Wstrzykowa analiza przepływowa
Wstrzykowa analiza przepływowa (ang. flow injection analysis, FIA) – jest techniką zautomatyzowanej analizy nielimitowanej liczby próbek[1].
Historia
Wstrzykowe analizy przepływowe osiągnęły bardzo dużą popularność. Chronione są wieloma patentami[2][3], a urządzenia pomiarowe wytwarzane są przez wielu producentów. Niesie to za sobą konflikty o autorstwo tej koncepcji pomiaru. W połowie lat 70. niemal równocześnie z pierwszymi pracami Ružički i Hansena[4] (Dania), Stewart ze swoim zespołem badawczym (USA) opisali bardzo podobny układ pomiarowy[5].
Ze względu na możliwość przetwarzania przepływowego próbki przed etapem detekcji, wstrzykowe pomiary przepływowe zostały uznaną techniką prowadzenia pomiaru analitycznego już na początku lat 90.
Podstawy teoretyczne wstrzykowej analizy przepływowej[6]
Najprostszy zestaw instrumentalny przeznaczony do prowadzenia przepływowych pomiarów wstrzykowych składa się z pompy perystaltycznej, zaworu wstrzykowego, przewodu transportującego, detektora oraz urządzenia do rejestracji zmian sygnału analitycznego. Próbka wstrzykiwana jest do strumienia nośnego roztworu z użyciem zaworu wstrzykowego umieszczonego między pompą a detektorem. Objętość próbki wstrzykiwanej mieści się w granicy od 20 do 500 μl, a długość segmentu wprowadzanej próbki wynosi od kilku do kilkudziesięciu centymetrów.
Gdy droga od zaworu do detektora jest odpowiednio krótka oraz objętość wstrzykiwanej próbki odpowiednio duża, nie występuje pełne wymieszanie próbki z roztworem nośnym, a tym samym dyspersja próbki jest bardzo mała. W tym przypadku układ wstrzykowy pełni rolę urządzenia do odtwarzalnego odmierzania cieczy przeniesienia do detektora i odtwarzalnego dokonania pomiaru w ściśle określonym czasie.
Znacznie częściej występuje sytuacja, gdy oznaczany składnik w dodawanej próbce musi przereagować z odczynnikiem lub gdy należy wymienić środowisko na odpowiednie do danej reakcji. W najprostszym przypadku próbka wstrzykiwana jest do roztworu nośnego, który połączony jest z zaworem wstrzykowym ze strumieniem roztworu odczynnika. Stopień wymieszania roztworów kontrolowany jest przez zmianę długości przewodów między punktem zmieszania obu strumieni a detektorem.
W przypadku potrzeby bardzo dużego rozcieńczenia próbki, w układzie przepływowym stosuje się miniaturowy mieszalnik wyposażony w mieszadło magnetyczne albo kilkucentymetrowy odcinek przewodu o średnicy większej niż pozostałe przewody transportujące układu. Następuje zwykle ponaddziesięciokrotne rozcieńczenie wstrzykiwanej próbki, zanim dotrze do detektora.
Podstawowymi zasadami funkcjonowania przepływowego układu wstrzykowego są:
- kontrolowana dyspersja strefy próbki,
- wstrzykiwanie próbki do ciągłego, nie segmentowanego powietrzem strumienia roztworu nośnego za urządzeniem wymuszającym przepływ (zwykle pompa perystaltyczna), aby uniknąć zniekształceń sygnału,
- zachowanie stałego czasu przebywania próbki w układzie.
Zalety wstrzykowej analizy przepływowej[7]
- prosta budowa układu,
- utrzymane stałe warunki pomiarowe,
- zmniejszenie zużycia próbek i reagentów,
- możliwość połączenia układu z innym instrumentem pomiarowym,
- skomputeryzowanie układu,
- wysoka powtarzalność zarejestrowanych sygnałów,
- otrzymanie wielu sygnałów podczas jednej analizy.
Współczynnik dyspersji
Wykorzystywana jest zależność wysokości otrzymanego piku jako sygnału detektora w wyniku przejścia segmentu próbki od stężenia składnika oznaczanego w dodawanej próbce. Wysokość otrzymanego piku odpowiada maksymalnemu stężeniu składnika oznaczanego w rozproszonym segmencie próbki docierającym do detektora. W praktycznej optymalizacji pomiarowych układów przepływowych stosowany jest parametr opisany przez Ružičkę i Hansena, określany jako współczynnik dyspersji [8]. Jeśli próbka wstrzykiwana o początkowym stężeniu oznaczanego składnika ulegnie w układzie takiej dyspersji, gdzie najwyższym stężeniem w segmencie docierającym do detektora będzie to następuje zależność:
gdzie:
- – współczynnik dyspersji,
- – stężenie składnika oznaczanego w próbce wstrzykiwanej,
- – najwyższe stężenie składnika oznaczanego w segmencie docierającym do detektora.
