用不同代Dionex產品組成一套完整高端的多功能離子色譜儀系統

施超歐 吳家鈺 潘 思 黃夢芹

(華東理工大學 化學與分子工程學院 分析測試中心,上海 200237)

?

用不同代Dionex產品組成一套完整高端的多功能離子色譜儀系統

施超歐 吳家鈺 潘 思 黃夢芹

(華東理工大學 化學與分子工程學院 分析測試中心,上海 200237)

用不同年代Dionex色譜產品的不同模塊，用不同的連接方式，通過變色龍軟件的設置，組成一套完整的高端的多功能離子色譜儀，并成功用于復雜樣品的實際分析。

Dionex 模塊 變色龍軟件 多功能離子色譜儀

戴安(Dionex)公司(現Thermo)自從1975年離子色譜儀誕生以來[1]，至今已經有40年了，從最早的DX10，12，14到現在最復雜的多功能ICS5000+離子色譜儀，其中出現過許多不同型號的離子色譜儀和模塊。由于年代的不同，一般跨越10年以上的儀器，在一個儀器系統中，很難實現協調組合，尤其是電腦計算機技術快速發展的今天。一般用戶都是購買完整的同代的一套產品，很少有用戶會把不同年代的戴安產品組合起來，同時改裝儀器模塊，目前國內僅有一例簡單離子色譜改造的報道[2]。本人也曾發表了一篇液相色譜如何升級為離子色譜的多個應用實例[3]。此次改造用不同年代的dionex色譜模塊，組成了一套不同顏色、獨有風格的實用的多功能離子色譜儀，并成功用于實際分析研究[4]，這為今后相似的儀器改造升級提供了借鑒[5]。

1 儀器模塊

DX 600系列：ED50A電化學檢測器，GP50四元梯度泵，或者IC25A(DX320)；

ICS2500系列： EG50淋洗液發生器；

ICS5000系列：TCC柱溫箱模塊(帶兩個閥)；

ICS5000+系列：ICS5000+毛細管雙泵，UV紫外檢測器；

U3000系列： WPS-3000TSL 液相自動進樣器。

2 儀器連接

目前dionex(thermo)儀器的連接方式為USB，但在這之前的為網絡連接，即RJ45，2000年前的產品則采用BNC方式，從產品代的劃分是，DX120，DX500系列是采用BNC；DX320，DX 600，ICS2500是RJ45，不過DX500和DX120可以改成RJ45的連接方式，而其他ICS所有系列以及最新出的Aquion和Integrion都采用USB的方式連接。

USB的連接需要注意的是，USB2.0的模塊不能連接到USB1.0上，USB1.0可以先連接到USB2.0的模塊，再連接到電腦上，畢竟電腦的USB接口有限。

對于網絡連接，一般需要一個路由器，先將不同模塊的網線連接到路由器的非WAN口，再由路由器連接到電腦的網卡，同時可以連接外來網絡。

對于更早期的儀器，是采用BNC的方式，現在電腦沒有這種接口。解決的方案一是采用帶BNC和RJ45兩種接口的網卡(非常少見)。二是尋找老式的路由器(額外帶圓頭的BNC接口)，如果有兩個路由器，必須將老式的路由器先連接到新式路由器(無BNC接口)再連接到電腦，不可反接。

3 模塊改造

3.1 自動進樣器的改造

由于U3000的自動進樣器是液相色譜的自動進樣器，理論上是不能用于離子色譜的，但可以將自動進樣器的SST進樣閥，改成peek進樣閥(只需更換peek定子)，早期的U3000的進樣閥與ICS3000/5000/5000+通用，后期不兼容。相關的管路基本采用peek，由于U3000自帶的定量環為130μL，因此一般最大進樣量為100μL。這樣用于碳酸鹽體系就沒問題，也可以用于低濃度的OH體系。

如果要改成大體積進樣，則先將130μL定量環，改成自己所需的，可以自己定做。例如500μL，同時玻璃注射器置換為500μL或1mL(默認配置100μL)。同時需修改定量進樣模式。將默認模式改為自選模式，修改定量環體積和注射器的規格，一一對應。

3.2 泵的改造

由于是雙毛細管離子色譜單泵，其流量受到限制，直接不能用于分析。這是因為其泵頭的規格與常規的分析泵泵頭是不一樣的。毛細管泵的流量最大是4.0mL/min，實際流量一般僅為10μL，為了能用于常規分析，先斷開脈沖阻尼器(pulse damper，毛細管泵專用)，這樣毛細管單泵就能用于常規的分析，但需要注意的是其實際泵的運轉速度是常規分析泵的2.5倍，流量無區別。

