Průtokové metody (Kontinuální měření v proudu kapaliny) 1. Přímé měření: analyzovaná kapalina většinou odvětvena + vhodný detektor 2. Kapalinová chromatografie (HPLC) – Stanovení po předchozí separaci 3. A) Continuous flow analysis – CFA Segmented flow analysis – SFA B) Unsegmented flow analysis Flow injection analysis – FIA (ne ! Fluoroimmunoassay – FIA) C) Sequential injection analysis - SIA
Průtokové metody (Kontinuální měření v proudu kapaliny) Odstraněno:
odměřování objemů > rychlost analýzy nepříznivé vlivy (jedy, atmosféra, rozpouštědla,…)
Možnost:
automatizace > sériové analýzy miniaturizace > hospodárnost
SFA (segmentovaná průtoková analýza) Komerční přístroje, nákladnější aparatura
h ~koncentrace h v ustáleném stavu
Vzduch je přidáván proti smíchání vzorků Proti rozmývání a zředění vzorku
SFA (segmentovaná průtoková analýza) Turbulentní proudění K smíchání vzorku a reagentů K dosažení chemické rovnováhy L pulsování toku > Nutné reprodukovatelné zavádění a odvzdušňování Obtížná kontrola
rychlosti proudění velikosti bublin
FIA (průtoková injekční analýza)
h’ < h t’ < t h’ ~ koncentrace
> Vstřikování vzorku > Kontrolovaná disperze (koncentrační gradient v prostoru a čase) > Reprodukovatelný čas (vstřik – detektor)
FIA (průtoková injekční analýza) Signál: h, A ~ koncentrace Čas: t – do začátku signálu T do maxima signálu tb – šířka píku na základní linii Δt – šířka ve zvolené výšce
Možnosti: 1. Přímé měření roztoků 2. Po chemické reakci (spektrofotometrie, fluorimetrie) není nutno homogenní míchání dosažení chemické rovnováhy je nutné měření vždy za stejných podmínek ve stejném čase 3. Zařazení vhodné operace extrakce iontoměníče dialýza prekoncentrace
SIA (sekvenční injekční analýza)
SIA (sekvenční injekční analýza)
SIA (sekvenční injekční analýza) Integrovaný SI systém
SIA – LOV systém
Srovnání průtokových metod SFA
FIA
SIA
Dávkování vzorku
Nasátí
Vstříknutí
nasátí
Objem vzorku
0,2 – 2 ml
10 - 100μl
10 - 100μl
Doba do získání signálu
Minuty
sekundy
Sekundy až minuty
Průřez trubiček
2 mm
0,5 – 0,3 mm
0,5 – 0,3 mm
Přesnost
1 – 2%
1 – 2%
1 – 2%
Účinnost
≤80 vzorků/hodinu
≤300 vzorků/hodinu
Spotřeba činidel
Vysoká
Nízká
Velmi nízká
Promývání
Nutné
Stále
nutné
Detekce
V rovnovážném stavu
V konstantním čase
V konstantním čase
Vyhodnocení signálu
Výška
Výška, plocha, šířka
Výška, plocha, šířka
citlivost
vyšší
Nižší (vzorek zředěn)
vyšší
FIA (průtoková injekční analýza) Disperze vzorku v rozpouštědle
FIA (průtoková injekční analýza) Disperze vzorku v rozpouštědle Disperzní koeficient; závisí na teplotě
co = D D = 2 B vzorek je zředěn 1:1 c Disperze vzorku: omezená (Dmax = 1 -3) střední (Dmax = 3 – 10) velká (Dmax > 10)
Dmax a T popisují koncentrační podmínky ve FIA systému
FIA (průtoková injekční analýza) Disperze vzorku v rozpouštědle Vliv objemu dávkovaného vzorku
Roste výška a šířka signálu
Vliv délky vedení
Roste T a šířka signálu
S1/2 – objem vzorku potřebný k dosažení 50% signálu ustáleného stavu
FIA (průtoková injekční analýza) Chemická reakce Musí proběhnout za čas T (měření signálu) Snaha: 1. malá disperze x 2. velký T
1
D = f (d , L , Q) 2
2
1 1 T = f ( L, , ) F Q
1.: - objem vzorku min. S1/2
- krátká, úzká trubice mezi injektorem a detektorem - stoupá odpor pro průtok - možnost ucpání u praktických vzorků - pro spektrofotometrická měření cela s průměrem 0,5 – 1,0 mm ' přechod 2.: - dlouhé L – nevhodné - zmenšení F, Q; také zastavení toku Obvyklé hodnoty: d = 0,3 mm; 0,5 mm; 0,75 mm L = 10 – 100 cm Q = mL/min
