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致谢14
参考文献15
浅析SKALAR流动分析仪在水质监测中的应用
摘要
水质监测是污染预警，污染物监测和治理效果评定等的重要工作方式。
水污染是个环境紧迫性问题，传统的水质监测已很难适应当前我国水污染防治工作的需要。
传统水质监测是在实验室人工分析，不仅耗时耗力，而且在数据精确度以及实时性等方面也存在不足。
因为这样的缺点，监测行业不断地引进先进的高精密仪器设备进行样品分析。
仪器设备以快速，连续，准确等特点在监测工作中占据主导地位。
本文主要介绍了SKALAR流动分析仪的性能参数、仪器构造、特点及其在水质监测中的应用，并将仪器监测与手工监测进行一个对比分析，阐述仪器监测的实用性及方便性；
同时，对在实际应用中出现的问题提出了解决办法，希望在未来的水质监测中，自动流动分析仪能实现标准化。
关键词：
流动分析仪；
水质分类；
水质监测；
应用
前言
研究的目的：
随着我国水质监测行业的不断发展壮大，高精密仪器及其监测技术在监测工作中不断加强，本文通过研究发现，SKALAR流动分析仪在氰化物，挥发酚，阴离子表面活性剂（也称LAS）的测定工作中，可以大大减轻人工操作的工作量，缩短测定时间，提高监测数据的准确度，为公众提供更为及时可靠的监测数据。
研究的意义：
研究SKALAR流动分析仪在实际应用中可能出现的不稳定因素，分析在实际运用中峰形图出现的问题，弄清机器故障的原因，从而让流动分析仪能更好地运用到实际监测工作当中。
研究的范围：
SKALAR流动分析仪监测水质中挥发酚，氰化物，阴离子表面活性剂的实际使用情况，并研究SKALAR流动分析仪在水质监测中出现的问题及其原因等。
1SKALAR自动分析仪概况介绍
1.1选题背景：
随着我国水质监测行业的不断发展壮大，生产技术也变得日新月异，水质分析逐渐青睐于高精密仪器分析。
常规水质分析对环境保护和监督管理至关重要，其分析数据的快速、准确直接影响着监督管理的实施，对分析质量控制起着重要作用。
韶关环境监测中心站，从荷兰引进的目前水利行业配置最多通道的SKALAR自动分析仪，能够对水中挥发酚、氰化物，阴离子表面活性剂等项目进行全分析。
经过一年多的调试和应用，SKALAR自动分析仪的3个测试通道已经在使用。
使实验室工作基本达到了自动化，可对生产中大量样品进行快速、准确、低消耗的综合测试，使生产和质量保证实现系统一体多元化。
1.2SKALAR流动分析仪的介绍
SKALAR流动分析仪原理：
SKALAR自动分析仪是采用连续流动的方法通过蠕动泵压缩不同管径的泵管，一直将试剂和试样按比例吸入管路系统中并在一定条件下混匀，分离干扰物，保温反应，显色后流动检测吸光度，通过计算机分析处理得到结果，分析过程中引入空气泡作为样品间隔及管路清洗，这样就大大降低了一般分析方法的工作量。
1.2.1SKALAR流动分析仪的特点
SKALAR流动分析仪有以下几大特点：
（1）自动化程度高，一次检测样品多，三维随机自动进样器，60个样品位；
（2）分析速度快、可利用同一样品分析多个项目样品分析速度快；
（3）每一个分析通道100%独立。
（4）更灵敏的检测系统，采用了新型的高分辨率数字式光度计，使得检测范围更宽，从低的ppb级到高的ppm水平；
（5）独立的触摸式液晶显示屏；
（6）基于Windows视窗下的软件包，完全实现自动化控制，数据自动采集，QC/CLP控制及执行21CFRPart11规则；
（7）对超标样可自动预稀释或事后稀释；
