压缩气体在流动注射分析中的应用以及由此制成的仪器

摘要

本发明涉及利用流动注射技术测量COD的技术和仪器。本发明针对现有流动注射分析技术中存在的问题，舍弃用蠕动泵给载流液加压的业内通用做法，将载流液储罐密闭起来，用压缩气体给载流液储罐施加压力，推动载流液在细管内流动并完成FIA检测，取得了意料不到的有益效果。检测过程中载流液压力稳定，流动性能好，时空受控，大大提高了检测可靠性，检测结果更为准确；制成的FIA仪器的制造和运行成本低、操作方便，在监测工业废水COD方面有着极为广阔的应用前景，非常有益于环境保护。

说明书

技术领域

本发明涉及流动注射分析技术，尤其涉及利用流动注射技术测量COD的技术及相关仪器，属微量化学应用领域。

背景技术

流动注射分析(flow injection analysis，简称FIA)是一种简便、可实现自动化操作的微量化学应用技术，其基本原理是：把一定体积的液体样本通过阀门切入到一个运动着的由适当液体组成的连续载流中，被注入的样本在载流中形成了一个样本带并被载带到检测器，当样本带流过检测器的流通池时，其吸光度、电极电位或其它物理特性将发生突变，从而被记录和检测。

基于以上原理可制造出各种FIA仪器，典型的FIA仪包括：载流液储罐、采样阀、微型反应器、检测器等组成部分。“采样阀”用于重现地将一定体积的样本溶液注入载流，“微型反应器”则是样本在载流液中分散并与其中某些组分发生反应的场所，获得可以被检测器检测的产物，“检测器”用于检测并记录流体的吸光度、电极电位或其它物理特性变化情况，其检测结果输出给记录仪。

附图1是一种比较典型的FIA仪记录曲线。该曲线为一单峰，峰高H、峰宽W、峰面积A都与被测物浓度有关。从样品注入点S到最高出峰点的时间间隔为化学反应的留存时间T，出峰前后的时间间隔称为响应时间t_b。一般情况下，FIA仪具有很快的响应，采样周期短，注入的样品体积在1～200μl之间(常用25μl左右)，每个采样周期所用的试剂不多于0.5ml。因此，FIA仪采样频率高，样品和试剂消耗少，可用于在线连续化检测。

在线监测COD(化学耗氧量)是FIA技术的一大应用。测量COD必须在高压下推动载流液在细管内流动，现有技术多采用蠕动泵给载流液加压，由于载流液主要成分是浓硫酸，它腐蚀性强，容易破坏蠕动泵，导致载流液压力不稳定，影响到整个FIA仪器的稳定运行，其检测结果可靠性差，设备的检修次数较为频繁。

发明内容

本发明的第一个目的是为了解决现有流动注射分析技术中存在的上述问题，将压缩气体应用到流动注射分析技术当中，既为压缩气体提供了一种高效使用的途径，也较为理想地解决现有FIA仪器载流液压力不稳、运行周期不长、检测结果可靠性低等技术难题，从而提供一种压缩气体在流动注射分析中的应用方法。

本发明的第二个目的在于提供一种利用上述方法制成的流动注射分析仪器。

本发明的第三个目的在于提供上述流动注射分析仪器的一种用途。

本发明的第一个目的通过以下技术方案来实现：

压缩气体在流动注射分析中的应用，自载流液储罐引出载流，待测样品经过采样阀间歇加入载流当中，然后进入反应管分散并发生反应，再流过检测器被检测，检测结果输送至记录仪。其中，所述载流液储罐呈密闭式，从压缩气体源引出压缩气体，压缩气体经过压力调控机构进行压力调节之后进入载流液储罐，使罐内压力等于调节后的压缩气体的压力并保持恒定，载流液在此压力的作用下被引出储罐，从而完成流动注射分析过程。

上述应用过程中，压缩气体的源气体可以是空气、惰性气体等在使用状态下不改变载流液的物理和化学特性的气体，惰性气体优选氮气；作为直接用于流动注射分析的压缩气体源，可以是高压气体储罐，也可以是常压气体经过压缩机增压后形成的高压气体。

上述应用过程中涉及到的压力调控机构可以包括气体过滤装置和气体减压装置两部分。当使用大气作为压缩气体源气体时，可以用空气压缩机对常压大气进行压缩，然后经过滤、减压后直接用于本发明。

