SE503661C2 - Sätt för flödesinjektionsanalys och därför anpassad spektrofotometrisk flödescell - Google Patents

Description

503 661 ing, vars absorbans mäts för kvantitativ bestämning. Den grundprincip som är vanligen en förutsättning för en kvanti- tativ analys, är således att bestämningen måste göras så nära 100% som möjligt. Å andra sidan har FIA-metoden enligt föreliggande uppfinning följande grundläggande särdrag, nämligen, (1) reaktionshast- igheten av FIA har möjlighet att komma så nära 100% som möj- ligt, (2) reaktionsbetingelserna hålls konstanta och därvid erhålls ett konstant reaktionstillstånd, som ligger nära 100% även om reaktionshastigheten inte kan vara absolut 100%, och (3) reagensmängderna är sparsamma genom användning av ett fint rör och en speciell pump.

Denna princip kan emellertid inte uppnås vid konventionell FIA utan svårigheter, därför att en reagenslösning och en prov- lösning endast stannar inuti röret under en kort tidsperiod, vilket leder till att de endast under en kort tidsperiod utsätts för reaktion. Detta sker vid så gott som alla analysoperationer, reaktionerna har inte avslutats till 100% men är på väg att avslutas, varvid perfekt bestämning knappast kan förväntas vid konventionell FIA.

FIA-metoden utförs vanligen genom att en reagenslösning strömmas i ett fint icke korrosionspåverkat rör företrädesvis tillverkat av Teflon, en provlösning på flera tiotals till hundratals mikroliter injiceras till flödet, en reaktions- förening erhålls genom reaktionen av provet och reagenset inuti röret, och nämnda förening utsätts för mätning inuti en flödescell för bestämning av en komponent i pro~-t som ska analyseras med hjälp av de fysiska eller kemiska egenskaperna av reaktionsföreníngen. I detta hänseende liknar apparaten an- vänd i FIA-metoden den som används vid vätskekromatografi.

Emellertid är avsikten med FIA-metoden att endast analysera en enda komponent i en homogen vätskefas innehållande många komponenter, med vätskekromatografi används för att göra en 503 661 separat analys av varje komponent i en homogen vätskefas inne- hållande många komponenter.

Eftersom FIA-metoden, som är föremål för föreliggande uppfinn- ing, skiljer sig från vätskekromatografimetoden huvudsakligen på det sett som nämnts ovan, måste följande kriterier beaktas vid framgångsrikt utförande av metoden. (a) Prov- och reagenslösningarna måste blandas noggrant, och (b) enbart en enda komponent ska bestämmas med hög känslighet och utan interferens av andra komponenter.

I syfte att tillmötesgå dessa kriterier, tillhandahåller före- liggande uppfinning också en specifik flödescell.

-. Med hänsyn till ovanstående, är det föreliggande uppfinnings uppgift att tillhandahålla en teknisk tillämpning avseende montering av flödesledningar, vilket kommer att beskrivas närmare nedan, och ett sätt och en apparat, som har förbätt- rats med följande särdrag i syfte att undvika ovan nämnda nackdelar förknippade med en konventionell FIA-metod och följ- aktligen för att garantera mer exakt bestämning genom flödes- ledningarna.

Dessa särdrag är: (I) Prov- och reagenslösningarna tillförs omväxlande i för- hållande till varandra och i spårmängder, så att, inuti ett fint reaktionsrör, båda lösningarna utsätts för vätska-till- vätska kontakt med bredare reaktionsytareor, varvid de blandas noggrant, vilket resulterar i förbättrad reaktionshastighet, och « (II) Flödeshastigheterna av reagens- och provlösningarna såväl som reaktionstemperaturen därav hålls konstant, varvid reak- tionhastigheten också hålls konstant.

Först kommer metoden enligt uppfinningen att beskrivas enligt följande: 503 661 I metoden passerar en provlösning och en reagenslösning genom flödesledningar, vilka är oberoende av varandra, och därefter sprutmatas de omväxlande till en flödesledning för blandning i vardera en förutbestämd spårmängd, varvid de blandas och rea- geras noggrant.

Om så behövs, anordnas åtminstone en del av flödesledningen för blandning så att den går genom ett termostatbad, för att hålla ledningen vid en konstant temperatur, varvid de därvid uppnådda reaktionshastigheterna också kan hållas konstanta.

