专利名称：一种流动注射吸力洗脱方法
技术领域：
本发明涉及流通注射与高灵敏度检测器联用，具体涉及一种流动注射吸力洗脱方法。
背景技术：
分析化学在近六七十年的发展主要是一个不断充实新的检测技术(包括读出)的 过程。然而作为分析化学和一切化学实验室中的基础操作的溶液处理，其技术与设备在这 段时间中却变化甚少，大体上还沿用着200年前就已基本定型的操作模式。加液、稀释、过 滤、搅拌、定容、吸样、滴定等手工操作仍是每个化学实验室中最常见的操作。最原始的手工 操作与最先进的电子计算机化的检测仪器在同一实验室中共存已属常见。这种状态严重阻 碍了先进的检测仪器更好地发挥作用；一个分析过程中试样的处理往往占去整个分析时间 的90% 。这种状况自然远远不能满足电子计算机时代对一个化验室所应该提供的信息量的 要求。流动注射法正是为着解决这一矛盾在70年代中期出现的溶液处理技术的新观念。
西方国家远在40年代就有人试图通过机械手和传送带的技术路线来解决实验室 中溶液处理的低效率。其结果总是形成的设备价格昂贵，又容易出现机械故障。由于在观 念上没有超越手工间歇式操作的模式，即使工作正常，效率的提高也十分有限。这一途径 从未得到真正的推广和普及。在50年代后期，在溶液自动分析领域出现了一次重要的变 革。美国的Technicon等公司的Skeggs提出的空气泡间隔式连续流动分析(segmented continuous flow analysis, SCFA)的基石出上大力发展了名为Auto-Analyzer的溶液处理 自动分析仪，第一次把分析试样与试剂从传统的试管、烧杯容器中转入管道中。试样与试剂 在连续流动中完成物理混合与化学反应。这一新技术在60与70年代的西方得到了一定程 度的普及，对化学实验室中溶液处理的基本操作的变革起到了推动作用。
间隔式连续流动分析仍然维持了传统操作最终都要达到物理与化学平衡的观 念。实际上，之所以在液流中加入气泡也正是为了利用其搅拌与壁垒的双重功能来创造实 现两种平衡的条件。这一措施虽然有效，却从另一方面，即平衡条件的制约，限制了其进 一步提高效率。1975年由丹麦学者Ruzicka与Hansen首次命名的流动注射分析(Flow InjectionAnalysis，FIA)摆脱了上述观念上的局限，采用把一定体积的试样注入到无气泡 间隔的流动试剂(载流)中的办法，保证混合过程与反应时间的高度重现性，在非平衡状态 下高效率的完成了试样的在线处理与测定，从而触发了化学实验室中基本操作技术的又一 次更大、更根本的变革。这次变革的根本性质在于打破了几百年来分析化学反应必须在物 理化学平衡条件下完成的传统，使非平衡条件下的分析化学成为可能，从而开发出分析化 学的一个全新领域。在Ruzicka与Hansen之前已有学者用试样注入无间隔液流的方式进 行化学分析但并未意识到这种高度重现的非平衡状态的重要应用与开发价值，却极力追求 恢复平衡，从而错过了重大的科技发现机遇。 FIA的出现是现代科学技术发展过程中化学信息的质量与数量要求不断提高的结 果。FIA正是从实验操作中的基础部分入手来提高的结果。FIA正是从实验室操作中的基
3础部分入手来提高整个化学分析过程的效率及改善提供信息的能力。 一般说，FIA只有同 特定的检测技术结合才能形成一个完整的分析体系。但也正因此它才有了极广泛的适应 性；而一旦实现了这种结合就会使一些传统的检测方法(其中包括如原子吸收光谱分析那 样本来就效率不低的方法)在分析性能方面有显著的提高，甚至飞跃。 FIA在现代分析化学及其正在发生的第三次变革中的重要地位不仅是由于它可以 用较简单的实验设备在广泛的领域中实现分析的自动化与高效率，它还能够通过单次测定 提供有关试样不同稀释或试剂不同混合比例的多维信息。当这一重要功能通过化学计量学 结合之后将会产生一些更为重要的突破。 Ruzicak与Hansen曾在1988年其专著的第二版中预测FIA将作为
