用不同代Dionex产品组成一套完整高端的多功能离子色谱仪系统

2017-07-31施超欧吴家钰黄梦芹

分析仪器 2017年3期

关键词：色谱仪变色龙毛细管

施超欧吴家钰潘思黄梦芹

(华东理工大学化学与分子工程学院分析测试中心,上海 200237)

用不同代Dionex产品组成一套完整高端的多功能离子色谱仪系统

施超欧吴家钰潘思黄梦芹

(华东理工大学化学与分子工程学院分析测试中心,上海 200237)

用不同年代Dionex色谱产品的不同模块，用不同的连接方式，通过变色龙软件的设置，组成一套完整的高端的多功能离子色谱仪，并成功用于复杂样品的实际分析。

Dionex 模块变色龙软件多功能离子色谱仪

戴安(Dionex)公司(现Thermo)自从1975年离子色谱仪诞生以来[1]，至今已经有40年了，从最早的DX10，12，14到现在最复杂的多功能ICS5000+离子色谱仪，其中出现过许多不同型号的离子色谱仪和模块。由于年代的不同，一般跨越10年以上的仪器，在一个仪器系统中，很难实现协调组合，尤其是电脑计算机技术快速发展的今天。一般用户都是购买完整的同代的一套产品，很少有用户会把不同年代的戴安产品组合起来，同时改装仪器模块，目前国内仅有一例简单离子色谱改造的报道[2]。本人也曾发表了一篇液相色谱如何升级为离子色谱的多个应用实例[3]。此次改造用不同年代的dionex色谱模块，组成了一套不同颜色、独有风格的实用的多功能离子色谱仪，并成功用于实际分析研究[4]，这为今后相似的仪器改造升级提供了借鉴[5]。

1 仪器模块

DX 600系列：ED50A电化学检测器，GP50四元梯度泵，或者IC25A(DX320)；

ICS2500系列： EG50淋洗液发生器；

ICS5000系列：TCC柱温箱模块(带两个阀)；

ICS5000+系列：ICS5000+毛细管双泵，UV紫外检测器；

U3000系列： WPS-3000TSL 液相自动进样器。

2 仪器连接

目前dionex(thermo)仪器的连接方式为USB，但在这之前的为网络连接，即RJ45，2000年前的产品则采用BNC方式，从产品代的划分是，DX120，DX500系列是采用BNC；DX320，DX 600，ICS2500是RJ45，不过DX500和DX120可以改成RJ45的连接方式，而其他ICS所有系列以及最新出的Aquion和Integrion都采用USB的方式连接。

USB的连接需要注意的是，USB2.0的模块不能连接到USB1.0上，USB1.0可以先连接到USB2.0的模块，再连接到电脑上，毕竟电脑的USB接口有限。

对于网络连接，一般需要一个路由器，先将不同模块的网线连接到路由器的非WAN口，再由路由器连接到电脑的网卡，同时可以连接外来网络。

对于更早期的仪器，是采用BNC的方式，现在电脑没有这种接口。解决的方案一是采用带BNC和RJ45两种接口的网卡(非常少见)。二是寻找老式的路由器(额外带圆头的BNC接口)，如果有两个路由器，必须将老式的路由器先连接到新式路由器(无BNC接口)再连接到电脑，不可反接。

3 模块改造

3.1 自动进样器的改造

由于U3000的自动进样器是液相色谱的自动进样器，理论上是不能用于离子色谱的，但可以将自动进样器的SST进样阀，改成peek进样阀(只需更换peek定子)，早期的U3000的进样阀与ICS3000/5000/5000+通用，后期不兼容。相关的管路基本采用peek，由于U3000自带的定量环为130μL，因此一般最大进样量为100μL。这样用于碳酸盐体系就没问题，也可以用于低浓度的OH体系。

如果要改成大体积进样，则先将130μL定量环，改成自己所需的，可以自己定做。例如500μL，同时玻璃注射器置换为500μL或1mL(默认配置100μL)。同时需修改定量进样模式。将默认模式改为自选模式，修改定量环体积和注射器的规格，一一对应。

3.2 泵的改造

由于是双毛细管离子色谱单泵，其流量受到限制，直接不能用于分析。这是因为其泵头的规格与常规的分析泵泵头是不一样的。毛细管泵的流量最大是4.0mL/min，实际流量一般仅为10μL，为了能用于常规分析，先断开脉冲阻尼器(pulse damper，毛细管泵专用)，这样毛细管单泵就能用于常规的分析，但需要注意的是其实际泵的运转速度是常规分析泵的2.5倍，流量无区别。

