第十一章流动注射分析课件.ppt

1、第十一章第十一章 自动分析技术自动分析技术 自动分析技术是以机械的方式模拟手自动分析技术是以机械的方式模拟手工操作，完成分析过程中的取样、样品的工操作，完成分析过程中的取样、样品的预处理、试剂的配制和假如、保温反应和预处理、试剂的配制和假如、保温反应和监测、器材清洗以及数据处理和报告等步监测、器材清洗以及数据处理和报告等步骤，部分或全部实现自动化。骤，部分或全部实现自动化。自动分析技术的优势自动分析技术的优势 快快 速每小时可分析速每小时可分析120个样品以上，大大个样品以上，大大节省手工操作时间节省手工操作时间精精 确全数字化电路，数据重现性好，可减确全数字化电路，数据重现性好，可减少不同人

2、员或不同时间人工分析所带来的误差少不同人员或不同时间人工分析所带来的误差方方 便样品无需特殊处理。用户只需将样品便样品无需特殊处理。用户只需将样品放入样品杯里，仪器即可自动完成所有检测和清放入样品杯里，仪器即可自动完成所有检测和清洗，洗，经经 济采用符合中国国家标准的分析方法，济采用符合中国国家标准的分析方法，数据可靠省去大量实验室人工费用和试剂费用数据可靠省去大量实验室人工费用和试剂费用第一节第一节 概述概述自动分析仪的分类自动分析仪的分类n仪器的自动化程度仪器的自动化程度 全自动分析仪；半自动分析仪全自动分析仪；半自动分析仪n同时可检测的项目同时可检测的项目 单通道分析仪；多通道分析仪单通

3、道分析仪；多通道分析仪n仪器程序的复杂程度及功能仪器程序的复杂程度及功能 小型、中型、大型组合小型、中型、大型组合n仪器反应装置及机械设计原理仪器反应装置及机械设计原理 连续流动分析；程序分析；流动注射分析连续流动分析；程序分析；流动注射分析第二节第二节 基本原理基本原理一、连续流动分析一、连续流动分析（一）原理（一）原理 各待测样品与试剂混合后的化学反应在同一管各待测样品与试剂混合后的化学反应在同一管道流动过程中完成。道流动过程中完成。连续流动分析法必须在完成化学反应后，连续流动分析法必须在完成化学反应后，即反应达到平衡是进行测量，此时显色处即反应达到平衡是进行测量，此时显色处于稳定区，故亦

4、称于稳定区，故亦称稳定区分析稳定区分析。基线上升区稳定区下降区基线t1t2 在稳定区，化学反应已处于平衡状态，可进行信号测在稳定区，化学反应已处于平衡状态，可进行信号测定，其响应信号为峰值，在固定反应条件下，峰值的高低定，其响应信号为峰值，在固定反应条件下，峰值的高低决定于被测物的浓度。决定于被测物的浓度。mVt 影响峰值的因素主要有：泵速、试剂浓度、反应影响峰值的因素主要有：泵速、试剂浓度、反应时间、温度、吸收池光径、光源强度等时间、温度、吸收池光径、光源强度等（二）连续流动分析仪（二）连续流动分析仪特点：特点：1、试样与试剂通过比例泵汇集在同一管、试样与试剂通过比例泵汇集在同一管路中完成相

5、应的反应。路中完成相应的反应。2、整个检测过程都是在不断流动中完成、整个检测过程都是在不断流动中完成的，类似的，类似“自动流水线自动流水线”。分类：空气分段系统；非分段系统分类：空气分段系统；非分段系统 空气间隔式连续流动分析仪，其组成为：样品盘、空气间隔式连续流动分析仪，其组成为：样品盘、比例泵（蠕动泵）、混合管、透析器、恒温装置、检测比例泵（蠕动泵）、混合管、透析器、恒温装置、检测系统、记录系统等。系统、记录系统等。二、二、流动注射分析流动注射分析 流动注射分析是流动注射分析是1974年由丹麦科学家年由丹麦科学家Ruzicka 和和Hansen首次提出，并迅速发展起来的溶液自动在首次提出，

