Nguyên tắc phổ biến của máy phân tích tiêm dòng chảy hoàn toàn tự động dựa trên công nghệ phân tích tiêm dòng chảy (FIA), bằng cách tiêm mẫu vào dòng tải liên tục, nhận ra sự pha trộn, phản ứng và phát hiện tự động của mẫu và thuốc thử. Nguyên tắc cốt lõi của nó bao gồm tiêm mẫu, phân tán có kiểm soát, kiểm soát thời gian và phát hiện quang học/điện hóa, kết hợp với thiết kế mô-đun và điều khiển phần mềm, có thể hoàn thành phân tích đa thông số một cách nhanh chóng và chính xác. Sau đây giới thiệu từ năm mặt cơ sở nguyên lý, cấu trúc dụng cụ, quy trình làm việc, phương pháp phát hiện, lợi thế kỹ thuật:
Nguyên tắc cơ bản
Phân tích tiêm dòng chảy (FlowInjectionAnalysis, FIA) được đề xuất vào năm 1975 bởi các học giả Đan Mạch Ruzicka và Hansen, cốt lõi của nó là phân tích định lượng ở trạng thái không cân bằng bằng cách kiểm soát quá trình phân tán và trộn mẫu với thuốc thử trong dòng chảy. Kỹ thuật này tiêm mẫu dưới dạng "phích cắm mẫu" vào dòng vận chuyển liên tục (chẳng hạn như dung dịch thuốc thử hoặc nước), trong đó mẫu được trộn, phản ứng với tác nhân trong dòng vận chuyển trong quá trình dòng chảy để tạo thành một chất có thể phát hiện được và cuối cùng đo lường sự thay đổi tín hiệu (chẳng hạn như độ hấp thụ, điện thế điện cực, v.v.) bằng máy dò, tính toán nồng độ mẫu kết hợp với phương pháp đường cong tiêu chuẩn.
Cấu trúc công cụ
Máy phân tích tiêm dòng chảy hoàn toàn tự động thường bao gồm các mô-đun sau:
Hệ thống truyền dịch: Sử dụng bơm nhu động hoặc bơm tiêm để đẩy dòng tải và dòng thuốc thử. Bơm nhu động tạo ra chất hút áp suất âm thông qua con lăn ép đùn ống bơm đàn hồi, tốc độ dòng chảy được xác định bởi tốc độ quay đầu bơm, đường kính bên trong của ống bơm và mức độ nén; Bơm tiêm sau đó lái thanh xoắn ốc thông qua động cơ bước để đạt được kiểm soát tốc độ dòng chảy ổn định hơn, phù hợp với các tình huống yêu cầu độ chính xác cao.
Hệ thống lấy mẫu: Một lượng mẫu nhất định được tiêm chính xác vào dòng tải bằng cách sử dụng van lấy mẫu quay, chẳng hạn như van sáu chiều. Van lấy mẫu hoàn thành việc thu thập định lượng mẫu và tiêm bằng cách xoay chuyển trạng thái kết nối của vòng lấy mẫu với dòng mang/dòng thuốc thử.
Hệ thống phản ứng: Phản ứng xảy ra khi mẫu được trộn lẫn với tác nhân trong cuộn phản ứng (thường là ống PTFE). Thiết kế cuộn dây tối ưu hóa hiệu ứng trộn bằng cách tăng khuếch tán xuyên tâm và giảm khuếch tán dọc trục trong khi tránh phân tán quá mức mẫu và đảm bảo khả năng tái tạo phản ứng.
Hệ thống phát hiện: Được trang bị đầu dò quang học (như máy quang phổ) hoặc đầu dò điện hóa (như điện cực chọn ion). Máy dò quang học đo sự thay đổi độ hấp thụ của mẫu thông qua các tế bào lưu thông, trong khi máy dò điện hóa thực hiện phân tích định lượng thông qua sự thay đổi tiềm năng điện cực.
