离子色谱仪积分原理

离子色谱仪是高效液相色谱的一种，作为测定阴离子、阳离子及部分极性有机物种类和含量的一种液相色谱方法，已被广泛应用在环境监测、食品分析、自然水工业、农业、地质等多个领域。今天小谱就其发展史、检测原理、结构等和大家进行探讨，一文把离子色谱仪讲通透。（如果读完文章您觉得还有哪些想听的知识点没有讲到，亦或是觉得文章中有哪些观点您不太认同，欢迎您积极留言。)01离子色谱的“前世今生”1975年，Dow Chemical（陶氏化学）的H.Small等人发表的第一篇离子色谱方面的论文在美国分析化学上；在分离用的离子交换柱后端加入不同极性的离子交换树脂填料，该树脂填料呈氢型或氢氧根型。如阴离子交换柱后端加入氢型的阳离子，交换树脂填料阳离子交换柱后端加入氢氧根型的阴离子，交换树脂填料当由分离柱流出的携带待测离子的洗脱液在检测前发生两个简单而重要的化学反应，一个是将淋洗液转变成低电导组分以降低来自淋洗液的背景电导，另一个是将样品离子转变成其相应的酸或碱以增加其电导。这种在分离柱和检测器之间降低背景电导值而提高检测灵敏度的装置后来组成独立组件称为抑制柱（或抑制器），通过这种方式使电导检测的应用范围扩大了；在H-Small等人提议下称这种液相色谱为离子色谱。离子色谱一经诞生就立即商品化；1975年，第一家离子色谱公司诞生——戴安公司（Dow Ion Exchange），由H-Small和T-S.Stevens研发；1979年，美国阿华州大学的J.S.Fritz等人建立了单柱型离子色谱，许多其它公司生产了离子色谱；1983年，中国核工业第五研究所刘开禄研究员刘开禄带领团队在青岛崂山电子实验仪器所研制成我国第一台离子色谱仪的原理样机ZIC-1，并实现产业化。性能基本与国外同类仪器(美国Dionex-14型)相接近，填补了国内空白；第六届“科学仪器行业研发特别贡献奖”获奖者 刘开禄ZIC-1型离子色谱仪第一台离子色谱仪成功商品化后，高效阳离子分离柱、五电极式电导检测器、阴离子分离柱、连续自再生式高效离子交换装置等一系列创造性的研究工作不断取得成功，极大的推动了中国离子色谱仪的发展。1985年6月，赵云麒、刘开禄研制ZIC-2型离子色谱仪，包含双模式理论和适用于阳离子分析的“五级电导检测”电路。1987年12月22日 ，ZIC-2型离子色谱仪通过了专家鉴定并投产，核心技术目前仍应用在中国的核潜艇水质监测。1995年，ZIC-3型离子色谱仪由张烈生、荆建增设计完成并获得国家科技成果完成者证书。左：ZIC-2型离子色谱仪、中：ZIC-2A型离子色谱仪、右：ZIC-3型离子色谱仪目前，随着技术的发展，电化学等技术在离子色谱仪中得到了更广泛的应用，比如新型抑制器技术、淋洗液发生器以及新型的电化学检测器-电荷检测器等均已商品化。而目前离子色谱技术发展也主要集中在色谱固定相、脉冲安培检测器以及抑制器等方面。不过，我国离子色谱的研发虽然取得了一定的成绩，但仍需更进一步的发展。02离子色谱的原理和结构离子色谱的原理基于离子交换树脂上可离解的离子与流动相中具有相同电荷的溶质离子之间进行的可逆交换和分析物溶质对交换剂亲和力的差别而被分离。适用于亲水性阴、阳离子的分离。工作过程: 输液泵将流动相以稳定的流速( 或压力) 输送至分析体系, 在色谱柱之前通过进样器将样品导入, 流动相将样品带入色谱柱, 在色谱柱中各组分被分离, 并依次随流动相流至检测器, 抑制型离子色谱则在电导检测器之前增加一个抑制系统。即用另一个高压输液泵将再生液输送到抑制器, 在抑制器中, 流动相的背景电导被降低, 然后将流出物导入电导检测池, 检测到的信号送至数据系统记录、处理或保存。非抑制型离子色谱仪不用抑制器和输送再生液的高压泵, 因此仪器的结构相对要简单得多, 价格也要便宜很多。离子色谱的结构离子色谱仪一般由流动相输送系统、进样系统、分离系统、抑制或衍生系统、检测系统及数据处理系统六大部分组成。1、流动相输送系统离子色谱的输液系统包括贮液罐、高压输液泵、梯度淋洗装置等，与高效液相色谱的输液系统基本一致。