間隔流動分析和流動注射分析在環(huán)境監(jiān)測中的應用
摘要：介紹了間隔流動分析和流動注射分析的原理、儀器構造及其在環(huán)境監(jiān)測中的應用；簡要介紹了SKALAR SAN 間隔流動注射分析儀和它在環(huán)境監(jiān)測中的7個檢測項目：揮發(fā)酚、陰離子表面活性劑、總氰化物、硝酸氮、亞硝酸鹽氮、氨氮、磷酸鹽。
關鍵詞：間隔流動分析；流動注射分析；環(huán)境監(jiān)測
隨著經(jīng)濟的發(fā)展和生活水平的提高，人民的環(huán)保意識逐漸增強，國家和地方都不斷制定出更加嚴格的環(huán)境污染物控制標準，使得環(huán)境監(jiān)測的任務日益繁重，要求越來越高，因此手工操作的傳統(tǒng)化學分析方法在速度和準確性等方面都漸漸適應不了形勢的發(fā)展，自動化已成為監(jiān)測技術發(fā)展的大趨勢。為了適應水質監(jiān)測的發(fā)展，我站于2001年購買了一臺荷蘭SKALAR公司SANpius間隔流動分析儀（SFA，segmented fiow analyesr），用于實驗室的水質分析，得益于該儀器的使用，一些常規(guī)的水質分析工作得以高效地完成。
在水質自動分析中有兩種常用的技術，一種是間隔流動分析（SFA），也稱為連續(xù)流動分析（CFA，continuous flow analysis），間隔連續(xù)流動分析（SCFA，segmented continuous flow analysis）；另一種稱為流動注射分析（FIA，flow injection analysis），這兩種技術已廣泛應用于歐美的水處理、環(huán)保行業(yè)和我國的煙草、啤酒、自來水、水質自動監(jiān)測站和一些科研院校。由于它們較高的價格，從幾十萬到一百多萬，在我國的環(huán)境監(jiān)測領域尚未得到廣泛的應用，目前只有廣東省站，深圳、汕頭、上海、武漢等市站擁有此類儀器。本人在使用SKALAR SFA過程中，經(jīng)常有兄弟單位的電話詢問和上門來訪，他們對該儀器表現(xiàn)了濃厚的興趣但還不甚了解，故本人將使用的SFA和調研的FIA資料整理出來，供廣大同行們借鑒和探討。
國內的一些高校和科研單位自行研制了FIA，如華東理工大學、淮北煤炭師范學院、陜西師范大學、北京有色金屬研究總院等，但存在一些缺陷，沒有規(guī)；a(chǎn)，因此該類儀器大多依*進口。國外專業(yè)的生產(chǎn)商有荷蘭SKALAR公司，美國LACHAT儀器公司，英國BURKARD科學公司和日本F.I.A.儀器公司等。
1 SFA和FIA的分析原理
上個世紀50年代末期，SFA首次用于實驗室的自動化分析和在線監(jiān)測。如圖1所示(略)，使用一個多通道的蠕動泵P作為動力，壓擠聚乙烯泵管使其受到負壓，將試劑R，樣品S和空氣定量地吸入到管路系統(tǒng)RC中，進行稀釋，加樣，混合，分離和加熱等反應，反應完成后進入檢測器D檢測，再通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)DP處理和顯示結果。其顯著的特征是在R和S混合之前，由間隔引入的空氣將液流分割成一個個區(qū)段，即樣品是一個接一個進入的，之間被氣泡間隔，故稱為間隔流動分析。引入氣泡有兩個目的，一是由于氣泡有一定的張力，將前一個樣品留在管壁上的殘留液推向前進，避免前后樣品的擴散和混合，起到清洗的作用。其二是將樣品分隔成很多小的片段，每一片段均發(fā)生相同的反應，可提高反應的精度。該儀器是在化學反應完全后檢測，由于化學反應完全時是反應的穩(wěn)定區(qū)，故該類儀器也叫穩(wěn)定區(qū)測定儀。但該方法有局限性，一是要求管道反應必須達到平衡，二是需要引入空氣，且在測量前必須除去，使得儀器裝置比較復雜。
1975年丹麥學者Ruzika和E.H.Hansen為了更迅速地處理大批量的樣品，在SFA的基礎上首創(chuàng)了FIA技術，他們當時所做的改進包括準確地注射樣品，不引入空氣泡間隔和減小管道內徑，結果出峰時間大大縮短。FIA與SFA的根本不同之處在于，一是它的進樣方式是借助于進樣閥，將一定體積的樣品以“塞”的形式逐個注射到一定流速的載液中，由于對流擴散和分析擴散作用，被測樣品在載流中分散成具有一定濃度梯度的試樣帶，在流動中與載流發(fā)生化學反應。二是它拋棄了傳統(tǒng)的建立在平衡體系基礎上的穩(wěn)態(tài)概念，樣品在檢測時尚未達到化學和物理的平衡，屬于動力學分析法范疇的定時法。其分析的重復性取決于精確控制各種條件，如準確注入樣品體積，嚴格控制S和R在管道中的停留時間，恒定的分散度和溫度等。該方法的引入，大大提高了分析速度，每小時可分析多達幾百上千個樣品，減少了樣品試劑的消耗和副反應的發(fā)生，同時也擴展了應用范圍，并且儀器相對簡單和便宜，成為分析化學技術上的一次重大突破。
