5min時間，全面了解流動分析技術緣何成為熱點？
如果你的學生時代在實驗室度過，簡單重復的實驗操作是不是曾在某一刻讓你感到“靈感毀于繁瑣”？如果你負責的實驗室每天要做大量檢測，雖然干得熱火朝天，但檢測速度緩慢而且人為操作誤差頻出。這一刻，你是不是極度渴望找到更好的替代途徑？讀完這篇文章，相信你會找到答案。這里，筆者要與大家分享的是可以替代人工操作的流動分析技術。
流動分析技術（Flow Analysis）是20世紀50年代開發的一種濕化學方法，最初應用于生化分析，可顯著降低勞動強度，提高檢測效率；整個檢測過程由儀器自動完成，精密度比手工檢測更高。
隨著“國潮興起”，國產流動分析儀打破了國外產品的質量和價格優勢，使得流動分析檢測成本大幅度降低，為我國水質及環境監測多點布局提供了技術保障，并廣泛應用于食品檢測、臨床化驗、藥物分析、材料檢測等領域。下邊，我們就流動分析技術的前世今生及主要廠商產品的情況，為大家做一個分享，為大家選擇儀器時做一個參考。
兩種流動分析方法的主要特點和優勢
快速、準確、自動化、在線是現代分析儀器的發展方向。流動分析技術是將復雜的化學分析操作過程如消解、蒸餾、萃取、透析及離子交換等技術組合到流路體系中在線完成，將原來化學分析中間歇的手工操作自動化；在平衡或非平衡狀態下，用各種測量手段高效率地完成試樣的在線處理與定量測定，使一些反應過程復雜、檢測條件要求苛刻及操作繁瑣的分析方法變得簡單易行，形成獨特的測定方法。目前主流的流動分析技術分別為氣泡間隔連續流動分析（Segmented Continuous Flow Analysis，SCFA。國內稱為連續流動分析，即CFA）與流動注射分析技術（Flow Injection Analysis, FIA），兩者遵循的化學反應原理相同，區別在于儀器技術原理與適用范圍。
首先，讓我們從這兩種流動分析技術的前世今生說起，了解每種分析方法的技術特點和優勢：
連續流動分析 (CFA)
1957 年，美國的Technicon公司的工程師Skeggs提出了連續流動分析方法，該技術第一次把分析試樣與試劑從傳統的試管、燒杯容器中轉入管道中，試樣與試劑在連續流動中完成物理混合和化學反應。20世紀60-70年代，CFA在西方得到過一定程度的普及。
CFA的反應過程如下：通過蠕動泵壓縮不同內徑的彈性泵管,將取樣器自動吸取的樣品和試劑按比例吸入管路系統中并在一定條件下混勻、分離干擾物,保溫反應，顯色完全后測吸光度，用峰高定量，計算機處理分析結果。
分析過程中注入空氣或氮氣氣泡，將樣品流分隔成不同的片段流，每段發生相同的反應提高分析精度。氣泡的引入起到了間隔和清洗作用，降低了樣品之間的交叉污染，并獲得足夠長的時間使化學反應完全，從而確保了好的靈敏度和精度。適用范圍廣泛。反應條件的微小變化，如：溫度、流速、時間等，不會影響測試結果。
流動分析儀的主要代表公司包括：荷蘭Skalar的San++、德國Seal的AA500及國內的海光儀器的HGCF-200。
圖1 連續流動分析原理圖
流動注射分析 (FIA)
流動注射分析是基于連續流動分析技術建立的一項新技術。丹麥科學家Ruzicka和Hansen于1975年提出了流動注射分析，以滿足樣品量稀少、試劑昂貴、快速分析的市場檢測需求。
FIA把一定體積的試樣注入到一個連續的、無氣泡間隔的載流中，保證混合過程與反應時間的高度重現性，在非平衡狀態下高效率地完成了試樣的在線處理與測定，打破了幾百年來分析化學反應必須在化學平衡條件下完成的傳統。
FIA的分析過程是將樣品與試劑按照特定的順序和比例混合，在非完全反應的條件下進入流通池進行比色，用峰高或峰面積定量；試樣與試劑雖然不完全混合，但只要流速和留存時間完全一致，依然可得到重現性良好的分析結果。FIA反應速度快，可以在＜1min時間內完成對水質樣本的分析；而且FIA系統的反應管路較細，可以滿足進樣量小的要求，但儀器設計精密、復雜，對反應條件要求嚴格。作為一種新興的技術，FIA雖然對檢測樣本和檢測環境要求相對嚴格，但瑕不掩瑜，毋庸置疑FIA在流動分析流域的優勢和發展前景。值得一提的是，FIA國內市場主要是國產品牌，價格較低，性價比高，目前國內市場的品牌主要有：哈希Quickchem 8500S2，寶德儀器的BDFIA-8600，吉天的iFIA7，譜育的SUPEC 5010及海光儀器的HGFI-10等。