1.1贮液罐溶剂贮存主要用来供给足够数量并符合要求的流动相，对于溶剂贮存器的要求是：（1）必须有足够的容积，以保证重复分析时有足够的供液；（2）脱气方便；（3）能承受一定的压力；（4）所选用的材质对所使用的溶剂一律惰性。出于离子的流动相一般是酸、碱、盐或络合物的水溶液，因此贮液系统一般是以玻璃或聚四氟乙烯为材料，容积一般以0.5～4L为宜，溶剂使用前必须脱气。因为色谱柱是带压力操作的，在流路中易释放气泡，造成检测器噪声增大，使基线不稳，仪器不能正常工作，这在流动相含有有机溶剂时更为突出。脱气方法有多种，在离子色谱中应用比较多的有如下方法：（1）低压脱气法：通过水泵、真空泵抽真空，可同时加温或向溶剂吹氮，此法特别适用纯水溶剂配制的淋洗液。（2）吹氧气或氮气脱气法：氧气或氮气经减压通入淋洗液，在一定压力下可将淋洗液的空气排出。（3）超声波脱气法：将冲洗剂置于超声波清洗槽中，以水为介质超声脱气。一般超声30min左看，可以达到脱气日的。新型的离子色谱仪，在高压泵上带有在线脱气装置，可白动对琳洗液进行在线自动脱气。1.2高压输液泵高压输液泵是离子色谱仪的重要部件，它将流动相输入到分离系统，使样品在柱系统中完成分离过程。离子色谱用的高压泵应具备下述性能：（1）流量稳定：通常要求流量精度应为±1％左右，以保证保留时间的重复和定性定量分析的精度。（2）有一定输出压力，离子色谱一般在20MPa状态下工作，比高效液相色谱略低。（3）耐酸、碱和缓冲液腐蚀，与高效液相色谱不同，离子色谱所有淋洗液含有酸或碱。泵应采用全塑Peek材料制作。（4）压力波动小，更换溶剂方便，死体积小，易于清洗和更换溶剂。（5）流量在一定范围任选，并能达到一定精度要求。（6）部分输液泵具有梯度淋洗功能。目前离子色谱应用较多的是往复柱塞泵，只有低压离子色谱采用蠕动泵，但蠕动泵所能承受的压力太小，实际操作过程中会出现问题。由于往复柱塞泵的柱塞往复运动频率较高，所以对密封环的耐磨性及单向阀的刚性和精度要求都很高。密封环一般采用聚四氟乙烯添加剂材料制造，单向阀的球、阀座及柱塞则用人造宝石材料。1.3梯度淋洗装置梯度淋洗和气相色谱中的程序升温相似，给色谱分离带来很大的方便，但离子色谱电导检测器是一种总体性质的检测器，因此梯度淋洗一般只在含氢氧根离子的淋洗液中采用抑制电导检测时才能实现。采用梯度淋洗技术可以提高分离度、缩短分析时间、降低检测限，它对于复杂混合物，特别是保留强度差异很大的混合物的分离，是极为重要的手段。另外，新型抑制器通过脱气使淋洗液中CO2去除，碳酸盐的淋洗液背景电导很低，使灵敏度大大增加，也可以实现碳酸盐的梯度淋洗。离子色谱梯度淋洗可分为低压梯度和高压梯度两种，现分别介绍如下：（1）低压梯度低压梯度是采用比例调节阀，在常压下预先按一定的程序将溶剂混合后，再用泵输入色谱柱系统，也称为泵前混合。（2）高压梯度它是由两台高压输液泵、梯度程序控制器、混合器等部件所组成。两台泵分别将两种淋洗液输入混合器，经充分混合后，进入色谱分离系统。它又称为泵后高压混合形式。梯度淋洗的溶剂混合器必须具备容积小、无死区、清洗方便、混合效率高等性能，能获得重复的、滞后时间短的梯度淋洗效果。2、进样系统离子色谱的进样主要分为3种类型：即气动、手动和自动进样方式。（1）手动进样阀手动进样采用六通阀，其工作原理与HPLC相同，但其进样量比HPLC要大，一般为50μL。其定量管接在阀外，一般用于进样体积较大时的情况。样品首先以低压状态充满定量管，当阀沿顺时针方向旋至另一位置时，即将贮存于定量管中固定体积的样品送入分离系统。（2）气动进样阀气动阀采用一定氮气或氮气气压作动力，通过两路四通加载定量管后，进行取样和进样，它有效地减少了手动进样因动作不同所带来的误差。（3）自动进样自动进样器是在色谱工作站控制下，自动进行取样、进样、清洗等一系列操作，操作者只须将样品按顺序装入贮样机中。自动进样可以达到很宽的样品进样量范围的目的。3、分离系统分离系统是离子色谱的核心和基础。离子色谱柱是离子色谱仪的“心脏”，要求它具有柱效高、选择性好、分析速度快等特点。