6、并迅速发展起来的溶液自动在线处理及测定的现代分析技术线处理及测定的现代分析技术 流动注射分光光度法、流动注射原子光谱法、流动注射分光光度法、流动注射原子光谱法、流动注射电化学分析法、流动注射酶分析法、流动流动注射电化学分析法、流动注射酶分析法、流动注射荧光及化学发光洁、流动注射免疫分析法、流注射荧光及化学发光洁、流动注射免疫分析法、流动注射在线分离浓集、在线消解等操作方法和技术动注射在线分离浓集、在线消解等操作方法和技术关键关键 流动注射分析是在物理和化学非平衡的动态下进流动注射分析是在物理和化学非平衡的动态下进行测定的一种分析方法。行测定的一种分析方法。流动注射分析的特点流动注射分析的特点（

7、一）优点（一）优点1、分析速度快；、分析速度快；100200试样试样/小时小时2、精密度高，相对标准偏差在、精密度高，相对标准偏差在1左右左右3、操作简便；常用操作均在管道体系中自动完成、操作简便；常用操作均在管道体系中自动完成4、设备简单；可用于常规仪器，也可自己组装、设备简单；可用于常规仪器，也可自己组装5、节省试样和试剂；试样量通常几微升几十微升，、节省试样和试剂；试样量通常几微升几十微升，试剂量也可减至几十微升试剂量也可减至几十微升6、适应性广；可用于多种化学反应、多种检测手段、适应性广；可用于多种化学反应、多种检测手段（二）缺点：（二）缺点：灵活性差，较适合大批量样品的少数项灵活性差

8、，较适合大批量样品的少数项目的连续测定。目的连续测定。流动流动注射注射分析分析的一的一般流般流程程D2030sS试样试剂R泵反应管道T留存时间吸光度AtS试样废液峰高H响应 从试样注入从试样注入FIA系统开始，到完成分析系统开始，到完成分析为止，试样、试剂、在流之间经历着一个复为止，试样、试剂、在流之间经历着一个复杂的物理、化学过程，这一过程成为杂的物理、化学过程，这一过程成为FIA综综合过程。它分为三个阶段：合过程。它分为三个阶段：1、基于载流、试样和试剂三者间扩散和对流的分、基于载流、试样和试剂三者间扩散和对流的分散混合过程，即物理过程。散混合过程，即物理过程。2、试样与试剂发生反应的过程

9、，即化学反应动力、试样与试剂发生反应的过程，即化学反应动力学过程。学过程。3、能量转换过程、能量转换过程物理过程物理过程分散过程分散过程“试样塞试样塞”的分子与载流之间发生的对流和分子扩散的分子与载流之间发生的对流和分子扩散试样塞对流中心流速是平均流速的2倍经过检测器时，将导致试样间的交叉污染径向扩散，可有效的控制对流分子扩散 FIA检测器所响应的峰型取决于对流与扩散检测器所响应的峰型取决于对流与扩散的综合分散结果，其强弱取决于载流的速度、管的综合分散结果，其强弱取决于载流的速度、管径、存留时间以及试样和试剂分子的扩散系数。径、存留时间以及试样和试剂分子的扩散系数。FIA的关键就在于如何控制这

10、种分散过程，的关键就在于如何控制这种分散过程，使其恰好适于其某一分析方法的需要。使其恰好适于其某一分析方法的需要。为了说明为了说明FIA过程中的对流与扩散的程度，过程中的对流与扩散的程度，提出提出分散度分散度的概念。的概念。分散度（分散度（Di）试样带在分散前浓试样带在分散前浓度度C0与试样分散后通过检测器所记录的最大浓与试样分散后通过检测器所记录的最大浓度度Cmax之比。之比。max201max0HkHkccDi影响影响Di的主要因素是注入的试样体积、管道长度的主要因素是注入的试样体积、管道长度与内径、载流速度。与内径、载流速度。Di与流速和管长正比；与试与流速和管长正比；与试样体积成反比。

