流動注射的發展概況及在水環境監測中的應用

文_董金明 梅州市環境監測中心站

1 流動注射的發展概況

1.1 流動注射分析技術

流動分析是指借助于試樣或（和）試劑的流動即在物質運動狀態下進行分離和測定的技術或方法，具體包括連續流動分析、高效液相色譜、流動注射分析、離子色譜和毛細管電泳五種分析技術。圖1是流動注射分析系統基本流路圖，其中，蠕動泵的作用為驅動載液以恒定的流速流過細管；注入閥的作用為將試樣注入載液中；反應器的作用為使注入的試樣良好分散，和提供試樣與載液或試劑反應的場所；檢測器和信號記錄裝置則測量和記錄經反應器反應而生成的產物流入自身產生的響應值。

C-載液；R-試劑；P-蠕動泵；S-試樣；RC-反應器；D-檢測器；W-廢液。

1.2 流動注射分析技術的發展過程1.2.1 流動注射

傳統的流動注射分析系統是在連續流動分析技術上發展起來的，由高性能的多通道蠕動泵、注入閥、反應管、檢測器和記錄儀組成。根據被測物質濃度與響應信號的相關性，利用峰面積或峰高可對試樣進行精確定量分析。典型的分析系統中，蠕動泵可以形成恒定流速的載液且脈沖干擾小；注入閥帶有確定長度和內徑的定量環，可注入精確體積的試樣；因此分析結果具有良好的重現性。

1.2.2 順序注射

順序注射分析系統由單通道高精度的雙向泵（如帶三通閥的注射泵）、儲存管、多通道選擇閥和檢測器組成。其核心組件是多通道選擇閥，選擇閥的各個通道分別與試樣、儲存管、檢測器等通道相連，公共通道與注射泵相通。通過泵的作用順序從不同的通道吸入一定體積的液體區帶儲存于泵與閥之間的儲存管中，在此過程中，試劑與試樣由于徑向擴散和軸向對流作用混合而發生化學反應，一定時間后推至檢測器測定。多通道選擇閥各通道有一端始終與公共通道相連，另一端則為可調控狀態，因而注射泵能依次吸入試樣、試劑和載液等并推送到檢測器，最終得到與正常流動注射分析中類似的峰值信號。

1.2.3 流動注射-可更新表面技術

流動注射-可更新表面技術或微珠注射分析技術是繼順序注射分析之后發展起來的流動注射微量分析的第3代技術，通常用于生物化學研究，其組成和操作方式與順序注射基本相同。微珠注射也有多通道選擇閥，不同的是使用微珠作為試劑載體，含有生物分子的試樣和載液以精確控制的流速流過微珠表面并在表面與試劑反應，含有產物的混合液進入檢測器中檢測，微珠自動排廢。微珠注射分析的關鍵之處在于要注入定量的微珠，且它們能在特定區帶捕獲試樣。以微珠作為微載體進行溶液處理，可以消除順序注射分析中混合試劑之間的相互影響，提高了分析靈敏度。

1.2.4 微全分析系統

隨著微流控芯片的發展，微全分析系統被提出，它是目前集成程度和自動化程度最高的流動注射分析系統，由計算機控制試樣和試劑的流動、分散、混合及反應過程，流動載體為采用微加工方法在平板上制作出的微米級結構。1、2、3代系統的分析應用都可以使用微全分析系統。

1.3 流動注射分析的發展現狀

1.3.1 與其他分析方法的聯用

（1）與光學法聯用

20世紀80年代，流動注射與可見分光光度法聯用最為普遍。在后來的發展中，因流動注射可大大提高原子吸收光譜法和電感耦合等離子體原子光譜法的分析效率和靈敏度，而成為人們關注的聯用技術。

（2）與電化學法聯用

20世紀80年代流動注射與電化學法的聯用逐步發展，流動注射與電化學檢測技術的聯用不僅增強了離子選擇電極的選擇性，而且實現了高靈敏度的在線監測。電化學分析以電導、電位、電流和電量等參數與被測物組成、濃度的關系為計量基礎，是儀器分析的一個重要組成部分。在聯用技術的相關報道中以流動注射與安培法的聯用居多。

1.3.2 流動注射分析的智能化

流動注射分析作為一種微量分析技術，體系的微型化和智能化是其發展趨勢之一。例如可以用計算機來完成流動注射分析儀器的信號分析與處理、結果表達與輸出等操作，也可以模擬各種儀器控制面板，用多種表達形式輸出檢測結果，實現檢測過程的自動在線分析等，這不僅大大提高了檢測效率也節約了所需的實驗成本。

2 流動注射在水環境監測中的應用

2.1 應用背景

目前對工業廢水、生活污水中總磷的測定一般采用鉬酸銨分光光度法，該法存在測定過程煩瑣、重現性差、需手工操作和分析時間長的缺點，不適用與批量樣品的連續分析。對此，有學者搭建了流動注射-分光光度分析系統，建立了正磷酸鹽的快速分析方法，在實際污廢水測定磷酸鹽的應用中得到令人滿意的結果。

2.2 實驗部分

（1）實驗儀器與試劑（見表1）

表1

（2）實驗方法

實驗中（見圖2）載流、顯色劑、還原劑和試樣（污廢水）經蠕動泵被輸送到流路中，啟動流動注射分析程序，經30s試樣充滿400μL采樣環，采樣閥自動切換至分析位置并停留40s。在載流推動下，試樣與顯色劑在RC1中混合，在酒石酸銻鉀催化下，污廢水中磷酸根與鉬酸銨反應生成磷鉬雜多酸；在RC2中磷鉬雜多酸被還原劑R2還原成磷鉬藍并進入檢測器，880nm波長下測定吸光信號，如此循環測試，70s可完成依次分析。

S-試樣；C-載流；R1-顯色劑；R2-還原劑；P-蠕動泵；V-進樣閥；RC1、RC2-反應圈；D-檢測器；W-廢水；PLC-閥門控制器。

2.3 結果分析

在進行實際污廢水的測定前，以單因素法對流動注射的條件和試劑的濃度進行優化處理。實驗得出，當磷酸鹽濃度介于0.1～1.5mg/L時，峰高與試樣濃度呈良好的線性關系；樣品檢出限為0.05mg/L；連續測定濃度為0.5mg/L的磷酸鹽11次，重復測量相對標準偏差為2.2%；以0.45μm濾膜過濾，測定不同時段污水排出水中的磷酸鹽，加標回收率范圍為97.0%～102.5%。

3 結語

流動注射技術因具有分析速度快、精確度高、適應性廣等優點，自問世以來，廣泛受到學者們的關注，相關研究不斷擴展和深入。加之環境污染問題持續不斷，流動注射分析技術廣泛應用于水環境等體系的實際監測也是必然趨勢。未來，流動注射技術將朝著與更多新分析技術聯用和智能化方向發展，同時也將在更復雜環境體系的監測中發揮作用。