2023年流动注射分析技术在环境监测中的应用（教学课件）.ppt

流动注射分析技术在流动注射分析技术在 环境监测中的应用环境监测中的应用 大庆石油管理局环境监测中心站 马东哲 流动注射分析技术在环境监测中的应用流动注射分析技术在环境监测中的应用 1.流动注射流动注射(FIA)理论的提出和开展理论的提出和开展 2.流动注射分析的原理及仪器构造流动注射分析的原理及仪器构造 3.FIA分析技术在环境监测中的应用分析技术在环境监测中的应用 4.FIA的优缺点的优缺点 目目 录录 大庆石油管理局环境监测中心站大庆石油管理局环境监测中心站 一、流动注射一、流动注射(FIA)(FIA)理论的提出和开展理论的提出和开展 流动注射分析流动注射分析Flow Injection AnalysisFlow Injection Analysis是是19751975年丹年丹麦麦J.RuzickaJ.Ruzicka和和E.H.HansenE.H.Hansen创立的新技术。由于它具有简单创立的新技术。由于它具有简单、快速，便于自动化及推广普及等优点，近年来开展很快、快速，便于自动化及推广普及等优点，近年来开展很快，并且广泛应用于环境污染的自动监测和工业在线分析等，并且广泛应用于环境污染的自动监测和工业在线分析等领域，目前绝大局部环境自动监测系统都使用了流动注射领域，目前绝大局部环境自动监测系统都使用了流动注射技术。技术。在随后的在随后的4040年中，随着科学研究的不断开展和完善，特别年中，随着科学研究的不断开展和完善，特别是在流动分析的分散系数、留存时间、分散因子及浓度梯是在流动分析的分散系数、留存时间、分散因子及浓度梯度方面的不断研究。度方面的不断研究。FIAFIA已由原来一种基于比色检测的自动已由原来一种基于比色检测的自动连续分析仪转变为一种使用多种检测器，可与多种别离技连续分析仪转变为一种使用多种检测器，可与多种别离技术连接的化学体系中溶液处理和信息采集的新工具。由于术连接的化学体系中溶液处理和信息采集的新工具。由于其仪器设备小型化，以致在一微小规模，使用很少试样和其仪器设备小型化，以致在一微小规模，使用很少试样和有限试剂消耗就可完成大批量的样品分析。有限试剂消耗就可完成大批量的样品分析。大庆石油管理局环境监测中心站大庆石油管理局环境监测中心站 一、流动注射一、流动注射(FIA)(FIA)理论的提出和开展理论的提出和开展 特别是特别是FIAFIA实际应用的检测由原来单一的分光光度法转变为实际应用的检测由原来单一的分光光度法转变为可于多种电化学和光学方法不包括分光光度法联用。可于多种电化学和光学方法不包括分光光度法联用。其中特别引人注目的是与原子吸收其中特别引人注目的是与原子吸收AASAAS和电感耦合等离和电感耦合等离子体光谱法子体光谱法ICPICP的联合使用，通过流动注射分析提高的联合使用，通过流动注射分析提高AASAAS和和ICPICP-AESAES的效率，灵敏度的增加超过了的效率，灵敏度的增加超过了100100倍，并可测倍，并可测定元素形态，基体影响。商品定元素形态，基体影响。商品FIAFIA仪器型号繁多，现有瑞典仪器型号繁多，现有瑞典BiforBifor-TecatorTecator公司、美国公司、美国FIAtronFIAtron、LachatLachat、控制、控制仪器公司、美国仪器公司、美国OIOI公司、日本日立公司和巴西公司、日本日立公司和巴西(Micronal(Micronal公司公司)、北京吉天仪器公司等生产流动注射分析、北京吉天仪器公司等生产流动注射分析仪。这使得仪。这使得FIAFIA技术也在不断的完善和开展。技术也在不断的完善和开展。大庆石油管理局环境监测中心站大庆石油管理局环境监测中心站 二、流动注射分析的原理及仪器构造二、流动注射分析的原理及仪器构造 从广泛意义上来说从广泛意义上来说,FIA,FIA就是指在液流或气流中不间就是指在液流或气流中不间断地测量待测物浓度的过程。