11、样体积成反比。Di越大，试样带被分散的程度越高。越大，试样带被分散的程度越高。低分散系统（低分散系统（1Di3）适用于迅速测适用于迅速测定试样溶液本身性质。定试样溶液本身性质。中分散系统（中分散系统（3Di10）适用于试样适用于试样必须与试剂反应，使待测组分转化为可被测定物必须与试剂反应，使待测组分转化为可被测定物质。质。高分散系统（高分散系统（10Di）适用于流动注适用于流动注射滴定分析和对高浓度样品的稀释测定。射滴定分析和对高浓度样品的稀释测定。当当Di1时，表示试样带没有被分散。时，表示试样带没有被分散。当当Di1时，表示试样带被载流时，表示试样带被载流1：1的比例稀释。的比例稀释。化学

12、反应过程化学反应过程n由于由于FIA无需混合分散和化学反应完全，因而无需混合分散和化学反应完全，因而很少研究化学反应本身而注重化学反应与检测很少研究化学反应本身而注重化学反应与检测器响应的关系。器响应的关系。n在在FIA中物理混和与化学反应的动力学性质是中物理混和与化学反应的动力学性质是同时发生的。同时发生的。能量转换过程能量转换过程n通过检测器完成通过检测器完成n最常用的是比色分析和离子选择性电最常用的是比色分析和离子选择性电极极 例：流动注射吸光光度法测定氯离子的流程图例：流动注射吸光光度法测定氯离子的流程图及光度扫描曲线。将一定体积的试样溶液及光度扫描曲线。将一定体积的试样溶液(含含Cl

13、的的试液试液)通过进样系统间歇地注入一个由泵推动的密通过进样系统间歇地注入一个由泵推动的密闭的连续流动的载流中，载流由水及反应试剂闭的连续流动的载流中，载流由水及反应试剂(此此例中为例中为Hg(SCN)2、Fe3+)组成。刚注入的呈组成。刚注入的呈“塞塞”状分布的试样溶液被载流带入反应器并与试剂分散状分布的试样溶液被载流带入反应器并与试剂分散混合，发生化学反应生成可被检测的物质。在本例混合，发生化学反应生成可被检测的物质。在本例中，由于中，由于Cl地存在，它从地存在，它从Hg(SCN)2夺出夺出Hg2+而而释放出释放出SCN，SCN与与Fe3+反应形成红色配合物，反应形成红色配合物，然后进入流

14、通检测器，在然后进入流通检测器，在480nm波长处测定配合波长处测定配合物的吸光度。物的吸光度。为考察方法的重现性，取为考察方法的重现性，取Cl浓度为浓度为575ug/ml的七种试样溶液，每种试样溶液重复的七种试样溶液，每种试样溶液重复测定四次，测定四次，28次测定共耗时次测定共耗时23min，如，如图图17.32b。而图。而图17.29c中中R30 和和R75分别为分别为30和和75ug/ml浓度的试样溶液的快速扫描曲浓度的试样溶液的快速扫描曲线。虽然两次注样时间只相隔线。虽然两次注样时间只相隔30s(即即S1和和S2之间的时间差之间的时间差)，但前一试样溶液在检测器的，但前一试样溶液在检测

15、器的流通池中残留量小于流通池中残留量小于1。流动注射分析仪流动注射分析仪n组成组成 流体驱动单元（推进系统）、进样阀流体驱动单元（推进系统）、进样阀（注射系统）、混合反应管路（管道系（注射系统）、混合反应管路（管道系统、反应系统）、检测器和记录仪（检统、反应系统）、检测器和记录仪（检测记录系统）。测记录系统）。流体驱动单元（推进系统）流体驱动单元（推进系统）n流体驱动装置现普遍采用蠕动泵，其功能是提供若流体驱动装置现普遍采用蠕动泵，其功能是提供若干通道稳定而具有一定流量的液体流，是干通道稳定而具有一定流量的液体流，是FIA的心的心脏部位。脏部位。n蠕动泵由泵头、压盖、调压体、泵管、驱动电机组蠕