连续分析的工具；微型化和集成化的工具；提高检测器性能的工具；连接化学与 仪器的链索；读取多维分析信息的手段；连续监测与过程控制的工具；脉冲响应技术。
FIA的主要特点可以概括为 广泛的适应性FIA可与多种检测手段联用，既可完成简单的进样操作又可实现 诸如在线溶剂萃取、在线柱分离及在线消化等较复杂的溶液操作自动化。它还是一种比较 理想的进行自动监测与过程分析的手段。 高效率一般分析速度可达100-300样/h，包括较复杂的处理，如萃取、吸着柱分 离等过程的测定也可达40-60样/h。 低消耗FIA是一种微量分析技术；一般消耗试样为10-100 iU/测定；试剂消耗 水平也大体相似。与传统手工操作相比，可节约试剂与试样90% _99%，这对于使用贵重试 剂的分析有重要意义。 高精度一般FIA的测定精度可达0. 5% -1% RSD，多数优于相应的手工操作。即 使是很不稳定的反应产物或经过很复杂的在线处理，测定精度仍可达1. 5% -3% RSD。
设备简单、价廉简单的FIA设备所占工作台面积相当于一台英文打字机。国产的 自动化FIA仪器(不包括检测器)的价格仅数千余元。 在FIA建立初期，Ruzicka与Hansen提出FIA与其他分析技术的区别在于三个共
存的要素(或基石)即 试样的注入 高度重现的时间控制 受控制的分散 而最后一项则是FIA之核心。 试样在FIA系统中的分散过程就是试样的物理稀释过程。不同的测定方式对试样 的稀释程度要求不同；人们可以充分利用FI法能控制试样分散的特点来实现测定中所需 的试样稀释度。设计与控制试样和试剂的分散是所有FIA方法的核心问题，因此，需要对试 样的分散状态有一个定量的描述。分散系数D(早期曾称为"分散度")即为分散的试样区 带中某一流体元分散状态的数学表达式。D的定义是在分散过程发生之前与之后，产生读 出信号的流体元中待测组分的浓度比。
D = C7C (1.1) C。是试样未分散之前待测无浓度，C是分散后的某段流体元中的浓度。如果在峰 顶上读出分析结果则C = C"x，便有D = C°/Cmax
现已证明，FI在线预富集分离与原子光谱技术的联用是实现复杂样品中痕量元素 的全自动测定的行之有效的方法。通常用于原子光谱分析的FI在线预富集分离技术主要 包括固相萃取、共沉淀和液_液萃取。 编结反应器通常是由疏水性材料如PTFE等微管编结而成(如Figure 1-1所 示)。将编结反应器应用于FI在线预富集最早是为了实现在线共沉淀分离与原子吸收光 谱(AAS)的联用。方肇伦等利用编结反应器中流向变化所产生的离心力和PTFE管壁对有 机沉淀物的吸附力，成功地将编结反应器应用于共沉淀富集中的在线沉淀收集。
以编结反应器为吸附介质的FI在线预富集与AAS、电感耦合等离子体原子发射光 谱(ICP-AES)和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)联用技术已经应用于环境和生物样品中 (超)痕量元素(形态)分析。分析物通过与配位剂形成可溶性的中型配合物，并吸附在编 结反应器内壁上得以富集和分离。与FI在线微柱预富集分离体系相比，编结反应器体系不 需要填料作吸附剂、反压低、可以较大样品流速补偿其富集效率低的缺点，并且使用寿命几
乎无限长。此技术具有经济、简便和易操作等优点，是替代常用&8微柱预富集的比较理想 的技术。 多步吸附预富集是指在富集总时间及耗样总量一定的条件下，引入若干段空气，
将常规的一步连续进样富集等时间地分成若干步重复进样富集。例如，在保持总进样时间
120s的条件下，随着多步重复进样次数从两步增加到八步铅的吸收信号显著增强。多步吸
