]流动注射分析仪原理

LOGO流动注射分析仪原理及流路德林环保仪器技术开发部2007.11.1流动注射分析概述流动注射分析(FlowInjectionAnalysis，FIA)是1974年丹麦化学家鲁齐卡(RuzickaJ)和汉森(HansenEH)提出的一种新型的连续流动分析技术。这种技术是把一定体积的试样溶液注入到一个流动着的，非空气间隔的试剂溶液载流中，被注入的试样溶液（或水）流入反应盘管，形成一个区域，并与载流中的试剂混合、反应，再进入到流通检测器进行测定分析及记录。流动注射分析系统的组成C，载流；P，恒流泵；S，试样；V，注样阀；D，流通式检测器流动注射分析实际上是一种管道化的连续流动分析法。它主要包括试样溶液注入载流、试样溶液与载流的混合和反应(试样的分散和反应)、试样溶液随载流恒速地流进检测器被检测三个过程。流动注射的特点所需仪器设备结构较简单、紧凑。特别是集成或微管道系统的出现，致使流动注射技术朝微型跨进一大步。采用的管道多数是由聚乙烯、聚四氟乙烯等材料制成的，具有良好的耐腐蚀性能。操作简便、易于自动连续分析。流动注射技术把吸光分析法、荧光分析法、原子吸收分光光度法、比浊法和离子选择电极分析法等分析流程管道化，除去了原来分析中大量而繁琐的手工操作，并由间歇式流程过渡到连续自动分析，避免了在操作中人为的差错。分析速度快、分析精密度高。由于反应不需要达到平衡后测定，因而分析频率很高。注射分析过程的各种条件可以得到较严格的控制，因此提高了分析的精密度，相对标准偏差一般可达1％以内。试剂、试样用量少，适用性较广。流动注射分析试样、试剂的用量，每次仅需数十微升至数百微升，节省了试剂，降低了费用。FIA既可用于多种分析化学反应，又可以采用多种检测手段，还可以完成复杂的萃取分离、富集过程，因此扩大了其应用范围，可广泛地应用于药物化学、农业化学、食品分析、冶金分析和环境分析等领域。流动注射的特点当把一个试样以塞状注入到连续流动的载流中的一瞬间，试样沿着管道分布的轮廓呈长方形。载流推动试样带向前流动。流体处于层流状态，越靠近管壁的流层线流速越低，因而形成了抛物线形的截面。由于此对流过程与分子扩散过程同时存在，试样与载流之间逐渐相互渗透，试样带发生分散，即不断被载流稀释并沿着轴向变长。进样时的试样“塞”扩散并反应后的样品带试样带中心的浓度最大(Cmax)，由中心向两侧的浓度逐渐降低，光源光电传感器光电电压检测器待测物沿着管道的浓度轮廓逐渐发展为峰形，峰的宽度随着流过的距离的延长而增大，峰高则越低。在FIA中试样与载流（试剂）的混合总是不会完全的，然而，对一个固定的实验装置来说，只要流速不变，试样在一定的留存时间的分散状态都是高度重现的。这就是用FIA可以得到重现良好的分析结果的根据。所以流动注射分析的基础是试样注入、受控的分散和准确的流动经历时间这三者的有机结合。朗伯-比尔（Lambert-Beer）定律A－－吸光度；I0－－入射光强度；I－－透过光强度；T－－透光率，定义为T=I/I0；比色分析的基本原理：溶液对光线的吸收与哪些因素有关呢？溶液的浓度C愈大，液层厚度b愈厚，则溶液对光线吸收的愈多。它们之间的关系有下式决定：a－－吸光系数；b－－为液层厚度；C－－为溶液浓度；校正曲线对于固定的流通式检测器，由于液层厚度一定，因此吸光度A与样品浓度成正比，在一定浓度范围内两者又良好的线性。超过一定浓度范围，吸光度与样品浓度将不成线性关系。若溶液的实际吸光度比理论值大，称正偏离Beer定律；实际吸光度比理论值小，称负偏离Beer定律。