Flow Injection Analysis

More documents

Recommendations

Info

passere gennem forskellige stationer, hvor der kan udføres individuelle enhedsoperationer, såsom tilsætning af prøve og efterfølgende reagens(er), omrøring for at blande homogent, evt. også opvarmning eller afkøling og sluttelig, efter en passende tid for at opnå ligevægt, transport til en detektor, som kan registrere en passende parameter. Hvis det, som vist på figuren, drejer sig om optisk måling (for at måle en farve), benyttes et spektrofotometer. Batch-systemer kan udformes på forskellig vis, men de har det til fælles, at væskerne er stationære, mens beholderen bevæger sig, dvs. de imiterer den manuelle procedure. I continuous-flow (CF) systemer går man den modsatte vej, idet man benytter et stationært system og lader væskerne bevæge sig gennem et sæt slanger. I Figur 1(c) er vist et skematisk eksempel på et af de første kommercielle systemer, en såkaldt AutoAnalyser fra firmaet Technicon, som benyttede dette koncept. Det består af en pumpe (symboliseret ved den grå firkant), som huser 3 pumpeslanger: En, hvori prøven løber, idet de enkelte prøver sekventielt aspireres fra prøvekarusellen (S), en til reagens (R), og en, hvori der løber luft (A). Gennem fremdrift af prøve og reagens vil disse blive blandet, hvilket foregår i blandingsslangen, som gøres så lang, at kemisk ligevægt kan nå at etablere sig under transporten. Luftbobler bliver med regelmæssige mellemrum aspireret, dels for at adskille de enkelte prøver fra hinanden, dels for at opdele de enkelte prøver i en række segmenter for at effektivisere blandingen i hver enkelt af disse (se Figur 1(c)). Konceptuelt hviler dette CFsystem således på præcis det samme princip som batchsystemet, nemlig fuldstændig opblanding af prøve og reagens (homogenisering) og opnåelse af ligevægt for den kemiske reaktion (såkaldt steady-state), hvilket kan ses i den registrerede udskrift fra detektoren, hvor den endelige signaludlæsning sker på den flade top. Anvendelse af luftbobler er i og for sig ret genial, men da en væskestrøm, som indeholder mange luftbobler, er kompressibel, bliver timingen fra blanding af prøve og reagens til måling af signal dårligt defineret, dvs. kun steady-state signalet er pålideligt. Sammenfattende kan siges, at i CFprocedurer er systemet stationært mens væskerne bevæger sig. 2 Ved sammenligning mellem automatiske batch- og CFprocedurer kan anføres, at de førstnævnte i kraft af de mange mekaniske dele ofte er komplicerede, mens de sidstnævnte generelt er simplere og derfor billigere at operere i praksis. I Figur 1(c) er vist den udskrift, som detektoren registrerer som funktion af tiden. Da signalet er proportionalt med koncentrationen af prøven, og da man kan beskrive den registrerede kurve matematisk, vil det sige, at såfremt man kunne ramme eksakt det samme sted af kurven hver gang (f.eks. 60,5 % signal), ville det være et lige så godt mål for steady-state signalet som steady-state niveauet selv. Det ville imidlertid kræve, at der var en meget nøjagtig og reproducerbar timing i systemet, dvs. fra blanding af prøve og reagens til detektion, og det kan ikke lade sig gøre i det konventionelle CF-system pga. tilstedeværelse af luftbobler. Et rent væskesystem, som Figur 2. Dispersionprofil af injiceret prøvezone (oprindelig koncentration C o ). Til hver koncentration (C) langs gradienten korresponderer en specifik tid (ti), som målt fra injektionstidspunktet (to).
