流动注射分析仪原理
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Contents
1
流动注射分析概述
2
CODCr全自动在线分析仪
3
氨氮全自动在线分析仪
4
总磷全自动在线分析仪
5
高锰酸盐指数在线分析仪
1.流动注射分析概述
❖流动注射分析(Flow Injection Analysis，FIA) 是1974年丹麦化学家鲁齐卡(Ruzicka J)和汉 森(Hansen E H)提出的一种新型的连续流动分 析技术。
❖ 所以流动注射分析的基础是试样注入、受控的分 散和准确的流动经历时间这三者的有机结合。
朗伯-比尔（Lambert-Beer）定律
比色分析的基本原理：
溶液对光线的吸收与哪些因素有关呢？
溶液的浓度C愈大，液层厚度b愈厚，则溶液对光线吸 收的愈多。它们之间的关系有下式决定：
A－－吸光度；
a－－吸光系数；
进样时的 试样“塞”
扩散并反 应后的样
品带
❖ 当把一个试样以塞状注入到连续流动的载流中的一瞬间， 试样沿着管道分布的轮廓呈长方形。
❖ 载流推动试样带向前流动。流体处于层流状态，越靠近管 壁的流层线流速越低，因而形成了抛物线形的截面。
❖ 由于此对流过程与分子扩散过程同时存在，试样与载流之 间逐渐相互渗透，试样带发生分散，即不断被载流稀释并 沿着轴向变长。
影响FIA检测结果的因素
❖ 注入的样品体积 ❖ 载流的流速 ❖ 管道的长短 ❖ 管径及构型 ❖ 加热器温度 ❖ 系统压力 ❖ 显色剂浓度和注入量 ❖ 检测波长及灵敏度
流动注射系统的设计
流路设计 硬件支持 软件控制
FIA系统
流动注射系统的设计
流路 设计
反应的原理 检测原理 流路的实现
硬件 支持
软件 控制
在该反应条件下，不同的物质有 不同的氧化率。例如：邻苯二甲酸氢 钾的氧化率为100%，葡萄糖为 95.1%，可溶性淀粉为86.9%,苯 为17.3%。
测量原理
❖通过光电比色法测量流动的载流液中的Cr6+ 对光 的吸收值及测量载流液中被水样消耗后剩余Cr6+ 对光的吸收值，经比较计算求得COD的量，
❖ 这种技术是把一定体积的试样溶液注入到一个流 动着的，非空气间隔的试剂溶液载流中，被注入 的试样溶液（或水）流入反应盘管，形成一个区 域，并与载流中的试剂混合、反应，再进入到流 通检测器进行测定分析及记录。
流动注射分析系统的组成
❖ C，载流； P，恒流泵； S，试样； ❖ V，注样阀； D ，流通式检测器 流动注射分析实际上是一种管道化的连续流动分析法。它 主要包括试样溶液注入载流、试样溶液与载流的混合和反 应(试样的分散和反应)、试样溶液随载流恒速地流进检测 器被检测三个过程。
I0－－入射光强度； b－－为液层厚度； I－－透过光强度； C－－为溶液浓度；
T－－透光率，定义为T=I/I0；
校正曲线
❖ 对于固定的流通式检测器，由于液层厚度一定， 因此吸光度A与样品浓度成正比，在一定浓度范 围内两者又良好的线性。
❖ 超过一定浓度范围，吸光度与样品浓度将不成线 性关系。
❖ 若溶液的实际吸光度比理论值大，称正偏离Beer定律； 实际吸光度比理论值小，称负偏离Beer定律。
流动注射的特点
❖ 分析速度快、分析精密度高。由于反应不需要达 到平衡后测定，因而分析频率很高。注射分析过 程的各种条件可以得到较严格的控制，因此提高 了分析的精密度，相对标准偏差一般可达1％以 内。
❖ 试剂、试样用量少，适用性较广。流动注射分析 试样、试剂的用量，每次仅需数十微升至数百微 升，节省了试剂，降低了费用。FIA既可用于多 种分析化学反应，又可以采用多种检测手段，还 可以完成复杂的萃取分离、富集过程，因此扩大 了其应用范围，可广泛地应用于药物化学、农业 化学、食品分析、冶金分析和环境分析等领域。
❖ 试样带中心的浓度最大(Cmax)，由中心向两侧的 浓度逐渐降低，
检测器 光源
光电电压
光电传感器
❖ 待测物沿着管道的浓度轮廓逐渐发展为峰形，峰 的宽度随着流过的距离的延长而增大，峰高则越
低。
