resin (hereinafter referred to as “ion interface”). It is a nium ion and a hydroxide ion, and is generated by supplying water. That is, it is considered that the hydroxide ions generated from the dissociation equilibrium of water are taken into the anion exchange membrane, and the hydronium ions are supplied into the system by being taken into the cation exchange resin. Hydronium ions supplied through the ion interface move toward the cathode, hydroxide ions move toward the anode, and both ions move in directions opposite to each other.
Impurity cations adsorbed in the cation exchange resin packed bed in the system are interfacial conductive phenomena such as electrophoresis (ion movement) and electroosmotic flow (the surrounding solvent surrounding the ions as the ions move). It is thought that it moves toward the cathode as the counter electrode and is discharged to the outside. At that time, the hydronium ions move toward the cathode as the counter electrode while ion exchange with the impurity cations adsorbed on the cation exchange resin filled in the system.
From the above, in the apparatus of the present invention (FIGS. 1, 2, 3, 5, 6, and 7), the hydronium ions generated at the anode and the hydroxide ions generated at the cathode are anion-exchanged in the system. Due to the electrostatic repulsion between the membrane and the cation exchange membrane, it is discharged out of the system with the flow of introduced water as soon as it is generated. Therefore, ions derived from electrolysis of water generated at the external electrode are not supplied into the system. The fact that hydronium ions and hydroxide ions generated by electrolysis of water are not used as exchange ions for eluting impurity ions adsorbed on the resin is the most characteristic method of the present invention not found in other inventions. It is.
Although the suppressor is used as a model in the description of the present invention, it is needless to say that the apparatus used for removing impurity ions is not limited to the suppressor.
(2) Impurity ion removal device incorporating a bubble discharge promoting part with pure water in the basic structure
本発明は請求項2記載の発明であり、図2を参照しながら説明する。
本発明は前記(1)で説明した基本構造に純水による気泡排出促進部を組み込んだ不純物イオン除去装置であるから、追加部分の構成を重点的に説明する。
図2に示した装置も陽イオン除去を目的とした装置であり、陰極部分において電極(31a)と陽イオン交換膜(27a)の間に純水の注入ゾーンを設けている。すなわち、断面が陽イオン交換膜(27a)、陽イオン交換体(25B)層、液体透過性を付与した陽イオン交換膜(28a)、電極(31a)で構成され、陽イオン交換体(25B)層の上部に純水の導入口が設けられている。
液体透過性を付与した陽イオン交換膜とは、通常の陽イオン交換膜にスリット加工等を施して液体透過性を付与したものである。このスリット加工により、逆に外部から系内への不純物を含む液体やガスの浸入を避けられないが、そのため、純水供給装置41aから常に純水を流し、外部から系内への不純物を含む液体やガスの混入を防いでいる。
また、陽イオン交換膜(28a)を電極(31a)と陽イオン交換体(25B)の間に入れて、電極(31a)と陽イオン交換体(25B)が直接、接触しないようにし、陽イオン交換体(25B)が電気分解にさらされないようにしているためである。
しかし、このような構造はむしろ、陰イオン除去装置(図6)において、一層、有効であり、陽イオン交換体に較べ、耐久性がやや劣る陰イオン交換体(25B)と電極(31a)の間に陽イオン交換膜(28a)を入れることにより、陰イオン交換体(25B)の電気分解から避けることができる。
このような陽イオン交換膜には耐久性にすぐれたテフロン(登録商標)系の陽イオン交換膜でNafion(登録商標)NRE−212、115、117、324、424、551(デュポン社製)が好適に用いられる。
前記液体透過性を付与した陽イオン交換膜に代えて、同等の作用を示す不織布状イオン交換樹脂、メッシュ状成形イオン交換樹脂ほか陽イオン交換体であってもよい。
その他の構成は前記(1)と説明が重複するので省略する。
次に本装置の作用について説明する。The present invention is the invention described in
Since the present invention is an impurity ion removing apparatus in which a bubble discharge promoting part by pure water is incorporated in the basic structure described in (1) above, the configuration of the additional part will be described mainly.
The apparatus shown in FIG. 2 is also an apparatus for removing cations, and a pure water injection zone is provided between the electrode (31a) and the cation exchange membrane (27a) in the cathode portion. That is, the cross section is composed of a cation exchange membrane (27a), a cation exchanger (25B) layer, a cation exchange membrane (28a) imparted with liquid permeability, and an electrode (31a), and the cation exchanger (25B). A pure water inlet is provided at the top of the bed.
The cation exchange membrane imparted with liquid permeability is obtained by imparting liquid permeability by subjecting a normal cation exchange membrane to slit processing or the like. This slit processing, on the contrary, cannot avoid the ingress of liquid or gas containing impurities from the outside into the system. For this reason, pure water is always supplied from the pure
Further, the cation exchange membrane (28a) is placed between the electrode (31a) and the cation exchanger (25B) so that the electrode (31a) and the cation exchanger (25B) are not in direct contact with each other. This is because the exchanger (25B) is not exposed to electrolysis.
However, such a structure is rather more effective in the anion removing device (FIG. 6), and the anion exchanger (25B) and the electrode (31a) are slightly less durable than the cation exchanger. By inserting a cation exchange membrane (28a) between them, it is possible to avoid the electrolysis of the anion exchanger (25B).
As such a cation exchange membrane, Nafion (registered trademark) NRE-212, 115, 117, 324, 424, 551 (manufactured by DuPont) is a Teflon (registered trademark) cation exchange membrane having excellent durability. Preferably used.
Instead of the cation exchange membrane imparted with the liquid permeability, a cation exchanger such as a non-woven fabric ion exchange resin, a mesh-shaped ion exchange resin, or the like exhibiting an equivalent function may be used.
The description of other structures is omitted because the description is the same as in (1) above.
Next, the operation of this apparatus will be described.
前記(1)で述べた重複説明を避け、変更になる部分を重点的に説明する。
陰極部分に設けられた純水注入ゾーンは一言でいえば本体内側から注水して外に排出することといえる。これによって電気分解で生じた水素ガスの排出を一層促進することが出来る。さらには陰極付近で生成する強塩基、還元された活性物質を希釈して外部へ排出することができる。その結果、電極、例えば白金電極の寿命を延ばすことができるし、実施例8に示すように脱イオン効率を向上させることができる。
前記(1)で説明した基本構造における出口22bからの塩基、水の生成排出は、陽イオン、ヒドロニウムイオンの電気泳動(イオンの移動)にともなう溶媒の流れである電気浸透流と呼ばれるものと推察される。しかし、この流れは非常に微量のため、ポンプ揚力による純水注入によって、排出流を増量している。
(3) 基本構造に純水による気泡排出促進部を両端に組み込んだ不純物イオン除去装置The overlapping description described in the above (1) will be avoided, and the changed part will be described mainly.
In a word, the pure water injection zone provided in the cathode portion can be said to be injected from the inside of the main body and discharged outside. As a result, discharge of hydrogen gas generated by electrolysis can be further promoted. Furthermore, the strong base produced near the cathode and the reduced active substance can be diluted and discharged to the outside. As a result, the life of an electrode, for example, a platinum electrode can be extended, and the deionization efficiency can be improved as shown in Example 8.
