ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ ΠΑΡΑΣΚΕΥΑ. ΤΖΑΝΑΒΑΡΑ ΧΗΜΙΚΟΥ

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ ΠΑΡΑΣΚΕΥΑ. ΤΖΑΝΑΒΑΡΑ ΧΗΜΙΚΟΥ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΜΕΘΟ ΩΝ ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΥ ΟΡΙΣΜΕΝΩΝ ΑΝΙΟΝΤΩΝ ΜΕ ΤΗΝ ΤΕΧΝΙΚΗ ΤΗΣ ΕΓΧΥΣΗΣ ΤΟΥ ΕΙΓΜΑΤΟΣ ΣΕ ΣΥΝΕΧΗ ΡΟΗ - FIA Ι ΑΚΤΟΡΙΚΗ ΙΑΤΡΙΒΗ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2003

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ ΠΑΡΑΣΚΕΥΑ. ΤΖΑΝΑΒΑΡΑ ΧΗΜΙΚΟΥ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΜΕΘΟ ΩΝ ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΥ ΟΡΙΣΜΕΝΩΝ ΑΝΙΟΝΤΩΝ ΜΕ ΤΗΝ ΤΕΧΝΙΚΗ ΤΗΣ ΕΓΧΥΣΗΣ ΤΟΥ ΕΙΓΜΑΤΟΣ ΣΕ ΣΥΝΕΧΗ ΡΟΗ FIA Ι ΑΚΤΟΡΙΚΗ ΙΑΤΡΙΒΗ που εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Αναλυτικής Χηµείας, του Τοµέα Φυσικής, Αναλυτικής και Περιβαλλοντικής Χηµείας, του Τµήµατος Χηµείας του Αριστοτελείου Πανεπιστηµίου Θεσσαλονίκης ΕΠΤΑΜΕΛΗΣ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ Αναπλ. Καθηγητής ηµήτριος Θεµελής Επιβλέπων Καθηγητής Καθηγητής Ιωάννης Παπαδογιάννης (Μέλος συµβουλευτικής επιτροπής) Καθηγητής Ιωάννης Στράτης (Μέλος συµβουλευτικής επιτροπής) Καθηγητής Αναστάσιος Βουλγαρόπουλος (Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσ/νίκης) Καθηγητής Αντώνιος Καλοκαιρινός (Καποδιστριακό Πανεπιστήµιο Αθηνών) Καθηγητής Μιχαήλ Κουππάρης (Καποδιστριακό Πανεπιστήµιο Αθηνών) Λέκτορας Αναστάσιος Οικονόµου (Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσ/νίκης)

Περιεχόµενα i ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Πρόλογος 1 Εισαγωγή 3 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ 12 1. Αυτοµατοποιηµένοι αναλυτές µε έγχυση του δείγµατος σε συνεχή ροή - FIA 13 1.1. Εισαγωγή 13 1.2. FIA και διαχωριστικές τεχνικές συνεχούς ροής 14 1.3. Επίλυση αναλυτικών προβληµάτων µε τη FIA 16 1.3.1. Aύξηση της ευαισθησίας ενός προσδιορισµού 16 1.3.2. Ανάλυση πυκνών δειγµάτων 17 1.3.3. Αύξηση της εκλεκτικότητας ενός προσδιορισµού 18 1.3.4. Ταυτόχρονος προσδιορισµός πολλών συστατικών 18 1.4. Αναλυτές διαδοχικών εγχύσεων η δεύτερη γενιά της FIA 19 2. Κινητικές µέθοδοι χηµικής ανάλυσης µε έγχυση του δείγµατος σε συνεχή ροή (FIA) 22 2.1. Εισαγωγή 22 2.2. FIA µε αναχαίτιση της ροής 23 2.2.1. Τεχνικές αναχαίτισης της ροής σε συστήµατα FIA 23 2.2.2. Εφαρµογές της αναχαίτισης της ροής σε συστήµατα FIA 28 2.3. Κινητικές µέθοδοι FIA για τον προσδιορισµό ανιόντων και οργανικών ενώσεων 31 3. Eκχύλιση υγρού-υγρού σε συστήµατα FIA 38 3.1. Εισαγωγή 38 3.2. Βασικά τµήµατα συστηµάτων FIA µε εκχύλιση υγρού-υγρού 41 3.2.1. Σύστηµα προώθησης της οργανικής φάσης 41 3.2.2. Τµήµα διαµερισµού των φάσεων 42 3.2.3. Σπείραµα εκχύλισης 44 3.2.4. Τµήµα διαχωρισµού των φάσεων 46

Περιεχόµενα ii 3.3. Μέθοδοι FIA µε εκχύλιση υγρού-υγρού για τον προσδιορισµό ανιόντων και οργανικών ενώσεων 49 4. Ενζυµικές µέθοδοι ανάλυσης µε τη FIA 54 4.1. Εισαγωγή 54 4.2. Μέθοδοι FIA µε ένζυµα σε διάλυµα 55 4.3. Μέθοδοι FIA µε ακινητοποιηµένα ένζυµα 59 4.3.1. Ακινητοποίηση ενζύµων σε σφαιρίδια 60 4.3.2. Ακινητοποίηση ενζύµων σε µεµβράνες 62 4.4. Εφαρµογές ενζυµικών µεθόδων FIA 63 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ 68 5. Αντιδραστήρια 69 6. Οργανολογία 72 7. Φασµατοφωτοµετρικός προσδιορισµός κιτρικού οξέος σε αναψυκτικά, χυµούς και φαρµακευτικά σκευάσµατα 74 7.1. Αρχή µεθόδου 74 7.2. Προσδιορισµός κιτρικού οξέος σε υδατικά διαλύµατα 74 7.3. Αποτελέσµατα και συζήτηση 75 7.3.1. Προκαταρκτικά πειράµατα 75 7.3.2. Μελέτη χηµικών παραµέτρων 78 7.3.3. Μελέτη γεωµετρικών παραµέτρων 81 7.3.4. Ποσοτικός προσδιορισµός κιτρικού οξέος σε υδατικά διαλύµατα 83 7.3.5. Μελέτη παρεµποδίσεων 85 7.4. Αναλυτικές εφαρµογές 86 8. Ταυτόχρονος έµµεσος φασµατοφωτοµετρικός προσδιορισµός φθοριούχου και φθοροφωσφορικού ιόντος σε οδοντόκρεµες, χρησιµοποιώντας την τεχνική της αντίστροφης FIA και µία καµπύλη αναφοράς 90 8.1. Αρχή µεθόδου 90

Περιεχόµενα iii 8.2. Ταυτόχρονος προσδιορισµός ιόντων F - και MFP σε υδατικά διαλύµατα 90 8.3. Αποτελέσµατα και συζήτηση 91 8.3.1. Προκαταρκτικά πειράµατα 91 8.3.2. Μελέτη χηµικών και γεωµετρικών παραµέτρων 92 8.3.3. Μελέτη υδρόλυσης ιόντος MFP 94 8.3.4. Ποσοτικός προσδιορισµός ιόντος F - σε υδατικά διαλύµατα 96 8.3.5. Μελέτη παρεµποδίσεων 96 8.4. Αναλυτικές εφαρµογές 98 8.4.1. Προσδιορισµός ιόντος F - σε δείγµατα οδοντόκρεµας 98 8.4.2. Προσδιορισµός ιόντος MFP σε δείγµατα οδοντόκρεµας 98 8.4.3. Αποτελέσµατα ανάλυσης πραγµατικών δειγµάτων 99 9. Ταυτόχρονος φσµατοφωτοµετρικός προσδιορισµός ελεύθερου κυανιούχου και θειοκυανικού ιόντος µε έγχυση του δείγµατος σε συνεχή ροή και εκχύλιση υγρού-υγρού 101 9.1. Αρχή µεθόδου 101 9.2. Ταυτόχρονος προσδιορισµός ιόντων CN - και SCN - σε υδατικά διαλύµατα 101 9.3. Αποτελέσµατα και συζήτηση 102 9.3.1. Προκαταρκτικά πειράµατα 102 9.3.2. Μελέτη χηµικών παραµέτρων 104 9.3.3. Μελέτη γεωµετρικών παραµέτρων 107 9.3.4. Μελέτη κάλυψης ιόντος CN - 112 9.3.5. Ποσοτικός προσδιορισµός ιόντων CN - και SCN - σε υδατικά διαλύµατα 117 9.3.6. Μελέτη παρεµποδίσεων 117 9.4. Αναλυτικές εφαρµογες 118 9.4.1. Ταυτόχρονος προσδιορισµός ιόντων CN - και SCN - σε δείγµατα σιέλου 118 9.4.2. Ταυτόχρονος προσδιορισµός ιόντων CN - και SCN - σε διαλύµατα πραλιδοξίµης 119 9.4.3. Αποτελέσµατα ανάλυσης πραγµατικών δειγµάτων 120

Περιεχόµενα iv 10. Φασµατοφωτοµετρικός προσδιορισµός φθοροφωσφορικού ιόντος, χρησιµοποιώντας το ένζυµο αλκαλική φωσφατάση ακινητοποιηµένη σε µεµβράνη νιτρικής κυτταρίνης 124 10.1. Αρχή µεθόδου 124 10.2. Ακινητοποίηση ενζύµου / Κατασκευή ενζυµικού αντιδραστήρα 124 10.3. Προσδιορισµός ιόντος MFP σε υδατικά διαλύµατα 126 10.4. Αποτελέσµατα και συζήτηση 127 10.4.1. Προκαταρκτικά πειράµατα 127 10.4.2. Μελέτη παραµέτρων της ενζυµικής αντίδρασης 130 10.4.3. Αναλυτικά χαρακτηριστικά της µεθόδου 134 10.4.4. Μελέτη παρεµποδίσεων 136 10.5. Αναλυτικές εφαρµογές 137 10.5.1. Προσδιορισµός ιόντος MFP σε οδοντόκρεµες µε την προτεινόµενη µέθοδο 137 10.5.2. Προσδιορισµός ιόντος MFP σε οδοντόκρεµες µε τη µέθοδο 138 σύγκρισης 10.5.3. Αποτελέσµατα ανάλυσης πραγµατικών δειγµάτων 138 11. Συµπεράσµατα 140 12. Summary 143 13. Βιβλιογραφία 145 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 154 ΗΜΟΣΙΕΥΣΕΙΣ Ι ΑΚΤΟΡΙΚΗΣ ΙΑΤΡΙΒΗΣ 155 ΑΝΑΚΟΙΝΩΣΕΙΣ ΘΕΜΑΤΩΝ ΤΗΣ Ι ΑΚΤΟΡΙΚΗΣ ΙΑΤΡΙΒΗΣ ΣΕ ΙΕΘΝΗ ΣΥΝΕ ΡΙΑ 157 ΗΜΟΣΙΕΥΣΕΙΣ ΣΕ ΣΥΝΑΦΗ ΠΕ ΙΑ ΜΕ ΤΗΣ Ι ΑΚΤΟΡΙΚΗΣ ΙΑΤΡΙΒΗΣ 160

Πρόλογος 1 Πρόλογος Στην παρούσα ιδακτορική ιατριβή αναπτύχθηκαν νέες, αυτόµατες µέθοδοι για τον προσδιορισµό ανιόντων, χρησιµοποιώντας την αυτόµατη τεχνική ανάλυσης µε έγχυση του δείγµατος σε συνεχή ροή (Flow Injection Analysis FIA). Οι µέθοδοι που αναπτύχθηκαν αφορούσαν στην ανάλυση εκείνων των ανιόντων, για τα οποία είτε δεν υπήρχαν µέθοδοι FIA (προσδιορισµός φθοροφωσφορικού ιόντος και ταυτόχρονος προσδιορισµός φθοριούχου και φθοροφωσφορικού ιόντος) είτε κρίθηκε ότι υπήρχαν σηµαντικά περιθώρια βελτίωσης των ήδη υπαρχουσών αυτόµατων και µη µεθόδων (προσδιορισµός κιτρικού οξέος και ταυτόχρονος προσδιορισµός ελεύθερου κυανιούχου και θειοκυανικού ιόντος). Η ύλη της ιδακτορικής ιατριβής χωρίζεται σε δύο αυτοτελή µέρη: το θεωρητικό και το πειραµατικό µέρος. Στο θεωρητικό µέρος καταγράφονται οι σύγχρονες τάσεις των µεθοδολογιών της FIA που χρησιµοποιήθηκαν στο πειραµατικό µέρος της διατριβής, χωρίς να γίνεται εξαντλητική ανασκόπηση και καταγραφή των µεθοδολογιών της FIA που δεν αφορούσαν στη ιδακτορική ιατριβή. Ιδιαίτερη έµφαση δίνεται στην παρουσίαση της πρακτικής πλευράς των τεχνικών που χρησιµοποιήθηκαν, µε σκοπό να γίνονται εύκολα κατανοητές και να µπορούν να εφαρµοστούν, όχι µόνο από αυτούς που ασχολούνται µε τη FIA, αλλά και από αυτούς που σκοπεύουν, στο µέλλον, να ασχοληθούν µε την τεχνική αυτή. Για το λόγο αυτό δεν κρίθηκε σκόπιµο να αναλυθούν τα πολύπλοκα µαθηµατικά µοντέλα που περιγράφουν τις εφαρµοζόµενες µεθοδολογίες και που µπορούν να βρεθούν στις σχετικές µονογραφίες της τεχνικής. Στο πειραµατικό µέρος περιγράφονται µε κάθε δυνατή λεπτοµέρεια οι νέες αυτόµατες µέθοδοι που αναπτύχθηκαν για τον προσδιορισµό των ανιόντων, χρησιµοποιώντας διάφορες µεθοδολογίες της FIA. Η όλη ιατριβή πραγµατοποιήθηκε στο Εργαστήριο Αναλυτικής Χηµείας, του Τµήµατος Χηµείας, της Σχολής Θετικών Επιστηµών, του Α.Π.Θ., στο χρονικό διάστηµα 1999-2002. Το θέµα της ιατριβής υποδείχθηκε από τον αναπληρωτή καθηγητή κ. ηµήτριο Γ. Θεµελή, ο οποίος είχε και την επίβλεψή της. Τον ευχαριστώ θερµά για

Πρόλογος 2 τη συνεχή επιστηµονική καθοδήγηση και το αµείωτο ενδιαφέρον του σε όλη τη διάρκεια της ιατριβής. Επίσης, ευχαριστώ θερµά τα δύο άλλα µέλη της Τριµελούς Συµβουλευτικής Επιτροπής, καθηγητές κκ. Ιωάννη Ν. Παπαδογιάννη και Ιωάννη Στράτη, για τις εύστοχες παρατηρήσεις και υποδείξεις τους. Θεωρώ καθήκον µου να ευχαριστήσω, από τη θέση αυτή, τον ρ. Παντελή Ρήγα, /ντη της εταιρίας Rigas Labs, για την ευγενική προσφορά του στατικού µίκτη διπλής εισόδου, χωρίς τον οποίο δεν θα ήταν δυνατός ο ταυτόχρονος προσδιορισµός των κυανιούχων και θειοκυανικών ιόντων. Στο βοηθό του Εργαστηρίου κ. Μιχαήλ Σοφωνίου και στο συνάδελφο κ. Ιωάννη Παπαδηµητρίου εκφράζω τις θερµότερες ευχαριστίες µου για τις εποικοδοµητικές συζητήσεις που είχα µαζί τους και για τη σηµαντική βοήθειά τους πάνω σε τεχνικά θέµατα, καθώς και τους Επικ. Καθηγητές Α. Ζώτου και Γ. Ζαχαριάδη και τους Λέκτορες Σ. Γηρούση και Α. Ανθεµίδη για χρήσιµα σχόλια. Θα ήταν παράλειψή µου αν δεν ευχαριστούσα τις ιευθύνσεις και όλα τα µέλη του Εργαστηρίου Αναλυτικής Χηµείας, για τη φιλική ατµόσφαιρα συνεργασίας που µου προσέφεραν. Τέλος, ευχαριστώ θερµά τους γονείς µου ηµήτρη και Φανούλα Τζαναβάρα και τον αδερφό µου Χαρίση Τζαναβάρα, για την αµέριστη ηθική και υλική συµπαράστασή τους στην όλη µου προσπάθεια. Παρασκευάς. Τζαναβάρας Θεσσαλονίκη, εκέµβριος 2002