附预富集的机理和适用对象还需要系统的实验和理论研究。可能是间隔引入空气流促使吸
附效率较低的配位化合物，如Pb-PDC在编结反应器内壁上分布均匀，并且重复进样过程中
编结反应器内壁上已吸附的有机金属配位化合物为随后配位化合物的再吸附提供了新的
活性位点，这些因素共同提高了编结反应器的吸附效率。对常规单步吸附富集中吸附效率
较低的元素，通过多步吸附预富集，可以显著提高其检测的灵敏度。FI在线多步吸附预富集
与FAAS联用新技术已成功地应用于水样、中成药及茶叶标准物质中痕量铅的测定。 多步吸附预富集，提高了吸附效果，提高了浓集系数，但是使得富集时间大大延
长，降低了样品输出效率。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种降低火焰原子 吸收的检测限，提高火焰原子吸收的灵敏度，大大提高了原子吸收峰值和浓集系数，简便， 高效，实用的流动注射吸力洗脱方法。 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现一种流动注射吸力洗脱方法，其特
征在于，该方法是将待检测样品和络合剂通过流动注射输入编结反应器中在线反应，然后
在编结反应器中输入一段空气流，再通过蠕动泵的吸力使洗脱剂流经编结反应器，然后将
吸出后的含有待检测样品的洗脱液进入火焰原子吸收光谱进行在线检测。 所述的编结反应器位于进样位时，蠕动泵逆向旋转，将洗脱剂从编结反应器中吸出。 所述的待检测样品和络合剂的进样的时间为40 80s。
所述的空气流的时间为4 6s。
所述的洗脱剂的进样时间为20 30s。
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所述的洗脱剂包括乙醇、硝酸、盐酸或其混合物。 与现有技术相比，本发明一种流动注射吸力洗脱新技术，抓住了流动注射技术的 核心，不需要延长分析时间，没有降低样品输出效率，同时大大提高了浓集系数。流动注射 编结反应器吸力洗脱法和火焰原子吸收联用测定痕量金属元素，浓集系数提高一倍以上。 本发明降低了火焰原子吸收的检测限，提高了火焰原子吸收的灵敏度，大大提高了原子吸 收峰值和浓集系数。本发明具有简便，高效，实用等特点。
图1为流动注射与火焰原子吸收联用测定痕量金属元素的流路图的采样状态图；
图2为流动注射与火焰原子吸收联用测定痕量金属元素的流路图的进样状态图；
图3不同洗脱方式对吸光度值的影响曲线图。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。 本发明的目的是旨在发展FI吸力洗脱新技术(D = 1 2)，依靠蠕动泵的吸力实 现洗脱，以减小常规编结反应器体系在洗脱过程中被分析物的分散，提高了吸收信号峰值， 从而大大提高了 EF。 FI吸力洗脱法是指在洗脱过程中依靠蠕动泵的吸力实现洗脱。如附图1 2所 示，洗脱剂1依靠蠕动泵5的吸力流经编结反应器7并且进入火焰原子吸收光谱仪9进行 在线检测。传统的洗脱方法中，洗脱剂依靠蠕动泵的推力流经编结反应器，如果没有分散发 生，那么随着洗脱过程的进行，洗脱剂头部所含的被分析物的浓度最高。但是，由于蠕动泵 推力导致的分散非常严重，分散系数一般在4 5左右，这样就使洗脱剂头部的原本高浓度 的被分析物的浓度大大降低，很难得到一个高的原子吸收峰值。吸力洗脱法中，蠕动泵的吸 力导致的分散大大降低，分散系数只有1 2，这样就大大阻碍了洗脱剂头部高浓度的被分 析物的分散，使所得到的原子吸收峰值大大提高，同时大大提高了 EF。
实施例1 以下通过实例及附图进一步说明本发明及其有益效果。
1.仪器与试剂 3510型原子吸收光谱仪(中国，安捷伦科技上海有限公司)配有氖灯扣背景校正 装置和镉的空心阴极灯。 仪器工作条件镉的测定波长为228. 8nm ;狭缝宽度为0. 2nm ;乙炔流量1. 5L/