Vid den bakre delen av en flödescell är dessutom en mottrycks- spiral ansluten så att bubblor inte kan bildas där och ett jämnt flöde kan erhållas med ringa oregelbunden pulsering.

Eftersom sprutmatningsmängderna av prov- och reagenslösning- arna företrädesvis är så små som möjligt, har dessa mängder lämpligen en noggrann flödeshastighet kontrollerad av en tillförselpump, beroende på reagens- och provlösningarnas viskositet, noggrannheten av reaktionsrörets diameter m.m.

Lämpligen väljs storleken av denna mängd och flödesledning- arnas inre diameter enligt följande: Om flödesledningarnas inre rördiameter är mindre än 0,25 mm har man funnit att friktionsmotståndet mellan rörens i ner- väggar och lösningsflödena blir för stort, det inre trycket i rören blir också ofördelaktigt högt och effektiv blandning av prov- och reagenslösningarna är svårt att erhålla. Om å andra sidan innerdiametern överskrider 1,0 mm, sjunker flödes- motståndet inuti rören, och samtidigt sjunker även inner- trycket, varvid prov- och reagenslösningarna förbrukas snabbare än vad som krävs för skäliga analyser, och varvid kostnaderna för analyserna blir höga, men tillverkningen och hanteringen av apparaten inklusive rören blir enklare.

Föredragna rördiametrar valda enligt ovan kan följaktligen begränsa en föredragen spännvidd av flödeshastigheter genom rören.I praktiken, när två lösningar injiceras omväxlande i förhållande till varandra till en blandnings- och reaktions- 503 661 ledning i respektive exakta spårmängder, så att reaktionshast- igheterna därav kan hållas höga och konstanta, kan extremt noggrann tillförsel av lösningarna knappast erhållas om den injicerade tillförselmängden per sats eller varje gång är mindre än 1,25 Pl, och tvärtom, om mängden överskrider 20 fl, blandas reagens- och provlösningarna otillräckligt. Därför är i föreliggande uppfinning innerdiametern av dessa flödesled- ningar för provlösningen och för reagenslösningen, vilka är oberoende av varandra, och innerdiametern av flödesledningen för blandning, företrädesvis inom området 0,25-1,0 mnn medan lösningsmängden som sprutförses omväxlande till flödesled- ningen för blandning företrädesvis är 1,25-20 Pl vid varje injektionssats.

Nu kommer den spektrofotometriska flödescellen försedd med ett detektionselement enliqt uppfinningen att beskrivas.

Om innerdiametern av flödesledningen för blandning, som är an- ordnad efter ovan nämnda flödescell, väljs mellan 0,25-1,00 mm, måste diametern av flödescellens optiska väg expanderas kraftigt jämfört med diametern av flödesledningen för bland- ning, d.v.s. så mycket som i storleksordningen 1,5-2,5 mm, medan dess optiska väglängd företrädesvis är lO-50 mm.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas närmare nedan i anslut- ning till de bifogade ritningarna, i vilka fig. l är en vy som visar en flödesledning i sättet enligt föreliggande uppfinning, fig. 2 är en förklarande vy som visar tillstånd av vätske- faser inuti en flödesledning för blandning, eller en reak- tionsspiral, fig. 3 är en sektionsvy av ett exempel av en flödescell till- verkad i enlighet med föreliggande uppfinning, och fig. 4 är en sidovy av den i figur 3 visade flödescellen. 503 661 Föreliggande uppfinning kommer nu att beskrivas mer detaljerat med hjälp av följande exempel: Exempel l Med hänvisning till figurerna 1 och 2, i föreliggande uppfinn- ing, sprutmatas en provlösning Cl'och en reagenslösning C2' genom en flödesledning Cl och en annan flödesledning C2, vilka är oberoende av varandra, omväxlande in till en flödesledning för blandning i spårmängder, som visas i figur 2, så att lösningarna får större kontaktyta för effektiv blandning därav.