离子色谱柱填料的粒度一般在5～25μm之间，比高效液相色谱的柱填料略大，因此其压力比高效液相色谱的要小，一般为单分散，而且呈球状。3.1高分子聚合物填料离子色谱中使用得最广泛的填料是聚苯乙烯——二乙烯苯共聚物。其中阳离子交换柱一般采用磺酸或羧酸功能基，阴离子交换柱填料则采用季胺功能基或叔胺功能基。离子排斥柱填料主要为全磺化的聚苯乙烯 二乙烯苯共聚物，这类离子交换树脂可在pH0～14范围内使用。如果采用高交联度的材料来改进，还可兼容有机溶剂，以抗有机污染。一般来说，离子交换型色谱柱的交换容量均很低。3.2硅胶型离子色谱填料该填料采用多孔二氧化硅柱填料制得，是用于阴离子交换色谱法的典型薄壳型填料。它是用含季胺功能基的甲基丙烯十醇酯涂渍在二氧化硅微球上制备的。阳离子交换树脂是用低相对分子质量的磺化氟碳聚合物涂渍在二氧化硅微粒上制备的。这类填料的pH值使用范围为4～8，一般用于单柱型离子色谱柱中。3.3色谱柱结构一般分析柱内径为4mm，长度为100～250mm，柱子两头采用紧固螺丝。高档仪器特别是阳离子色谱柱一般采用聚四氟乙烯材料，以防止金属对测定的干扰。随着离子色谱的发展，细内径柱受到人们的重视，2mm柱不仅可以使溶剂消耗量减少，而且对于同样的进样量，灵敏度可以提高4倍。4、离于色谱的抑制系统对于抑制型（双柱型）离子色谱系统，抑制系统是极其重要的一个部分，也是离子色谱有别于高效液相色谱的最重要特点。抑制器的发展经历了多个发展时期，而目前商品化的离子色谱仪亦分别采用不同的抑制手段及相关研究成果。4.1树脂填充抑制柱该抑制系统采用高交换容量的阳离子树脂填充柱（阴离子抑制），通过硫酸，将树脂转化为氢型。它抑制容量不高，需要定期再生，而且死体积比较大，对弱酸根离子由于离子排斥的作用，往往无法准确定量。目前这类抑制器目前已经基本不用。4.2纤维抑制器这种抑制系统采用阳离子交换的中空纤维作为抑制器，外通硫酸作为再生液，可连续对淋洗液进行再生，这种抑制器的死体积比较大，抑制容量也不高。4.3微膜抑制器这种抑制系统采用阳离子交换平板薄膜，中间通过淋洗液，而外两侧通硫酸再生液。这种抑制器的交换容量比较高，死体积很小，可进行梯度淋洗。4.4电解抑制器这种抑制系统采用阳离子交换平板薄膜，通过电解产生的H＋，对淋洗液进行再生。早期的这类抑制器是由我国厦门大学田昭武发明，并投入了生产，但它需要定期加入硫酸来补充H＋。美国Dionex公司对这类抑制器进行了改进，使之成为自再生，只要用淋洗液自循环或去离子水电解就可能实现再生，抑制容量可以通过改变电流的大小加以控制，而且死体积很小。5、检测系统5.1电导检测器电导检测是离子色谱检测方式中最常用的一种。它是基于极限摩尔电导率应用的检测器,主要用于检测无机阴阳离子、有机酸和有机胺等。由于电导池中的等效电容的影响，施加到电导池上的电压和电流之间的关系是非线性的，这给测量电导值带来很大困难。另外，流动相中本底电导值很高，从较大的背景值中准确测量待测组分的信号，也是电导检测中的重要问题。目前采用较多的方法有：（1）双极脉冲检测器：在流路上设置两个电极,通过施加脉冲电压,在合适的时间读取电流,进行放大和显示。容易受到电极极化和双电层的影响。（2）四极电导检测器：在流路上设置四个电极,在电路设计中维持两测量电极间电压恒定,不受负载电阻、电极间电阻和双电层电容变化的影响,具有电子抑制功能（阳离子检测支持直接电导检测模式）。（3）五极电导检测器：在四极电导检测模式中加一个接地屏蔽电极,极大提高了测量稳定性,在高背景电导下仍能获得极低的噪声,具有电子抑制功能（阳离子检测支持直接电导检测模式）。5.2安培检测器安培检测器是基于测量电解电流大小为基础的检测器，主要用于检测具有氧化还原特性的物质。安培检测主要包括恒电位（直流安培）、脉冲安培以及积分安培三种方式。(1)直流安培检测模式:该方法是将一个恒定的直流电位连续地施加于检测池的电极上，当被测物被氧化时，电子从待测物转移至电极，得到电流信号。在此过程中，电极本身为惰性，不参与氧化反应。