The generation and discharge of base and water from the
(3) Impurity ion removal device incorporating a bubble discharge promoting part with pure water at both ends in the basic structure
本発明は請求項3記載の発明であり、図3を参照しながら説明する。
本発明は前記(1)で説明した基本構造に純水による気泡排出促進部を両端に組み込んだ不純物イオン除去装置に関するものであり、前記(2)と同様に追加部分の構成を重点的に説明する。
図3に示した装置も陽イオン除去を目的とした装置であり、両極部分に純水の注入ゾーンを設けている。すなわち、陽極部分においても電極(31b)と陰イオン交換膜(27b)の間に純水の注入ゾーンを設けている。すなわち、断面が陰イオン交換膜(27b)、陰イオン交換体(25A)層、液体透過性を付与した陽イオン交換膜(28b)、電極(31b)で構成され、陰イオン交換体(25A)層の上部に純水の導入口が設けられている。
液体透過性を付与した陽イオン交換膜とは、前記したように通常の陽イオン交換膜にスリット加工等を施して液体透過性を付与したもので、陰極側に用いたものと同じである。これは理想的には陰イオン交換膜を用いる方が有利であるが、耐久性にすぐれた材質のものがない。そこで、入口(21c)から純水を流し込み、イオン交換体(25A)層を通り、液体透過性を付与した陽イオン交換膜(28b)を通り、出口(22c)から排出する構成とすることで、耐久性にすぐれたテフロン(登録商標)系の陽イオン交換膜であるNafion(登録商標)NRE−212、115、117、324、424、551(デュポン社製)を好適に用いることができる。また、このスリット加工等により、液体透過性を付与した結果、逆に外部から系内への不純物を含む液体やガスの浸入を避けられないが、そのため、純水供給装置41bから常に純水を流し、外部から系内への不純物を含む液体やガスの混入を防いでいる。
前記液体透過性を付与した陽イオン交換膜に代えて、同等の作用を示す不織布状イオン交換樹脂、メッシュ状成形イオン交換樹脂ほか陽イオン交換体であってもよい。
その他の構成は前記(1)、(2)と説明が重複するので省略する。The present invention is the invention described in
The present invention relates to an impurity ion removing apparatus in which a bubble discharge promoting portion by pure water is incorporated at both ends in the basic structure described in (1), and the configuration of the additional portion is explained mainly as in (2). To do.
The apparatus shown in FIG. 3 is also an apparatus intended to remove cations, and is provided with pure water injection zones at both electrode portions. That is, the pure water injection zone is also provided between the electrode (31b) and the anion exchange membrane (27b) in the anode portion. That is, the cross section is composed of an anion exchange membrane (27b), an anion exchanger (25A) layer, a liquid-permeable cation exchange membrane (28b), and an electrode (31b), and the anion exchanger (25A). A pure water inlet is provided at the top of the bed.
The cation exchange membrane imparted with liquid permeability is the same as that used on the cathode side, as described above, which is provided with liquid permeability by subjecting a normal cation exchange membrane to slit processing or the like. Ideally, it is advantageous to use an anion exchange membrane, but none of the material has excellent durability. Therefore, pure water is poured from the inlet (21c), passes through the ion exchanger (25A) layer, passes through the cation exchange membrane (28b) imparted with liquid permeability, and is discharged from the outlet (22c). Nafion (registered trademark) NRE-212, 115, 117, 324, 424, 551 (manufactured by DuPont), which is a Teflon (registered trademark) cation exchange membrane having excellent durability, can be preferably used. In addition, as a result of imparting liquid permeability by this slit processing or the like, it is unavoidable that liquid or gas containing impurities enter the system from the outside. However, pure water is always supplied from the pure water supply device 41b. This prevents liquids and gases containing impurities from entering the system from the outside.
Instead of the cation exchange membrane imparted with the liquid permeability, a cation exchanger such as a non-woven fabric ion exchange resin, a mesh-shaped ion exchange resin, or the like exhibiting an equivalent function may be used.
The description of the other configuration is omitted because the description overlaps with (1) and (2).
次に本装置の作用について説明する。
前記(1)、(2)で述べた重複説明を避け、変更になる部分を重点的に説明する。
純水注入ゾーンを両極部分に設けたということで、陽極側では電気分解で発生した酸素ガスや強酸、酸化された活性物質を希釈して外部への排出、陰極側では電気分解で発生した水素ガスや強塩基、還元された活性物質を希釈して外部への排出を一層促進するものである。その結果、電極、例えば白金電極の寿命を延ばすことができるし、実施例8に示すように脱イオン効率を向上させることができる。
(4) 不純物イオン除去装置を複数台、連結した装置Next, the operation of this apparatus will be described.
The overlapping description described in the above (1) and (2) will be avoided, and the part to be changed will be described mainly.
By providing a pure water injection zone in both electrode parts, oxygen gas generated by electrolysis, strong acid, and oxidized active substance are diluted and discharged to the outside on the anode side, and hydrogen generated by electrolysis on the cathode side. It dilutes gases, strong bases, and reduced active substances to further promote discharge to the outside. As a result, the life of an electrode, for example, a platinum electrode can be extended, and the deionization efficiency can be improved as shown in Example 8.
(4) Equipment connecting multiple impurity ion removal devices
本発明は請求項4に記載された発明であり、図4を参照しながら説明する。本発明は不純物イオン除去装置を複数台、連結した装置であり、陰イオンまたは陽イオンのいずれかを取り除く装置である。
請求項4に記載された発明は図4に示すとおり、図面3に記載した不純物イオン除去装置
を2台、直列に連結したものである。すなわち、第1装置の溶液出口から第2装置の溶液入口へ配管接続して連結し、単独の装置における脱イオン負荷を軽減し、2台で所期の脱イオン目標を達成しようとするものである。
装置の負荷を軽減するのは、電極をはじめイオン交換膜等の消耗を減らし、不純物イオン除去装置として寿命を長くすることができるからである。
本発明における複数台の不純物イオン除去装置の組み合わせは本願で提案する図1や図2に示した装置等も含まれ、また、2台に限定されるものではない。しかし、イオンクロマトグラフ(装置)におけるサプレッサーとして複数台使用する場合には検出対象イオンの拡散の影響(混合と同じ影響)が出て2台の連結が好適である。
その他構成、作用の説明は前記(1)、(2)、(3)と重複するので省略する。The present invention is the invention described in
As shown in FIG. 4, the invention described in
The reason why the load on the apparatus is reduced is that the consumption of the electrode, ion exchange membrane and the like can be reduced, and the lifetime of the impurity ion removing apparatus can be extended.
The combination of a plurality of impurity ion removing apparatuses in the present invention includes the apparatus shown in FIGS. 1 and 2 proposed in the present application, and is not limited to two. However, when a plurality of suppressors are used in an ion chromatograph (apparatus), the influence of the diffusion of ions to be detected (the same effect as mixing) appears, and the connection of the two is preferable.
Since the description of the other configuration and operation overlaps with the above (1), (2), (3), it will be omitted.
図8および図9に示すイオン分析システムの中、図9と同様の構成のイオン分析システム100を使用し、電解質溶液精製装置2に図6と同様の構成の陰イオン除去用不純物イオン除去装置2eを使用し、基本構造である図1と同様の構造の不純物イオン除去装置9のイオン除去能力について調べた。実験では、図9のイオン分析システム100からインジェクター5と分離カラム7を取り外して使用した。
電解質溶液生成装置1は塩基性電解質溶液生成装置(日理工業製)、電解質溶液精製装置2eは陰イオン除去用不純物イオン除去装置(日理工業製)、不純物イオン除去装置9は陽イオン除去用不純物イオン除去装置(日理工業製)、ポンプ47aと47bはCCPM(東ソー社製)、ポンプ3はDP−8020(東ソー社製)、電気泳動用の直流電源33はEX−375U2(高砂製作所社製)、検出器11は電気伝導度検出器CM432(日理工業製)を使用した。電解質溶液生成装置1は、定電流20mA(約38V、約1604μS/cmのNaOH溶液)とし、電解質溶液精製装置2eは、定電流30mA(約44V)とし、不純物イオン除去装置9は、定電流2.8mA(約9V)とし、電気泳動用電極として白金電極を用い、ポンプ47aと47bから純水(1.0ml/min)をそれぞれ供給し、ポンプ3の流量は0.75ml/minとした。その結果を図12に示した。なお、図12の符号1と2の区分は、1:図1と同様の構造の不純物イオン除去装置9を使用し、定電流2.8mA(約9V)時の、不純物イオン除去装置9からの溶出液の電気伝導度(約1325μS/cm)、2:不純物イオン除去装置9の作動を停止した時の、不純物イオン除去装置9からの溶出液の電気伝導度(約1604μS/cm)とした。Of the ion analysis systems shown in FIGS. 8 and 9, the
The electrolyte
図12から、図1と同様の構造の不純物イオン除去装置9を使用し、定電流2.8mA(約9V)の条件で、約279μS/cm分のNaイオンが除去できる事が確認できた。
電流値を2.8mAとした事には理由があり、図1に示す装置のように、電極と接するようにイオン交換膜ネオセプタ(登録商標)AHA及びネオセプタ(登録商標)C66を使用する場合、適正電流密度40mA/cm2の制約により、2.8mAが最大電流値となる。つまり、約279μS/cm分のNaイオン量が図1の装置での最大除去量となる。From FIG. 12, it was confirmed that about 279 μS / cm of Na ions can be removed under the condition of a constant current of 2.8 mA (about 9 V) using the impurity ion removing device 9 having the same structure as that of FIG.
