流動(dòng)注射分析儀原理

1、流動(dòng)注射分析儀原理及流路,德林環(huán)保儀器 技術(shù)開發(fā)部 2007.11.1,,www.themegallery.com,Company Logo,Contents,www.themegallery.com,Company Logo,1.流動(dòng)注射分析概述,流動(dòng)注射分析(Flow Injection Analysis，F(xiàn)IA)是1974年丹麥化學(xué)家魯齊卡(Ruzicka J)和漢森(Hansen E H)提出的一種新型的連續(xù)流動(dòng)分析技術(shù)。這

2、種技術(shù)是把一定體積的試樣溶液注入到一個(gè)流動(dòng)著的，非空氣間隔的試劑溶液載流中，被注入的試樣溶液（或水）流入反應(yīng)盤管，形成一個(gè)區(qū)域，并與載流中的試劑混合、反應(yīng)，再進(jìn)入到流通檢測(cè)器進(jìn)行測(cè)定分析及記錄。,www.themegallery.com,Company Logo,流動(dòng)注射分析系統(tǒng)的組成,C，載流； P，恒流泵； S，試樣；V，注樣閥； D ，流通式檢測(cè)器,流動(dòng)注射分析實(shí)際上是一種管道化的連續(xù)流動(dòng)分析法。它主要包括試樣溶液注入

3、載流、試樣溶液與載流的混合和反應(yīng)(試樣的分散和反應(yīng))、試樣溶液隨載流恒速地流進(jìn)檢測(cè)器被檢測(cè)三個(gè)過程。,www.themegallery.com,Company Logo,流動(dòng)注射的特點(diǎn),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(dòng)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(dòng)連續(xù)分析。流動(dòng)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

4、、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(xù)自動(dòng)分析，避免了在操作中人為的差錯(cuò)。,www.themegallery.com,Company Logo,分析速度快、分析精密度高。由于反應(yīng)不需要達(dá)到平衡后測(cè)定，因而分析頻率很高。注射分析過程的各種條件可以得到較嚴(yán)格的控制，因此提高了分析的精密度，相對(duì)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(dòng)注射分析試樣

5、、試劑的用量，每次僅需數(shù)十微升至數(shù)百微升，節(jié)省了試劑，降低了費(fèi)用。FIA既可用于多種分析化學(xué)反應(yīng)，又可以采用多種檢測(cè)手段，還可以完成復(fù)雜的萃取分離、富集過程，因此擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍，可廣泛地應(yīng)用于藥物化學(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。,流動(dòng)注射的特點(diǎn),www.themegallery.com,Company Logo,,當(dāng)把一個(gè)試樣以塞狀注入到連續(xù)流動(dòng)的載流中的一瞬間，試樣沿著管道分布的輪廓呈長方形。載流推動(dòng)試樣帶向前

6、流動(dòng)。流體處于層流狀態(tài)，越靠近管壁的流層線流速越低，因而形成了拋物線形的截面。由于此對(duì)流過程與分子擴(kuò)散過程同時(shí)存在，試樣與載流之間逐漸相互滲透，試樣帶發(fā)生分散，即不斷被載流稀釋并沿著軸向變長。,進(jìn)樣時(shí)的試樣“塞”,擴(kuò)散并反應(yīng)后的樣品帶,www.themegallery.com,Company Logo,,試樣帶中心的濃度最大(Cmax)，由中心向兩側(cè)的濃度逐漸降低，,光源,光電傳感器,光電電壓,,檢測(cè)器,www.themegalle

7、ry.com,Company Logo,,待測(cè)物沿著管道的濃度輪廓逐漸發(fā)展為峰形，峰的寬度隨著流過的距離的延長而增大，峰高則越低。,www.themegallery.com,Company Logo,,在FIA中試樣與載流（試劑）的混合總是不會(huì)完全的，然而，對(duì)一個(gè)固定的實(shí)驗(yàn)裝置來說，只要流速不變，試樣在一定的留存時(shí)間的分散狀態(tài)都是高度重現(xiàn)的。這就是用FIA可以得到重現(xiàn)良好的分析結(jié)果的根據(jù)。 所以流動(dòng)注射分析的基礎(chǔ)是試樣注入、受控的分

