現(xiàn)代分析化學(xué)專論講義

流動注射分析現(xiàn)代分析化學(xué)專論之教材《流動注射分析法》方肇倫等著1999年，科學(xué)出版社第一章緒論1.1流動注射分析(FIA)技術(shù)的創(chuàng)立及在現(xiàn)代

分析化學(xué)發(fā)展中的作用1.2流動注射分析的特點1.3流動注射分析的基本原理1.4區(qū)帶分散的影響因素及其作用規(guī)律1.5流動注射分析過程中的化學(xué)反應(yīng)1.6流動注射分析進(jìn)展和應(yīng)用1.1FIA技術(shù)的創(chuàng)立及其意義最原始的手工操作與最先進(jìn)的檢測之間的矛盾激化

1.1.1FIA創(chuàng)立的前提流動注射分析法(70年代)※

試樣前處理嚴(yán)重阻礙先進(jìn)檢測儀器作用的發(fā)揮※不能滿足計算機時代對分析化學(xué)所應(yīng)提供信息量的要求自動化檢測數(shù)據(jù)采集加液、攪拌、定容、滴定等

1.1.3FIA的創(chuàng)立

SCFA仍維持傳統(tǒng)分析化學(xué)中要達(dá)到物理和化學(xué)平衡的觀念,限制了分析速度在非平衡狀態(tài)下高效率地完成了試樣的在線處理與測定，觸發(fā)了分析化學(xué)中基本操作的根本變革打破了分析化學(xué)必須在物理和化學(xué)平衡條件下完成的傳統(tǒng)，使非平衡條件下的分析化學(xué)成為可能此前已有學(xué)者做過嘗試，但未認(rèn)識到重要而錯過了機遇，是個教訓(xùn)FIA創(chuàng)立的意義：

1.3.1基本FIA系統(tǒng)載流(Carrier)及驅(qū)動系統(tǒng)如蠕動泵（Pump)等注樣器(sampleinjector)或注樣閥(sampleinjectionvalve)

反應(yīng)器(reactor),一般為PTFE反應(yīng)管道(coil)

流通式檢測器(flowthroughdetector)

信號讀出裝置,如記錄儀(recorder),顯示屏(screen),打印機(printer)等全自動系統(tǒng)還包括自動采樣器(autosampler)及自動數(shù)據(jù)處理(dataprocessor)系統(tǒng)等

1.3.1基本FIA系統(tǒng)泵反應(yīng)管道注樣閥檢測器記錄儀DCSW

1.3.4FIA的范疇與定義

FIA區(qū)別于其他分析技術(shù)的三個基本要素:

試樣的注入高度重現(xiàn)的時間控制受控制的分散。三者中的核心.

FIA的定義1981年，Ruzicka、Hansen:

將一定體積的試樣溶液注入到無空氣分隔的適當(dāng)載流溶液中，經(jīng)過受控制的分散過程，形成高度重現(xiàn)的試樣帶，并輸送到檢測器，檢測其連續(xù)變化物理或化學(xué)信號的方法。1988年，Ruzicka、Hansen:

從注入一定體積并在無空氣分隔的載流中得到分散的試樣區(qū)帶形成的濃度梯度中收集信息的技術(shù)。1992年，方肇倫等:

在熱力學(xué)非平衡條件下，在液流中重現(xiàn)地處理試樣或試劑區(qū)帶的定量流動分析技術(shù)。

1.3.5分散系數(shù)

定義:

在分散過程發(fā)生之前與之后，產(chǎn)生讀出信號的流體元中待測組份的濃度比。

數(shù)學(xué)表達(dá)式：D=C0/CD=C0/CmaxD=C0/Cgrad⑵中分散體系：D=2-10Mediumdispersion

resultsina“typical“FIpeakwheremaximumconcentrationis50%to10%oftheoriginalinjectedsamplematerialMediumdispersionisused:Whensampleandreagentmaterialmustbemixedtoformadetectableproductthatisinamajorityofreagentbasedtechniques

⑶高分散體系：D>10Largedispersion

resultsinextensivedilutionofinjectedmaterialyieldingpeakwheremaximumconcentrationis10%to0.00%oforiginallyinjectedsamplematerialLargedispersionisused:Toaccommodatehighlyconcentratedsampleswithintherangeofdetector.

1.3.6FI響應(yīng)曲線的描述影響分散的因素除試樣體積、流速、反應(yīng)管長、管徑和擴散系數(shù)外，還有其他難以定量控制的因素。反應(yīng)管道的形狀對分散的影響很大，管道彎曲產(chǎn)生的離心力導(dǎo)致徑向二次流(secondaryflow)，從而明顯減小軸向分散。不可能尋求普遍適用的FIA響應(yīng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，但在盡量標(biāo)準(zhǔn)化的條件下進(jìn)行單一實驗參數(shù)的優(yōu)選是可行的。1.5流動注射分析過程中的化學(xué)反應(yīng)FIA中待測反應(yīng)產(chǎn)物的峰形信號是經(jīng)過流通式檢測器時物理分散狀態(tài)和化學(xué)反應(yīng)狀態(tài)的綜合反映。

若延長反應(yīng)管道：區(qū)帶分散度增大(如曲線D)

待測物濃度下降試劑與樣品反應(yīng)趨向完全(如曲線P)綜合效果(如曲線A)為求得高靈敏度,應(yīng)優(yōu)化進(jìn)樣體積,反應(yīng)管道長度和載流流速等FI流路參數(shù)FIA體系中試樣分散系數(shù)D，反應(yīng)率P%，及響應(yīng)值A(chǔ)隨反應(yīng)管道長L的變化1.6流動注射分析進(jìn)展分析速度快，節(jié)省試樣和試劑，可與不同類型的檢測器聯(lián)用