（8）可自动配制工作标准系列；
（9）模块更换方便性；
（10）无人监控系统全自动启动和关闭，过夜运行或结束后自我保护以延长泵管寿命；
（11）符合ISO、EPA、AOAC、DIN、AFNOR、COFRAC等标准。
1.2.2SKALAR流动分析仪构造
1.2.2.1取样器部分
微机控制随机存取取样器将样品引入系统内。
它可容纳60份样品，4个活动样品架，使样品的增减变得简便易行。
同时还有11个独立的标准液和空白液储存瓶。
取样器对超程样品和测过样品自动预稀释和再稀释。
取样器可独立操作或通过计算机控制。
1.2.2.2化学反应部分
1、一个化学单元可容纳4个反应模板，若并联4个化学单元，可将反应模板拓展到16个。
化学单元的建立能保障可靠、无故障的操作；
并为分析过程自动化及用途的选择提供最大的灵活性。
32道口的比例蠕动泵有内装渗漏检测器、空气泵和冷却风扇；
手动或自动计算机冲洗阀可作为选用部件，用以进行试剂和冲洗液之间的快速更换。
2、化学反应模板可根据用户要求，增加在线紫外消化器、蒸馏、溶剂萃取和加热反应器；
检测头紧挨化学单元以避免延迟，从而提高分析精度。
3、泵的自动结构安装，保证长期使用的最大正常运行时间；
水平型模块化设计和可拆式泵盖板，使检修更简便灵活；
新型SANplus双桥式泵管设计，便于维护，其寿命长一般泵管两倍。
高精度稳定可靠的蠕动泵，每个化学反应单元安装有一个或两个蠕动泵，每个泵可接16根泵管，每分钟30转。
泵速三档可调，具有快速启动和关闭的优点。
1.2.2.3检测器部分
1、双光束光度计，是流动分析中的独特设计，具有双光束结构，便于样品进行自动背景扣除校正。
5-50mm自调整比色池使操作简便，更换迅速；
检测器上独立的滤光片具有340-1100nm的波长范围。
2、其它检测器选择配置：
根据应用的不同，可选择配置不同的检测器，并配有相应记录器进行数据输出：
光度计（UV-VIS-IR）、荧光光度计、HPLC高效液相色谱、火焰光度计、AAS原子吸收光谱、pH\ISE计、密度计、折光光度计
3数字双通道分光光度计检测器，显色或褪色反应后的样品流进入检测器的流动比色池，脱泡方式可采用物理除泡或电子除泡。
每个检测头安装有两个滤光片和两个流动比色池，可同时检测两个化学分析模板出来的不同样品流。
1.2.2.4数据处理部分
FlowAccess™软件：
由FlowAccess™操作软件来控制。
FlowAccess™是在skalar几十年的流动分析经验的基础上设计出的全自动化的软件包，功能全面，对所有部件全面控制，适应性强。
在微软视窗下运行的FlowAccess软件包，使San++分析仪彻底实现“自动化”概念：
全自动控制分析仪各部件运转，准确进行数据处理，完整的QC/CLP控制，用户自定的报告格式及完全符合21CFRPart11安全记录规则，易于转换到LIMS文本或电子表格方便上传，适应现代化实验室联网。
［1］
1、系列数据处理系统对16个通道数据同时进行计算机处理（IBMPS-2/HPVectra）所有通道均显示于计算机屏幕上。
配置自动控制系统，可以在工作时间外进行无人监控运行。
系统对超浓样品自动稀释，对所有通道进行自动基线扣除和灵敏度校正。
2、数据系统储存所有原始数据，进行后操作、归档、记录读写和报告编写；
所有通道上的标准曲线再生和一次、二次回归方程的计算公式为其标准计算结果。
1.2.3SKALAR流动分析仪主要应用领域
SKALAR流动分析仪的应用领域非常广泛，包括了水质监测、烟草、食品（啤酒、葡萄酒）土壤/植物及化肥其中水质（饮用水、地表水、废水、海水）涵盖了：