Hệ thống điều khiển: Điều khiển tự động hóa thiết bị được thực hiện bởi máy tính và phần mềm đặc biệt, bao gồm chuyển mạch dòng, cài đặt tham số, thu thập và xử lý dữ liệu và các chức năng khác.
Quy trình làm việc
Đẩy dòng tải: Một máy bơm nhu động hoặc bơm tiêm bơm dòng tải, chẳng hạn như nước hoặc dung dịch thuốc thử, vào hệ thống với tốc độ dòng chảy không đổi.
Tiêm mẫu: van nạp mẫu tiêm mẫu định lượng vào dòng mang dưới dạng "phích cắm mẫu" để tạo thành dải mẫu.
Phản ứng hỗn hợp: Các dải mẫu được trộn trong cuộn phản ứng với các tác nhân trong dòng vận chuyển và phản ứng tạo màu hoặc các phản ứng hóa học khác xảy ra.
Phát hiện tín hiệu: dung dịch sau khi phản ứng chảy vào bể lưu thông, máy dò đo độ hấp thụ, điện cực và các thay đổi tín hiệu khác.
Xử lý dữ liệu: Máy tính tính toán nồng độ mẫu theo phương pháp đường cong tiêu chuẩn và xuất báo cáo phân tích.
Phương pháp phát hiện
Kiểm tra quang học:
Phương pháp hấp thụ quang học: Phân tích định lượng được thực hiện bằng cách đo mức độ hấp thụ của mẫu đối với ánh sáng bước sóng cụ thể (độ hấp thụ), được sử dụng rộng rãi để phát hiện tổng phốt pho, tổng nitơ, amoniac và các thông số khác.
Phương pháp huỳnh quang: Sử dụng cường độ huỳnh quang phát ra sau khi mẫu bị kích thích để phát hiện, thích hợp cho phân tích dấu vết vật chất.
Phương pháp phát quang hóa học: Phát hiện được thực hiện bằng cách đo cường độ tín hiệu ánh sáng do phản ứng hóa học tạo ra, có đặc điểm độ nhạy cao.
Phát hiện điện hóa học:
Phương pháp điện cực lựa chọn ion: đo lường sự thay đổi tiềm năng bằng cách sử dụng phản ứng chọn lọc của điện cực đối với các ion cụ thể, thích hợp để phát hiện các thông số như florua.
Phương pháp Volt Amp: Phát hiện được thực hiện bằng cách kiểm soát điện thế điện cực và đo sự thay đổi dòng điện, thường được sử dụng trong phân tích ion kim loại nặng.
Lợi thế kỹ thuật
Tốc độ phân tích nhanh: 60-120 mẫu có thể được phân tích mỗi giờ và lên đến 720 mẫu/giờ trong các tình huống đặc biệt (ví dụ: phát hiện nước thải S² ⁻).
Độ chính xác cao: Độ lệch chuẩn tương đối (RSD) thường dưới 1% và khả năng tái tạo tuyệt vời.
Tiêu thụ thuốc thử thấp: Chỉ cần hàng chục đến hàng trăm microliters cho mỗi phân tích, giảm đáng kể chi phí phát hiện.
Mức độ tự động hóa cao: Thiết kế mô-đun hỗ trợ hoạt động độc lập đa kênh, có thể phát hiện đồng bộ một số thông số như tổng phốt pho, tổng nitơ, amoniac và phenol dễ bay hơi, phù hợp với phương pháp tiêu chuẩn quốc gia.
Ứng dụng rộng rãi: Thích hợp cho giám sát chất lượng nước, phân tích đất, kiểm tra thực phẩm, giám sát khẩn cấp môi trường và các lĩnh vực khác, mô hình di động (như iFIA5+) có thể được trang bị cho xe giám sát khẩn cấp để đáp ứng nhu cầu phát hiện nhanh chóng tại chỗ.