min ;空气流量7. OL/min ;雾化器的提升速度为10mL/min ;读数方式为连续，间隔为0. 5s。 FIA-3110型流动注射分析仪(中国，北京吉大小天鹅仪器有限公司)配有双蠕动
泵以及八通道注射阀，泵的驱动、转速、时间及阀位选择均有计算机程序控制。pHS-25型pH计(中国，上海雷磁仪器厂)。编结反应器用内径O. 50mm，外径1. Omm
的聚四氟乙烯管打结而成。 Cd2+的标准工作溶液分别由1000mg/L的标液逐级稀释而成，并用硝酸调pH为 2.0，现用现配。硝酸(分析纯，中国，国药集团化学试剂有限公司)溶液、盐酸(分析纯，中 国，国药集团化学试剂有限公司)溶液、乙醇(分析纯，中国，上�：鸵莼约劣邢薰�)溶液，当日稀释备用。二乙基二硫代氨基甲酸钠(DDTC，分析纯，中国，上海试剂三厂)溶液，乙二胺二硫代氨基甲酸铵(APDC，分析纯，中国，上海试剂三厂)溶液，抗坏血酸(分析纯，中国，上海润捷化学试剂有限公司)溶液，邻二氮杂菲(分析纯，中国，上海三爱思试剂有限公司)溶液，TEA(分析纯，中国，上海润捷化学试剂有限公司)溶液，现用现配。水为二次亚沸蒸馏水。 2.实验部分
操作过程 (1)如图1所示，阀门处于采样Fill位，泵5停止，泵6开启，将样品溶液或Cd2+的标准溶液3，作为络合剂的APDC2溶液输入编结反应器7中。Cd2+与APDC在线反应，其络合物Cd-PDC通过编结反应器7离心力的作用吸附在编结反应器内壁，持续时间为60s。
(2)阀门处于Fill位，泵5开启，泵6停止，在编结反应器7中输入一段空气流4，防止前后溶液相互混合，持续时间为5s。 (3)如图2所示，阀门处于进样Inject位，泵5开启并逆向旋转，泵6停止，将乙醇和盐酸的混合溶液(v/v = 9/1)作为洗脱剂1输入编结反应器7在线洗脱，含有被分析物的洗脱液进入火焰原子吸收光谱仪9进行在线检测，记录吸收信号峰值，持续时间为25s。
3.实验结果与讨论
3. 1流动注射吸力洗脱法 传统的洗脱方法中，洗脱剂依靠蠕动泵的推力流经编结反应器，如果没有分散发生，那么随着洗脱过程的进行，洗脱剂头部所含的被分析物的浓度最高。但是，由于蠕动泵推力导致的分散非常严重，D —般在4 5左右，这样就使洗脱剂头部的原本高浓度的被分析物的浓度大大降低，很难得到一个高的A。吸力洗脱法中，蠕动泵的吸力导致的分散大大降低，D只有1 2，这样就大大阻碍了洗脱剂头部高浓度的被分析物的分散，使所得到的A大大提高，同时大大提高了 EF(如附图2所示)。
3. 2.样品富集时间和流速的影响 当样品流速一定时，进样时间决定了样品流量。在保持样品流速6. 0mL/min时，考察了进样时间对吸收信号的影响。进样300s以内，Cd吸附预富集之后的吸收信号呈线性变化，继续延长吸附预富集时间，信号增长趋势变缓。在保持样品进样体积10mL的情况下，研究了样品流速对20i!g/LCcT吸附预富集的影响。实验结果表明，样品预富集流速越低，吸收信号值越大。但是当样品流速减小到3. 2mL/min时，再继续减小样品流速，吸收信号值增长趋势变缓。由于流速太低会降低样品输出效率，所以实验中选择在6. OmL/min的流速时采样60s。 3. 3.在线混合液的酸度影响 Cd与APDC的在线配合以及Cd-PDC在KR内壁的吸附都直接受到混合溶液酸度的影响。考察Cd的吸收信号受在线混合溶液pH的影响时，首先固定镉溶液的酸度pH 2.0，向APDC的溶液中加入适当浓度的氨水，监测在线混合KR流出溶液的pH变化对Cd吸收信号的影响。当在线混合溶液的酸度在pH 3.0-9.5之间时，Cd的吸收信号强，重现性好。较宽的优化酸度范围便于日常分析中的酸度控制。本实验选择混合溶液的酸度为PH 6.0，即APDC溶液的pH为12。
