流动注射法在水质分析中的应用研究

郭 红

（宁夏地矿中心实验室 宁夏 银川 750021）

0 引言

目前，对水中污染物的测定有很多方法如：原子吸收光谱法、紫外可见分光光度法、离子性选择电极法、两相滴定法、气相色谱法、液相色谱法和流动注射分析法等。 近年来，由于流动注射分析技术的进一步发展，流动注射分析技术与不同的检测技术相结合表现出极广泛的适应性，其测定速度快、分析效率高、试样和试剂消耗量少、检测精度好、灵敏度高、设备简单、便于操作等众多优点，引起广大环境监测工作者和研究人员的极大兴趣和关注。 比如，已报道有将流动注射分析技术与分光光度法、化学发光法、电化学技术、原子光谱法、电感耦合等离子体质谱和毛细管电泳等不同检测技术联用，这些联用技术在水质分析中都有一定应用。 本论文将流动注射技术与分光光度法相结合，对水中常见阴离子表面活性剂、挥发酚、氰化物和总磷四种污染物含量的测定进行了研究。

1 流动注射分析的原理

基本的流动注射分析系统主要有载流驱动系统、 注样器或注样阀、反应器、流通式检测器和信号读出装置五部分组成。当装入注样阀中一定体积的试样被注入以一定流速连续流动的载流中后，在流经反应器时与载流在一定程度上相混，与载流试剂反应的产物在流经流通式检测器时得到检测，记录仪读出为一峰形信号。

流动注射分析法是将一定体积的试样溶液注入到以一定流速连续流动的载流试剂中，在流经反应器管道时试样与试剂之间相互渗透而形成一个个分散带，同时发生化学反应，在流经检测器时被检测，记录仪读出为一组峰形信号，即物理分散状态和化学反应状态的综合反应。一般以峰高为读出值绘制校正曲线，并计算分析结果。对一个固定的实验装置来说，只要流速不变，在一定的留存时间时，虽然样品与载流试剂的混合总是不会完全的， 但是分散状态都是完全可以重现的，因此可以得到重现良好的分析结果。 所以，与传统的化学分析操作相比，既不需要均匀混合，也不需要达到化学平衡，这不仅大幅度提高了分析速度而且有效地提高了分析方法的选择性和灵敏度，为实现连续自动化分析奠定了基础。

2 流动注射分析的特点

2.1 广泛的适应性

流动注射分析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解等较复杂的溶液操作的自动化。它还是一种比较理想的进行自动监测与过程分析的手段。

2.2 分析速度快

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。

2.3 重现性好

一般流动注射分析的测定精度可达0.5%-1%RSD，多数优于相应的手工操作。 即使是不稳定的反应物或经过很复杂的在线处理，测定精度仍可达1.5%-3%RSD。

2.4 低消耗

流动注射分析是一种微量分析技术， 一般消耗试样为10-100μL测定，试剂消耗水平也大体相似。与传统手工操作相比，可节约试剂和试样90%-99%，这对于使用贵重试剂的分析有重要意义。

2.5 容易实现分析操作自动化

样品的自动稀释、在线前处理、自动进样和数据处理通过计算机程序控制形成一套完整的全自动化分析体系。

3 流动注射分析系统

3.1 泵

常用蠕动泵和注射泵两种。 蠕动泵由泵头、压盖（或带）、调压器、泵管和驱动电机几部分组成。 泵头由滚轮、辊杠组成。 滚轮、辊杠由耐腐蚀的金属材料或工程塑料制成。 压盖分为多道一体式、分道式和压带式。 前两种对压盖的曲率要求很高。 调压器的功能是向压盖提供适当压力，使泵管在泵头转动时受到挤压。压力过小，蠕动泵不能使液体形成液流，压力过大又会造成泵管易于磨损。 适当调节调压器的调节螺丝可使调压器内的弹簧压力施于压盖及泵管之上， 使其受力合理。常用的电机有同步电机、可逆电机和步进电机。 泵管最常用的是聚氯乙烯泵管和硅橡胶泵管。