氨氮、硝态氮、亚硝态氮、磷酸盐、氯化物、六价铬、总氮、总磷、挥发酚、氰化物、阴离子表面活性剂、硅酸盐、硫酸盐、硫化物、氟化物、酸度、碱度、硬度、TOC、COD、甲醛、尿素、钾、铁、锰、铝、铜、锌、锂、钠、镁、钙等。
这里我们只阐述水质中挥发酚、氰化物、阴离子表面活性剂三个模块的应用情况。
监测站的SKALAR流动分析仪共有4个模块，但只开设了三个模块，这三个模块分别监测水质中挥发酚、氰化物、阴离子表面活性剂。
根据以上信息显示：
SKALAR流动分析仪是高精密仪器设备，适用于水质监测且数据准确，方便快捷，性价比高，但投入成本很大，至少得100多万元。
一般的污水厂或私营企业所需监测的项目较少，不建议引入高精密仪器进行监测。
对于以环境监测为重任的监测站具备SKALAR流动分析仪是可行的，因为监测站监测项目类型和数量众多，使用流动分析仪可对生产中大量样品进行快速、准确、低消耗的综合测试，使生产和质量保证实现系统一体多元化。
省时省力，结果精确。
2SKALAR流动分析仪实际使用案例分析
本文以SKALAR流动分析仪在韶关地区水质监测中的应用为例，来分析SKALAR流动分析仪在水质监测工作中取到的作用，论述其实际使用过程中的优势，并研究SKALAR流动分析仪在实际监测工作中存在的不稳定因素，分析其原因，以达到扬长避短，最终实现SKALAR流动分析仪在水质监测中的良好运用。
2.1项目概况介绍
韶关地属于广东省粤北地区以河流为主，属中亚热带湿润型季风气候区，河流水体功能区尚好。
常规监测的水质分类：
主要分为生活污水，工业废水，地表水以及雨水。
水质监测的重要性：
在环境保护工作中，环境监测起着不可或缺的作用，它可以对影响环境质量的各因素进行科学的测定，为环境保护做出了指向性的作用。
水质监测属于环境监测的一种，水质监测是对水质样品的污染物的组成进行鉴定和测试，其目的是全面，及时，准确地水质情况，趋势和对环境产生的影响。
流动分析仪能监测的项目：
如上介绍流动分析仪可监测的项目众多，但在韶关监测站只使用了三个模块用于监测挥发酚，氰化物，阴离子表面活性剂，还有一个模块待定当中。
之所以选择挥发酚，氰化物，阴离子表面活性剂这三种项目是考虑到其他项目监测时可能需要用到有毒性和腐蚀性较强的试剂，这样就会损坏流动分析仪的管路，要经常换管耗费成本高。
根据环境监测在环境保护中起到的重要作用，为更加完善监测体系，配备高精密的监测仪器是十分有必要的。
而根据韶关环境监测站自身情况和韶关市的水质情况，目前来说流动分析仪只进行了三个项目的测试。
投入使用一年，还有很多经验尚不足，在努力摸索和尝试当中。
2.2SKALAR流动分析仪的使用情况分析
2.2.1在挥发酚分析工作中的情况
利用流动分析仪操作简捷，检测限低，线性范围宽，结果准确，灵敏度高，适用性强。
水中挥发酚类化合物的检测基本原理：
用在线蒸馏的方法使挥发性酚类化合物蒸馏，并与干扰物质和固定剂分离，被蒸馏出的酚类化合物，在pill0．0±
O．2的介质中，在铁氰化钾的存在下，与4-氨基安替比林反应生成橙红色的安替比林染料，在510nm的波长下被检测。
[2]三个模块当中挥发酚是相对稳定的，初步探明是由于挥发酚所需试剂是现用现配纯度高，而且水质中的挥发酚浓度低，峰形图中的峰形变化较为稳定。
经地表水、生活饮用水、地下水、生活污水和工业废水测定比对,挥发酚的校准曲线、平行样偏差、盲样考核、加标回收率［3］均可满足质量控制要求,仪器稳定性较高。
工作曲线一般情况下较为准确，但有时也会有误差，问题出于试剂，峰形图等情况。
