張宏斌,胡斌,王媛
昆山市疾控預(yù)防控制中心,江蘇昆山215301
間隔式流動注射分析法在水質(zhì)檢測中應(yīng)用
張宏斌,胡斌,王媛
昆山市疾控預(yù)防控制中心,江蘇昆山215301
水環(huán)境監(jiān)測能夠有效監(jiān)控水域的污染情況,保護我們的健康。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,流動注射分析技術(shù)開始在水質(zhì)檢測中發(fā)揮了重要作用。該文簡要介紹流動注射分析技術(shù)的基本工作原理、分析特點、在水質(zhì)分析中應(yīng)用情況及在分析領(lǐng)域中的重要地位等內(nèi)容。對間歇式流動注射分析法與多種儀器分析方法作了評述,包括分光光度法、原子吸收光譜法、化學(xué)發(fā)光法、熒光光度法、其他方法等聯(lián)用的新進展,并針對存在的問題和對其未來的發(fā)展趨勢作出展望。
流動注射分析;水質(zhì)檢測;應(yīng)用
流動注射分析[1](Flow Injection Analysis,F(xiàn)IA),是70年代中期誕生并迅速發(fā)展起來的溶液自動在線處理及測定的現(xiàn)代分析技術(shù),它是由丹麥技術(shù)大學(xué)的J.Ruzicka和E.H.Hansen于1975年提出一種新技術(shù)。這種技術(shù)是把一定體積的試樣溶液注入到一個流動著的,非空氣間隔的試劑溶液(或水)載流中,被注入的試樣溶液流入反應(yīng)盤管,形成一個區(qū)域,并與載流中的試劑混合、反應(yīng),再進入到流通檢測器進行測定分析及記錄。它能與其他分析技術(shù)相結(jié)合,極大地推動了儀器的發(fā)展,成為一門新型的微量、高速和自動化的分析技術(shù)。水樣一些前處理過程,如蒸餾、萃取、離子交換、沉淀等過程耗時耗力,儀器自帶的自動進樣系統(tǒng)瞬時把復(fù)雜的手工前處理過程,完全由機器自動完成,大大降低了勞力以及試劑和樣品的使用量,同時有效地減少了實驗人員接觸有機物污染物的機會,已被廣泛應(yīng)用于很多分析領(lǐng)域。該文從流動注射-光度檢測、流動注射-原子吸收檢測、流動注射-化學(xué)發(fā)光檢測、流動注射-熒光檢測及流動注射與其他方法檢測聯(lián)用共五部分就國內(nèi)外流動注射分析近年來在水質(zhì)分析中的應(yīng)用作一簡單的介紹。
流動注射分析是在一個密閉管道中,樣品溶液加入到由適量液體、反應(yīng)試劑和水組成的連續(xù)流動的載液中,同時在該管道中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成一定的產(chǎn)物,流經(jīng)檢測器產(chǎn)生響應(yīng),進行讀數(shù),從而達到定量測定。簡單的反應(yīng)裝置,如圖1。利用泵載流驅(qū)動系統(tǒng)把非空氣間隔的試樣溶液和試劑輸入混合管中形成間隔式的混合物,并進行化學(xué)反應(yīng),再進入檢測器中進行在線測定分析,將相應(yīng)的信號記錄進行數(shù)據(jù)分析,實現(xiàn)待測物質(zhì)的定量分析,廢液同時排出。典型的FIA系統(tǒng)組成包括載流驅(qū)動系統(tǒng)、注樣器或注樣閥、反應(yīng)器、流通式檢測器及信號讀出裝置。
圖1 流動注射基本裝置
間隔式流動注射分析技術(shù)問世以來,有著突出的優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單,可操作性強,自動化程度高,分析速度快,靈敏度高,檢出限低,精密度準確度良好,得到廣泛應(yīng)用。
近年來,隨著社會的發(fā)展,環(huán)境污染也隨之增長,需要檢測的項目和數(shù)量也隨之增多,有時還要進行連續(xù)監(jiān)測和收集大量的動態(tài)資料。為了更好地進行水質(zhì)監(jiān)管,F(xiàn)IA與傳統(tǒng)的檢測方法相結(jié)合表現(xiàn)出極廣泛的適應(yīng)性,它不但可以測定水樣中金屬離子、非金屬離子,還可以測定一些放射性元素及有機物等,隨著科技的進步,F(xiàn)IA方法的不斷發(fā)展和成熟,許多實驗裝置和儀器跟FIA儀器相結(jié)合,并相繼問世,而且還能滿足日常工作的需要。其主要結(jié)合有如下應(yīng)用。
3.1 流動注射-分光光度法
