浅谈环境监测分析实验室在流动分析技术上的选择

上一篇 / 下一篇  2010-05-18 14:23:42

  近年来随着仪器分析的发展,其应用领域也得到了扩展,许多常规化学分析也纷纷向仪器分析发展,其中比较常用的常规项目的仪器分析技术就是连续流动分析技术。由于连续流动分析极大的节约了人力、物力,且分析速度、分析效率等都得到了极大的提高,所以各类分析实验室对此趋之若骛。但由于目前的连续流动分析技术经过近五十年的发展,已经出现了许多的分支,如SFA、FIA等。各类技术都各有特点,适于不同类型的分析实验室所需。而随着分析实验的发展各种实验室又有各自不同的需要,如自来水公司实验室仅需能分析其进出水等较清洁水质的连续流动分析仪器;而啤酒厂则需要能分析啤酒的苦度和色度等指标较简单且样品固定的连续流动分析仪器。目前对于环境监测实验室来说,它的特点在于要能同时分析地表水和污水,并且水质不能预期,所以在分析技术的选择上必须充分的考虑到这一点。

  下面笔者就环境监测实验室的实际需要来谈一谈它在连续流动分析领域内的分析技术的选择问题。

  1、分析技术简介

  1.1连续流动分析技术

  连续流动分析技术是上世纪50年代提出,70年代发展普及起来的分析技术。它的基本原理是把生成有色化合物过程中人工需要完成的各步化学反应,通过设计成套相互串联的化学反应器具,使样品及反应试剂进入此流路中可自动按顺序完成反应,如混合圈代替混合搅拌,透析膜代替过滤稀释,加热混合圈代替加热等,同时标准物与样品连续进入化学反应摸板,经过相同反应过程及时间在流动中进行化学反应,最终形成的有色化合物,先后进入比色计进行比色,通过电脑软件自动计算出结果。

  显然相对于实验室日常的手动分析,采用自动化分析方法的好处在于精度高,重现性好,速度成百倍地提高;同时分析的质量控制功做亦可在自动化分析过程中更优异地完成,而这一点在任何分析实验室中都是至关重要的一环。

  1.2 SFA(间隔流动分析 Segment Flow Analysis)

  [1]SFA技术是1957年美国加州大学L Skeggs教授最先引入使用,该仪器的原理为:用蠕动泵压挤弹性聚乙烯泵管,泵管受到负压将试剂和试样定量吸入管路系统(模板)中,同时将每个样品/试剂混合液用气泡加以隔开,样品经稀释,加样,混合,分离干扰物和加热等反应,待显色反应完全后,进入相应检测器检测,再通过数据处理系统将结果计算打印出来。

  1.3 FIA(流动注射分析 Flow Injection Analysis)

  [1]最先使用流动注射技术的是1975年Ruzicka和Hansen先生,其方法是将样品注入到一个无间隔的连续流动的液体流(通常是显色试剂溶液)中,试剂与样品在混合圈中反应,在反应为未达到稳态时即进入检测器检测,同样通过数据处理系统将结果计算打印出来。

  2、技术比较

  SFA与FIA两者在技术上的主要区别在于(1)是否加气泡以区隔样品。(2)是否等反应完全后再进检测器。(3)预处理技术的不同。

  2.1、加气泡间隔对于分析的影响

  在SFA技术中在各反应液体流之间用空气或氮气气泡隔开,用来阻止内部样品的扩散。这样做的优点在于(1)流路过程本身产生的气泡不会对SFA产生干扰,检测峰形平滑不会出现毛刺峰影响测定。因为样品或试剂的脱气不完全将给流路带来一些不必要的气泡,作为SFA系统设计工作在流路中本身就含有气泡,因此不会产生影响。同时气泡产生的峰钉在SFA技术中非常容易从峰高计算中分开,因为每个峰的读数是最大浓度时的连续值的平均值,因此个别的毛刺峰不会影响最后的读数。[2]目前在FIA技术中亦见有用反压圈增大流路体系的压强以消除气泡干扰的方法。

