流动注射技术.doc
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1、流动注射的进展传统化学实验操作是通过滴管、移液管或药勺等器材,手动移取实验品混合到烧杯或锥形瓶等容器中,然后将其进行反映。此过程是在物理平衡下进行的完全反映。且仪器的调整、维护和使用需要操作者具有较高的专业技能才干保证检测具有较高的准确性,实验操作繁琐,费时,费力。因此后来有化学家提出了一种能在非平衡状态下,将上述实验操作综合到一个实验装置中进行的方法流动注射分析法。它的出现打破了人们的传统观念,使在非平衡状态下的定量分析成为也许。由于它在混合过程与反映时间中的高度重现性,使它具有分析速度快、精度高、设备和操作简朴、节省试剂与试样及适应性广等优点。1 流动注射分析法的创建及其定义溶液化学分析的
2、自动化是现代分析化学发展的一个重要方向,其在分析领域中的应用日益广泛。2O世纪5O年代后期,美国的Technicon等公司在空气泡间隔式连续流动分析(Segmented continuOUS flow analysis,SCFA)的基础上大力发展了名为Auto-Analyzer的溶液解决自动分析仪,第一次把分析试样与试剂从传统的试管、烧杯容器中转人管道中。试样与试剂在连续流动中完毕物理混合与化学反映。但间隔式连续流动分析仍维持了传统操作最终都要达成物理与化学平衡的观念。1975年由丹麦学者Ruzicka与Hansen初次命名的流动注射分析(Flow injection analysis,FIA
3、)摆脱了上述观念上的局限,采用把一定体积的试样注入到无气泡间隔的流动试剂(载流)中的办法,保证混合过程与反映时间的高度重现性,在非平衡状态下高效率地完毕了试样的在线解决与测定,从而触发了化学实验室中基本操作技术的一次主线性的变革。它打破了几百年来分析化学反映必须在物理化学平衡条件下完毕的传统,使非平衡条件下的分析化学成为也许,从而开发出分析化学的一个全新领域 文献对FIA定义为在热力学非平衡条件下,在液流中重现地解决试样或试剂区带的定量流动分析技术。该定义强调了FIA是在非平衡的状态下进行操作和测定的,并与SCFA法加以区别。1990 年Ruzicka 和Marshall 提出了顺序注射分析(
4、SIA) ,由于它流路简朴、操作简化、容易实现微机控制,就作为流动注射分析的一个分支迅速发展起来,目前已成为流动注射分析研究最活跃的领域之一。从国外FIA 系统的发展现状可以更清楚地了解FIA技术的发展动向,按照自动化限度的高低,目前国外FIA 仪器产品可以分为四代:流动注射(1 代) 、顺序注射(2 代) 、微珠注射(3 代) 和阀上实验室(4代) 。严格讲,微珠注射和阀上实验室都属于顺序注射,只是与传统的顺序注射相比它们的自动化限度和集成度更高,这些系统在国外已有商品化的仪器出售,下面就分别简朴介绍其基本流路及原理。2. 1 流动注射(FI)PCRSRCWDC载液;R试剂;P蠕动泵;S试样
5、;RC反映器;D检测器;W废液;图1 系统基本流程图传统的流动注射分析系统由一台高性能的多通道蠕动泵、一个注入阀、一个反映管和一台检测器(如带流通池的分光光度计) 组成,其基本流路与图1 所示流路相同。多通道蠕动泵以恒定流率驱动载液,并且脉冲响应小;带定量环的注入阀可每次向流路中注入精确体积的试样。典型的载液流率为1 ml/ min ,试样体积为50l ,检测速度为24 样/ min。FI 广泛应用于水质监测(如检测铵盐、磷酸盐、硝酸盐和亚硝酸盐) 、土壤样品分析、发酵过程监测、药物开发、科研和教学。如徐华华等采用在流动注射体系中加气体扩散膜装置的方法,让水样中的NH4+ 在NaOH 载液中转
