流动注射分析

流动注射分析流动注射分析第1页2流动注射分析（FIA）

FlowInjectionAnalysis7.1流动注射分析基础原理7.2流动注射分析仪基础组成7.3流动注射技术及应用流动注射分析第2页31974年，RuzickaJ(丹麦分析化学家)HansenEH提出流动注射分析新概念化学分析可在非平衡动态条件下进行提升了分析速度把试样溶液直接以“试样塞”形式注入到微管道试剂载流中，不需反应完全可进行在线混合、反应、稀释或浓缩、检测，摆脱了传统方法必须在稳态条件下操作观念绿色分析化学封闭系统中完成测定，降低环境污染、减轻对试验操作人员毒性流动注射分析

(FIA)

FlowInjectionAnalysis7.1

流动注射分析基础原理

GeneralPrinciplesofFIA流动注射分析第3页4FeaturesofautomationAdvantagesofAutomation:(1)Economicoperatorcostsreducedwastehumanerrors(2)Speed(3)PrecisionDisadvantagesofAutomation:(1)CostInitialpurchaseSetupcost(2)Inflexible流动注射分析第4页5流动注射分析基础过程

试剂及载流流动注射分析基础原理GeneralPrinciplesofFIA

蠕动泵废液进样阀反应管道检测器样品7.2

流动注射分析仪基础组成

InstrumentationofFIA1.流体驱动单元（蠕动泵）2.进样阀3.反应管道4.检测器流动注射分析第5页6传统溶液化学分析方法特点手工分析：将被测物与试剂均匀混合，使反应到达化学平衡状态依据化学计量关系及试剂（滴定剂标准溶液）用量或生成物量（沉淀质量、有色物质浓度等），确定试样中被测组分含量。广泛应用缺点：速度慢、手续繁杂分析结果与分析人员技术水平和熟练程度相关不可防止使分析人员长时间接触化学药品，健康受到影响流动注射分析

(FIA)

FlowInjectionAnalysis流动注射分析第6页7流动注射分析特点FIA：高度重现和灵活多变微量溶液化学处理和各种检测伎俩相结合半自动微量分析技术测定速度快、溶液用量少、精密度和准确度高、方法灵活多变、应用领域辽阔(环境分析、地质样品、农产品、药品、食品分析)、实用性强已在吸光光度法、荧光光度法、化学发光分析法、电位分析法、伏安分析法、原子吸收分析法和等离子体原子发射分析等方法中得到充分表达和普遍应用流动注射分析

(FIA)

FlowInjectionAnalysis流动注射分析第7页81.流动注射分析基础过程GeneralprocessofFIA

样品试剂及载流进样阀反应盘管检测器例：流动注射分光光度法测Cl-

Hg(SCN)2+2Cl-HgCl2+2SCN-Fe3++SCN-Fe(SCN)2+（深红色）蠕动泵废液流动注射分析基础原理GeneralPrinciplesofFIA

流动注射分析第8页92.试样带分散Dispersionofsamplezone流动注射分析基础原理GeneralPrinciplesofFIA

样品被注入到试剂载流后，在载流携带下经过管道移动时，发生展宽或扩散。展宽区带形状由两种作用决定：（1）对流作用：由层流产生，使液流中心个别比靠近管壁个别移动得快，形成抛物线形前沿。（2）扩散作用：径向扩散+

轴向扩散径向扩散，从管壁朝向中心与流动方向垂直，流速慢时是样品带分散主要原因，可形成对称分析状态。使分析物基础脱离管壁，可消除样品之间交叉污染。轴向扩散，与流动方向平行，在细管道中普通不主要。流动注射分析第9页10DispersionofsamplezoneAtinjection,samplezone(plug)concentrationprofileisrectangularProfilechangesdownstream(i)Laminarflowprofiledevelopsduetofrictionwithwalls(ii)Radialdiffusionfromwallstocenteroftube(iii)Longitudinaldiffusioninforwardandbackwardflow流动注射分析第10页11Whenflowrate/tubeidissmall，(d)isapproached.Radialdiffusionfromwallstocenterhelpsminimizecross-contaminationbetweensampleplugs.流动注射分析第11页12定时重现

