FIA er en forkortelse for Flow Injection Analysis. Navnet beskriver meget godt opbygningen af systemet. Ved injektion af prøver i et flow af en bære-væske (et opløsningsmiddel) kan apparatet herefter lave en analyse af indholdet i prøven.
Fordele ved FIA
Fordelen ved denne metode ligger i det konstante flow. Det giver nemlig mulighed for:
• Mange prøver på kort tid uden at stoppe målingerne.
• Stor nøjagtighed.
• Miljørigtig metode, da det kun kræver små mængder af reagenser.
• Økonomisk billig analyse pga. relativt små mængder reagenser og simpelt apparatur.
Metoden er desuden blevet endnu mere effektiv og billig, efter at det er blevet muligt at opsamle data digitalt med en computer tilsluttet til systemet.
Hurtigheden af disse analyser går fra 10-30 sekunder pr. prøve. Metoden er meget anvendt i laboratorier, der analyserer vandprøver, jordprøver, miljøanalyser, farmakologiske
analyser og mange flere.
Kilde:
• http://www.flowinjectiontutorial.com/index.html - set d. 12. januar 2016
FIA – opbygning og funktion
Om FIA-systemet
FIA-systemet findes i forskellige varianter, alt efter hvad man ønsker at undersøge. Overordnet består FIA-systemet af en fysisk og en kemisk del. Den fysiske del (se figuren) sørger for en række konstante forhold, så den eneste variable er koncentrationen af det stof, man ønsker at undersøge i en prøve.
De konstante forhold er:
• Prøvernes volumen er den samme.
• Bære-væsken (”carrier”) holder den samme flowhastighed, og derfor bevæger alle prøverne sig igennem slangesystemet med samme hastighed.
• Det slangesystem, som bære-væsken bevæger sig igennem, har en konstant opbygning, så alle prøver behandles identisk.
• Bærestrømmen flytter prøven med sig, og derfor kan man injicere en ny prøve, uden at den bliver blandet sammen med den foregående.
• Prøven udtages/detekteres det samme sted, og derfor er der i alle prøverne sket den samme opblanding mellem bære-strøm og prøve.
• Man behøver ikke at vente på ligevægt i en reaktion mellem prøve og et reagens.
Når man injicerer en prøve i bære-væsken, vil den gradvist blive opblandet mere og mere med bærevæsken – lidt ligesom, hvis man hælder et farvestof i en å. Denne opblanding sker på samme måde fra prøve til prøve, når prøvens volumen, bære-væskens hastighed og slangesystemet er konstant. Man kalder også prøvens opblanding for prøvens dispersion. Opblandingen sker altid på samme måde - og derfor kan man beregne, hvor meget af prøven, der er blandet op med bære-strømmen til et hvilket som helst bestemt tidspunkt/sted langs slangesystemet. Ud fra det kan man regne sig tilbage til den koncentration, som prøven må have.
I nogle tilfælde kan man nøjes med at udnytte de fysiske forhold i FIA-metoden. Det gælder, hvis det uden videre kan lade sig gøre at detektere de stoffer, man vil undersøge. I andre tilfælde er man nødt til at tilføje et kemisk lag i metoden. Her tilsætter man et reagens til bærestrømmen. Reagenset tjener det formål, at det reagerer med prøven, så de stoffer, man vil undersøge, bliver målbare. Det kan f.eks. være, at de får en farve, der kan registreres i en detektor.
I dette spil er det kun FIA’s fysiske fordele, der udnyttes. Koffein indeholder nemlig aromatiske strukturer, som absorberer UV-lys. Derfor kan koffein – uden tilsætning af reagens – detekteres i et spektrofotometer.
I denne version af FIA udnytter man desuden, at man kan adskille koffein og theobromin fra hinanden. De 2 stoffer har nemlig forskellig molekylvægt. Så undervejs i FIA-systemets kolonne separeres de 2 stoffer, så de ankommer til detektoren (spektrofotometret) på forskellige tidspunkter. Derfor kan man måle indholdet af koffein separat fra theobromin.
Tidligere analyserede man prøvers koncentrationer af bestemte stoffer ved at udsætte dem for reagenser i en kolbe. Her måtte man vente på, at der var opstået kemisk ligevægt, før man kunne måle og beregne en prøves koncentration af et bestemt stof. Men med FIA kan man måle en prøves koncentration meget tidligt i reaktionen, fordi det, der sker i bærestrømmen, følger et mønster, som kan beregnes. Metodemæssigt sparer det megen tid.
