(流动注射分析在饮用水检测中的应用及展望

2022-04-11卢高超王小娟安铁鹏

广州化工 2022年6期

卢高超，王小娟，安铁鹏，马艳，王琴

2(1 陕西西咸新区水务集团有限公司，陕西西安 712000；2 陕西科仪阳光检测技术服务有限公司，陕西西安 712000；3 渭南市检验检测研究院，陕西渭南 714000)

流动注射分析(Flow Injection Analysis，简称FIA)技术，是一种溶液自动在线处理及测定的现代分析方法，1975年由丹麦分析化学家Ruzicka J和Hansen E H提出并命名[1]。FIA方法是一种在物理不平衡以及化学不平衡条件下，进行动态分析测量的微分析技术，它利用非空气间隔断流体系，向在细管内连续流动的液流中注射一定何种的液体试样，被测组分经化学反应(或不经过化学反应)后，导入检测器进行检测、定量。该方法还可以将分析化学中复杂的单元操作如分离(沉淀、萃取、离子交换、蒸馏)、稀释、加热、冷却等技术组合到流路体系中在线完成，从而将原来化学分析中间歇的手工操作自动化，并且可将间歇操作中无法或者难于利用的化学反应利用起来，在平衡或非平衡状态下用各种测量手段高效率地完成试样的在线处理与定量测定，使一些反应过程复杂、条件要求苛刻及操作繁的分析方法变得简单易行，形成独特的测定方法[2]。

因此，FIA方法具有设备简单、操作简便、节省试剂和试样、精度高、分析速度较快、适用范围广、易实现在线化的特点[3-5]。该方法是实现溶液的自动化分析的有效手段，可以极大地简化传统手工分析操作，减少有毒有害试剂的使用，提高分析速度。FIA方法作为标准分析方法应用越来越广泛。

1 FIA技术的原理

FIA技术是基于把一定体积的试样注射到一个运动着的、无空气间隔的、由适当液体组成的连续载流中，被注入的试样形成一个带，然后被载带到一个检测器中连续地记录其吸光度、电极电位或其他物理参数，根据产生的信号计算被测试液的浓度。FIA仪器主要包含进样系统、定量系统(前处理系统)、显色系统(化学反应系统)和检测系统。与传统手工检测方法相比，具有精度高、污染小、的速度快特点，因此在环境和水文监测、疾控、食药监、海洋监测等领域得到了快速的发展和应用[6-9]。

2 FIA技术在水质检测中的优势

2.1 传统手工检测分析方法的弊端

以水质中挥发酚和氰化物检测为例，传统手工检测方法测定主要包括收样品蒸馏、调节pH、加显色剂等步骤，样品前处理过程繁琐，标准系列处理工作量大，样品检测消耗时间较长。再以阴离子合成洗涤剂检测为例，处理中多次用到分液漏斗萃取和分层转移操作，手工操作步骤复杂，受人为操作影响大，结果重现性相对较差，样品量大时检测效率低。

此外，实验中用到有毒有害试剂，申购、使用、管理均有特殊要求，对人员、环境安全存在隐患。例如，纳氏试剂分光光度法检测水质中氨氮，所的纳氏试剂含剧毒的碘化汞，氰化物和挥发酚的检测中标准样处理环节人员难免接触有毒有害试剂，挥发酚和阴离子合成洗涤剂检测实验中还用到有毒的三氯甲烷进行萃取，这些条件与绿色化学的要求背道而驰，对安全处和环保均存在不利条件。

2.2 FIA方法在水质检测上的优势

基于FIA方法本身的特性，采用FIA方法在水质检测中挥发酚、氰化物、氨氮、阴离子合成洗涤剂等参数中具有显著优势(见表1)。

表1 FIA方法与传统手工方法比较

FIA方法所需试样量少、分析速度快。FIA所需试样、试剂的用量，每次仅需数十微升至数百微升，由于反应不需要达到平衡后才测定，因而分析频率很高，一般为60～120个样品/h。测定废水中硫化物时，分析频率高达720个样品/h。由于所需试剂量小，自动化分析有效释放了分析人员的投入，极大地提高了分析的效率，也能有效降低了实验室运行成本。

FIA分析操作简便、精密度高。由于自动化分析替代了原来分析中大量而繁琐的手工操作，各种条件可以得到较严格的控制，避免了在操作中人为的差错，因此提高了分析的精密度。一般地，流动注射法相对标准偏差一般可达1%以内。

FIA方法自动化程度高、安全性好。FIA分析技术通过在线蒸馏、在线消解、在线萃取等样品自动处理技术，除去了传统分析方法前处理过程中大量而繁琐的手工操作，减少了人为操作带来的误差。极大地减少了有毒有害试剂的用量，有效避免了人和有毒试剂的长期接触，最大程度的保证了人员和环境安全性[9-10]。

3 FIA技术在生活饮用水检测中的应用

目前，它已逐步取代传统手工检测方法，在挥发酚、氰化物、阴离子合成洗涤剂、氨氮、铬、硫化物、耗氧量、尿素等指标上的应用日趋成熟，并且越来越多地成为国家标准检测方法[17]。早在2013年国家环境保护部就陆续发布了氨氮、总磷、总氮、挥发酚、氰化物、阴离子合成洗涤剂、硫化物等指标的FIA方法。2018年国家住房和城乡建设部发布的《CJ/T 141-2018城镇供水水质检验方法》中也包含了氰化物、硫化物、挥发酚、阴离子合成洗涤剂的FIA方法。据悉，基于方法灵敏度不足和自动化不足等诸多问题，目前由国标委牵头新修订的《GB/T 5750生活饮用水标准检验方法》中也将纳入FIA方法。

随着制造业的迅猛发展，FIA方法的不断完善和成熟，其他实验装置和仪器与FIA 仪器联用技术将相继问世，FIA方法不但可以测定水样中金属离子、非金属离子，还可以测定一些放射性元素及有机物等[18-19]。

4 FIA技术在生活饮用水检测中应用展望

4.1 传统检测方法的替代

水质硫化物、氰化物、氨氮、挥发酚、阴离子合成洗涤剂检测的传统国标检测方法操作步骤繁琐、分析时间长、结果受人为操作影响较大，而且实验中所用有毒试剂、强酸强碱量较大、不仅废液处理负荷大、对环境不友好，还严重威胁操作人员身体健康。FIA方法由于其所需试样量小、分析速度快、结果精度高，自动化操作将极大解放人员的配置，因此将以显著优势替代传统手工检测方法。

4.2 FIA方法的延伸

基于流动注射分析法准确、高效、便捷、安全的特性，它不仅可以实现自动化分析、提高分析结果准确性，也可以极大的释放出实验室检测人员投入，减少有毒有害试剂的使用，有效降低实验室运行成本。与其他大型精密分析仪器相比，它还具有较好的性价比，实用价值更高。可以预期，随着精密制造业和仪器科学的进一步发展，未来FIA技术也可与其他大型仪器连用，向精细化和个性化发展、仪器集成度更高，检测更高效，使用更广泛。