❖ 在FIA中试样与载流（试剂）的混合总是不会完 全的，然而，对一个固定的实验装置来说，只要 流速不变，试样在一定的留存时间的分散状态都 是高度重现的。这就是用FIA可以得到重现良好 的分析结果的根据。
水样 区带
载流液：硫酸 ＋重铬酸钾
反应后的区带
基线
峰值
校正曲线
光电电压反映透过光强度，通过对数转换成吸 光度A值：A＝Lg（峰值/基线）
A值的高低和COD值的高低有很好的线性关系。
吸光度
标一 浓度
水样 浓度
CODLeabharlann Baidu
标二 浓度
仪器流路图（取样态）
仪器流路图（测量态）
3. 氨氮全自动在线分析仪
❖ 所谓水溶液中的氨氮是以游离 氨(或称非离子氨，NH3)或离 子氨(NH4+)形态存在的氮。
泵（陶瓷泵、注射 泵、蠕动泵） 阀（电磁阀、多通 道流体切换阀） 加热器 检测器（流通池）
PLC编程
2. CODCr全自动在线分析仪
对于工业废水，我国规定用“重 铬酸钾”法，其测得的值称为化学需 氧量（COD）。
COD是个条件试验方法，其的定 义是指在一定条件下，用强氧化剂重 铬酸钾消解水样时所消耗氧化剂的量， 计算相对应的耗氧量。
C2O r 721H 46e 2C3r7H 2O E 01.3V 3
测量六价铬比测量三价铬的灵敏度要高24倍，可以准确测 量低浓度的样品。
反应前
反应后
❖ 紫外光透过流通池，当未和样品反应的载流液通过流通池 时， Cr6+含量最高，光的透过率最低，相应的电压值最 低，此为基线，仪器的基线通常在200～350mV之间， 当载流液和样品反应的这一段通过流通池时，Cr6+被 COD消耗掉一部分，浓度降低，光的透过率升高，相应 的光电压值也升高，得到峰值。
流动注射的特点
❖ 所需仪器设备结构较简单、紧凑。特别是集成或 微管道系统的出现，致使流动注射技术朝微型跨 进一大步。采用的管道多数是由聚乙烯、聚四氟 乙烯等材料制成的，具有良好的耐腐蚀性能。
❖ 操作简便、易于自动连续分析。流动注射技术把 吸光分析法、荧光分析法、原子吸收分光光度法、 比浊法和离子选择电极分析法等分析流程管道化， 除去了原来分析中大量而繁琐的手工操作，并由 间歇式流 程过渡到连续自动分析，避免了在操作 中人为的差错。
1
流动注射分析概述
2
CODCr全自动在线分析仪
3
氨氮全自动在线分析仪
4
总磷全自动在线分析仪
5
高锰酸盐指数在线分析仪
1.流动注射分析概述
❖流动注射分析(Flow Injection Analysis，FIA) 是1974年丹麦化学家鲁齐卡(Ruzicka J)和汉 森(Hansen E H)提出的一种新型的连续流动分 析技术。
❖ 所以流动注射分析的基础是试样注入、受控的分 散和准确的流动经历时间这三者的有机结合。
朗伯-比尔（Lambert-Beer）定律
比色分析的基本原理：
溶液对光线的吸收与哪些因素有关呢？
溶液的浓度C愈大，液层厚度b愈厚，则溶液对光线吸 收的愈多。它们之间的关系有下式决定：
A－－吸光度；
a－－吸光系数；
进样时的 试样“塞”
扩散并反 应后的样
品带
❖ 当把一个试样以塞状注入到连续流动的载流中的一瞬间， 试样沿着管道分布的轮廓呈长方形。
❖ 载流推动试样带向前流动。流体处于层流状态，越靠近管 壁的流层线流速越低，因而形成了抛物线形的截面。
❖ 由于此对流过程与分子扩散过程同时存在，试样与载流之 间逐渐相互渗透，试样带发生分散，即不断被载流稀释并 沿着轴向变长。
影响FIA检测结果的因素
❖ 注入的样品体积 ❖ 载流的流速 ❖ 管道的长短 ❖ 管径及构型 ❖ 加热器温度 ❖ 系统压力 ❖ 显色剂浓度和注入量 ❖ 检测波长及灵敏度
流动注射系统的设计
流路设计 硬件支持 软件控制
FIA系统
流动注射系统的设计
流路 设计
反应的原理 检测原理 流路的实现
硬件 支持
软件 控制
在该反应条件下，不同的物质有 不同的氧化率。例如：邻苯二甲酸氢 钾的氧化率为100%，葡萄糖为 95.1%，可溶性淀粉为86.9%,苯 为17.3%。
测量原理
❖通过光电比色法测量流动的载流液中的Cr6+ 对光 的吸收值及测量载流液中被水样消耗后剩余Cr6+ 对光的吸收值，经比较计算求得COD的量，