圖2 流動注射分析原理圖
兩種流動分析技術的特點與區別
下邊，就兩種流動分析技術的特點和區別，做一個簡單的介紹：
樣品注射方式和管路
圖3 CFA注入方式
CFA把樣品和試劑通過蠕動泵帶動直接轉到管道中，對樣品類型和試劑要求不高，適用面相對較廣，樣品和試劑在連續流動中完全物理混合與化學反應。使用的管路較粗（≥1mm）。
圖4 FIA注入方式
FIA把一定體積的樣品通過進樣閥加入到無氣泡的流動試劑中，利用混合過程與反應時間的重現性，在非平衡狀態下完成樣品的在線測定。FIA管路較細（≤1mm），系統壓力無需太高，同時可以節約試劑和樣品消耗，但管路細也帶來了檢測前處理的更高要求。
是否引入氣泡
圖5 CFA注入氣泡分散情況
CFA注入空氣氣泡，使反應更加直觀，利于觀察操作的正確性；氣泡之間形成微循環，加快完全反應進程和減少樣品殘留、避免了樣品間的擴散與帶過，提高分辨率。氣泡間隔大大降低了管路的壁源效應，降低了攜帶污染。氣泡間隔可以獲得足夠長的時間和使用大的反應管內徑使化學反應完全。一般來說，氣泡需要在到達流通池之前去掉（即物理除泡），增加了儀器構造的復雜性。但Seal的產品主要推薦用軟件自動識別，即軟件屏蔽了氣泡經過光度計時的信號。
FIA沒有氣泡會造成樣品散開，對生產廠家在儀器設計的精密性提出更高的要求。
圖6 FIA無氣泡分散情況
反應是否完全
圖7 兩種流動分析檢測點
由上圖可知，CFA是完全反應后的穩態檢測，反應流中的物質濃度是穩定的，不隨時間變化而改變，穩態是流動分析達到高穩定性和靈敏性的重要因素，與傳統化學分析的平衡體系一樣，這個時候測量的是最大吸光值，低濃度分析靈敏度好，樣品的空白和混濁影響很低。但達到穩態是需要時間的，這在一定程度上影響了CFA的檢測效率；FIA拋棄了傳統的建立在平衡體系基礎上的穩態概念，樣品在檢測時尚未達到化學和物理的平衡，是非完全反應的非穩態檢測，通過控制流速和留存時間及環境溫度來獲得穩定、快速的檢測結果；但FIA短的反應時間容易造成低濃度測值不可靠；而樣品的背景干擾和混濁也會影響檢測結果。
流動分析儀的市場預測
在應用領域，流動分析儀是在線水質監測儀器的必要補充，它可以在實驗室準確、快速對不同水樣進行分析檢測。
連續流動分析和流動注射分析各有特點和優勢，不分仲伯，以滿足不同細分領域的技術檢測需求。
根據“中國政府采購網”發布的中標信息顯示，不完全統計，在過去的半年里，有800多個政府采購項目發布了關于流動分析儀（包括CFA和FIA）的招標公告，涉及水質監測（包括自來水公司和水文局）、環境監測、高校、疾控中心、煙草、土壤、植物、肥料、紅酒、啤酒、食品、醫院等分析領域。這里不包括第三方采購數據。
2020疫情之下，流動分析儀市場比較火爆，各級疾控采購了不少儀器。但在一般情況下，國內市場的年銷售量大約是1000臺（模塊）左右，銷售額在2~3個億以上，市場還會再進一步發展擴大。我國流動分析儀器市場目前僅被少數幾個國外品牌和國產品牌所占有，目前國內品牌的價格平均三四十萬/臺，而進口品牌平均價格七八十萬/臺。
流動分析技術的標準建設
建立流動分析儀器的技術標準，是推動我國流動分析儀器市場健康發展的必然需求。
近十年來，流動分析技術相關標準的制修訂在有條不紊地持續進行。據統計，已頒布流動分析技術相關的推薦標準有30余項，涉及國家（推薦）標準和方方面面的行業標準，包括：GB/T（主要針對肥料和食品）、SN（出入境）、HJ（環境）、NY（農業）、YC（煙草）、EJ（核）、SL（水利）、YS（有色）、CJ（城建）、（HY）海洋、地方標準（DB）和團體標準（T），以及ISO（國際標準）。
