流動(dòng)注射分析課件

第十一章自動(dòng)分析技術(shù)自動(dòng)分析技術(shù)是以機(jī)械的方式模擬手工操作，完成分析過程中的取樣、樣品的預(yù)處理、試劑的配制和假設(shè)、保溫反響和監(jiān)測、器材清洗以及數(shù)據(jù)處理和報(bào)告等步驟，局部或全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。自動(dòng)分析技術(shù)的優(yōu)勢

快速每小時(shí)可分析120個(gè)樣品以上，大大節(jié)省手工操作時(shí)間精確全數(shù)字化電路，數(shù)據(jù)重現(xiàn)性好，可減少不同人員或不同時(shí)間人工分析所帶來的誤差方便樣品無需特殊處理。用戶只需將樣品放入樣品杯里，儀器即可自動(dòng)完成所有檢測和清洗，經(jīng)濟(jì)采用符合中國國家標(biāo)準(zhǔn)的分析方法，數(shù)據(jù)可靠省去大量實(shí)驗(yàn)室人工費(fèi)用和試劑費(fèi)用第一節(jié)概述自動(dòng)分析儀的分類儀器的自動(dòng)化程度全自動(dòng)分析儀；半自動(dòng)分析儀同時(shí)可檢測的工程單通道分析儀；多通道分析儀儀器程序的復(fù)雜程度及功能小型、中型、大型組合儀器反響裝置及機(jī)械設(shè)計(jì)原理連續(xù)流動(dòng)分析；程序分析；流動(dòng)注射分析第二節(jié)根本原理一、連續(xù)流動(dòng)分析〔一〕原理各待測樣品與試劑混合后的化學(xué)反響在同一管道流動(dòng)過程中完成。連續(xù)流動(dòng)分析法必須在完成化學(xué)反響后，即反響到達(dá)平衡是進(jìn)行測量，此時(shí)顯色處于穩(wěn)定區(qū)，故亦稱穩(wěn)定區(qū)分析?；€上升區(qū)穩(wěn)定區(qū)下降區(qū)基線t1t2在穩(wěn)定區(qū)，化學(xué)反響已處于平衡狀態(tài)，可進(jìn)行信號(hào)測定，其響應(yīng)信號(hào)為峰值，在固定反響條件下，峰值的上下決定于被測物的濃度。影響峰值的因素主要有：泵速、試劑濃度、反響時(shí)間、溫度、吸收池光徑、光源強(qiáng)度等〔二〕連續(xù)流動(dòng)分析儀特點(diǎn)：1、試樣與試劑通過比例泵聚集在同一管路中完成相應(yīng)的反響。2、整個(gè)檢測過程都是在不斷流動(dòng)中完成的，類似“自動(dòng)流水線〞。分類：空氣分段系統(tǒng)；非分段系統(tǒng)空氣間隔式連續(xù)流動(dòng)分析儀，其組成為：樣品盤、比例泵〔蠕動(dòng)泵〕、混合管、透析器、恒溫裝置、檢測系統(tǒng)、記錄系統(tǒng)等。二、流動(dòng)注射分析流動(dòng)注射分析是1974年由丹麥科學(xué)家Ruzicka和Hansen首次提出，并迅速開展起來的溶液自動(dòng)在線處理及測定的現(xiàn)代分析技術(shù)．流動(dòng)注射分光光度法、流動(dòng)注射原子光譜法、流動(dòng)注射電化學(xué)分析法、流動(dòng)注射酶分析法、流動(dòng)注射熒光及化學(xué)發(fā)光潔、流動(dòng)注射免疫分析法、流動(dòng)注射在線別離濃集、在線消解等操作方法和技術(shù)關(guān)鍵流動(dòng)注射分析是在物理和化學(xué)非平衡的動(dòng)態(tài)下進(jìn)行測定的一種分析方法。流動(dòng)注射分析的特點(diǎn)〔一〕優(yōu)點(diǎn)1、分析速度快；100～200試樣/小時(shí)2、精密度高，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在1％左右3、操作簡便；常用操作均在管道體系中自動(dòng)完成4、設(shè)備簡單；可用于常規(guī)儀器，也可自己組裝5、節(jié)省試樣和試劑；試樣量通常幾微升～幾十微升，試劑量也可減至幾十微升6、適應(yīng)性廣；可用于多種化學(xué)反響、多種檢測手段〔二〕缺點(diǎn)：靈活性差，較適合大批量樣品的少數(shù)工程的連續(xù)測定。流動(dòng)注射分析的一般流程從試樣注入FIA系統(tǒng)開始，到完成分析為止，試樣、試劑、在流之間經(jīng)歷著一個(gè)復(fù)雜的物理、化學(xué)過程，這一過程成為FIA綜合過程。它分為三個(gè)階段：1、基于載流、試樣和試劑三者間擴(kuò)散和對流的分散混合過程，即物理過程。2、試樣與試劑發(fā)生反響的過程，即化學(xué)反響動(dòng)力學(xué)過程。3、能量轉(zhuǎn)換過程物理過程——分散過程