流動注射-分光光度法是水質(zhì)分析時最常用的檢測方法,它在環(huán)境水樣檢測中有著重要的地位。光度法既可以檢測水質(zhì)中的金屬離子,也可以檢測水質(zhì)中的非金屬離子,儀器結(jié)構(gòu)簡單,方法簡便,是應(yīng)用最廣泛的檢測方法。范順利等[2]在堿性條件下,利用流動注射耦合化學(xué)發(fā)光法建立了水中銻的分析方法,線性范圍0.1~100 μg/L,檢出限0.03 μg/L。張宏斌等[3]利用儀器在線蒸餾,異煙酸-巴比妥酸比色測定水中總氰,4-氨基安替比林顯色法測定水中的揮發(fā)酚,在線萃取亞甲蘭比色測定水中陰離子洗滌劑。方法操作簡便,較標準方法更靈敏,總氰化物線性范圍為10~80 μg/L,r=0.9998;總酚線性范圍為2~50μg/L,r=0.9991;陰離子洗滌劑線性范圍為20~500μg/L,r=0.9987。流動注射技術(shù)在線測定游泳池水中的尿素[4],水樣在線加熱后可直接進行定量分析,操作簡便、快捷,靈敏度高,線性范圍寬,避免了國標中試管要避光,曲線濃度范圍只有0.1~1.5 mg/L,夏季游泳池水尿素很容易超標,需稀釋重新測定的麻煩,方法的最低檢測濃度為3.9 μg/L;,線性范圍0.01~10.0 mg/L呈直線,其相關(guān)系數(shù)r=0.99992。
3.2 流動注射-化學(xué)發(fā)光法
化學(xué)發(fā)光分析是在沒有光、電、磁、熱、聲源等激發(fā)的情況下,通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的一種光輻射,其吸引之處就在于檢測的簡單性,但使用傳統(tǒng)的檢測方法精確度較差。FIA與化學(xué)發(fā)光技術(shù)連用,集二者優(yōu)點,成為新型的有效的痕量和超痕量分析技術(shù),大大增加了精確度。在無機物、有機物的痕量和超痕量領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[5]。Lu等[6]利用酸性介質(zhì)中二氧化氮與雙氧水反應(yīng),生成激發(fā)態(tài)的過氧化亞硝酸,激發(fā)堿性介質(zhì)中的光引發(fā)劑EDAB和熒光素產(chǎn)生較強的化學(xué)發(fā)光,建立了能量轉(zhuǎn)移型化學(xué)發(fā)光法測定亞硝酸鹽的方法。張立科等[7]優(yōu)化實驗條件,水樣經(jīng)固相萃取后利用流動注射化學(xué)發(fā)光分析技術(shù),檢測環(huán)境水樣中痕量的鄰苯二酚,加標回收率為97.8%~100.3%。濃度在1.0×10-4~1.0×10-2mg/L范圍內(nèi)呈線性關(guān)系,方法的檢出限(3S/N)為3.9×10-5mg/L。對質(zhì)量濃度為1.0×10-3mg/L鄰苯二酚溶液連續(xù)測定11次,測定值的相對標準偏差為3.4%。
3.3 流動注射-電化學(xué)法
電化學(xué)分析法是應(yīng)用電化學(xué)原理和技術(shù),利用化學(xué)電池內(nèi)被分析溶液的組成及含量與其電化學(xué)性質(zhì)的關(guān)系而建立起來的一類分析方法。其操作方便,靈敏度比較高,但自動化程度低。流動注射電化學(xué)發(fā)光法,充分發(fā)揮了兩者的優(yōu)點,不僅保持了分析方法較強的選擇性和高靈敏度,而且提高了分析速度,特別適合自動化分析。鄭行望等[8]設(shè)計了一種用于流通體系的電解池,并以恒電流電解法與流動注射技術(shù)相結(jié)合,在線定量電解產(chǎn)生不穩(wěn)定試劑次溴酸根,使其濃度和反應(yīng)活性得以在線控制,穩(wěn)定應(yīng)用于化學(xué)發(fā)光分析。在此基礎(chǔ)上,研究了BrO-在pH=9.60,Na2CO3-NaHCO3緩沖介質(zhì)中氧化魯米諾弱化學(xué)發(fā)光反應(yīng)的分析特性,并基于硫離子對該弱化學(xué)發(fā)光反應(yīng)體系的發(fā)光強度的增敏作用,建立了一種新的測定S2-的流動注射電化學(xué)發(fā)光分析法。采用該方法測定S2-的線性范圍為3.10×10-7~9.30×10-5mol/L,檢出限為1.00×10-7mol/L,相對標準偏差2%(n=11,c(S2-)=3.10× 10-6mol/L)。
3.4 流動注射-原子吸收光譜法
FLA與原子吸收光譜法聯(lián)用,進樣之前樣品經(jīng)過自動化的分離富集等預(yù)處理,大大節(jié)省試劑,提高了測定的選擇性和靈敏度。靳鳳珍[9]提出流動注射氫化物發(fā)生器與原子吸收光譜儀聯(lián)用測定自來水中砷的方法及測定自來水中砷的含量。具有靈敏、準確、簡便、抗干擾能力強、分析速度快等優(yōu)點,線性范圍為0~280 ng/mL,檢出限為0.0221 μg/L;相關(guān)系數(shù)為0.9995;變異系數(shù)為7.1%;加標回收率為90.4%~103.4%。
3.5 流動注射-熒光法
鄧永智等[10]發(fā)現(xiàn)有機磷農(nóng)藥敵敵畏(DDVP)在過硼酸鈉的作用下可將胺類化合物氧化成可發(fā)熒光的產(chǎn)物。該研究根據(jù)這一原理,建立了定量測定這類農(nóng)藥的流動注射——熒光分光光度法。該方法具有分析速度快、操作方便、重現(xiàn)性好、靈敏度較高等特點。
3.6 流動注射與其他聯(lián)用方法