流動注射分析技術(shù)在分析化學(xué)有著廣泛的應(yīng)用，它自從出現(xiàn)到如今，主要經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：

流動注射分析（FIA）：第一代,19世紀(jì)70年代

順序注射分析（SIA）：第二代流動注射分析技術(shù)

19世紀(jì)80年代流動注射分析的局限之處：蠕動泵長時間運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性比較欠缺，復(fù)雜分析任務(wù)引起流路的復(fù)雜化和影響可靠性，操作人員對FIA系統(tǒng)的掌握仍需相當(dāng)?shù)募记珊徒?jīng)驗順序注射分析系統(tǒng)的核心部件是一個多通道選擇閥。閥的各個通道分別與檢測器、樣品、試劑等通道相連，閥的公共通道與一個可以抽吸和推動液體的泵相通。通過泵的作用，順序地從不同的通道中吸入一定體積的溶液區(qū)帶到泵與閥之間的儲存管中，然后將這些溶液區(qū)帶推至檢測器。在這一過程中樣品和試劑區(qū)帶之間由于徑向和軸向的分散作用互相滲透引起試劑和樣品帶的重疊及混合，試劑與樣品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致反應(yīng)產(chǎn)物的形成。在檢測器中可檢測到反應(yīng)的近似高斯分布的峰形信號。

系統(tǒng)硬件簡單可靠，操作完全由微機控制；樣品和試劑的混合程度、反應(yīng)時間可通過軟件控制，最大程度在減少了操作中的人為干預(yù)；分析過程易于自動化、智能化；可以用同一裝置完成不同組分的檢測而無需改變流路設(shè)置，因而特別適用于如生物發(fā)酵過程和環(huán)境監(jiān)測等復(fù)雜體系的在線過程監(jiān)測；樣品和試劑的消耗特別是試劑較之FIA更少，因而適于長時間監(jiān)測和試劑昂貴、樣品來源受限制的分析測定；一些FIA中受到限制應(yīng)用的技術(shù)如梯度技術(shù)和梯度掃描技術(shù),在SIA中可方便地可靠地加以應(yīng)用,來解決過程中樣品濃度大的動態(tài)范圍和多組分同時測定等問題。產(chǎn)生的廢液少，便于回收和處理。閥上實驗室(Lab-on-valve)：第三代流動注射分析系統(tǒng),20世紀(jì)目前集成程度和自動化程度最高的順序注射分析系統(tǒng)，在微升級水平上在閥內(nèi)進(jìn)行有效的液流操縱和控制，完成各種化學(xué)過程安裝在多位選擇閥上的多道集成塊，集成系列分析操作所需要的重要部件，如接口、流路、通道、微填充柱、流通池等?？蓪崿F(xiàn)分析實驗室的基本功能，故此得名。第二章流動注射分析儀器裝置及組件

2.1概論

2.2液體傳輸設(shè)備

2.3注入閥

2.4反應(yīng)及連接管道

2.5流通式檢測器

2.6集成化FIA系統(tǒng)

2.7FIA商品儀器的發(fā)展和展望2.1概論2.1概論D泵反應(yīng)管道注樣閥檢測器記錄儀CSW液體傳輸樣品注入混合反應(yīng)信號檢測泵把載流和試劑溶液泵入管道及檢測器注樣閥把一定體積的試樣注入到載流中反應(yīng)管道使試樣與載流中的試劑由于分散而實現(xiàn)高度重現(xiàn)的混合并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)檢測器容納適合檢測的流通池，使在反應(yīng)中形成的可供檢測的產(chǎn)物流過其中得到檢測信號FIA的特點：所需儀器設(shè)備結(jié)構(gòu)較簡單、緊湊。特別是集成或微管道系統(tǒng)的出現(xiàn)，致使流動注射技術(shù)朝微型跨進(jìn)一大步。采用的管道多數(shù)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(xù)分析。流動注射技術(shù)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(xù)自動分析，避免了操作中人為差錯。分析速度快、分析精密度高。

由于反應(yīng)不需要達(dá)到平衡才就可測定，因而分析頻率較高，一般達(dá)60～120個樣品/小時。（測定廢水中S2-時，分析頻率高達(dá)720樣品/小時。）流動注射分析過程的各種條件可以得到較嚴(yán)格的控制，因此分析的精密度大大提高，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差一般可達(dá)1％以內(nèi)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(shù)十微升至數(shù)百微升，不但節(jié)省試劑，降低費用，對諸如血液、體液等稀少試樣的分析顯示出獨特的優(yōu)點。FIA既可用于多種分析化學(xué)反應(yīng)，又可以采用多種檢測手段，還可以完成復(fù)雜的萃取分離、富集過程，因此擴大了其應(yīng)用范圍，可廣泛地應(yīng)用于臨床化學(xué)、藥物化學(xué)、農(nóng)業(yè)化學(xué)、食品分析、冶金分析和環(huán)境分析等領(lǐng)域中?；静僮鞣绞絾蔚老到y(tǒng)和多道系統(tǒng)合并帶技術(shù)停流技術(shù)間歇泵技術(shù)流體動力注入技術(shù)順序注入技術(shù)稀釋技術(shù)