16、动泵由泵头、压盖、调压体、泵管、驱动电机组成。成。n根据泵管数量，蠕动泵可分为单道和多道蠕动泵。根据泵管数量，蠕动泵可分为单道和多道蠕动泵。n泵管大多采用泵管大多采用Tygon塑料制成，可输送水、稀酸、塑料制成，可输送水、稀酸、稀碱溶液等；稀碱溶液等；Acid-flex材料的泵管可用于输送浓酸材料的泵管可用于输送浓酸和有机溶剂。和有机溶剂。进样阀（注射系统）进样阀（注射系统）试样的注入是试样的注入是FIA的重要操作，应满足以下的重要操作，应满足以下要求：要求：n注入的试样应当注入的试样应当“嵌入嵌入”载流，形成完整载流，形成完整的试样带。的试样带。n注入试样量重现性好。注入试样量重现性好。n注

17、入装置的死体积小注入装置的死体积小n注入试样时，应对载流的流动状态没有太注入试样时，应对载流的流动状态没有太大的扰动。大的扰动。目前广泛使用旋转进样阀注入试样，较为通用的是目前广泛使用旋转进样阀注入试样，较为通用的是十六孔八通道阀，其功能也从简单的采样与注样发展为各十六孔八通道阀，其功能也从简单的采样与注样发展为各种流路的转换。种流路的转换。混合反应管路（管道系统、反应系统）混合反应管路（管道系统、反应系统）目前在分析中使用的管式反应器主要有：目前在分析中使用的管式反应器主要有：n直管反应器直管反应器适用低分散系统适用低分散系统n盘式反应器盘式反应器为目前常用的一种反应为目前常用的一种反应器，

18、它可达到较高的进样频率和较高的器，它可达到较高的进样频率和较高的灵敏度灵敏度n三维转向反应器三维转向反应器在减小轴向分散及增强径向在减小轴向分散及增强径向混合混合方面具有优越性，且制作简单，有可能混合混合方面具有优越性，且制作简单，有可能取代盘式反应器成为主要类型。取代盘式反应器成为主要类型。n单珠串反应器单珠串反应器在管内，填充颗粒直径约为管在管内，填充颗粒直径约为管子直径子直径6080的大粒填料，因此极易得到规的大粒填料，因此极易得到规则的填充结构。这种反应器的展宽程度比空管式则的填充结构。这种反应器的展宽程度比空管式小小10倍，进样频率高。反应器内径约倍，进样频率高。反应器内径约0.5m

19、m左左右。单珠串反应器中的载流流动阻力大，仍可采右。单珠串反应器中的载流流动阻力大，仍可采用普通蠕动泵作载流动力。高效、灵敏、快速用普通蠕动泵作载流动力。高效、灵敏、快速检测器和记录仪（检测记录系统）检测器和记录仪（检测记录系统）n对于检测器的一般要求是噪音低、线性对于检测器的一般要求是噪音低、线性宽、响应快、灵敏度高宽、响应快、灵敏度高n最常用的是比色分析和离子选择性电极最常用的是比色分析和离子选择性电极FIA与与HPLC的比较的比较相同点相同点n装置装置泵、进样器、检测器、记录仪泵、进样器、检测器、记录仪n考虑问题考虑问题流速、试样体积、检测记流速、试样体积、检测记录装置录装置FIA与与H

20、PLC的比较的比较不同点不同点 原理不同原理不同nHPLC的分离是基于不同组分在两相间的分的分离是基于不同组分在两相间的分配、吸附、离子交换等差异，使不同组分有配、吸附、离子交换等差异，使不同组分有不同的迁移速度。不同的迁移速度。nFIA对于试样不需分离，也不需达到化学平对于试样不需分离，也不需达到化学平衡。衡。FIA与与HPLC的比较的比较不同点不同点 目的不同目的不同nHPLC是在最短时间内充分分辨出试样有多是在最短时间内充分分辨出试样有多少组分，因此在试样未进入检测器前不希望少组分，因此在试样未进入检测器前不希望谱带变宽。谱带变宽。nFIA是用最短时间、最少试样和试剂来分析是用最短时间、