3.4.空气流速和时间的影响
加入空气的作用是为了避免前后溶液相互混合，减小被分析物在洗脱过程中的分散。实验证明，空气流速10. 4mL/min，加入空气时间5s即可以达到此目的。本实验选择空气流速10. 4mL/min，时间为5s。
3.5.配位剂种类以及浓度的影响 DDTC和APDC是FI在线KR吸附预富集与FAAS联用体系的常用配位剂。DDTC在酸性溶液中不稳定，文献报道当pH为2. 0时，其半衰期只有0. 3s。因此，为保持DDTC在溶液中的稳定性，有报道将DDTC配制在醋酸铵缓冲溶液(pH 9.4)中。在酸性溶液中APDC比DDTC稳定，当溶液pH < 2、 pH = 3、4、5、6、7和7. 3时，其半衰期分别为32分钟、59分钟、2小时、20小时、9天、90天和170天。本实验选用APDC为配位剂。APDC浓度低于0. 01 % m/m时，镉的吸收信号很低。在0. 05-0. 2%。m/m的APDC浓度范围内，镉吸收信号最强而且重现性好。APDC浓度进一步提高，吸收信号峰高有所下降，可能是过量的配位剂与有机金属配合物竞争KR内壁的吸附活性位点，影响了配合物Cd-PDC的有效吸附了。另夕卜，APDC浓度过高时，易在流路中形成配合物沉淀而堵塞管路。本实验选用配合剂为O. 1。；m/m的APDC。
3. 6.编结反应器长度的影响 考察了长度为50、100、150、200、250、300cm的KR管路对镉的吸收信号的影响。随着KR管长度增加镉的吸收信号增大，但是KR过长会使样品输出效率降低。本工作选用了250cm长的KR。 3. 7.洗脱剂种类和洗脱条件的影响 洗脱剂的选择很关键，有机溶剂对FAAS具有增敏效应，FI-FAAS联用体系通常采用的洗脱剂是异丁基甲基丙酮(IBMK)，但需加一个置换瓶，或用专用的耐有机物的泵管，无疑增加了实验操作的复杂性，而且有机物多产生有毒气体和异味，不符合现代绿色环保分析的要求。 本实验比较了乙醇、硝酸、盐酸、乙醇和盐酸的混合溶液对KR内壁吸附的有机金属配合物Cd-PDC的洗脱效果。乙醇做洗脱剂时，对FAAS有增敏效应。稀硝酸做洗脱剂时，由于其具有较强的氧化性，很容易将APDC氧化分解出固体硫堵塞KR管和雾化器。采用稀盐酸作为洗脱剂时，洗脱不够彻底，镉的吸收值不高。而选用乙醇和盐酸的混合溶液作为洗脱剂时，洗脱彻底，洗脱效果好，镉的原子吸收值大，而且在乙醇里面加入了盐酸，消除了乙醇的增敏效应。所以，本实验选用乙醇和盐酸的混合溶液作为洗脱剂。
乙醇和盐酸的浓度对洗脱效果有明显的影响。当乙醇和盐酸体积比小于8时，吸收信号随着体积比的增加而增大。当乙醇和盐酸的体积比在8 9. 5时，吸收信号有一稳定平台。实验选用了乙醇和盐酸体积比为9 : l的混合溶液作为洗脱液。另外，洗脱流速也是FI在线吸附预富集体系的一个重要参数。我们考察了吸收信号随洗脱流速在1. 6-10. 4mL/min之间镉吸收信号的变化趋势。实验结果表明洗脱流速在1. 6-6. 4mL/min之间时，吸收信号峰高线性增长，而在6. 4-10. 4mL/min之间时有一稳定平台。实验中选择6. 4mL/min的洗脱流速。 3. 8.分析特征量如附表1所示 表1为流动注射在线吸力洗脱法和传统洗脱法的分析参数比较
洗脱方法传统洗脱法吸力洗脱法
线性范围(wg/L)20-150l(MOO
浓集系数1538
工作曲线(C, yg/L)A=0.0025C-0.0073A=0.00622C-0.0102
分散系数4.71.8
RSD (%)3.62.5
检测限Og/L)0.510.21
线性回归系数0.9970.999 3. 9.实际水样中Cd2+的测定如附表2所示 表2水样中CcT的测定
样品_浓度Pg/L_加入20wg/LCd的回收率(％)
