综述：用于离子色谱的电渗析洗脱液生成器：综述

《Talanta》：Electrodialytic eluent generators for ion chromatography: A comprehensive review

EDG通过电场驱动离子迁移和电流编程实现在线精准浓度调控，为离子色谱自动化和低试剂消耗提供关键技术。本文系统综述EDG结构设计、分类（Type1/2、双极边界/膜）、性能指标（浓度可控性、法拉第效率、零电流穿透等），并探讨系统集成（微型化、高压兼容、生消耦合）的理论框架与实践指导。

张淼|李海燕|刘阳|何戈|黄伟雄

中国地质大学环境学院地下水质量与健康教育部重点实验室，武汉，430074，中国

摘要

电渗析洗脱液发生器（EDG）利用电场驱动的离子迁移和电流编程在线生成浓度精确可控的洗脱液，以水作为载流相。这项技术是推动离子色谱法实现更高自动化和减少试剂消耗的关键技术。本文全面讨论了EDG的结构设计和工作原理，总结了代表性的技术方法，并建立了性能评估的参考框架。分析的关键参数包括电流控制的浓度行为、法拉第效率、抑制产物电导率、零电流穿透以及梯度响应。此外，通过比较膜和腔室配置以及离子传输路径，研究了典型的方案，即类型1、类型2、双极边界和双极膜配置。系统地回顾了基于碱性、酸性和碳酸盐/混合系统的在线洗脱液生成策略，以及系统集成方面的最新进展，包括小型化、高压兼容性和生成-抑制耦合。本研究为EDG的结构选择、性能优化和集成系统设计提供了理论基础和实用参考。

引言

离子色谱法（IC）由于其高灵敏度、出色的选择性和可靠的定量性能，已成为测定无机离子和各种极性化合物的核心分析技术[1,2]。在抑制电导率检测系统中，进入分离柱的洗脱液不仅影响离子交换（IEX）平衡和洗脱强度，还直接影响抑制背景电导率和基线稳定性[3,4]。这些因素进而决定了检测噪声水平和方法重现性。因此，洗脱液的纯度、组成稳定性和梯度重现性是痕量分析和连续自动化操作中的关键技术约束。

在IC的早期阶段，洗脱液通常是由高纯度试剂手动制备并离线储存，其质量受到水质、容器清洁度和周围环境控制的显著影响。例如，对于氢氧化物洗脱液，来自环境空气的CO₂吸收容易导致碳酸盐的形成，从而增加背景电导率和基线漂移[5,6]。这些效应在梯度洗脱和延长分析序列期间尤为明显，批次间的变异性进一步放大。此外，随着IC技术向更高操作压力、更小系统体积和更低流速（例如，在细颗粒填料、毛细管和开放式管状系统中使用的流速[7]；参见图1了解IC的代表性里程碑和总体趋势）的发展，柱外体积和在线混合不精确性对梯度准确性和基线稳定性的影响变得越来越重要。因此，开发一种稳定、可编程且维护成本低的洗脱液输送系统已成为实现高分离性能和改善跨平台重现性的前提。

电渗析洗脱液发生器（EDG）的出现将洗脱液的制备从手动溶液混合转变为仅使用水作为原料的精确电控生成[8,9]。通过利用选择性离子传输和电流编程[10]，EDG能够在线生成具有可预测浓度剖面的洗脱液，支持等度和梯度模式，同时最大限度地减少污染和制备错误。

尽管已经开发了多种平行的EDG技术，但现有文献在配置命名、性能指标和应用范围方面仍然存在碎片化。缺乏统一的比较框架使得从实验室规模原型过渡到工程系统时配置选择变得复杂。为了解决这个问题，本文基于“结构-性能-系统约束”框架对EDG设计进行了系统回顾。使用统一的术语，将代表性配置分为类型1、类型2、双极边界和双极膜（BPM）设计。围绕关键性能指标（包括浓度输出的可预测性、背景电导率控制和梯度响应特性）建立了比较评估视角。通过这项分析，本文旨在为不同应用场景下的配置选择和性能权衡提供明确指导，同时讨论了影响集成EDG系统长期稳定性和维护复杂性的约束因素。

章节片段

电渗析原理和“电流控制浓度”的概念

所有EDG的一个定义特征是使用施加的电场来驱动进料溶液中离子在IEX膜或等效界面结构中的定向迁移。这一过程选择性地将离子输送到产品流道中，利用水作为唯一的泵送相实现目标洗脱液的在线生成（图2）。在稳态条件下，并假设法拉第过程占主导地位，目标电解质在

基于膜的洗脱液发生器

IEX膜的配置直接决定了EDG内的离子迁移路径、电极副产物的分离以及设备的长期运行稳定性。因此，膜架构是决定洗脱液纯度和整个系统可靠性的关键设计变量。由于NaOH/KOH系统是最广泛用于抑制阴离子色谱的碱性洗脱液，相应的在线发生器已经达到了最高的成熟度

酸性洗脱液

电渗析在线洗脱液生成原理不仅限于用于阴离子分析的碱性系统，还可以通过适当修改膜堆栈架构和电极配置扩展到CEX色谱所需的酸性洗脱液。基本机制涉及在中央流道中原位结合酸阴离子和电生成的H⁺离子以形成相应的酸性洗脱液。与碱性发生器相比，

微型洗脱液发生器

随着IC系统的不断小型化，柱内直径已从传统的4毫米减小到2毫米，并进一步发展为毛细管和开放式管状格式[[53], [54], [55], [56], [57]]。柱直径的减小显著增加了来自系统组件（如洗脱液发生器）的柱外体积的相对贡献，可能会引入额外的分散，从而降低梯度准确性和分离效率。

结论与展望

电渗析洗脱液发生器从根本上将离子色谱中最易变且依赖操作员的组分——洗脱液，从手动制备和消耗品使用中分离出来。通过将洗脱液组成重新定义为可电编程的系统参数，EDG实现了精确、可重复和长期稳定的洗脱液输送。积累的研究和工程实践表明，不应仅通过其生成能力来评估EDG的技术成熟度

CRediT作者贡献声明

张淼：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，调查，正式分析，数据管理，概念化。李海燕：撰写——初稿。刘阳：数据管理。何戈：调查。黄伟雄：撰写——审稿与编辑，监督，项目管理，资金获取。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。

致谢

本工作得到了国家重点研发计划（编号2022YFC3703700）、厦门大学光谱化学分析与仪器重点实验室、教育部-SCAI2301、兵团科技计划（编号2024ZD114）以及浙江省自然资源厅2024年省级自然资源科技项目（编号2024ZJDZ033）的支持。

缩写词表

IC

离子色谱

EDG

电渗析洗脱液发生器

IEX

离子交换

BPM

双极膜

SPC

抑制产物电导率

KOH

氢氧化钾

ZCP

零电流穿透

CEM

阳离子交换膜

sCEM

堆叠CEM

CEX

阳离子交换

BM

屏障膜

AEM

阴离子交换膜

AEX

阴离子交换

ICJ

离子-浓度结

WDJ

水解结

FCEM氟化物阳离子交换膜

MSA甲磺酸

CRD

碳酸盐去除装置

HEG

氢氧化物洗脱液发生器

EPM

电渗析pH