Εισαγωγή 3 Εισαγωγή Τις τελευταίες δεκαετίες, η ραγδαία εξέλιξη της τεχνολογίας και των επιστηµών αύξησε σηµαντικά τις ανάγκες για την ακριβή γνώση της σύστασης των διάφορων υλικών, καθώς και των διάφορων βιολογικών και περιβαλλοντικών δειγµάτων. Τον συνεχώς αυξανόµενο όγκο των προς χηµική ανάλυση δειγµάτων αδυνατούσε να καλύψει η κλασική Αναλυτική Χηµεία, όπως είχε διαµορφωθεί στα µέσα του 20 ου αιώνα. Ηταν, λοιπόν, αναπόφευκτη η εισαγωγή του αυτοµατισµού στη χηµική ανάλυση και κατ' επέκταση η ανάπτυξη αυτοµατοποιηµένων αναλυτικών τεχνικών. Ενα από τα βασικά πλεονεκτήµατα των αυτοµατοποιηµένων τεχνικών ανάλυσης, σε σχέση µε την κλασική Ενόργανη Χηµική Ανάλυση, είναι το κατά πολύ ελαττωµένο κόστος κάθε αναλυόµενου δείγµατος. Επιπλέον, ο ρυθµός ανάλυσης των δειγµάτων είναι δραστικά µεγαλύτερος. Ενα τρίτο πολύ σηµαντικό πλεονέκτηµα είναι το ότι ένας σωστά σχεδιασµένος αυτοµατοποιηµένος αναλυτής διακρίνεται από πολύ µεγαλύτερη επαναληψιµότητα και ακρίβεια στα αποτελέσµατα των αναλύσεων πολλών δειγµάτων και για µεγάλες χρονικές περιόδους λειτουργίας. Τέλος, οι αυτοµατοποιηµένοι αναλυτές παρέχουν τη δυνατότητα της αυτοµατοποίησης των κλασικών τεχνικών ανάλυσης, όπως για παράδειγµα η εκχύλιση υγρού/υγρού, που στην κλασική τους µορφή είναι διαδικασίες χρονοβόρες και δύσκολα εφαρµόσιµες σε αναλύσεις ρουτίνας. Αν κάποιος κάνει µια προσεκτική µελέτη της διεθνούς βιβλιογραφίας στον τοµέα της Αναλυτικής Χηµείας, θα διαπιστώσει µια εµφανή αριθµητική υπεροχή των εργασιών που αφορούν στον προσδιορισµό κατιόντων, σε σχέση µε τις αντίστοιχες για τον προσδιορισµό ανιόντων. Άµεσο αποτέλεσµα της ανισότητας αυτής είναι η ύπαρξη πληθώρας εναλλακτικών λύσεων για τον αναλυτικό χηµικό που ασχολείται µε τον προσδιορισµό κατιόντων, τόσο σε οπτικές (UV-Vis, FAAS, ETAAS, ICP-AES, ICP-MS, XRF κα.), όσο και σε ηλεκτροχηµικές τεχνικές (βολταµµετρία). Οι τεχνικές αυτές καλύπτουν, σε γενικές γραµµές, όλες τις απαιτήσεις όσον αφορά στο κόστος, στην ευαισθησία, στην εκλεκτικότητα και στην ταχύτητα ανάλυσης. Αντίθετα, η συντριπτική πλειοψηφία των αναλυτικών µεθόδων για τον προσδιορισµό των ανιόντων περιορίζεται στη χρήση εκλεκτικών ηλεκτροδίων (ποτενσιοµετρία), της ιοντικής χρωµατογραφίας και της τριχοειδούς ηλεκτροφόρησης. Τα εκλεκτικά ηλεκτρόδια, ενώ εµφανίζουν τα πλεονεκτήµατα της

Εισαγωγή 4 απλότητας στη χρήση και της εύκολης ενσωµάτωσης σε συστήµατα ροής, µειονεκτούν όσον αφορά την ανάλυση πραγµατικών δειγµάτων λόγω της εύκολης παθητικοποίησης της ενεργής επιφάνειάς τους, µε αποτέλεσµα να απαιτείται περιοδικός καθαρισµός τους. Οι διαχωριστικές µέθοδοι που βασίζονται στην ιοντική χρωµατογραφία και στην τριχοειδή ηλεκτροφόρηση είναι αποτελεσµατικές και χρήσιµες στις περιπτώσεις που απαιτείται ταυτόχρονος προσδιορισµός περισσότερων των δύο ιόντων. Σε αντίθετες περιπτώσεις υπερισχύουν τα µειονεκτήµατα του µεγάλου χρόνου ανάλυσης. Στην παρούσα ιδακτορική ιατριβή αναπτύχθηκαν νέες, αυτοµατοποιηµένες µέθοδοι για τον προσδιορισµό διάφορων ανιόντων, χρησιµοποιώντας την αυτοµατοποιηµένη τεχνική ανάλυσης µε έγχυση του δείγµατος σε συνεχή ροή (Flow Injection Analysis FIA). Η FIA αποτελεί µια από τις σηµαντικότερες και πιο διαδεδοµένες αυτοµατοποιηµένες τεχνικές ανάλυσης. Τα βασικά χαρακτηριστικά που εισήγαγε στον τοµέα της αυτοµατοποίησης είναι η απλότητα στη χρήση, η απλή και φτηνή οργανολογία, η µεγάλη προσαρµοστικότητα και ευελιξία και οι υψηλές ταχύτητες ανάλυσης. Όπως τονίστηκε και στον πρόλογο, οι µέθοδοι που αναπτύχθηκαν αφορούσαν στην ανάλυση ανιόντων, για τα οποία, είτε δεν υπήρχαν µέθοδοι FIA, είτε κρίθηκε ότι υπήρχαν σηµαντικά περιθώρια βελτίωσης των ήδη υπαρχουσών αυτοµατοποιηµένων και µη µεθόδων. Έτσι, οι µέθοδοι που αναπτύχθηκαν ήταν οι ακόλουθες: 1. Φασµατοφωτοµετρικός προσδιορισµός κιτρικού οξέος σε χυµούς, αναψυκτικά και φαρµακευτικά σκευάσµατα. Η µέθοδος βασίζεται στην ανασταλτική δράση του προσδιοριζόµενου συστατικού στην οξείδωση της 2,4- διαµινοφαινόλης από το υπεροξείδιο του υδρογόνου, χρησιµοποιώντας ως καταλύτη το ιόν Fe(III) [1,2]. Το κιτρικό οξύ είναι µια πολύ σηµαντική χηµική ένωση στη φύση. Αποτελεί βασικό συστατικό πολλών φυσικών προϊόντων, ενώ συνήθως βρίσκεται σε πολύ µεγαλύτερες συγκεντρώσεις, σε σχέση µε άλλα καρβοξυλικά οξέα. Επιπλέον, συµµετέχει στη διαδικασία της αερόβιας αναπνοής των φυτών και των ζώων, ενώ χρησιµοποιείται ευρύτατα στη φαρµακευτική βιοµηχανία και τη βιοµηχανία τροφίµων, ως πρόσθετο συστατικό. Στη βιοµηχανία τροφίµων, ο ρόλος του είναι σηµαντικός και πολύπλευρος. Χρησιµοποιείται ως σταθεροποιητής της τιµής του ph, ως µέσο οξίνισης, ώστε να αποφεύγεται η ανάπτυξη µικροοργανισµών, ως συµπλεκτικό αντιδραστήριο µετάλλων και τέλος ως ενισχυτικό αρώµατος και γεύσης. Επίσης, η περιεκτικότητα του στα τρόφιµα, και κυρίως σε παράγωγα

Εισαγωγή 5 εσπεριδοειδών, χυµούς και αναψυκτικά, αποτελεί βασικό κριτήριο ποιότητάς τους [3,4]. Στη φαρµακευτική βιοµηχανία χρησιµοποιείται ως συντηρητικό του αίµατος και ως ενισχυτικό της γεύσης των φαρµάκων. Με βάση, λοιπόν, την τόσο ευρεία χρήση του κιτρικού οξέος, είναι σηµαντικός ο προσδιορισµός του σε συνθήκες ρουτίνας, και κατ επέκταση είναι σηµαντική η ανάπτυξη κατάλληλων αυτοµατοποιηµένων αναλυτικών µεθόδων. Στη διεθνή βιβλιογραφία αναφέρονται αρκετές µέθοδοι FIA για τον προσδιορισµό του κιτρικού οξέος. Αρκετές από αυτές κάνουν χρήση ενζύµων [5-8]. Παρόλο που είναι αρκετά αποτελεσµατικές και τα αναλυτικά τους χαρακτηριστικά είναι ικανοποιητικά, το υψηλό κόστος των χρησιµοποιούµενων ενζύµων και οι συχνά πολύπλοκες και χρονοβόρες διαδικασίες ακινητοποίησής τους, για την κατασκευή ενζυµικών αντιδραστήρων, καθιστούν τις µεθόδους αυτές µη ελκυστικές για την εφαρµογή τους σε αναλύσεις ρουτίνας. Οι µη ενζυµικές µέθοδοι FIA περιλαµβάνουν τη χρήση της αγωγιµοµετρίας, για τον προσδιορισµό της ολικής οξύτητας σε χυµούς φρούτων [9], της ποτενσιοµετρίας [10] και της φασµατοµετρίας ατοµικής απορρόφησης (ΑΑS), η οποία βασίζεται στο σχηµατισµό δυσδιάλυτου συµπλόκου µεταξύ του κιτρικού οξέος και του Pb(IV) [11]. O πιο αποτελεσµατικός συνδυασµός για την ανάπτυξη απλών και φτηνών αυτοµατοποιηµένων µεθόδων και την εφαρµογή τους σε αναλύσεις ρουτίνας είναι η FIA µε φασµατοφωτοµετρική ανίχνευση UV-Vis. Μέχρι σήµερα, έχουν αναφερθεί τρεις µέθοδοι FIA µε φασµατοφωτοµετρική ανίχνευση για τον προσδιορισµό του κιτρικού οξέος. ύο από αυτές βασίζονται στη φωτοχηµική αναγωγή του ιόντος Fe(III) παρουσία του κιτρικού οξέος και στην αντίδραση του Fe(II) που παράγεται µε κατάλληλο αντιδραστήριο προς σχηµατισµό έγχρωµου συµπλόκου [12,13]. Το σηµαντικότερο µειονέκτηµά τους είναι η περιορισµένη εκλεκτικότητά τους ως προς το ασκορβικό οξύ, το οποίο συνυπάρχει µε το κιτρικό οξύ στα τρόφιµα σε υψηλές συγκεντρώσεις. Η άρση της παρεµπόδισης του ασκορβικού οξέος στις προαναφερθείσες µεθόδους επιτυγχάνεται, είτε µε τη χρήση ενός ενζυµικού αντιδραστήρα οξειδάσης του ασκορβικού οξέος, πριν την έγχυση του δείγµατος στο σύστηµα FIA [12], είτε µε ένα επιπλέον, µη αυτοµατοποιηµένο, στάδιο κατεργασίας των προς ανάλυση δειγµάτων µε NaOH [13]. Τα δύο αυτά επιπλέον στάδια καθιστούν τις αντίστοιχες µεθόδους µη ελκυστικές σε αναλύσεις ρουτίνας, όπου υπάρχει ανάγκη για απλότητα και ελάχιστη προκατεργασία των δειγµάτων. Η τρίτη φασµατοφωτοµετρική µέθοδος FIA βασίζεται στη φασµατοφωτοµετρική παρακολούθηση της διάσπασης του συµπλόκου [Fe(ΙΙΙ) SCN] 2+ από το κιτρικό οξύ, µέσω της ανταγωνιστικής συµπλοκοποίησης του κιτρικού οξέος µε το Fe(III)

Εισαγωγή 6 [14]. Και η µέθοδος αυτή παρουσιάζει προβλήµατα εκλεκτικότητας, τα οποία περιορίζουν την εφαρµογή της σε δείγµατα µε γνωστή σύσταση. Η µέθοδος FIA για τον προσδιορισµό του κιτρικού οξέος που προτείνεται στην εργασία αυτή, ικανοποιεί όλες τις βασικές απαιτήσεις των αναλύσεων ρουτίνας. Είναι απλή, επιτρέπει τον προσδιορισµό του κιτρικού οξέος σε µεγάλο εύρος συγκεντρώσεων, ενώ είναι ικανοποιητικά εκλεκτική, ώστε να απαιτείται ελάχιστη προκατεργασία των πραγµατικών δειγµάτων πριν την ανάλυση. Η µέθοδος εφαρµόστηκε µε επιτυχία στον προσδιορισµό του κιτρικού οξέος σε αναψυκτικά, χυµούς και φαρµακευτικά σκευάσµατα. 2. Ταυτόχρονος φασµατοφωτοµετρικός προσδιορισµός φθοριούχου και φθοροφωσφορικού ιόντος σε οδοντόκρεµες, χρησιµοποιώντας την τεχνική της αντίστροφης FIA και µια καµπύλη αναφοράς. Η µέθοδος βασίζεται στο ίδιο χηµικό σύστηµα µε την µέθοδο για τον προσδιορισµό του κιτρικού οξέος [1,2], αλλά µε τη µεθοδολογία της FIA µε αντίστροφη ροή. Η µέθοδος που αναπτύχθηκε είναι η πρώτη µέθοδος FIA διεθνώς, τόσο για τον προσδιορισµό του φθοροφωσφορικού ιόντος, όσο και για τον ταυτόχρονο προσδιορισµό του φθοριούχου και του φθοροφωσφορικού ιόντος. Ο πιο αποτελεσµατικός και διαδεδοµένος τρόπος ελέγχου και καταπολέµησης της τερηδόνας, σήµερα, είναι το βούρτσισµα των δοντιών µε οδοντόκρεµες που περιέχουν το ιόν F -. Εκτός από το NaF, οι πιο ευρέως χρησιµοποιούµενες πηγές του ιόντος F - στις οδοντόκρεµες είναι το φθοροφωσφορικό νάτριο (Νa 2 MFP) (σχήµα 1) και ο SnF 2, µε τον τελευταίο να τείνει να εγκαταληφτεί, καθώς φαίνεται ότι προκαλεί καφέ στίγµατα στα δόντια. Αντίθετα, το Νa 2 MFP βρίσκει ιδιαίτερα εκτεταµένη και συνεχώς αυξανόµενη εφαρµογή, εξαιτίας της συµβατότητάς του µε λειαντικά υποστρώµατα, τα οποία δεν είναι δυνατό να χρησιµοποιηθούν µε το NaF. Το Νa 2 MFP υδρολύεται κατά την εφαρµογή του προϊόντος, παράγοντας ελεύθερο ιόν F - επί τόπου [15]. O Na F P O O Na Σχήµα 1. Χηµική δοµή του φθοροφωσφορικού νατρίου.

