流动注射的发展概况及在水环境监测中的应用

文_董金明 梅州市环境监测中心站

1 流动注射的发展概况

1.1 流动注射分析技术

流动分析是指借助于试样或（和）试剂的流动即在物质运动状态下进行分离和测定的技术或方法，具体包括连续流动分析、高效液相色谱、流动注射分析、离子色谱和毛细管电泳五种分析技术。图1是流动注射分析系统基本流路图，其中，蠕动泵的作用为驱动载液以恒定的流速流过细管；注入阀的作用为将试样注入载液中；反应器的作用为使注入的试样良好分散，和提供试样与载液或试剂反应的场所；检测器和信号记录装置则测量和记录经反应器反应而生成的产物流入自身产生的响应值。

C-载液；R-试剂；P-蠕动泵；S-试样；RC-反应器；D-检测器；W-废液。

1.2 流动注射分析技术的发展过程1.2.1 流动注射

传统的流动注射分析系统是在连续流动分析技术上发展起来的，由高性能的多通道蠕动泵、注入阀、反应管、检测器和记录仪组成。根据被测物质浓度与响应信号的相关性，利用峰面积或峰高可对试样进行精确定量分析。典型的分析系统中，蠕动泵可以形成恒定流速的载液且脉冲干扰小；注入阀带有确定长度和内径的定量环，可注入精确体积的试样；因此分析结果具有良好的重现性。

1.2.2 顺序注射

顺序注射分析系统由单通道高精度的双向泵（如带三通阀的注射泵）、储存管、多通道选择阀和检测器组成。其核心组件是多通道选择阀，选择阀的各个通道分别与试样、储存管、检测器等通道相连，公共通道与注射泵相通。通过泵的作用顺序从不同的通道吸入一定体积的液体区带储存于泵与阀之间的储存管中，在此过程中，试剂与试样由于径向扩散和轴向对流作用混合而发生化学反应，一定时间后推至检测器测定。多通道选择阀各通道有一端始终与公共通道相连，另一端则为可调控状态，因而注射泵能依次吸入试样、试剂和载液等并推送到检测器，最终得到与正常流动注射分析中类似的峰值信号。

1.2.3 流动注射-可更新表面技术

流动注射-可更新表面技术或微珠注射分析技术是继顺序注射分析之后发展起来的流动注射微量分析的第3代技术，通常用于生物化学研究，其组成和操作方式与顺序注射基本相同。微珠注射也有多通道选择阀，不同的是使用微珠作为试剂载体，含有生物分子的试样和载液以精确控制的流速流过微珠表面并在表面与试剂反应，含有产物的混合液进入检测器中检测，微珠自动排废。微珠注射分析的关键之处在于要注入定量的微珠，且它们能在特定区带捕获试样。以微珠作为微载体进行溶液处理，可以消除顺序注射分析中混合试剂之间的相互影响，提高了分析灵敏度。

1.2.4 微全分析系统

随着微流控芯片的发展，微全分析系统被提出，它是目前集成程度和自动化程度最高的流动注射分析系统，由计算机控制试样和试剂的流动、分散、混合及反应过程，流动载体为采用微加工方法在平板上制作出的微米级结构。1、2、3代系统的分析应用都可以使用微全分析系统。

1.3 流动注射分析的发展现状

1.3.1 与其他分析方法的联用

（1）与光学法联用

20世纪80年代，流动注射与可见分光光度法联用最为普遍。在后来的发展中，因流动注射可大大提高原子吸收光谱法和电感耦合等离子体原子光谱法的分析效率和灵敏度，而成为人们关注的联用技术。

（2）与电化学法联用

20世纪80年代流动注射与电化学法的联用逐步发展，流动注射与电化学检测技术的联用不仅增强了离子选择电极的选择性，而且实现了高灵敏度的在线监测。电化学分析以电导、电位、电流和电量等参数与被测物组成、浓度的关系为计量基础，是仪器分析的一个重要组成部分。在联用技术的相关报道中以流动注射与安培法的联用居多。

1.3.2 流动注射分析的智能化

流动注射分析作为一种微量分析技术，体系的微型化和智能化是其发展趋势之一。例如可以用计算机来完成流动注射分析仪器的信号分析与处理、结果表达与输出等操作，也可以模拟各种仪器控制面板，用多种表达形式输出检测结果，实现检测过程的自动在线分析等，这不仅大大提高了检测效率也节约了所需的实验成本。

2 流动注射在水环境监测中的应用

2.1 应用背景

目前对工业废水、生活污水中总磷的测定一般采用钼酸铵分光光度法，该法存在测定过程烦琐、重现性差、需手工操作和分析时间长的缺点，不适用与批量样品的连续分析。对此，有学者搭建了流动注射-分光光度分析系统，建立了正磷酸盐的快速分析方法，在实际污废水测定磷酸盐的应用中得到令人满意的结果。

2.2 实验部分

（1）实验仪器与试剂（见表1）

表1

（2）实验方法

实验中（见图2）载流、显色剂、还原剂和试样（污废水）经蠕动泵被输送到流路中，启动流动注射分析程序，经30s试样充满400μL采样环，采样阀自动切换至分析位置并停留40s。在载流推动下，试样与显色剂在RC1中混合，在酒石酸锑钾催化下，污废水中磷酸根与钼酸铵反应生成磷钼杂多酸；在RC2中磷钼杂多酸被还原剂R2还原成磷钼蓝并进入检测器，880nm波长下测定吸光信号，如此循环测试，70s可完成依次分析。

S-试样；C-载流；R1-显色剂；R2-还原剂；P-蠕动泵；V-进样阀；RC1、RC2-反应圈；D-检测器；W-废水；PLC-阀门控制器。

2.3 结果分析

在进行实际污废水的测定前，以单因素法对流动注射的条件和试剂的浓度进行优化处理。实验得出，当磷酸盐浓度介于0.1～1.5mg/L时，峰高与试样浓度呈良好的线性关系；样品检出限为0.05mg/L；连续测定浓度为0.5mg/L的磷酸盐11次，重复测量相对标准偏差为2.2%；以0.45μm滤膜过滤，测定不同时段污水排出水中的磷酸盐，加标回收率范围为97.0%～102.5%。

3 结语

流动注射技术因具有分析速度快、精确度高、适应性广等优点，自问世以来，广泛受到学者们的关注，相关研究不断扩展和深入。加之环境污染问题持续不断，流动注射分析技术广泛应用于水环境等体系的实际监测也是必然趋势。未来，流动注射技术将朝着与更多新分析技术联用和智能化方向发展，同时也将在更复杂环境体系的监测中发挥作用。