该方法具有较高的灵敏度，可以测定pmol级的无机和有机离子，主要用于抗坏血酸、溴、碘、氰、酚、硫化物、亚硫酸盐、儿茶酚胺、芳香族硝基化合物、芳香胺、尿酸和对二苯酚等物质的检测。(2)脉冲安培检测模式:脉冲安培检测器出现在20世纪80年代初，是美国Dionex公司为满足糖的测定而研制的。糖类化合物的pKa值为12~14，在强碱性介质中以阴离子形式存在，可以用阴离子交换色谱分离。因为糖的分离是在碱性条件下完成的，检测方法必须与此相匹配，用金电极的脉冲安培检测法适合于这个条件。金电极的表面可为糖的电化学氧化反应提供一个反应环境。用脉冲安培检测法可检测pmol~fmol级的糖，而且不需要衍生反应和复杂的样品纯化过程。该检测器主要用于醇类、醛类、糖类、胺类(一二三元胺，包括氨基酸)、有机硫、硫醇、硫醚和硫脲等物质的检测，不可检测硫的氧化物。(3)积分脉冲安培检测模式:积分脉冲安培检测法为脉冲安培检测的升级模式，于1989年由Welch等人首先提出，并运用此技术，用金电极实现了对氨基酸的检测。与脉冲安培检测法相似，积分脉冲安培检测法中加到工作电极上的也是一种自动重复的电位对时间的脉冲电位波形，不同之处是：脉冲安培检测法是对每次脉冲前的单电位下产生的电流积分；而积分脉冲安培检测法是对每次脉冲前循环方波或三角波电位下产生的电流积分，即是对电极被氧化形成氧化物和氧化物还原为其初始状态的一个循环电位扫描过程中产生的电流积分。由积分整个高-低采样电位下的电流所得到的信号仅仅是被分析物产生的信号。在没有待测物（可氧化物）存在时，静电荷为零。积分脉冲安培检测法的优点在于通过施加方波或三角波电位消除了氧化物形成和还原过程中产生的电流。正、反脉冲方向的积分有效地扣除了电极氧化产生的背景效应，使得那些可受金属氧化物催化氧化的分子产生较强的检测信号和获得稳定的检测基线成为现实。此外，离子色谱还可以采用紫外、可见光、荧光等高效液相色谱常用的检测器，其原理与常规的高效液相色谱检测相似。6、数据处理系统离子色谱一般柱效不高，与气相色谱和高效液相色谱相比一般情况下离子色谱分离度不高，它对数据采集的速度要求不高，因此能够用于其他类型的数据处理系统，同样也可用于离子色谱中。而且在常规离子分析中，色谱峰的峰形比较理想，可以采用峰高定量分析法进行分析。主要数据处理系统为：6.1记录仪记录仪要求满刻度行程时间≤1s，输入阻抗高，屏蔽好，纸速稳定。采用双笔式记录仪，可以同时测量样品中高浓度和痕量浓度组分，也可进行双检测器分析。6.2自动积分仪它是一种通过A／D转换，采用固定程序，分析色谱信息，打印色谱图的仪器。采用自动积分仪大大减少了记录仪中色谱手工处理的繁琐手续。6.3数据工作站通过A／D转换，将数据采集于电脑，然后通过对采集的数据分析，得到相关的色谱信息。随着个人电脑的普及，数据工作站将得到广泛的应用。03离子色谱的分类通常情况下，离子色谱可以分为三种类型：离子交换色谱、离子排斥色谱、离子对色谱。离子交换色谱：离子交换色谱以离子间间作用力不同为原理，主要用于有机和无机阴、阳离子的分离。离子排斥色谱：离子排斥色谱基于Donnan排队斥作用，是利用溶质和固定相之间的非离子性相互作用进行分离的。它主要用于机弱酸和有机酸的分离，也可以用于醇类、醛类、氨基酸和糖类的分离。离子对色谱：离子对色谱的分离机理是吸附、分离的选择性主要由流动相决定。该方法主要用于表面活性阴离子和阳离子以及金属络合物的分离。根据应用场景可分为：实验室、便携式、在线离子色谱。便携式离子色谱：适用的主要场景比如户外检测、或者在移动检测车上使用等等。在线离子色谱：适用的主要场景，比如大气环境的连续监测、或者工厂流水线中的连续监测等等。实验室离子色谱：相对来讲，就是最常规的离子色谱类型了，用户采购量也是相对最大。04离子色谱的应用离子色谱作为20世纪70年代发展起来的一项新的分析技术，由于具有快速、灵敏、选择性好等特点，尤其在阴离子检测方面有着其它方法所的优势，因此被广泛地应用于化工、医药、环保、卫生防疫、半导体制造等行业，并在某些领域被列为标准测定方法。