Εισαγωγή 7 Παρά όµως την αποδεδειγµένως αποτελεσµατική δράση του εναντίον της τερηδόνας, το ιόν F - δεν παύει να είναι µια τοξική ουσία. Η απευθείας πρόσληψη µιας µεγάλης ποσότητας του ιόντος F - ή η χρόνια πρόσληψη µικρότερων ποσοτήτων, µπορεί να προκαλέσουν διάφορες παρενέργειες, που κυµαίνονται από οξεία γαστρική και νεφρική ανεπάρκεια, ως το θάνατο [16]. Για το λόγο αυτό, είναι απαραίτητο να ελέγχεται στα οδοντιατρικά σκευάσµατα η συγκέντρωση όχι µόνο του ελεύθερου ιόντος F -, αλλά και των ενώσεών του, όπως το Na 2 MFP, που αποτελούν έµµεσες πηγές του δραστικού συστατικού. Οι πιο ευρέως εφαρµοζόµενες τεχνικές για τον ταυτόχρονο προσδιορισµό των µελετούµενων ιόντων είναι η ιοντική χρωµατογραφία (IC) [17-19] και η τριχοειδής ηλεκτροφόρηση (CΕ) [20]. Το βασικό µειονέκτηµα της πρώτης, όταν χρησιµοποιείται σύστηµα συµπίεσης της αγωγιµότητας του εκλουστικού, είναι το γεγονός ότι το ιόν F - συγκρατείται ασθενώς στις χρησιµοποιούµενες στήλες, µε αποτέλεσµα να εκλούεται πολύ κοντά στην κορυφή έγχυσης, η οποία περιλαµβάνει το διαλύτη και τα µη συγκρατούµενα συστατικά του δείγµατος [21]. Εάν, κατά συνέπεια, η κορυφή έγχυσης είναι πολύ ευρεία ή κάποια συστατικά συνεκλούονται µε το ιόν F -, υπάρχει κίνδυνος σφαλµάτων στην ποσοτική αποτίµηση του ιόντος. Όσον αφορά στην CE, τα βασικά µειονεκτήµατά της είναι ο αρκετά µεγάλος χρόνος ανάλυσης και το υψηλό κόστος της χρησιµοποιούµενης οργανολογίας. Επιπλέον, και στις δύο τεχνικές απαιτούνται δύο καµπύλες αναφοράς - µία για κάθε ιόν - για τον ποσοτικό προσδιορισµό του κάθε ιόντος. Η µέθοδος που αναπτύχθηκε για τον ταυτόχρονο προσδιορισµό των δύο ιόντων είναι απλή, προσφέρει υψηλό ρυθµό εγχύσεων και επιπλέον προσφέρει το πολύ σηµαντικό πλεονέκτηµα του ταυτόχρονου προσδιορισµού των δύο ιόντων, χρησιµοποιώντας µία καµπύλη αναφοράς. Η µέθοδος εφαρµόστηκε µε επιτυχία στον ταυτόχρονο προσδιορισµό του φθοριούχου και του φθοροφωσφορικού ιόντος σε οδοντόκρεµες. 3. Ταυτόχρονος φασµατοφωτοµετρικός προσδιορισµός ελεύθερου κυανιούχου και θειοκυανικού ιόντος µε έγχυση του δείγµατος σε συνεχή ροή και εκχύλιση υγρού-υγρού. Η µέθοδος βασίζεται στο σχηµατισµό τριαδικών έγχρωµων συµπλόκων µεταξύ των προσδιοριζόµενων ιόντων, του ιόντος Cu(II) και της 2-κινολινο-υδραζόνης της δις-2-πυριδυλο κετόνης (DPQH), τα οποία εκχυλίζονται άµεσα σε χλωροφόρµιο (CHCl 3 ) [22]. Σηµειώνεται ότι στο εργαστήριό µας αναπτύχθηκε από τον Ι. Στράτη και τους συνεργάτες του µια µη αυτόµατη έµµεση µέθοδος προσδιορισµού του ιόντος CN -, που βασίστηκε στο σχηµατισµό έγχρωµου τριαδικού συµπλόκου µεταξύ του προσδιοριζόµενου

Εισαγωγή 8 συστατικού, του ιόντος Cu(II) και της 2-πυριδυλο-υδραζόνης της δις-2-πυριδυλο κετόνης (DPPH), το οποίο εκχυλίστηκε άµεσα σε µεθυλο-ισοβουτυλο κετόνη (ΜΙΒΚ) [23,24]. Η τελική µέτρηση γίνονταν, είτε µε φασµατοµετρία Vis, είτε µε φασµατοµετρία ατοµικής απορρόφησης (AAS). Στην προτεινόµενη µέθοδο FIA, o προσδιορισµός του ιόντος SCN - παρουσία του ιόντος CN -, επιτυγχάνεται µετά από εν-ροή κάλυψη του τελευταίου µε HCHO, µέσω ενός στατικού µείκτη διπλής εισόδου (Βinary Inlet Static Mixer BISM). Το ιόν CN - είναι µια ιδιαίτερα τοξική χηµική ένωση, που απορροφάται άµεσα και γρήγορα από τον ανθρώπινο οργανισµό µέσω της αναπνοής, του δέρµατος ή της τροφικής οδού. Ο κύριος «στόχος» της τοξικής δράσης του ιόντος CN - στον ανθρώπινο οργανισµό είναι το κεντρικό νευρικό σύστηµα. Μια από τις βασικές πηγές εισαγωγής του ιόντος CN - στον οργανισµό, που σχετίζεται µε την καθηµερινή ανθρώπινη δραστηριότητα, είναι το κάπνισµα. Η δραστηριότητα αυτή προκαλεί αυξηµένες συγκεντρώσεις του ιόντος SCN - του βασικού προϊόντος µεταβολισµού του ιόντος CN - - στα βιολογικά υγρά [25]. Παρόλο που η τοξικότητα του ιόντος SCN - είναι πολύ µικρότερη, σε σχέση µε αυτήν του ιόντος CN -, πρόσφατες µελέτες έδειξαν ότι χρόνια αυξηµένες συγκεντρώσεις του ιόντος SCN - στα βιολογικά υγρά παρεµποδίζουν την πρόσληψη ιωδίου από το θυρεοειδή αδένα, µε αποτέλεσµα να αναστέλλεται ο σχηµατισµός της θυροξίνης [26]. Επιπλέον, η περιεκτικότητα του ανθρώπινου σιέλου σε ιόν SCN -, θεωρείται ως «βιο-δείκτης» για τη διάκριση καπνιστών και µη καπνιστών, ενώ παράλληλα, το ιόν SCN - φαίνεται να παίζει και αντιβακτηριδιακό ρόλο στη στοµατική κοιλότητα, καθόσον υπάρχουν ενδείξεις ότι µειώνει τη διάβρωση του αµαλγάµατος των δοντιών [27] και περιορίζει την εµφάνιση της τερηδόνας [28]. Εκτός από το κάπνισµα, άλλη πιθανή πηγή εισόδου ιόντος CN - στον οργανισµό είναι διάφορα φαρµακευτικά σκευάσµατα, όπως η πραλιδοξίµη (σχήµα 2), που χρησιµοποιείται ευρέως ως αντίδοτο για δηλητηριάσεις από οργανοφωσφορικές ενώσεις. Το ιόν CN - στα σκευάσµατα αυτά εµφανίζεται ως παραπροϊόν αποικοδόµησης της πραλιδοξίµης [29]. Παρόλο που στη διεθνή βιβλιογραφία έχουν αναφερθεί πολλές µέθοδοι για τον ανεξάρτητο προσδιορισµό των ιόντων CN - και SCN - σε διάφορα δείγµατα, έχουν γίνει µάλλον περιορισµένες προσπάθειες που να αφορούν στον ταυτόχρονο προσδιορισµό των δύο ιόντων σε µίγµατα [30-36]. Κάποιες από τις προτεινόµενες µεθόδους βασίζονται σε χρονοβόρες διεργασίες διαχωρισµού των ιόντων, χρησιµοποιώντας κατάλληλες στήλες [30] ή ιοντική χρωµατογραφία [31], σε συνδυασµό µε χρήση δύο αντιδραστηρίων ή δύο ανιχνευτών αντίστοιχα. Ο Sweileh

Εισαγωγή 9 Σχήµα 2. Χηµική δοµή της πραλιδοξίµης. [32] πρότεινε µια µέθοδο FIA, µε χαµηλή όµως ευαισθησία, βασιζόµενος σε κάλυψη του ιόντος CN - µε το ιόν Ni(IV), ενώ ο Tanaka και οι συνεργάτες του στις µεθόδους FIA που προτείνουν δεν αναφέρουν εφαρµογές σε πραγµατικά δείγµατα [33,34]. Ένας από τους πιο αποτελεσµατικούς τρόπους για τον ταυτόχρονο προσδιορισµό των ιόντων SCN - και CN - σε µίγµατα, φαίνεται να είναι η κάλυψη των τελευταίων µε φορµαλδεΰδη, HCHO, [35], σύµφωνα µε την εξίσωση της αντίδρασης, HCH=O + ΗCN HCH(OH)CN Παρόλα αυτά, ο Meeussen και οι συνεργάτες του [36] ανέφεραν ότι για την αποτελεσµατική κάλυψη του ιόντος CN - από τη HCHO, απαιτούνται είτε πολλές ώρες σε θερµοκρασία περιβάλλοντος, είτε θέρµανση του δείγµατος στους 50 0 C, για τουλάχιστον 15 min. Ακόµα και κάτω από αυτές τις πειραµατικές συνθήκες, η µέγιστη συγκέντρωση µάζας του ιόντος CN - που κατάφεραν να καλύψουν αποτελεσµατικά ήταν ίση µε 250 µg l -1. Ο Sun και οι συνεργάτες του [37], προσπάθησαν να καλύψουν το ιόν CN - εν ροή, χρησιµοποιώντας HCHO, σε ένα αυτοµατοποιηµένο σύστηµα συνεχούς ροής. Σύµφωνα µε τα πειραµατικά τους αποτελέσµατα, για την πλήρη κάλυψη 25 µg l -1 CN - εν ροή, απαιτήθηκε χρονικό διάστηµα 5 min. Η εκχύλιση υγρού-υγρού είναι µια ιδιαίτερα χρήσιµη και αποτελεσµατική τεχνική διαχωρισµού και προσυγκέντρωσης, µε πάρα πολλές εφαρµογές στην Αναλυτική Χηµεία. Παρόλα αυτά, στην κλασική, µη αυτοµατοποιηµένη µορφή της, παρουσιάζει δύο σηµαντικά µειονεκτήµατα. Αφενός, στις περισσότερες περιπτώσεις είναι µια αρκετά χρονοβόρα διαδικασία, αφετέρου απαιτεί µεγάλους όγκους, συνήθως τοξικών οργανικών διαλυτών. Και τα δύο αυτά µειονεκτήµατα

Εισαγωγή 10 περιορίστηκαν σε σηµαντικό βαθµό µε την ενσωµάτωση της εκχύλισης υγρούυγρού σε συστήµατα FIA από τον Karlberg και τους συνεργάτες του [38]. Το αποτέλεσµα είναι σχεδόν ποσοτικές διαδικασίες εκχύλισης να διαρκούν µερικά δευτερόλεπτα (30 60 s), µε ταυτόχρονη κατανάλωση των ελάχιστων δυνατών ποσοτήτων οργανικών διαλυτών. Η προτεινόµενη µέθοδος είναι απλή, γρήγορη και επιτρέπει τον ευαίσθητο ταυτόχρονο προσδιορισµό των ιόντων CN - και SCN - σε ικανοποιητικό εύρος συγκεντρώσεων µάζας. Η µέθοδος εφαρµόστηκε µε επιτυχία στην ανάλυση ανθρώπινου σάλιου και στη µελέτη αποικοδόµησης διαλυµάτων πραλιδοξίµης. 4. Φασµατοφωτοµετρικός προσδιορισµός φθοροφωσφορικού ιόντος, χρησιµοποιώντας το ένζυµο αλκαλική φωσφατάση ακινητοποιηµένη σε µεµβράνη νιτρικής κυτταρίνης. Η µέθοδος βασίζεται στην εν-ροή υδρόλυση του φθοροφωσφορικού ιόντος από το ένζυµο αλκαλική φωσφατάση, ακινητοποιηµένη σε µεµβράνη νιτρικής κυτταρίνης, σύµφωνα µε την αντίδραση: 2- F-PO 3 + OH - AlPase F - 2- + HPO 4 Το ιόν ΗPO 2-4, που παράγεται από την παραπάνω ενζυµική αντίδραση, προσδιορίζεται, µέσω µιας τροποποιηµένης αυτοµατοποιηµένης µεθόδου FIA, που στηρίζεται στο σχηµατισµό του κυανού του µολυβδαινίου [39]. Η ενζυµική αυτή αντίδραση χρησιµοποιήθηκε για πρώτη φορά διεθνώς, ως βάση για τον προσδιορισµό του φθοροφωσφορικού ιόντος. Σε προηγούµενο κεφάλαιο περιγράφτηκε η ανάπτυξη µιας αυτόµατης µεθόδου FIA για τον ταυτόχρονο προσδιορισµό των ιόντων MFP και F -, µε βάση την ανασταλτική δράση του τελευταίου, στην καταλυόµενη από το ιόν Fe(III) οξείδωση της 2,4-διαµινο φαινόλης (DAP) από το Η 2 Ο 2. Η µέθοδος έχει το σηµαντικό πλεονέκτηµα του ταυτόχρονου προσδιορισµού των δύο ιόντων, χρησιµοποιώντας µία καµπύλη αναφοράς. Παράλληλα όµως, απαιτεί χρονοβόρα όξινη υδρόλυση των δειγµάτων, µε σκοπό την ποσοτική µετατροπή του ιόντος MFP σε ελεύθερο ιόν F -. Επειδή ακριβώς η απαίτηση για όσο το δυνατόν περιορισµένη και αυτοµατοποιηµένη προκατεργασία των δειγµάτων είναι ιδιαίτερα σηµαντική και κρίσιµη σε αναλύσεις ρουτίνας, η έρευνα πάνω στο συγκεκριµένο αντικείµενο συνεχίστηκε. Πρόσφατες έρευνες απέδειξαν ότι το ιόν MFP αναγνωρίζεται ως υπόστρωµα από το ένζυµο αλκαλική φωσφατάση (AlPase) [40,41]. Με βάση τις έρευνες αυτές, το ιόν MFP χρησιµοποιήθηκε ως υπόστρωµα, µε σκοπό τον υπολογισµό της ενεργότητας του ενζύµου, εφαρµόζοντας ποτενσιοµετρική ανίχνευση (εκλεκτικό ηλεκτρόδιο ιόντος F - ) [40] και ως ένωση-µοντέλο, µε σκοπό

Εισαγωγή 11 τη µελέτη της ενζυµικής διάσπασης του τοξικού αερίου Sarin [41]. Οι παραπάνω µελέτες απέδειξαν ότι παρόλο που το ιόν MFP δεν υπάρχει στη φύση, αναγνωρίζεται από την AlPase ως υπόστρωµα και πως το ένζυµο καταλύει την υδρόλυση του δεσµού P-F. Η ακινητοποίηση του ενζύµου στη µεµβράνη της νιτρικής κυτταρίνης στηρίζεται σε φυσική προσρόφηση του πάνω στο πρωτεϊνόφιλο υπόστρωµα και όχι στη δηµιουργία χηµικών δεσµών [42]. Η εναλλακτική αυτή τεχνική ακινητοποίησης αποδείχθηκε ιδιαίτερα απλή, γρήγορη και επαναλήψιµη, ενώ οι αντιδραστήρες που προέκυψαν χαρακτηρίστηκαν από ικανοποιητική δραστικότητα και σταθερότητα στο χρόνο. Η χρησιµοποίηση για πρώτη φορά του συστήµατος ιόν ΜFP / AlPase για αναλυτικούς σκοπούς, σε συνδυασµό µε την αυτοµατοποίηση της ενζυµικής αντίδρασης σε σύστηµα FIA, είχαν ως αποτέλεσµα την ελαχιστοποίηση της προκατεργασίας των προς ανάλυση δειγµάτων και την ανάπτυξη µιας γρήγορης και χαµηλού κόστους αυτοµατοποιηµένης µεθόδου που µπορεί να αποτελέσει εναλλακτική λύση για τον προσδιορισµό του ιόντος MFP σε οδοντόκρεµες, σε σχέση µε τις χρονοβόρες χρωµατογραφικές και ποτενσιοµετρικές µεθόδους.

