Г. Кристиан - Аналитическая химия, том 2 (1108738), страница 54
Текст из файла (страница 54)
Подобные устройства характеризуются так называемым «мертвым» временем. Оно представляет собой временной интервал с момента изменения параметра на входе, в течение которого не происходит изменения величины параметра, контролируемого датчиком на выходе. Мертвое время включает в себя время выполнения измерений (аналитическое «мертвое» время). Его можно умень- хЗ.2. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ АППАРАТУРА' КОНТРОЛЬ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ 27Э Клапан РИС. 23.2 Петля управления с обратной святтню Точка Точка выхода Г , 'входа Прот,всс 1 ГЛАВА 23. АВТОМАТИЗАЦИЯ ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА Оборудование для автоматизированного управления производством В принципе для управления производством можно использовать любые обычные измерительные приборы и методики измерений.
Но лабораторные приборы, как правило, не приспособлены для измерений в режиме опйпе. Удовлетворяющие этим требованиям приборы должны быль более устойчивыми в эксплуатации и быть способными к работе без вмешательства оператора либо при участии операторов достаточно низкой квалификации — ведь заводские работники, как правило, не являются специально обученными химиками-аналитиками.
В то же время Вы, уважаемый читатель, будучи аналитиком-профессионалом, обязаны решить, какой способ измерений следует применить, какие приборы для этого закупить, а также гарантировать, что полученные результаты будут правильными. Выбор оборудования определяется его стоимостью и соответствием его возможностей поставленным задачам. Среди методов, используемых чаще всего, — спектрофотометрия (измерение интенсивности окраски, поглощения в ультрафиолетовой или инфракрасной области, мутности, толщины пленок); электрохимические методы, в первую очередь потенциометрия (измерения рН, активностей различных катионов или анионов); газовая и жидкостная хроматография, в первую очередь — в нефтехимической промышленности, где требуется контролировать состав сложных смесей в ректификационных колоннах.
Измерения спектрофотометрическим и другими методами часто возможно выполнить очень быстро, используя методику проточно-инжекционного анализа. 23.3. Автоматическая аппаратура 1. Отбор пробы (например, раствора из маленькой чашечки, помещенной во вращающуюся кассету или на движущуюся ленту). 2. Разложение проб. 3. Разбавление, добавление реагентов. 4. Инкубация проб. 5. Перенос пробы к детектирующей системе. 6. Считывание и запись показаний.
7. Обработка данных (введение поправок на сигнал контрольного опыта, нелинейность градуировочной зависимости, расчет среднего и дисперсии, корреляционных характеристик и т. д.). Как отмечено ранее, автоматические приборы не являются управляющими устройствами с обратной связью. Они предназначены лишь для автоматизации одной или нескольких стадий анализа, как правило, — для анализа множества проб на содержание одного или нескольких компонентов. Автоматические приборы позволяют выполнять одно или более из следующих действий. 23.3.
АВТОМАТИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА 281 Аппаратура, применяемая в клинических исследованиях, может также включать устройства для удаления белков из пробы. Устройства, позволяющие автоматизировать лишь неболыпое число указанных операций, главным образом выполнять электронную обработку данных, часто называют полуавтоматическими. С точки зрения терминологии, используемой для автоматизированных производственных анализаторов, все автоматические устройства являются дискретными, поскольку они позволяют анализировать лишь отдельные пробы в дискретном режиме. В то же время для таких устройств существует и своя собственная классификация. 1.
Приборы с дискретным пробоотбором. В таких устройствах каждая проба претерпевает химическое превращение в отдельной кювете или камере. Эти пробы анализируют последовательно или параллельно (см. ниже). 2. Приборы с непрерывным проточным пробоотбером. В этом случае растворы проб непрерывно движутся друг за другом в потоке, заключенном в трубку.
Отдельные пробы могут быть разделены пузырьками воздуха. Они последовательно смешиваются с реагентами в определенной точке той же самой трубки, а затем так же последовательно проходят через детектор. Преимущество приборов с дискретным пробоотбором состоит в меньшей вероятности (нлн полном отсутствии) взаимного загрязнения проб. Однако проточные приборы требуют меньше механических манипуляций н могут характеризоваться очень высокой воспроизводимостью результатов.
Приборы дискретного типа могут быть предназначены для определения только одного компонента в одной пробе в данное время. Они называются одноканальными анализаторами (рис. 23.3). Приборы, которые могут одновременно анализировать несколько проб, т. е. работать с ними не последовательно, а параллельно, отличаются высокой производительностью. Обычно их можно легко перестроить для выполнения нескольких различных анализов.
