1、精選優質文檔-傾情為你奉上流動注射分析    流動注射分析(Flow Injection Analysis，簡寫為FIA)是1974年丹麥化學家魯齊卡(Ruzicka J)和漢森(Hansen E H)提出的一種新型的連續流動分析技術。這種技術是把一定體積的試樣溶液注入到一個流動著的，非空氣間隔的試劑溶液(或水)載流中，被注入的試樣溶液流入反應盤管，形成一個區域，并與載流中的試劑混合、反應，再進入到流通檢測器進行測定分析及記錄。由于試樣溶液在嚴格控制的條件下在試劑載流中分散，因而，只要試樣溶液注射方法，在管道中存留時間、溫度和分散過程等條件相同，不要求反

2、應達到平衡狀態就可以按照比較法，由標準溶液所繪制的工作曲線測定試樣溶液中被測物質的濃度。 FIA具有如下的特點：所需儀器設備結構較簡單、緊湊。特別是集成或微管道系統的出現，致使流動注射技術朝微型跨進一大步。采用的管道多數是由聚乙烯、聚四氟乙烯等材料制成的，具有良好的耐腐蝕性能。   操作簡便、易于自動連續分析。流動注射技術把吸光分析法、熒光分析法、原子吸收分光光度法、比濁法和離子選擇電極分析法等分析流程管道化，除去了原來分析中大量而繁瑣的手工操作，并由間歇式流 程過渡到連續自動分析，避免了在操作中人為的差錯。  分析速度快、分析精密度高。由于反應不需要達

3、到平衡后才測定，因而，分析頻率很高，一般為60120個樣品/小時。測定廢水中S2時，分析頻率高達720樣品/小時。注射分析過程的各種條件可以得到較嚴格的控制，因此提高了分析的精密度，相對標準偏差一般可達1以內。  試劑、試樣用量少，適用性較廣。流動注射分析試樣、試劑的用量，每次僅需數十微升至數百微升，不但節省了試劑，降低了費用，對諸如血液、體液等稀少試樣的分析顯示出獨特的優點。FIA既可用于多種分析化學反應，又可以采用多種檢測手段，還可以完成復雜的萃取分離、富集過程，因此擴大了其應用范圍，可廣泛地應用于臨床化學、藥物化學、農業化學、食品分析、冶金分析和環境分析等領域中。分析

4、過程     流動注射分析實際上是一種管道化的連續流動分析法。它主要包括試樣溶液注入載流、試樣溶液與載流的混合和反應(試樣的分散和反應)、試樣溶液隨載流恒速地流進檢測器被檢測三個過程。     圖17.32a最簡單的流動注射吸光光度法測定氯離子的流程圖及光度掃描曲線。將一定體積的試樣溶液(含Cl的試 液)通過進樣系統間歇地注入一個由泵推動的密閉的連續流動的載流中，載流由水及反應試劑(此例中為Hg(SCN)2、Fe3+)組成。剛注入的呈“塞”狀(如圖17.33所示)分布的試樣溶液被載流帶入反應器并與試劑分散混合，發生

5、化 學反應生成可被檢測的物質。在本例中，由于Cl地存在，它從Hg(SCN)2奪出Hg2+而釋放出SCN，SCN與Fe3+反應形成紅色配合物，然后進入流通檢測器，在480nm波長處測定配合物的吸光度。為考察方法的重現性，取Cl濃度為575ug/ml的七種試樣溶液，每種試樣溶液重復測定四次，28次測定共耗時23min，如圖17.32b。而圖17.29c中R30 和R75分別為30和75ug/ml濃度的試樣溶液的快速掃描曲線。雖然兩次注樣時間只相隔30s(即S1和S2之間的時間差)，但前一試樣溶液在檢測器的流通池中殘留量小于1。表明即使在120個試樣/小時的進樣頻率下，也無攜出(Carryover)