Ταυτόχρονος προσδιορισµός CN - και SCN - ιόντων 101 9. Ταυτόχρονος φασµατοφωτοµετρικός προσδιορισµός ελεύθερου κυανιούχου και θειοκυανικού ιόντος, µε έγχυση του δείγµατος σε συνεχή ροή και εκχύλιση υγρού-υγρού 9.1. Αρχή µεθόδου Η µέθοδος βασίζεται στο σχηµατισµό τριαδικών έγχρωµων συµπλόκων (λ max = 540 nm), µεταξύ των προσδιοριζόµενων συστατικών, του ιόντος Cu(II) και της 2- κινολινο-υδραζόνης της δις-2-πυριδυλο κετόνης (DPQH), τα οποία εκχυλίζονται άµεσα σε χλωροφόρµιο (CHCl 3 ) [22]. Ο προσδιορισµός του ιόντος SCN - παρουσία του ιόντος CN -, πετυχαίνεται µετά από εν-ροή κάλυψη του τελευταίου µε HCHO, µέσω ενός στατικού µείκτη διπλής εισόδου (Βinary Inlet Static Mixer BISM). Η συνολική συγκέντρωση των δύο ιόντων προσδιορίζεται µε µια δεύτερη σειρά εγχύσεων, χωρίς τη χρήση του καλυπτικού αντιδραστηρίου. 9.2. Ταυτόχρονος προσδιορισµός ιόντων CN - και SCN - σε υδατικά διαλύµατα To βελτιστοποιηµένο διάγραµµα ροής της FIA φαίνεται στο σχήµα 9.1. Ο προσδιορισµός του ιόντος SCN -, παρουσία του ιόντος CN - επιτυγχάνεται, µετά από εν-ροή ανάµειξη του δείγµατος µε ρεύµα HCHO, κλάσµατος όγκου 0,5 % (R 1 ), µέσω ενός στατικού µείκτη διπλής εισόδου (BISM), µε σκοπό να επικαλυφθεί το ιόν CN -. Όταν προσδιορίζεται η συνολική συγκέντρωση των δύο ιόντων (δεύτερη σειρά εγχύσεων) το ρεύµα του καλυπτικού αντιδραστηρίου αντικαθίσταται µε διςαπιονισµένο νερό. Και στις δύο περιπτώσεις, 200 µl από τα τελικά µείγµατα, εγχύονται απευθείας στο ρεύµα του µεταφορέα C (δις-απιονισµένο νερό), και στη συνέχεια αναµιγνύονται µε το ρεύµα του αντιδραστηρίου R 2 (2.5 x 10-4 mol l -1 Cu(II) και 2.5 x 10-4 mol l -1 DPQH, σε 20 % EtOH και ονοµαστική τιµή ph = 5,8). Το µίγµα της αντίδρασης αναµιγνύεται στη συνεχεία µε την οργανική φάση (CΗCl 3 ), µέσω ενός διαµεριστή φάσεων σχήµατος «Τ» (SG), και οδηγείται στο διαχωριστή φάσεων, τύπου µεµβράνης (MPS), µέσω ενός σπειράµατος εκχύλισης (EC), µήκους 30 cm

Ταυτόχρονος προσδιορισµός CN - και SCN - ιόντων 102 ml min -1 είγµα R C 2 R 1 1,8 0,2 1,2 0,6 BISM W L SG 30/0,5 EC MPS D 540 nm W HO 2 0,6 Περισταλτικές αντλίες DB CHCl 3 Παγόλουτρο Σχήµα 9.1. Βελτιστοποιηµένο διάγραµµα ροής FIA, για τον ταυτόχρονο προσδιορισµό των ιόντων CN - και SCN - : C: µεταφορέας (Η 2 Ο), R 1 : 0,25 x 10-3 mol l -1 Cu(II) και 0,25 x 10-3 mol l -1 DPQH σε φ = 30 % EtOH και ph = 5,8, R 2 : HCHO (w = 2,5 %), BISM: στατικός µίκτης διπλής εισόδου, L: βρόχος βαλβίδας εισαγωγής δείγµατος (200 µl), SG: διαµεριστής φάσεων, EC: σπείραµα εκχύλισης (οι αριθµοί πάνω από το σπείραµα εκχύλισης υποδηλώνουν µήκος (cm) / εσωτερική διάµετρο (mm)), MPS: διαχωριστής φάσεων τύπου µεµβράνης, DB: φιάλη εκτόπισης, D: ανιχνευτής, W: απόβλητα. και εσωτερικής διαµέτρου 0,5 mm. Η απορρόφηση των εκχυλισµένων έγχρωµων τριαδικών συµπλόκων CN-Cu-DPQH και SCN-Cu-DPQH, µετριέται φασµατοφωτοµετρικά στα 540 nm. Ο κύκλος ανάλυσης είναι 60 s (60 εγχύσεις h -1 ), ενώ τα πρότυπα και τα δείγµατα µετριούνται µε πέντε διαδοχικές εγχύσεις. 9.3. Αποτελέσµατα και συζήτηση 9.3.1. Προκαταρκτικά πειράµατα

0,9 Ταυτόχρονος προσδιορισµός CN - και SCN - ιόντων 103 Τα προκαταρκτικά πειράµατα είχαν δύο βασικούς στόχους. Ο πρώτος ήταν η µελέτη της δυνατότητας σχηµατισµού των τριαδικών συµπλόκων Cu-DPQH- CN(SCN) σε συνεχή ροή, και ο δεύτερος ήταν η µελέτη της δυνατότητας της ενροή εκχύλισης των συµπλόκων αυτών. Το διάγραµµα ροής της FIA που χρησιµοποιήθηκε για το σκοπό αυτό φαίνεται στο σχήµα 9.2. Τα διαλύµατα του ιόντος Cu(II) (c(cu(ii)) = 3,0 x 10-3 mol l -1 ) της DPQH (c(dpqh)= 6,0 x 10-3 mol l -1 ) και του ρυθµιστικού διαλύµατος (ph = 5,8) βρίσκονταν σε διαφορετικά ρεύµατα, τα οποία προ-αναµιγνύονταν, πριν την ένωσή τους µε το ρεύµα του µεταφορέα C (H 2 O). Τα πειράµατα έδειξαν ότι τα σύµπλοκα σχηµατίζονται ταχύτατα και εκχυλίζονται σε διάφορους οργανικούς διαλύτες (CHCl 3, C 6 H 6, MIBK). Όπως φαίνεται από τα αποτελέσµατα του σχήµατος 9.3, η µέγιστη ευαισθησία επιτεύχθηκε χρησιµοποιώντας ως εκχυλιστικό µέσο το CHCl 3, το οποίο και επιλέχτηκε για τη συνέχεια των πειραµάτων. Παράλληλα, πρέπει να σηµειωθεί, C είγµα L SG 90/0,5 EC MPS D 540 nm W R 1 ml min -1 R 2 R 3 HO 2 Περισταλτικές αντλίες DB CHCl 3 Παγόλουτρο Σχήµα 9.2. ιάγραµµα ροής FIA προκαταρκτικών πειραµάτων: C: µεταφορέας (Η 2 Ο), R 1 : 3,0 x 10-3 mol l -1 Cu(II), R 2 : 6,0 x 10-3 mol l -1 DPQH σε 30 % EtOH, R 3 : Ρυθµιστικό διάλυµα Νa 2 HPO 4 /NaOH (ph = 5,8), L: βρόχος βαλβίδας εισαγωγής δείγµατος (100 µl), SG: διαµεριστής φάσεων, EC: σπείραµα εκχύλισης (οι αριθµοί πάνω από το σπείραµα εκχύλισης υποδηλώνουν µήκος (cm) / εσωτερική διάµετρο (mm)), MPS: διαχωριστής φάσεων τύπου µεµβράνης, DB: φιάλη εκτόπισης, D: ανιχνευτής, W: απόβλητα.

Ταυτόχρονος προσδιορισµός CN - και SCN - ιόντων 104 Σχετικό σήµα, % 120 100 80 60 40 20 A B 0 CHCl 3 MIBK C 6 H 6 Σχήµα 9.3. Μελέτη επίδρασης του είδους του διαλύτη εκχύλισης στην ευαισθησία του προσδιορισµού των ιόντων CN - και SCN - : Α, B = 1,0 mg l -1 CN - και SCN - αντίστοιχα. Τα λαµβανόµενα σήµατα για τα δύο ιόντα, χρησιµοποιώντας CHCl 3, αντιστοιχούν στο 100 %. Οι χηµικές και οι γεωµετρικές παράµετροι είναι ίδιες µε αυτές του σχήµατος 7.4. ότι εκτός των έγχρωµων τριαδικών συµπλόκων, στους µελετούµενους οργανικούς διαλύτες, εκχυλίζονται και σύµπλοκα του τύπου Cu(ΙΙ)-DPQH και Cu(ΙΙ)-(DPQH) 2, τα οποία και αυτά είναι έγχρωµα και δηµιουργούν ένα σταθερό σήµα υποβάθρου, το οποίο κυµάνθηκε στα ίδια επίπεδα για τους τρεις οργανικούς διαλύτες, και το οποίο µηδενίστηκε, χωρίς προβλήµατα σταθερότητας της βασικής γραµµής. Μια δεύτερη σειρά προκαταρκτικών πειραµάτων έγινε µε σκοπό την απλοποίηση της γεωµετρίας του συστήµατος FIA. Συγκεκριµένα, µελετήθηκε η δυνατότητα της προανάµιξης των τριών βασικών αντιδραστηρίων (Cu(II), DPQH και ρυθµιστικού διαλύµατος) σε µια φιάλη, µε σκοπό, αφενός την απλοποίηση του συστήµατος (3 ρεύµατα αντί για 5), αφετέρου την αύξηση της ευαισθησίας του προσδιορισµού, µέσω της µείωσης της διασποράς της ζώνης του δείγµατος. Η τροποποίηση αυτή αποδείχτηκε εξίσου λειτουργική και περισσότερο αποτελεσµατική, όσον αφορά την ευαισθησία της µεθόδου και υιοθετήθηκε για τη συνέχεια των πειραµάτων. 9.3.2. Μελέτη χηµικών παραµέτρων Για τον ταυτόχρονο προσδιορισµό των ιόντων CN - και SCN -, µελετήθηκαν οι χηµικές παράµετροι του συστήµατος FIA, χρησιµοποιώντας το διάγραµµα ροής του

Ταυτόχρονος προσδιορισµός CN - και SCN - ιόντων 105 σχήµατος 9.1. Οι παροχές όγκου όλων των ρευµάτων ήταν ίσες µε 0,9 ml min -1, ο όγκος του εγχυόµενου δείγµατος ήταν ίσος µε 100 µl, ενώ το σπείραµα εκχύλισης είχε µήκος 90 cm και εσωτερική διάµετρο 0,5 mm. Για τη µελέτη όλων των παραµέτρων χρησιµοποιήθηκαν πρότυπα υδατικά διαλύµατα των προσδιοριζόµενων ιόντων συγκέντρωσης µάζας γ(cn - ) = γ(scn - ) = 1,0 mg l -1. Η επίδραση της τιµής του ph µελετήθηκε σε εύρος τιµών 5,8 8,0, ρυθµίζοντας το ph του αντιδραστηρίου µε κατάλληλο ρυθµιστικό διάλυµα φωσφορικών. Οι συγκεντρώσεις ποσότητας του ιόντος Cu(II) και της DPQH ήταν 1,0 x 10-3 και 2,0 x 10-3 mol l -1 αντίστοιχα. Στο σηµείο αυτό πρέπει να τονισθεί ότι οι τιµές ph είναι οι αρχικές και όχι αυτές των αποβλήτων, εξαιτίας της παρουσίας του CHCl 3. Τα πειραµατικά αποτελέσµατα έδειξαν ότι η µεταβολή του ph σε εύρος τιµών 5,8-6,4 ενώ δεν επηρεάζει σηµαντικά την ευαισθησία προσδιορισµού των δύο ιόντων, προκαλεί περίπου 20 % αύξηση του σήµατος υποβάθρου, λόγω της αύξησης του ποσοστού εκχύλισης των συµπλόκων του τύπου Cu(II)-DPQH και Cu(II)-(DPQH) 2. Στο εύρος τιµών ph 5,8-6,4 το σήµα υποβάθρου ήταν σταθερό, και µπορούσε να µηδενιστεί, χωρίς προβλήµατα σταθερότητας της βασικής γραµµής. Περαιτέρω αύξηση της τιµής του ph είχε ως αποτέλεσµα τη σηµαντική αύξηση της ευαισθησίας και για τα δύο ιόντα, η οποία όµως συνοδεύτηκε από αύξηση του σήµατος υποβάθρου σε επίπεδα τα οποία επηρέαζαν σηµαντικά τη σταθερότητα της βασικής γραµµής και την επαναληψιµότητα των µετρήσεων. Σύµφωνα µε δεδοµένα της βιβλιογραφίας, ένας καθοριστικός παράγοντας, εκτός από το ph, που επηρεάζει την εκχύλιση των συµπλόκων του ιόντος Cu(II) µε την DPQH είναι η αναλογία ποσοτήτων των δύο αντιδραστηρίων [22]. Έχει αποδειχτεί ότι τα σύµπλοκα του τύπου Cu(II)-DPQH εκχυλίζοναι σε πολύ µικρότερο ποσοστό από τα σύµπλοκα του τύπου Cu(II)-(DPQH) 2. Για το λόγο αυτό, έγινε ταυτόχρονη µελέτη της επίδρασης του ph και της αναλογίας των ποσοτήτων των αντιδραστηρίων, σε moles, (n(cu(ii):n(dpqh)) = 1:1, 2:1 και 1:2), τόσο στην ευαισθησία του προσδιορισµού, όσο και στο σήµα υποβάθρου. Τα πειραµατικά αποτελέσµατα δίνονται στα σχήµατα 9.4 και 9.5. Όσον αφορά στην ευαισθησία του προσδιορισµού των δύο ιόντων (σχήµα 9.4), τα λαµβανόµενα σήµατα είναι όµοια και σταθερά σε εύρος τιµών ph 5,8-6,4 και αναλογία n(cu(ii):n(dpqh) 1:1 και 1:2. Σε υψηλότερες τιµές ph, και για λόγο n(cu(ii):n(dpqh) = 1:1, η ευαισθησία δεν επηρεάζεται σηµαντικά και για τα δύο ιόντα, ενώ για λόγο 1:2, όπως έχει αναφερθεί και παραπάνω, η ευαισθησία του προσδιορισµού και των δύο ιόντων αυξάνεται σηµαντικά. Σε λόγο n(cu(ii):n(dpqh) = 2:1, και όπως φαίνεται στο

Ταυτόχρονος προσδιορισµός CN - και SCN - ιόντων 106 α) A 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 5 6 7 8 9 ph β) A 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 5 6 7 8 9 ph Σχήµα 9.4. Eπίδραση της τιµής του ph και του λόγου ποσοτήτων Cu(II):DPQH στην ευαισθησία της µεθόδου: α) 1,0 mg l -1 CN -, β) 1,0 mg l -1 SCN - : n(cu(ii)) : n(dpqh) = 2:1 ( ), 1:1 ( ), 1:2 ( ). V = 100 µl, l(ec) = 90 cm / 0,5 mm i.d., q V (C) = q V (R 1 ) = q V (CHCl 3 ) = 0,9 ml min -1. σχήµα 9.4, η ευαισθησία του προσδιορισµού των ιόντων CN - και SCN - δεν επηρεάζεται σηµαντικά σε εύρος τιµών ph 6,4-8,0 και 5,8 8,0 αντίστοιχα, ενώ είναι χαµηλότερη σε σχέση µε τις δύο προηγούµενες αναλογίες n(cu(ii):n(dpqh). Παράλληλα, όπως φαίνεται στο σχήµα 9.5, τα σήµατα υποβάθρου αυξάνονται συναρτήσει της τιµής του ph και για τους τρεις λόγους, µε τις απορροφήσεις όµως να ακολουθούν τη σειρά Α(1:2) >> Α(1:1) > Α(2:1). Αυτό συµβαίνει γιατί, όταν το ιόν Cu(II) είναι σε περίσσεια, ευνοείται σε µεγαλύτερο ποσοστό ο σχηµατισµός συµπλόκου του τύπου Cu(II)-DPQH, το οποίο εκχυλίζεται λιγότερο, σε σχέση µε το σύµπλοκο του τύπου Cu(II)-(DPQH) 2, ο σχηµατισµός του οποίου ευνοείται, όταν η DPQH είναι σε περίσσεια. Ο συνδυασµός ph = 5,8 και n(cu(ii):n(dpqh) = 1:1