21、最少试样和试剂来分析样品的含量，所以重点是控制试样带的分散样品的含量，所以重点是控制试样带的分散过程，恰好适合某一检测方法相关的化学反过程，恰好适合某一检测方法相关的化学反应过程。应过程。流动注射分析应用非常广泛，它与许多检流动注射分析应用非常广泛，它与许多检测技术及分离富集技术结合，已用于数百种有测技术及分离富集技术结合，已用于数百种有机或无机的分析，以及一些基本物理化学常数机或无机的分析，以及一些基本物理化学常数的测定。在环境、临床、医学、农林、冶金地的测定。在环境、临床、医学、农林、冶金地质、工业过程监测、生物化学、食品等许多领质、工业过程监测、生物化学、食品等许多领域中都得到广泛的应用

22、，特别是环境科学和临域中都得到广泛的应用，特别是环境科学和临床医学这两方面应用更多。床医学这两方面应用更多。流动注射分析应用流动注射分析应用血清中某些组份的测定血清中某些组份的测定 为了测定血清中的为了测定血清中的Ca2+离子含量及离子含量及PH值，值，可将血清样品注入载流中，可将血清样品注入载流中，“样品塞样品塞”首先通过首先通过毛细管玻璃电极以测定毛细管玻璃电极以测定PH值，随之再流经值，随之再流经Ca2+选择电极，测得选择电极，测得pCa值。若借助于固定化葡萄糖值。若借助于固定化葡萄糖氧化酶柱和安培法，就可以间接测定血清中葡萄氧化酶柱和安培法，就可以间接测定血清中葡萄糖含量。葡萄糖流经酶

23、柱时发生以下反应：糖含量。葡萄糖流经酶柱时发生以下反应：生成的生成的H2O2用用Pt电极即可以进行安培法检测，电极即可以进行安培法检测，也可以采用三管路流动注射分析法，各管路试剂也可以采用三管路流动注射分析法，各管路试剂分别为脲酶、次氯酸及苯酚溶液。脲先经酶降解分别为脲酶、次氯酸及苯酚溶液。脲先经酶降解生成生成NH3，再被次氯酸氧化成氯胺，然后与酚反，再被次氯酸氧化成氯胺，然后与酚反应生成靛酚蓝，在应生成靛酚蓝，在620nm处进行分光光度测定，处进行分光光度测定，检测限达检测限达2mmol/L。还可以利用毛细管玻璃电极。还可以利用毛细管玻璃电极进行电位法测量，由进行电位法测量，由PH值改变来间

24、接定量脲含量：值改变来间接定量脲含量：将流动注射分析技术与原子吸收光谱法结合将流动注射分析技术与原子吸收光谱法结合来测定接受锂治疗的病人血清中的锂含量。流动来测定接受锂治疗的病人血清中的锂含量。流动注射分析法也可以与电感耦合等离子体发射光谱注射分析法也可以与电感耦合等离子体发射光谱法联用。将流动注射分析法与荧光光度法相结合，法联用。将流动注射分析法与荧光光度法相结合，大大提高分析灵敏度。大大提高分析灵敏度。【流动注射分析法参考书】：【流动注射分析法参考书】：1 李永生，承慰才。流动注射分析。北京大学出版社。李永生，承慰才。流动注射分析。北京大学出版社。1986年。年。2 陈国树。环境分析化学。江西科学出版社。陈国树。环境分析化学。江西科学出版社。1988年。年。3 有色金属工业分析丛书编委会。现代分析化学基础。冶有色金属工业分析丛书编委会。现代分析化学基础。冶金工业出版社金工业出版社