涉及离子色谱的国内标准分析方法行业标准部分国际标准05离子色谱使用的注意事项1、淋洗液淋洗液作为系统的流动相，其品质对分析结果有重要影响。流动相的脱气是离子色谱分析过程中的一个重要环节。输液泵的扰动或色谱柱前后的压力变化以及抑制过程都可能导致流动相中溶解的气体析出，形成小气泡。这些小气泡会产生很多尖锐的噪声峰，较大的气泡还可能引起输液泵流速的变化，因此对流动相要进行脱气处理。2、分离柱分离柱柱体材料为PEEK（聚醚醚酮）。分离相由聚乙烯醇颗粒组成，粒径为9μm，表面有离子交换官能团。这种结构可保证高度的稳定性，并对可穿过内置过滤板的极细颗粒具有很高的容耐性，适用于水分析的日常测试任务。为保护分离柱不受外来物质侵害（这些物质会对分离效率产生影响），对淋洗液、也对样品作微孔过滤（0.45μm过滤器），并通过吸液过滤头吸取淋洗液。分离柱堵塞会导致系统压力上升，分离能力变差会导致保留时间波动、样品重复测量平行性差。分离柱接入系统时，需要先冲洗10分钟以上再接检测器，冲洗时出口向上，便于将气泡赶出。 分离柱的保存：短时间不用，可直接将柱子两端盖上塞子，放在盒中保存。阴离子柱长时间不使用（1个月以上），应保存到10mmol/LNa2CO3中。3、高压泵sp 岛埃仑YC3000离子色谱仪青岛埃仑YC7000型离子色谱仪 等▲ 青岛埃仑YC3000离子色谱仪B. 岛津

2018年是离子色谱仪国产化35周年，青岛作为国产离子色谱诞生之地，多厂家纷纷组织活动庆祝并向老一辈专家致敬。青岛鲁海光电科技有限公司于 2018年7月9日成功举办“鲁海光电离子色谱仪培训班暨离子色谱仪国产化35周年纪念活动”。会议酒店展出仪器 大会开幕式由鲁海光电总经理张道敬主持，中国仪器仪表学会分析仪器分会副理事长刘长宽、山东省水文局处长刘洪林、城阳区科技局局长张维福、城阳区市场监督管理局领导致辞并预祝本次会议顺利举办。 青岛鲁海光电科技有限公司总经理张道敬 中国仪器仪表学会分析仪器分会副理事长刘长宽 会议现场 本次离子色谱仪培训班由中科院能源与过程所法芸主持。 中国计量科学研究院史乃捷对最新离子色谱仪国家标准“GB/T36240-2018” 和离子色谱仪检定规程“JJG823-2014”进行讲解。清华大学化学系教授、中国仪器仪表学会分析仪器分会离子色谱专业委员会副主任委员丁明玉的报告题目为“离子色谱仪技术发展及热点应用”，介绍了目前离子色谱仪的最新技术发展和应用热点。中国仪器仪表学会分析仪器分会离子色谱专业委员会主任委员朱岩做了“离子色谱仪原理及应用”的主题报告，全面总结了离子色谱的技术和应用。 西安近代化学研究所张皋讲解火炸药行业离子色谱应用最新标准“WJ/Z 20040-2018”。中国计量科学研究院史乃捷 离子色谱专业委员会副主任委员丁明玉 离子色谱专业委员会主任委员朱岩 西安近代化学研究所 张皋 山东省计量院所长郭波讲解离子色谱仪标准物质有关知识，现场有标准物质赠送。国家水利部山西培训中心毛宏报告为“鲁海光电离子色谱仪在农村饮水检测中的应用”。鲁海光电副经理赵世龙介绍本公司仪器的使用与维护。天津兰博张经理亲自到场祝贺，并介绍了兰博泵在离子色谱中的应用。我们选用的这款PEEK泵，阴阳离子检测都可用，耐压大于41MPa，是目前行业内最优秀的美国PEEK泵。山东省计量院所长 郭波鲁海光电副经理 赵世龙 天津兰博 张经理 山西则一天诚张晓峰经理分享了氧弹燃烧在有机卤素检测中的经验。中国矿业大学（北京）、敦化市环境监测站对优秀论文进行了分享。中国矿业大学的论文正在发表暂不公开，国家水利部山西培训中心毛宏老师的报告后期会挂网，敦化市环境监测站的论文对我公司申请专利有指导意义，优先选为专利的合作者，后期会向有关杂志推荐。山西则一天诚经理 张晓峰中国矿业大学（北京） 施云云敦化市环境监测站 周玉琴 由于上合峰会影响，此次有奖征文活动仅有2周时间，筹备培训班也仅有2周时间，时间紧迫，但论文投稿共有17篇，投稿率达历史新高，此次活动奖品也很丰厚。 