There is a reason for setting the current value to 2.8 mA, and when using the ion exchange membrane Neoceptor (registered trademark) AHA and Neoceptor (registered trademark) C66 so as to be in contact with the electrode as in the apparatus shown in FIG. Due to the restriction of an appropriate current density of 40 mA / cm 2 , 2.8 mA is the maximum current value. That is, the amount of Na ions for about 279 μS / cm is the maximum removal amount in the apparatus of FIG.
図8および図9に示すイオン分析システムの中図9と同様の構成のイオン分析システム100を使用し、電解質溶液精製装置2に図7と同様の構成の陰イオン除去用不純物イオン除去装置2fを使用し、不純物イオン除去装置9に図2と同様の構成の陽イオン不純物イオン除去装置9aを使用し、電解質溶液生成装置1で生成した水酸化ナトリウム溶液(約12.5mM、約1965μS/cm)についてサプレッサーを作動させた場合と作動させない場合の溶出液の電気伝導度を比較した。実験では、図9のイオン分析システム100からインジェクター5と分離カラム7を取り外して使用した。電解質溶液生成装置1は塩基性電解質溶液生成装置(日理工業製)、電解質溶液精製装置2fは陰イオン除去用不純物イオン除去装置(日理工業製)、不純物イオン除去装置9aは陽イオン除去用不純物イオン除去装置(日理工業製)、ポンプ47aと47bはCCPM(東ソー社製)、ポンプ3はDP−8020(東ソー社製)、電気泳動用の直流電源33はEX−375U2(高砂製作所社製)、検出器11はCM432(東ソー社製)を使用した。電解質溶液生成装置1は、定電流20mA(約74.5V、約1965μS/cmのNaOH溶液)とし、電解質溶液精製装置2fは、定電流30mA(約40.6V)とし、不純物イオン除去装置9aは、定電流40mA(約52V)とし、電気泳動用電極として白金電極を用い、ポンプ47aと47bから純水(1.0ml/min)をそれぞれ供給し、ポンプ3の流量は0.75ml/minとした。その結果を図13に示した。なお、図13の符号1と2の区分は、1:図2と同様の構造の不純物イオン除去装置9aの作動を停止した時の、不純物イオン除去装置9aからの溶出液の電気伝導度(約1965μS/cm)、2:図2と同様の構造の不純物イオン除去装置9aを使用し、定電流40mA(約52V)時の、不純物イオン除去装置9aからの溶出液の電気伝導度(約3μS/cm)とした。
図13から、不純物イオン除去装置9aを定電流40mAで作動させた場合の溶離液のバックグラウンド伝導度は約3μS/cmであり、水酸化ナトリウムのほぼ完全な抑制を示した。The
From FIG. 13, the background conductivity of the eluent when the impurity ion removing device 9a was operated at a constant current of 40 mA was about 3 μS / cm, indicating almost complete suppression of sodium hydroxide.
図8および図9に示すイオン分析システムの中図9と同様の構成のイオン分析システム100を使用し、電解質溶液精製装置2に図7と同様の構成の陰イオン除去用不純物イオン除去装置2fを使用し、不純物イオン除去装置9に図2と同様の構成の陽イオン除去用不純物イオン除去装置9aを使用し、アニオンのイオン分析を実施した。電解質溶液生成装置1は塩基性電解質溶液生成装置(日理工業製)、電解質溶液精製装置2fは陰イオン除去用不純物イオン除去装置(日理工業製)、不純物イオン除去装置9aは陽イオン除去用不純物イオン除去装置(日理工業製)、ポンプ47aと47bはCCPM(東ソー社製)、ポンプ3はDP−8020(東ソー社製)、インジェクターはモデル7125(RHEODYNE社製、20μL)、電気泳動用の直流電源33はEX−375U2(高砂製作所社製)、分離カラム7はTSKgel superIC Anion AZ(東ソー製)、検出器11は非接触型電気伝導度検出器(日理工業製)を使用した。電解質溶液生成装置1は、定電流20mA(約85.6V、約2065μS/cmのNaOH溶液)とし、電解質溶液精製装置2fは、定電流30mA(40.2V)とし、不純物イオン除去装置9aは、定電流40mA(約55V)とし、電気泳動用電極として白金電極を用い、ポンプ47aと47bから純水(1.0ml/min)をそれぞれ供給し、ポンプ3の流量は0.75ml/minとした。サンプル濃度は、F−イオン;5ppb、Cl−イオン;10ppb、NO2 −イオン;15ppb、Br−イオン;10ppb、NO3 −イオン;30ppb、SO4 2−イオン;40ppb、PO4 3−イオン;30ppbであった。測定結果を図14に示した。
図14のチャート中、1のピークはF−イオン、2のピークはCl−イオン、3のピークはNO2 −イオン、4のピークはBr−イオン、5のピークはNO3 −イオン、6のピークは未知のCO3 −イオン及びSO4 2−イオン、7のピークはPO4 3−イオンである。この結果から、炭酸イオンと硫酸イオンのピークが重なっている以外は、各イオンを完全に分離・検出することが確認できた。The
In the chart of FIG. 14, 1 peak is F − ion, 2 peak is Cl − ion, 3 peak is NO 2 − ion, 4 peak is Br − ion, 5 peak is NO 3 − ion, 6 peak The peaks are unknown CO 3 − ions and SO 4 2− ions, and the
図8および図9に示すイオン分析システムの中図9と同様の構成のイオン分析システム100を使用し、電解質溶液精製装置2に図2と同様の構成の陽イオン除去用不純物イオン除去装置2aを使用し、不純物イオン除去装置9に図6と同様の構成の陰イオン除去不純物イオン除去装置9eを使用し、標準カチオンのイオン分析を実施した。電解質溶液生成装置1は酸性電解質溶液生成装置(日理工業製)、電解質溶液精製装置2aは陽イオン除去用不純物イオン除去装置(日理工業製)、不純物イオン除去装置9eは陰イオン除去用不純物イオン除去装置(日理工業製)、ポンプ47aと47bはCCPM(東ソー社製)、ポンプ3はDP−8020(東ソー社製)、インジェクターはモデル7125(RHEODYNE社製、20μL)、電気泳動用の直流電源33はEX−375U2(高砂製作所社製)、分離カラム7はTSKgel superIC−CR(東ソー製)、検出器11は非接触型電気伝導度検出器(日理工業製)を使用した。電解質溶液生成装置1は、定電流3.5mA(約20V、約600μS/cmのHNO3溶液)とし、電解質溶液精製装置2aは、定電流40mA(約45.4V)とし、不純物イオン除去装置9eは、定電流30mA(約61.6V)とし、電気泳動用電極として白金電極を用い、ポンプ47aと47bから純水(1.0ml/min)をそれぞれ供給し、ポンプ3の流量は0.75ml/minとした。サンプル濃度は、Li+イオン;5ppb、Na+イオン;20ppb、NH3 +イオン;20ppb、K+イオン;50ppb、Ca2+イオン;50ppb、Mg2+イオン;50ppbであった。測定結果を図15に示した。
図15のチャート中、1のピークはLi+イオン、2のピークはNa+イオン、3のピークはNH3 +イオン、4のピークはK+イオン、5のピークはCa2+イオン、6のピークはMg2+イオンである。この結果から、標準カチオンについても各イオンを完全に分離・検出することが確認できた。The
In the chart of FIG. 15,
図8および図9に示すイオン分析システムの中図9と同様の構成のイオン分析システム100を使用し、電解質溶液精製装置2に図6と同様の構成の陰イオン除去用不純物イオン除去装置2eと図11と同様の構成の陰イオン除去用不純物イオン除去装置2iを使用し、イオン交換膜27bにNafion(登録商標)NRE−117膜を使用する効果を検証した。実験では、図9のイオン分析システム100からジョイント15とポンプ3とインジェクター5と分離カラム7と不純物イオン除去装置9と検出器を取り外して使用した。電解質溶液生成装置1は塩基性電解質溶液生成装置(日理工業製)、電解質溶液精製装置2eと2iは陰イオン除去用不純物イオン除去装置(日理工業製)、ポンプ47aと47bはCCPM(東ソー社製)、電気泳動用の直流電源33はEX−375U2(高砂製作所社製)を使用した。電解質溶液生成装置1は、定電流20mAとし、電解質溶液精製装置2eと2iは、定電流30mAとし、電気泳動用電極として白金電極を用い、ポンプ47aと47bから純水(1.0ml/min)をそれぞれ供給した。
電解質溶液生成装置1で生成した水酸化ナトリウム溶液(定電流20mAの条件で生成した電解質溶液)を電解質溶液精製装置で定電流30mAの条件で精製を行い、印加電圧の時間変化をプロットしたグラフを図16に示す。
イオン交換膜27bにネオセプタ(登録商標)C66を使用した電解質溶液精製装置2iとNafion(登録商標)NRE―117膜を使用した電解質溶液精製装置2eを比較すると、ネオセプタ(登録商標)C66を使用した電解質溶液精製装置2iの印加電圧は、傾きが大きく、右肩上がりで上昇するのに対して、イオン交換膜27bにNafion(登録商標)NRE―117膜を使用している電解質溶液精製装置2eの印加電圧は、39V付近で印加電圧は安定している。The
A graph in which the sodium hydroxide solution generated by the electrolyte solution generator 1 (electrolyte solution generated under the condition of a constant current of 20 mA) is purified by the electrolyte solution purifier under the condition of the constant current of 30 mA, and the time variation of the applied voltage is plotted. As shown in FIG.
