在FIA中，从试样注入到完成分析，整个过程经历了一系列复杂的物理、化学过程。例如，基于试样、试剂和载流三者之间的扩散和对流的分散混合过程（物理过程），试剂与试样间的化学反应过程（化学过程）以及检测器对目标物的响应（能量转换过程）。

一 物理混合过程及分散度

1．物理混合过程

在FIA中，在试样以“试样塞”进入反应管道并随载流向前移动的过程中，试样塞的分子与载流之间将产生分子扩散和对流扩散作用并导致试样“带”变宽，即试样的分散。在混合过程中，轴向对流和径向分子扩散两种作用的竞争决定了输出峰的形状。图25-3给出了4种不同混合程度时的扩散情况和相应的响应峰。

在运动着的液体间摩擦力的作用下，液体质点各处的轴向流速不同。靠近管壁附近的流速较慢，而靠近管中心的流速快，此时轴向流速沿管径的分布呈抛物线形，“试样塞”在此条件下产生对流扩散过程。如果试样在载流的推动下向前移动的过程中，沿流动方向（轴向）只发生对流扩散（试样中心区域的流速大于靠近管壁的区域的流速），那么当试样进入检测器时，输出峰形将产生严重的拖尾，从而导致试样间的交叉污染。但实际情况中并未发生这种现象，这说明在对流扩散进行的同时还有另一种扩散过程，即分子扩散。

分子扩散过程是因分子的布朗运动而产生的。在作层流运动的流体中，与流动方向垂直（径向）的截面上，如果存在浓度梯度，则在此截面上的物质将通过分子扩散作用从浓度高的地方移至浓度低的地方。试样和载流借助这种径向扩散作用进行有效混合，同时限制了轴向的对流扩散，减小了试样间的交叉污染，提高了进样频率。

应该指出的是，在运动的流体中，一般情况下的对流扩散除分子的轴向对流扩散外，还包括液体质点在各处的运动速度和方向随时间和空间随机变化的湍流扩散。但由于FIA是在层流扩散条件下进行的，因此可认为湍流扩散为零，对流扩散简化为分子的轴向对流扩散。同样，因浓度梯度产生的分子扩散也包括分子径向扩散和分子的轴向扩散。然而，当使用的管径足够小时，分子的轴向扩散可以忽略不计，此时的分子扩散主要是径向扩散。

在FIA中，对流扩散与分子扩散作用的强弱取决于载流流速、管道内径、留存时间以及试样和试剂分子的扩散系数。当试样注入方式、反应管道内径、载流和试样特性以及FIA系统确定之后，载流速率增加时，“试样塞”中心处流速与管壁处流速之差增加，对流扩散增强；反之则分子扩散增强。当载流速率接近分子扩散速率时，此时分子扩散速率占主导。为描述“试样塞”与载流或试剂之间的分散混合程度，可引入分散度（dispersioncoefficient）的概念。

2．分散度

所谓分散度，是指产生分析读数的液流组分在扩散过程发生前后的浓度比值，即

D(t)=c0/ct

式中c0为待测试样的原始浓度；ct为进样后任一时刻试样分散后的浓度；D(t）为输出曲线上任意一点的分散度。在多数FIA方法中，通常用峰高值对应的最大浓度cp或最大峰高h0代替任一时刻的浓度ct或峰高hp，从而直接获得试样的总分散度D，即

D=c0/cp=h0/hp                                  (1一1)

式（1-1)描述了原始试样被稀释的程度。在试样原始浓度c0一定的情况下，总分散度D越大、峰值浓度cp越小，表明试样被稀释的程度越大。例如，当原始浓度c0=1,D=2时，即cp=1/2。也就是说，试样被载流或试剂稀释，使其浓度由1下降到1/2，试样中混入了一倍的载流或试剂。

分散度是FIA系统中的一个重要参数。不同检测方法要求采用不同分散度的FIA系统。通常按D值大小将体系分散程度分为低分散（(1+3)、中分散（(3<D<10)和高分散（D>10)三个范围。

3．影响分散度的因素

在FIA分析中，分散度主要受进样体积（Vs)、反应管长度（L）和内径（r),载流平均流速（f）或流量（q)等因素的影响。通过控制和选择这些参数可获得合适的分散度。

进样体积（Vs)：以水为载流，染料试样Vs与分散度的关系如图25-4(a）所示。可见，在所有其他因素一定的条件下，随着Vs的增加，分散度下降，此时峰高增加直至达到稳定的输出信号（此时的分散度趋近于1)。与此同时，峰形显著变宽，且达到一峰值的时间也增加。另外，所有记录曲线都从同一起点S开始响应，各曲线上升部分的斜率相同，表明斜率与Vs无关。

如果将达到稳定信号的50%(D=2)时的进样体积记为V1/2，理论计算和实验表明，对低分散体系而言，当进样体积超过2V1/2时，分散度的下降变得非常有限，此时很难再通过增加进样体积来提高灵敏度。因此，低分散体系的最大进样量一般不大于2V1/2；在具有中、高分散度的FIA体系中，从开始响应点到进样体积为V1/2所对应的响应点这一曲线上升部分可视为直线，因此进样体积与响应峰高成正比，其最大进样量也不应超过2V1/2。