特等奖：1名，奖品为3000元奖金、荣誉证书、离子色谱仪国产化三十五周年纯银纪念章一套、由离子色谱专家牟世芬、朱岩、刘克纳编著的2018年最新版离子色谱方法及应用丛书一套。 一等奖：1名，奖品为600元奖金、荣誉证书、离子色谱仪国产化三十五周年纯银纪念章一套、由离子色谱专家牟世芬、朱岩、刘克纳编著的2018年最新版离子色谱方法及应用丛书一套。 二等奖：3名，奖品为300元奖金、荣誉证书、离子色谱仪国产化三十五周年纯银纪念章一套、由离子色谱专家牟世芬、朱岩、刘克纳编著的2018年最新版离子色谱方法及应用丛书一套。 三等奖：4名，奖品为200元奖金、荣誉证书、离子色谱仪国产化三十五周年纯银纪念章一套、由离子色谱专家牟世芬、朱岩、刘克纳编著的2018年最新版离子色谱方法及应用丛书一套 。 纪念奖：8名，奖品为U盘一个、荣誉证书、由离子色谱专家牟世芬、朱岩、刘克纳编著的2018年最新版离子色谱方法及应用丛书一套 。离子色谱仪专家赵云麒老师颁发特等奖 离子色谱仪专家赵云麒老师颁发一等奖山东省水文局处长刘洪林颁发二等奖山东省水文局处长刘洪林颁发三等奖中科院能源与过程所法芸老师颁发纪念奖 会议第二天，参会代表到公司参观学习、交流经验。会议期间，鲁海光电免费对用户的抑制器、色谱柱进行维护。此次培训班举办圆满成功，参会代表表示培训班效果很好，通过听取专家报告、与专家、同行交流，自身技术水平切实提高。 参会代表参观公司 朱岩老师参观公司 参会专家参观公司

1983年6月，我国第一台国产离子色谱仪诞生，创造了我国国产商品化离子色谱从无到有的里程碑。30年来一批致力于离子色谱研究的专家们为了心中的梦想倾注了毕生心血，即使已经退休多年，还始终心系国产离子色谱的发展。 　　为了让更多的年轻人了解中国离子色谱30年来的发展历史以及老一辈科研工作者的工作经历，仪器信息网编辑特别于中国离子色谱30周年之际采访了三位国产离子色谱领域的开拓者：核工业部北京化工冶金研究院教授级高级工程师刘开禄、北京矿产地质研究院教授级高级工程师蒋仁依、核工业北京化工冶金研究院高级工程师赵云麒。 核工业部北京化工冶金研究院教授级高级工程师刘开禄（左）、北京矿产地质研究院教授级高级工程师蒋仁依（中）、核工业北京化工冶金研究院高级工程师赵云麒（右） 　　梦起1981，那一句刺痛人心的话 　　1975年H.Small等人创立了离子色谱法，同年第一台商品化离子色谱仪问世。70年代末一些科研单位就将该类仪器引进了中国的实验室。那时,我国虽然也有人做了一些研究工作，但没有成型的仪器，这让一些专家萌生了&ldquo 自己动手&rdquo 的想法。 　　谈起开始做离子色谱仪的缘由，国产离子色谱的开拓者之一刘开禄给我们讲了一个小故事，他说，&ldquo 1981年秋天，我在天津举办的多国仪器展览会中第一次见到了Dionex公司的Dionex14型离子色谱仪，该仪器可以很好地解决当时我国急需解决的微量多组分阴离子分析问题，引起了我和众多参观者的极大兴趣。但是，该公司一位美籍华人经理傲慢的一句话刺痛了我的心，他说，&lsquo 这是DOW化学公司科学家的最新成就，你们几十年内不会搞出来的。&rsquo &rdquo 这句话深深刺痛了刘开禄的心，回来之后他就埋头查阅文献，仔细分析，也就是在那个时候一个中国离子色谱的研制计划在他脑中形成了。 　　对蒋仁依来说，他的梦要更早一些，据其介绍，1980年他就一直寻找地质样品矿物气液包裹体液相成分中F-、Cl-、SO42-以及K+、Na+、Ca2+、Mg2+的测定方法，而且在一个朋友的实验室中利用DINEX&mdash 5型离子色谱仪很好的解决了问题，但苦于没有外汇，所以一直盼望能有自己的离子色谱仪。&ldquo 终于在1982年10月，在无锡召开的中国环境科学学会环境分析监测第二次学术报告会上听到刘开禄老师的《简易离子色谱的研制与应用报告》&rdquo 。蒋仁依说，&ldquo 当天晚上我就去找了刘老师，也就是那个时候我们约好回北京之后我去刘老师所在的北京五所有机室做实验。&rdquo 　　赵云麒，1972年调到核工业北京化工冶金研究院工作，和刘开禄在一个实验室。