6、現象。         FIA試樣與載流的分散混合以及試樣與試劑的化學反應均沒有達到平衡狀態，之所以能在非平衡狀態進行定量分析，是由于將試樣注入流路管道后所有各次試樣一完全相同的方式相斷通過各連接的分析管路，不僅每一試劑在管路中的經歷時間一致，而且被分散的程度也一樣(即分散達到嚴格的控制)。所以流動注射分析的基礎是試樣注入、受控分散核準確流動經歷時間這三者的有機結合。試樣帶的分散和分散系數     在FIA中，試樣溶液通過注入系統進到恒速流動的載流中，形成了一個個試樣帶，并隨

7、著載流向前流動保持其完整性。但是，試樣溶液在與載流接觸及流動過程中，有分子的擴散及對流等物理作用，試樣帶發生分散，亦即試樣帶不斷被載流稀釋并沿著軸向變長，形成一個分散的試樣帶，如圖17.34所示。試樣帶中心的濃度最大(Cmax)，由中心向兩側的濃度逐漸降低，形成一個任一流體微元與相鄰微元有著不同的濃度，每個微元都可以用來檢測讀出信號。 設計流動注射分析體系時，了解以下兩點是十分重要的： 試樣從注入到測定經歷多長時間。一般的分析是以測量峰高來測定的，從注樣到出現峰的最高點所經歷的時間稱為留存時間(Residence  Time)；原試樣溶液在流向檢測器的過程中被載流稀釋的程度。

8、60;   為此，引入了分散系數D(Dispersion  Coefficient)的概念，D定義為：在流動注射分析中，流體微元中組分在分散發生前與發生后的濃度比值，即    式中C0為分散前(即原始試樣溶液)的濃度，C為分散后某流體微元的濃度。在記錄曲線的峰值時，對應的是分散試樣帶中心微元的濃度Cmax，這時，D值最小，即Dmin     分散系數不僅描述了原試樣溶液被稀釋的程度，而且表明了試樣同載流中試劑混合的比例關系。D越大，說明試樣被載流稀釋越嚴重。當D2時，試樣被載

9、流以1：1比例稀釋。分散系數與存留時間結合起來，可以充分地描述流動注射體系的狀態。     分散系數分為高(D>10)、中(D為310)、低(D為13)三個等級，不同的分析目的和檢測手段需要采用不同分散系數的流動注射分析體系的狀態。如:     采用離子選擇電極作為檢測手段時，要求試樣應盡可能集中，故設計用D低的體系；     若要求擴展的PH梯度以區分試樣中的多組分時，或需要稀釋高濃度或進行流動注射滴定時，要用D高的體系；    

10、;一般的吸光光度法檢測時，通常采用中等地分散系數體系；    根據不同需要設計出具有特定分散系數的體系是流動注射分析中的關鍵問題。     分散系數取決于注入試樣溶液的體積、載流的流速和管道的長短、半徑及構型等實驗號數。 1.改變注入試樣溶液的體積是改變D的有效方法。增大試樣的注入體積可以增加峰高，提高測定的靈敏度；稀釋高濃度試樣的最好方法是減少試樣的注入體積；2.D隨試樣帶流經的管道長度的增大而增大，隨流速減小而減小。因此，要獲得低分散系數而又要得保持 較長的留存時間，就需要采用短的管道并降低泵速。增加留存時間并

11、避免進一步分散的最有效辦法是采用 停流技術，即將試樣注入到反應管路中后，聽泵液流停止前進，待有足夠的反應時間之后，重新啟動泵把 液流推入檢測器。3.任何帶有混合室的體系都會產生分散系數，會導致測定靈敏度及進樣頻率的降低，同時增加試樣和試劑 的消耗；反應管道的不均勻性，及較粗的管道也會提高分散系數。所以，在設計FIA體系時，管道應粗細合適，均勻且經常采用盤繞、迂回彎曲、填充或三維錯亂的構型。化學反應動力學過程     在FIA中，由于試劑與試樣在管道中的混合分散及化學反應尚未達到平衡狀態，故在物理和化學方面均存在著動力學過程的問題。這兩個同時發生的過程，其