浓度单位

mg/mL进样间隔30s样品无交叉污染流动注射分析第12页13流动注射分析基础特点-定时重现定时重现在样品经过分析流路时，以完全相同方法次序处理全部样品准确样品体积注入、重现和准确定时进样以及从注射点到检测点完全相同操作（控制或可控分散），形成注入样品浓度梯度，产生瞬间但可准确重现纪录信号，使流路中任何一点都能像静态、稳态一样准确测定。普通用峰值作为分析信号，可取得较高灵敏度。流动注射分析

(FIA)

FlowInjectionAnalysis流动注射分析第13页14分散系数

Dispersioncoefficient

反应原始样品在流到检测器途中被稀释程度

D=C0/CC0concentrationininjectionvolume

CpeakconcentrationatdetectorCalibrationneededtofindD影响原因Affectingfactors(1)进样体积

Sampleinjectionvolume（50-200mL）(2)反应管道长度

TubelengthD=1+KL(3)反应管道内径

Tubeid(innerdiameter)(4)流动速率

Flowrate流动注射分析基础原理GeneralPrinciplesofFIA

2.分散系数Dispersioncoefficient流动注射分析第14页15分散系数D：

低度（D=1-3）中度（3-10）高度（大于10）降低（小于1）流动速率影响

载流流速增加会引发对流扩散增强和留存时间降低这两种原因对分散度作用效果相反。因载流流速增加引发分散度增加值远小于因留存时间缩短引发分散度减小值，所以载流速度增加时，分散系数D减小。分散系数Dispersioncoefficient流动注射分析第15页16进样体积影响Largeinjectionvolume:D=1.0(noanalytedilutionbycarrier)Lowvolume:D>1.0(analytedilution)Shorttubes:lesstimefordiffusion=lowdispersionLongtubes:longtimefordiffusion=highdispersion管长影响流动注射分析第16页17综合考虑各原因综合影响，确定最正确流路。大批量分析，着眼于提升分析速度、增加进样频率，所以应降低进样体积、缩短管长、提升流速。分散系数Dispersioncoefficient流动注射分析第17页18分散系数D测定注入已知体积染料溶液到无色载液中，并用分光光度计连续检测分散染料区带吸光度，测量统计峰高（即吸光度），再用未稀释染料充满吸收池时取得信号进行比较。若服从Lamber-Beer定律，两个吸光度比值即为分散系数。D=2，表示染料用载液1：1稀释。任何FIA峰都是两种动力学过程同时发生结果：区带分散物理过程和样品与试剂间发生化学过程。分散系数仅考虑了分散物理过程，未考虑化学反应。分散系数Dispersioncoefficient流动注射分析第18页19流动注射分析基础过程

试剂及载流流动注射分析基础原理GeneralPrinciplesofFIA

蠕动泵废液进样阀反应管道检测器样品7.2

流动注射分析仪基础组成

InstrumentationofFIA1.流体驱动单元（蠕动泵）2.进样阀3.反应管道4.检测器流动注射分析第19页201.流体驱动单元（蠕动泵）

Peristalticpumps(a)Variablespeedperistalticpump(b)Flowrate(0.0005to40mL/min)controlledbypumpspeedandtubeid(0.25-4mm)流动注射分析仪基础组成InstrumentationofFIA滚轴8-10单管路蠕动泵示意图塑料管或橡胶管载液流向流动注射分析第20页212.进样阀InjectionvalveSampleIntroduction进样阀又称采样阀、注入阀或注射阀用得最多效果最令人满意是旋转式六通阀，取样和注入过程可准确重复流动注射分析仪基础组成InstrumentationofFIA流动注射分析第21页22流动注射分析仪基础组成InstrumentationofFIA进样阀

(a)allowsloadingofspecifiedvolumeofanalyte

5-200µL

经典10-30µL

用含有适当长度、内径外部环管计量(b)rapidinjectionofsampleplugintoflowwithoutdisturbingtubeflow“塞式”注入进样对载流流动干扰小流动注射分析第22页234.检测器Detector(a)UV-visspectrophotometer(b)Luminescenceanalysis(c)Electrochemical(d)Atomicspectroscopy(AESorAAS)3.反应管道