赵云麒介绍到，&ldquo 虽然我学的是化学，但由于我的兴趣比较广泛，而且有大连化物所仪器室的工作背景，对电路比较熟悉，主要负责电路设计方面的工作。&rdquo 　　此外，据以上三位介绍高级工程师苏程远、刘开禄的夫人袁斯鸣等也相继加入离子色谱仪的研发团队。至此，中国离子色谱的筑梦团队就自发组合了!赵云麒说，&ldquo 我们这个组合可谓&lsquo 全能&rsquo ，一方面有分别做填料、应用以及电路设计的专业人员，另一方面每个人对专业外的相关问题也很熟悉，也正是我们这种综合的组合团队为最后的成果奠定了基础。&rdquo 　　筑梦之路几多辛苦不言弃　　离子色谱的研制承载了许多人的梦想，也花费了研发者的很多心血。那个年代，无论物资条件还是技术水平比现在都差很多，在这种环境下，国产离子色谱的筑梦之路经历了很多辛苦，但是他们从未放弃过。 　　&ldquo 资金匮乏是当时面临的首要问题，每一笔钱都要算计着花&rdquo ，刘开禄说，&ldquo 那时所有配件都要求国产化，为了一个阀门我都要找好久，可以说把当时全国所有能找到的国产技术都用上了。虽然有单位给的2万块钱的经费，但泵花了4000块，阀门又是1000多块，钱很快就用没了。不过，尽管很困难，最终还是克服了。&rdquo 　　除了资金匮乏的问题，有时候技术方面的难题更考验人的心智和耐力。赵云麒说他印象最深的是环境温度的控制，&ldquo 电导对环境温度的变化非常敏感，刚开始做的时候基线漂移非常厉害，我们为此也纠结了很久，想了很多办法，尝试了各种温度控制装置，最后直接将柱子放在水箱里，虽然不好看，但是实验数据好多了。之后在此基础上，又改成了密闭恒温环境。&rdquo 　　采访过程中我们还得知，蒋仁依为了国产离子色谱的研制工作放弃了去德国留学的机会，其工作的痴迷程度让我们为之感慨。蒋仁依介绍说，当时单位有很多样品分析任务，工作太忙了，没有时间去做实验，但是为了自己的梦他宁可放弃春节与家人团聚的时间，大年初二就赶到青岛做实验。即使患病期间还不忘工作。不仅如此，由于是他南方人，吃不惯北方的馒头，在青岛做实验的时候，就拿张烈生高工提供的大米，用实验室的电炉煮稀饭。平常工作的时候，中午基本不休息，即使是吃饭的时候也是趁着进样品以后的间隙去食堂打饭。连春节茶话会时他心里还惦记着实验，每隔一会就去进一个样品。 　　研发过程几多艰辛，但是他们从未言退。就像赵云麒告诉我们的，&ldquo 那段时间确实很辛苦，我们经常加班加点地干活到深夜，但是心里没有一点怨言，当时只有一个念头：不管怎样，都要将第一台仪器做好!为此，所有的付出都是值得的。&rdquo 　　终于梦圆了!但他们的追梦之旅还在继续 　　1983年，第一台国产离子色谱样机研制成功，但是他们的故事并没有结束，在之后的时间中，他们继续进行了一系列创造性的研究工作&hellip &hellip 　　终于，在多方面努力下，第一台国产离子色谱样机于1983年研制成功，并由青岛崂山电子实验仪器成功进行产业化生产。仪器研制成功了，但是他们的工作并没有停止。1983年6月28日-30日，ZIC--1型中国离子色谱仪在北京五所举行技术鉴定会，蒋仁依在会上做了ZIC--1型离子色谱仪性能测试和在无机阴离子微量分析中的应用报告。之后又与刘开禄、单嫣娜等多次往返青岛召开离子色谱培训班等。特别是1983年10月14日&mdash 17日，在承德召开的《全国阴离子与易挥发元素分析》学术会议，蒋仁依与会议主办、承办及青岛厂家多方电报联系，将第一台国产离子色谱仪商品样机从青岛崂山运到承德，并在会议现场进行应用展示，得到会议代表的重视与肯定，使得ZIC--1型离子色谱仪很快在我国地质、矿产、科研系统中推广与应用。 ZIC--1型离子色谱仪 　　按照蒋仁依的话说，自1983年初开始，他在完成自己单位的本职工作之外，做足了离子色谱仪性能和应用开发的实验研究。同时，他也解决了很多重要的问题，如地质样品中矿物包裹体液相成分分析，解决了F-、Cl-、 SO42-、NO3- 及 K+、Na+、Ca2+、Mg2+的检测，1983年10月以后，在地矿科研系统全面推广。