FI梯度技術(shù)在線分離濃集技術(shù)第三章基本FIA體系

3.1.1單道FIA體系和流路

3.1.2雙道及多道FIA流路

3.1.3定容與定時進(jìn)樣3.1基本流路和操作模式3.1.1單道FIA體系和流路由一條管道(指泵管及后續(xù)反應(yīng)盤管及連接管道)組成的單道流路體系．雙通道FIA系統(tǒng)3.1.2雙道及多道FIA流路雙道及多道FIA流路優(yōu)點：試劑是匯合到分散的試樣帶中而不是僅通過對流與擴散與試樣相混，因此整個試樣帶與載流的任一流體微元中都會基本上等量均勻地混入試劑載流不再必須同單道流路中那樣同時作為試劑，如果同時注意減小試樣與載流和試劑折射率的差異，則出現(xiàn)負(fù)峰及各種干擾峰的現(xiàn)象基本可以消除不會因為增大試樣體積而出現(xiàn)在試樣帶中部試劑濃度不足的弊端，試樣在載流中的分散可以控制在較低水平可用于一些要求高靈敏度的測定3.2特殊操作模式

3.2.1合并區(qū)帶技術(shù)

3.2.2停流技術(shù)

3.2.3間歇泵技術(shù)

3.2.4流體動力注入法

3.2.5順序注射技術(shù)合并區(qū)帶法是以節(jié)省試劑為主要目的的一種FIA技術(shù),現(xiàn)也用來簡化標(biāo)準(zhǔn)加入法的操作.在一般的FIA系統(tǒng)中在分析過程中自始至終在管道中流動,在兩相鄰試樣區(qū)帶之間載流中所含的試劑或匯入的試劑實際上被浪費了。盡管FIA中試劑消耗一般均顯著低于相應(yīng)的手工操作，但在使用貴重試劑(如各種酶)時仍希望進(jìn)一步減少試劑消耗。3.2.1合并區(qū)帶技術(shù)(Mergingzonestechnique)常用的合并帶法是把試劑也同試樣一樣首先吸入雙通道閥的另一采樣環(huán)中,流出采樣環(huán)的多余部分可回收,在注入樣品時試劑也同時被載流帶出,再使這兩個區(qū)帶同時向前流動至下游合并為一混合區(qū)帶進(jìn)入反應(yīng)或混合管道中,并在流通式檢測器中得到檢測.采用合并區(qū)帶法可以節(jié)省試劑90%左右，對于使用貴重試劑的化學(xué)體系更有實際意義.單泵合并帶FIA流路SWxyRCCMS：試樣；R：試劑；C：載流；D：檢測器；M：匯流點；W：廢液雙泵合并區(qū)帶法合并區(qū)帶法也可通過雙泵系統(tǒng)采用間歇泵技術(shù)來實現(xiàn)：S：試樣；R：試劑；C：載流；D：檢測器；Pi，P2：泵；W：廢液當(dāng)泵1運轉(zhuǎn)時，泵2停轉(zhuǎn)，反之亦然。首先用泵1將試樣區(qū)帶注入，然后泵1停轉(zhuǎn),啟動泵2繼續(xù)推動載流前進(jìn)并同時加入試劑當(dāng)試樣區(qū)帶流經(jīng)匯合點后重新啟動泵1而使泵2再次停轉(zhuǎn).設(shè)定不同停泵與轉(zhuǎn)泵的時間間隔即可調(diào)節(jié)試劑區(qū)帶長度.為了保證獲得有效和重現(xiàn)的測定結(jié)果，試劑區(qū)帶的體積應(yīng)略大于試樣區(qū)帶的體積.操作方法：僅需要簡單的單通道閥且無回收試劑問題需要一臺額外的泵優(yōu)缺點：3.2.2停流技術(shù)(Stoppedflowtechnique)FI停流法：試樣區(qū)帶在注入載流并與試劑反應(yīng)后流經(jīng)檢測器時或到達(dá)檢測器之前使之停止流動一段時間的操作模式.主要目的：延長試樣在反應(yīng)管道中的留存時間，即化學(xué)反應(yīng)時間，使比較慢的化學(xué)反應(yīng)體系也能產(chǎn)生足夠的反應(yīng)產(chǎn)物而得到檢測。即可以得到比未停流時使用同一化學(xué)體系和相同實驗參數(shù)時更高的信號峰，峰寬并不增大。⑴觀察反應(yīng)的動力學(xué)特性。將試樣帶停在流通池中可以觀察反應(yīng)完成的程度以及反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行的情況停流技術(shù)的功能：A:反應(yīng)未完成且繼續(xù)進(jìn)行．b:反應(yīng)已經(jīng)完成．c:反應(yīng)產(chǎn)物分解或熄滅現(xiàn)象發(fā)生⑶消除由于樣品基體不同或其它因素引起的對背景或空白信號的干擾.停流技術(shù)的功能：⑵作為梯度技術(shù)的應(yīng)用測定和研究一級或擬一級化學(xué)動力學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速度。測定中甲醛催化副品紅與二氧化硫的反應(yīng)產(chǎn)物為紫紅色,與樣品基體顏色相似,二者在檢測中難以分辨。用停流法在流通池中觀察紅色信號的變化并根據(jù)其在固定停流時間內(nèi)的增加值定量,以吸光度增加值對濃度繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。這是因為基體的背景信號在停流時保持恒定,該信號的增加只與化學(xué)反應(yīng)有關(guān)。應(yīng)用實例：紅葡萄酒中二氧化硫的測定3.2.3間歇泵技術(shù)(Intermittentpumptechnique)間歇泵技術(shù)是與采用多泵的FI體系有關(guān)的技術(shù).FIA系統(tǒng)中凡使用雙泵的流路決大部分采用了間歇泵操作模式,即兩臺泵根據(jù)需要在分析程序的一定階段交替工作.節(jié)省樣品和試劑

