流動注射法在水質分析中的應用研究

郭 紅

（寧夏地礦中心實驗室 寧夏 銀川 750021）

0 引言

目前，對水中污染物的測定有很多方法如：原子吸收光譜法、紫外可見分光光度法、離子性選擇電極法、兩相滴定法、氣相色譜法、液相色譜法和流動注射分析法等。 近年來，由于流動注射分析技術的進一步發展，流動注射分析技術與不同的檢測技術相結合表現出極廣泛的適應性，其測定速度快、分析效率高、試樣和試劑消耗量少、檢測精度好、靈敏度高、設備簡單、便于操作等眾多優點，引起廣大環境監測工作者和研究人員的極大興趣和關注。 比如，已報道有將流動注射分析技術與分光光度法、化學發光法、電化學技術、原子光譜法、電感耦合等離子體質譜和毛細管電泳等不同檢測技術聯用，這些聯用技術在水質分析中都有一定應用。 本論文將流動注射技術與分光光度法相結合，對水中常見陰離子表面活性劑、揮發酚、氰化物和總磷四種污染物含量的測定進行了研究。

1 流動注射分析的原理

基本的流動注射分析系統主要有載流驅動系統、 注樣器或注樣閥、反應器、流通式檢測器和信號讀出裝置五部分組成。當裝入注樣閥中一定體積的試樣被注入以一定流速連續流動的載流中后，在流經反應器時與載流在一定程度上相混，與載流試劑反應的產物在流經流通式檢測器時得到檢測，記錄儀讀出為一峰形信號。

流動注射分析法是將一定體積的試樣溶液注入到以一定流速連續流動的載流試劑中，在流經反應器管道時試樣與試劑之間相互滲透而形成一個個分散帶，同時發生化學反應，在流經檢測器時被檢測，記錄儀讀出為一組峰形信號，即物理分散狀態和化學反應狀態的綜合反應。一般以峰高為讀出值繪制校正曲線，并計算分析結果。對一個固定的實驗裝置來說，只要流速不變，在一定的留存時間時，雖然樣品與載流試劑的混合總是不會完全的， 但是分散狀態都是完全可以重現的，因此可以得到重現良好的分析結果。 所以，與傳統的化學分析操作相比，既不需要均勻混合，也不需要達到化學平衡，這不僅大幅度提高了分析速度而且有效地提高了分析方法的選擇性和靈敏度，為實現連續自動化分析奠定了基礎。

2 流動注射分析的特點

2.1 廣泛的適應性

流動注射分析可與多種檢測手段聯用，既可完成簡單的進樣操作又可實現諸如在線溶劑萃取、在線柱分離及在線消解等較復雜的溶液操作的自動化。它還是一種比較理想的進行自動監測與過程分析的手段。

2.2 分析速度快

一般分析速度可達100-300 樣/h，包括較復雜的處理，如萃取、吸著柱分離等過程的測定也可達40-60 樣/h。

2.3 重現性好

一般流動注射分析的測定精度可達0.5%-1%RSD，多數優于相應的手工操作。 即使是不穩定的反應物或經過很復雜的在線處理，測定精度仍可達1.5%-3%RSD。

2.4 低消耗

流動注射分析是一種微量分析技術， 一般消耗試樣為10-100μL測定，試劑消耗水平也大體相似。與傳統手工操作相比，可節約試劑和試樣90%-99%，這對于使用貴重試劑的分析有重要意義。

2.5 容易實現分析操作自動化

樣品的自動稀釋、在線前處理、自動進樣和數據處理通過計算機程序控制形成一套完整的全自動化分析體系。

3 流動注射分析系統

3.1 泵

常用蠕動泵和注射泵兩種。 蠕動泵由泵頭、壓蓋（或帶）、調壓器、泵管和驅動電機幾部分組成。 泵頭由滾輪、輥杠組成。 滾輪、輥杠由耐腐蝕的金屬材料或工程塑料制成。 壓蓋分為多道一體式、分道式和壓帶式。 前兩種對壓蓋的曲率要求很高。 調壓器的功能是向壓蓋提供適當壓力，使泵管在泵頭轉動時受到擠壓。壓力過小，蠕動泵不能使液體形成液流，壓力過大又會造成泵管易于磨損。 適當調節調壓器的調節螺絲可使調壓器內的彈簧壓力施于壓蓋及泵管之上， 使其受力合理。常用的電機有同步電機、可逆電機和步進電機。 泵管最常用的是聚氯乙烯泵管和硅橡膠泵管。