8、散和準(zhǔn)確的流動(dòng)經(jīng)歷時(shí)間這三者的有機(jī)結(jié)合。,www.themegallery.com,Company Logo,朗伯-比爾（Lambert-Beer）定律,A－－吸光度；I0－－入射光強(qiáng)度；I－－透過光強(qiáng)度；T－－透光率，定義為T=I/I0；,比色分析的基本原理：溶液對(duì)光線的吸收與哪些因素有關(guān)呢？溶液的濃度C愈大，液層厚度b愈厚，則溶液對(duì)光線吸收的愈多。它們之間的關(guān)系有下式?jīng)Q定：,,a－－吸光系數(shù)；b－－為液層厚度；C－－為

9、溶液濃度；,www.themegallery.com,Company Logo,校正曲線,對(duì)于固定的流通式檢測(cè)器，由于液層厚度一定，因此吸光度A與樣品濃度成正比，在一定濃度范圍內(nèi)兩者又良好的線性。,www.themegallery.com,Company Logo,,超過一定濃度范圍，吸光度與樣品濃度將不成線性關(guān)系。若溶液的實(shí)際吸光度比理論值大，稱正偏離Beer定律；實(shí)際吸光度比理論值小，稱負(fù)偏離Beer定律。,ww

10、w.themegallery.com,Company Logo,影響FIA檢測(cè)結(jié)果的因素,注入的樣品體積載流的流速管道的長短管徑及構(gòu)型加熱器溫度系統(tǒng)壓力顯色劑濃度和注入量檢測(cè)波長及靈敏度,www.themegallery.com,Company Logo,流動(dòng)注射系統(tǒng)的設(shè)計(jì),,流路設(shè)計(jì),硬件支持,軟件控制,FIA系統(tǒng),www.themegallery.com,Company Logo,泵（陶瓷泵、注射泵、蠕動(dòng)泵）閥（電磁

11、閥、多通道流體切換閥）加熱器檢測(cè)器（流通池）,反應(yīng)的原理檢測(cè)原理流路的實(shí)現(xiàn),PLC編程,流動(dòng)注射系統(tǒng)的設(shè)計(jì),,,,,,,,,,,,,,,,,,流路設(shè)計(jì),硬件支持,軟件控制,www.themegallery.com,Company Logo,2. CODCr全自動(dòng)在線分析儀,對(duì)于工業(yè)廢水，我國規(guī)定用“重鉻酸鉀”法，其測(cè)得的值稱為化學(xué)需氧量（COD）。 COD是個(gè)條件試驗(yàn)方法，其的定義是指在一定條件下，用強(qiáng)氧化劑重

12、鉻酸鉀消解水樣時(shí)所消耗氧化劑的量，計(jì)算相對(duì)應(yīng)的耗氧量。 在該反應(yīng)條件下，不同的物質(zhì)有不同的氧化率。例如：鄰苯二甲酸氫鉀的氧化率為100%，葡萄糖為95.1%，可溶性淀粉為86.9%,苯為17.3%。,www.themegallery.com,Company Logo,測(cè)量原理,通過光電比色法測(cè)量流動(dòng)的載流液中的Cr6+ 對(duì)光的吸收值及測(cè)量載流液中被水樣消耗后剩余Cr6+ 對(duì)光的吸收值，經(jīng)比較計(jì)算求得COD的量， 測(cè)量

13、六價(jià)鉻比測(cè)量三價(jià)鉻的靈敏度要高24倍，可以準(zhǔn)確測(cè)量低濃度的樣品。,,,反應(yīng)前,反應(yīng)后,,www.themegallery.com,Company Logo,,紫外光透過流通池，當(dāng)未和樣品反應(yīng)的載流液通過流通池時(shí)， Cr6+含量最高，光的透過率最低，相應(yīng)的電壓值最低，此為基線，儀器的基線通常在200～350mV之間，當(dāng)載流液和樣品反應(yīng)的這一段通過流通池時(shí)，Cr6+被COD消耗掉一部分，濃度降低，光的透過率升高，相應(yīng)的光電壓值也升高，得到峰

