[FIA] Aula - FIA

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Análise química em fluxo e 
automação de laboratórios
Análise em fluxo
Análise em fluxo: 
química analítica 
realizada em fluxo 
- Introdução de amostra
- Processamento de amostra
- Determinação de analito(s)
requer rígido controle de tempos
FLOW ANALYSIS WITH
SPECTROPHOTOMETRIC AND
LUMINOMETRIC DETECTION
ELIAS A. G. ZAGATTO (CENA-USP)
CLA UDIO C. OLIVEIRA (UEM – Maringá)
ALAN TOWNSHEND (University of Hull, U.K.)
PAUL J. WORSFOLD (University of Plymouth, U.K.)
Elsevier, 2012
Linha de Montagem  + Produtividade
1936
Produção em linhas de montagem
e uso de robôs e automação, 
inicialmente usada em indústrias, 
também alcançou os laboratórios
Análise Manual vs. em Fluxo
 Amostra Reagente Mistura Espera Leitura
Autoria das animações: 
GIA-IQ-Unicamp
 Amostras
 Reagente
 Ar
Análise em Fluxo Segmentado
Homogeneização de reagente + amostra em fluxo segmentado
Análise em Fluxo Segmentado
Autoria das 
animações: 
GIA-IQ-Unicamp
Bomba peristáltica
Análise em Fluxo Segmentado
A AFS foi proposta em 1954 pelo Prof. Leonard Skeggs
comercializada de 1957 a 1980 como Autoanalyzer pela Technicon 
Análise em Fluxo Segmentado - Autoanalyzer
Flow Solution IV+ 
da OIAnalytical
Serve para análise em fluxo segmentado e não segmentado 
Autoanalyzer Technicon
(empresa foi vendida, 
em parte , para a Bayer)
Para que as bolhas? Primórdios do FIA
Manifold para Análise por Injeção em Fluxo, montado com Lego
Prof. J. Ruzicka
e Prof. E. Hansen
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System Components:
• LabCD Disc
• GENESIS Liquid handling station
• LabCD Incubator
• LabCD Stacker
• Temp-controlled LabCD Carriers
• LabCD ULTRA Reader
• Software: GUI, Modified Magellan
and Gemini
Análise em Fluxo não segmentado
J. Ruzicka & E.H.Hansen, Anal. Chim. Acta , 78, 145 (1975)
J. Ruzicka & E.H.Hansen, “Flow Injection Analysis” 2nd ed. J. Willey, N.Y. 1988
A Análise por Injeção em Fluxo, FIA, foi divulgada em 1975, por Ruzicka e Hansen. 
Inicialmente, eles faziam fluir eletrólito por um tubo e nele injetavam as amostras a serem detectadas por potenciometria com eletrodo íon-seletivo, exposto ao fluxo a certa distância do ponto de injeção.
A movimentação do fluido era e continua, mantida com uma bomba peristáltica.
A seringa, usada nas pesquisas iniciais para a injeção da amostra, foi substituída por dispositivos comutadores com alça de amostragem.
Componentes básicos do FIA
Amostra
Detector em fluxo
Válvula injetora
Bomba
Carregador
Reator
FIA – montagem básica
A bomba mantém vazão constante (que pode ser mudada alterando a rotação da bomba ou o diâmetro do tubo)
Uma válvula de amostragem elimina as variações na velocidade de injeção manual com seringa
A bobina de reação aumenta a dispersão, ou seja, o contato entre reagente e amostra, necessário para promover reações química em fluxo
Não há necessidade de que a reação seja completa, pois a operação do sistema FIA apresenta alta repetibilidade. 
Amostra
Detector em fluxo
Válvula
Bomba
Carregador
Reator
Classificação das técnicas em fluxo
Reação química em fluxo
Uma amostra (representada em vermelho, pode ser incolor) é injetada em um fluido transportador contendo o reagente (visto em azul).
Durante a movimentação do fluído, ocorre dispersão da amostra no reagente, permitindo a reação e formação do produto (amarelo)
Um detector colocado mais à frente no fluxo registra a variação de parâmetro físico-químico que seja função da concentração do produto.
Amostra
Detector em fluxo
no  escolhido: A e R não absorvem 
Produto amarelo absorve
  = 400 nm
Componentes para FIA - propulsor de fluido
Bombas peristálticas
mais roletes  pulsação menos intensa, mas mais freqüente
mais canais  sistemas FIA com mais recursos para misturar fluxos distintos (Amostra, R1, R2, etc.)