12、綜合的狀態如圖17.35所示。曲線A描述了試樣帶的分散及其與試劑(R)發生化學反應時消耗物質(A)的情況，曲線R反映出試樣帶中心區域試劑濃度的增加；曲線P是試樣帶通過單管路FIA系統時反應產物(P)與反應時間的關系。P曲線上有最高點(Pmax)，在這點上，產物的生成速率等于分散的速率，其位置取決于反應速率。最大值處的留存時間是進行FIA時所需要確定的一個重要參數。因為它能使測定達到最高的靈敏度。通常可以用改變反應管的長度、調節載流流量(流速)或采用停留結束達到這一最佳留存時間。 流動注射分析儀器     FIA儀器由流體驅動單元、進樣閥、反應器、檢測器及

13、記錄儀(或微機處理系統)五個主要部分組成。 1流體驅動單元     最常用的流體驅動單元是蠕動泵，它依靠轉動的滾輪帶動滾柱擠壓富有彈性的改性硅橡膠管來驅動液體流動。      圖17.36為蠕動泵工作示意圖。當泵管夾于壓蓋與滾柱之間，滾輪轉動使泵管兩個擠壓點之間形成負壓，將載流抽吸至管道內連續流動。滾柱滾動的線速度和泵管內徑大小決定了載液的流量。這種泵結構簡單、方便，且不與化學試劑直接接觸，避免了化學腐蝕的問題。通過調節泵速和泵管內徑可獲得所需載液速度，但載液的脈動不能完全避免，因此也易使輸出信號發生一定程度的波動

14、。泵頭能安排的泵管數稱為“道數”，蠕動泵一般為六道和八道。泵管壁厚的均勻性影響載液流速的均勻性。     泵管的用途是輸送載流和試劑，因此應具有一定彈性、耐磨性，且壁厚均勻。常用的泵管材料有“Tygon”，這是加有適量添加劑的聚乙烯或聚氯乙稀管，它適用于水溶液、稀酸和稀堿溶液。 2進樣閥    進樣方式有注射注入和閥切換。后者常用，它類似于高效液相色譜的閥進樣。當閥的轉子轉至“采樣”位置時，樣品被泵吸入至定量取樣孔內；當轉子轉至“注入”位置時，因定量取樣孔直徑大，對載流阻力小，因此載流自然進入取樣孔，將“樣品塞”帶

15、至反應器中。由于閥的旁路管內徑小，管道長，阻力大，因此在“注入”位置時，旁路管中基本無載流通過。 FIA儀器由流體驅動單元、進樣閥、反應器、檢測器及記錄儀(或微機處理系統)五個主要部分組成。 3反應器     流動注射分析使用的反應器有一下三種：      (1) 空管式反應器     這種反應器又可分為直管和盤管兩種。直管式的內徑為0.30.5mm，常以聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙稀等制成。載流在管內的流動屬層流，“樣品塞”在遷移過程中的展寬是縱向擴散和徑向擴

16、散的綜合結果。盤管式又稱螺旋式。當載流在螺旋形管道內以較高速度流動時，由于離心力的作用，使“試樣塞”的縱向擴散減小，展寬程度下降，因而提高了進樣頻率。展寬程度下降，檢測靈敏度自然提高。當盤管圈直徑與盤管內徑之比為10時，“樣品塞”的展寬程度比直管小三倍。盤管材料可用聚四氟乙烯、聚乙烯或聚丙烯等，內徑在0.5mm左右。內徑過大，展寬加劇；內徑過小，易堵塞。(2) 填充床反應器     這種反應器類似于色譜分析中的填充柱。管中填充惰性顆粒填料，如玻璃珠，一般說，填料直徑越小，“試樣塞”展寬程度越小。采用填充床反應器的優點是，在反應器內接觸充分，反應