3.2 單道注入閥

通常指六孔三槽旋轉閥，雙層結構，轉子上有3 個溝槽，等距離分布在一個同心圓上，槽的長度是同心圓周長的1/6。在定子上有6 個可連接管道的孔，與轉子上槽的兩端相通。 將兩個相對的孔連接成采樣環，閥的一側是試樣入口和廢液出口；另一側是試劑（載液）入口和通向檢測器的出口，轉子的轉角為60°，通過注入閥的旋轉將樣品帶“切入”到流路當中，其基本結構和工作原理如圖及圖所示，除了六通閥以外，還有兩通、三通、四通、八通、十通等，可以根據不同的流路設計要求選用，連接方法極其靈活，可以滿足各種系統的需要。

3.3 反應盤管（又稱混合圈或反應圈）

反應盤管是樣品通過注入閥注入到試劑流路之后，于試劑發生混合并進行化學反應的場所。一般多采用內徑為0.5 或0.8mm 的聚四氟乙烯管盤繞而成，繞成圈形有利于增加徑向擴散，減少軸向擴散，即增加樣品和試劑的混合程度， 并盡量不增加樣品在載流液中的分散，圈徑小則徑向擴散增大有利于樣品與試劑的混合。結果比由同樣的直管得出的峰要對稱一些，高一些，并窄一些，盤得越緊，這種效應越明顯。根據具體的試驗要求，盤管的長度一般從幾十厘米到幾米不等。

4 流動注射法在水質分析中的應用

4.1 金屬污染物的測定:可檢測水中鎘、鉻、汞、鎳、銅、鋅、砷、鉛、硒等。 例如，王厚忠等采用流動注射、離子交換與原子吸收聯用技術，建立了環境水樣中鎘離子的在線預濃集火焰原子吸收分析法；隋智慧等人采用流動注射光度法測定制革廢水中微量Cr(Ⅵ)；此外，流動注射法作為在線還原富集的方法與電感耦合等離子體發射光譜或者火焰原子吸收光譜法聯用，也可以在線測定水中的鉻。

4.2 非金屬污染物的測定：可檢測水中總氰化物、氨氮、亞硝酸氮、硝酸氮、磷酸鹽等。 孫青萍基于氯化氰與1，3-二甲基巴比妥酸和吡啶-4碳酸在緩沖條件下反應，產生紅色絡合物的原理，提出了用流動注射光度法測定自來水中氰化物，該方法線性范圍為0-0.04mg/L，檢出限為0.002mg/L，分析頻率為30 樣/h。

4.3 有機污染物的測定：可檢測水中酚、化學需氧量、陰離子表面活性劑等。 例如顏流水等人采用流動注射技術，基于4-氨基安替比林顯色原理，建立了煉油廢水中揮發酚的快速測定方法，該方法分析頻率為40 樣/h，線性范圍為0.75～23.0mg/L，對1.50mg/L 苯酚標準溶液連續測定10 次，相對標準偏差為2.8%，結果較為滿意。

5 結束語

總之，隨著經濟突飛猛進的發展，環境污染的狀況越來越嚴重，其中水質污染程度也日益嚴重， 而傳統的水質分析方法分析速度較慢、準確性有限，已經逐漸地不能滿足水質分析的要求了。 在常規的一些水分析項目工作中如經常需要使用萃取、蒸餾、消解等各種前處理手段操作，目前這些工作主要是以手工操作為準，不但耗時費力、消耗大量的化學試劑，還造成了新的污染，同時在手工操作過程中的不確定性也影響到了分析結果的準確性。面對繁重的水質分析任務和更高的分析要求，流動注射分析作為一種有著眾多優點的自動化技術，在水質分析中的應用也越來越廣泛。

［1］方肇倫.流動注射分析法[M].北京:科學出版社,1999.

［2］武萬峰,徐立中,徐鴻.水質自動監測技術概述[J].水利水文自動化,2004,1:14-18.