When the electrolyte solution purification apparatus 2i using Neoceptor (registered trademark) C66 for the
図8および図9に示すイオン分析システムの中図9と同様の構成のイオン分析システム100を使用し、電解質溶液精製装置2に図6と同様の構成の陰イオン除去用不純物イオン除去装置2eを使用し、不純物イオン除去装置9に図3と同様の構成の陽イオン除去用不純物イオン除去装置9bと図4と同様の構成の陽イオン除去用不純物イオン除去装置9cを使用し、2つのサプレッサーを接続したイオン分析システムの効果について検証した。電解質溶液生成装置1は塩基性電解質溶液生成装置(日理工業製)、電解質溶液精製装置2eは陰イオン除去用不純物イオン除去装置(日理工業製)、不純物イオン除去装置9bと9cは陽イオン除去用不純物イオン除去装置(日理工業製)、ポンプ47aと47bはCCPM(東ソー社製)、ポンプ3はDP−8020(東ソー社製)、インジェクターはモデル7125(RHEODYNE社製、20μL)、電気泳動用の直流電源33はEX−375U2(高砂製作所社製)、分離カラムとして、TSKgel superIC Anion AZ(東ソー株式会社製)、検出器11は非接触型電気伝導度検出器(日理工業製)を使用した。電解質溶液生成装置1は、定電流20mA(約32.6V)とし、電解質溶液精製装置2eは、定電流30mA(約39.4V)とし、電気泳動用電極として白金電極を用い、ポンプ47aと47bから純水(1.0ml/min)をそれぞれ供給し、ポンプ3の流量は0.75ml/minとした。サンプル濃度は、F−イオン;50ppb、Cl−イオン;100ppb、NO2 −イオン;150ppb、Br−イオン;100ppb、NO3 −イオン;300ppb、SO4 2−イオン;400ppb、PO4 3−イオン;300ppbであった。The
不純物イオン除去装置を1つだけ設置した構成のイオン分析システムを使用し(図3の構成の不純物イオン除去装置9b)、定電流40mA(約45V)の条件で測定した時のクロマトグラムを図17に示す。不純物イオン除去装置9bを2つ設置した構成のイオン分析システムを使用し(図4の構成の不純物イオン除去装置9c)、1段目の不純物イオン除去装置を定電流20mA(約31.9V)、2段目の不純物イオン除去装置を定電流5mA(約9.5V)の条件で測定した時のクロマトグラムを図18に示す。さらに図3の構成の不純物イオン除去装置9bを2つと図2の構成の不純物イオン除去装置9aを1つ接続した計3つの不純物イオン除去装置を設置した構成のイオン分析システムを使用し(図示していない)、1段目の不純物イオン除去装置9を定電流10mA(約33.2V)、2段目の不純物イオン除去装置を定電流5mA(約22・2V)、不純物イオン除去装置を定電流5mA(約11.4V)の条件で測定した時のクロマトグラムを図19に示す。 FIG. 17 shows a chromatogram when an ion analysis system having a configuration in which only one impurity ion removing device is installed (impurity ion removing device 9b having the configuration shown in FIG. 3) and measurement is performed at a constant current of 40 mA (about 45 V). Shown in Using an ion analysis system having a configuration in which two impurity ion removing devices 9b are installed (impurity ion removing device 9c having the configuration in FIG. 4), the first stage impurity ion removing device has a constant current of 20 mA (about 31.9 V), FIG. 18 shows a chromatogram when the second stage impurity ion removing apparatus is measured under the condition of a constant current of 5 mA (about 9.5 V). Further, an ion analysis system having a configuration in which a total of three impurity ion removal devices connected to two impurity ion removal devices 9b configured as shown in FIG. 3 and one impurity ion removal device 9a configured as shown in FIG. The first stage impurity ion removal device 9 has a constant current of 10 mA (about 33.2 V), the second stage impurity ion removal device has a constant current of 5 mA (about 22.2 V), and the impurity ion removal device has a constant current. FIG. 19 shows a chromatogram when measured under the condition of 5 mA (about 11.4 V).
図17、18、19のチャート中、1のピークはF−イオン、2のピークはCl−イオン、3のピークはNO2 −イオン、4のピークはBr−イオン、5のピークはNO3 −イオン、6のピークは未知のCO3 −イオン及びSO4 2−イオン、7のピークはPO4 3−イオンである。2つの不純物イオン除去装置を接続したイオンクロマトシステムでは、不純物イオン除去装置に流れる全電流量が25mAと、一番少量なのにもかかわらず、十分な溶離液の抑制を行うことができ、そして、得られた各サンプルのピークの高さは一番大きく、高感度な検出が可能となる。
2mM以上の電解質を含む溶離液の抑制において、システムに流す電流量と抑制できるイオン量は、電流量が少ないところでは比例関係が成り立つ。しかし、電流量が増えると、比例関係は崩れ、過剰な電流を流しても、インライン中にイオンが取り残されバックグランド伝導度を下げることができない。そのため、システムに流す電流量を少なくし、システムに流す電流量と抑制できるイオン量とが比例関係が成り立つ電流範囲で、1つの不純物イオン除去装置で取り除く事ができなかったイオンを、もう一つ不純物イオン除去装置で取り除くことで、2段階方式で効率よく溶離液の抑制が行える。また、各システムに流す電流量が減ることで、システムにかかる負荷を低減することができ、システムの寿命を延ばすことができる。しかし、不純物イオン除去装置の数を3つ以上に増やし、溶離液の抑制効率を上げようとすると、今度は、不純物イオン除去装置内でサンプルが拡散する量が増えるために、結果、シグナル/ノイズは小さくなり、検出感度は低下する事になる。以上のことから、不純物イオン除去装置を2つ使用し、2段階方式で溶離液を抑制するとこが有効であることがわかる。17, 18, and 19, the
In suppressing an eluent containing an electrolyte of 2 mM or more, the amount of current flowing through the system and the amount of ions that can be suppressed are proportional to each other where the amount of current is small. However, as the amount of current increases, the proportional relationship breaks, and even if an excessive current is passed, ions are left behind in the in-line and the background conductivity cannot be lowered. For this reason, the amount of current flowing through the system is reduced, and another ion that cannot be removed by one impurity ion removing device in a current range in which a proportional relationship exists between the amount of current flowing through the system and the amount of ions that can be suppressed. By removing it with an impurity ion removal device, the eluent can be efficiently suppressed in a two-stage system. Further, since the amount of current flowing through each system is reduced, the load on the system can be reduced, and the life of the system can be extended. However, if the number of impurity ion removal devices is increased to 3 or more to increase the elution suppression efficiency, the amount of diffusion of the sample in the impurity ion removal device will increase, resulting in signal / noise. Becomes smaller and the detection sensitivity decreases. From the above, it can be seen that it is effective to use two impurity ion removing devices and suppress the eluent in a two-stage system.