流路中某個局部部件的淋洗

基體改進(jìn)

試樣注入

樣品的稀釋

功能：在試樣量很有限的情況下,單獨用一個泵吸取或泵入試樣以便盡可能節(jié)省試樣消耗。使用貴重試劑時,在雙泵系統(tǒng)中可專用一臺泵在樣品區(qū)帶流經(jīng)匯合點時泵入試劑，為另一種形式的合并區(qū)帶操作在FI在線分離濃集系統(tǒng)中通過兩泵交替運轉(zhuǎn)，分別控制試樣濃集和洗脫過程，可顯著改善分析系統(tǒng)的效率。操作方式:3.2.4流體動力注入法(Hydrodynamicinjection)流體動力注入流路S：試樣；R：試劑；C：載流；D：檢測器；P1，P2：泵；W：廢液；a–b之間可看作采樣環(huán)在雙泵系統(tǒng)中，可在無注入閥的情況下完成注樣操作,即流體動力注入法,特殊的定容注樣方法.a和b兩點間的管道相當(dāng)于注入閥的采樣環(huán).當(dāng)泵1運轉(zhuǎn)泵2停轉(zhuǎn)時，該FIA系統(tǒng)即為通常的輸送試樣的體系.如果泵1停轉(zhuǎn)，并且將廢液管按圖所示用該泵按反吸方向壓緊使形成閉路,此時通過間歇和交替地泵入載流和試樣溶液,就可以形成一個體積確定的試樣區(qū)帶,并被注入載流.3.2.5順序注射技術(shù)(Sequentialinjectiontechnique)順序注射(SI)技術(shù)是1990年在FIA基礎(chǔ)上發(fā)展起來的溶液處理與分析方法.SI系統(tǒng)的心臟是一個多通道選擇閥,其各個通道位置與檢測器,試樣,試劑等通道相連.公共通道與一個泵相通.通過泵順序地從不同的通道吸入一定體積的試樣,試劑與載流溶液到泵與閥之間的儲存管中,然后將這些溶液區(qū)帶推至檢測器.在這一過程中試樣和試劑的區(qū)帶之間由于徑向擴散和軸向?qū)α髯饔枚ハ啻┩敢鹪嚇优c試劑帶的相互滲透與混合,導(dǎo)致反應(yīng)產(chǎn)物的形成.在檢測器中可以得到與FI中類似的峰形信號.SI系統(tǒng)中一般不使用FIA中用的注樣閥和蠕動泵。系統(tǒng)硬件簡單可靠，操作完全由微機控制；樣品和試劑的混合程度、反應(yīng)時間可通過軟件控制，最大程度在減少了操作中的人為干預(yù)；分析過程易于自動化、智能化；可以用同一裝置完成不同組分的檢測而無需改變流路設(shè)置，因而特別適用于如生物發(fā)酵過程和環(huán)境監(jiān)測等復(fù)雜體系的在線過程監(jiān)測；樣品和試劑的消耗特別是試劑較之FIA更少，因而適于長時間監(jiān)測和試劑昂貴、樣品來源受限制的分析測定；一些FIA中受到限制應(yīng)用的技術(shù)如梯度技術(shù)和梯度掃描技術(shù),在SIA中可方便地可靠地加以應(yīng)用,來解決過程中樣品濃度大的動態(tài)范圍和多組分同時測定等問題。產(chǎn)生的廢液少，便于回收和處理。

順序注射分析的特點：3.3流動注射稀釋技術(shù)和流路

在高濃度組分的測定中往往要對樣品溶液進(jìn)行各種不同程度的稀釋．一般多道流路的分散系數(shù)大都在2-6之間變動，難以滿足所有測定中對試樣濃度的要求．為得到更大的分散系般，例如數(shù)十、數(shù)百甚至成千上萬的D值，則需要采用特定的稀釋技術(shù)，并設(shè)計相應(yīng)的流路．3.3.1通過試樣區(qū)帶分散進(jìn)行稀釋用較簡單的儀器設(shè)備即可得到四個數(shù)量級寬范圍的稀釋倍數(shù);

對流速的穩(wěn)定性要求較低;

同其它FI稀釋技術(shù)相比具有較強的機動靈活性.原則上FI系統(tǒng)中所有的用來控制試樣帶分散的規(guī)則也都可以用于控制稀釋倍數(shù).基于試樣分散的稀釋系統(tǒng)主要有以下特點:

是很難直接從所應(yīng)用的硬件系統(tǒng)來判斷一個FI體系的稀釋倍數(shù).只有通過用處于線性范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)溶液測定分散系數(shù)才能得到確切倍數(shù).當(dāng)要得到一定的稀釋倍數(shù)時,往往需要對試樣環(huán),混合管道的內(nèi)徑及長短等做多次更改.稀釋程度也不象在匯流或分流稀釋中那樣容易預(yù)測.