即在流动注射分析中，先断地测量待测物浓度的过程。即在流动注射分析中，先将液体样品注入到一流动的、非间隔的连续载流（由适将液体样品注入到一流动的、非间隔的连续载流（由适当液体构成）中，注入的样品形成一个带，被传送到检当液体构成）中，注入的样品形成一个带，被传送到检测器。检测器连续地记录由于样品通过流通池而引起吸测器。检测器连续地记录由于样品通过流通池而引起吸光度、电极电位或其它物理量的变化。这里所说的过程光度、电极电位或其它物理量的变化。这里所说的过程是这样的：当装入注样阀中一定体积的试样被注入以一是这样的：当装入注样阀中一定体积的试样被注入以一定流速连续流动的载流中后，在流经反应器时与载流在定流速连续流动的载流中后，在流经反应器时与载流在一定程度上相混，与载流试剂反应的产物在流经流通式一定程度上相混，与载流试剂反应的产物在流经流通式检测器时得到检测，记录仪读出为一峰形信号。检测器时得到检测，记录仪读出为一峰形信号。大庆石油管理局环境监测中心站大庆石油管理局环境监测中心站 一原一原 理理 二、流动注射分析的原理及仪器构造二、流动注射分析的原理及仪器构造 FIA峰一般以峰面积和峰高为读出值绘制校正曲线及计算分析结果。图中S为注样点，T为试样在系统中的留存时间，一般为数秒至数十秒钟。大庆石油管理局环境监测中心站大庆石油管理局环境监测中心站 一原一原 理理 FIA根本系统 C，载流；P，恒流泵；S，试样；V，注样阀；D流通式检测器 二、流动注射分析的原理及仪器构造二、流动注射分析的原理及仪器构造 典型的FIA峰如下图所示，一般以峰高为读出值绘制校正曲线及计算分析结果。图中S为注样点，T为试样在系统中的留存时间，一般为数秒至数十秒钟。大庆石油管理局环境监测中心站大庆石油管理局环境监测中心站 一原一原 理理 典型的典型的FIA记录峰记录峰 S,注样点；注样点；T，存留时间；，存留时间；A，顶峰读出位；，顶峰读出位；B，峰坡读出位，峰坡读出位 二、流动注射分析的原理及仪器构造二、流动注射分析的原理及仪器构造 大庆石油管理局环境监测中心站大庆石油管理局环境监测中心站 一原一原 理理FIA-1 三三 种种 不不 同同 的的 分分 析析 过过 程程 比比 较较 二、流动注射分析的原理及仪器构造二、流动注射分析的原理及仪器构造 流动注射分析从试样注入系统开始到分析完成，试样、流动注射分析从试样注入系统开始到分析完成，试样、试剂和载流之间经历着一个综合过程，其中包括：试剂和载流之间经历着一个综合过程，其中包括：载流、样品和试剂三者扩散和对流的分散混合过程；载流、样品和试剂三者扩散和对流的分散混合过程；试剂和试样发生反响过程即化学反响动力学过程；试剂和试样发生反响过程即化学反响动力学过程；能量转换过程。能量转换过程。大庆石油管理局环境监测中心站大庆石油管理局环境监测中心站 一原一原 理理 FIA体系中注入载流中的试样区带的分散过程度体系中注入载流中的试样区带的分散过程度 二、流动注射分析的原理及仪器构造二、流动注射分析的原理及仪器构造 流动在流动在FIAFIA分析中，试样溶液直接以分析中，试样溶液直接以“试样塞的形试样塞的形式注入到管道的试剂载流中，然后被载流推动进入反响管式注入到管道的试剂载流中，然后被载流推动进入反响管道。试样塞在向前运动过程中靠对流和扩散作用分散成一道。试样塞在向前运动过程中靠对流和扩散作用分散成一个具有浓度梯度的试样带，分散混合过程都是以层流为前个具有浓度梯度的试样带，分散混合过程都是以层流为前提条件的，如果形成湍流，试样塞的浓度梯度将被破坏，提条件的，如果形成湍流，试样塞的浓度梯度将被破坏，FIAFIA中的分散混合过程就很难控制，也就不再有中的分散混合过程就很难控制，也就不再有FIAFIA的高度的高度重现性。因此，重现性。因此，FIAFIA系统的分散度受进样体积、反响管道系统的分散度受进样体积、反响管道长度、内径、载流平均流速等因素影响。这也是评定长度、内径、载流平均流速等因素影响。