図8および図9に示すイオン分析システムの中図9と同様の構成のイオン分析システム100を使用し、不純物イオン除去装置9に図2と同様の構成の陽イオン除去用不純物イオン除去装置9aと図3と同様の構成の陽イオン除去用不純物イオン除去装置9bと図6と同様の構成の陰イオン除去用不純物イオン除去装置9eと図11と同様の構成の陰イオン除去用不純物イオン除去装置9iを使用し、構造の異なる4つの不純物イオン除去装置の耐久性について調べた。実験では、図9のイオン分析システム100から電解質溶液精製装置2とインジェクター5と分離カラム7を取り外して使用した。電解質溶液生成装置1は塩基性電解質溶液生成装置(日理工業製)、不純物イオン除去装置9aと9bは陽イオン除去用不純物イオン除去装置(日理工業製)、不純物イオン除去装置9eと9iは陰イオン除去用不純物イオン除去装置(日理工業製)、ポンプ47aと47bはCCPM(東ソー社製)、ポンプ3はDP−8020(東ソー社製)、電気泳動用の直流電源33はEX−375U2(高砂製作所社製)、検出器11は電気伝導度検出器CM432(日理工業製)を使用した。電解質溶液生成装置1は、定電流20mAとし、電気泳動用電極として白金電極を用い、ポンプ47aと47bから純水(1.0ml/min)をそれぞれ供給し、ポンプ3の流量は0.75ml/minとした。図2、3と同様の構造を有する不純物イオン除去装置9aと9bの場合、電気泳動用直流電源33を定電流40mAで実験を行い、図6、11と同様の構造を有する不純物イオン除去装置9eと9iの場合、電気泳動用直流電源33を定電流30mAで実験を行った。
その結果を図20に示した。The
The results are shown in FIG.
図20のチャート中、図2と同様の構造の不純物イオン除去装置9aが、使用時間1時間で壊れ、図11のイオン交換膜27bにネオセプタ(登録商標)C66を用いた構造の不純物イオン除去装置9iは、時間が経過するにつれ、右肩上がり印加電圧が高くなった。図3と6と同様の構造の不純物イオン除去装置9bと9eは、長時間の間印加電圧は変化することなく安定していることが確認できた。
図3と図6と同様の構造の不純物イオン除去装置9bと9eは、長時間の間印加電圧が変化することなく安定していた理由は、1つに、図3の装置のように、イオン交換膜27b、と電極31bとが接しないようにし、イオン交換膜27bと電極(陽極31b)との間にイオン交換樹脂を充填し、領域52を設け、イオン交換樹脂により塩橋を形成することで、電極間をイオン伝導による電気接続状態としたことである。2つに、図3と図6の装置のように、電極と接する部分のイオン交換体に化学的に安定であるテフロン(登録商標)系の陽イオン交換膜(図3では28b、図6では27b)を設置したことである。
この2つの改善点により、電流密度4A/cm2(本装置において2.8mA)以上の電流条件においても、装置を長時間使用することができるようになる。In the chart of FIG. 20, the impurity ion removing device 9a having the same structure as that in FIG. 2 is broken in 1 hour of use, and the impurity ion removing device having a structure in which Neoceptor (registered trademark) C66 is used for the
The impurity ion removing devices 9b and 9e having the same structure as those in FIGS. 3 and 6 are stable without changing the applied voltage for a long time. The
With these two improvements, the apparatus can be used for a long time even under a current condition of a current density of 4 A / cm 2 (2.8 mA in this apparatus) or more.
図8および図9に示すイオン分析システムの中図9と同様の構成のイオン分析システム100を使用し、電解質溶液精製装置2に図6と同様の構成の陰イオン除去用不純物イオン除去装置2eを使用し、不純物イオン除去装置9に図3と同様の構成の陽イオン除去用不純物イオン除去装置9bと図10と同様の構成の陽イオン除去用不純物イオン除去装置9hを使用し、気泡排出促進手段の効果について調べた。実験では、図9のイオン分析システム100からインジェクター5と分離カラム7を取り外して使用した。電解質溶液生成装置1は塩基性電解質溶液生成装置(日理工業製)、電解質溶液精製装置2eは陰イオン除去用不純物イオン除去装置(日理工業製)、不純物イオン除去装置9bと9hは陽イオン除去用不純物イオン除去装置(日理工業製)、ポンプ47aと47bはCCPM(東ソー社製)、ポンプ3はDP−8020(東ソー社製)、電気泳動用の直流電源33はEX−375U2(高砂製作所社製)、検出器11は電気伝導度検出器CM432(日理工業製)を使用した。電解質溶液生成装置1は、定電流20mA(約37V、約1505μS/cmのNaOH溶液)とし、電解質溶液精製装置2は、定電流30mA(約44V)とし、電気泳動用電極として白金電極を用い、ポンプ47aと47bから純水(1.0ml/min)をそれぞれ供給し、ポンプ3の流量は0.75ml/minとした。その結果を図21に示した。
The
なお、図21の符号1〜4の区分は、1:図3と同様の構造の不純物除去装置9bの作動を停止した時の、不純物イオン除去装置9bからの溶出液の電気伝導度(約1505μS/cm)、2:図10と同様の構造の不純物イオン除去装置9hを使用し、定電流10mA(約15.4V)時の、不純物イオン除去装置9hからの溶出液の電気伝導度(約461μS/cm)、3:図3と同様の構造の不純物除去装置9bを使用し、ポンプ47aを止め、定電流10mA(約31.5V)時の不純物イオン除去装置9bからの溶出液の電気伝導度(約388μS/cm)、4:図3と同様の構造の不純物除去装置9bを使用し、定電流10mA(約38.5V)時の不純物イオン除去装置9bからの溶出液の電気伝導度(約69μS/cm)とした。
In addition, the division | segmentation of the codes | symbols 1-4 of FIG. 21 is 1: Electric conductivity (about 1505 microseconds) of the eluate from the impurity ion removal apparatus 9b when the operation | movement of the impurity removal apparatus 9b of the structure similar to FIG. 3 is stopped. / Cm) 2: Using the impurity ion removing device 9h having the same structure as in FIG. 10, the electric conductivity (about 461 μS) of the eluate from the impurity ion removing device 9h at a constant current of 10 mA (about 15.4 V). / Cm) 3: Using the impurity removing device 9b having the same structure as in FIG. 3, the
図21から、図10と同様の構造の不純物イオン除去装置9hを使用した場合と、図3と同様の構造の不純物除去装置9bを使用し、ポンプ47aを止め使用した場合のイオン除去効率はほぼ同じであった。図3と同様の構造の不純物イオン除去装置9bを使用した場合が、一番イオン除去効率(通電電流量当りイオン除去量)が高いことが確認できた。
これは、陰極に設置した気泡排出促進手段により、ポンプ47aからの純水を流し、陰極31a付近に移動してくる陽イオンを系外に排出し、陰極付近の陽イオン濃度を低くする事ができるためである。From FIG. 21, the ion removal efficiency when the impurity ion removing device 9h having the same structure as that of FIG. 10 is used and when the impurity removing device 9b having the same structure as that of FIG. It was the same. When the impurity ion removing device 9b having the same structure as that in FIG. 3 was used, it was confirmed that the highest ion removal efficiency (ion removal amount per energization current amount) was the highest.