Reactionpipeline(a)细空径聚乙烯或聚四氟乙烯管(0.1-1mmid0.5-0.8mm)(b)反应盘管Reactorcoil(<50cmlong)增强径向效应减小轴向扩散，减弱试样带变宽，灵敏度、进样频率、对称峰流动注射分析仪基础组成InstrumentationofFIA特点：小体积流通池，以降低载流量、试剂量、试样量，提升分析速度。防止死角，减小因残留液、气泡滞留影响重现性。流动注射分析第23页241.用于重复准确样品传送2.流动注射转换技术3.多相转换技术4.流动注射滴定5.在线预富集6.停留技术流动注射分析

(FIA)

FlowInjectionAnalysis7.3

流动注射技术及应用

FIAtechniquesandapplication流动注射分析第24页251.用于重复准确样品传送严格定时性，将给定样品准确准确传递到检测器，确保每一测量循环过程中条件严格一致FIA与火焰AAS、AES结合，样品等分试样被直接吸入火焰或等离子体，改进分离性能，进样速率300/h在吸入一个样品时间内可分别注入两份样品，精度提升且准确度改进样品与检测器接触时间短，检测器长时间用载液清洗，减小或消除由高盐浓度造成燃烧器堵塞机会以动态方式操作很多离子选择性电极轻易取得快速、重现读数流动注射技术及应用

FIAtechniquesandapplication流动注射分析第25页262.流动注射转换技术借助适当样品预处理、试剂生成或基体改性，经过动力学控制化学反应使不能被检测物质转化成可被检测成份对于氧化还原过程中产生不稳定“瞬态”试剂，入Ag(II)、Cr(II)、V(II)，在通常分析条件下不能检测，但在FIA体系中可提供保护性环境，形成并应用这些试剂。流动注射技术及应用

FIAtechniquesandapplication例：流动注射分光光度法测Cl-

Hg(SCN)2+2Cl-HgCl2+2SCN-Fe3++SCN-Fe(SCN)2+（深红色）流动注射分析第26页27硫氰酸盐在人体中半衰期约14d，经过体液（唾液、血液、尿液）分析很轻易区分吸烟者与非吸烟者反应产物生成快速、摩尔吸光系数很高，但随即就褪色，寿命仅10s。在生色最大那一刻读数很主要。570nm因为5-Br-PADAD与重铬酸盐会逐步反应，背景信号高。设计分析体系，调整样品停留时间，准确地在红色产物与背景信号差最大时进行有效检测。

流动注射转换技术FIAconversiontechniques例：临床化学流动注射分光光度法测硫氰酸盐SCN-

SCN-+5-Br-PADAP+K2Cr2O7

红色产物（亚稳态）2molL-1H+流动注射分析第27页283.多相转换技术把气体扩散、渗透、溶剂萃取、离子交换、固定化酶等操作与管线步骤结合，使样品成份转换成可检测物质，提升分析测定选择性。a.固定化酶反应器小体积高浓度固定化酶，使底物在样品稀释度最小时充分快速转化、分散系数小、降低检测限提供选择性、经济性、因为固定化而取得稳定性，确保严格重现性，保持分析周期间固定转化程度流动注射技术及应用

FIAtechniquesandapplication流动注射分析第28页29b.渗析和气体扩散渗析从相对分子量高物质（如蛋白质）中分离无机离子如Na+

、Cl-

或小有机分子（如葡萄糖）。小分子、离子较快透过醋酸纤维素或硝酸纤维素亲水膜，大分子不能。在血液或血清中离子、小分子测定前常需渗透。气体扩散气体经过疏水性微孔膜从给体液流扩散到受体液流。如测水溶液中总碳酸盐，样品注入稀硫酸载液，释放出CO2被导入气体扩散装置，扩散到含酸碱指示剂受体液流中。用光度法检测，信号与碳酸盐含量成正比。多相转换技术流动注射分析第29页30c.溶剂萃取有效分离富集方法绿色分析化学、封闭体系、污染毒害小d.离子交换树脂填充反应器阴离子极少形成有色组分，难于用光度法测定。在FIA系统中引入OH-型或SCN-型阴离子交换树脂：多相转换技术例：流动注射分光光度法测Cl-