缺點3.3.1.2微量采樣稀釋技術(shù)D＞2時，V與C幾乎呈線性關(guān)系：理論上，可以通過大幅度地降低進(jìn)樣量獲得較大的稀釋倍數(shù)．但是在常規(guī)的FI系統(tǒng)中這種作法受到很大限制．在大多數(shù)情況下實際稀釋倍數(shù)很難超過50，其中的關(guān)鍵在于如何高度重現(xiàn)地引入微升級的試樣．用微機控制步進(jìn)電機驅(qū)動的蠕動泵并配以細(xì)孔徑的泵管即可達(dá)此目的。D=C0/C=[1-exp(-VK)]-1（Ruzicka

&Hansen)3.3.1.3混合室(Mixingchambers)稀釋FIA發(fā)展早期，Tyson等便用帶攪拌器的混合室進(jìn)行樣品稀釋并用于校正目的，后又用于擴展火焰AAS測定的動態(tài)線性范圍。用帶攪拌器的混合室進(jìn)行稀釋的主要優(yōu)點是其稀釋倍數(shù)高。注入的試樣帶在攪拌混合室中要比在相同體積的混合盤管中分散更甚。然而付出的代價卻是采樣頻率的明顯降低。3.3.2通過液流控制進(jìn)行稀釋3.3.2.1匯流稀釋(mergingstreamsdilution)將試樣載流與稀釋劑液流匯合．在FI稀釋中通常并不單獨使用而總是與試樣分散相結(jié)合.在不降低采樣頻率情況下即可方便地提高稀釋倍數(shù)．3.3.2.2分流稀釋(split-flowdilution)通過從樣品或載流中分派出一部分的辦法可比匯流稀釋法獲得更高的稀釋倍數(shù)無需減少注入試樣體積根據(jù)需要重復(fù)多次以獲取更高的稀釋倍數(shù)．稀釋倍數(shù)決定于抽出和留下的兩個液流的比例可通過改變抽出部分或稀釋劑的流速加以調(diào)整稀釋倍數(shù)分流稀釋特點：兩個較大液流的流速波動轉(zhuǎn)嫁給一相當(dāng)于兩液流流速差的低流速液流，從而使最終的流速精度變差．如果稀釋劑液流未經(jīng)除氣，則由于抽吸作用不僅會在流向廢液的管道中產(chǎn)生氣泡，而且還可能在主流路中產(chǎn)生氣泡并導(dǎo)致精度進(jìn)一步降低．不足之處：3.3.2.3級聯(lián)稀釋(cascadedilution)將需要進(jìn)一步稀釋的試樣載流與其余排廢的部分試樣載流分別泵出，前者送至下游同稀釋劑匯流．采用雙泵分別控制液流，可在很大程度上避免前述分流稀釋中的缺點，還可通過采用較低流速的抽出達(dá)到較高的稀釋倍數(shù)．用這種系統(tǒng)經(jīng)兩級稀釋，注入20μl樣品可得到近500倍稀釋，且能在100樣/小時的采樣頻率下獲得小于3％的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差．稀釋系統(tǒng)已用于分光光度和電化學(xué)檢測．5.1導(dǎo)言FIA與經(jīng)典的化學(xué)分析方法不同，所有的測定都不是在均勻混合及平衡狀態(tài)下完成的，但流動注射分析方法又是從傳統(tǒng)的溶液分析基礎(chǔ)上發(fā)展起來的自動處理和分析的方法。一般地說，經(jīng)典的濕法化學(xué)分析方法的化學(xué)反應(yīng)原理原則上也適用于一個流動注射分析方法的建立。在濕法分析中的各種反應(yīng)試劑的濃度、酸度在FIA條件下也可以完全重現(xiàn)，并可根據(jù)FIA的要求進(jìn)行優(yōu)化。在濕法化學(xué)反應(yīng)中一些在較高溫度下完成的反應(yīng)，在FIA條件下易產(chǎn)生大量氣泡，技術(shù)處理難度較大。另一些反應(yīng)則因反應(yīng)時間過長在FIA條件下失去了實用意義5.2建立FIA方法的基本過程根據(jù)待測組分和基體情況檢索和查閱文獻(xiàn)手工操作的分析方法用于FIA的可能性FIA方法流路設(shè)計FIA流路初步檢驗FIA體系中的化學(xué)參數(shù)和物理參數(shù)的優(yōu)化干擾組分對測定的影響及方法可靠性檢驗文獻(xiàn)檢索和查閱的內(nèi)容：他人已建立的FIA文獻(xiàn)和連續(xù)流動分析文獻(xiàn)國內(nèi)外關(guān)于該組分測定的標(biāo)準(zhǔn)方法其它的一些分析方法詳細(xì)了解分析方法的下述內(nèi)容方法的化學(xué)反應(yīng)原理方法的選擇性和靈敏度方法的分析范圍和干擾情況試樣的預(yù)處理方法5.2.1根據(jù)待測組分和基體情況檢索和查閱文獻(xiàn)測定范圍和靈敏度；方法的選擇性；試樣基體和干擾情況；試劑的價格、毒性，及是否容易購買；對FIA來說檢測的響應(yīng)速度是否與FIA匹配及提高響應(yīng)速度的可行性；整個反應(yīng)體系對FIA硬件、流路的要求是否過于苛刻，或是使流路過于復(fù)雜。能否流動注射化，從以下方面考慮：5.2.2手工操作的分析方法用于FIA的可能性5.2.3FIA方法流路設(shè)計※