毛細管單泵只能是單元，如果改成四元的話，比較復雜。先將另一套的比例閥安裝在系統中，取代原來的單流路接口，同時連接4路的脫氣機，以及增加其他相應的管路。在硬件改造后，進行軟件重設，首先需要通過戴安內部的工程師控制模式進入系統設置。按住ctrl+shift，點擊help 下 about chromeleon，出現內置特定界面(維修)，見圖1。例如輸入DX兩個字的ID，則密碼為D8X6008(面板隨機出現一個五位數，例如80068)。

接著，點擊control下的command(F8)，再點擊右鍵，選擇Service模式，見圖2。

接著，點擊DP下的Service Code欄目，輸入密碼，確認后，就可以修改泵類型，見圖3。

選擇點擊Pump type，從下拉式菜單中選擇對應修改后的泵類型。在本臺設置中將原來的C1C1類型改為A4C1，即雙毛細管模式改為，泵1四元分析泵，泵2毛細管單泵，見圖4。確認后重新啟動泵和電腦，在timebase 中重新設置泵的類型。這樣就把單泵模式改成四元泵模式。

由于本身是毛細管泵頭，改成四元后，設置流速2.5mL/min，才是實際的1.0mL/min，因此最好采用分析泵的泵頭替換毛細管的泵頭[6]。

圖1 參數設置界面入口

圖2 控制模式選擇界面

圖3 輸入特定設置密碼

圖4 泵類型設置

3.3 淋洗液發生器的改造

標準的淋洗液發生器有以下幾個模塊，淋洗液罐，脫氣盒和CR-TC(陰離子為CR-ATC，陽離子為CR-CTC)，在實際分析過程中，CR-TC是有壽命的，跟抑制器一樣，一般不超過2～3年，到后期脫陰離子的效果不佳。第一代的淋洗液發生器沒有CR-TC，而是用陰離子捕獲柱來代替。因此在這里用ATC-HC接在泵后，除去流動相中的陰離子，同時將ATC-3接在淋洗液出口，進樣閥前面，以提高效果，(理論上用任何一個就可)。這樣就不用CR-ATC，起到相同的效果，唯一區別是每隔幾個月需要用2MNaOH再生一次。

4 timebase的設置

一個標準的離子色譜儀，由泵和檢測器等部件組成，淋洗液發生器必須綁定一個泵，否則單獨無法獨立運行，(為了安全保護淋洗液發生器不損傷)。改造中將上面不同年代的dionex模塊，放到一個timebase中，組成一個復雜的系統。

變色龍軟件根據權限有不同的timebase數目，同時又有class等級之分，見圖5。對于任何dionex色譜儀器，變色龍都支持，只要其在系統部件模塊數據庫中。由于本系統既有USB連接，又有RJ45連接，因此在添加模塊前，首先在sharable devices下添加 Dionex lan card模式，綁定一個網卡，這是最常見的方式。

由于實驗需求，對系統的復雜性，需要很多的部件在一個系統中運行，因此將不同的模塊都放入一個timebase中。

由于不同部件來源不一，需要知道對應模塊的歸屬來源，這里涉及3個類型，5000以及 IC modules和Ulmate 3000。

最后一個timebase中有7個部件，體現了變色龍軟件功能的強大，見圖6。

圖5 變色龍軟件等級

圖6 7個模塊的timebase

5 操作面板的設置

變色龍默認的ICS系列以及U3000系列能自動設置控制面板，但不同的系列放在一起，尤其是老的dionex模塊，無法直接顯示合適的控制面板，需要人工設置，不過變色龍將不同代產品做成不同組合模塊，調用合適秩序就可。但是由于本系統的復雜性，在實際中遇到一些難以克服的困難。

一開始，默認的面板，只有對應的5000系列，液相色譜的自動進樣器沒有顯示，DX600系列的只有電導，淋洗液和泵都沒有顯示。

下面根據實際模塊添加對應的控制面板。

首先點擊右鍵，去掉顯示電導的界面，因為只有顯示電導值，沒有其他控制按鈕沒用。接著點擊右鍵，選擇 Add panel，點擊鎖定的dionex tempelates，選擇panels，出現不同的類型。先選擇液相，點擊Dionex_LC，選擇Ultimate_3000_WPS-3000_TSL模板。這樣就將液相自動進樣器的控制模板加入了。