RSCN+Cl-RCl+SCN-Fe3++SCN-Fe(SCN)2+（深红色）或ROH+Cl-RCl+OH-OH-+酸碱指示剂显色流动注射分析第30页31Instrumentationcanbequitecomplex.Example:phasemixing流动注射分析第31页324.流动注射滴定可连续滴定将待滴定样品直接加入含滴定剂载流中，在混合室混合产生浓度梯度。在分散试样带头部和尾部均可存在使待测物和滴定剂到达化学计量点流体单元，两单元分散系数相同。两点间距离随注入样品浓度增加而增大，随载流中滴定剂浓度增大而减小。检测信号半峰宽与被滴定物浓度成正比。速率60样/h全部传统滴定方法均可在FIA滴定体系中得到表达流动注射技术及应用

FIAtechniquesandapplication流动注射分析第32页335.在线预富集流入检测器样品浓度比注入时大，分散系数D<1。大致积试样注入流路，经过微型填充反应器将待测组分保留在那里，再用少许洗脱剂将反应器中待测组分洗脱下来并流经检测器。优点：样品与标准得到相同处理、用同一离子交换柱，流路几何构型和化学反应受到严格控制而保持重现，待测组分被吸附程度不主要，但洗脱必须定量，不然会发生样品交叉污染。流动注射技术及应用

FIAtechniquesandapplication如：饮用水中痕量Se(IV)或As(III)测定流动注射后在线共沉淀预浓缩，浓缩同时与基体分离流动注射分析第33页346.停流技术反应速度慢，检测灵敏度低时采取一个梯度技术。在试样带进入流通池某一时刻停泵，统计反应混合物在静态条件下深入反应参数（如A），当统计曲线上升到所需高度时开启蠕动泵继续测定。停泵时间内分散基础不变而反应趋于完全。每次确保泵停顿和开启时间不变，取得良好再现性。改变停泵时间取得不一样FIA停流曲线、不一样灵敏度。若停在峰位上，可取得最高灵敏度。流动注射技术及应用

FIAtechniquesandapplication流动注射分析第34页35

思索题1．流动注射分析与传统批量分析方法之间特征是什么？2.什么是分散系数D，讨论分散系数影响原因，对于给定FIA体系怎样测定D？3.影响分散系数试验原因有哪些？各是怎样影响？4.FIA与AAS结合会提供哪些特殊优点？5．普通流动注射系统由哪几个别组成？流动注射分析第35页一、试从原理和仪器两方面比较分子荧光、磷光和化学发光分析异同点。(20分)二、试分析在毛细管电泳分析中造成峰展宽主要原因。(20分)三、在流动注射体系中，什么是分散系数，讨论分散系数影响原因，以及对于给定流动注射体系怎样测定分散系数。(20分)四、试述气液色谱中范第姆特速率方程式中A、B、C三项物理意义。(20分)五、依据英文阅读材料，举例说明在液相色谱分析中，正相色谱、反相色谱两相组成、出峰次序及应用特点。(20分)流动注射分析第36页Twotypesofpartitionchromatographyaredistinguishablebasedontherelativepolaritiesofthemobileandstationaryphases.Normal-phasechromatographyisbasedonhighlypolarstationaryphasessuchastriethyleneglycol(三乙二醇)orwater;arelativelynonpolarsolventsuchashexane(正己烷)thenservedasthemobilephase.Inreversed-phasechromatography,thestationaryphaseisnonpolar,oftenahydrocarbon,andthemobilephaseisarelativelypolarsolvent(suchaswater,methanol甲醇,acetonitrile乙腈,ortetrahydrofuran四氢呋喃).Innormal-phasechromatography,theleastpolarcomponentiselutedfirst;increasingthepolarityofthemobilephasethendecreasetheelutiontime.Withreversed-phasechromatography,however,themostpolarcomponentelutesfirst,andincreasingthemobile-phasepolarityincreasestheelutiontime.Bonded-phasepackingsareclassifiedasreversedphasewhenthebondedco