Detekcja
Zaletą wstrzykowej analizy przepływowej jest fakt, że możliwe jest wykorzystanie wielu różnych detektorów, w zależności od prowadzonych badań. Wyróżnia się m.in. detekcję:
- spektrofotometryczną w zakresie widzialnym[9],
- spektrofotometryczną w zakresie nadfioletu i podczerwieni[10],
- fluorymetryczną[11],
- potencjometryczną[12],
- polarograficzną[13] i woltamperometryczną[14],
- metodami spektroskopii atomowej[15].
Przypisy
- ↑ W.W. Xu W.W. i inni, Flow Injection Techniques in Aquatic Environmental Analysis: Recent Applications and Technological Advances, „Critical Reviews in Analytical Chemistry”, 35, 237 (3), 2005 .
- ↑ J.J. Ruzicka J.J., E.H.E.H. Hansen E.H.E.H., Dan. Pat. Appl. No. 4846/74, 1975 .
- ↑ J.J. Ruzicka J.J., E.H.E.H. Hansen E.H.E.H., Patent USA nr 4.022.575., 1974 .
- ↑ J.J. Ruzicka J.J., E.H.E.H. Hansen E.H.E.H., Flow Injection Analysis. Part I. A New Concept of Fast Continuous Flow Analysis., „Anal. Chim. Acta”, 145 (78), 1975 .
- ↑ K.K.K.K. Stewart K.K.K.K., G.R.G.R. Beecher G.R.G.R., P.E.P.E. Hare P.E.P.E., Rapid analysis of discrete samples: the use of nonsegmented, continuous flow., „Anal.Biochem.”, 176 (70), 1976 .
- ↑ M.M. Trojanowicz M.M., Automatyzacja w analizie chemicznej, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne Warszawa, 1992, ISBN 83-204-1442-3 .
- ↑ Przepływowa Analiza Wstrzykowa (FIA) [online], chemia.waw.pl [dostęp 2020-07-09] (pol.).
- ↑ J.J. Ruzicka J.J., E.H.E.H. Hansen E.H.E.H., Flow Injection Analysis. Second Edition., John Wiley & Sons, Inc, New York, USA, 1988, ISBN 0-471-81355-9 .
- ↑ J.J. Ruzicka J.J., E.H.E.H. Hansen E.H.E.H., Flow Injection Analysis. Part X. Theory, Techniques and Trends., „Anal. Chim. Acta” ((99) 37), 1978 .
- ↑ B.F.B.F. Rocks B.F.B.F., R.A.R.A. Sherwood R.A.R.A., C.C. Riley C.C., Controlled-dispersion flow analysis in clinical chemistry: determination of albumin, triglycerides and theophylline, „Analyst”, 874 (109), 1984 .
- ↑ T.A.T.A. Kelly T.A.T.A., G.D.G.D. Christian G.D.G.D., Homogeneous enzymatic fluorescence immunoassay of serum IgG by continuous flow-injection analysis, „Talanta”, 29 (11), 1982, s. 1109, DOI: 10.1016/0039-9140(82)80226-9, PMID: 18963264 .
- ↑ D.D. Ogonczyk D.D., S.S. Głąb S.S., R.R. Koncki R.R., An automated potentiometric assay for acid phosphatase, „Analytical Biochemistry”, 169, 381 (1), 2008 .
- ↑ P.P. Hidalgo P.P., I.G.R.I.G.R. Gutz I.G.R.I.G.R., Determination of low concentrations of the flotation reagent ethyl xanthate by sampled DC polarography and flow injection with amperometric detection, „Talanta”, 54, 403 (2), 2001 .
- ↑ L.L. Agui L.L. i inni, Voltametric and flow injection determination of oxytetracycline residues in food samples using carbon fiber microelectrodes, „Electroanalysis”, 15, 601 (7), 2003 .
- ↑ J.F.J.F. Tyson J.F.J.F., J.M.H.J.M.H. Appleton J.M.H.J.M.H., A.B.A.B. Idris A.B.A.B., Flow injection sample introduction methods for atomic absorption spectrometry, „Analyst”, 153 (108), 1983 .