För att uppnå sådan omväxlande sprutmatning av lösningarna, används en pump P i sättet enligt föreliggande uppfinning, som företrädesvis är av icke-pulserande dubbelkolv-typ, en kolv för provlösningens flödesledning Cl och en kolv för reagens- lösningens flödesledning CZ, vilka inte är synkroniserade med varandra, varvid sprutmatningsmängden är kontrollerad till ca. 5 Fl per slag. Denna sprutmatningsmängd motsvarar volymen av en ca.25 mm lång Teflon-slang med 0,5 mm innerdiameter. För att erhålla en konstant flödeshastighet utan pulseringar, rekommenderas användning av en pump av dubbelkolv-typ med fas- förskjutning, som har en slaglängd på t.ex. l mm, en slaguttömn ng på ca. 5 Pl och en kolvdiameter på ca. 2-3 nn.

Bokstaven B i figur 1 avser en hexagonal injektionsventil, som är belägen i provlösningens ledning Cl och med hjälp av vilken ett prov matas under tryck till en bärlösning strömmande i ledningen Cl. RC representerar en reaktionsspiral i vilken de två lösningarna blandas och reageras. Företrädesvis anordnas reaktionsspiralen RC inuti ett termostatbad HB, vilket visas i ritningen, så att reaktionstemperaturen av lösningarna Cl' och C2' kan hållas konstant, varvid reaktionshastigheten därav förhöjs och hålls konstant.

Lösningarna, vilka har reagerats noggrant i reaktionsspiralen RC av ett flödeslednings-blandningssystem, förs till en flödescell FC där de utsätts för mätning genom bl.a. en spektrofotometer för att erhålla ett mätvärde, som i sin tur 503 661 registreras av ett registreringselement R. Lösningarna som har mätts förs ut ur ledningarna som avfallslösning, med hjälp av en mottrycksspiral BPC med en innerdiameter på t.ex. 0,20- 0,50 mm. Denna avfallslösning W uttöms endast efter att den har behandlats, så att den inte ger upphov till någon vatten- nedsmutsning.Ovan nämnda mottrycksspiral BPC tillser också att lösningarna i flödesledningarna hindras från att bilda bubblor, och att en stabil, konstant flödeshastighet erhålls utan pulseringar. Ibland används pelister-typ pumpar för att hålla lösningar inuti flödesledningar i ett pulseringsfritt tillstånd, men dessa pumpar är sämre än pumpar av kolv-typ med hänsyn till deras uthållighet. Följaktligen används före- trädesvis pumpar av kolv-typ, vilka har beskrivits ovan.

Det bör noteras att särdrag som är specifika för föreliggande uppfinning inte bara kan tillämpas på flödesinjektionsanalyser =utan även på andra flödesledningsanalyser.

Exempel 2 I detta exempel beskrivs en utföringsform av en flödescell tillverkad enligt föreliggande uppfinning som med fördel skulle kunna användas i ett detekteringselement av föreligg- ande FIA-apparat, som beskrivs närmare nedan med hänvisning till figurerna 3 och 4.

I FIA-apparaten som använder, vilket visas i figur l, flödes- cellen tillverkad enligt föreliggande uppfinning, förses lös- ningen Cl' med provet S och reagenslösningen C2' av den icke- pulserande pumpen P av dubbelkolv-typ till reaktionsspiralen RC på omväxlande sätt via en blandningsförbindning K-vardera i spårmängder från flödesledningarna Cl och C2, Vilka är oberoende av varandra. Lösningarna blandas och reageras nog- grant i reaktionsspiralen RC, och sänds därefter till flödes- cellen FC, som innefattar ett detekteringselement och i vilken den komponent som ska analyseras detekteras och mäts. De på detta sätt mätta värdena registreras av registrerings- anordningen R, medan lösningarna som har utsatts för mätningen passerar genom mottrycksspiralen BPC, varefter de uttöms 503 661 utanför systemet såsom avfall W. I detta fall går åtminstone en del av flödesledningen för blandning, som är betecknad så- som reaktionsspiral i figur 1, genom termostatbadet HB så att reaktionshastigheten i den blandande flödesledningen kan höjas och hållas konstant.

Flödescellen FC som utgör ett detekterings- eller mätelement innefattar, vilket syns tydligast i figur 3, en rörformad kropp 1 tillverkad av mässing i vilken en cylindrisk kropp 2 av Teflon är inpassad och vilken vid den centrala axeln har en optisk väg-kanal 3. Till den rörformade mässingskroppens l båda fria ändar är skivformade beslag 4 av mässing anordnade med hjälp av skruvar 5, vilka beslag vid mitten har optiska väghå] 4a, vilkas diameter är lika stor som den av-den optiska vägkanalen 3.