3.2 单道注入阀

通常指六孔三槽旋转阀，双层结构，转子上有3 个沟槽，等距离分布在一个同心圆上，槽的长度是同心圆周长的1/6。在定子上有6 个可连接管道的孔，与转子上槽的两端相通。 将两个相对的孔连接成采样环，阀的一侧是试样入口和废液出口；另一侧是试剂（载液）入口和通向检测器的出口，转子的转角为60°，通过注入阀的旋转将样品带“切入”到流路当中，其基本结构和工作原理如图及图所示，除了六通阀以外，还有两通、三通、四通、八通、十通等，可以根据不同的流路设计要求选用，连接方法极其灵活，可以满足各种系统的需要。

3.3 反应盘管（又称混合圈或反应圈）

反应盘管是样品通过注入阀注入到试剂流路之后，于试剂发生混合并进行化学反应的场所。一般多采用内径为0.5 或0.8mm 的聚四氟乙烯管盘绕而成，绕成圈形有利于增加径向扩散，减少轴向扩散，即增加样品和试剂的混合程度， 并尽量不增加样品在载流液中的分散，圈径小则径向扩散增大有利于样品与试剂的混合。结果比由同样的直管得出的峰要对称一些，高一些，并窄一些，盘得越紧，这种效应越明显。根据具体的试验要求，盘管的长度一般从几十厘米到几米不等。

4 流动注射法在水质分析中的应用

4.1 金属污染物的测定:可检测水中镉、铬、汞、镍、铜、锌、砷、铅、硒等。 例如，王厚忠等采用流动注射、离子交换与原子吸收联用技术，建立了环境水样中镉离子的在线预浓集火焰原子吸收分析法；隋智慧等人采用流动注射光度法测定制革废水中微量Cr(Ⅵ)；此外，流动注射法作为在线还原富集的方法与电感耦合等离子体发射光谱或者火焰原子吸收光谱法联用，也可以在线测定水中的铬。

4.2 非金属污染物的测定：可检测水中总氰化物、氨氮、亚硝酸氮、硝酸氮、磷酸盐等。 孙青萍基于氯化氰与1，3-二甲基巴比妥酸和吡啶-4碳酸在缓冲条件下反应，产生红色络合物的原理，提出了用流动注射光度法测定自来水中氰化物，该方法线性范围为0-0.04mg/L，检出限为0.002mg/L，分析频率为30 样/h。

4.3 有机污染物的测定：可检测水中酚、化学需氧量、阴离子表面活性剂等。 例如颜流水等人采用流动注射技术，基于4-氨基安替比林显色原理，建立了炼油废水中挥发酚的快速测定方法，该方法分析频率为40 样/h，线性范围为0.75～23.0mg/L，对1.50mg/L 苯酚标准溶液连续测定10 次，相对标准偏差为2.8%，结果较为满意。

5 结束语

总之，随着经济突飞猛进的发展，环境污染的状况越来越严重，其中水质污染程度也日益严重， 而传统的水质分析方法分析速度较慢、准确性有限，已经逐渐地不能满足水质分析的要求了。 在常规的一些水分析项目工作中如经常需要使用萃取、蒸馏、消解等各种前处理手段操作，目前这些工作主要是以手工操作为准，不但耗时费力、消耗大量的化学试剂，还造成了新的污染，同时在手工操作过程中的不确定性也影响到了分析结果的准确性。面对繁重的水质分析任务和更高的分析要求，流动注射分析作为一种有着众多优点的自动化技术，在水质分析中的应用也越来越广泛。

［1］方肇伦.流动注射分析法[M].北京:科学出版社,1999.

［2］武万峰,徐立中,徐鸿.水质自动监测技术概述[J].水利水文自动化,2004,1:14-18.