Ю.А. Золотов - Методы химического анализа (Основы аналитической химии, том 2) (1110130), страница 82
Текст из файла (страница 82)
Проточный анализ. Более распространенная альтернатива дискретному автоматизированному анализу — проточный анализ. В этом случае пробы включают в поток жидкости-носителя (индифферентного или реагирующего с определяемыми компонентами).
По ходу потока, без остановок, выполнякпся все необходимые операции (см. Рис. 16.1, в). Это приводит к очень высокой производительности, до сотен проб в час. Закрытая проточная система также снижает риск потерь нли загрязнения вещества. По способам ввода пробы и реагентов, скоростям потоков жщ<- костей проточные методы можно разделить на непрерывный проточный анализ с сегмеитированным потоком, группу проточно-инжекциониых ма<адов и электроинжекционный анализ (табл.
16.1). 404 405 П Нос Рис 162. Схема потокораспределнтельной системы для непрерывного проточного анализа с сегмевтвроаанным потоком: 1 — перистаяьтический насос; 2 — смесительная спираль; 3 — устройство для удаления пузырьков; « — праточный детектор Включение серии проб в один поток требует определенных предосторожностей: пробы не должны смешиваться, их сигналы не должны перекрываться. Существует два варианта решения этой проблемы: разбиение зон пробы воздухом нли несмешивающейся с носителем жидкостью на отдельные сегменты; впрыскивание (инжекцня малых порций пробы в поток быстро двюкущейся жидкости).
Первый вариант является основой непрерывного проточного анализа с сегментированным потоком, второй— группы инжекционных методов. Непрерывный нраточный аналю. В НПА, предложенном А. Скеггсом, пробы и реактивы с постоянной скоросп ю непрерывно прокачиваются с помощью насоса по трубкам. Кроме того, через одну из трубок в систему подается воздух, который делит каждую пробу на ряд небольших, одинаковых по объему сегментов. Сегментированный поток сливается с потоками растворов нужных реактивов, смешивается с ними и после удаления пузырьков воздуха попадает в детектор (рис. 16.2). Достоинства такого подхода заключаются в высокой степени автоматизации, быстроте и проюводительности.
Изготовленные по этому принципу автоаиа>нпаторы «Техникою> и «Контифлв> широко использовались в практике лабораторного химического анализа, в том числе и в нашей стране. В описанной схеме возможны изменения. Так, для сегментации потока иногда используют не газ, а несмешивающуюся с носителем жидкость; однако разбивание потока пузырьками воздуха остается наиболее распространенным. В середине 1980-х годов американской фирмой «А1ркепв> был создан фотометрический детектор, позволяющий юмерять оптическую плотносп в сегмеитированном потоке жидкости без удаления пузырьков. Это послужило основой бурного развития НПА из-за резкого увеличения производительности анализа. Иннсекционные методы анализ>х Лишь в 1975 г. вышла первая публикация, авторы которой (Я.
Руясичка и И. Хансен) обратили внимание на 406 возм „и скн ость проведения проточного аналюа без сегментации (отдельные ра р боты появлялись и раньше, но им не придавали существенного значения); зто так называемый проточно-инжекциоиный анализ (ПИА). Родонач чальники ПИА Я. Ружичка и И. Хансен определили предложенный ими прием химического анализа следующим образом: «метод, основанный на а»«денни (инжекции) пробы жидкого аналнзированного о~~азца в дви>кущийся непрерывный поток подходящей жидкости.
Зона инжектированной пробы транспортируется по направлению к детектору, который непрерывно регистрирует оптическую плотность, электродный потенциал нли любой другой физический параметр, непрерывно изменяющийся при пропускании пробы через его проточную ячейку» и «прием, основанный на сочетании инжекции пробы, поддерживания контролируемой дисперсии (размывании зоны пробы) и строго постоянного времени пребывания». Впоследствии авторы, по-видимому„уже лучше понимая огромные возможности предложенного подхода, дали другое, уточненное определение: «Метод анализа, основанный на получении информации по градиенту концентрации определяемого вещества, полученного в результате его инжекгирования в виде хорошо воспроизводимой зоны в несегментированный поток носителя>ь Ж.
Фан так определили ПИА: «Прием нехроматографического проточного анализа, основанный на получении в термодинамически неравновесных условиях хорошо воспроизводимых зон пробы и реагента в непрерывном потоке». Инжекшюнные методы в настоящее время активно развивав>тся: кроме ПИА предложены последовательный инжекционный анализ; последовательный акал>п с инжекцией часпнс элеатроинжекционный аналю (см. табл. 16. 1). Все инжекционные методы основаны на следующих принципах: введение микропробы образца в ламинарный поток носи>ела; стабильное движение зоны образца в системе, сопровождакнцееся протеканием различных процессов (смешивания, химическое взаимодействие, сорбция, экстракция и т.
д.); строгий контроль дисперсии (размывания и разбавления) введенного образца в процессе его движения; постоянство времени пребынания образца в системе; непрерывное в неравновесных Дь>ььч> условиях измерение аналитического ааьбн Нас»тех> Рассмотрим различные варианты инжекционных методов (см. табл. 16.1). Основные компоненты двухканальной иотокораспредеяительной системы для НИА могут быть проиллюстрированы схемой, Рнс 16З. Схема двухканальной потокоприведенной на рис, 16.3. Растворы распреле"втеаьной системы лхя ПИА: носителя и реагента по узким плакнм пла- 1 детектор; 2 — смеситсльная спи- раль; 3 — насос стиковым трубкам непрерывно по- 407 даются с помощью насоса.