This is because the bubble discharge promoting means installed at the cathode allows pure water from the
図3に示す不純物イオン除去装置9bの領域51における液流路の検討のため、液流路を変えて分析感度に与える影響について調べる。比較として、分離カラム7からの溶出液を第1の出口22aから第1の入口21aに流し、その時に得られる標準陰イオンのクロマトグラムのピーク高さを確認する。
In order to examine the liquid flow path in the
図8および図9に示すイオン分析システムの中図9と同様の構成のイオン分析システム100を使用し、電解質溶液精製装置2に図6と同様の構成の陰イオン除去用不純物イオン除去装置2eを使用し、不純物イオン除去装置9に図3と同様の構成の陽イオン除去用不純物イオン除去装置9bを使用し、図3に示す不純物イオン除去装置9bの領域51における液流路の検討のため、液流路を変えて分析感度に与える影響について調べる。ポンプ47aと47bはCCPM(東ソー社製)、ポンプ3はDP−8020(東ソー社製)、電解質溶液生成装置1は塩基性電解質溶液生成装置(日理工業製)、電解質溶液精製装置2eは陰イオン除去用不純物イオン除去装置(日理工業製)、不純物イオン除去装置9bは陽イオン除去用不純物イオン除去装置(日理工業製)、インジェクターはモデル7125(RHEODYNE社製、20μL)、電気泳動用の直流電源33はEX−375U2(高砂製作所社製)、分離カラム7はTSKgel superIC Anion AZ(東ソー製)、検出器11は非接触型電気伝導度検出器(日理工業製)を使用した。電解質溶液生成装置1は、定電流20mA(66.5V、約1836μS/cmNaOH溶液)とし、電解質溶液精製装置2eは、定電流30mA(約41.2V)とし、不純物イオン除去装置9bは、定電流40mA(約38.8)とし、電気泳動用電極として白金電極を用い、ポンプ47aと47bから純水(1.0ml/min)をそれぞれ供給し、ポンプ3の流量は0.75ml/minとした。サンプル濃度は、F−イオン;50ppb、Cl−イオン;100ppb、NO2 −イオン;150ppb、Br−イオン;100ppb、NO3 −イオン;300ppb、SO4 2−イオン;400ppb、PO4 3−イオン;300ppbであった。
測定結果を図22に示した。The
The measurement results are shown in FIG.
図22のチャート中、1のピークはF−イオン、2のピークはCl−イオン、3のピークはNO2 −イオン、4のピークはBr−イオン、5のピークはNO3 −イオン、6のピークは未知のCO3 −イオン及びSO4 2−イオン、7のピークはPO4 3−イオンである。この結果から、炭酸イオンと硫酸イオンのピークが重なっている以外は、各イオンを完全に分離・検出することが確認できた。In the chart of FIG. 22, 1 peak is F − ion, 2 peak is Cl − ion, 3 peak is NO 2 − ion, 4 peak is Br − ion, 5 peak is NO 3 − ion, 6 peak The peaks are unknown CO 3 − ions and SO 4 2− ions, and the
次に分離カラム7からの溶出液を第1の出口22aから第1の入口21aに流した時に得られる標準陰イオンのクロマトグラムのピーク高さを確認する。
分離カラム7からの溶出液を第1の出口22aから第1の入口21aに流した以外の実験条件及び分析方法は前記モデルの場合と同じである。測定結果を図23に示した。
この結果から、分離カラム7からの溶出液を第1の出口22aから第1の入口21aに流すと、標準陰イオンのクロマトグラムのピーク高さは小さくなること、すなわち感度の低下が確認できた。
一般的に、検査対象イオンの拡散が増大すれば感度の低下につながることは周知であることから、本実験によって正規の入口から流した液路の方が出口から流した液路より検査対象イオンの拡散が小さかったことを意味する。Next, the peak height of the standard anion chromatogram obtained when the eluate from the
The experimental conditions and analysis method are the same as in the case of the model except that the eluate from the
From this result, it was confirmed that when the eluate from the
In general, it is well known that increasing the diffusion of ions to be inspected leads to a decrease in sensitivity. Therefore, in this experiment, the liquid channel flowing from the normal inlet is more inspected than the liquid channel flowing from the outlet. It means that the diffusion of was small.
本発明の特徴である電極反応で発生するガスの系内への混入が阻止されていることを示すために、不純物イオン除去装置9からの溶出液中に含まれるガスの混入の影響を電気伝導度で測定する。 In order to show that the gas generated by the electrode reaction, which is a feature of the present invention, is prevented from being mixed into the system, the influence of the mixing of the gas contained in the eluate from the impurity ion removing device 9 is electrically conducted. Measure in degrees.
図8および図9に示すイオン分析システムの中図9と同様の構成のイオン分析システム100を使用し、電解質溶液精製装置2に図6と同様の構成の陰イオン除去用不純物イオン除去装置2eを使用し、不純物イオン除去装置9に図4と同様の構成の陽イオン除去用不純物イオン除去装置9cを使用し、実験では、図9のイオン分析システム100からインジェクター5と分離カラム7を取り外して使用した。ポンプ47aと47bはCCPM(東ソー社製)、電解質溶液生成装置1は塩基性電解質溶液生成装置(日理工業製)、電解質溶液精製装置2eは陰イオン除去用不純物イオン除去装置(日理工業製)、不純物イオン除去装置9cは陽イオン除去用不純物イオン除去装置9c(日理工業)、ポンプ3はDP−8020(東ソー社製)、電気泳動用の直流電源33はEX−375U2(高砂製作所社製)、検出器11は電気伝導度検出器CM432(日理工業製)を使用した。電解質溶液生成装置1は、定電流20mA(約35.8V、NaOH溶液)とし、電解質溶液精製装置2eは、定電流30mA(約31.7V)とし、不純物イオン除去装置9cは、一段目を定電流15mA(約28.6V)とし、2段目を定電流5mA(17.6V)とし、電気泳動用電極として白金電極を用い、ポンプ47aと47bから純水(1.0ml/min)をそれぞれ供給し、ポンプ3の流量は0.75ml/minとした。測定結果を図24に示した。
図24から、ガスの混入で現れるスパイクノイズが現れていない事が確認できた。The
From FIG. 24, it has been confirmed that spike noise that appears due to gas mixture does not appear.