FIA (průtoková injekční analýza) Postupné přidávání činidel
FIA (průtoková injekční analýza) Různé konstrukce reaktoru: Přímá trubice Reakční cívka Uzlový reaktor Žlábkový reaktor Korálkový reaktor
Míchací komůrka
Reakční cívka s reakčním produktem
FIA (průtoková injekční analýza) Úkoly reaktoru: - zvýšení intenzity radiálního mísení (vzorek naráží na stěny) - snížení rychlosti v axiálním směru > snížení disperze - zvyšuje se symetrie signálu V případě mísící komůrky dochází k výraznému snížení citlivosti - prodloužení doby analýzy x nevhodnost pro seriové analýzy Pro konstrukci reaktoru je vhodné: - stejný průměr vedení bez rozšíření - každá prudká změna směru toku
FIA (průtoková injekční analýza) Disperzní faktor β1/2 β1 2 =
t1 2 T
=
S1 2 Vr
T Vr t1/2 S1/2 n
β1 2 = f ( L, d , geometrie, Q )
doba k dosažení maxima signálu objem reaktoru čas k dosažení 50% ustáleného stavu objem vzorku k dosažení 50% ustáleného stavu počet S1/2 k dosažení hodnot D
FIA (průtoková injekční analýza) Maximální frekvence dávkování vzorku (1/hod):
S max
60 15Q = = tb [min] S1 2
(při minimálním S1/2 a Sv, minimální β1/2)
Možnosti dávkování vzorku: a. nosný proud obsahuje činidlo; dávkování vzorku přímo do činidla b. nosným proudem je rozpouštědlo; dávkování vzorku do rozpouštědla, činidlo se smísí s nosným proudem až po nadávkování vzorku c. nosným proudem je rozpouštědlo; dávkování vzorku i činidla do nosného proudu (úspora činidla; nosný proud je zároveň promývacím roztokem)
FIA (průtoková injekční analýza) Detektory používané v průtokových metodách: a) Spektrometrické (optické): spektrofotometrické fluorometrické chemiluminiscenční refraktometrické prvkově selektivní detektory (AAS, ICP-OES, ICP-MS) b) Elektrochemické:
iontově selektivní elektrody vodivostní coulometrické ampérometrické
FIA (průtoková injekční analýza) Průtokové cely:
Absorpční cely
Fluorescenční cely
FIA (průtoková injekční analýza) Operace v průtoku: extrakce organickým rozpouštědlem
FIA (průtoková injekční analýza) Komerční instrumentace: FIA systém FIA systém
FIA - LOV
Lab-on-valve uspořádání Průtoková cela Optické vlákno Odpad Míchací smyčka #2
Vzorek
Míchací smyčka #1 Dávkovací smyčka Nosný proud Reagenty
Injekční ventil
FIA (průtoková injekční analýza) Metoda stopped flow: - zastavení toku v detektoru - prodloužení reakční doby (dosažení vyšší konverze analytu) B zvýšení citlivosti bez zvýšení disperze nadávkované zóny - měření signálu = f(čas) [koncentrace = f(čas)] - z křivek může být určena rychlost reakce
FIA (průtoková injekční analýza) Metoda stopped flow: Výhody techniky: 1. zvýšení citlivosti (vyšší konverze analytu) 2. zjištění informací o kinetice dané chemické reakce ze směrnice rychlosti odezvy (využití např. v biochemii – stanovení enzymové aktivity) 3. úspora reagentů – méně odpadu 4. minimální množství vzorku 5. možnost minimalizace vzdálenosti mezi injektorem a detektorem (ideální pro microflow techniky)
FIA (průtoková injekční analýza) FIA titrace: • •
vzorek vstřikován do proudu reagentu měřena šířka pásu Δt
koncentrační gradient, na obou stranách zóny existují dvě místa se stejnou koncentrací jim odpovídá určité Δt, které odpovídá příslušné koncentraci
