主题：【第九届原创】用不同代dionex产品组成一套完整复杂的多功能离子色谱仪系统

用不同代dionex产品组成一套完整复杂的多功能离子色谱仪系统

施超欧

华东理工大学化学与分子工程学院分析测试中心  上海  200237

摘要：用不同年代DIONEX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，并成功用于实际分析。
      戴安公司自从1975年离子色谱仪诞生以来，至今已经有四十年了，从最早的DX10，12，14到现在最复杂的多功能ICS5000+，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。但本人用不同年代的dionex色谱模块，组成一套不同颜色、不同风格的实用的多功能离子色谱仪，并成功用于实际分析和研究生毕业论文。
1 仪器模块：
  DX600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（带二个阀）
  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。
  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。解决的方案是1 采用带BNC和RJ45二种接口的网卡（非常少见）。二是寻找老式的路由器（带圆头的BNC接口），如果有二个路由器，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，但我将自动进样器的SST进样阀，改成peek进样阀（只需更换peek定子），早期的U3000进样阀与ICS3000/5000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130ul，因此一般最大进样量为100ul。这样用于碳酸盐体系就没问题，也可以用于低浓度的NaOH体系。
      如果要改成大体积进样，则先将130ul定量环，改成自己所需的，可以自己定做。例如500ul，同时玻璃注射器置换为500ul或1ml。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，直接不好用于分析型的分析。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10ul，为了能用于常规分析，先断开脉冲阻尼器(pulsedamper) （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。先用将另一套的比例阀安装在系统中，取代原来的单流路接口，同时连接四路的脱气机，以及增加其他相应的管路，如果无管路的话则没办法。
      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二个字的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。
图1
  图2
图3
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，一般不超过二年，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。因此在这里我们用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）。我们将上面不同年代的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 lancard模式，绑定一个网卡，这是最常见的方式。

    由于我们的实验需求，对系统的复杂性，需要很多的部件在一个系统中运行，因此我们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，这里涉及三个类型，5000以及 IC modules和Ulmate 3000。最后我们的一个timebase中有七个部件，体现了变色龙功能的强大，见图6。
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的做成不同组合模块，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dionextempelates，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三个组合模板。
    当然你在实际过程中，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，这样三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、安培和紫外三种检测器，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，这样上面的二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。如果你在低版本的变色龙上进行模块修改，则可以被新版本接纳。
在这里，可能有人问，既然5000+的双泵，为什么还要用GP50第三个泵。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。
下面6张图对应不同的控制模板。

图7  ICS5000+ DP双泵

图8 ICS5000+ 紫外检测器

图9 ICS5000 TCC柱温箱模块

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
    特别指出的是，TCC（有点问题）的阀在界面上无法显示，需要在程序中另外写入。
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，也可以控制第三方厂家的色谱仪器，这是其他色谱软件难以做到的。