本发明的第二个目的通过以下技术方案来实现：

一种流动注射分析仪器，包括载流液储罐、采样阀、反应管、检测器、记录仪，以及压缩气体储罐，所述载流液储罐呈密闭式，其顶部或者侧上方至少有一处开孔，从压缩气体储罐引出的压缩气体管线与该开孔相连通，载流液储罐的底部或侧下方另有一处开孔，载流液输出管线的一端与该开孔连通，另一端依次与采样阀、反应管、检测器相连接。

上述流动注射分析仪器中，从压缩气体储罐引出的压缩气体管线在接入载流液储罐之前，还可以接有气体过滤器和减压阀；压缩气体储罐内贮存的气体优选高压空气或氮气。

本发明的第三个目的通过以下技术方案来实现：

将上述任意一种流动注射分析仪器用于离线或者在线检测工业废水的化学耗氧量COD。

本发明针对现有流动注射分析技术中存在的问题，舍弃用蠕动泵给载流液加压的业内通用做法，将载流液储罐密闭起来，用压缩气体给载流液储罐施加压力，推动载流液在细管内流动并完成FIA检测，取得了意料不到的有益效果，具体体现在：

(1)检测过程中载流液压力稳定，流动性能好。样品从注入载流液开始，在分散形成浓度梯度的同时发生化学反应，生成可以被检测的物质，稳定的载流液保证了上述过程的精确重现。对于先前发生的过程，在之后所有的采样周期内都可以严格地重复，某一次注入的样品进行了什么处理，其它所有样品也都会进行同样的处理，做到时空受控，大大提高了检测过程的可靠性，检测结果也更为准确；

(2)利用本发明技术方案制成的FIA仪器，无须使用价格昂贵的蠕动泵，既降低了仪器的制造成本，又方便了对仪器的操作。由于载流液流量小，其储罐的压力变化速度较慢，可以用压缩空气、氮气等在使用状态下不改变载流液物理和化学特性的气体对储罐施加压力，仪器的运行成本进一步降低；

(3)所制成的FIA仪器在监测工业废水的COD方面有着非常广阔的应用前景。这种监测可以是离线监测，也可以是在线监测。FIA技术上的改进、监测仪器制造和运行成本的降低，都有益于更多的工厂主动接受COD检测，这对于环境保护来说无疑是一大福音。

附图说明

图1是一种典型的FIA仪记录曲线。

图2是本发明压缩气体在流动注射分析中的应用过程示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明技术方案作进一步描述。

如图2，从压缩气体源引出压缩气体，经过压力调控机构进行气体过滤和调节压力之后进入密闭式的载流液储罐，使罐内压力为调节后的压缩气体的压力并保持恒定。载流液在正压作用下从储罐引出，形成一股稳定流动的载流，待测样品经过采样阀间歇加入载流当中，然后进入反应管分散并发生反应，最后流过检测器被检测，检测结果输送至记录仪，检测后的流体成为废液被另外收集和处理。

根据上述技术路线制成的仪器，包括载流液储罐、采样阀、反应管、检测器、记录仪，以及压缩气体储罐。载流液储罐呈密闭式，其顶部或者侧上方至少有一处开孔，从压缩气体储罐引出的压缩气体管线与该开孔相连通；载流液储罐的底部或侧下方另有一处开孔，载流液输出管线的一端与该开孔连通，另一端依次与采样阀、反应管、检测器相连接。可以用空气、氮气等在使用状态下不改变载流液物理和化学特性的气体作为气源，它们经压缩之后存入高压储罐内与仪器连在一起使用；从压缩气体储罐引出的压缩气体管线在接入载流液储罐之前，还可以接有气体过滤器和减压阀，以便去除气体中混有的杂质，并使进入载流液储罐的气体压力保持恒定。

这种FIA仪器在检测工业废水COD方面有着很好的应用，此时，尽管载流液的主要成分是腐蚀性很强的浓硫酸，但由于采用压缩气体加压，不存在增压泵被腐蚀的问题，这就保证了检测过程中载流的压力恒定，得到的检测结果更为准确。

实际试用表明，本发明FIA仪器在线监测工业废水COD时，检测结果重复性好、准确度高，极大地提高了仪器的无故障运行周期。