Ταυτόχρονος προσδιορισµός CN - και SCN - ιόντων 107 2,5 2,0 1,5 A 1,0 0,5 0,0 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 ph Σχήµα 9.5. Επίδραση της τιµής του ph και του λόγου ποσοτήτων Cu(II):DPQH στο σήµα υποβάθρου: n(cu(ii)) : n(dpqh) = 2:1 ( ), 1:1 ( ), 1:2 ( ). Οι χηµικές και οι γεωµετρικές παράµετροι του συστήµατος FIA είναι ακριβώς ίδιες µε αυτές του σχήµατος 9.4. επιλέχτηκε ως βέλτιστος. Και τούτο γιατί, παρόλο που και για λόγο 1:2 δεν υπήρχαν προβλήµατα σταθερότητας της βασικής γραµµής, λόγω του µεγαλύτερου σήµατος υποβάθρου, αποδείχθηκε ότι, για λόγο 1:1, το γραµµικό εύρος προσδιορισµού και των δύο ιόντων είναι κατά περίπου 40 % µεγαλύτερο. Η επίδραση της συγκέντρωσης ποσότητας των αντιδραστηρίων µελετήθηκε, κάτω από τις επιλεχθείσες τιµές ph και αναλογίας n(cu(ii):n(dpqh), σε εύρος τιµών 0,25 x 10-3 4,0 x 10-3 mol l -1. Τα πειραµατικά αποτελέσµατα έδειξαν ότι η ευαισθησία δεν επηρεάζεται από τη συγκέντρωση ποσότητας των αντιδραστηρίων στο µελετούµενο εύρος. Αντίθετα, όπως φαίνεται στο σχήµα 9.6, το σήµα υποβάθρου αυξάνεται γραµµικά. Για το λόγο αυτό, ως βέλτιστη συγκέντρωση ποσότητας του ιόντος Cu(II) και της DPQH επιλέχθηκε αυτή των 0,25 x 10-3 mol l -1. Επίσης, πρέπει να σηµειωθεί ότι το κλάσµα όγκου της EtOH στο διάλυµα του αντιδραστηρίου δεν επηρέαζε, τόσο την ευαισθησία, όσο και το σήµα υποβάθρου σε εύρος τιµών 20 60 %. Η τιµή των 20 % επιλέχτηκε για τη συνέχεια των πειραµάτων, η οποία εξασφαλίζει τη µη καταβύθιση της DPQH µέσα στο σύστηµα της FIA.

Ταυτόχρονος προσδιορισµός CN - και SCN - ιόντων 108 1,0 0,8 0,6 A 0,4 0,2 0,0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 c (Cu-L) x 10 4 / mol l -1 Σχήµα 9.6. Επίδραση της συγκέντρωσης ποσότητας των αντιδραστηρίων στο σήµα υποβάθρου: ph = 5,8, n(cu(ii)) : n(dpqh) = 1:1, V = 100 µl, l(ec) = 90 cm / 0,5 mm i.d., q V (C) = q V (R 1 ) = q V (CHCl 3 ) = 0,9 ml min -1. 9.3.3. Μελέτη γεωµετρικών παραµέτρων Για τον ταυτόχρονο προσδιορισµό των ιόντων CN - και SCN -, οι γεωµετρικές παράµετροι του συστήµατος FIA µελετήθηκαν, χρησιµοποιώντας τις επιλεχθείσες βέλτιστες χηµικές παραµέτρους και το διάγραµµα ροής FIA του σχήµατος 9.1. Η µελέτη έγινε, χρησιµοποιώντας πρότυπα διαλύµατα ιόντων CN - και SCN - συγκέντρωσης µάζας 1,0 mg l -1, ενώ οι αρχικές τιµές των µελετούµενων παραµέτρων είναι αυτές που αναφέρονται στην προηγούµενη παράγραφο (q V (C) = q V (R 1 ) = q V, org = 0,9 ml min -1, V = 100 µl και l(ec) = 90 cm / 0,5 mm i.d.). H επίδραση του όγκου του εγχυόµενου δείγµατος µελετήθηκε σε εύρος τιµών 30 270 µl, µεταβάλλοντας το µήκος του βρόγχου στην βαλβίδα εισαγωγής του δείγµατος. Όπως ήταν αναµενόµενο, η αύξηση του όγκου του εγχυόµενου δείγµατος προκάλεσε την αύξηση της ευαισθησίας, µιας και η τιµή του µεγέθους αυτού είναι αντιστρόφως ανάλογη της διασποράς της ζώνης του δείγµατος. Τα πειραµατικά αποτελέσµατα φαίνονται στο σχήµα 9.7. Ως βέλτιστη τιµή επιλέχτηκε αυτή των 200 µl, κάνοντας συµβιβασµό µεταξύ της ευαισθησίας, της συχνότητας εγχύσεων και του εύρους της καµπύλης αναφοράς. Η επόµενη γεωµετρική παράµετρος που µελετήθηκε ήταν ο όγκος του σπειράµατος εκχύλισης. Η επίδρασή του µελετήθηκε σε εύρος τιµών 60 500 µl (αντιστοιχούν σε µήκη 30 250 cm / 0,5 mm i.d.). Ο όγκος (ή το µήκος για

Ταυτόχρονος προσδιορισµός CN - και SCN - ιόντων 109 0,5 0,4 0,3 A 0,2 0,1 0,0 0 50 100 150 200 250 300 V / µl Σχήµα 9.7. Επίδραση του όγκου του εγχυόµενου δείγµατος στην ευαισθησία της µεθόδου: ( ) = 1,0 mg l -1 CN -, ( ) = 1,0 mg l -1 SCN -. ph = 5,8, n(cu(ii)) : n(dpqh) = 1:1 (c(cu(ii)) = c(dpqh) = 0,25 x 10-3 mol l -1 ), l(ec) = 90 cm / 0,5 mm i.d., q V (C) = q V (R 1 ) = q V (CHCl 3 ) = 0,9 ml min -1. σωλήνες συγκεκριµένης διαµέτρου) του σπειράµατος εκχύλισης είναι µια πολύ σηµαντική παράµετρος, αφού καθορίζει ουσιαστικά το χρόνο επαφής µεταξύ των δύο φάσεων και, κατ επέκταση, την αποτελεσµατικότητα της εκχύλισης. Παρόλα αυτά, τα πειραµατικά αποτελέσµατα έδειξαν ότι η διεργασία της εκχύλισης για το συγκεκριµένο σύστηµα είναι ανεξάρτητη του όγκου του σπειράµατος εκχύλισης στο µελετούµενο εύρος τιµών. Αυτό αποτελεί απόδειξη ότι τα σχηµατιζόµενα τριαδικά σύµπλοκα εκχυλίζονται ταχύτατα στην οργανική φάση. Για το λόγο αυτό ως βέλτιστη τιµή επιλέχτηκε αυτή των 60 µl (αντιστοιχεί σε 30 cm / 0,5 mm i.d.). Μια άλλη παράµετρος που είναι δυνατό να έχει σηµαντική επίδραση πάνω στην εκχύλιση σ ένα σύστηµα FIA, είναι η εσωτερική διάµετρος του σπειράµατος εκχύλισης. Η αποτελεσµατικότητα της εκχύλισης αναµένεται να αυξάνεται σε σπειράµατα εκχύλισης σταθερού όγκου, αλλά µικρότερης εσωτερικής διαµέτρου, εξαιτίας της µείωσης της διασποράς της ζώνης του δείγµατος [194]. Η µελέτη της επίδρασης της εσωτερικής διαµέτρου του σπειράµατος εκχύλισης έγινε σε εύρος τιµών 0,38 1,0 mm, διατηρώντας κάθε φορά τον όγκο του σπειράµατος και, κατά συνέπεια, το χρόνο εκχύλισης σταθερό και ίσο µε 60 µl. Και στην περίπτωση αυτή, η αποτελεσµατικότητα της εκχύλισης αποδείχθηκε ανεξάρτητη της εσωτερικής διαµέτρου του σπειράµατος εκχύλισης. Για λόγους απλότητας, ως βέλτιστη τιµή επιλέχτηκε αυτή των 0,5 mm.

Ταυτόχρονος προσδιορισµός CN - και SCN - ιόντων 110 Οι τελευταίες παράµετροι που µελετήθηκαν ήταν η επίδραση των παροχών όγκου του µεταφορέα του δείγµατος και της οργανικής φάσης. Όπως είναι γνωστό, η παροχή όγκου του µεταφορέα, σε σχέση µε τις παροχές όγκου των αντιδραστηρίων, επηρεάζει σηµαντικά τη διασπορά της ζώνης του εγχυόµενου δείγµατος, και κατ επέκταση την ευαισθησία ενός προσδιορισµού µε τη FIA Επιπλέον, σε συστήµατα εκχύλισης, πολύ σηµαντικό ρόλο στην ευαισθησία µιας µεθόδου παίζει και η παροχή όγκου της οργανικής φάσης. Πιο συγκεκριµένα, ο λόγος των παροχών όγκου των ροών της συνολικής υδατικής (q V (C) + q V (R 2 )) προς την οργανική φάση καθορίζει την προσυγκέντρωση του δείγµατος στο σύστηµα εκχύλισης. Η σχεδίαση των πειραµάτων για τη µελέτη των παραµέτρων αυτών εµπεριέχει µια παγίδα, η οποία µπορεί να οδηγήσει σε λανθασµένα συµπεράσµατα. Μεταβολή της παροχής όγκου του µεταφορέα δεν διαφοροποιεί µόνο το λόγο q V (C)/q V (R 2 ), και κατά συνέπεια τη διασπορά της ζώνης του δείγµατος, διαφοροποιεί, επιπλέον, και το λόγο της υδατικής προς την οργανική φάση, δηλαδή επηρεάζει και την προσυγκέντρωση του δείγµατος στο σύστηµα εκχύλισης. Η σωστή προσέγγιση της µελέτης των παραµέτρων αυτών, επιβάλλει την ταυτόχρονη µελέτη τους, µέσω κατάλληλης πειραµατικής σχεδίασης. Για το λόγο αυτό, η επίδραση της παροχής όγκου του µεταφορέα σε εύρος 0,9 2,0 ml min -1 µελετήθηκε ταυτόχρονα µε την επίδραση του λόγου της υδατικής προς την οργανική φάση (2:1, 3:1, 4:1 και 5:1, για κάθε µελετούµενη παροχή όγκου του µεταφορέα αντίστοιχα), µεταβάλλοντας κατάλληλα την παροχή όγκου του CHCl 3. Κατά τη διάρκεια της µελέτης, η παροχή όγκου του αντιδραστηρίου ήταν σταθερή και ίση µε q V (R 2 ) = 0,6 ml min -1. Tα τρισδιάστατα γραφήµατα που προέκυψαν για τα προσδιοριζόµενα ιόντα, δίνονται στο σχήµα 9.8. Όσον αφορά στην παροχή όγκου του µεταφορέα, η µέγιστη ευαισθησία επιτεύχτηκε σε τιµή 1,2 ml min -1, και για κάθε αναλογία υδατικής προς οργανική φάση, τόσο για το ιόν CN - όσο και για το ιόν SCN -. Από το σχήµα 9.8 φαίνεται επίσης, ότι η αύξηση του λόγου της υδατικής προς την οργανική φάση προκαλεί µη γραµµική αύξηση της ευαισθησίας του προσδιορισµού. Σε αναλογίες όµως µεγαλύτερες του 3:1 µειώνεται δυσανάλογα o ρυθµός εγχύσεων. Αυτό συµβαίνει γιατί, εξαιτίας της σηµαντικής µείωσης της παροχής όγκου της οργανικής φάσης, αυξάνεται σηµαντικά ο απαιτούµενος χρόνος του κάθε κύκλου έγχυσης, όπως φαίνεται διαγραµµατικά και στο σχήµα 9.9. Κάνοντας, λοιπόν, συµβιβασµό µεταξύ της ευαισθησίας και της συχνότητας εγχύσεων του δείγµατος, ως βέλτιστη αναλογία επιλέχτηκε αυτή των 3:1, που αντιστοιχεί σε παροχή όγκου της οργανικής φάσης, q V (CHCl 3 ), ίσης µε 0,6 ml min -1.

Ταυτόχρονος προσδιορισµός CN - και SCN - ιόντων 111 α) 1 0,9 0,8 A 0,7 0,6 0,5 0,4 0,9 1,2 1,6 q v (C) / ml min -1 2 2 1 3 1 4 1 5 1 q v, aq /q v,org β) 0,47 0,38 A 0,29 0,2 0,9 1,2 1,6 q v (C) / ml min -1 2 2 1 3 1 5 1 4 1 q v, aq /q v, org Σχήµα 9.8. Επίδραση της παροχής όγκου του µεταφορέα και της αναλογίας της υδατικής προς την οργανική φάση στην ευαισθησία του προσδιορισµού: α) 1,0 mg l -1 CN -, β) 1,0 mg l -1 SCN -. ph = 5,8, n(cu(ii)) : n(dpqh) = 1:1 (c(cu(ii)) = c(dpqh) = 0,25 x 10-3 mol l -1 ), l(ec) = 90 cm / 0,5 mm i.d., q V (R 1 ) = 0,6 ml min -1.

Ταυτόχρονος προσδιορισµός CN - και SCN - ιόντων 112 α) A 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 1 2 3 4 5 6 100 90 80 70 60 50 40 Χρόνος κύκλου έγχυσης / s q V, aq / q V, org β) 0,45 100 A 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 1 2 3 4 5 6 90 80 70 60 50 40 Χρόνος κύκλου έγχυσης / s q V, aq / q V, org Σχήµα 9.9. Επίδραση του λόγου q V,aq : q V,org στην ευαισθησία του προσδιορισµού και στη συχνότητα των εγχύσεων: α) 1,0 mg l -1 CN -, β) 1,0 mg l -1 SCN -. ( ) = απορρόφηση, ( ) = χρόνος κύκλου έγχυσης. Οι χηµικές και οι γεωµετρικές παράµετροι είναι ακριβώς ίδιες µε αυτές του σχήµατος 7.10. Οι χηµικές και οι γεωµετρικές παράµετροι που µελετήθηκαν, το εύρος µελέτης και οι επιλεχθείσες τιµές, δίνονται συγκεντρωτικά στον πίνακα 9.1.