这也是评定FIAFIA分析仪性能优劣的重要指标分析仪性能优劣的重要指标 大庆石油管理局环境监测中心站大庆石油管理局环境监测中心站 一原一原 理理 二、流动注射分析的原理及仪器构造二、流动注射分析的原理及仪器构造 分散的试样带再与载流中某些组分发生化学反响形成某分散的试样带再与载流中某些组分发生化学反响形成某种可以检测的物质。这一过程为化学反响动力学过程，目前种可以检测的物质。这一过程为化学反响动力学过程，目前对对FIAFIA反响动力学过程的研究还不充分，还落后于应用方面反响动力学过程的研究还不充分，还落后于应用方面的研究。所以，有关试样塞在管道中的化学反响、化学反响的研究。所以，有关试样塞在管道中的化学反响、化学反响速率、产物的形成速率与分散度间的关系等问题已成为未来速率、产物的形成速率与分散度间的关系等问题已成为未来FIAFIA开展的核心问题。开展的核心问题。大庆石油管理局环境监测中心站大庆石油管理局环境监测中心站 一原一原 理理 初始均匀的样品带在通过管状反响器时分散过程初始均匀的样品带在通过管状反响器时分散过程 二、流动注射分析的原理及仪器构造二、流动注射分析的原理及仪器构造 对于对于FIAFIA能量转换过程，由于连接的检测技术不同，能量转换过程，由于连接的检测技术不同，使能量转换过程各不相同。如本实验室的使能量转换过程各不相同。如本实验室的QCQC-80008000采用分采用分光光度法进行分析检测，即利用分析物质分子直接或间接光光度法进行分析检测，即利用分析物质分子直接或间接选择性的吸收光能且吸收强度与待测物浓度的定量关系选择性的吸收光能且吸收强度与待测物浓度的定量关系I=KcsampleI=Kcsample来分析检测。来分析检测。大庆石油管理局环境监测中心站大庆石油管理局环境监测中心站 一原一原 理理 二、流动注射分析的原理及仪器构造二、流动注射分析的原理及仪器构造 对于对于FIAFIA仪器主要由以下局部组成：进样器仪器主要由以下局部组成：进样器(Injector)(Injector)、蠕动泵蠕动泵(Pump)(Pump)、进样阀、进样阀(Valve)(Valve)、各检测工程模板、各检测工程模板(Module)(Module)、流通池流通池(Flow Cell)(Flow Cell)、检测器、检测器(Dector)(Dector)、数据处理系统、数据处理系统(Computer).(Computer).大庆石油管理局环境监测中心站大庆石油管理局环境监测中心站 二流动注射分析仪的仪器构造二流动注射分析仪的仪器构造 二、流动注射分析的原理及仪器构造二、流动注射分析的原理及仪器构造 目前，本实验室所用流动注射分析仪为美国目前，本实验室所用流动注射分析仪为美国FIAFIALACHATLACHAT科技仪器公司的科技仪器公司的QC8000 SeriesQC8000 Series，其主要构造如下：模块化，其主要构造如下：模块化设计设计-通道概念的引入。通道概念的引入。大庆石油管理局环境监测中心站大庆石油管理局环境监测中心站 二流动注射分析仪的仪器构造二流动注射分析仪的仪器构造 二、流动注射分析的原理及仪器构造二、流动注射分析的原理及仪器构造 不同仪器厂家还根据各自不同特点对仪器主要部件进行不同仪器厂家还根据各自不同特点对仪器主要部件进行了改进，并配备了一些辅助设备。如了改进，并配备了一些辅助设备。如LACHATLACHAT公司采用的进样公司采用的进样器是器是360360位的自动进样器，可以满足用户大批量样品检测的需位的自动进样器，可以满足用户大批量样品检测的需要。并为大浓度的分析样品提供了高精度的自动稀释器，防要。并为大浓度的分析样品提供了高精度的自动稀释器，防止了人为稀释的误差。对于需要前处理的检测工程如挥发止了人为稀释的误差。对于需要前处理的检测工程如挥发酚、总磷、总氮、阴离子外表活性剂配备了在线蒸馏装置、酚、总磷、总氮、阴离子外表活性剂配备了在线蒸馏装置、硝化装置、气液别离器、加热器。真正实现了分析检测到数硝化装置、气液别离器、