有文獻報道,比濁法及速差動力學(xué)分析法應(yīng)用于流動注射系統(tǒng)。俞凌云等[11]就此技術(shù)對制革廢水中的氯離子進行檢測。通過試驗優(yōu)化條件,氯離子濃度在1~15 mg/L和10~30 mg/L范圍內(nèi)呈良好的線性。用該方法檢測水樣,具有良好的重現(xiàn)性和準確性,加標回收率在97%~103%之間。與原子熒光聯(lián)用應(yīng)用,邱海鷗等[12]以溴化劑作為有機汞的消解劑,在有、無溴化劑的存在下,采用流動注射在線氫化物發(fā)生—原子熒光光譜法分別測定總汞和無機汞,差減法求出有機汞的含量。方法操作簡便快速,靈敏度高,干擾少,經(jīng)加標回收實驗驗證,回收率達95%~105%。張宏康等[13]FIA使ICP-MS對高鹽溶液承受力提高,使在小稀釋因數(shù)下將樣品溶液引入電感耦合等離子體質(zhì)譜儀成為可能,大大可以降低了檢出限,F(xiàn)IA-ICP-MS對有機溶劑有較高的承受力解決了ICPMS分析含有機物質(zhì)溶液時的一些問題。陳素清等[14]建立了在線固相萃取(SPE)與高效液相色譜(HPLC)聯(lián)用,再通過流動注射儀將樣品分析物負載加入到預(yù)富集柱中,隨后采用V(甲醇):V(H2O)=93:7混合液為洗脫劑對富集的樣品分析物進行洗脫,測定水中雙酚A和4-壬基酚的方法。
流動注射分析技術(shù)不但有著適應(yīng)性廣、自動化程度高,效率快、精度高的特點,而且還能與多種檢測手段聯(lián)用,擴展其應(yīng)用范圍。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,電子產(chǎn)品的升級,F(xiàn)IA作為一種微量的分析技術(shù),正在向智能化發(fā)展,它與計算機技術(shù)的結(jié)合,推動了環(huán)境監(jiān)測過程中的自動、在線分析,展示了其在自動化分析領(lǐng)域里廣闊的應(yīng)用前景,必將成為今后流動注射分析的主要發(fā)展方向。
雖然近幾年得到了快速的發(fā)展,但由于其本身的特點,試劑和待測組分在管道中反應(yīng)時間短,化學(xué)反應(yīng)速度較慢,有些鉑族元與大多數(shù)有機試劑顯色反應(yīng)都需要較長的時間,它還不能全面應(yīng)用與流動分析中,還需用特殊手段加快待測物的反應(yīng)速度。同時國內(nèi)FLA已經(jīng)好多應(yīng)用于實際工作中,但標準檢測方法還未及時更新使用FLA,還需各部門加強合作,使新方法能及時應(yīng)用于國標中。
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Application of Spacing Flow Injection Analysis in the Water Quality Monitoring
ZHANG Hong-bin,HU Bin,WANG Yuan
Kunshan Disease Control and Prevention Center,Kunshan,Jiangsu Province,215301 China
The water environment monitoring can effectively monitor the pollution of water region and protect our health, with the constant development of technology,the spacing flow injection analysis?has begun to play an important role in the water quality monitoring,and the paper briefly introduces the basic working principle,analysis features,application and important role of spacing flow injection analysis in the water quality monitoring,reviews the spacing flow injection analysis method and multiple instruments analysis method including spectrophotography,atomic absorption spectrometry,chemiluminescent immunoassay and other methods,and prospects the existing issues and future development trend.
Flow injection analysis;Water quality monitoring;Application
R123
A
1672-5654(2017)01(b)-0062-03
10.16659/j.cnki.1672-5654.2017.02.062
2016-10-10)
張宏斌(1968-),男,江蘇昆山人,本科,主任技師,主要從事衛(wèi)生理化檢驗。