Ezen a területen kétféle koncepció létezik. A diszkrét analizátorokban az elemzés minden egyes mintára külön-külön (pl. külön mérőcsatornában, egymás után robotizált lépések révén, futószalagon, stb.) valósul meg. Ezt az irányzatot képviselik például a centrifugális analizátorok. Az áramlásos rendszerekben egy folyadékáramlásba injektáljuk a mintákat és reagenseket egymás után, amelyek ugyanazokon az eszközökön, mintaelőkészítési, mérési lépéseken mennek keresztül; a minták előrehaladását a rendszerben a vivőközeg biztosítja. Az alábbiakban csak az utóbbi, elterjedtebb módszert mutatjuk be röviden.

Ma az áramlásos rendszerű analizátoroknak három válfaja ismert: szegmentált áramlásos analizátor (segmented flow analyzer, SFA), folyadék injektálásos analizátor (flow injection analyzer, FIA) és szekvenciális injektálásos analizátor (sequential flow analyzer, SIA).

Az SFA analizátort a TechniCon cég vezette be az 1950-es években és azóta is elterjedten alkalmazzák, főként a klinikai analízis területén. Ez a rendszer beinjektált minták diszperziójának megakadályozására és részben a reagenssel való hatékonyabb elkeveredés érdekében levegő (vagy inert gáz) buborékokat alkalmaz. Ennek a megoldásnak leginkább az az előnye, hogy minden folyadék szegmensben (egy buboréktól egy másik buborékig tartó szakasz) idővel stacioner állapot áll be és a teljes csőhossz nem befolyásolja a működést. Hátránya viszont, hogy a gázbuborékok összenyomhatósága miatt a rendszerben a minták mérésének időzítése kevésbé reprodukálható.

A FIA koncepciót két dán kutató vezette be 1970-es években (Jaromir Ruzička és Elo Hansen). A koncepció újdonsága, hogy szegmentálatlan folyadékáramlással dolgozik és „kontrollált diszperziót” alkalmaz. Ebben a rendszerben a folyadékok összenyomhatatlansága miatt az előrehaladás során nagymértékben reprodukálható tranziens koncentrációgradiens jön létre a csőben. A diszperziót a csőhosszal és az áramlási sebességgel szabályozza. Kvantitatív meghatározásnál a koncentráció mérése a tranziens koncentrációgörbe bármely pontján elvégezhető, noha a legérzékenyebb eset nyilván az, amikor a maximumon mérünk. A FIA kinetikai lehetőségeket is rejt magában.

A SIA valójában egy második generációs FIA koncepció, amelyet J. Ruzička és G.D. Marshall 1990-ben javasolt. Az elképzelés elsődleges célja, hogy leegyszerűsítse a csőrendszert és tovább csökkentse az oldószerfogyasztást (főleg a vivőközegét). A koncepció lényege az, hogy egy dugattyús (fecskendő) pumpa egy tároló csőszakaszba (tekercsbe) szívja fel egymás után a mintát és a reagenseket, majd a folyadékáramlás iránya megfordul és a folyadék a tárolótekercsből a reakciótekercs felé pumpálódik. Az elképzelés az előnyök mellett hátrányokkal is bír, így például csak egyszerűbb mintaelőkészítési feladatokat képes megoldani.

A továbbiakban elterjedtsége miatt csak a FIA elrendezésekről írunk.

Az áramlásos rendszerű analizátorokban a minta egy folyamatos folyadékáramlásba kerül bele injektálás révén (pl. a HPLC technikából ismert hatutas adagolószeleppel). A mintához hozzákeverik a szükséges reagenseket (egyszerű T vagy Y csőszakaszok segítségével) és elegendő reakcióidőt hagynak egy csőreaktorban (csomózott vagy tekercs alakú kivitel) való áthaladás révén, végül az oldat átfolyik a detektoron. A folyamatos folyadékáramot perisztaltikus pumpa biztosítja. A módszer minták sorozatos elemzésére jól alkalmazható, könnyen automatizálható.

Egy folyadék injektálásos rendszerű automata analizátor (FIA) felépítésének sémája

Az áramló közeg állandó térfogatáramát perisztaltikus pumpával állítják elő. A pumpák főként sokgörgős, több csatornás perisztaltikus fajták a pulzálásmentes folyadékáramlás érdekében. Az alkalmazott áramlási sebesség 1 µL/min – 40 mL/min, a nyomás néhány atmoszféra. A csövek anyaga általában PTFE, Nafion, Tygon, PVC, stb. (az utóbbi kettő főként a perisztaltikus pumpa rugalmas csöveiként használatosak). A szelepek a HPLC-ben megismert mintaadagoló szelepek, mégpedig négy vagy még több porttal, szinte mindig motorizálva. A mintatatartó hurok térfogata 1-200 µL. Detektorként főként spektrofotométert, ionszelektív potenciometrikus elektródot, amperometriás szenzort, stb. alkalmaznak.