  但气泡间隔的缺点也是显而易见的,如(1)系统设备中增加了加气泡和脱气泡的设备,增加成本。(2)气泡能否完全阻止样品的扩散,也是一个有待研究的课题。(3)加入气泡对整个系统带来的扰动影响也是不可忽略的,它甚至会影响整个系统的重现性。(4)[3]由于气泡的加入,仪器不能瞬时启动和停止。

  2.2反应完全与否对分析的影响

  FIA技术的关键之处就是在于不需要等反应完全即可将样品送进检测器进行检测,此时反应信号虽然较弱,但若控制系统的噪声信号较低时,则检测器检测时具有较高的信噪比,此时仍能较好地进行检测。这种技术的优点则很明显,那就是分析速度快,系统较稳定,重现性好,但它的缺点在于由于需控制较高的信噪比,因此对系统的基线要求较高,虽然FIA系统与SFA系统相比因减少了气泡的扰动而系统相对稳定,但系统所使用的试剂大多数需为进口试剂,即便如此,也还需对所使用的个别试剂进行提纯,[4]否则将导致噪声偏高,在峰上易出现噪音,在极端情况下也可遇到双峰,增加留存时间增强混合或减少试样体积都可消除这种现象,但同时也牺牲了测试的灵敏度。

  由此可知FIA技术更适应于样品量较大,样品基体成分较单一且变化不多的分析实验室的要求,如自来水公司等。而在环境监测实验室中需要同时能监测地表水,工厂排放的污水以及突发性的污染事故水样等,这些水样除常规的地表水外基体成分都较复杂,且经常有预料之外的成分存在,此时若采用 FIA技术则噪声值将明显增大,同时信号值却未必大,最终影响实验值的准确性。

  2.3预处理技术的比较

  一个完整的连续流动分析过程为取样 —(稀释)——预处理——比色——数据处理这五个步骤,如果其中任何一个步骤不能实现自动化,这都将成为影响整个分析速度的瓶颈,同样任何一个步骤的技术革新都将为整个系统带来极大的利益。在SFA和FIA系统的比较中除了样品的比色技术不同外的另一个不同之处就在于预处理技术的不同。在SFA系统中,大多采用传统的预处理技术,如蒸馏,萃取,紫外消解等。这些技术的优点在于技术相对较成熟,且稳定性高,但缺点也很明显,那就是预处理模块的体积较庞大。与此相反的是FIA所采用的气体渗透膜进行相分离的技术,以及双通道萃取技术等新技术,使得样品预处理效率提高的同时也减小了预处理模块的体积,但它的缺点则在于预处理技术相对较新,不稳定,如操作人员水平不高或有其他异常情况时系统容易出错。因此笔者认为FIA技术更适合小型的研究型实验室的需要。

  3、结论

  任何一种技术都不是完美无缺的,但是我们应该就我们的实际需要和经济能力,选择合适的流动分析技术。通过以上比较,我们可以知道两种技术各有千秋,但是从环境监测的角度上来看,我们认为SFA技术由于具有系统适应性强,对试样基体复杂程度要求不高,同时能监测地表水,工厂排放的污水以及突发性的污染事故水样等优点,因而它更能符合我们环境监测实验室的实际需要。

  而FIA技术则在许多其他的领域有着SFA所不可替代的优势,如FIA更适应样品量大且基体成分简单的实验室的需要,如自来水公司,以及所需测定精密度要求较高的小型研究型实验室等。

  参 考 文 献:

  [1]、马惠昌 《关于流动分析的一些名词解释》 《分析仪器》2001年第2期P39-44

  [2]、李锦昕 刘国均《气泡对流动注射峰形的影响及其干扰消除》

  《岩矿测试》1996年6月第15卷第2期 P104-108

  [3]、姜密 《空气隔断连续流动分析法简述》 《磷肥与复肥》1999年第2期P61-62

  [4]、 朱晓兰 《ALPKEM RFA-300自动化学分析仪工作原理及故障分析》《分析测试技术与仪器》1998年9月第4卷第3期 P186-189


TAG: 环境监测

 

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