參考他人工作中的FIA流路或取其適用部分※

根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)原理自行設(shè)計流路設(shè)計指導(dǎo)原則之一：為了提高分析方法的靈敏度可考慮使用高靈敏度流路；增加載流流速同時降低試劑的流速，并須同時增大試劑濃度以保持反應(yīng)介質(zhì)中試劑濃度不變；增大進(jìn)樣體積；采用在線預(yù)濃集方式。為了減少試樣基體產(chǎn)生的折射率效應(yīng)，盡量使載流組成（如pH值、離子強度）同試樣相匹配；流路設(shè)計指導(dǎo)原則之二：為了增加采樣頻率可考慮減少進(jìn)樣體積；增加總流速；減少混合反應(yīng)管道的長度和內(nèi)徑。流路設(shè)計指導(dǎo)原則之三：為了增加反應(yīng)時間使反應(yīng)進(jìn)行到所需程度，不應(yīng)延長反應(yīng)管道的長度而應(yīng)降低載流流速或采用停流方式。雖然這兩種措施都能延長留存時間，但前者使分散度加大而后者使其降低流路設(shè)計指導(dǎo)原則之四：分散系數(shù)的測定在保證儀器線性響應(yīng)的前提下首先把一定濃度的染料溶液泵入所有泵管，測定得一穩(wěn)態(tài)響應(yīng)信號A0。然后將同一濃度的染料溶液經(jīng)采樣閥采樣后注入空白載流或緩沖液中進(jìn)入檢測器測得峰值響應(yīng)信號Amax

。按下式計算分散系數(shù)D：D=C0/Cmax=KC0/KCmax=A0/Amax5.2.5FIA體系中的化學(xué)參數(shù)和物理參數(shù)的優(yōu)化優(yōu)化目標(biāo)：分析方法的靈敏度分析方法的精度分析方法的準(zhǔn)確度分析方法的選擇性在以色譜為檢測手段的FI體系中被優(yōu)化的目標(biāo)也可以是幾種組分的分離度優(yōu)化的參數(shù)：化學(xué)參數(shù)物理參數(shù)化學(xué)試劑的組成和濃度FI進(jìn)樣體積，幾十到幾百微升化學(xué)反應(yīng)的pH載流的組成和流速緩沖溶液的組成和pH試劑的流速反應(yīng)管路內(nèi)徑和長度反應(yīng)的溫度優(yōu)化方法：單因素優(yōu)化法、正交試驗法、均勻設(shè)計法和單純形法等5.1.6干擾組分對測定的影響及方法可靠性檢驗對于干擾或可能產(chǎn)生干擾的組分的檢驗可采用在待測組分的試液或標(biāo)準(zhǔn)液中，加入一定量的干擾組分后觀察響應(yīng)信號的情況，并與同一濃度的標(biāo)準(zhǔn)液或試液進(jìn)行對比．考察方法的重復(fù)性和再現(xiàn)性回收率試驗分析標(biāo)準(zhǔn)參考物同標(biāo)準(zhǔn)分析方法進(jìn)行對比進(jìn)行實際樣品測定可靠性檢驗：5.3建立流動注射分析方法應(yīng)用實例建立流動注射分光光度法測定環(huán)境水樣中鐵離子含量系統(tǒng)干擾試驗和方法可靠性試驗思路步驟：查閱文獻(xiàn)可能性研究流路設(shè)計流路檢查試驗參數(shù)優(yōu)化

目標(biāo)：第六章分離與預(yù)濃集6.1概論6.2FI溶劑萃取分離6.3FI在線沉淀及共沉淀分離6.4FI吸附分離與預(yù)濃集6.5FI在線滲析系統(tǒng)6.6FI在線氣體擴散(液-氣-液)分離系統(tǒng)6.1概述FI分離預(yù)濃集：在實際樣品分析中由于試樣中共存物或基體的干擾常需經(jīng)過一定分離手續(xù)后方可完成最終的測定在痕量分析中則由于測定靈敏度不足常需在測定前對待測物進(jìn)行適當(dāng)濃集在手工操作條件下此類前處理多數(shù)繁瑣、耗時，往往是決定整個分析方法效率的主要環(huán)節(jié)，F(xiàn)I使之得到改觀由于其極高的分離處理效率及自動化操作，可以將分離、濃集過程與測定直接在線連接而使分析方法成為一整體，使整個分析過程在密閉體系中完成．6.1.1FI分離預(yù)濃集的特點：節(jié)省試樣與試劑，且效率高避免了試樣在操作容器中的多次轉(zhuǎn)移，減少了沾污機會使得一些復(fù)雜體系中待測組分的在線監(jiān)測成為可能高度重現(xiàn)的非平衡操作是FI分離和濃集高效率的根源，對儀器的性能及組裝和操作人員要求更高6.1.3在線分離濃集體系效率的表達(dá)(1)FI分離與濃集體系在大多數(shù)情況下部以在線方式與檢測手段直接相聯(lián)以降低試樣與試劑消耗、減少試樣污染及提高操作效率。分離體系對試樣的消耗也是表述體系效率的一個反映方面。操作者不僅會要求較高的分離、濃集效果，也會希望在線分離過程的速度基本適應(yīng)檢測速度。1、相轉(zhuǎn)移系數(shù)(Phasetransferfactor,P)：用于表達(dá)分離的完全程度P=Me/Ms待測組份在分離前試樣中的質(zhì)量(Ms)與轉(zhuǎn)移至新介質(zhì)(濃集液）中的質(zhì)量(Me)之比：2、濃集系數(shù)(Enrichmentfactor,EF).