检测结果的因素注入的样品体积载流的流速管道的长短管径及构型加热器温度系统压力显色剂浓度和注入量检测波长及灵敏度泵（陶瓷泵、注射泵、蠕动泵）阀（电磁阀、多通道流体切换阀）加热器检测器（流通池）反应的原理检测原理流路的实现PLC编程流动注射系统的设计流路设计硬件支持软件控制全自动在线分析仪对于工业废水，我国规定用“重铬酸钾”法，其测得的值称为化学需氧量（COD）。COD是个条件试验方法，其的定义是指在一定条件下，用强氧化剂重铬酸钾消解水样时所消耗氧化剂的量，计算相对应的耗氧量。在该反应条件下，不同的物质有不同的氧化率。例如：邻苯二甲酸氢钾的氧化率为100%，葡萄糖为95.1%，可溶性淀粉为86.9%,苯为17.3%。测量原理通过光电比色法测量流动的载流液中的Cr6+对光的吸收值及测量载流液中被水样消耗后剩余Cr6+对光的吸收值，经比较计算求得COD的量，测量六价铬比测量三价铬的灵敏度要高24倍，可以准确测量低浓度的样品。VEOHCreHOCr33.172614023272反应前反应后紫外光透过流通池，当未和样品反应的载流液通过流通池时，Cr6+含量最高，光的透过率最低，相应的电压值最低，此为基线，仪器的基线通常在200～350mV之间，当载流液和样品反应的这一段通过流通池时，Cr6+被COD消耗掉一部分，浓度降低，光的透过率升高，相应的光电压值也升高，得到峰值。水样区带载流液：硫酸＋重铬酸钾反应后的区带基线峰值校正曲线光电电压反映透过光强度，通过对数转换成吸光度A值：A＝Lg（峰值/基线）A值的高低和COD值的高低有很好的线性关系。标一浓度标二浓度水样浓度吸光度COD仪器流路图（取样态）仪器流路图（测量态）氨氮全自动在线分析仪所谓水溶液中的氨氮是以游离氨(或称非离子氨，NH3)或离子氨(NH4+)形态存在的氮。氨氮分析仪通过气、液转换技术，样品中的氨氮与NaOH释放液混合产生氨气，利用溴百里香粉兰（BTB）显色剂检测氨气的量，以测定样品中氨氮的含量。气液分离器仪器的蠕动泵输送NaOH释放液作载流液，注样阀将水样切换进载流液。当混合带经过气液分离器的分离室时，释放出样品中的氨气。氨气透过气液分离膜后被接受液（BTB酸碱指示剂溶液）接收并溶液颜色发生变化。经过氨富集，显色后的BTB接受液被输送到比色计的流通池内，测量其光电压变化值，通过其峰高，可求得样品中的NH3-N含量。显色区带总磷全自动在线分析仪原理仪器的陶瓷恒流泵输送过硫酸钾氧化消解液作载流液，另一陶瓷泵输送样品流，两者汇流形成过硫酸钾和水样混合流，在高温高压下，水样中的各种磷化合物消解转变成正磷酸根离子(PO43-)，得到消解液。钼酸铵和酒石酸锑氧钾和消解液被注入阀定量切入载流液抗坏血酸中，进入显色反应管，在强酸性条件下，正磷酸根离子（PO43-）与钼酸铵、酒石酸锑氧钾反应生成磷钼杂多酸，再被抗坏血酸还原后生成蓝色配合物（俗称磷钼蓝）。流经比色计的流通池内，测量其光电压变化值，通过其峰高，可求得样品中的TP含量。消解过程显色过程仪器流路图过硫酸钾氧化消解液与水样汇流混合，在高温高压下消解为正磷酸根离子(PO43-)PO43-与钼酸铵反应生成磷钼杂多酸，再被抗坏血酸还原后生成磷钼蓝。钼酸铵消解液抗坏血酸（载流液）磷钼蓝高锰酸盐指数在线分析仪高锰酸盐指数适用于饮用水、水源水和地面水的测定，反映水体中有机及无机还原性物质，由消耗的高锰酸钾量计算相当的耗氧量。其化学反应式如下：4MnO4-+5C(有机物)+12H2O=4Mn2++5CO2+6H2O反应前反应后