在瑞士万通高品质离子色谱仪开发历程系列的第二篇章中,我将聚焦20世纪90年代中期至21世纪初离子色谱的技术的发展。在此期间,瑞士万通着力推动模块化离子色谱的升级,持续降低背景电导水平,并向市场推出更多稳定的检测方法。
模块化的第二代离子色谱——1996
尽管记录方式由记录仪进化为积分仪(最初采用硬件积分仪,后期发展为基于PC的积分工具),但电导检测器始终是离子色谱的主流检测器。通过对系统配置的持续优化,并引入液体处理组件与自动化功能,模块化的瑞士万通第二代离子色谱系统应运而生。
与此同时,化学抑制法的初期专利即将到期,这为瑞士万通开启抑制器模块的研发创造了条件。
诚然,柱抑制技术也存在若干局限性。不但需定期进行外部再生处理,且当柱内结合的阳离子累积至一定量时,会改变抑制柱的分离和离子排斥特性,导致离子保留时间漂移——碳酸根表现很显著,会干扰邻近目标峰的检测。但另一方面,该技术非常突出的优势在于其具有十分突出的耐受性和使用寿命。
当高效液相色谱(HPLC)无能为力:离子色谱大放异彩
瑞士万通尝试在解决柱抑制技术缺陷的同时,还能保留其耐用性等优点。
为解决抑制柱在使用过程中出现的保留时间漂移问题,研究人员大幅缩小了柱体尺寸,最终形成了类似小型卡匣的结构。与此同时,仍需确保其交换容量足够高,以至少完成一次完整的色谱分析。在每个抑制器单元仅用于抑制一次色谱分析的前提下,所有测定过程中的条件保持完全一致,从而有效避免保留时间的漂移。
这意味着需在下次进样前对抑制单元进行再生处理,由此催生了三柱旋转切换设计:
三个抑制柱同步接入液路系统——柱1用作,用于在线抑制流路中的淋洗液;柱2采用酸液再生;柱3则用超纯水或无酸的检测池流出液(现称STREAM技术)冲洗。每次进样前,抑制器转子步进切换一个工位,确保每份样品均使用再生并冲洗完毕的专属抑制柱。
瑞士万通抑制器模块(MSM)诠释离子色谱的稳定性
1996年,瑞士万通正式推出正式版抑制系统——753抑制器模块,并同步发布了完整的模块化离子色谱系统,包括732电导检测器、709色谱泵、733分离中心、766自动进样器以及其他液路处理模块。配合基于PC的数据采集与处理软件 IC Net,瑞士万通首次实现了离子色谱系统的全流程自动化分析。
尽管模块化系统凭借其强大的灵活性开启了自动化应用新纪元,但其架构对常规日常检测场景还是略显复杂。
为满足常规用户的日常检测需求,瑞士万通于1999年推出首款一体化离子色谱仪——761型集成式离子色谱系统。该仪器集成了离子色谱分析所需全部基础组件(包括离子色谱泵、进样阀、抑制器模块及配套的再生/冲洗蠕动泵和电导检测器),可直接用于实验室日常分析或根据法规开展的标准分析。该型号离子色谱仪还首次实现了全液体流路无金属接触。
集成安培检测功能的离子色谱系统
初代641伏安检测器及其升级型号791安培检测器作为高端电化学设备,其使用维护颇具挑战性,要求操作者具备扎实的电化学知识储备。尽管如此,能够熟练掌握其使用的分析人员依然对其性能赞誉有加。
然而,手动调节电压及通过电位器补偿背景电流的技术局限始终制约着方法的推广。为此,瑞士万通于2001年推出新的解决方案——817 Bioscan。
该设备基于集成式离子色谱平台理念构建。817 Bioscan集成了多个核心组件:专用于脉冲安培检测(PAD)的安培检测器、内置柱温箱、812阀单元(进样器)及709离子色谱泵。由此,瑞士万通离子色谱正式开辟糖类分析新领域。
安培检测器
瑞士万通791安培检测器(1998年作为641伏安检测器的升级款推出),仍定位为直流安培检测平台,但是已经不可与641同日而语。
第三代模块化离子色谱系统--2003
2003年,瑞士万通推出“高级模块化离子色谱”系统,在承袭前代模块化架构与远程控制理念的基础上,实现各模块性能的全面升级。数据采集与远程控制仍由IC Net软件统一管理。
2001年问世的811型在线离子色谱仪专为严苛的工业环境设计:集成高质量模块化系统(总重约450公斤),通过IC Net软件控制,提供单通道与双通道(同步检测阴阳离子)双版本。其模块化湿区组件(如十通进样阀、管式泵等)支持全定制配置,可匹配各类工业应用需求。
基于811的成功,2002年瑞士万通推出轻量化紧凑版821在线离子色谱仪,业内称其为811的"兄弟机型"。
861集成式离子色谱系统于2005年登陆实验室市场。同年推出的844紫外/可见光紧凑式离子色谱仪具有双重里程碑意义:既是瑞士万通首款紫外/可见光离子色谱设备,也是全球首台一体化紫外/可见光离子色谱平台,支持直接检测与柱后衍生光化学分析。844紫外/可见光检测器采用Bischoff Lambda 1010氘灯作为光源,为集成式离子色谱系统的检测器提供了更多选择。
下期预告
在本系列的第三部分中,我们将聚焦2000年代后期的离子色谱技术,重点涵盖双抑制技术(化学抑制与二氧化碳抑制的创新融合)的演进历程,并深入解析瑞士万通第四代与第五代离子色谱系统的技术突破。
相关拓展
高效液相色谱触之不及的领域,离子色谱在食品、水质和制药分析中大放异彩
参考资料
[1] Small, H.; Stevens, T.S.; W.C. Baumann. Novel ion exchange chromatographic method using conductimetric detection. Anal. Chem. 1975, 47 (11), 1801–1809. https://doi.org/10.1021/ac60361a017