Ταυτόχρονος προσδιορισµός CN - και SCN - ιόντων 113 Πίνακας 9.1. Συγκεντρωτικός πίνακας µελετούµενων χηµικών και γεωµετρικών παραµέτρων της του συστήµατος FIA. Παράµετρος Μελετούµενη περιοχή Βέλτιστη τιµή Χηµικές παράµετροι ph 5,8 8,0 5,8 n(cu(ii)): n(dpqh) 2:1, 1:1, 1:2 1:1 c(cu(ii)), mol l -1 0,25 x 10-3 4,0 x 10-3 0,25 x 10-3 c(dpqh), mol l -1 0,25 x 10-3 4,0 x 10-3 0,25 x 10-3 φ(etoh), % 20,0 60,0 30,0 Γεωµετρικές παράµετροι V, µl 30 270 200 V(EC), µl 60 500 60 i.d.(ec), mm 0,38 1,0 0,5 q V (C), ml min -1 0,9 2,0 1,2 q V (R), ml min -1 α 0,6 q V, aq : q V, org 2 : 1 5 : 1 3 : 1 q V, org, ml min -1 β 0,6 α Η παροχή όγκου του αντιδραστηρίου, R 1, παρέµεινε σταθερή κατά τη διάρκεια της βελτιστοποίησης των ταχυτήτων ροής. β Η βέλτιστη παροχή όγκου του CHCl 3 προκύπτει από το βέλτιστο λόγο των ταχυτήτων ροής της συνολικής υδατικής προς την οργανική φάση. 9.3.4. Μελέτη της κάλυψης του ιόντος CN - Όπως αναφέρεται στην εισαγωγή, προηγούµενες µελέτες έχουν αποδείξει ότι η HCHO είναι ένα αποτελεσµατικό καλυπτικό αντιδραστήριο του ιόντος CN - [36,37]. Συγκεκριµένα, ο Meeusen και οι συνεργάτες του αναφέρουν ότι για την κάλυψη 250 µg l -1 CN - απαιτείται είτε επώαση του µίγµατος για 15 min στους 50 ο C, είτε χρόνος αντίδρασης αρκετών ωρών σε θερµοκρασία περιβάλλοντος [36]. Οι Sun και Noller µελέτησαν, για πρώτη φορά, τη δυνατότητα της κάλυψης του ιόντος CN - από τη HCHO, σε σύστηµα συνεχούς ροής [37]. Με πειράµατα αναχαίτισης της

Ταυτόχρονος προσδιορισµός CN - και SCN - ιόντων 114 ροής απέδειξαν, ότι για την αποτελεσµατική κάλυψη 25 µg l -1 CN -, απαιτείται χρόνος αντίδρασης 5 min. Πρέπει όµως να σηµειωθεί, ότι χρησιµοποίησαν πολύ µικρές συγκεντρώσεις HCHO, λόγω της παρεµποδιστικής δράσης του καλυπτικού αντιδραστηρίου στην αντίδραση προσδιορισµού των ιόντων. Τα προκαταρκτικά πειράµατα της µελέτης της επικάλυψης του ιόντος CN - από την HCHO, έγιναν, σε πρώτο στάδιο, µε µη αυτόµατη ανάµιξη των δύο αντιδρώντων συστατικών. Σε διαλύµατα γνωστών συγκεντρώσεων µάζας του ιόντος CN - ή µιγµάτων των ιόντων CN - / SCN -, προστέθηκαν µικροί όγκοι από το επικαλυπτικό αντιδραστήριο, τα µίγµατα αναδεύτηκαν σε όσο το δυνατόν µικρότερο χρόνο και εγχύθηκαν επαναλαµβανόµενα στο βελτιστοποιηµένο σύστηµα FIA του σχήµατος 9.1. Η πρώτη έγχυση αντιστοιχούσε σε χρόνο αντίδρασης 30 s, ενώ οι επόµενες εγχύσεις γίνονταν ανά λεπτό. Τα αποτελέσµατα των πειραµάτων αυτών ήταν πολύ ενθαρρυντικά, αφού διάλυµα HCHO τελικού κλάσµατος µάζας 1,0 % κάλυπτε ποσοτικά έως 5,0 mg l -1 CN -, από την πρώτη έγχυση, που αντιστοιχεί σε χρόνο αντίδρασης 30 s. H αντίδραση επικάλυψης αποδείχτηκε ανεξάρτητη του ph σε εύρος τιµών 5 8, και της θερµοκρασίας σε εύρος 20 50 ο C. Επιπλέον, οι ανακτήσεις του ιόντος SCN -, είτε σε διαλύµατά του είτε σε µίγµατα µε το ιόν CN -, δεν επηρεάστηκαν καθόλου από την παρουσία του καλυπτικού αντιδραστηρίου, µέχρι κλάσµατος µάζας 10,0 %. Είναι επίσης σηµαντικό να τονισθεί, ότι εγχύσεις του καλυπτικού αντιδραστηρίου στο σύστηµα FIA, δεν είχαν καµιά επίδραση στο λευκό (blank) σήµα, ακόµα και µε τη χρησιµοποίηση πυκνού διαλύµατος HCHO. Το δεύτερο στάδιο της µελέτης της κάλυψης του ιόντος CN - από τη HCHO αφορούσε στην ενσωµάτωση της αντίδρασης κάλυψης σε σύστηµα FIA, µε σκοπό την όσο το δυνατό µεγαλύτερη αυτοµατοποίηση της µεθόδου. Όπως φαίνεται και στο σχήµα 9.1, τα πρότυπα / δείγµατα αναµιγνύονταν εν-ροή µε το καλυπτικό αντιδραστήριο, πριν την έγχυσή τους στο σύστηµα FIA. Η αναλογία των παροχών όγκου ήταν 5:1 (q V (δείγµατος) = 1,8 ml min -1 και q V (HCHO) = 0,2 ml min -1 ), µε σκοπό να περιοριστεί η αραίωση του δείγµατος από το αντιδραστήριο κάλυψης, και κατ επέκταση η απώλεια σε ευαισθησία. Όταν µετρήθηκε η συνολική συγκέντρωση των δύο ιόντων, η φορµαλδεΰδη αντικαταστάθηκε µε δις απιονισµένο νερό. Παρόλα όµως τα πολύ ενθαρρυντικά αποτελέσµατα του πρώτου σταδίου (µη αυτοµατοποιηµένη επικάλυψη), τα αποτελέσµατα της εφαρµογής της αντίδρασης κάλυψης στο σύστηµα FIA ήταν µάλλον απογοητευτικά. Ανεξάρτητα από τη συγκέντρωση του καλυπτικού αντιδραστηρίου (τελικά κλάσµατα µάζας 0,5 5,0

Ταυτόχρονος προσδιορισµός CN - και SCN - ιόντων 115 %) και του χρόνου αντίδρασης (είτε χρησιµοποιώντας κατάλληλα σπειράµατα αντίδρασης είτε εφαρµόζοντας αναχαίτιση της ροής σε εύρος χρόνου 1 5 min) η µέγιστη συγκέντρωση µάζας του ιόντος CN - που µπορούσε να καλυφτεί δεν ξεπερνούσε τα 0,5 mg l -1 (περίπου 10 % της µη αυτοµατοποιηµένης καλυπτικής ικανότητας). Εφόσον τα πειράµατα έδειξαν ότι το φαινόµενο ήταν ανεξάρτητο του χρόνου αντίδρασης και της συγκέντρωσης της φορµαλδεΰδης, αποδόθηκε σε µη ικανοποιητική ανάµιξη του δείγµατος και του καλυπτικού αντιδραστηρίου. Το πρόβληµα αντιµετωπίστηκε µε τη χρήση ενός στατικού µίκτη διπλής εισόδου (Binary Inlet Static Mixer BISM), η αρχή λειτουργίας του οποίου φαίνεται στο σχήµα 9.10. Η πλήρης ανάµιξη των επιθυµητών διαλυµάτων πετυχαίνεται µετά από διέλευσή τους µέσα από µια στήλη ανάµιξης (mixing cartridge) κυλινδρικού σχήµατος, µε εσωτερικό όγκο 150 µl. Η χρησιµοποίηση του µίκτη στο σύστηµα ροής είχε ικανοποιητικά αποτελέσµατα, όσον αφορά την αποτελεσµατικότητα της αντίδρασης κάλυψης. Χωρίς τη χρήση επιπλέον σπειραµάτων αντίδρασης και µε τελικό κλάσµα µάζας HCHO 1,0 %, κατέστη δυνατή η κάλυψη του ιόντος CN -, σε όλο το γραµµικό εύρος προσδιορισµού του (έως 3,0 mg l -1 ). Επιπλέον, πειράµατα µελέτης της επίδρασης του τελικού κλάµατος µάζας του καλυπτικού αντιδραστηρίου, σε εύρος 0,5 5,0 %, πάνω στην αντίδραση κάλυψης, έδειξαν ότι, για όλo τo εύρος κλασµάτων µάζας, η µέγιστη συγκέντρωση µάζας του ιόντος CN - που µπορεί να καλυφτεί ποσοτικά είναι τα 3,0 mg l -1. Τα αποτελέσµατα δίνονται διαγραµµατικά στο σχήµα 9.11. Ως βέλτιστο τελικό κλάσµα µάζας φορµαλδεΰδης επιλέχθηκε το 0,5 % (αντιστοιχεί σε αρχικό κλάσµα µάζας 2,5 %, λαµβάνοντας υπόψη την 5:1 αραίωσή της από το ρεύµα του δείγµατος στο σύστηµα FIA). Είσοδος Α Στήλη ανάµιξης όγκου 150 µl 100 % ανάµιξη Είσοδος Β Σχήµα 9.10. Αρχή λειτουργίας του στατικού µίκτη διπλής εισόδου (Binary Inlet Static Mixer - BISM).

Ταυτόχρονος προσδιορισµός CN - και SCN - ιόντων 116 % Επικάλυψη 110 105 100 95 90 85 80 75 70 65 60 A B C D 0,5 1,0 2,0 5,0 w (HCHO) / % Σχήµα 9.11. Επίδραση του κλάσµατος µάζας της HCHO στην επικάλυψη του ιόντος CN - : Α, Β, C, D = 2,0, 3,0, 4,0, 5,0 mg l -1 CN - αντίστοιχα. Κάτω από τις ευρεθείσες βέλτιστες συνθήκες της αντίδρασης κάλυψης, µελετήθηκε η ανάκτηση διάφορων συγκεντρώσεων µάζας του ιόντος SCN - (0,05 4,0 mg l -1 ) από µίγµατά του µε 3,0 mg l -1 CN -. Όπως φαίνεται από τα αποτελέσµατα του πίνακα 9.2, οι ανακτήσεις συγκεντρώσεων µάζας του ιόντος SCN - που Πίνακας 9.2. Πειράµατα ανάκτησης του ιόντος SCN - υδατικά διαλύµατα. παρουσία 3,0 mg l -1 CN - σε γ(cn - ) (mg l -1 ) SCN - προστέθηκε (mg l -1 ) SCN - βρέθηκε α (mg l -1 ) 100 R β 3,0 0,050 0,050 100,0 3,0 0,100 0,105 105.0 3,0 0,500 0,490 98,0 3,0 1,00 1,02 102,0 3,0 2,00 1,98 99,0 3,0 3,00 3,02 100,7 3,0 4,00 4,00 100,0 α Μέσος όρος 5 εγχύσεων. β Ποσοστιαία µέση ανάκτηση.

Ταυτόχρονος προσδιορισµός CN - και SCN - ιόντων 117 αντιστοιχούν σε όλο το εύρος προσδιορισµού του, είναι ποσοτικές, ακόµα και παρουσία 3,0 mg l -1 CN -, που αντιστοιχούν στο ανώτατο όριο του γραµµικού τµήµατος της καµπύλης αναφοράς προσδιορισµού του ιόντος CN -. Επίσης, ποσοτικές ανακτήσεις επιτεύχτηκαν κατά τον ταυτόχρονο προσδιορισµό των δύο ιόντων σε µίγµατά τους. Τα πειραµατικά αποτελέσµατα δίνονται στον πίνακα 9.3. 9.3.5. Ποσοτικός προσδιορισµός - ιόντων CN - και SCN σε υδατικά διαλύµατα Χρησιµοποιώντας το βελτιστοποιηµένο διάγραµµα ροής FIA του σχήµατος 9.1, λήφθηκαν οι καµπύλες αναφοράς χρησιµοποιώντας υδατικά πρότυπα διαλύµατα των προσδιοριζόµενων ιόντων. Οι καµπύλες είναι γραµµικές και υπακούουν στη γενική εξίσωση Α = (i ± s i ) + (S ± s S ) x γ(cn - ή SCN - ) όπου Α είναι η απορρόφηση όπως µετριέται από τον ανιχνευτή, γ(cn - ή SCN - ) η συγκέντρωση µάζας του προσδιοριζόµενου ιόντος στα πρότυπα υδατικά Πίνακας 9.3. Πειράµατα ανάκτησης των ιόντων SCN - και CN - σε υδατικά µίγµατά τους. CN - προστέθηκε (mg l -1 ) SCN - προστέθηκε (mg l -1 ) CN - βρέθηκε α (mg l -1 ) 100 R β SCN - βρέθηκε α (mg l -1 ) 100 R β 0,050 0,100 0,048 96,0 0,098 98,0 0,050 0,500 0,050 100,0 0,510 102,0 0,050 1,00 0,052 104,0 1,01 101,0 0,100 0,100 0,103 103,0 0,100 100,0 0,100 0,500 0,101 101,0 0,510 102,0 0,100 1,00 0,103 103,0 0,970 97,0 0,200 0,100 0,195 97,5 0,097 97,0 0,200 0,500 0,196 98,0 0,490 98,0 0,200 1,00 0,202 101,0 0,99 99,0 α Μέσος όρος 5 εγχύσεων. β Ποσοστιαία µέση ανάκτηση.

Ταυτόχρονος προσδιορισµός CN - και SCN - ιόντων 118 διαλύµατα, i η τετµηµένη επί την αρχή, S η κλίση, και s i και s S οι αντίστοιχες τυπικές αποκλίσεις. Τα αναλυτικά χαρακτηριστικά της µεθόδου συνοψίζονται στον πίνακα 9.4. Πίνακας 9.4. Αναλυτικά χαρακτηριστικά της προτεινόµενης µεθόδου. Ιόν CN - Ιόν SCN - Εύρος προσδιορισµού, mg l -1 0,0 3,0 0,0 4,0 S ± s s (720,2 ± 8,1) x 10-3 (356,1 ± 3,5) x 10-3 i ± s i (0,7 ± 1,9) x 10-3 (1,1 ± 2,3) x 10-3 r (n = 11) 0,9998 0,9999 s α r, % 1,0 0,85 c β L(k=3), mg l -1 0,004 0,007 α Σχετική τυπική απόκλιση (γ(cn - ) = γ(scn - ) = 1,0 mg l -1, n = 12). β Όριο ανίχνευσης. 9.3.6. Μελέτη παρεµποδίσεων Η πιθανή παρεµποδιστική δράση διάφορων ιόντων, που είναι πιθανό να βρίσκονται στα πραγµατικά δείγµατα που αναλύθηκαν, µελετήθηκε σε συγκέντρωση µάζας 1,0 mg l -1 SCN -. Ως κριτήριο παρεµποδιστικής δράσης επιλέχτηκε η µεταβολή της απορρόφησης του παραπάνω πρότυπου διαλύµατος κατά ± 2,0 %. Τα αποτελέσµατα δίνονται στον πίνακα 9.5. Οι µελετούµενες παρεµποδίσεις µπορούν να χωριστούν σε δύο βασικές κατηγορίες: τα ιόντα µετάλλων που είναι δυνατόν να σχηµατίζουν σταθερά σύµπλοκα µε την DPQA, προκαλώντας αρνητικές παρεµποδίσεις, και τα ανιόντα, τα οποία είναι δυνατόν να αντιδρούν µε το ιόν Cu(II) και την DPQΗ, µε παρόµοιο τρόπο µε τα προσδιοριζόµενα ιόντα και να προκαλούν θετικές παρεµποδίσεις. Στην περίπτωση του ιόντος CN -, η παρεµποδιστική συµπεριφορά των εξεταζόµενων ενώσεων ήταν παρόµοια (± 10 % κατά µέσο όρο σε σχέση µε τις αναγραφόµενες τιµές του πίνακα 9.5).