6、变成NH3 后扩散透过气体分离膜,再在H2SO4 吸取液中又重新转变成NH4+ ,与苯酚试剂及次氯酸钠试剂反映,在pH 约为12 条件下生成靛酚蓝,用靛酚蓝光度法在625 nm 处进行测定水中铵离子。2. 2 顺序注射(SI)D2R25R1WR3WW31 1注射泵;2载液;3存储罐;4试样;5蠕动泵;R1、R2、R3试剂1、2、3;D检测器;W废液图2 顺序注射分析系统顺序注射分析系统(图2) 涉及一台单通道高精度的双向泵(如带三通阀的注射泵) 、一个储存管、一个多通道选择阀和一台检测器。系统的核心部件是一个多通道选择阀,此阀的各个通道位置分别与检测器、样品、试剂等通道相连,公共通道与一个可以
7、抽吸和推动液体的注射泵相通,通过泵的作用,顺序从不同的通道吸入一定体积的区带到泵与阀之间的储存管中,然后将这些溶液区带推至检测器,在这一过程中样品和试剂的区带之间在管道中由于径向和轴向的分散作用而互相渗透引起试剂与样品带的重叠和混合,试剂与样品发生化学反映,导致反映产物的形成。多通道选择阀内部有细微管道,管道的一端始终与阀中央的公共通道相联,另一端则可以在人为控制或计算机控制下切换到别的通道口,使公共通道与其互通,从而使注射泵能依次完毕吸入试样、试剂及推送液体到检测器等动作。在检测器中可以得到与正常流动注射分析中类似的峰型信号。与流动注射分析相比,顺序注射分析具有以下的特点:系统硬件简朴可靠,
8、计算机控制方便,样品和试剂的混合限度、反映时间可完全通过软件控制,最大限度减少了操作中的人为干预。控制的方便限度和精确限度比流动注射分析有大幅度地提高。容易实现集成化和微型化。可以用同一装置完毕不同项目的分析而无需改变流路设立,特别合用于过程分析和多组同时分析。样品和试剂的消耗量很小,适于长时间监测和试剂比较昂贵、样品来源限制的分析。SI 广泛应用于质谱分析、火焰温度红外分析、荧光显微术、流动细胞计、荧光分析、电化学分析、化学传感器技术。如武亚艳等根据四价铈在酸性介质中能氧化非那西汀产生化学发光,建立了顺序注射发光测量非那西汀的方法。2. 3 微珠注射(BI)DWW6125441 注射泵;2
9、载液;3 储存管;4 试样;5 蠕动泵;6 悬浮微珠;7 J R 流通池;D 检测器;W废液;图3 微珠注射分析系统微珠注射通常用于生物化学研究,与顺序注射的操作方式相同,流路组成也基本相同(图3) ,同样有多通道选择阀,只是用微珠作为试剂的载体,微珠可再生。在进行微珠注射分析时,微珠表面上固化了一层合适的反映物,微珠被截留到J R 流通池中,具有生物分子的溶液和载液以精确控制的流速流过微珠表面,进入检测器中检测,最后微珠自动从J R 流通池底部排放掉。微珠注射分析在紫外- 可见- 红外光谱范围进行检测,微珠可以选择性地捕获所选生物分子。在整个光谱范围内实时收集到的检测结果提供了生物分子的结合
10、、解离和所捕获的生物配位体的类型方面的信息。微珠注射分析操作成功的关键之处是要注入精拟定量的微珠并且它们能在指定的区带捕获生物分子。微珠注射广泛应用于生物配体交互作用研究, Ruzicka 等还预测微珠注射将会在细胞生物学和药物检测研究中发挥作用。2. 4 阀上实验室2543W6871 注射泵;2 载液;3 储存管;4 试样;5 蠕动泵;6 多功能流通池;7 、8 检测器光源通过光纤射入和射出;W废液图4 阀上实验室系统流路图阀上实验室系统是微型化设计的顺序注射系统(所有的部件都集成在一个整体阀上) ,它是目前集成限度和自动化限度最高的流动注射分析系统。这种精密制作的仪器将试样的注入口、反映通
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