目前頒布的標準對兩種流動分析技術有所側重。如，中科院發布的《中國生態系統研究網絡觀測與分析標準方法》推薦使用連續流動分析方法（即書中提及的各類自動比色法），該標準方法主要用于生態調查，在高校和科研單位相關領域具有一定影響力。此外，今年頒布實施得2項應用于地下水質檢測的DZ（地質）行業標準推薦的是流動注射在線蒸餾法。環境監測是流動分析儀的主要應用領域，HJ行業標準方法支持連續流動-分光光度法和流動注射-分光光度法在環境監測領域的應用，但流動注射技術的標準有8個，連續流動分析技術的標準只有3個。FIA雖然擁有眾多行業標準，但卻缺乏煙草和農業標準，直接影響了該技術在這些檢測行業的應用，相信FIA的生產企業也在秣馬厲兵為進軍這些行業做標準上的準備。
值得關注的是，雖然流動分析技術來源于生化分析儀，但在生物醫藥領域的應用很少，僅有的應用方向是原材料的抗生素等指標的檢測，所以目前尚無醫藥行業的標準頒布。需要有關部門牽頭推動相關標準的制定，以規范該行業檢測市場。
流動分析儀器的主要廠家
流動分析技術在我國不像其他技術一樣普及，但依然有很大的市場潛力。隨著國產化進程的加速，間接促使了外國品牌在我國市場的價格的平民化。目前我國流動分析儀器主要包括FIA和CFA。
流動分析儀的應用從檢測水質中的氨氮開始，檢測范圍逐步擴大，檢測項目越來越多，近年來開始檢測水質的Mn和Cr元素的檢測。為更好的適應市場，避免同質化競爭，企業都在從多角度改進流動分析儀器，比如從數據讀出方式、前處理環節、進樣環節等。下邊，就每個公司的拳頭產品做一介紹：
荷蘭Skalar（斯卡拉）：CFA
說到CFA，必須提到全球濕化學行業的領先者——荷蘭的Skalar分析儀器公司，其在是化學自動分析領域具有50多年的研發和制造經驗。近些年，Skalar推出了San系列產品，其中著名的San++，采用模塊化設計、靈活多樣的配置滿足不同實驗室的需求。儀器基于連續流動的技術，多通道的設計使系統可同時對同一樣品同時進行多項的檢測，每個樣本可以檢測多達16個指標。San++是集適用性和多功能性于一體的全自動化學分析儀器，可完成從開機、停機、稀釋、重復、清洗到原始數據儲存的過程全部自動化。San++能滿足上千個指標的自動化分析，分析的項目包括簡單的氨氮、氯化物、硝酸鹽等項目到復雜的總氰化物、揮發酚、陰離子洗滌劑、總磷、總氮等等。
圖8 Skalar的San++連續流動分析儀
德國SEAL（水爾）：CFA
德國SEAL公司在連續流動分析儀的應用方面擁有超過50年的經驗。SEAL在2006年收購了德國Bran+Luebbe的連續流動分析業務，而Bran+Luebbe此前收購的Technicon公司，是第一家將連續流動分析技術商業化的公司。Technicon的AutoAnalyzer世界聞名，也是大多數USEPA自動比色分析方法標準的編寫依據。這一經驗持續推動SEAL領導多通道流動分析技術和儀器的研究和開發。
SEAL AA3連續流動分析儀是用戶基礎較多、使用廣泛的連續流動分析儀。它應用了氣泡片段流動技術的所有優點，采用模塊化的設計，配置靈活。大量應用于海水、自來水、地表水、污水、煙草、土壤和植株、肥料、食品和其他工業樣品的自動檢測，應用方法超過1500多種。SEAL AA500連續流動分析儀繼承了AA3的優點，并且可以實現高度自動化的控制，達到真正的無人值守操作。
圖9 SEAL AA500連續流動分析儀
海光儀器：CFA和FIA
海光儀器繼承和發揚了Skalar和SEAL的技術優勢，2018年推出HGCF-100系列連續流動分析儀，并獲ANTOP 2018流動分析創新獎。HGCF是連續流動分析儀器的國產品牌代表，被認為可以完全實現國產替代。
2021年，海光推出HGCF-200系列連續流動分析儀新品，并獲得2021年BCEIA金獎。
HGCF-200系列連續流動分析儀配有不同功能模塊的儀器均包含獨立的試劑管理系統、蠕動泵、化學反應模塊、CCD檢測器及與化學反應配套的控制電路等，可靈活配備多種自動進樣器，所有功能及分析過程均由自主開發的工作軟件控制。該產品適用于各種水質、煙草、土壤、肥料、食品、牛奶及制品等，可實現對總氰化物、氰化物、揮發酚、陰離子洗滌劑、氨氮、磷酸鹽、總磷、總氮、硫化物、六價鉻、硝酸鹽、亞硝酸鹽、高錳酸鹽指數、尿素等多種項目的全自動分析。