Hänvisningssiffran 6 visar transparenta glasark, vilka är an- ordnade vid båda ändar av den optiska vägkanalen 3. Glasarken 6, vilka är nära anbringade till den cylindriska kroppen 2 med hjälp av beslagen 4 genom avståndselement 7, förhindrar att lösningar som ska bestämmas läcker ut därifrån.

De reagerade lösningarna som kommer från reaktionssniralen RC inträder i den oïtiska vägkanalen 3 genom ett inlopp 8 av flödescellen FC och en ända av kanalen. När de utsätts för spektrofotometrisk mätning, kommer de ut från ett utlopp 9 och uttöms såsom avfall W efter att ha passerat mottrycksspiralen BPC.

Nedan kommer en optisk vägdiameter och en optisk~»äglängd av den optiska vägkanalen 3, som är anordnad i flödescellen till- verkad enligt föreliggande uppfinning, att beskrivas.

Flödesceller med olika optiska vägdiametrar tillverkades, var- vid den optiska väglängden gjordes konstant, nämligen 10 mm, och innerdiametern av den blandande flödesledningen gjordes 0,5 mm. 9 503 661 En l0'5M pikrinsyralösning strömmades genom ledningen Cl av FIA-apparaten enligt figur 1 såsom provlösning, medan rent vatten strömmades genom ledningen C2. Absorbansen (aAbs) mättes vid 4000Å genom flödescellen, vilket gav ett resultat på ca.0,05.Utgångssignalen av spektrofotometern använd vid mätningen var 100 mV/Abs, medan områden registrerade av regi- streringsanordningen R var 10, 5, 2 och 1 mV.

Ovanstående experimentresultat, dvs. förhållanden mellan olika optiska vägdiametrar och S/N förhållanden, anges i tabell 1 nedan.

TABELL 1 I * f Diameter (mm) Längd (mm) av 5 Volym S/N för- Nr. av optisk väg optisk väg (Pl) hållande 1 1,0 10 8 1 2 1,5 10 18 5 3 2,0 10 31 10 4 , 10 50 20 5 3,0 10 71 20 6 4,0 10 130 20 7 5,0 10 200 20 Ur ovanstående tabell 1 framgår tydligt att, ju större dia- metern av den optiska vägen är desto bättre blir S/N förhåll- andet, vilket resulterar i förbättrad elektrisk känslighet av flödescellen. Emellertid bör det noteras att om diametern av den optiska vägen överskrider 2,5 mm, så ökar känsligheten när optiska volymer ökas kraftigt, medan störningar också ökar till följd av detta och S/N förhållanden därvid tenderar att avmättas. Om däremot diametern av den optiska vägen är mindre än 1,5 mm, minskade den optiska volymen avsevärt, vilket resulterar i att det är svårt att utföra analyser som är högkänsliga och störningsfria. 503 661 10 En annan experimentserie gjordes med avseende på en optisk väglängd av flödescellen, i vilken den blandande flödesled- ningens innerdiameter var 0,5 mm, och diametern av flödescell- ernas optiska väg var konstant 1,5 mm, medan deras optiska väglängder gjordes olika. Provlösningen i ledningen Cl, lösningen i ledningen C2 och andra experimentella betingelser var samma som ovanstående experiment enligt tabell 1.

Absorbanser (AAbs) vid 4000Å mättes enligt nedanstående tabell.

Tabell 2 i Å 2 : ï Nr. Längd (mm) I Cell i Diameter I § av optisk i volym E (mm) av ,AAbs för- väg E (Pl) optisk väg AAbs hållande 1 5 9 1,5 0,0250 0,50 2 10 18 1,5 0,0504 1,00 3 20 35 1,5 ' 0,102 2,02 4 50 88 1,5 0,255 5,06 5 100 | 155 1,5 0,520 10,30 Såsom visas i ovanstående tabell 2, framgår att ju längre den optiska väglängden är desto större blir absorbansförhållandet.

Detta betyder att ju större den optiska våglängden är desto mer exakt kan en lösning mätas även om den har låg kromatici- tet. Med andra ord kan, när den optiska väglängdenfär till- räckligt lång, även en mycket liten spårmängd av en fören- ing i en provlösning bestämmas med hög känslighet. Emellertid bör det noteras att när den optiska väglängden överskrider SO mm vid bestämning av en lösning med hög koncentration, mättas absorbansen därav, varvid en skillnad i kromaticitet inte kan erhållas. Om den däremot är mindre än lO mm, kan kromatici- teten inte mätas exakt. 503 661 ll Därför ska flödescellens optiska väglängdföreträdesvis ligga inom området 10-50 mm.