Дискретные ана- Проба йа Детектор йв Проба йв Детектор йв Проба йв Детектор йв Реагент 1 1 ! Реагент 1 1 2 Пз Ез) Последовательно Параллельно Параллельно РИС. 23.3. Принципиальные схемы дискретных анализаторов: а — одноканальных, б — многока- нальных ГЛАВА Ю. АВТОМАТИЗАЦИЯ ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА 282 Проба Ма Детектор На П-»ГЭ»ГЛ-" Зь»Е1 Параллельно Детектор Ма Проба Ма Детектор Ма Реагент 1 Дз-в Дг-в Š— ж-~я [3 - [л-»[ — ' —" — "-'3 ш Проба Кн Дз-в» Д2-э» Д2 Пз [зт Пь»ггь —.-'-.." Гл Последовательно Параллельно лизаторы могут также анализировать отдельные аликвоты одной и той же пробы (отбирая их из одной и той же чашки) параллельно на содержание нескольких различных аналитов.
В этом случае их называют многоканальными анализаторами. Проточные приборы тоже могут быть одноканальными, предназначенными для последовательного анализа большой серии проб на содержание одного компонента (рис. 23.4), или многоканальными. В этом случае общий поток пробы делится в одной или нескольких точках на отдельные потоки для определения различных компонентов либо производится отбор нескольких аликвот пробы, движущихся параллельно по различным потокам. Современные приборы часто оказываются столь сложными, что приобретают черты автоматизированных устройств вне зависимости от того, действительно ли они выполняют анализ в автоматическом режиме. Например, они могут позволить контролировать температуру реакционной камеры и, при помощи обратной связи, регулировать ее, поддерживая постоянной (что бывает важным для проведения ферментативных реакций).
23.4. Проточно-инжекционный анализ Основы метода Проточно-инжекционный анализ (ПИА) основан на вводе (инжекции) жидкой пробы в непрерывный движущийся несегментированный поток жидкости подходящего состава. Инжектированная проба образует зону, которая переносится к детектору. Смешение пробы с реагентами в движущемся потоке осуществля- РИС. 23.4. Принципиальные схемы непрерывных проточных анализаторов; а — одноканальных; б — многоканальных гзуь проточно-инжякционный дндпиз айвз млгмин 0,8 Рис.
23.5 Схема проточио-инжекционной системы лля спекгрофотометрического определения хлоридов(а) н аналоговый вывод сигнала лри определении хлоридов в диапазоне ст 5 до 75 мкг!мл при помощи ПИА: Б — точка ввода пробы; Р— детектор; % — слив 0,6 0,4 0,2 0,0 б Время †ется главным образом в режиме, контролируемом диффузией; при этом происходит химическая реакция. Детектор непрерывно регистрирует оптическую плотность, потенциал электрода или другой физический параметр, который изменяется в момент прохождения пробы через проточную ячейку. Сигнал регистрируется в форме пика.
ПИА напоминает высокоэффективную жидкостную хроматографию, только без колонки. Он осуществляется при низком давлении без разделения компонентов. На рис. 23.5 в качестве простейшей иллюстрации проточно-инжекционного метода показана схема спектрофотометрического определения хлоридов в одноканальной системе. Оно основано на высвобождении тиоцианат-ионов из тиоцианата ртути(11) под действием хлоридов, последующем взаимодействии тиоцианатов с ионами железа(Ш) и измерении интенсивности возникающей при этом красной окраски (подробности см. в описании практической работы 37).
Пробы, содержащие хлориды в концентрации от 5 до 75 мкг!мл, инжектировали (точка Б) при помощи дозатора объемом 30 мкл в раствор носителя, который содержал смесь реагентов, и прокачивался со скоростью 0,8 мл/мин. На пути к детектору (Р) в процессе того, как зона инжектированной пробы размывалась в потоке носителя-реагента, в смесительной спирали (длина 50 см, внутренний диаметр 0,5 мм) образовывался тиоцианат железа(111). Использование смесительной спирали позволяло уменьшить размывание зоны пробы вследствие возникающих в спирали центробежных сил. Это привело к тому, что регистрируемые пики получились более узкими. Проточно-инжекционный анализ выполняется ГЛАВА 23. АВТОМАТИЗАЦИЯ ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЕА очень быстро.
Оптическую плотность потока носителя непрерывно измеряли при 480 нм в миниатюрной проточной ячейке (объемом 10 мкл) и регистрировали (рис. 23.5, б). Чтобы продемонстрировать воспроизводимость аналитического сигнала, пробу каждого состава инжектировали по четыре раза; таким образом, в этой серии было выполнено 28 отдельных анализов проб с семью различными концентрациями хлоридов.
Это заняло 14 минут. Средняя производительность в этом случае составила 120 проб/ч. Результаты быстрого сканирования пиков для проб с концентрациями 75 и 30 мкг/мл (рис. 23.5, б, справа) подтверждают, что к моменту поступления следующей пробы (Бз) в проточную ячейку от предыдущего раствора в ней осталось менее 1;4. Таким образом, при вводе проб с интервалом в 30 с перегрузки системы не наблюдается. Важнейшей особенностью ПИА является то, что, поскольку все условия анализа строго воспроизводимы, размывание (дисперсия) зон также контролируемо и воспроизводимо.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