用于表達(dá)濃集過程的濃度提高倍率待測組份在分離前試樣中的濃度(Cs)與轉(zhuǎn)移至新介質(zhì)(濃集液)中的濃度(Ce)）之比：

EF=Ce/Cs用于表達(dá)濃集后檢測器顯示的信號增強效果。除濃集倍率外其中還包括了濃集過程中其它對檢測器靈敏度的影響因素，如有機溶劑對原子吸收光譜測定靈敏度的影響。待測組份在分離前試樣中的檢測靈敏度Ss(校正曲線斜率)與轉(zhuǎn)移至新介質(zhì)(濃集液)后在相同檢測條件下的靈敏度Se之反比:3、增強系數(shù)(Enhancementfactor,N).N=Se/Ss僅靠系統(tǒng)的EF值不足以衡量體系的整體性能，因大體積標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃集總可以取得較大的EF。因濃集效應(yīng)所獲增強系數(shù)即為濃集系數(shù).由不同機制導(dǎo)至的增強往往有如下關(guān)系：

Nt=N1N2…NnNt，N1，N2，Nn分別為增強系數(shù)及第1，2，n增強因素的系數(shù)用于實現(xiàn)單位濃集系數(shù)所消耗的試樣體積(ml)：

CI=Vs/EFVs為濃集體系的試樣消耗(mL)，EF為所達(dá)到的濃集系數(shù).4、消耗指數(shù)(Consumptiveindex,CI).表達(dá)在實現(xiàn)一定程度濃集的過程中試樣的消耗強度.5、濃集效率(Concentrationefficiency,CE).用于表達(dá)濃集體系實現(xiàn)確定濃集目標(biāo)的速度.濃集體系分離每分鐘實現(xiàn)的濃集系數(shù)（/min），為濃集系數(shù)與每分鐘采樣率的乘積.若f為每小時采樣率則：CE=(EF)f/60濃集效率CE(/min)優(yōu)50中15－50差15消耗指數(shù)CI(ml)優(yōu)0.2中0.2－0.5差0.5相轉(zhuǎn)移系數(shù)P優(yōu)0.8中0.5－0.8差0.5預(yù)濃集體系性能的判斷標(biāo)準(zhǔn)：6.2流動注射溶劑萃取分離1978年由Karlberg和Bergamin分別獨立地成功實現(xiàn)了溶劑萃取的連續(xù)流動在線分離自動化，為克服手工操作中的局限性提供了一條有效途徑溶劑萃取是分析方法中應(yīng)用較廣、歷史較長的有效分高方法之一，待測物往往又可達(dá)到相當(dāng)高的相轉(zhuǎn)移率，但由于操作復(fù)雜性及有機溶劑污染環(huán)境等問題，其更廣泛的應(yīng)用卻受到了限制6.3流動注射在線沉淀及共沉淀分離一般FI沉淀體系在與原子光譜檢測器聯(lián)用較多沉淀分離是重量分析的基礎(chǔ)，共沉淀法在痕量分析中是公認(rèn)的重要分離濃集手段沉淀分離手續(xù)的繁瑣，樣品消耗較大且易在操作中損失或沾污，在日常分析中的應(yīng)用有限由于強溶劑與試樣或載流界面形成的強折射效應(yīng)，在線分離技術(shù)與光度分析聯(lián)用時較困難沉淀分離的缺點在FI在線沉淀、共沉淀系統(tǒng)中得到了克服．但在線收集的沉淀需溶解后方能實現(xiàn)在線檢測6.4FI在線吸附分離與預(yù)濃集吸附分離：離子交換和分子吸附，易于實現(xiàn)連續(xù)流動化在FIA誕生不久，已有人開始研究1983年之后，在線預(yù)濃集與原子光譜分析聯(lián)用較多填充柱在流路中產(chǎn)生的額外背壓，對蠕動泵和其使用技巧都提出了更高的要求；洗脫被柱于濃集的待測物時，洗脫液與試樣或平衡液間的界面在光度檢測時會產(chǎn)生較強的折射效應(yīng)，因此在使用此類檢測器時會遇到困難不足之處6.5FI在線滲析系統(tǒng)6.5.1概論滲析分離的基礎(chǔ)是離子或分子從半透膜一側(cè)被相(供體相)轉(zhuǎn)入另一例液相(受體相)的遷移率之差，相轉(zhuǎn)移的動力為存在于兩相間的濃度梯度常用來去除試樣基體中的大分子干擾物．在線滲析應(yīng)用并不十分廣泛；與FI測定相比，滲析是一較緩慢的過程，如在線連接則滲析效率較低在線滲析滲析率一般小于15％，但重現(xiàn)性一般在1％-2％之間，采樣率也可達(dá)100樣，如對檢測靈敏度要求不高，則在線滲析仍能成為有效的分離手段6.6FI在線氣體擴散(液氣液)分離系統(tǒng)經(jīng)氣體擴散分離器的待測組分在受體溶液中可用分光光度、電化學(xué)、化學(xué)發(fā)光等多種不同方式檢測在FIA體系中，以在線氣體擴散法通過液-氣-液的相轉(zhuǎn)移途徑可以將一種液體介質(zhì)中的揮發(fā)性的待測物氣相分離后轉(zhuǎn)入另一種受體液相中，從而擺脫原介質(zhì)非揮發(fā)性基體的干擾待測物在原介質(zhì)中的存在形態(tài)不一定具有揮發(fā)性，但只要在適當(dāng)條件下可轉(zhuǎn)