目前来说能做到0.9999的情况相对较少。
挥发酚曲线［4］图如下：
图2-1
2.2.2氰化物的分析情况
水中痕最的氰化物的检测基本原理：
在pH3．8的介质中，通过在线蒸馏将简单氰化物及部分络合氰化物以氰化氢形式蒸馏出，与其他干扰物分离开，气态的氢氰酸通过气体渗透膜，被氢氧化钠溶液吸收，在中性缓冲溶液条件下，氰离子和氯胺T的活性氯反应生成氯化氰，氯化氰与异烟酸反应生成戊烯二醛，戊烯二醛与两个巴比妥酸分子缩合生成红紫色染料，在600nm进行比色测定。
[2]在使用过程中发现，氰化物的峰形图［5］相对没有那么稳定，有时候基线不平稳。
经过换试剂，换管路，调整进样流速等多种控制变量法后发现，可能由于氰化物浓度高，引起峰值变化幅度大。
氰化物的曲线图如下：
图2-2
2.2.3阴离子表面活性剂的分析情况
阴离子表面活性剂测定原理：
阳离子染料亚甲蓝与阴离子表面活性剂作用生成蓝色的盐类统称亚甲蓝活性物质（MBAS）该生成物可被氯仿萃取其色度与浓度成正比用分光光度计在波长652nm处测量氯仿层的吸光度。
[2]在测定前应将水样预先经中速定性滤纸过滤以去除悬浮物吸附在悬浮物上的表面活性剂不计在内。
利用SKALAR流动分析仪测试阴离子表面活性剂，曲线较为精确，峰形图较为稳定，异常情况较少出现。
阴离子表面活性剂的曲线图如下：
根据上面例子显示可知，运用流动分析仪进行大批量的样品测试，可减少手工操作带来的繁琐，繁重，耗时，耗力，出现人为误差等等不利因数。
流动分析仪的自动化省去了要人力去进行样品消解，分析和测吸光值等过程。
省去了手工操作所要用的各种仪器，如分液漏斗，索氏抽提器，玻璃器皿等取而代之是一个一整套的连续的流动分析仪，所有任务一站式完成。
在测试结果和曲线的制作上都是精确度较高的。
2.3SKALAR流动分析仪使用过程中出现的异常情况分析
2.3.1管路堵塞，破损：
由于流动分析仪管路直径超小，试剂或样品中含有杂质就会造成管路的堵塞。
通常我们在配制试剂的时候需要看看试剂中是否含有颗粒物质，如有一定要经过滤纸过滤。
例如挥发酚的试剂放久了会长菌，所以一定要过滤之后才能使用。
测试的样品中，有些污废水含有悬浮物或者杂质较多，测试之前一定要经过微孔滤膜过滤，否则堵塞管路将严重影响分析实验。
管路破损通常发生在压力泵下面的管路，压力泵的工作受力使得压在下面的管路易于破损，所以要经常观察压力泵下的管路有无损坏，有则要更换。
2.3.2峰形图出峰异常：
峰形图出峰异常有多重情况，这里就列举韶关监测站的几种常见情况。
基线走不平稳，常见原因是有气泡。
每次重新走基线时，一定要先通一段时间纯水，清除管路中的气泡和杂质，排掉一段时间空气。
峰值飙高，此情况多出现于氰化物的峰形图。
常见原因为试剂问题和氰化物浓度太高。
所用试剂要严格遵照国标试剂配制手册进行配制。
氰化物浓度高是水样问题，不可避免，分析的时候注意是什么样品即可。
出峰不明显，这个问题监测站专门请了仪器工程师来研究。
通过控制变量法考虑到几种情况：
试剂，样品浓度以及压力泵，而根本原因还在追查当中。
2.3.3试剂配制及不同牌子的试剂用于监测结果也会不近相同：
试剂的配制会因工作人员的不同而有些许误差，或者因试剂质量本身问题也会造成配制出来的试剂纯度不够高。
做实验的时候要尽量减少人为误差，看清试剂期限等等。
我们试验过，不同牌子的试剂配制出来的试剂溶液也不尽相同，所以在购买各种试剂时最好对比不同厂家的质量，或者参考用过相关试剂的其他单位工作者的意见。
2.3.4氮气罐中残留气体的影响