次に本装置の特徴である電解質溶液精製装置2において、外来からの不純物イオンの混入が阻止できていることを確認するために、比較として、イオン交換膜27bにネオセプタ(登録商標)AHAを設置した電解質溶液精製装置を使用して外来からの不純物の混入を測定した。
Next, in the electrolyte
図8および図9に示すイオン分析システムの中図9と同様の構成のイオン分析システム100を使用し、電解質溶液精製装置2に図7と同様の構成の陰イオン除去用不純物イオン除去装置2fと図26と同様の構成の陰イオン除去用不純物イオン除去装置2jを使用し、不純物イオン除去装置9に図3と同様の構成の陽イオン除去用不純物イオン除去装置9bを使用し、イオン交換膜27bに使用するイオン交換膜の極性の影響について調べた。ポンプ47aと47bはCCPM(東ソー社製)、電解質溶液生成装置1は塩基性電解質溶液生成装置(日理工業製)、電解質溶液精製装置2fと2jは陰イオン除去用不純物イオン除去装置(日理工業)、不純物イオン除去装置9bは陽イオン除去用不純物イオン除去装置(日理工業)、ポンプ3はDP−8020(東ソー社製)、電気泳動用の直流電源33はEX−375U2(高砂製作所社製)、検出器11は電気伝導度検出器CM432(日理工業製)を使用した。電解質溶液生成装置1は、定電流20mA(約59・3V、NaOH溶液)とし、不純物イオン除去装置9bは、定電流40mA(63V)とし、電気泳動用電極として白金電極を用い、ポンプ47aと47bから純水(1.0ml/min)をそれぞれ供給し、ポンプ3の流量は0.75ml/minとした。測定結果を図25に示した。なお、図25の符号1、2の区分は、1:図7と同様の構造の電解質溶液精製装置2fを使用し、イオン交換膜27bを陽イオン交換膜(Nafion(登録商標)NRE―117)とし、電気泳動用の直流電源33は、定電流30mA(45.3V)とし、電解質溶液の精製を行った時の不純物イオン除去装置9bからの溶出液の電気伝導度、2:図26と同様の構造の電解質溶液精製装置2jを使用し、イオン交換膜27bをネオセプタ(登録商標)AHAとし、電気泳動用の直流電源33は、定電流30mA(67.5V)とし、電解質溶液の精製を行った時の不純物イオン除去装置9bからの溶出液の電気伝導度とした。
The
図25から、イオン交換膜27bにネオセプタ(登録商標)AHAを使用すると、外来からの不純物の混入が起こり、ベースラインが約0.125μS/cm高くなることが確認できた。
From FIG. 25, it was confirmed that when Neoceptor (registered trademark) AHA was used for the
本発明は、広く、化学分析、合成、処理一般向けに適する溶液中に含まれる不純物イオンの除去装置に関するものであり、特にイオンクロマトグラフ(装置)に好適に用いられるサプレッサー(イオン除去装置)、溶離液の精製装置を提供するものである。 The present invention relates generally to a device for removing impurity ions contained in a solution suitable for general use in chemical analysis, synthesis and processing, and in particular, a suppressor (ion removing device) suitably used for an ion chromatograph (device), An eluent purification apparatus is provided.
1 電解質溶液生成装置
2 電解質溶液精製装置
3 ポンプ
5 インジェクターポート
7 分離カラム
9 不純物イオン除去装置
11 検出器
13 配管
21 容器
21a 溶液入口
21b 溶液入口
21c 溶液入口
22a 溶液出口
22b 溶液出口
22c 溶液出口
23 イオン交換体
25A イオン交換体
25B イオン交換体
27a イオン交換膜
27b イオン交換膜
28a 液体透過性を付与したイオン交換膜
28b 液体透過性を付与したイオン交換膜
31a 電極
31b 電極
33 電源
41a 純水供給装置
41b 純水供給装置
45a 純水貯槽
45b 純水貯槽
47a ポンプ
47b ポンプ
49a 配管
49b 配管
51 第1の領域
52 第2の領域
53 第3の領域
DESCRIPTION OF
Claims (8)
(X1)除去対象不純物イオンの極性と同極性のイオンを吸着するイオン交換体A1層を挟んで
除去対象不純物イオンの極性と同極である一方の電極C1側に除去対象不純物イオンの極性と同極性のイオン交換膜である強酸又は強塩基に耐えるイオン交換膜B1を介して電極C1、
除去対象不純物イオンの極性と対極である他方の電極C2側に除去対象不純物イオンの極性と対極性のイオン交換膜である強酸又は強塩基に耐えるイオン交換膜B2を介して電極C2
を備え、
(X2)前記イオン交換体A1層の上端部に原料溶液の導入口をつけ、下端部に精製溶液の排出口を導入口の真下から外れた位置に設け、導入口はイオン交換膜B2側に、排出口はイオン交換膜B1側にそれぞれ設け、
前記両電極の外側に排水出口と純水の供給口が併設され、
(X3)前記両電極につなぐ外部電流源と、
を備える不純物イオン除去装置。As means for removing either positive or negative impurity ions from a solution containing impurity ions (X1), an ion exchanger A1 layer that adsorbs ions having the same polarity as the impurity ions to be removed is sandwiched.
The electrode C1, through an ion exchange membrane B1 that is resistant to strong acid or strong base, which is an ion exchange membrane having the same polarity as the polarity of the impurity ion to be removed, on the one electrode C1 side having the same polarity as the polarity of the impurity ion to be removed ,
The electrode C2 is disposed on the other electrode C2 side opposite to the polarity of the impurity ion to be removed via an ion exchange membrane B2 that can withstand a strong acid or a strong base that is an ion exchange membrane of the polarity opposite to the polarity of the impurity ion to be removed.
With
(X2) A raw material solution inlet is provided at the upper end of the ion exchanger A1 layer, and a purified solution outlet is provided at the lower end of the ion exchanger A1 at a position off from directly below the inlet, and the inlet is on the ion exchange membrane B2 side. , The outlet is provided on the ion exchange membrane B1 side,
A drain outlet and a pure water supply port are provided outside the electrodes,
(X3) an external current source connected to both electrodes;
An impurity ion removing apparatus comprising:
(X1)除去対象不純物イオンの極性と同極性のイオンを吸着するイオン交換体A1層を挟んで
除去対象不純物イオンの極性と同極である一方の電極C1側に除去対象不純物イオンの極性と同極性のイオン交換膜である強酸又は強塩基に耐えるイオン交換膜B1を介して電極C1、
除去対象不純物イオンの極性と対極である他方の電極C2側に除去対象不純物イオン極性と対極性のイオン交換膜である強酸又は強塩基に耐えるイオン交換膜B2、除去対象不純物イオンの極性と同極性のイオンを吸着するイオン交換体であるイオン交換体A2層、液体透過性と強酸又は強塩基に耐えるイオン交換膜B3またはイオン交換体A3層を介して電極C2
を備え、
(X2)前記イオン交換体A1層の上端部に原料溶液の導入口をつけ、下端部に精製溶液の排出口を導入口の真下から外れた位置に設け、導入口はイオン交換膜B2側に、排出口はイオン交換膜B1側にそれぞれ設け、
前記両電極の外側に排水出口を設け、電極C1側には純水の供給口が併設され、前記イオン交換体A2層の上端部に純水の供給口が設けられ
(X3)前記両電極につなぐ外部電流源と、
を備える不純物イオン除去装置。As means for removing either positive or negative impurity ions from a solution containing impurity ions (X1), an ion exchanger A1 layer that adsorbs ions having the same polarity as the impurity ions to be removed is sandwiched.
The electrode C1, through an ion exchange membrane B1 that is resistant to strong acid or strong base, which is an ion exchange membrane having the same polarity as the polarity of the impurity ion to be removed, on the one electrode C1 side having the same polarity as the polarity of the impurity ion to be removed ,
The ion exchange membrane B2 that can withstand strong acid or strong base, which is an ion exchange membrane opposite to the polarity of the removal target impurity ion polarity, on the other electrode C2 side that is the opposite polarity to the polarity of the removal target impurity ion, and the same polarity as the polarity of the removal target impurity ion The electrode C2 is passed through an ion exchanger A2 layer that is an ion exchanger that adsorbs ions of the ion exchange membrane B3 or an ion exchanger A3 layer that can withstand liquid permeability and strong acid or strong base.