“試樣塞〞的分子與載流之間發(fā)生的對流和分子擴(kuò)散FIA檢測器所響應(yīng)的峰型取決于對流與擴(kuò)散的綜合分散結(jié)果，其強(qiáng)弱取決于載流的速度、管徑、存留時(shí)間以及試樣和試劑分子的擴(kuò)散系數(shù)。FIA的關(guān)鍵就在于如何控制這種分散過程，使其恰好適于其某一分析方法的需要。為了說明FIA過程中的對流與擴(kuò)散的程度，提出分散度的概念。分散度〔Di〕——試樣帶在分散前濃度C0與試樣分散后通過檢測器所記錄的最大濃度Cmax之比。影響Di的主要因素是注入的試樣體積、管道長度與內(nèi)徑、載流速度。Di與流速和管長正比；與試樣體積成反比。Di越大，試樣帶被分散的程度越高。低分散系統(tǒng)〔1<Di<3〕——適用于迅速測定試樣溶液本身性質(zhì)。中分散系統(tǒng)〔3<Di<10〕——適用于試樣必須與試劑反響，使待測組分轉(zhuǎn)化為可被測定物質(zhì)。高分散系統(tǒng)〔10<Di〕——適用于流動(dòng)注射滴定分析和對高濃度樣品的稀釋測定。當(dāng)Di＝1時(shí)，表示試樣帶沒有被分散。當(dāng)Di＝1時(shí)，表示試樣帶被載流1：1的比例稀釋?；瘜W(xué)反響過程由于FIA無需混合分散和化學(xué)反響完全，因而很少研究化學(xué)反響本身而注重化學(xué)反響與檢測器響應(yīng)的關(guān)系。在FIA中物理混和與化學(xué)反響的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)是同時(shí)發(fā)生的。能量轉(zhuǎn)換過程通過檢測器完成最常用的是比色分析和離子選擇性電極例：流動(dòng)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(jìn)樣系統(tǒng)間歇地注入一個(gè)由泵推動(dòng)的密閉的連續(xù)流動(dòng)的載流中，載流由水及反響試劑(此例中為Hg(SCN)2、Fe3+)組成。剛注入的呈“塞〞狀分布的試樣溶液被載流帶入反響器并與試劑分散混合，發(fā)生化學(xué)反響生成可被檢測的物質(zhì)。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+反響形成紅色配合物，然后進(jìn)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(xiàn)性，取Cl－濃度為5～75ug/ml的七種試樣溶液，每種試樣溶液重復(fù)測定四次，28次測定共耗時(shí)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(shí)間只相隔30s(即S1和S2之間的時(shí)間差)，但前一試樣溶液在檢測器的流通池中殘留量小于1％。流動(dòng)注射分析儀組成流體驅(qū)動(dòng)單元〔推進(jìn)系統(tǒng)〕、進(jìn)樣閥〔注射系統(tǒng)〕、混合反響管路〔管道系統(tǒng)、反響系統(tǒng)〕、檢測器和記錄儀〔檢測記錄系統(tǒng)〕。流體驅(qū)動(dòng)單元〔推進(jìn)系統(tǒng)〕流體驅(qū)動(dòng)裝置現(xiàn)普遍采用蠕動(dòng)泵，其功能是提供假設(shè)干通道穩(wěn)定而具有一定流量的液體流，是FIA的心臟部位。蠕動(dòng)泵由泵頭、壓蓋、調(diào)壓體、泵管、驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成。