14、值。,水樣區(qū)帶,載流液：硫酸＋重鉻酸鉀,反應(yīng)后的區(qū)帶,,,,,基線,峰值,www.themegallery.com,Company Logo,校正曲線,光電電壓反映透過光強(qiáng)度，通過對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換成吸光度A值：A＝Lg（峰值/基線）A值的高低和COD值的高低有很好的線性關(guān)系。,標(biāo)一濃度,標(biāo)二濃度,水樣濃度,吸光度,COD,www.themegallery.com,Company Logo,儀器流路圖（取樣態(tài)）,,,www.themegalle

15、ry.com,Company Logo,儀器流路圖（測(cè)量態(tài)）,,,,,,www.themegallery.com,Company Logo,3. 氨氮全自動(dòng)在線分析儀,所謂水溶液中的氨氮是以游離氨(或稱非離子氨，NH3)或離子氨(NH4+)形態(tài)存在的氮。氨氮分析儀通過氣、液轉(zhuǎn)換技術(shù)，樣品中的氨氮與NaOH釋放液混合產(chǎn)生氨氣，利用溴百里香粉蘭（BTB）顯色劑檢測(cè)氨氣的量，以測(cè)定樣品中氨氮的含量。,www.themegallery.co

16、m,Company Logo,氣液分離器,儀器的蠕動(dòng)泵輸送NaOH釋放液作載流液，注樣閥將水樣切換進(jìn)載流液。當(dāng)混合帶經(jīng)過氣液分離器的分離室時(shí)，釋放出樣品中的氨氣。氨氣透過氣液分離膜后被接受液（BTB酸堿指示劑溶液）接收并溶液顏色發(fā)生變化。,,,,,,www.themegallery.com,Company Logo,,經(jīng)過氨富集，顯色后的BTB接受液被輸送到比色計(jì)的流通池內(nèi)，測(cè)量其光電壓變化值，通過其峰高，可求得樣品中的NH3-N含

17、量。,,顯色區(qū)帶,www.themegallery.com,Company Logo,,www.themegallery.com,Company Logo,4. 總磷全自動(dòng)在線分析儀,原理儀器的陶瓷恒流泵輸送過硫酸鉀氧化消解液作載流液，另一陶瓷泵輸送樣品流，兩者匯流形成過硫酸鉀和水樣混合流，在高溫高壓下，水樣中的各種磷化合物消解轉(zhuǎn)變成正磷酸根離子(PO43-)，得到消解液。鉬酸銨和酒石酸銻氧鉀和消解液被注入閥定量切入載流液抗壞血酸中

18、，進(jìn)入顯色反應(yīng)管，在強(qiáng)酸性條件下，正磷酸根離子（PO43-）與鉬酸銨、酒石酸銻氧鉀反應(yīng)生成磷鉬雜多酸，再被抗壞血酸還原后生成藍(lán)色配合物（俗稱磷鉬藍(lán)）。流經(jīng)比色計(jì)的流通池內(nèi)，測(cè)量其光電壓變化值，通過其峰高，可求得樣品中的TP含量。,消解過程,顯色過程,www.themegallery.com,Company Logo,儀器流路圖,過硫酸鉀氧化消解液與水樣匯流混合，在高溫高壓下消解為正磷酸根離子(PO43-),,,PO43-與鉬酸銨

19、反應(yīng)生成磷鉬雜多酸，再被抗壞血酸還原后生成磷鉬藍(lán)。,,,,鉬酸銨,消解液,抗壞血酸（載流液）,磷鉬藍(lán),,www.themegallery.com,Company Logo,5. 高錳酸鹽指數(shù)在線分析儀,高錳酸鹽指數(shù)適用于飲用水、水源水和地面水的測(cè)定，反映水體中有機(jī)及無機(jī)還原性物質(zhì)，由消耗的高錳酸鉀量計(jì)算相當(dāng)?shù)暮难趿?。其化學(xué)反應(yīng)式如下： 4MnO4-+5C(有機(jī)物)+12H2O=4Mn2++5CO2+6H2O,,,,反應(yīng)前,反應(yīng)后