With
(X2) A raw material solution inlet is provided at the upper end of the ion exchanger A1 layer, and a purified solution outlet is provided at the lower end of the ion exchanger A1 at a position off from directly below the inlet, and the inlet is on the ion exchange membrane B2 side. , The outlet is provided on the ion exchange membrane B1 side,
A drain outlet is provided outside the electrodes, a pure water supply port is provided on the electrode C1 side, and a pure water supply port is provided at the upper end of the ion exchanger A2 layer (X3). An external current source to connect,
An impurity ion removing apparatus comprising:
(X1)除去対象不純物イオンの極性と同極性のイオンを吸着するイオン交換体A1層を挟んで
除去対象不純物イオンの極性と同極である一方の電極C1側に除去対象不純物イオンの極性と同極性のイオン交換膜である強酸又は強塩基に耐えるイオン交換膜B1、除去対象不純物イオンの極性と同極性のイオンを吸着しないイオン交換体であるイオン交換体A4層、液体透過性と強酸又は強塩基に耐えるイオン交換膜B5またはイオン交換体A5層を介して電極C1、除去対象不純物イオンの極性と対極である他方の電極C2側に除去対象不純物イオン極性と対極性のイオン交換膜である強酸又は強塩基に耐えるイオン交換膜B2、除去対象不純物イオンの極性と同極性のイオンを吸着するイオン交換体であるイオン交換体A2層、液体透過性と強酸又は強塩基に耐えるイオン交換膜B3またはイオン交換体A3層を介して電極C2
を備え、
(X2)前記イオン交換体A1層の上端部に原料溶液の導入口をつけ、下端部に精製溶液の排出口を導入口の真下から外れた位置に設け、導入口はイオン交換膜B2側に、排出口はイオン交換膜B1側にそれぞれ設け、
前記両電極の外側に排水出口を設け、
前記イオン交換体A2層、A4層の上端部に純水の供給口が設けられ
(X3)前記両電極につなぐ外部電流源と、
を備える不純物イオン除去装置。As a means for removing either positive or negative impurity ions from the solution containing impurity ions, (X1) sandwiching an ion exchanger A1 layer that adsorbs ions having the same polarity as the impurity ions to be removed
The ion exchange membrane B1 that can withstand strong acid or strong base, which is an ion exchange membrane having the same polarity as the polarity of the removal target impurity ions, on one electrode C1 side that is the same polarity as the polarity of the removal target impurity ions, and the polarity of the removal target impurity ions Polarity of the electrode C1 and the impurity ions to be removed through the ion exchanger A4 layer, which is an ion exchanger that does not adsorb ions of the same polarity , the liquid permeability and the ion exchange membrane B5 or ion exchanger A5 layer that can withstand strong acid or strong base The ion exchange membrane B2 that can withstand strong acid or strong base, which is an ion exchange membrane having a polarity opposite to the polarity of the impurity ion to be removed , and an ion that adsorbs ions having the same polarity as the polarity of the impurity ion to be removed The electrode C2 is passed through an ion exchanger A2 layer which is an exchanger, an ion exchange membrane B3 or an ion exchanger A3 layer which can withstand liquid permeability and strong acid or strong base.
With
(X2) A raw material solution inlet is provided at the upper end of the ion exchanger A1 layer, and a purified solution outlet is provided at the lower end of the ion exchanger A1 at a position off from directly below the inlet, and the inlet is on the ion exchange membrane B2 side. , The outlet is provided on the ion exchange membrane B1 side,
A drain outlet is provided outside the electrodes,
A pure water supply port is provided at the upper end of the ion exchanger A2 layer, A4 layer (X3), and an external current source connected to both electrodes;
An impurity ion removing apparatus comprising:
(A)電解質原料溶液が投入される導入部と
(A−1)当該導入部に陽イオン交換樹脂が充填され、第1の領域を形成して、
(B)(B−1)当該導入部は両端が電極に挟まれ、当該両電極の外側に排水出口が設けられ、
陽極電極に接して内側に液体透過性と強酸又は強塩基に耐える陽イオン交換膜、陰イオン交換樹脂層、強酸又は強塩基に耐える陰イオン交換膜を設けて第2の領域を形成し、
陰極電極に接して内側に液体透過性と強酸又は強塩基に耐える陽イオン交換膜、陽イオン交換樹脂層、強酸又は強塩基に耐える陽イオン交換膜を設けて第3の領域を形成し、
(B−2)前記第1の領域の前記陽イオン交換膜位置側に、電解質原料溶液投入口を設けて、投入配管が取り付けられ、前記陰イオン交換膜位置側に、目的精製液取り出し口をもうけて取り出し配管が取り付けれ、
(B−3)前記第2の領域の陰イオン交換樹脂層および第3の領域の陽イオン交換樹脂層の上端部に純水投入口を設けて投入配管が取り付けられ
(C)前記(B)に記載した電極を結ぶ外部電流源と
を備える電解質溶液の陽イオン除去装置。In the ion chromatograph, (A) the introduction part into which the electrolyte raw material solution is charged, and (A-1) the introduction part is filled with a cation exchange resin , forming a first region,
(B) (B-1) The introduction part is sandwiched between electrodes at both ends, and a drain outlet is provided outside the electrodes.
A second region is formed by providing a cation exchange membrane that is in contact with the anode electrode and capable of withstanding liquid permeability and strong acid or strong base, an anion exchange resin layer, an anion exchange membrane that can withstand strong acid or strong base ,
A third region is formed by providing a cation exchange membrane that is in contact with the cathode electrode and is permeable to liquid and strong acid or strong base , a cation exchange resin layer, a cation exchange membrane that is strong acid or strong base ,
(B-2) An electrolyte raw material solution inlet is provided on the cation exchange membrane position side of the first region, a charging pipe is attached, and a target purified liquid outlet is provided on the anion exchange membrane position side. The take-out piping is installed,
(B-3) A pure water inlet is provided at the upper ends of the anion exchange resin layer in the second region and the cation exchange resin layer in the third region, and a supply pipe is attached. (C) (B) An cation removing device for an electrolyte solution, comprising an external current source for connecting the electrodes described in 1.
(A)電解質原料溶液が投入される導入部と
(A−1)当該導入部に陰イオン交換樹脂が充填され、第1の領域を形成して、
(B)(B−1)当該導入部は両端が電極に挟まれ、当該両電極の外側に排水出口が設けられ、
陰極電極に接して内側に液体透過性と強酸又は強塩基に耐える陽イオン交換膜、陽イオン交換樹脂層、強酸又は強塩基に耐える陽イオン交換膜を設けて第2の領域を形成し、
陽極電極に接して内側に液体透過性と強酸又は強塩基に耐える陽イオン交換膜、陰イオン交換樹脂層、強酸又は強塩基に耐える陰イオン交換膜を設けて第3の領域を形成し、
(B−2)前記第1の領域の前記陰イオン交換膜位置側に、電解質原料溶液投入口を設けて、投入配管が取り付けられ、前記陽イオン交換膜位置側に、目的精製液取り出し口をもうけて取り出し配管が取り付けれ、
(B−3)前記第2の領域の陽イオン交換樹脂層および第3の領域の陰イオン交換樹脂層の上端部に純水投入口を設けて投入配管が取り付けられ
(C)前記(B)に記載した電極を結ぶ外部電流源と
を備える電解質溶液の陰イオン除去装置。In the ion chromatograph, (A) the introduction part into which the electrolyte raw material solution is charged, and (A-1) the introduction part is filled with an anion exchange resin to form a first region,
(B) (B-1) The introduction part is sandwiched between electrodes at both ends, and a drain outlet is provided outside the electrodes.
Liquid permeability and a strong acid or a cation exchange membrane to withstand the strong base inward in contact with the cathode, cation-exchange resin layer, to form a second region provided with a cation exchange membrane to withstand strong acid or base,
A third region is formed by providing a cation exchange membrane that is in contact with the anode electrode and capable of withstanding liquid permeability and strong acid or strong base, an anion exchange resin layer, an anion exchange membrane that can withstand strong acid or strong base ,
(B-2) An electrolyte raw material solution inlet is provided on the anion exchange membrane position side of the first region, a charging pipe is attached, and a target purified liquid outlet is provided on the cation exchange membrane position side. The take-out piping is installed,
(B-3) A pure water inlet is provided at the upper ends of the cation exchange resin layer in the second region and the anion exchange resin layer in the third region, and a supply pipe is attached. (C) (B) An anion removal device for an electrolyte solution, comprising an external current source that connects the electrodes described in 1.
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