圖10 海光HGCF-200系列連續流動分析儀
海光儀器不僅有基于CFA原理的連續流動分析儀，同時還推出了FIA流動注射分析儀。
HGFI-10流動注射分析儀是具有樣品在線前處理功能的多通道全自動流動注射分析儀。儀器由多參數分析通道、自動進樣器、軟件工作站組成。其中每個分析通道具有獨立蠕動泵、化學分析模板、光電檢測器、系統控制和信號采集電路。通道內置該方法需要的在線加熱、在線蒸餾、在線紫外消解和在線萃取裝置等，由軟件控置化學反應過程。各通道之間完全獨立，更換分析方法無需改變硬件。軟件工作站支持多通道同時檢測。
圖11 海光HGFI-10流動注射分析儀
哈希：FIA
Lachat公司從1978年起就開始生產FIA連續流動注射分析商品儀器。哈希HACH公司旗下品牌Lachat公司生產的Quickchem 8500S2（簡稱QC8500S2）型連續流動注射分析儀，采用模塊化設計，由計算機控制，實現大批量樣品、多種檢測項目同時全自動快速、準確分析，同時消除樣品間的交叉污染。
圖12 Quickchem 8500S2型連續流動注射分析儀
寶德儀器：FIA
寶德儀器在流動注射分析儀上是后來者居上，不斷在產品創新上實現突破，近年來連續推出了多種型號的流動注射分析儀，其中2019年推出的BDFIA-8600全自動流動注射分析儀，獲得了當年的BCEIA金獎。
該儀器有兩大突出特點：一是一體化設計，集取樣（自動進樣器）、反應、檢測于一體，真正實現了多通道多組份的同時分析，即每個模塊都有自己獨立的自動進樣裝置，這在國內外都屬于首創。獨立進樣在實際應用中的優勢非常明顯，可以滿足多個技術人員同時檢測不同的項目；另一大特點是內置樣品稀釋裝置，可自動稀釋并制備工作曲線，實現了實時在線稀釋高濃度樣品，儀器無需停工等待，大幅提高工作效率。此外BDFIA-8600還實現了漏液報警、廢液溢出報警、液面跟蹤、遠程診斷和用戶端手機APP監控等功能，進一步提高了儀器的自動化和智能化。
圖13 寶德 BDFIA-8600全自動流動注射分析儀
吉天儀器：FIA
吉天儀器可以說是國內較早開發流動注射儀的公司，開發了iFIA7等一系列全自動多參數流動注射分析儀。近些年，吉天開始向便攜和現場檢測流動注射儀方向發展。
圖14 M-lab iFIA5便攜式流動分析儀
2020年吉天推出了M-lab iFIA5便攜式流動分析儀，該儀器基于流動注射（FIA）—分光光度法的原理，采用智能流路控制系統，自動分配分析流路及前處理模塊、更加準確地控制注入樣品的體積和液體流速，極大的提高了檢測的精度和重現性。該儀器方便攜帶至檢測現場，也可裝備于應急監測車和監測船，具有運輸便捷、運行穩定、抗震性好等優勢，廣泛應用于環境水體中污染物及有毒物成分的應急檢測。
圖15 M-lab RC-800流動走航監測無人船
新一代流動走航監測無人船，采用采用快速定性篩查＋準確定量模式，全譜直讀，同時采用FIA流動注射原理精準定量及遙感在線監測新技術，高碳纖維材質單體船設計，船體靈活小巧，排水量小，可以適用于各個河湖領域的在線監測，同時具有防撞，防磨損，防腐蝕等特性。實時在線監測河湖水中pH、電導率、溶解氧、葉綠素、總氮、總磷等指標，可應用于河道、湖泊、江川、近海等不同場景。
譜育科技：FIA
圖16 SUPEC 5010 全自動流動注射分析儀
流動分析儀的發展前景吸引了眾多儀器公司布局。譜育科技在近年也開始進軍流動分析儀市場，推出了SUPEC 5010系列流動注射分析儀，該儀器采用模塊化與標準化設計，每個通道由進樣模塊、化學反應模塊、檢測模塊及多通道模塊等組成。可搭配不同型號的自動進樣器，用于常規實驗室；配合便攜箱，用于現場應急監測。實現批量自動、在線連續檢測。SUPEC 5010可實現不同水質（飲用水、污水、海水等）中高錳酸鹽指數、總磷、總氮、氨氮、陰離子表面活性劑、揮發酚、總氰化物、硫化物等常規多參數獨立并行分析。輕巧的體積與重量設計可滿足實驗室內和便攜檢測需求。
400-6699-117 轉 9898