FIA-systemets komponenter
Systemet er baseret på en peristaltisk pumpe, der sørger for at pumpe en bære-væske (et opløsningsmiddel) gennem systemet i et kontinuert flow. De prøver, man vil
undersøge, sprøjtes ind i bærevæsken. Man kan sende flere prøver af sted lige efter hinanden, uden at de bliver blandet sammen.
Systemet består af:
• Automatisk pipette (autosampler) til at tage mange prøver hurtigt.
• Pumpe, der sørger for et konstant flow af en bærevæske (et opløsningsmiddel).
• Indføring af prøver i bære-væsken.
• Mixing coil, en kolonne (en tynd slange), hvor prøverne og bærevæsken gradvist blandes mere og mere sammen.
• En detektor, der kan registrere indholdet af bestemte kemiske stoffer.
• Eventuelt tilsætning af et reagens, der reagerer med prøven, så det bliver muligt at registrere indholdsstofferne i detektoren.
• En affaldsbeholder, der opsamler prøverne og opløsningsmidlet
Figuren viser flow injektionssystemets opbygning. Detektoren kan f.eks. være et spektrofotometer, hvis de kemiske stoffer har en farve.
• Automatisk pipettering (autosampler): Bruges i mange typer af analyse-apparater. I FIA har automatikken stor betydning. Det betyder nemlig, at systemet kan håndtere mange prøver hurtigt efter hinanden. Det er nemt at foretage prøver, da det er enkelt at indføre prøverne direkte i bære-væsken. De meget tynde slanger gør desuden, at apparaturet kan analysere meget små mængder - og dermed skabes der også kun små mængder affald. • Den peristaltiske pumpe: Sørger for at pumpe en bære-væske gennem systemets tynde slanger i et konstant flow. Man kan sende flere prøver afsted lige efter hinanden, uden at de indbyrdes bliver blandet sammen. Metoden skaber meget nøjagtige resultater. Apparaturet kan ret nemt ændres. Det er vigtigt, da
flow hastigheden bestemmer, om stoffer i prøverne enten bliver adskilt fra hinanden, eller om de når at reagere med et eventuelt reagens, inden de når frem til detektoren. Man kan altså skrue op og ned for flowhastigheden.
• Mixing coil: Tynd slange, hvor prøverne gradvist blandes mere og mere med bære-væsken, når bærevæsken pumpes igennem slangen. Ved kanterne i slangen bremses bære-væsken lidt, mens der er mere fart på væsken i midten af slangen. Det er denne forskel i hastighed, der gør, at bære-væske og prøve bliver blandet. Når man kender flowet, flowsystemets dimensioner og prøvens volumen, kan man beregne graden af opblanding til et bestemt tidspunkt. Diameteren og længden kan justeres på kolonnen (mixing coil/slangen). Længden, diameteren og pumpens
flow er nemlig med til at styre, om stofferne skal nå at adskilles, eller om der skal nå at forløbe nogle reaktioner i flowet.
• Detektoren: Skal kunne håndtere meget små mængder. Det løses i de fleste detektorer ved, at målingerne sker i et meget lille rum (flowcelle) for enden af mixing coil. Hvis detektoren er et spektrofotometer, måles det lys, der ikke absorberes, og ud fra viden om den samlede mængde lys beregnes det absorberede lys. Alt efter hvilke stoffer, der skal måles på, anvendes forskellige detektorer. Hvis man skal måle på et stof, der har en farve og dermed kan absorbere lys, anvender man f.eks. et spektrofotometer. Et spektrofotometer består af et spektrometer og en lyskilde. Nogle gange har stofferne ikke i sig selv en farve, der kan detekteres i spektrofotometeret. Så kan man tilsætte et reagens, der danner en farvet kemisk forbindelse sammen med det pågældende stof. Man kan også anvende ionselektive elektroder til detektion. Det kan f.eks. være en nitratelektrode, hvis man skal måle vandprøvers indhold af nitrat. Det kan også
være en fluoridelektrode, hvis man skal måle flourid i tandpasta.
• Spektrometer og spektrofotometer: Et spektrofotometer er et instrument, der kan bestemme intensiteten af det lys, som udsendes fra en lampe i spektrofotometret (Io), og af det lys, der har passeret gennem en given opløsning (I). Som oftest udvælger man en bestemt bølgelængde. Forskellen mellem de 2 lysintensiteter er således et mål for, hvor meget lys opløsningen har absorberet. Det kan vises, at denne såkaldte absorbans er givet ved logaritmen til forholdet mellem de 2 lysintensiteter (log Io/I), og den er direkte relateret til koncentrationen af det absorberende stof. Dvs. ved at måle de 2 lysintensiteter kan man simpelt beregne koncentrationen.
Kilde:
• http://www.flowinjectiontutorial.com/index.html - set d. 12. januar 2016