1986年的包裹体液相成分分析研讨会上一致认为：国内首创，与国际同步。 　　据刘开禄介绍，&ldquo 1984年初仪器交货量就达到30台，在之后的五年中，用国产离子色谱仪发表的论文就超过了100篇，创造了&lsquo 空前&rsquo 的效果，而且当时国家环保部公开发文认定本仪器为酸雨检测仪器，配到县一级城市。&rdquo 在采访过程中，我们还意外得知，当时由刘开禄提供技术支持的ZIC-2 型国产离子色谱仪的核心技术已经用在了我们国家的核潜艇上。 　　除了应用推广之外，他们又继续研究了ZIC-2型的仪器。此外，为了跟上世界离子色谱的步伐，他们又开展了一系列创造性的研究工作。1986年，刘开禄对国际上已有的抑制型离子色谱仪和单柱子离子色谱仪的原理进行理论研究，推导出统一两种模式的检测下限公式 1987年，刘开禄的夫人袁斯鸣研制成高效阳离子分离柱实现了国产仪器的阳离子分析，赵云麒和苏程远研制成功五电极式电导检测器，在此基础上刘开禄、赵云麒、苏程远联合研制了ZIC-2和ZIC-2A型双模式离子色谱仪 此外，刘开禄又研制成功连续自再生式高效离子交换装置，并获中国专利(专利号：ZL 00 2 01227.8)。对此，刘开禄说，&ldquo 这是我们中国人创造的一项离子色谱技术，而且事实证明此项技术在中国得到了广泛应用，使得中国的离子色谱在21世纪得到快速发展。&rdquo 　　即使退休之后，他们的工作仍未停止。特别是刘开禄，退休之后进行了高分子色谱填料和工业色谱的开拓性研究工作，并获得了十二项专利。 　　寄语：希望国产离子色谱可以做的更好! 　　30年前，他们凭借一个向往和一份坚持实现了心中的梦想。30年后，两鬓花白的他们又有着怎样的感慨? 　　从全球来看，当前离子色谱仪的技术发展达到了一个平台期。但就我国的现状分析，虽然国产离子色谱在柱子、材料、工艺等方面还存在一定的问题，但刘开禄、蒋仁依、赵云麒都认为，国产离子色谱还有很大的发展空间。 　　未来国产离子色谱的路该怎么走?对此，刘开禄说，&ldquo 我认为要想把我国的离子色谱做好，就不能一味地模仿国外的技术和产品，不能人云亦云。如果只是模仿，我们就永远被落在后面，同时也耽误了很多宝贵的时间。我们必须从科学原理的角度进行自主创新，走自己的路。&rdquo 　　&ldquo 另外，我国离子色谱的发展还要和国家的需求结合起来。仪器研发要以使用为主，解决国家现有问题，比如环境监测和超纯水的检测等问题。当然，在研发过程中也要有一定的远见性，如食品工业方面的需求等。此外，我们还要把仪器的可靠性做得更好一些。&rdquo 　　蒋仁依将对国产离子色谱也寄语了厚望，他将这么多年所保留下来的有关离子色谱的所有材料都奉献给了青岛盛瀚色谱技术有限公司。蒋仁依说也许这些对他已经没有多少作用了，但是对于离子色谱行业发展来说还是很有记忆性保存和参考的价值。同时，他还感慨到，&ldquo 我们当时是凭一个&lsquo 向往&rsquo ，三个单位的技术人员自愿地结合在一起的，各自都有自己单位的任务与工作。如果我国能打破体制的束缚将各方面够硬的技术汇集起来，离子色谱的发展速度会比以前更快。&rdquo 　　值中国离子色谱30周年之际，赵云麒也表达了自己的期望，他说，&ldquo 现在研究单位的资金比较充裕，国家也很支持，希望国产离子色谱可以做的更好，走向国际!&rdquo 聚会在中国离子色谱30周年活动现场 (从左至右依次为：刘开禄、赵云麒、袁斯鸣、蒋仁依、苏程远) 　　编辑手记：梦想对于一个人来说具有神圣的力量，三位专家为了追逐心中的梦想自发组合，一路走来经历了资金短缺、同事误解、自身疾病等多方面的困扰。但是那个时代的人都有一颗无私的心，就像他们说的，那个时候只想把事情做好，一心为国家做贡献，没有考虑个人的利益。 　　采访中，仪器信息网编辑还有幸见到了见证三位老专家一路走来的离子色谱仪老照片和获奖证书及奖章等。更多详情请见专题：中国离子色谱30周年专家系列采访栏目。 　　采访编辑：叶建