标准值 测定值 不加掩蔽剂a 加掩蔽剂
GBW 08607 0.100 ± 0.002 b 0.099 ± 0.004
池塘水 25 ±2 42.2 93.8
湖水_18± 1_^il_^_
矿泉水_^_^_^_ a0. 1%。 m/m三乙醇胺，b y g/g， n. d.，未检出。
实施例2 —种流动注射吸力洗脱方法，该方法是将待检测样品和络合剂通过流动注射输入编结反应器中在线反应40s，然后在编结反应器中输入一段空气流，持续4s，再通过蠕动泵的吸力使洗脱剂在20s内流经编结反应器，然后将吸出后的含有待检测样品的洗脱液进入火焰原子吸收光谱进行在线检测。 上述方法将流动注射编结反应器吸力洗脱法和火焰原子吸收联用测定痕量金属元素，浓集系数提高一倍以上。本发明降低了火焰原子吸收的检测限，提高了火焰原子吸收的灵敏度，大大提高了原子吸收峰值和浓集系数。本发明具有简便，高效，实用等特点。
实施例3 —种流动注射吸力洗脱方法，该方法是将待检测样品和络合剂通过流动注射输入编结反应器中在线反应80s，然后在编结反应器中输入一段空气流，持续6s，再通过蠕动泵的吸力使洗脱剂在30s内流经编结反应器，然后将吸出后的含有待检测样品的洗脱液进入火焰原子吸收光谱进行在线检测。
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上述方法将流动注射编结反应器吸力洗脱法和火焰原子吸收联用测定痕量金属元素，浓集系数提高一倍以上。本发明降低了火焰原子吸收的检测限，提高了火焰原子吸收的灵敏度，大大提高了原子吸收峰值和浓集系数。本发明具有简便，高效，实用等特点。
以上所述的实施例仅为了说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本专利的范围并不仅局限于上述具体实施例。
权利要求
一种流动注射吸力洗脱方法，其特征在于，该方法是将待检测样品和络合剂通过流动注射输入编结反应器中在线反应，然后在编结反应器中输入一段空气流，再通过蠕动泵的吸力使洗脱剂流经编结反应器，然后将吸出后的含有待检测样品的洗脱液进入火焰原子吸收光谱进行在线检测。
2. 根据权利要求1所述的一种流动注射吸力洗脱方法，其特征在于，所述的编结反应 器位于进样位时，蠕动泵逆向旋转，将洗脱剂从编结反应器中吸出。
3. 根据权利要求1所述的一种流动注射吸力洗脱方法，其特征在于，所述的待检测样 品和络合剂的进样的时间为40 80s。
4. 根据权利要求1所述的一种流动注射吸力洗脱方法，其特征在于，所述的空气流的 时间为4 6s。
5. 根据权利要求1所述的一种流动注射吸力洗脱方法，其特征在于，所述的洗脱剂的 进样时间为20 30s。
6. 根据权利要求1所述的一种流动注射吸力洗脱方法，其特征在于，所述的洗脱剂包 括乙醇、硝酸、盐酸或其混合物。
全文摘要
本发明涉及一种流动注射吸力洗脱方法，该方法是将待检测样品和络合剂通过流动注射输入编结反应器中在线反应，然后在编结反应器中输入一段空气流，再通过蠕动泵的吸力使洗脱剂流经编结反应器，然后将吸出后的含有待检测样品的洗脱液进入火焰原子吸收光谱进行在线检测。与现有技术相比，本发明降低了火焰原子吸收的检测限，提高了火焰原子吸收的灵敏度，大大提高了原子吸收峰值和浓集系数。本发明具有简便，高效，实用等特点。
文档编号G01N21/31GK101738378SQ200810202619
公开日2010年6月16日 申请日期2008年11月12日 优先权日2008年11月12日
发明者张曦, 李卓, 王中瑗, 王敏, 苏耀东, 高强 申请人:同济大学
专业数控铣床产品供应商
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