综上所述，试样注入体积增加可引起分散度下降，分析灵敏度增加。但同时导致峰形变宽以及留存时间延长。通常在分析高浓度试样时注入体积不宜过大，而在分析低浓度试样时可适当增加注样体积。
反应管长及内径：以水为载流，染料试样反应管长与分散度的关系。可以看出，随着管长L的增加，“试样塞”在管道中的扩散混合等物理过程的时间也增加，导致分散度增加，峰宽也随之增加，最终导致灵敏度和进样频率的下降。因此，在保证系统有足够灵敏度的条件下，应采用尽可能短的反应管长。

由于同一体积的试样在不同内径的管道中的长度不同，管径越细，同体积的“试样塞”越长，与载流或试剂的接触面越小，因而相互之间的混合分散程度越小。此外，使用细管道也可节省试样和试剂用量。但是，太细的反应管道对流体的阻力增加，不便于使用简易蠕动泵。另一方面，细管道也易被固体颗粒物堵塞，而且当流通池孔径（通常在0.5-1.5mm之间）大于管道内径时容易引起检测区流体的不稳定性。一般来说，最佳反应管道内径约为0.5mm，而高、低分散体系流路分别采用内径为0.75mm和0.3mm的反应管。

载流流量或流速：当反应管长和内径一定时，载流流量（q)或流速（f）可通过控制泵速进行调节。此时，载流流速、留存时间T与分散度D的关系分别为

D2=k1/q=k2/f=k2T

式中k1,k2,k3均为常数。

由上式可见，载流量或流速与留存时间成反比，与分散度的平方成反比。必须注意的是，按“试样塞”流动分散模型推理，载流流速增加时对流扩散增加，因而分散度亦增加；另一方面，载流流速增加也使得留存时间减少，使分散度减小。在影响分散度两种相反因素中，因留存时间缩短引起的分散度减小值远大于因载流流速增加引起的分散度增加值。总的看来，载流流速增加导致分散度的下降。

以上介绍了影响分散度几种主要因素，了解这些因素之间的相互关系对设计合适的FIA系统具有一定的指导意义。然而，FIA系统中涉及的影响因素很多。除以上所介绍的几种物理因素外，还有化学因素，如试样和试剂浓度、pH,载流种类和物性、干扰物及其浓度、反应速率、反应产物及物性等。此外，其他因素如检测器的选择、试样注入方式和管道连接方式等。因此在进行FIA分析或设计FIA系统过程中，必须全面考虑这些因素的影响。其详细描述，读者可参阅有关专著。

二 化学动力学过程

假设在简单FIA系统中，试剂（R）与试样中待测物（A）在管道中经混合分散并发生如下化学反应：

A+R↔P                                          (1一2)

在FIA中，由于试剂（R）与试样中待测物（A）在管道中的分散混合和化学反应不完全，因此在物理和化学方面均存在动力学过程。两种过程可用各条曲线来描述。

曲线1表示试样待测物A的分散程度以及与试剂R反应时的消耗规律；曲线3反映了试剂R因扩散进入“试样塞”中心区域的浓度变化；曲线2表示在实验条件下，反应产物P与留存（反应）时间的关系。可见，随着反应的进行，反应产物P生成的曲线上出现最高点Pmax，此时产物的生成速率等于产物的分散速率。该点左边部分表明产物的生成速率大于分散速率，“试样塞”中产物浓度随时间而增加，而该点右边的情况则刚好相反。

以式（1-2)中的二级反应为例，在任一时刻t，试样在管道中的化学反应、反应速率、产物生成速率与分散度之间的关系可用下式描述：

                                              (1一3)

式中cA，cR分别表示流体中待测物和试剂的原始浓度，ct和Dt分别表示某一时刻t时，反应产物的浓度及其分散度。该式可将“试样塞”中A与R的反应产物的分散度与化学反应速率这两个不同领域的概念联系起来。

将式（1-3)式中的t用留存时间T代替并经变换可得

式中D为总分散度。

对上式进行数学积分，可得到产物随留存时间T和分散度D而变化的规律。当dct/dT=0，此式有一极大值Pmax，该值所对应的T值为最佳留存时间Topt。对于快反应，Topt很小，而对于慢反应，Topt将很大。必须指出，由于k和D值未知，因此不能直接用该方程计算产物的形成曲线，还需通过实验方法测定产物形成曲线，并进而估计反应进行的快慢和程度（即化学反应产率）。

从以上讨论和一些实例研究表明，为获得最大分析灵敏度，一般取产物形成曲线上Pmax，点所对应的反应时间作为FIA系统的最佳留存时间，可采用改变反应管长、调节泵流速等方法达到这一最佳留存时间。在具体设计FIA方法时，必须综合考虑留存时间与分散度这两个相互矛盾的因素。如果想要增加反应产物浓度而又不使分散度有太大的增加，除了选择反应更快的化学反应之外，另一个有效的途径是降低载流流速甚至使试样停止在管道中（停流技术，参见25.2.3)。这样可使留存时间大大延长，而分散度又不会明显增加。

三 能量转换过程

FIA分析中的能量转换过程是通过FIA仪器中的检测系统完成的。检测系统能将反应产物的特性或试样本身的性质转换为可测的电信号，并通过仪器仪表显示或记录。检测器输出信号或记录仪的记录曲线，实质上是对试剂和试样间的物理混合、化学动力学和能量转换三种过程的综合反映。FIA系统可与许多能量转换检测器联用达到多种分析目的，如FIA一比色分析和FIA一离子选择性电极等。