但FIA并非能解決所有的問題，其非間隔和樣品注射的缺點是樣品在液流中的逐漸分散可能導致靈敏度的下降，管徑太細相對于SFA易于堵塞，樣品本身或反應過程中產(chǎn)生的氣泡會帶來誤差，不太適合一些慢反應和需要較高溫度的反應。1985年，Pasquini提出了結合二者的新技術，后來被稱之為“間隔流動注射分析”（SFIA，segmented flow injection analysis），其對于FIA的改進在于設計一個特殊的注射閥，使得每個樣品被前后兩個氣泡間隔，這樣有效地消除了樣品的縱向擴散。
3 SFA和FIA的儀器組成
二者的儀器都包括四個部分：自動取樣器；化學反應單元；檢測器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
SFA的取樣器為取樣針吸入樣品，F(xiàn)IA為注射閥進樣，二者的XYZ型三維取樣器可同時擺放幾百個樣品；瘜W反應單元完成樣品的預處理和各種物理化學反應，如通過螺旋管的切變，液流在管內自身翻動得以混勻；在管路中適當位置添加或用水稀釋試劑；使得用透析膜分析大分子；通過螺旋管的長短控制反應時間；通過電熱絲加熱；利用重力分離水和有機物；利用紫外燈在線消解；利用微型蒸餾器在線蒸餾等等。如圖2所示(略)，二者均可接上各種檢測器。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)轉換，生成結果表格。
二者均采用模塊化的設計，每個模塊做一項分析，模塊之間相互獨立，互不干擾，可同時開動多個模塊分析多個項目。用戶可根據(jù)自身需要選配項目反應模塊。二者均實現(xiàn)了從開機、預處理、反應、檢測，出結果到關機整個過程的自動化。
4 SFA和SIA的應用領域
二者均可應用于水（飲用水、廢水、海水等）、土壤、煙草、啤酒、食品飲料、醫(yī)藥、化工、環(huán)保等領域。在環(huán)境監(jiān)測中的分析項目有：揮發(fā)酚、陰離子表面活性劑、氰化物、硝酸氮、亞硝酸氮、氨氮、氨、總氮、磷酸鹽、總磷，各種元素分析等。
5 SKALAR SAN間隔流動分析儀及檢測項目
本實驗室購置的SKALAR SANplus間隔流動分析儀取樣器為1050型，單針取樣，可同時擺放140個樣品，有對超出最高標準的樣品進行自動稀釋的功能。
選配了7個模塊，在化學反應單元上擺放兩層，分別分析揮發(fā)酚、總氰化物、陰離子表面活性劑、亞硝酸鹽氮、硝酸氮、氨氮和磷酸鹽共7個項目。一次最多可同時開通4個模塊，如用同一個樣品同時分析硝酸氮、亞硝酸鹽氮、氨氮和磷酸鹽4個項目。檢測器為數(shù)字式光度計，直接顯示由吸光度光度轉化而來的電信號。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可打印出樣品濃度表格、回歸曲線和譜峰。
以實驗室的空白樣品（配置標準溶液所用的蒸餾水）作為基線，每采集一個樣品后，接著采水清洗管道，消除前一個樣品對后續(xù)樣品的影響。每隔幾個樣品插入同一標尺樣進行高濃度漂移校正。采集蒸餾水做基線校正。為防止某些物質對低濃度敏感指標如揮發(fā)酚和陰離子洗滌劑的干擾，檢測器采用單光束雙濾光片自動進行背景扣除。
SKALAR采用模塊的方式將多項經(jīng)典的手工操作的分析方法組合起來，實現(xiàn)了檢測分析的自動化。有了該儀器，我站以前由幾個人負責的項目，現(xiàn)在可以由一兩個人完成，使得一部分人從疲于應付常規(guī)的測量中解放出來，既節(jié)約了人力資源和分析成本，也提高了工作效率和分析結果的質量。
6 結束語
間隔流動分析和流動注射分析是兩種微量、快速、靈敏、準確，平穩(wěn)，操作簡單的自動儀器分析方法，特別適用于大批量常規(guī)樣品的分析，可實現(xiàn)多組分的同時測定，其各類性能指標都不亞于傳統(tǒng)的化學分析方法。近年來，國內越來越多的研究和分析工作者使用它們進行研究和監(jiān)測，特別是FIA與光吸收、熒光，化學發(fā)光等光學檢測器的聯(lián)用測定有機物，以及作為一種進樣和在線富集的方法與AAS、ICP的聯(lián)用進行元素分析，提高了測定的靈敏度，擴大了分析的范圍。ISO和EPA正考慮將一些FIA方法作為標準分析方法，在我國一些FIA方法已成為統(tǒng)一的或試行環(huán)境監(jiān)測方法。當前，盡管國內的環(huán)境監(jiān)測工作者使用這兩種方法的不多，也很少有論文發(fā)表，由于其突出的優(yōu)越性，可以預見，它們會在較短的幾年中，受到越來越多的環(huán)境監(jiān)測工作者的重視，應用于環(huán)境監(jiān)測的常規(guī)分析，為提高環(huán)境監(jiān)測的效率和質量服務。
參考文獻（略）
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