毛细管单泵只能是单元，如果改成四元的话，比较复杂。先将另一套的比例阀安装在系统中，取代原来的单流路接口，同时连接4路的脱气机，以及增加其他相应的管路。在硬件改造后，进行软件重设，首先需要通过戴安内部的工程师控制模式进入系统设置。按住ctrl+shift，点击help 下 about chromeleon，出现内置特定界面(维修)，见图1。例如输入DX两个字的ID，则密码为D8X6008(面板随机出现一个五位数，例如80068)。

接着，点击control下的command(F8)，再点击右键，选择Service模式，见图2。

接着，点击DP下的Service Code栏目，输入密码，确认后，就可以修改泵类型，见图3。

选择点击Pump type，从下拉式菜单中选择对应修改后的泵类型。在本台设置中将原来的C1C1类型改为A4C1，即双毛细管模式改为，泵1四元分析泵，泵2毛细管单泵，见图4。确认后重新启动泵和电脑，在timebase 中重新设置泵的类型。这样就把单泵模式改成四元泵模式。

由于本身是毛细管泵头，改成四元后，设置流速2.5mL/min，才是实际的1.0mL/min，因此最好采用分析泵的泵头替换毛细管的泵头[6]。

图1 参数设置界面入口

图2 控制模式选择界面

图3 输入特定设置密码

图4 泵类型设置

3.3 淋洗液发生器的改造

标准的淋洗液发生器有以下几个模块，淋洗液罐，脱气盒和CR-TC(阴离子为CR-ATC，阳离子为CR-CTC)，在实际分析过程中，CR-TC是有寿命的，跟抑制器一样，一般不超过2～3年，到后期脱阴离子的效果不佳。第一代的淋洗液发生器没有CR-TC，而是用阴离子捕获柱来代替。因此在这里用ATC-HC接在泵后，除去流动相中的阴离子，同时将ATC-3接在淋洗液出口，进样阀前面，以提高效果，(理论上用任何一个就可)。这样就不用CR-ATC，起到相同的效果，唯一区别是每隔几个月需要用2MNaOH再生一次。

4 timebase的设置

一个标准的离子色谱仪，由泵和检测器等部件组成，淋洗液发生器必须绑定一个泵，否则单独无法独立运行，(为了安全保护淋洗液发生器不损伤)。改造中将上面不同年代的dionex模块，放到一个timebase中，组成一个复杂的系统。

变色龙软件根据权限有不同的timebase数目，同时又有class等级之分，见图5。对于任何dionex色谱仪器，变色龙都支持，只要其在系统部件模块数据库中。由于本系统既有USB连接，又有RJ45连接，因此在添加模块前，首先在sharable devices下添加 Dionex lan card模式，绑定一个网卡，这是最常见的方式。

由于实验需求，对系统的复杂性，需要很多的部件在一个系统中运行，因此将不同的模块都放入一个timebase中。

由于不同部件来源不一，需要知道对应模块的归属来源，这里涉及3个类型，5000以及 IC modules和Ulmate 3000。

最后一个timebase中有7个部件，体现了变色龙软件功能的强大，见图6。

图5 变色龙软件等级

图6 7个模块的timebase

5 操作面板的设置

变色龙默认的ICS系列以及U3000系列能自动设置控制面板，但不同的系列放在一起，尤其是老的dionex模块，无法直接显示合适的控制面板，需要人工设置，不过变色龙将不同代产品做成不同组合模块，调用合适秩序就可。但是由于本系统的复杂性，在实际中遇到一些难以克服的困难。

一开始，默认的面板，只有对应的5000系列，液相色谱的自动进样器没有显示，DX600系列的只有电导，淋洗液和泵都没有显示。

下面根据实际模块添加对应的控制面板。

首先点击右键，去掉显示电导的界面，因为只有显示电导值，没有其他控制按钮没用。接着点击右键，选择 Add panel，点击锁定的dionex tempelates，选择panels，出现不同的类型。先选择液相，点击Dionex_LC，选择Ultimate_3000_WPS-3000_TSL模板。这样就将液相自动进样器的控制模板加入了。