17、時間延長，易獲得較高靈敏度，但是載流通過的阻力大，需采用高壓泵。 (3) 單珠串反應器     在管內，填充顆粒直徑約為管子直徑6080的大粒填料，因此極易得到規則的填充結構。這種反應器的展寬程度比空管式小10倍，進樣頻率高。反應器內徑約0.5mm左右。單珠串反應器中的載流流動阻力大，仍可采用普通蠕動泵作載流動力。 4檢測器    流動注射分析中常用的檢測手段有吸光光度法、濁度法、化學發光法、熒光法、原子吸收光譜法、火焰光度法、離子選擇電極電位法和伏安法等。檢測方法所用的檢測器基本上分為光學檢測器和電化學

18、檢測器兩大類。     在光學檢測器中，應用最多的是帶有流通池的分光光度法計。常見的流通池如圖17.37所示，在保證一定光路長度(一般為1020min)的透光面積的前提下，它的容積應盡可能小，以減小載流量和試樣量，并維持試劑試樣界面的原有擴散模式，以提高分析精度。這就要求光電檢測系統靈敏、穩定。此外，流通池的設計應沒有死角和稍有傾斜，以利于偶然帶入的氣泡排出。     在電化學檢測器中，應用較多的是流通式離子選擇電極檢測器(見圖17.38)離子選擇性電極檢測器采用“梯流”式電勢流通池。這種流通池有一定角度的傾斜，使

19、載流流向相對于敏感膜表面的方向處于最佳位置。注入的試樣帶首先與離子選擇性電極接觸，然后再與參比電極接觸，在它們之間產生一個電動勢。    流出液的液面通過排液管保持恒定。這種檢測法與普通電極法不同之處在于：流動注射分析法并不需要電極電位達到穩定數值后才測定。由于流過電極表面的試液與流過的時間可以準確地控制，因此仍然可以得到與靜態測定時完全一致的結果，并能大大地提高分析速度。     在試劑應用中，流動注射分析儀可以自行組裝，也可以選擇各廠家制造的流動注射分析儀。流動注射技術簡介 1 單道流動注射分析法  

20、   這種方法是最簡單，也是較常用的FIA方法，如前面所述的Cl的測定，見圖17.32a所示。 2 多道流動注射分析法     當兩種以上的試劑混合后會發生化學變化時，可采用這種方法。其流程如圖17.39所示。各種試劑可以在不同時間，不同合并點加入到管路中，最后進入流通流進行檢測。 3 合并帶法     合并帶法是采用多道注射閥同時分別注入試劑和試樣，使試劑和試樣在各自的管道中，由同速的載流推進，并在適合電匯合成兩者的合并帶，進入反應器及檢測其工作原理如圖17.40所示。在這個方法中，

21、所使用的載流為蒸餾水或緩沖溶液，大大的節省試劑。 還可以采用斷續流動法的合并帶體系，如圖17.41所示。當試樣從S注入載流時（載流為水和緩沖液），啟動泵為I，停閉泵II，載流把試樣帶推進到距合并點某一位置上，由計時器T停閉泵I，并啟動泵II，繼續推進載流，并同時加入試劑R，當試樣帶全部通過合并點后，又啟動泵I，停閉泵II。 4 雙注樣法     雙注樣法是利用雙通道同步注入閥將試樣溶液分別同時注入到兩種不同流路的載流中。注入的試樣塞可以一前一后地通過同一檢測器。如圖17.42所以示。也可以通過兩個相同或不同的檢測器分別檢測。該法主要用于同一試樣中兩種不同

22、物質的流動注射分析。 流動注射技術簡介 5 流動注射溶劑萃取法     該法擺脫了傳統的手工萃取操作，實現了溶劑萃取自動化，提高了功效。流動注射萃取裝置如圖17.43所示。含待萃取祖份的試樣從進樣器注入到水相載流中，到達某一點時，用相分隔器a把有機溶劑按比例，有規則的插入到水相載流中，形成有規則的水相和有機相互相間隔的區段，經過在萃取冠D中萃取后，由相分析器C將有相同和水相分開，有機相進入檢測器。 6 停流法     在FIA中，反應盤管不宜過長，要求反應速度要比較快，對于反應速率較慢地體系則有一定的局限性。采用流