為具有揮發(fā)性即可用該法分離在酸化條件下可分離的有二氧化碳、氫化氰、二氧化硫等，在堿性條件下可分離的則主要是氨氣體擴散分離與檢測手段的結(jié)合往往又可以提供高選擇性、高靈敏度的分析方法6.6.1氣體擴散分離器結(jié)構(gòu)與在線滲析器類似僅允許通過氣體組分具備良好的機械強度具備良好的氣體穿透性性能穩(wěn)定,耐多種常用試劑腐蝕不易被堵塞6.6.2氣體擴散膜常使用多孔聚四氟乙烯(PTFE)或聚丙烯薄膜6.6.3FI氣體擴散分離流路6.6.3.1在線氣體擴散分離基本流路供體與受體溶液流速一般在0.5-1.5m1/min之間，二者相同可獲取最佳傳輸效率6.6.3.2在線氣體擴散預(yù)濃集流路供體溶液連續(xù)流動時受體溶液停止流動一段時間，可在受體溶液中取得一定的濃集效應(yīng)第七章流動注射分光光度分析7.1流動注射光度分析的靈敏度7.2加溫流動注射光度分析7.3流動注射光度分析的光學(xué)干擾效應(yīng)7.4不穩(wěn)定反應(yīng)的應(yīng)用7.5不穩(wěn)定試劑的應(yīng)用7.6流動注射動力學(xué)分光光度法7.7基于在線分離的流動注射光度分析方法7.8基于峰高測量的FI測定在熱力學(xué)非平衡條件下，在液流中重現(xiàn)地處理試樣或試劑區(qū)帶的定量流動分析技術(shù)FIA區(qū)別于其他分析技術(shù)的三個基本要素:試樣的注入高度重現(xiàn)的的時間控制受控制的分散,這是三者的核心.7.1FI分光光度分析的靈敏度對于那些因反應(yīng)時間不足產(chǎn)生的靈敏度降低問題，可以考慮增加反應(yīng)時間或停流FIA光度分析中，測定的靈敏度是兩個同時發(fā)生的動力學(xué)過程過程綜合作用的結(jié)果：試樣帶的物理分散過程和試樣與試劑之間的化學(xué)反應(yīng)．采用適當(dāng)?shù)拇胧┖?，除一些極慢速反應(yīng)外，很多在線光度反應(yīng)的靈敏度可以得到補償，使其至少接近手工法的水乎對于因試樣過度分散造成的待測組分不必要的稀釋，則可從流路系統(tǒng)本身加以解決7.2加溫FI分光光度分析(1)提高溫度的目的：提高化學(xué)反應(yīng)的速度；縮短分析時間如：硅鉬雜多藍(lán)法測定硅，室溫下顯色需要15min，沸水浴中僅30s提高檢測靈敏度如：用磷鉬藍(lán)反應(yīng)FI光度法測硅酸巖石中的硅，30℃條件下產(chǎn)物的吸光度為0.05A，60℃時吸光度可達(dá)0.35A提高溫度的方法：一般將反應(yīng)管道盤在圓柱形的金屬恒溫加熱器上，或?qū)⒎磻?yīng)管路浸入水浴或油浴中．對注入前的試樣一般不進(jìn)行加熱7.3FI分光光度分析的光學(xué)干擾效應(yīng)在試樣和載流（或試劑）拋物面形界面處因折射率差異在待測組分響應(yīng)信號的前部或尾部因光的聚散形成假峰而干擾正?；€的識別。Schlieren效應(yīng)：流動注射分光光度法中經(jīng)常遇到的由于液流折射率的差異導(dǎo)致的光學(xué)干擾；在間歇式的手工分析法和氣泡間隔連續(xù)流動分析中因進(jìn)入比色皿或流通池前試樣和試劑都混合均勻，不存在Schlieren效應(yīng)7.4不穩(wěn)定反應(yīng)的應(yīng)用問題的提出:傳統(tǒng)分析化學(xué)中要求試樣與試劑均勻混合并達(dá)到反應(yīng)平衡的穩(wěn)定狀態(tài)下進(jìn)行測定，如產(chǎn)物達(dá)到平衡之前分解或轉(zhuǎn)化的不穩(wěn)定反應(yīng)無法用于定量分析,而這種不穩(wěn)定反應(yīng)又很多，往往還有很高靈敏度或選擇性的定性反應(yīng)FIA測定體系中的測定結(jié)果的精度是建立在反應(yīng)時間與混合狀態(tài)高度重現(xiàn)的基礎(chǔ)上，即使反應(yīng)或試劑不穩(wěn)定,也可以得出不亞于穩(wěn)定反應(yīng)的測定結(jié)果,對拓寬定量分析化學(xué)反應(yīng)的范圍很有意義7.5不穩(wěn)定試劑的應(yīng)用利用FIA條件下的反應(yīng)快速、無需達(dá)到平衡狀態(tài)和反應(yīng)過程高度重現(xiàn)、及與實驗室環(huán)境隔絕的惰性反應(yīng)條件等特點，可以將在通常條件下難以利用的不穩(wěn)定試劑用于實際分析目的。不穩(wěn)定試劑應(yīng)用中比較重要的是強氧化劑和強還原劑的應(yīng)用。一些在空氣中不穩(wěn)定的氧化劑或還原劑在反應(yīng)器1中產(chǎn)生后立即在另一反應(yīng)器2中與待測組分進(jìn)行反應(yīng)。

7.6FI動力學(xué)分光光度法定義:利用結(jié)構(gòu)或性質(zhì)相似的兩個或多個組分與同一試劑反應(yīng)動力學(xué)的差異