然后選擇離子色譜的模塊，由于離子色譜模塊多，有不同的選法。選擇panels，點擊Dionex_IC，選擇CD25A and ED50A Conductivity detector panels，選擇Conductivity_A_ detector_EluGen_Pump模塊，同時添加Conductivity_A_ detector_Gradiet_Pump模塊。在這里電導的模塊是重復的，這是因為模板中沒有現成的3個組合模板。

當然在實際過程中，也可以選擇其他方式，例如Dionex_IC下的old panels，從中選擇Dionex_pump_EluGen_Conductivitydetector，這樣3個模塊處于同一界面。但同上泵類型的的顯示不正確。

但如果用IC25A代替GP50泵，多出來一個ED50A檢測器，有更多的變化，例如改成安培檢測器，則系統中將包括電導、安培和紫外3種檢測器，有更多類型的模板組合，IC25A可以用一個模塊面板。

在早期的變色龍6.8軟件版本中，可以對老的dionex模板進行編輯，這樣上面的兩個模板可以變成一個模板，就是具有個性化的特色，但最新的變色龍版本好像取消了這個功能。如果在低版本的變色龍上進行模塊修改，則可以被新版本接納。

此處會有疑問，既然5000+的雙泵，為什么還要用GP50第3個泵。這第三個泵其實是綁定EG50淋洗液發生器的，由于dionex公司的內部設置，EG50淋洗液發生器不能綁定ICS5000+的泵(包括ICS3000)，因此只能用同時代的泵進行綁定。在實際分析過程中，還是用ICS5000+的泵，GP50泵只是用來騙過儀器設定，單GP50第三個泵可以在多維色譜中起到重要作用。

這樣經過設定，就能在一個界面上，自由切換模塊進行控制，需要注意的是，這模塊必須單獨保存為一個文件，使用時調入，注意不要被其他文件覆蓋。

圖7～圖12對應不同的控制模板。

特別指出的是，TCC(硬件可能有點問題)的閥在界面上無法顯示，需要在程序中另外寫入。

圖7 ICS5000+ DP雙泵

圖8 ICS5000+ 紫外檢測器

圖10 U3000 WPS-3000TSL自動進樣器

圖11 Dionex 2500 EG+Dionex ED50A(電導)

圖12 Dionex 600 GP50+ED50A

在這個系統中，有一個自動進樣器；二個或三個檢測器，電導(或安培)和紫外；三個泵，其中一個單泵，二個四元泵；或者二個單泵一個四元泵。一個淋洗液發生器；一個柱溫箱帶二個閥，六通閥和十通閥。這個系統可用于在線基體消除、在線富集濃縮、在線閥切換，柱后衍生，檢測器串聯和并聯，甚至二維離子色譜等各種復雜的離子色譜分析體系。將不同來源模塊組合在一起，組成功能強大的儀器，源自變色龍軟件的強大控制能力。它設置方便，靈活，極具個性化的特色，這是其他色譜軟件難以做到的。改造后成功用這套系統完成了一個復雜樣品的分析方法開發。

[1]朱巖, 王少明，施超歐.離子色譜儀器[M].北京： 化學工業出版社, 2007：25-68，122-146.

[2] 陳寧，劉嶸，寧淑云.HLC-601 高速離子色譜儀的雙模式改造[J]. 分析儀器, 1996，(3):49-51.

[3] 施超歐,馬浩, 姚寶龍,黃彩勇. 液相色譜升級改造為離子色譜問題探討[J]. 分析儀器, 2014，(5):72-75.

[4]陳愛連，方琳美，呂海霞，施超歐 在線固相萃取-離子色譜法測定四種芳環磺酸鹽中的硫酸根離子[J].色譜，2017，35(5).

[5]閆吉昌，矯立萍.科學儀器升級改造的現狀和展望[J].現代科學儀器，2003，(5):37-46.

[6]施超歐, 李靜, 劉霞，等.戴安離子色譜系列泵結構的剖析[J]. 分析儀器, 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

作者簡介:施超歐,男,1965出生,研究生,高級工程師,主要從事液相和離子色譜方面研究,E-mail:hplc@ecust.edu.cn。

黃海萍，化學工程師，長期從事實驗室光譜、色譜及水質在線監測儀器開發。

10.3969/j.issn.1001-232x.2017.03.003

2017-02-13