A legegyszerűbb megvalósítás csak egyetlen áramlásos csatornát tartalmaz. Ahhoz, hogy az áramlás során több kémiai reakció is lejátszódjék, a reagenseket megfelelően adagolhassuk, esetenként többcsatornás készülékekre van szükség.

A FIA-készülékbe elválasztóegység is beépíthető, amely dialízist, gázdiffúziót, extrakciót vagy csapadékleválasztást tesz lehetővé. Az alábbi ábra példaképpen egy olyan elválasztóegységet szemléltet, ahol folyadék-folyadék extrakció játszódik le két egymással nem elegyedő folyadék szegmentált áramlásával. Ennek a megoldásnak érdekessége, hogy a kapillárisokban (vékony csövekben) haladó, egymással nem elegyedő folyadékok itt nem sűrűségük szerint válnak szét fázisokra; viselkedésüket a felületi feszültség határozza meg, ezért a folyadékok egymást követő cseppek formájában haladnak át a kapillárison. Ez az extrakció hatékonyságát megnöveli.

Áramlásos rendszerű elválasztó egység

A folyamatos, gázbuborék nélküli áramlás kompatibilis a kisnyomású HPLC oszlopokkal is, ezért katalitikus, ioncserés, stb. oszlopok is előnyösen integrálhatók egy FIA rendszerbe dúsítás, mátrix-elválasztás, in-situ reagens generálási stb. célokra.

Az áramlásos injektálásos elemzéskor rögzített detektorjelen a konvekció és a diffúzió hatása is megjelenik. Az alábbi ábrán t_a jelöli azt az időt, amely a minta adagolásától a minta frontjának detektorba érkezéséig eltelik. A T tartózkodási idő az adagolás időpontja és a csúcsmaximum megjelenése között eltelt idő. E két idő különbsége t’ = T - t_a nullához tart akkor, ha a konvekció a meghatározó. t’ növekedése arra utal, hogy a diszperzió folyamata válik meghatározóvá az áramlás alatt. A tranziensidő, amely alatt a jel visszatér az alapvonalra, szintén két értékkel jellemezhető. Δt idő telik el a jel megugrása és alapvonalra visszatérése között. Alapvetően ez az időintervallum határozza meg, hogy legfeljebb milyen gyakorisággal lehet a mintát adagolni. A jelmaximum megjelenése után T’ idővel tér vissza a jel az alapvonalra. A h csúcsmagasság (pontosabban a csúcs alatti terület) a mennyiségi elemzés alapja. A csúcs magasságát és szélességét az áramlásos rendszer mérete, az adagolt minta mennyisége, az áramlási sebesség, a keverő- és reakciózóna kialakítása határozza meg. Az áramlás közben lejátszódó kémiai reakciók kinetikája szintén erősen hat a csúcsok alakjára és nagyságára.

A FIA rendszerekre jellemző detektorjel időbeli lefutása és jellemzői paraméterei

A legtöbb alkalmazás esetén a FIA a hagyományos titrimetriai, spektrofotometriai, vagy elektrokémiai eljárást váltja ki. A FIA-rendszer mérete azonban lehetővé teszi, hogy a hagyományos eljárásokhoz képest jóval kisebb mintamennyiségeket, koncentrációkat vizsgáljunk. A FIA-módszerek pontossága, helyessége hasonló a vele kiváltott klasszikus módszerekéhez, kimutatási határai azonban általában valamivel rosszabbak, hiszen nem egyensúlyi körülmények között dolgozunk. A reakciók nem játszódnak le teljes mértékben, a diszperzió hígítja az oldatot. A módszer szelektivitása általában jó, sőt egyes elektrokémiai szenzorokkal kombinálva és az időzítésben rejlő kinetikai lehetőségeket is kihasználva jobb lehet, mint az „off-line” módszereké. Mindazonáltal legnagyobb előnye az automatizálhatósága, amely következtében óránként akár több száz minta vizsgálata is megoldható.

Az automata analizátorokat azokon a területeken használják elterjedten, ahol nagyszámú, hasonló típusú folyadékminta gyakori, rutin mérésére van szükség; ilyen terület a klinikai laboratóriumok, növény- és talajvédelmi állomások, környezetanalitikai intézmények, minőségellenőrzési laboratóriumok. Az alkalmazások kisebb, de számottevő részét képviselik azok a FIA megoldások, amikor szokásos asztali műszerek (pl. atomspektrométerek) on-line, automatizált mintaelőkészítését oldják meg ilyen úton.