Ταυτόχρονος προσδιορισµός CN - και SCN - ιόντων 119 Πίνακας 9.5. Μελέτη παρεµποδίσεων. Μελετούµενα είδη α Ανεκτός λόγος είδους / ιόν SCN - NO - 3, γλυκόζη, καφεΐνη 1000 SO 2-4, CH 3 COO - 750 τρυγικά, κιτρικά, ουρία 500 Ca(ΙΙ), Mg(ΙΙ) 300 NO - 2, Pb(ΙΙ) 100 Zn(ΙΙ), Fe(ΙΙΙ) 40 SO 3 2-30 S 2-, I - 2 Ηg(II) 0,5 α Τα µελετούµενα είδη στην αναγραφόµενη αναλογία προκαλούν σχετικό σφάλµα, e r, ± 2 % στην απορρόφηση πρότυπου διαλύµατος ιόντος SCN -, συγκέντρωσης µάζας 1,0 mg l -1. 9.4. Aναλυτικές εφαρµογές 9.4.1. Ταυτόχρονος προσδιορισµός ιόντων CN - και SCN - σε δείγµατα σιέλου Τα δείγµατα σιέλου λήφθηκαν από καπνίζοντα και µη µέλη του εργαστηρίου Αναλυτικής Χηµείας. Πριν τη δειγµατοληψία, τα στόµατα των δοτών ξεπλύθηκαν µε διάλυµα κιτρικού οξέος, συγκέντρωσης µάζας 5 g l -1 (προς διέγερση των σιελογόνων αδένων) και τρεις φορές µε δις-απιονισµένο νερό. Τα δείγµατα φυγοκεντρήθηκαν για 5 min στις 2000 rpm και διηθήθηκαν µε φίλτρο διαµέτρου πόρων 0,45 µm. 1 ml από το προκύπτον διάλυµα αραιώθηκε 100 φορές και αναλύθηκε µε τη διαδικασία που περιγράφτηκε για τα υδατικά διαλύµατα.

Ταυτόχρονος προσδιορισµός CN - και SCN - ιόντων 120 9.4.2. Ταυτόχρονος προσδιορισµός ιόντων CN - και SCN - σε διαλύµατα πραλιδοξίµης Για τον προσδιορισµό των ιόντων σε διαλύµατα πραλιδοξίµης, παρασκευάστηκαν πέντε διαλύµατα του δείγµατος, σύµφωνα µε την ακόλουθη διαδικασία: 250 mg πραλιδοξίµης µεταφέρθηκαν σε βαθµονοµηµένες φιάλες των 50 ml, αραιώθηκαν µε νερό, και το ph ρυθµίστηκε σε τιµή 9,0 µε NaOH, πριν την τελική αραίωση. Τα δείγµατα αναλύθηκαν αµέσως µετά την παρασκευή τους µε την διαδικασία για τα υδατικά διαλύµατα, και φυλάχτηκαν σε θερµοκρασία περιβάλλοντος. Στη συνέχεια αναλύθηκαν σε 24-ωρη βάση, για χρονικό διάστηµα πέντε ηµερών. 9.4.3. Αποτελέσµατα ανάλυσης πραγµατικών δειγµάτων Τα λαµβανόµενα αποτελέσµατα από την εφαρµογή της προτεινόµενης µεθόδου στην ανάλυση δειγµάτων ανθρώπινου σιέλου και διαλυµάτων πραλιδοξίµης φαίνονται στους πίνακες 9.6 και 9.7 αντίστοιχα. Στους πίνακες αυτούς περιέχονται, επίσης, και τα αποτελέσµατα πειραµάτων ανάκτησης ύστερα από προσθήκη γνωστών συγκεντρώσεων µάζας των προσδιοριζόµενων ιόντων στα πραγµατικά δείγµατα. Οι ανακτήσεις κυµάνθηκαν από 98,0 102,4 % σε όλες τις περιπτώσεις, επιβεβαιώνοντας την ακρίβεια της αναπτυσσόµενης µεθόδου. Η ακρίβεια της µεθόδου ελέγχεται, επιπλέον, µε σύγκριση των ευρεθέντων τιµών µε αυτές που προέκυψαν, µετά από ανάλυση των δειγµάτων µε επίσηµες µεθόδους αναφοράς [35]. Τα αποτελέσµατα δίνονται στον πίνακα 9.8. Και στην περίπτωση αυτή, τα πειραµατικά δεδοµένα συνηγορούν υπέρ της ακρίβειας της µεθόδου, αφού το µέσο σχετικό σφάλµα, e r, είναι ίσο µε 1,7 %.

Ταυτόχρονος προσδιορισµός CN - και SCN - ιόντων 121 Πίνακας 9.6. Ταυτόχρονος προσδιορισµός ιόντων SCN - και CN - σε δείγµατα σιέλου. είγµατα σιέλου α Μη καπνιστές Προσδιορισµός ιόντος CN - Προσδιορισµός ιόντος SCN - Προστέθηκε (mg l -1 ) Ανακτήθηκε β (mg l -1 ) 100 R γ (%) Προστέθηκε (mg l -1 ) Βρέθηκε β (mg l -1 ) 100 R (%) I nd δ 0,54 0,100 0,102 102,0 1,00 1,52 98,0 II nd 0,77 0,100 0,098 98,0 1,00 1,77 100,0 III nd 0,59 0,100 0,098 98,0 1,00 1,57 98,0 Καπνιστές IV nd 1,46 0,100 0,100 100,0 1,00 2,48 102,0 V nd 2,11 0,100 0,103 103,0 1,00 3,13 102,0 VI nd 1,87 0,100 0,102 102,0 1,00 2,87 100,0 α 100 φορές αραίωση δείγµατος. β Μέσος όρος πέντε εγχύσεων. γ Εκατοστιαία µέση ανάκτηση. δ εν ανιχνεύτηκε.

Ταυτόχρονος προσδιορισµός CN - και SCN - ιόντων 122 Πίνακας 9.7. Ταυτόχρονος προσδιορισµός ιόντων CN - και SCN - σε διαλύµατα πραλιδοξίµης. είγµα πραλιδοξίµης Προστέθηκε (mg l -1 ) Προσδιορισµός ιόντος CN - Προσδιορισµός ιόντος SCN - Βρέθηκε α (mg l -1 ) 100 R β (%) Προστέθηκε (mg l -1 ) 0 h γ nd δ nd Ανακτήθηκε α (mg l -1 ) 100 R β (%) 0,100 0,102 102,0 0,500 0,492 98,4 24 h 0,098 nd 0,100 0,196 98,0 0,500 0,496 99,2 48 h 0,287 nd 0,100 0,386 99,0 0,500 0,490 98,0 72 h 0,315 nd 0,100 0,415 100,0 0,500 0,508 101,6 96 h 0,350 nd 0,100 0,452 102,0 0,500 0,498 99,6 120 h 0,399 nd 0,100 0,499 100,0 0,500 0,511 102,2 α Μέσος όρος πέντε εγχύσεων. β Εκατοστιαία µέση ανάκτηση. γ 0 h: ανάλυση αµέσως µετά την παρασκευή. δ εν ανιχνεύτηκε.

Ταυτόχρονος προσδιορισµός CN - και SCN - ιόντων 123 Πίνακας 9.8. Έλεγχος ακρίβειας προτεινόµενης µεθόδου. είγµα Μέθοδος FIA Μέθοδος αναφοράς e α r (%) Σίελο β SCN - βρέθηκε γ (mg l -1 ) I 54.1 54.8-1.3 II 77.2 78.6-1.8 III 59.1 58.2 + 1.5 IV 146.0 148.9-1.9 V 211.2 209.3 + 0.9 VI 187.4 191.5-2.1 Πραλιδοξίµη CN - βρέθηκε γ (µg l -1 ) 0 h nd δ nd 24 h 98 96 + 2.1 48 h 287 280 + 2.5 72 h 315 322-2.2 96 h 350 355-1.4 -

Aυτόµατοι αναλυτές FIA 13 1. Αυτοµατοποιηµένοι αναλυτές µε έγχυση του δείγµατος σε συνεχή ροή FIA 1.1. Eισαγωγή Όταν οι J. Ruzicka και E. Hansen δηµοσίευσαν, το 1975, την πρώτη εργασία πάνω στη FIA [43], δεν µπορούσαν ίσως να φανταστούν, ότι 27 χρόνια αργότερα, οι δηµοσιεύσεις επιστηµονικών εργασιών πάνω στην τεχνική αυτή θα ξεπερνούσαν τις 10000. Όπως συµβαίνει συνήθως µε τις σηµαντικές ανακαλύψεις, στην επινόηση της FIA καθοριστικό ρόλο έπαιξε η τύχη, και όπως παραδέχονται και οι ίδιοι οι ερευνητές, όλα ξεκίνησαν από µια στιγµή εκνευρισµού. Το 1974 οι Ruzicka και Hansen εργάζονταν πάνω στην κατασκευή ενός αισθητήρα αερίων, για τον προσδιορισµό της ΝΗ 3. Για το σκοπό αυτό είχαν κατασκευάσει κατάλληλο ηλεκτρόδιο και βασίζονταν στην εν ροή ανάµιξη του δείγµατος µε ρεύµα ΝaΟΗ. Η αέρια ΝΗ 3 που παράγονταν, ανιχνεύονταν από το ηλεκτρόδιο στην αέρια φάση. Το βασικό πρόβληµα που αντιµετώπιζαν ήταν η αργή απόκριση του αισθητήρα. Πάνω λοιπόν σε µια στιγµή εκνευρισµού και απογοήτευσης, εισήγαγαν, µε τη βοήθεια σύριγγας, έναν όγκο δείγµατος απευθείας στο ρεύµα του NaOH. Έκπληκτοι παρατήρησαν µια κορυφή, η οποία ήταν επαναλήψιµη και ανάλογη της συγκέντρωσης του προσδιοριζόµενου συστατικού. Στην πρώτη τους µονογραφία πάνω στην FIA [44], οι Ruzicka και Hansen δίνουν τον ορισµό της FIA ως εξής: Η FIA είναι µια τεχνική που βασίζεται στην έγχυση ενός υγρού δείγµατος σε συνεχές, µη διαχωριζόµενο, κινούµενο ρεύµα κατάλληλου υγρού. Το εγχυόµενο δείγµα σχηµατίζει ζώνη, η οποία οδηγείται στον ανιχνευτή, όπου µετριέται κάποια φυσικοχηµική παράµετρος του δείγµατος, καθώς αυτό διέρχεται από την κυψελίδα συνεχούς ροής. Όπως µπορεί κάποιος να παρατηρήσει, στον ορισµό αυτό περιλαµβάνεται µόνο µια βασική αρχή της FIA, αυτή της έγχυσης του δείγµατος σε µη διακοπτόµενο ρεύµα υγρού. Στη δεύτερη έκδοση του βιβλίου τους [45], οι παραπάνω ερευνητές τροποποίησαν τον ορισµό της FIA ως εξής: FIA είναι η συλλογή αναλυτικών πληροφοριών µέσω της

Aυτόµατοι αναλυτές FIA 14 βαθµίδωσης της συγκέντρωσης που δηµιουργείται, όταν µια αυστηρά καθορισµένη ζώνη δείγµατος εγχυθεί και διασπαρθεί σε ένα µη διαχωριζόµενο ρεύµα ενός µεταφορέα. Ο πιο ολοκληρωµένος αυτός ορισµός, χωρίς να έρχεται σε αντίθεση µε τον πρώτο, εισάγει και τη δεύτερη αρχή της FIA, που είναι η αυστηρά καθορισµένη και ελεγχόµενη διασπορά της ζώνης του δείγµατος. Με τον τρόπο αυτό, εισάγει και την κινητική φύση της τεχνικής, δηλαδή η δυνατότητα της λήψης των αναλυτικών πληροφοριών σε κατάσταση µη ισορροπίας, τόσο φυσικής όσο και χηµικής. Οι βασικές αρχές πάνω στις οποίες στηρίζεται η FIA είναι οι εξής [46]: 1. Έγχυση καθορισµένου όγκου δείγµατος σε ρεύµα κατάλληλου µεταφορέα / αντιδραστηρίου. 2. Συνεχής, µη διαχωριζόµενη, ροή. 3. Ελεγχόµενη και επαναλήψιµη διασπορά της ζώνης του δείγµατος. 4. Επαναλήψιµος χρόνος παραµονής το δείγµατος στο σύστηµα FIA. Οι παραπάνω αρχές, και ιδιαίτερα η τρίτη, καθορίζουν τη µοναδικότητα της τεχνικής και τη διαφοροποιούν τόσο από τη SFA, όσο και από τις µελέτες προηγούµενων ερευνητών. Συγκεκριµένα, τόσο ο G. Nagy και οι συνεργάτες του [47], όσο και ο G.R. Beecher και οι συνεργάτες του [48], εφάρµοσαν στις µελέτες τους την αρχή της εισαγωγής του δείγµατος σε µη διαχωριζόµενη ροή. Παρόλα αυτά, δεν µπόρεσαν να απαγκιστρωθούν από τη λογική των µεθόδων ισορροπίας για ολοκλήρωση της χηµικής αντίδρασης. Έτσι, χρησιµοποίησαν είτε µίκτες προς οµογενοποίηση και ολοκλήρωση της αντίδρασης [47], είτε τεράστια (10 m) σπειράµατα αντίδρασης [48]. Οι προσεγγίσεις αυτές στέρησαν από τους ερευνητές τη δυνατότητα της χρησιµοποίησης της βαθµίδωσης της συγκέντρωσης της ζώνης του δείγµατος για αναλυτικούς σκοπούς. 1.2. FIA και διαχωριστικές τεχνικές συνεχούς ροής Η FIA µπορεί να ενταχθεί σε µια ευρύτερη οµάδα αναλυτικών τεχνικών συνεχούς ροής, η αρχή των οποίων φαίνεται στο σχήµα 1.1. Οι τεχνικές αυτές βασίζονται στην έγχυση ενός καθορισµένου όγκου δείγµατος στη συνεχή ροή ενός κινούµενου υγρού. Η ζώνη του δείγµατος οδηγείται στον ανιχνευτή, µετά από κατάλληλη φυσικοχηµική διεργασία, όπου καταγράφεται συνεχώς κάποια παράµετρος του δείγµατος. Στις τεχνικές συνεχούς ροής συµπεριλαµβάνονται, εκτός από τη FIA, οι

Aυτόµατοι αναλυτές FIA 15 P IV MD D Σχήµα 1.1. Γενική αρχή λειτουργίας τεχνικών συνεχούς ροής: P = σύστηµα προώθησης δείγµατος, IV = σύστηµα εισαγωγής δείγµατος, MD = σύστηµα τροποποίησης δείγµατος, D = ανιχνευτής. χρωµατογραφικές (HPLC, IC κ.α.) και οι ηλεκτροφορητικές (CE, MEKC κ.α.) τεχνικές. Οι βασικές διαφορές των τεχνικών αυτών έγκεινται στη φυσικοχηµική τροποποίηση του δείγµατος, πριν την ανίχνευσή του. Στη FIA µεταξύ της έγχυσης του δείγµατος και της ανίχνευσης παρεµβάλλεται, συνήθως, κάποια χηµική αντίδραση, στις διαχωριστικές τεχνικές τα συστατικά του δείγµατος διαχωρίζονται µε βάση τις διαφορετικές ταχύτητες διέλευσής τους από κατάλληλη στήλη, ενώ στις ηλεκτροφορητικές τεχνικές, ο διαχωρισµός των συστατικών του δείγµατος πετυχαίνεται µε την εφαρµογή υψηλού δυναµικού στα άκρα κατάλληλου τριχοειδούς σωλήνα. Παρότι οι πολύ σηµαντικές αναλυτικές τεχνικές που αναφέρθηκαν στην προηγούµενη παράγραφο βασίζονται στην ίδια γενική αρχή, υπάρχουν, σε γενικές γραµµές, περιορισµένες αναφορές σχετικά µε τα σηµαντικά πλεονεκτήµατα που µπορούν να προκύψουν από τη σύζευξή τους. Έτσι, για παράδειγµα, οι περισσότεροι επιστήµονες που ασχολούνται µε τη χρωµατογραφία χρησιµοποιούν τη FIA ως αποτελεσµατική τεχνική για την εν-ροή παραγωγοποίηση του δείγµατος µετά τη στήλη, ενώ δεν έχει δοθεί η απαιτούµενη βαρύτητα στη σύζευξη των τεχνικών, µε σκοπό την αυτοµατοποιηµένη προκατεργασία των δειγµάτων, πριν την εισαγωγή τους στη χρωµατογραφική στήλη (εν-ροή εκχύλιση στερεάς φάσης, διάχυση αερίων, εκχύλιση υγρού-υγρού, διαπίδυση). Χαρακτηριστικό πρόσφατο παράδειγµα, σχετικά µε τα πολύ σηµαντικά πλεονεκτήµατα που µπορούν να προκύψουν από τη σύζευξη της FIA µε τις διαχωριστικές τεχνικές συνεχούς ροής, είναι η χρήση της FIA ως µέσο εισαγωγής του δείγµατος στην CE, από τους B. Karlberg και P. Kuban [49]. Οι ερευνητές αυτοί απέδειξαν ότι ο συνδυασµός των τεχνικών FIA-CE απλουστεύει τη χρησιµοποιούµενη οργανολογία όσον αφορά την εισαγωγή του δείγµατος, αυξάνει τον ρυθµό ανάλυσης των δειγµάτων και παρέχει