❖ 这种技术是把一定体积的试样溶液注入到一个流 动着的，非空气间隔的试剂溶液载流中，被注入 的试样溶液（或水）流入反应盘管，形成一个区 域，并与载流中的试剂混合、反应，再进入到流 通检测器进行测定分析及记录。
流动注射分析系统的组成
❖ C，载流； P，恒流泵； S，试样； ❖ V，注样阀； D ，流通式检测器 流动注射分析实际上是一种管道化的连续流动分析法。它 主要包括试样溶液注入载流、试样溶液与载流的混合和反 应(试样的分散和反应)、试样溶液随载流恒速地流进检测 器被检测三个过程。
I0－－入射光强度； b－－为液层厚度； I－－透过光强度； C－－为溶液浓度；
T－－透光率，定义为T=I/I0；
校正曲线
❖ 对于固定的流通式检测器，由于液层厚度一定， 因此吸光度A与样品浓度成正比，在一定浓度范 围内两者又良好的线性。
❖ 超过一定浓度范围，吸光度与样品浓度将不成线 性关系。
❖ 若溶液的实际吸光度比理论值大，称正偏离Beer定律； 实际吸光度比理论值小，称负偏离Beer定律。
流动注射的特点
❖ 分析速度快、分析精密度高。由于反应不需要达 到平衡后测定，因而分析频率很高。注射分析过 程的各种条件可以得到较严格的控制，因此提高 了分析的精密度，相对标准偏差一般可达1％以 内。
❖ 试剂、试样用量少，适用性较广。流动注射分析 试样、试剂的用量，每次仅需数十微升至数百微 升，节省了试剂，降低了费用。FIA既可用于多 种分析化学反应，又可以采用多种检测手段，还 可以完成复杂的萃取分离、富集过程，因此扩大 了其应用范围，可广泛地应用于药物化学、农业 化学、食品分析、冶金分析和环境分析等领域。
❖ 试样带中心的浓度最大(Cmax)，由中心向两侧的 浓度逐渐降低，
检测器 光源
光电电压
光电传感器
❖ 待测物沿着管道的浓度轮廓逐渐发展为峰形，峰 的宽度随着流过的距离的延长而增大，峰高则越
低。
❖ 在FIA中试样与载流（试剂）的混合总是不会完 全的，然而，对一个固定的实验装置来说，只要 流速不变，试样在一定的留存时间的分散状态都 是高度重现的。这就是用FIA可以得到重现良好 的分析结果的根据。
水样 区带
载流液：硫酸 ＋重铬酸钾
反应后的区带
基线
峰值
校正曲线
光电电压反映透过光强度，通过对数转换成吸 光度A值：A＝Lg（峰值/基线）
A值的高低和COD值的高低有很好的线性关系。
吸光度
标一 浓度
水样 浓度
CODLeabharlann Baidu
标二 浓度
仪器流路图（取样态）
仪器流路图（测量态）
3. 氨氮全自动在线分析仪
❖ 所谓水溶液中的氨氮是以游离 氨(或称非离子氨，NH3)或离 子氨(NH4+)形态存在的氮。
泵（陶瓷泵、注射 泵、蠕动泵） 阀（电磁阀、多通 道流体切换阀） 加热器 检测器（流通池）
PLC编程
2. CODCr全自动在线分析仪
对于工业废水，我国规定用“重 铬酸钾”法，其测得的值称为化学需 氧量（COD）。
COD是个条件试验方法，其的定 义是指在一定条件下，用强氧化剂重 铬酸钾消解水样时所消耗氧化剂的量， 计算相对应的耗氧量。
C2O r 721H 46e 2C3r7H 2O E 01.3V 3
测量六价铬比测量三价铬的灵敏度要高24倍，可以准确测 量低浓度的样品。
反应前
反应后
❖ 紫外光透过流通池，当未和样品反应的载流液通过流通池 时， Cr6+含量最高，光的透过率最低，相应的电压值最 低，此为基线，仪器的基线通常在200～350mV之间， 当载流液和样品反应的这一段通过流通池时，Cr6+被 COD消耗掉一部分，浓度降低，光的透过率升高，相应 的光电压值也升高，得到峰值。
流动注射的特点
❖ 所需仪器设备结构较简单、紧凑。特别是集成或 微管道系统的出现，致使流动注射技术朝微型跨 进一大步。采用的管道多数是由聚乙烯、聚四氟 乙烯等材料制成的，具有良好的耐腐蚀性能。
❖ 操作简便、易于自动连续分析。流动注射技术把 吸光分析法、荧光分析法、原子吸收分光光度法、 比浊法和离子选择电极分析法等分析流程管道化， 除去了原来分析中大量而繁琐的手工操作，并由 间歇式流 程过渡到连续自动分析，避免了在操作 中人为的差错。