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流动注射分析

发布时间:2015-08-14 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:1021

流动注射分析(flowinjectionanalysis,FIA)是由丹麦技术大学的RuzikaJ(鲁齐卡)和HansenEH(汉森)于1974年首先提出。它是在间歇式分析(dis-creteanalysis,也称自动分析)和连续流动分析(continuousflowanalysis,CFA)的基础上,吸收了高效液相色谱的某些特点发展而来的。所谓间歇式分析,是通过机械式自动分析装置模拟手工分析步骤的技术。间歇式分析器可将大部分操作步骤(取样、分离、试剂加入、搅拌等)按照预先编制的程序由机械装置自动完成。多数情况下,该类分析器只用于一、两种特定组分的分析,因此又是一种专用型分析仪器。尽管间歇式分析方法在一定程度上克服了手工分析的不足,但由于采用的仪器通用性差,分析功能不易变换,结构复杂,部件加工精度要求高,活动部件多、易磨损,因而其发展及推广受到一定的限制。

连续流动分析是将化学分析所使用的试剂和试样按一定顺序和比例用泵和管道输送到一定的区域进行混合,待反应完成之后再经由检测器检测反应产物并记录和显示分析结果。该分析技术的独特之处在于用“试剂流”与“试样流”按比例混合的方式代替手工量取试剂和试样并混合的过程,实现了管道化的自动连续分析。在连续流动分析的发展过程中,曾出现过“气泡间隔”和“无气泡间隔”两种方式的连续流动分析体系,其中以1956年Skeggs提出的气泡间隔连续流动自动比色分析系统发展最快、应用最广泛。

该系统用蠕动泵(或称比例泵)将试样液S提升后推入系统,同时通过另一泵管将空气A有规则地推入试样流,形成气泡间隔。随后将试剂R也泵入到每段间隔中去。此时,被气泡分隔的各段中的试样和试剂进入反应盘管RC中进行化学反应。在反应产物进入检测器之前,通过除泡器将影响测定的气泡排出,被气泡间隔的试样和试剂重新混合,再进入流通比色池FC进行测定。该技术引入气泡除具有防止试样过度扩散并使试样和试剂充分混合(搅拌作用)的作用之外,还起到冲洗管道内壁,避免试样交叉污染的作用。

连续流动分析克服了间歇式自动分析的不足,具有通用性强、分析速度快(30-50样/h)、易于自动化的优点。因此,该技术在20世纪60到70年代发展很快,并有一些商品仪器面世。然而,连续流动分析技术也因气泡的引入而带来一些缺陷:

(1)气泡的可压缩性使液流产生脉动并导致液流流动状态不稳定;

(2)气泡体积不易控制;

(3)有气泡存在时,压降和流速与管材种类有关;

(4)塑料管道中的气泡有绝缘作用,易产生静电积累从而干扰一些传感器的正常工作;

(5)载流运动不易控制,不易瞬间起停。此外,该连续流动分析系统还有结构复杂、试样和试剂消耗量大、响应慢等不足。

无论是间歇式自动分析还是连续流动分析,都有一个共同特点一,即,为保证分析结果有足够好的准确度和精密度,都要求试样和试剂处于一定的物理平衡和化学平衡状态。然而,达到这两种平衡需要经历一定时间,这也是这两种方法的分析速度难以进一步提高的根本原因。

流动注射分析废弃了用气泡间隔试样的方法,将试样溶液直接以“试样塞”的形式注入管道的试剂载流中,化学分析可在非平衡的动态条件下进行,试样间交叉污染小、扩散程度低,因此FIA的分析准确度、精密度和分析速度都大大提高。大量实验研究及应用成果表明,FIA具有更多优点:

(1)操作简便省去大量手工操作过程,如器皿洗涤、试剂加入及混匀等。

(2)重现性好FIA相对标准偏差(RSD)一般小于1%;

(3)试剂和试样消耗量小,环境友好FIA是一种很好的微量分析技术,通常完成一次测定仅需要试样25-100μL,试剂100-300μL;此外,分析系统封闭,减小了外界因素(如玷污、与空气中CO2和O2)对测定的干扰。同时,系统封闭也有利于环境保护、减少对操作者的健康影响;

(4)分析速度快通常每小时可获得100-300个,有时甚至可达700个分析结果;

(5)适用于物理和物理化学过程研究由于FIA在非平衡的动态条件下完成,因此该方法是研究扩散以及化学反应过程等非常有用的手段;

(6)仪器简单,易于自动化FIA仪器可通过常规仪器自行进行组装,并可实现在线分析;

(7)应用范围广FIA技术可与分光光度计、离子计、原子吸收光谱仪以及等离子体发射光谱仪等仪器联用,达到多种分析目的。

分光光度法测定氯离子的最简单的流动注射分析系统及其记录响应曲线。其具体分析过程是:蠕动泵P将Hg(SCN)2和Fe3+溶液以0.8mL·min-1的流速直接泵入管路中,形成试剂载流,然后通过进样器(通常为六通阀)将30μL含氯试样溶液注入试剂载流中,此时,试样和试剂进入50cm长的反应盘管RC并发生如下反应:

Hg(SCN)2(aq)十2C1-↔HgC12(aq)+2SCN-

Fe3++SCN-↔Fe(SCN)2+

反应生成的红色产物Fe(SCN)2+通过充液体积为18μL的流通池FC,以配有480nm干涉滤波片的分光光度计进行检测并记录。图25-2(b)为含有7种不同浓度((5-75μg·mL-1)Cl-标准溶液的输出记录曲线,其中每个浓度的溶液重复测定4次,共耗时23min;记录图右侧曲线R30和R75表示浓度分别为30和75μg·mL-1Cl-的快速扫描曲线。当两次进样(S1,S2)的时间间隔为28s时,前次进样在流通池中的残留量小于1%,或者说两个相邻试样之间的交叉污染程度小子1%。

一般可将FIA过程概括为:将一定体积的试样液以“塞子”(plug)的形式,间歇地注入处于密闭的、具有一定组成的流动液体(试剂或水)载流中,试样塞在被载流推入反应管道的过程中,因对流和扩散作用而分散形成具有一定浓度梯度的试样带(samplezone)。该试样带与载流中的某些组分发生化学反应生成可被检测的物质,最后被载流带入检测器进行检测,并由记录仪连续记录响应信号随时间的变化情况。在FIA中,载流除了具有推动试样进入反应管道和检测器、与试样待测组分发生反应等作用外,还可对反应管道和检测器进行自动清洗,防止试样交叉污染。这也是FIA方法分析速度快的一个重要原因。

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