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流动注射分析仪器的组成

发布时间:2015-08-14 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:1526

通常,流动注射分析仪器主要由蠕动泵、进样器、反应器、检测器和记录仪等部分组成。

一 蠕动

常用的压盖式蠕动泵工作原理,它是由8-10个平行排列于同一圆周上的轴辊组成,能通过滚筒挤压一根或多根弹性塑料泵管(0.25-4mmi.d.)提升并推动各管内流体形成连续的载流(使用采样阀进样时,蠕动泵可将试液抽入采样环内),其流速可通过改变马达转速或弹性塑料管内径进行控制和调节。压盖式蠕动泵的最大缺点是对泵管的适应性差,如果被挤压的各泵管的壁厚不均匀,可能导致各泵管中流体的流速不一致。目前多使用层状压片式蠕动泵,即将压盖制成分裂式的层状压片,每块压片挤压一根泵管,其压紧程度可通过微调螺丝单独调节,从而克服了压盖式蠕动泵的不足。

用来输送液流的蠕动泵管材应具有一定的弹性、耐磨性、抗腐蚀性以及对温度的不敏感性等特征。材质不同的泵管,其用途各异。对水溶液,一般为含有添加剂的PE或PVC管,而对强酸或有机溶剂环境,通常采用催化异构管和硅橡胶管等。

进样系统

FIA分析进样器要求能以较高重现性将一定体积((5-500μL,通常1030μL)的试样(S)以“塞子”或“脉冲”的形式快速、不受载流干扰地注入流路中。早期采用注射器,现在多采用具有采样环的进样阀(V)。给出最常用的单通道进样阀的工作过程。与HPLC进样阀类似,当进样阀处于图中所示的位置时,试样溶液被蠕动泵吸入一定体积的采样环中,此时,载流从进样阀的“旁路管”(BP)中流过。采样完成后,快速转动进样阀,将采样环接入载流管道,同时断开旁路管,试样以塞子形式进入载流。

反应

反应器是被注入的“试样塞”在载流中分散,并与其中的待测组分发生化学反应生成可被检测的物质的场所。反应器种类很多,大致可分为开管式反应器(opentubularreactor,OTR)和填充式(packedreactor,PR)反应器两大类。

1.开管式反应器

包括直管(straight)和盘管(coiled)反应器。前者实际上是一段具有一定长度的细管。在FIA分析条件下,这种反应器中的液体的流动是层流,“试样塞”的分散可以认为是轴向和径向扩散的综合过程,它一般用于低分散的FIA系统;后者是最常用的,也称为反应盘管,它是将细管绕成具有一定直径(一般不大于1cm)的螺旋状圆圈而成。当流体高速通过反应盘管时,液体因离心力的作用而在径向上产生“次生流”。一该次生效应限制了“试样塞”的轴向扩散,降低了“试样塞”的变宽程度,从而提高了进样频率。

2.填充式反应器

包括填充层(packedbed)和单珠串(singlebeadstring)反应器等。前者是按需要截取的一段填充惰性球状微粒(玻璃珠)的管子。当柱管内径与微粒直径之比在5-50范围内时,注入试样的轴向分散程度与粒子直径成正比,因此填充细小的微粒可降低“试样塞”的轴向分散度。此外,填充层反应器中“试样塞”间的交叉污染小,且可获得较长的化学反应时间和较高的灵敏度。但因液流通过反应器的压强损失大,需采用高压泵。单珠串反应器是由填充有直径为反应管内径的60%-80%的“大玻璃珠”的管子构成。由该反应器得到的分散度比同样规格的开口直管反应器分散度小10倍,而且在一定流量范围内,响应峰值几乎不受影响。与填充层反应器相比,单珠串反应器压强损失小,可采用普通蠕动泵获得近似高斯分布的响应曲线。

此外,填充式反应器还可通过充填离子交换树脂、还原剂和固定化酶等实现不同的分析目的。有些FIA系统还根据反应体系情况,引入了相应的恒温加热装置和脱气装置。

检测系统及响应曲线

FIA检测系统是将经过流通池的待测物的某种理化特性转换为可以识别并记录的信号,其组成与HPLC分析所使用的检测器类似,主要由流通池(flow-cell)、某些信号转换元件(传感器)和记录仪等组成。原子吸收和发射光谱仪、荧光光度计、电化学检测器、折射仪以及分光光度计等均用于FIA过程的检测,其中以分光光度计的应用最为广泛。

典型的FIA输出信号是一个尖形峰。输出曲线的纵坐标表示待测物响应峰的信号强度(即峰高h),其大小与待测物浓度成正比;横坐标为时间轴,从试样注入到出现响应峰的最高点所经历的时间称为留存时间(residencetime),FIA的留存时间一般为5-20s。

FIA分析中,待测物随着试样带的移动,可形成中间浓度高、两端浓度低的梯度曲线,此曲线实质上是试样浓度的分布图。除FIA分析常使用的浓度分布曲线最高点之外,曲线其他部分还存在大量而丰富的“信息”。通过研究这些“信息”已开发了许多流动注射梯度技术,如梯度稀释、梯度校准和梯度滴定等技术。

必须注意,在形成试样浓度梯度的同时,载流或试剂在试样带中则形成一种相反的浓度梯度。当载流中试剂浓度很低时,分散进入试样带中心的试剂浓度则更低,此时,试样中心区域反应物产率就可能低于试样带两端,从而导致双峰的出现;当试样溶液与载流存在酸碱性差异时,由于pH梯度的形成,一些对pH变化敏感的化学反应可产生不同浓度或不同产物,也会产生双峰甚至多峰。此外,当载流中试剂浓度一定,注入试样体积过大或反应盘管长度不适当也有可能导致双峰的出现。

当载流与注入的试样溶液之间盐类浓度差别太大,载流和试样因豁度、折射率、电导率、液接电位或吸光度等的不同或变化可能导致负峰的形成。例如,以分光光度计为检测器时,当待测物浓度很低时,反应产物的光吸收可能小于载流固有的光吸收,从而出现负峰。

双峰、负峰和不规则峰的出现可以通过改变实验条件得以避免。对于双峰,可通过增加载流浓度、减小进样体积、选择适宜管长及内径、选择合适的pH缓冲溶液或者设计可周期性改变溶液流向的流路系统等方法减小或消除双峰;对于负峰则可以通过调节载流的离子强度、改变pH缓冲溶液组成(离子选择性电极分析)或者采用蒸馏水作载流,使试样适当稀释后,再与试剂流汇合(光度分析)等方法加以消除。最为有效的方法是使载流和试样的盐度或酸度尽可能一致,这样既可消除负峰,又可保证基线的稳定。

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