Периодически в ламинарный поток носителя вводятся строго воспроизводимые мнкрообъемы анализируемой проб ы. осле ввода каждая микропроба, образующая сегмент в потоке носителя, двигается по направлению к непрерывно работающему детектору. При движении анализируемого раствора, заключенного в виде жидкой зоны (сегмента) в потоке носителя, образец частично разбавляется носителем, в потоке создается градиент концентрации образца.
В некоторый момент поток носигеля сливается с потоком раствора реагента, смешивается с ним в реакционной спирали, прн этом компоненты пробы вступают в химическую реакцию. Объединенный поток проходит через ячейку детектора, непрерывно регистрирующего аналитический сигнал. Преимущества ПИА по сравнению с его новыми вариантами, которые будут рассмотрены ниже, состоят: в хорошей проработке основ метода, доступности оборудования н простоте зксплуатапии (определение может быль реализовано с помощью оборудования для ВЭЖХ), легкости реализации различных приемов для концентрирования н разделения веществ. К недостаткам следует отнести, в первую очередь, необходимость конструирования и отладки новой потокораспределительной системы для решения каждой аналитической задачи.
При необходимости использования большого числа регентов системы для ПИА весьма громоздки, кроме того в таких случаах наблюдается значительное разбавление зоны пробы, что приводит к снижению чувствительности. Также весьма существенным недостатком является необходимость постоянного прокачивания реагентов, что приводит к их значительному расходу.
Последовательный инжекционный анализ был предложен Я. Ружичкой и Г. Маршал (1990) в качестве дальнейшего развития проточно-ннжекционного авнлиза Последовательный ннжеяционный виллю — зто простой и удобный вариант проточного анализа Гибкость подхода обеспечивается использованием многоходового крана, каждый порт которого обеспечивает выполнение различных операций: введение пробы, реагентов, стандартов, подключение различных детекторов и других устройств (рис.
16.4). Ггр»Г Рлс. 16.4. Схема пстоксрзспределятельвой «исто«ы дла последовательно-ляжек«ионного анализа: 1— — шприцевой насос; 1 — «удержиззюппя» спираль; 3 — многоходовой «ран; «вЂ” проточный летаоср 408 Рис. 16.5. Процессы, происходжцие при послеловательно-июкекцновном аналюе: 1 — инжекцзя пробы; 2 — инжекция реагентз(оа); 3 — движение к «удержи- вающей» спирали; « — изменение направления движения; 5 — дете«таро«ание Концепция основана на последовательной инжекции с помощью шприцевого насоса зон пробы зналюируемого образца и реагентов в потокораспределительную систему.
Последовательность вначале хорошо разделенных зон движется и попадает в «удерживающую» спираль. Затем многоходовой кран переключается на порт детектора, а шприцевой насос юменяет движение потока на противоположное. Зоны реагентов проходят друг сквозь друга и попадают в детектор, в котором регистрируется аналитический сигнал продукта химической реакции (рис.16.5 ).
Последовательный инзкекционный анализ с возобновляемыми колонками (с инлсекцией частиц) был предложен Я. Ружичкой (! 994) как вариант дальнейшего развития проточных методов. Были разработаны специальные проточные ячейки, позволяющие проводить детектирование в гетерогенных системах. Перед каждым определением в автоматизированном режиме ячейку заполняют частицами сорбента (с( 50 — 130 мкм), закачивзя с помощью шприцевого насоса в потокораспрелелительную систему суспензию частиц (рис. 16.6). Затем так же как н в послеловательном инжекционном анализе, в систему инжектируются проба и необходимые реагенты. После смешения пошотовленнзя проба или продукт ее химической реакции с реагентом направляются в проточную ячейку детектора, где происходит взаимодействие с частицами сорбента, при зтом детектор регистрирует 409 Проба Носитель 411 Рис.
16.6. Схема потоксраспределвтельвой схемы для последовательно-нвжекцк- оввого анализа с возобновляемой колонкой (ввжекция частиц): 1 — шприцевой насос; 2 — аулерживаюшая» спираль; 3 — многоходовой кран; 4 — проточный детектор со специальной ковструкш<ей ячейки аналитический сигнал. Отработанные частицы сорбента удаляются из потокораспределительной системы. Таким образом удается в неравновесных условиях потока организовать сорбпионное концентрирование и твердофазное детектирование, что приводит к значительному повышению чувствительности определения (рис. 16.7).
При реализации этих подходов сохраняются достоинства проточноинжекционного анализа, такие как низкий расход пробы, высокая производительность, возможность осуществления различных химических реакций и процессов в неравновесных условиях потока. Однако есть и существенные достоинства. Главные из них — это универсальносп и гибкость подхода и простота оборудования: одна и та же система (по сути дела пластиковая трубка) может быть использована для определения различных компоненгов, для реализации различных химических реакций, в том числе и с участием большого числа необходимьп< реагентов.
Для этого необходимо измеюпь лишь программу, управляющую работой прибора, и подключить с помощью многоходового крана дополнительные реагенты или узлы. Рас или узлы. всход реагентов и сорбентов в последовательном инжекционном анализе и его варианте с инжекцней частиц минимален. Практическая реализация этих методов предполазцет использование достаточно дорогого оборудования и специального программного обеспечения. В рассмотренных методах, когда микрообьемы пробы вводя>ся в лаьшнарный поток носителя, предполагается, что химические реакце~ и физические процессы должны протекать достаточно быстро.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
