Průtokové metody (Kontinuální měření v proudu kapaliny)

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Průtokové metody (Kontinuální měření v proudu kapaliny)"

Michaela Doležalová
před 7 lety
Počet zobrazení:

1 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

2 Průtokové metody (Kontinuální měření v proudu kapaliny) Odstraněno: Možnost: odměřování objemů rychlost analýzy nepříznivé vlivy (jedy, atmosféra, rozpouštědla, ) automatizace sériové analýzy miniaturizace hospodárnost

3 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

4 SFA (segmentovaná průtoková analýza) Turbulentní proudění smíchání vzorku a reagentů dosažení chemické rovnováhy pulsování toku Nutné reprodukovatelné zavádění a odvzdušňování Obtížná kontrola rychlosti proudění velikosti bublin

5 h < h t < t h ~ koncentrace Vstřikování vzorku Kontrolovaná disperze (koncentrační gradient v prostoru a čase) Reprodukovatelný čas (vstřik detektor)

6 Signál: h, A ~ koncentrace Čas: t do začátku signálu T do maxima signálu t b 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 je nutné dosažení chemické rovnováhy měření vždy za stejných podmínek ve stejném čase 3. Zařazení vhodné operace extrakce iontoměníče dialýza prekoncentrace

7 SIA (sekvenční injekční analýza)

8 SIA (sekvenční injekční analýza)

9 SIA (sekvenční injekční analýza) Integrovaný SI systém SIA LOV systém

10 Srovnání průtokových metod SFA FIA SIA Dávkování vzorku Nasátí Vstříknutí nasátí Objem vzorku 0,2 2 ml μl μl Doba do získání Minuty sekundy Sekundy až minuty signálu 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

11 Disperze vzorku v rozpouštědle

12 Disperze vzorku v rozpouštědle Disperzní koeficient; závisí na teplotě c o = D c D=2 vzorek je zředěn 1:1 Disperze vzorku: omezená (D max = 1-3) střední (D max = 3 10) velká (D max > 10) D max a T popisují koncentrační podmínky ve FIA systému

13 Disperze vzorku v rozpouštědle Vliv objemu dávkovaného vzorku Vliv délky vedení Roste výška a šířka signálu Roste T a šířka signálu S 1/2 objem vzorku potřebný k dosažení 50% signálu ustáleného stavu

14 Snaha: Chemická reakce Musí proběhnout za čas T (měření signálu) 1. malá disperze x velký T f ( d, L, Q) 1 1 D = T = f ( L,, ) F Q 1.: - objem vzorku min. S 1/2 - 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 = cm Q = ml/min

15 Postupné přidávání činidel

16 Různé konstrukce reaktoru: Přímá trubice Reakční cívka Uzlový reaktor Žlábkový reaktor Korálkový reaktor Míchací komůrka Reakční cívka s reakčním produktem

17 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

18 Disperzní faktor β 1/2 t1 2 S1 2 β 1 2 = = β1 2 = f ( L, d, geometrie, Q) T V r T V r t 1/2 S 1/2 n doba k dosažení maxima signálu objem reaktoru čas k dosažení 50% ustáleného stavu objem vzorku k dosažení 50% ustáleného stavu počet S 1/2 k dosažení hodnot D

19 Maximální frekvence dávkování vzorku (1/hod): (při minimálním S 1/2 a S v, minimální β 1/2 ) S max = t b 60 [min] = 15Q S 1 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)

20 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

21 Průtokové cely: Absorpční cely Fluorescenční cely

22 Operace v průtoku: extrakce organickým rozpouštědlem

23 Komerční instrumentace: FIA systém FIA systém FIA - LOV

24 Lab-on-valve uspořádání Průtoková cela Optické vlákno Odpad Vzorek Míchací smyčka #2 Míchací smyčka #1 Dávkovací smyčka Nosný proud Reagenty Injekční ventil

25 Metoda stopped flow: - zastavení toku v detektoru - prodloužení reakční doby (dosažení vyšší konverze analytu) zvýšení citlivosti bez zvýšení disperze nadávkované zóny - měření signálu = f(čas) [koncentrace = f(čas)] - z křivek může být určena rychlost reakce

26 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)

27 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

Podobné dokumenty

Mikrofluidní systémy a možnosti jejich automatizovaného a vzdáleného řízení

SPOLEČNĚ PRO VÝZKUM, ROZVOJ A INOVACE CZ/FMP.17A/0436 Mikrofluidní systémy a možnosti jejich automatizovaného a vzdáleného řízení Ondřej Zítka 09. 04. 2015, 13:00 13:20 h Laboratoř metalomiky a nanotechnologií,