根據(jù)泵管數(shù)量，蠕動(dòng)泵可分為單道和多道蠕動(dòng)泵。泵管大多采用Tygon塑料制成，可輸送水、稀酸、稀堿溶液等；Acid-flex材料的泵管可用于輸送濃酸和有機(jī)溶劑。進(jìn)樣閥〔注射系統(tǒng)〕試樣的注入是FIA的重要操作，應(yīng)滿足以下要求：注入的試樣應(yīng)當(dāng)“嵌入〞載流，形成完整的試樣帶。注入試樣量重現(xiàn)性好。注入裝置的死體積小注入試樣時(shí)，應(yīng)對載流的流動(dòng)狀態(tài)沒有太大的擾動(dòng)。目前廣泛使用旋轉(zhuǎn)進(jìn)樣閥注入試樣，較為通用的是十六孔八通道閥，其功能也從簡單的采樣與注樣開展為各種流路的轉(zhuǎn)換?；旌戏错懝苈贰补艿老到y(tǒng)、反響系統(tǒng)〕目前在分析中使用的管式反響器主要有：直管反響器——適用低分散系統(tǒng)盤式反響器——為目前常用的一種反響器，它可到達(dá)較高的進(jìn)樣頻率和較高的靈敏度三維轉(zhuǎn)向反響器——在減小軸向分散及增強(qiáng)徑向混合混合方面具有優(yōu)越性，且制作簡單，有可能取代盤式反響器成為主要類型。單珠串反響器——在管內(nèi)，填充顆粒直徑約為管子直徑60～80％的大粒填料，因此極易得到規(guī)那么的填充結(jié)構(gòu)。這種反響器的展寬程度比空管式小10倍，進(jìn)樣頻率高。反響器內(nèi)徑約0.5mm左右。單珠串反響器中的載流流動(dòng)阻力大，仍可采用普通蠕動(dòng)泵作載流動(dòng)力。高效、靈敏、快速檢測器和記錄儀〔檢測記錄系統(tǒng)〕對于檢測器的一般要求是噪音低、線性寬、響應(yīng)快、靈敏度高最常用的是比色分析和離子選擇性電極FIA與HPLC的比較相同點(diǎn)裝置——泵、進(jìn)樣器、檢測器、記錄儀考慮問題——流速、試樣體積、檢測記錄裝置FIA與HPLC的比較不同點(diǎn)原理不同HPLC的別離是基于不同組分在兩相間的分配、吸附、離子交換等差異，使不同組分有不同的遷移速度。FIA對于試樣不需別離，也不需到達(dá)化學(xué)平衡。FIA與HPLC的比較不同點(diǎn)目的不同HPLC是在最短時(shí)間內(nèi)充分分辨出試樣有多少組分，因此在試樣未進(jìn)入檢測器前不希望譜帶變寬。FIA是用最短時(shí)間、最少試樣和試劑來分析樣品的含量，所以重點(diǎn)是控制試樣帶的分散過程，恰好適合某一檢測方法相關(guān)的化學(xué)反響過程。流動(dòng)注射分析應(yīng)用非常廣泛，它與許多檢測技術(shù)及別離富集技術(shù)結(jié)合，已用于數(shù)百種有機(jī)或無機(jī)的分析，以及一些根本物理化學(xué)常數(shù)的測定。在環(huán)境、臨床、醫(yī)學(xué)、農(nóng)林、冶金地質(zhì)、工業(yè)過程監(jiān)測、生物化學(xué)、食品等許多領(lǐng)域中都得到廣泛的應(yīng)用，特別是環(huán)境科學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)這兩方面應(yīng)用更多。流動(dòng)注射分析應(yīng)用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(xì)管玻璃電極以測定PH值，隨之再流經(jīng)Ca2+選擇電極，測得pCa值。假設(shè)借助于固定化葡萄糖氧化酶柱和安培法，就可以間接測定血清中葡萄糖含量。葡萄糖流經(jīng)酶柱時(shí)發(fā)生以下反響：生成的H2O2用Pt電極即可以進(jìn)行安培法檢測，也可以采用三管路流動(dòng)注射分析法，各管路試劑分別為脲酶、次氯酸及苯酚溶液。脲先經(jīng)酶降解生成NH3，再被次氯酸氧化成氯胺，然后與酚反響生成靛酚藍(lán)，在620nm處進(jìn)行分光光度測定，檢測限達(dá)2mmol/L。還可以利用毛細(xì)管玻璃電極進(jìn)行電位法測量，由PH值改變來間接定量脲含量：將流動(dòng)注射分析技術(shù)與原子吸收