注意氮气罐中是否还有气体，如无气体则需提前准备。
不能在流动分析仪开机使用时更换氮气罐。
使用时检查氮气罐的压力有上升，关机时要检查氮气罐有无关阀门。
注意阀门未关就会漏气。
2.4实际操作经验对SKALAR流动分析仪测试结果的影响：
（1）不能过长时间使用，会影响测试的结果，缩短仪器寿命。
（2）要用高纯度试剂做实验,试剂有杂质堵塞管路，试剂含量不正确会影响吸光度测量。
（3）管路一般半年换一次，但如发现有磨损或者参进了其它与实验无关的试剂，污染物，漏液就要更换管路。
（4）一定要严格按照仪器使用步骤进行操作，如开机前要先开气等等。
（5）每次开机使用新鲜的纯水或蒸馏水。
（6）当泵管内有强酸强碱（2N以上）时，运行泵不要使用快速。
当方法中使用了强酸强碱，使用正常速度用水润洗管路。
这样可以由于消除链接处松开而喷出腐蚀性液体。
3结论和展望
根据上述分析得出结论：
1、根据我国环境监测行业的发展需要，建议有条件的监测站或企业使用流动分析仪进行多种项目的测试。
2、与手工操作相比极大的提高了工作效率。
目前，在分析工作中，多数分析工作者仍然采用手工前处理样品（消解、蒸馏、萃取等）后进行分析，操作繁琐费时，劳动人员工作强度大，还要大量接触有毒有害的试剂。
与手工操作相比极大的提高了工作效率。
流动分析仪将实验室中诸如加液、稀释、混合、分离等的手工操作模式自动化，仪器配备的在线分析模块，可实现总磷、总氮、氰化物、挥发酚、阴离子表面活性剂等化合物的在线蒸馏，在线萃取，在线离子交换等分析，其指标基本达到国标水平，仪器性能稳定可靠，操作简单方便，仪器精密度高，准确性好，多通道同时测定，极大地节约了分析时间，降低了操作人员的劳动强度，提高了工作效率。
必将广泛地应用在地表水、饮用水、污水和工业废水等方面的分析当中。
3、据韶关监测站使用经验分析，流动分析仪的劣势在于，成本高价钱昂贵，使用要细致，维护要得当，不确定因素仍然存在。
如曲线很难达到0.9999，峰形图异常现象时有发生。
但总体来说，利用高紧密仪器的分析样品优盛于手工操作。
SKALAR流动分析仪改进之处，在分析样品前设计自动配置试剂的装置，不用人工配试剂方便快捷，所配试剂减少人为误差又能根据仪器实时需要进行调整。
这样才能让流动分析仪达到一体化全自动和高效能。
展望：
引入先进的流动分析仪技术，提高监测人员的技术能力，将大大推进我国环境监测行业的发展；
改进流动分析仪的不足，将让分析行业发展的更宽广！
致谢
特别鸣谢韶关环境监测站提供的实习平台，让我了解到SKALAR流动分析仪使用，收集到不少流动分析仪实操的材料；
感谢钟剑平和蔡畅老师的辛勤指导，通过他们的指导，我整理归纳出一篇完整的论文，将观点明确的阐述，学会了很多写论文的方法。
参考文献：
[1]荷兰SKALAR流动分析仪操作手册荷兰SKALAR公司随机资料
[2]国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会编《水和废水监测分析方法》（第4版）（增补版）北京中国环境科学出版社2002-12-1
[3]中国环境监测总站环境水质监测质量保证手册编写组编《环境水质监测质量保证手册》（第2版）北京化学工业出版社
[4]标准曲线绘制配制北京中国环境监测期刊2008年第3期
[5]SKALAR流动分析仪在黄河水质挥发酚氰化物的应用研究丁丹丹程晓明程迎春编山东山东大学学报2011（4），47-48
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