Aυτόµατοι αναλυτές FIA 16 τη δυνατότητα της ενσωµάτωσης αυτοµατοποιηµένων σταδίων προκατεργασίας των δειγµάτων, πριν την ανάλυσή τους µε την CE. Ένα επιπλέον παράδειγµα των πλεονεκτηµάτων που προκύπτουν από τη συνδυασµένη χρήση της FIA µε τις διαχωριστικές τεχνικές συνεχούς ροής, προκύπτει από την εργασία του F. Lazaro και των συνεργατών του [50], όπου γίνεται πλήρης εκµετάλλευση της διαχωριστικής ικανότητας της HPLC και του υψηλού ρυθµού ανάλυσης δειγµάτων µε τη FIA. Στη µέθοδο που ανέπτυξαν, η FIA χρησιµοποιείται για τον ταχύτατο προσδιορισµό της συνολικής περιεκτικότητας ενός µεγάλου αριθµού δειγµάτων (200-500) σε αφλατοξίνες. Στη συνέχεια, µόνο τα πολύ επιβαρυµένα δείγµατα αναλύονται µε την HPLC, χρησιµοποιώντας τη FIA για την εν-ροή παραγωγοποίηση του δείγµατος, µετά τη στήλη. 1.3. Επίλυση αναλυτικών προβληµάτων µε τη FIA Τα βασικότερα πλεονεκτήµατα της FIA, όπως προκύπτουν από τις περισσότερες δηµοσιεύσεις µέχρι σήµερα, µπορούν να συνοψιστούν στα εξής: 1. Περιορίζεται η ανθρώπινη συµµετοχή στην αναλυτική διαδικασία. 2. Μειώνεται το κόστος της ανάλυσης. 3. Παρέχεται η δυνατότητα υψηλού ρυθµού ανάλυσης δειγµάτων. 4. Υπάρχει δυνατότητα χρήσης ασταθών αντιδραστηρίων και η ανίχνευση ασταθών προϊόντων. 5. Πραγµατοποιείται η αποτελεσµατική αυτοµατοποίηση των διαχωριστικών τεχνικών χαµηλής πίεσης (εκχύλιση υγρού-υγρού, διάχυση αερίων, διαπίδυση κ.α.) 6. Βελτιώνεται η απόδοση των ηλεκτροχηµικών ανιχνευτών (π.χ. σε συνθήκες ροής περιορίζεται η παθητικοποίηση της ενεργής επιφάνειάς τους). Ως κύριο µειονέκτηµα της FIA, σε σχέση µε τις αντίστοιχες µη αυτοµατοποιηµένες τεχνικές, µπορεί να αναφερθεί η µειωµένη ευαισθησία, που προκύπτει από το γεγονός ότι η τελική µέτρηση γίνεται σε συνθήκες µη χηµικής και φυσικής ισορροπίας. Το µειονέκτηµα αυτό, όπως αναφέρεται και στη συνέχεια, αίρεται µέσω της ενσωµάτωσης στα συστήµατα FIA τεχνικών προσυγκέντρωσης εν-ροή. Επίσης, το αυξηµένο κόστος της οργανολογίας (περισταλτικές αντλίες, βαλβίδα εισαγωγής δείγµατος, αναλώσιµα) σε σχέση µε τις κλασικές τεχνικές ανάλυσης αντισταθµίζεται από τον περιορισµό του κόστους µέσω του υψηλού ρυθµού ανάλυσης των δειγµάτων.

Aυτόµατοι αναλυτές FIA 17 Η ιδιαίτερη όµως προσφορά της τεχνικής στη χηµική ανάλυση, έγκειται στον εξαιρετικά αποτελεσµατικό τρόπο µε τον οποίο µπορεί να επιλύσει τα πιο συνηθισµένα προβλήµατα µιας χηµικής ανάλυσης. 1.3.1. Αύξηση της ευαισθησίας ενός προσδιορισµού Σε γενικές γραµµές, οι µέθοδοι FΙA είναι λιγότερο ευαίσθητες, σε σχέση µε τις µη αυτόµατες ανάλογές τους. Αυτό είναι λογικό, εξαιτίας της κινητικής φύσης της FIA, η οποία επιτρέπει την ανίχνευση µακριά από συνθήκες φυσικής ή χηµικής ισορροπίας. Παρόλα αυτά, υπάρχουν πολλοί και αποτελεσµατικοί τρόποι αύξησης της ευαισθησίας µιας µεθόδου FIA. Ο πιο απλός είναι η εφαρµογή της αντίστροφης FIA (r-fia). Η τεχνική αυτή βασίζεται στην έγχυση του αντιδραστηρίου στο ρεύµα του δείγµατος. Με τον τρόπο αυτό περιορίζεται η διασπορά της ζώνης του δείγµατος στο σύστηµα της FIA και παρέχεται η δυνατότητα αύξησης της ευαισθησίας ενός προσδιορισµού κατά 2-5 φορές. Σε περιπτώσεις όπου απαιτούνται πολύ χαµηλά όρια ανίχνευσης (της τάξεως ng l -1 ή µg l -1 ), η FIA παρέχει τη δυνατότητα ανάπτυξης αυτοµατοποιηµένων και πολύ αποτελεσµατικών τεχνικών προσυγκέντρωσης. Οι τεχνικές αυτές περιλαµβάνουν διεργασίες όπως ιοντοανταλλαγή, εκχύλιση, διαπίδυση, καταβύθιση κ.α.. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η ανάπτυξη υλικών και συστηµάτων εν-ροή προσυγκέντρωσης µετάλλων πριν την ανάλυσή τους µε φασµατοσκοπικές τεχνικές. 1.3.2. Ανάλυση πυκνών δειγµάτων Σε αντίθεση µε τις περιπτώσεις µεθόδων όπου απαιτούνται χαµηλά όρια ανίχνευσης, εξίσου πολλές είναι και οι περιπτώσεις όπου το προσδιοριζόµενο συστατικό βρίσκεται σε υψηλές συγκεντρώσεις στο προς ανάλυση δείγµα, µε αποτέλεσµα να απαιτείται η επέκταση του εύρους προσδιορισµού τις καµπύλης αναφοράς, για την απευθείας ανάλυσή του. Στις περιπτώσεις αυτές, η FIA παρέχει πολλές δυνατότητες στους ερευνητές, για την εν-ροή αραίωση του δείγµατος. Ο πιο απλός τρόπος είναι η εν-ροή αραίωση του δείγµατος, πριν την έγχυσή του στο σύστηµα FIA, µέσω ανάµιξής του µε ρεύµα αδρανούς, ως προς το χηµικό σύστηµα, διαλύτη. Με κατάλληλη ρύθµιση των παροχών όγκου µπορούν να επιτευχτούν συντελεστές αραίωσης της τάξης 2-20. Σε περιπτώσεις όπου απαιτούνται

Aυτόµατοι αναλυτές FIA 18 µεγαλύτερες αραιώσεις (20-5000 φορές), µπορούν να εφαρµοστούν πιο πολύπλοκα συστήµατα αραίωσης όπως η αραίωση καταρράκτης ή η αραίωση µέσω δειγµατοληψίας ζωνών. Οι µέθοδοι αυτές έχουν εφαρµοστεί µε επιτυχία σε µεθόδους FIA που αναπτύχθηκαν στο εργαστήριό µας [51,52]. Τέλος, η επέκταση της καµπύλης αναφοράς σε µια µέθοδο FIA, µπορεί να επιτευχτεί και µε τη χρήση της ηλεκτρονικής αραίωσης. Στην τεχνική αυτή γίνεται πλήρης εκµετάλλευση της διασποράς της ζώνης του δείγµατος και της βαθµίδωσης της συγκέντρωσης που δηµιουργείται. Η µέτρηση του σήµατος δεν γίνεται στο µέγιστο ύψος της λαµβανόµενης κορυφής, αλλά στο κατερχόµενο τµήµα αυτής, όπου η συγκέντρωση του προσδιοριζόµενου συστατικού είναι µικρότερη. Η εφαρµογή της τεχνικής αυτής απαιτεί τη χρήση κατάλληλου λογισµικού, για την αποτίµηση του σήµατος από τον ανιχνευτή. 1.3.3. Αύξηση της εκλεκτικότητας ενός προσδιορισµού Εκτός από την ευαισθησία, ο δεύτερος περιοριστικός παράγοντας για την εφαρµογή µιας µεθόδου στη χηµική ανάλυση κάποιου δείγµατος είναι η εκλεκτικότητα, δηλαδή η ανοχή της µεθόδου στην παρεµποδιστική δράση συστατικών του υποστρώµατος του δείγµατος, τα οποία συνυπάρχουν µε το προσδιοριζόµενο συστατικό. Στην περίπτωση αυτή, η κινητική φύση της FIA επιδρά θετικά, σε αντίθεση µε την ευαισθησία, στην εκλεκτικότητα µιας µεθόδου. Αυτό συµβαίνει γιατί το µικρό χρονικό διάστηµα που µεσολαβεί µεταξύ της έγχυσης και της ανίχνευσης δεν επιτρέπει την ανάπτυξη παράπλευρων αντιδράσεων σε µεγάλο βαθµό, σε αντίθεση µε τις µη αυτόµατες τεχνικές ή τις τεχνικές ισορροπίας. Επιπλέον, η εκλεκτικότητα µιας µεθόδου FIA µπορεί να αυξηθεί µε την αποτελεσµατική ενσωµάτωση διαχωριστικών τεχνικών χαµηλής πίεσης, όπως η διάχυση αερίων, η εκχύλιση στερεάς φάσης ή υγρού-υγρού, η διαπίδυση κ.α. 1.3.4. Ταυτόχρονος προσδιορισµός πολλών συστατικών Ο πιο συνηθισµένος τρόπος για τον προσδιορισµό περισσότερων του ενός συστατικών µε τη FIA, γίνεται µε βάση τις διαφορετικές ταχύτητες αντίδρασής τους σε δεδοµένο χηµικό σύστηµα. Χαρακτηριστικό παράδειγµα είναι ο ταυτόχρονος προσδιορισµός των ιόντων Mg(II) και Ca(II), χρησιµοποιώντας την

Aυτόµατοι αναλυτές FIA 19 τεχνική της FIA µε αναχαίτιση της ροής, που περιγράφεται στο κεφάλαιο 2 (σχήµα 2.6). Για τον ταυτόχρονο προσδιορισµό περισσοτέρων των δύο συστατικών σε πολύπλοκα δείγµατα, η ιδανικότερη προσέγγιση φαίνεται να είναι η σύζευξη της FIA µε τις διαχωριστικές τεχνικές, τα πλεονεκτήµατα της οποίας συζητήθηκαν αναλυτικά στη παράγραφο 1.2. 1.4. Αναλυτές διαδοχικών εγχύσεων η δεύτερη γενιά της FIA Τα δύο βασικά µειονεκτήµατα της FIA, σε σχέση µε την εφαρµογή της στον έλεγχο της ποιότητας των γραµµών παραγωγής, είναι αφενός η πολυπλοκότητα των διαγραµµάτων ροής πολλών µεθόδων και αφετέρου η συνεχής ροή των αντιδραστηρίων, µε αποτέλεσµα να απαιτείται η συχνή αντικατάστασή τους, ενώ παράγονται σηµαντικοί όγκοι αποβλήτων. Με σκοπό ακριβώς την αντιµετώπιση και την άρση των µειονεκτηµάτων αυτών, οι Ruzicka και Marshall εισήγαγαν πρόσφατα την τεχνική της ανάλυσης µε διαδοχικές εγχύσεις (SIA) [53]. H τεχνική αυτή τα τελευταία χρόνια έχει προκαλέσει το ενδιαφέρον των ερευνητών, µε αποτέλεσµα να έχουν δηµοσιευτεί περισσότερες από 200 εργασίες σε διεθνή περιοδικά (σχήµα 1.2 [54]). Η αρχή λειτουργίας της SIA φαίνεται στο σχήµα 1.3. Μέσω µιας βαλβίδας πολλών θέσεων, διαδοχικοί όγκοι δείγµατος (α) και αντιδραστηρίων (β) εισάγονται σε σπείραµα συγκράτησης µε τη βοήθεια µιας αντλίας (περισταλτικής ή τύπου σύριγγας). Στη συνέχεια οι ζώνες του δείγµατος και των αντιδραστηρίων προωθούνται προς τον ανιχνευτή, µέσω ενός σπειράµατος αντίδρασης. Το ανιχνεύσιµο προϊόν σχηµατίζεται στο επικαλυπτόµενο τµήµα των ζωνών του δείγµατος και των αντιδραστηρίων (γ). Τα πλεονεκτήµατα της SIA σε σχέση µε τη FIA µπορούν να συνοψισθούν στα εξής: 1. Όλες οι απαραίτητες διεργασίες του προσδιορισµού γίνονται σε µονοκαναλικό σύστηµα. 2. Η κατανάλωση των αντιδραστηρίων, και κατά συνέπεια οι όγκοι των παραγόµενων αποβλήτων, είναι σηµαντικά µικρότεροι, αφού τα αντιδραστήρια εισάγονται µέσω της βαλβίδας σε αυστηρά καθορισµένους όγκους και δεν ρέουν συνεχώς. 3. Οι βασικότερες γεωµετρικές παράµετροι των συστηµάτων SIA (όγκοι και ταχύτητες ροής) µπορούν να µεταβάλλονται εύκολα και γρήγορα µε τη βοήθεια ηλεκτρονικού υπολογιστή και κατάλληλου λογισµικού.

Aυτόµατοι αναλυτές FIA 20 Σχήµα 1.2. Αριθµός δηµοσιεύσεων µεθόδων SIA, κατά το χρονικό διάστηµα 1990 2001. α V β V γ V Σχήµα 1.3. Αρχή λειτουργίας SIA: V = βαλβίδα πολλών θέσεων, R = αντιδραστήριο, S = δείγµα, P = προϊόν. Τα κυριότερα µειονεκτήµατα της τεχνικής SIA, σε σχέση µε τη FIA, είναι η υψηλότερου κόστους οργανολογία (βαλβίδα πολλών θέσεων), καθώς και το γεγονός ότι η ενσωµάτωση σε συστήµατα SIA τεχνικών, όπως η εκχύλιση υγρούυγρού, η διαπίδυση και η διάχυση αερίων είναι αρκετά δύσκολη και απαιτεί τη χρήση επιπλέον αντλιών και καναλιών, µε αποτέλεσµα να περιορίζονται τα πλεονεκτήµατα της τεχνικής σε σχέση µε τη FIA.