然后选择离子色谱的模块，由于离子色谱模块多，有不同的选法。选择panels，点击Dionex_IC，选择CD25A and ED50A Conductivity detector panels，选择Conductivity_A_ detector_EluGen_Pump模块，同时添加Conductivity_A_ detector_Gradiet_Pump模块。在这里电导的模块是重复的，这是因为模板中没有现成的3个组合模板。

当然在实际过程中，也可以选择其他方式，例如Dionex_IC下的old panels，从中选择Dionex_pump_EluGen_Conductivitydetector，这样3个模块处于同一界面。但同上泵类型的的显示不正确。

但如果用IC25A代替GP50泵，多出来一个ED50A检测器，有更多的变化，例如改成安培检测器，则系统中将包括电导、安培和紫外3种检测器，有更多类型的模板组合，IC25A可以用一个模块面板。

在早期的变色龙6.8软件版本中，可以对老的dionex模板进行编辑，这样上面的两个模板可以变成一个模板，就是具有个性化的特色，但最新的变色龙版本好像取消了这个功能。如果在低版本的变色龙上进行模块修改，则可以被新版本接纳。

此处会有疑问，既然5000+的双泵，为什么还要用GP50第3个泵。这第三个泵其实是绑定EG50淋洗液发生器的，由于dionex公司的内部设置，EG50淋洗液发生器不能绑定ICS5000+的泵(包括ICS3000)，因此只能用同时代的泵进行绑定。在实际分析过程中，还是用ICS5000+的泵，GP50泵只是用来骗过仪器设定，单GP50第三个泵可以在多维色谱中起到重要作用。

这样经过设定，就能在一个界面上，自由切换模块进行控制，需要注意的是，这模块必须单独保存为一个文件，使用时调入，注意不要被其他文件覆盖。

图7～图12对应不同的控制模板。

特别指出的是，TCC(硬件可能有点问题)的阀在界面上无法显示，需要在程序中另外写入。

图7 ICS5000+ DP双泵

图8 ICS5000+ 紫外检测器

图10 U3000 WPS-3000TSL自动进样器

图11 Dionex 2500 EG+Dionex ED50A(电导)

图12 Dionex 600 GP50+ED50A

在这个系统中，有一个自动进样器；二个或三个检测器，电导(或安培)和紫外；三个泵，其中一个单泵，二个四元泵；或者二个单泵一个四元泵。一个淋洗液发生器；一个柱温箱带二个阀，六通阀和十通阀。这个系统可用于在线基体消除、在线富集浓缩、在线阀切换，柱后衍生，检测器串联和并联，甚至二维离子色谱等各种复杂的离子色谱分析体系。将不同来源模块组合在一起，组成功能强大的仪器，源自变色龙软件的强大控制能力。它设置方便，灵活，极具个性化的特色，这是其他色谱软件难以做到的。改造后成功用这套系统完成了一个复杂样品的分析方法开发。

[1]朱岩, 王少明，施超欧.离子色谱仪器[M].北京：化学工业出版社, 2007：25-68，122-146.

[2] 陈宁，刘嵘，宁淑云.HLC-601 高速离子色谱仪的双模式改造[J]. 分析仪器, 1996，(3):49-51.

[3] 施超欧,马浩, 姚宝龙,黄彩勇. 液相色谱升级改造为离子色谱问题探讨[J]. 分析仪器, 2014，(5):72-75.

[4]陈爱连，方琳美，吕海霞，施超欧在线固相萃取-离子色谱法测定四种芳环磺酸盐中的硫酸根离子[J].色谱，2017，35(5).

[5]闫吉昌，矫立萍.科学仪器升级改造的现状和展望[J].现代科学仪器，2003，(5):37-46.

[6]施超欧, 李静, 刘霞，等.戴安离子色谱系列泵结构的剖析[J]. 分析仪器, 2008，(6):62-66.

Rebuild a complete set of high-end multi-functional ion chromatography system using different generations of Dionex products.

Shi Chao'ou, Wu Jiayu, Pan Si, Huang Mengqin

(SchoolofChemistryandMolecularEngineering,AnalysisandResearchCenter，EastChinaUniversityofScienceandTechnlogy,Shanghai200237,China)

This system uses different connection mode with the setting of chromeleon software and has applied to practical analysis.

Dionex;Modules;chromeleon software;multi-functional ion chromatography