23、停法，可以有效地適用于化學反應緩慢地分析體系。該法是在試樣分散帶進入流通檢測器的某適當時間內準確停泵(包括停泵時刻及停泵的時間長度)，記錄反應混合液在靜止狀態下進一步反應過程中發生的變化(如吸光度的變化等)使反應逐漸趨于完全，提高測定的靈敏度。它已應用于測定反應常數、研究反應機理、慢反應分析和有色試樣分析等。 7 填充反應器     在FIA中，有時需用固態試劑，如作為還原劑的Zn粒Cd粒、不溶性酶或離子交換樹脂等。這時必須把試劑的固體顆粒裝入柱中并與反應管路相連，構成填充反應器。目前這種反應器主要有填充還原反應器、固定化酶反應器和離子交填充反應器等。圖

24、17.44為帶預濃集柱的FIA流程圖。     此外流動注射梯度技術也已得到不少應用。在FIA中，注入到流動體系中的試樣經分散后形成具有連續濃度梯度的分散試樣帶。在嚴格控制的條件下，分散試樣帶的任何一點都能提供確切的濃度信息。這種依靠準確控制條件來開發試樣帶濃度梯度中所包含的信息的技術稱為梯度技術，如梯度稀釋、梯度校正、梯度掃描、梯度滴定及梯度滲透等。此處不作進一步敘述。讀者可參閱有關資料。應用舉例     流動注射分析應用非常廣泛，它與許多檢測技術及分離富集技術結合，已用于數百種有機或無機的分析，以及一些基本物理

25、化學常數的測定。在環境、臨床、醫學、農林、冶金地質、工業過程監測、生物化學、食品等許多領域中都得到廣泛的應用，特別是環境科學和臨床醫學這兩方面應用更多。下面扼要列舉幾種組份的分析，供參考。 土壤中有效鋅的測定     采用流動注射萃取分析法可以測定土壤中有效鋅，其裝置如圖17.45所示。萃取裝置由相間隔器、PTEE萃取管道(內徑0.8mm，長2m)，相分離器和節流管(內徑0.5mm，長1m的PTEE管)組成。采用置換排出法輸入法輸入有機相。兩個出入口玻璃瓶分別裝入雙硫腙四氯化碳溶液和蒸餾水，通過調節a，b瓶中水量的增減使有機相不通過泵管進出萃取管道；萃取

26、劑為0.002的雙硫腙四氯化碳溶液；載流(含有掩蔽劑)為1二乙基二硫代氨基甲酸的0.85mol/LNH4OH溶液；土壤浸提劑為0.05mol/L二乙三胺五醋酸0.1mol/LcaCl21.0mol/L三乙醇胺，調節PH為7.3，使用前用水稀釋10倍，鋅系列標準溶液用浸提劑稀釋。     25g通過1mm篩孔的風干土樣，加入50ml浸提劑，振蕩2h后過濾。分析流程及各項參數如圖所示。采樣體積240uL。使用8uL流通池，于535nm處測定吸光度。分析速率為60個樣/h。 水中某些組分的測定     雨水中F離子含量的檢測，可以用F選擇電極作為流動注射分析的檢測器，檢測限為15ng/mL，標準偏差小于3，分析速度為每小時60次。河水、海水及井水中的PO43離子可借助于磷鉬藍分光光度法作為檢測手段進行流動注射分析法，檢測限達0.01ug/mL，分析速度每小時30次。水樣中的砷含量的分析，可以預先用硫酸肼將As(V)還原成As(III)，再用小型陽離子交換柱將過量肼除去，然后用流動注射分析安培檢測器檢測，檢測限為0.4ppb。 血清中某些組份的測定     為了測定血清中的Ca2+離子含量及PH值，可將血清樣品注入載流中，“樣品塞”首先通過毛細管玻璃電