Mot bakgrund av ovanstående särdrag enligt uppfinningen, erhålls ett flertal fördelaktiga effekter, vilka anges nedan.

(I) Föreliggande uppfinning kan tillhandahålla en extremt hög reaktionshastighet som kan ligga nära 100%. Vidare kan, efter- regelbunden, ex- som reaktionshastigheten konstant kan hållas tremt noggranna analyser göras snabbt och stora mängder av reagens behövs ej, vilket gör att analyserna blir mycket eko- nomiska.

(II) När flödescellen tillverkad enligt föreliggande uppfinn- ing används, kommer det optiska ingångsvärdet om den optiska vägdiametern är t.ex. 2 mm, att vara fyra gånger värdet för en konventionell vätskekromatografi-flödescell med en optisk väg- varvid störningar av andra komponenter som och varvid S/N förhållanden diameter på l mm, inte ska analyseras kan undvikas, förbättras avsevärt och en komponent som ska analyseras följ- aktligen kan bestämmas med hög känslighet.

(III) Jämfört med innerdiametrarna av ledningen för blandning och reaktion enligt uppfinningen, dvs. 0,25-1,00 mm, är den optiska vägdiametern av flödescellen så stor som 0,5-2,5 mm, vilket medför att lösningen som ska analyseras säkert tvingas till (IV) Vidare har uppfinningen andra fördelaktiga effekter, jämn dispergering när den når flödescr-len. t.ex. den förbättrade detekteringskänsligheten som flödes- cellen ger p.g.a. att dess optiska väglängd är vald mellan 10- 50 mm.

Claims (10)

503 661 12 PATENTKRAV

1. Sätt för flödesinjektionsanalys där en provlösning och en reagenslösning strömmas genom flödesledningar, vilka är oberoende av varandra, och därefter tillförs till en blandande flödesled- ning, k ä n n e t e c k n a t av att prov- respektive reagens- lösningen är uppdelade i ett flertal injektionssatser av förutbestämd mängd, vilka sprutmatas omväxlande till den blandande flödesledningen.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att var- dera av flödesledningarna för provlösningen och reagenslös- ningen har en innerdiameter av 0,25-1,0 mm, och att den förut- bestämda mängden, som provlösningen och reagenslösningen sprutmatas i till den blandande flödesledningen, är 1,25-2,0 Pl per injektionssats.

3. Sätt enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att åtminstone en del av de blandande flödesledningarna är in- rymda i ett termostatbad.

4. Sätt enligt krav 1, 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a t av att den blandande flödesledningen vid änden är ansluten till en spektrofotometrisk flödescell, som i sin tur är an- sluten vid utloppet till en mottrycksspiral för justering av ett innertryck utövat inuti flödesledningarna.

5. Sätt enligt krav l, 2, 3 eller 4, k ä n n e t e c k- n a t av att prov- och reagenslösningarna matas med hjälp av en pump av icke-pulserande dubbelkolv-typ.

6. Sätt enligt krav l, 2, 3, 4 eller 5, k ä n n e t e c k- n a t av att diametern av den optiska vägen av den spektro- fotometriska flödescellen är utformad så att den är kraftigt utvidgad jämfört med diametern av den blandande flödesled- ningen.

7. Sätt enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t av att dia- metern av den optiska vägen av den spektrofotometriska flödes- 503 661 13 cellen är 1,5-2,5 mm medan innerdiametern av den blandande flödesledningen är 0,25-1,0 mm.

8. Sätt enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a t av att den optiska väglängden av den spektrofotometriska flödescellen är 10-50 mm.

9. Spektrofotometrisk flödescell att användas i en apparat för flödesinjektionsanalys, k ä n n e t e c k n a d av att den är anordnad efter flödesledningar, vilka vardera har en innerdiameter av 0,25-1,0 mm, och har en optisk vägdiameter av 1,5-2,5 rum.

10. Spektrofotometrisk flödescell enligt krav 9, k ä n n e- t.e c k11a d av att flödescellen har en optisk väglängd av 10-50 mm.