ikke er kompressibelt, ville derimod indebære den nøjagtige timing, hvilket ville medføre, at man kunne gennemføre analysen meget hurtigere, da man ikke skulle afvente steadystate. Dette var et af aspekterne da nærværende forfatter sammen med kollegaen Jarda Ruzicka i 1974 på Danmarks Tekniske Universitet (DTU) opfandt og udviklede det såkaldte Flow Injection Analysis koncept, som sidenhen så at sige har revolutioneret den måde, hvorpå kemisk analyse nu udføres. Ikke blot giver FIA øget analysefrekvens i forhold til konventionelle CF-systemer, men som beskrevet i det følgende, har det også medført en række unikke analysemuligheder, som ikke kan lade sig gøre på anden vis. PRINCIPPERNE FOR FIA Opbygningen af et FIA-system er basalt meget enkelt, idet det består af en pumpeenhed, et slangesystem, en injektionsventil og en detektor. I Figur 3(a) er således vist et enkeltstrengssystem, hvor et nøje afmålt volumen af prøveopløsning ved hjælp af en injektionsventil sprøjtes ind i en bærestrøm, som indeholder reagenser. Efter indsprøjtningen vil prøven undergå dispersion (opblanding) i væskestrømmen, hvorved der dannes en koncentrationsprofil af prøven som den, der er afbildet i Figur 2. Kontakten mellem prøve og reagens giver anledning til kemisk reaktion og dannelse af et produkt, som løbende kan registreres i en passende detektor. I hvilken udstrækning dispersionen foregår, afhænger af en række faktorer (prøvevolumen, pumpehastighed, slangediameter og vejlængde), som vi er herrer over, og derfor kan vi kontrollere dispersionen. FIA er derfor baseret på følgende 3 hovedhjørnesten, nemlig prøveinjektion, kontrollerbar dispersion og reproducerbar timing (da tiden mellem blanding af prøve og reagens til detektion for et givet system er identisk fra gang til gang). Kombinationen af disse tre elementer medfører, at det er unødvendigt at opnå kemisk ligevægt. Ligesom det er muligt at udnytte de enkelte koncentrationer i de forskellige væskeelementer, som tilsammen danner koncentrationsgradienten, idet hvert enkelt væskeelement er knyttet til en specifik tid, som vi kan udvælge og benytte analytisk. Så derfor kan man også sige, at hvor konventionel CF systemer kun giver én slutkoncentration (nemlig den, som fremkommer ved total opblanding / homogenisering), giver FIA adgang til et teoretisk set ubegrænset antal koncentrationer mellem 0 og C max (svarende til toppen af dispersionsprofilen), som hver især formelt kan udnyttes. Idet der henvises til litteraturen (se referencer) om specifikke detaljer vedrørende de enkelte enheder i FIAsystemet, skal her opsummeres nogle fakta: Pumpen er normalt en peristaltisk pumpe, som kan akkommodere op til flere pumpeslanger således, at der kan konstrueres flerstrengssystemer, hvor flere reagenser kan 3 tilsættes sekventielt til bærestrømmen.Pumpehastighederne ligger normalt på 0,1–0,8 mL/min. Der kan også benyttes stempelpumper, men disse er ikke så almindelige i FIA pga. begrænset volumenkapacitet. Injektionsventilen er som oftest en drejeventil, hvor et internt eller eksternt loop afgrænser et givet volumen prøveopløsning (typisk 25–200 µL); når ventilen drejes, bliver loopet en del af slangesystemet og vil derfor blive transporteret fremad. Slangesystemet består af plastslanger (f.eks. PVC eller PTFE (Teflon)) med en indre diameter på 0,5–0,8 mm. Slangerne vil typisk blive rullet sammen eller knyttet i knuder. Herved vil dispersionen blive minimeret og samtidigt øges det sekundære flow (det vil sige, man vil få effektiv lokal opblanding i de enkelte væskeelementer). Som en tommelfingerregel bør man gøre slangelængden så kort som mulig for at undgå overdreven dispersion (dvs. fortynding af prøven). Som detektor kan anvendes alle detektionsanordninger som tillader væskegennemstrømning (typisk optiske og elektrokemiske). Som sagt kan man vælge at benytte et hvilket som helst element i gradienten til udlæsning, men i praksis benytter man som oftest tophøjden (dvs. svarende til C max ), da den er let at identificere og ikke kræver brug af elektronisk udstyr. Opholdstiden for en prøve i FIAsystemet er typisk mindre end 30 s, hvorfor der teoretisk kan opnås meget høje prøvningsfrekvenser. FIA-systemer har
Page 1: Flow Injection Analysis AF ELO HARA
Page 5 and 6: Figur 4. (a) Flow diagram for spekt
Page 7 and 8: ellers er meget vanskelige eller um
Page 9 and 10: Figur 7. Enkeltlinje manifold til b
Page 11 and 12: 10 s), dvs. det dannede produkt er
Page 13 and 14: i et biologisk system, kalder man d
Page 15 and 16: es. Et andet eksempel på en unik F

Flow Injection Analysis

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?