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第十一章自动分析技术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骤，部分或全部实现自动化。自动分析技术的优势快速每小时可分析120个样品以上，大大节省手工操作时间精确全数字化电路，数据重现性好，可减少不同人员或不同时间人工分析所带来的误差方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洗，经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第一节概述自动分析仪的分类仪器的自动化程度全自动分析仪；半自动分析仪同时可检测的项目单通道分析仪；多通道分析仪仪器程序的复杂程度及功能小型、中型、大型组合仪器反应装置及机械设计原理连续流动分析；程序分析；流动注射分析第二节基本原理一、连续流动分析（一）原理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。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，此时显色处于稳定区，故亦称稳定区分析。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。mVt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（二）连续流动分析仪特点：1、试样与试剂通过比例泵汇集在同一管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的，类似“自动流水线”。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、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。二、流动注射分析流动注射分析是1974年由丹麦科学家Ruzicka和Hansen首次提出，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．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关键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。流动注射分析的特点（一）优点1、分析速度快；100～200试样/小时2、精密度高，相对标准偏差在1％左右3、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5、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6、适应性广；可用于多种化学反应、多种检测手段（二）缺点：灵活性差，较适合大批量样品的少数项目的连续测定。流动注射分析的一般流程D20~30sS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FIA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杂的物理、化学过程，这一过程成为FIA综合过程。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散混合过程，即物理过程。2、试样与试剂发生反应的过程，即化学反应动力学过程。3、能量转换过程物理过程——分散过程“试样塞”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。FIA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。为了说明FIA过程中的对流与扩散的程度，提出分散度的概念。分散度（Di）——试样带在分散前浓度C0与试样分散后通过检测器所记录的最大浓度Cmax之比。max201max0HkHkccDi影响Di的主要因素是注入的试样体积、管道长度与内径、载流速度。Di与流速和管长正比；与试样体积成反比。Di越大，试样带被分散的程度越高。低分散系统（1Di3）——适用于迅速测定试样溶液本身性质。中分散系统（3Di10）——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质。高分散系统（10Di）——适用于流动注射滴定分析和对高浓度样品的稀释测定。当Di＝1时，表示试样带没有被分散。当Di＝1时，表示试样带被载流1：1的比例稀释。化学反应过程由于FIA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器响应的关系。在FIA中物理混和与化学反应的动力学性质是同时发生的。能量转换过程通过检测器完成最常用的是比色分析和离子选择性电极例：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(含Cl－的试液)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(此例中为Hg(SCN)2、Fe3+)组成。刚注入的呈“塞”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。在本例中，由于Cl－地存在，它从Hg(SCN)2夺出Hg2+而释放出SCN－，SCN－与Fe3+反应形成红色配合物，然后进入流通检测器，在480nm波长处测定配合物的吸光度。为考察方法的重现性，取Cl－浓度为5～75ug/ml的七种试样溶液，每种试样溶液重复测定四次，28次测定共耗时23min，如图17.32b。而图17.29c中R30和R75分别为30和75ug/ml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30s(即S1和S2之间的时间差)，但前一试样溶液在检测器的流通池中残留量小于1％。流动注射分析仪组成流体驱动单元（推进系统）、进样阀（注射系统）、混合反应管路（管道系统、反应系统）、检测器和记录仪（检测记录系统）。流体驱动单元（推进系统）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FIA的心脏部位。蠕动泵由泵头、压盖、调压体、泵管、驱动电机组成。根据泵管数量，蠕动泵可分为单道和多道蠕动泵。泵管大多采用Tygon塑料制成，可输送水、稀酸、稀碱溶液等；Acid-flex材料的泵管可用于输送浓酸和有机溶剂。进样阀（注射系统）试样的注入是FIA的重要操作，应满足以下要求：注入的试样应当“嵌入”载流，形成完整的试样带。注入试样量重现性好。注入装置的死体积小注入试样时，应对载流的流动状态没有太大的扰动。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。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：直管反应器——适用低分散系统盘式反应器——为目前常用的一种反应器，它可达到较高的进样频率和较高的灵敏度三维转向反应器——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，有可能取代盘式反应器成为主要类型。单珠串反应器——在管内，填充颗粒直径约为管子直径60～80％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小10倍，进样频率高。反应器内径约0.5mm左右。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、快速检测器和记录仪（检测记录系统）对于检测器的一般要求是噪音低、线性宽、响应快、灵敏度高最常用的是比色分析和离子选择性电极FIA与HPLC的比较相同点装置——泵、进样器、检测器、记录仪考虑问题——流速、试样体积、检测记录装置FIA与HPLC的比较不同点原理不同HPLC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，使不同组分有不同的迁移速度。FIA对于试样不需分离，也不需达到化学平衡。FIA与HPLC的比较不同点目的不同HPLC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谱带变宽。FIA是用最短时间、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过程，恰好适合某一检测方法相关的化学反应过程。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，特别是环境科学和临床医学这两方面应用更多。流动注射分析应用血清中某些组份的测定为了测定血清中的Ca2+离子含量及PH值，可将血清样品注入载流中，“样品塞”首先通过毛细管玻璃电极以测定PH值，随之再流经Ca2+选择电极，测得pCa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糖含量。葡萄糖流经酶柱时发生以下反应：生成的H2O2用Pt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，各管路试剂分别为脲酶、次氯酸及苯酚溶液。脲先经酶降解生成NH3，再被次氯酸氧化成氯胺，然后与酚反应生成靛酚蓝，在620nm处进行分光光度测定，检测限达2mmol/L。还可以利用毛细管玻璃电极进行电位法测量，由PH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。【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。1986年。2．陈国树。环境分析化学。江西科学出版社。1988年。3．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