Componentes para FIA – válvula de injeção
Injetor de baixo custo
de deslocamento linear, com alça de amostragem substituível 
Injetor comercial rotativo para
cromatografia, com alça de amostragem substituível
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System Components:
• LabCD Disc
• GENESIS Liquid handling station
• LabCD Incubator
• LabCD Stacker
• Temp-controlled LabCD Carriers
• LabCD ULTRA Reader
• Software: GUI, Modified Magellan
and Gemini
Componentes para FIA – injetor
Injetor rotativo de baixo custo para FIA (modelo do CENA). 
Há versões com 2 ou mais 
alças de amostragem
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System Components:
• LabCD Disc
• GENESIS Liquid handling station
• LabCD Incubator
• LabCD Stacker
• Temp-controlled LabCD Carriers
• LabCD ULTRA Reader
• Software: GUI, Modified Magellan
and Gemini
Componentes para FIA – injetor
Carreador
Carreador
Reator e Detector
Reator e Detector
Amostra
Aspiração
Injeção de volume 
fixo de amostra 
para o reator
Injetor comercial rotativo para HPLC, 
suporta alta pressão, muito durável em FIA
Funcionamento do injetor rotativo de 6 vias
18
System Components:
• LabCD Disc
• GENESIS Liquid handling station
• LabCD Incubator
• LabCD Stacker
• Temp-controlled LabCD Carriers
• LabCD ULTRA Reader
• Software: GUI, Modified Magellan
and Gemini
Componentes para FIA – bobina e conectores
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System Components:
• LabCD Disc
• GENESIS Liquid handling station
• LabCD Incubator
• LabCD Stacker
• Temp-controlled LabCD Carriers
• LabCD ULTRA Reader
• Software: GUI, Modified Magellan
and Gemini
Injetor automático de 6 alças
http://www.pharmaanalytic.com/products/default.html
Injetor automático com 6 alças de amostragem
Instalado no lugar da bobina de reação, permite sextuplicar a espera de reações lentas sem reduzir a frequência das determinações do sistema FIA
Comercializado para acompanhar 6 experimentos simultâneos de dissolução de comprimidos, com injeções periódicas em HPLC ou FIA
20
System Components:
• LabCD Disc
• GENESIS Liquid handling station
• LabCD Incubator
• LabCD Stacker
• Temp-controlled LabCD Carriers
• LabCD ULTRA Reader
• Software: GUI, Modified Magellan
and Gemini
Detectores ópticos para FIA
cubetas 
para fluxo
espectrofotômetro 
UV - Vis
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System Components:
• LabCD Disc
• GENESIS Liquid handling station
• LabCD Incubator
• LabCD Stacker
• Temp-controlled LabCD Carriers
• LabCD ULTRA Reader
• Software: GUI, Modified Magellan
and Gemini
Detectores ópticos – efeito Schlieren
Interferência/erro causado por variações do índice de refração do fluxo que transita pelo detector
Schlieren compensation by dual-wavelength spectrophotometry. Top, middle and bottom sections refer to the analytical (512 nm), reference (800 nm) and net (DA)
absorbance values respectively. The right and left columns refer to BCG þ sucrose and pure
sucrose solutions respectively. 
Anal. Chim. Acta 234 (1990) 153, E.A.G. Zagatto, M.A.Z. Arruda, A.O. Jacintho, I.L. Mattos,
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System Components:
• LabCD Disc
• GENESIS Liquid handling station
• LabCD Incubator
• LabCD Stacker
• Temp-controlled LabCD Carriers
• LabCD ULTRA Reader
• Software: GUI, Modified Magellan
and Gemini
Detectores ópticos para FIA
espectrofotômetro 
com fibra óptica
cubeta em fluxo, 
com fibra óptica
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System Components:
• LabCD Disc
• GENESIS Liquid handling station
• LabCD Incubator
• LabCD Stacker
• Temp-controlled LabCD Carriers
• LabCD ULTRA Reader
• Software: GUI, Modified Magellan
and Gemini
Detectores ópticos para FIA
cubeta para fluorescência em fluxo com fibra óptica
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System Components:
• LabCD Disc
• GENESIS Liquid handling station
• LabCD Incubator
• LabCD Stacker
• Temp-controlled LabCD Carriers
• LabCD ULTRA Reader
• Software: GUI, Modified Magellan
and Gemini
Detectores eletroquímicos em fluxo
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Detectores eletroquímicos em fluxo
Potenciométrico – eletrodos íon-seletivos
Amperométrico – medição de corrente
com potencial cte. ou pulsado
Voltamétrico – varredura completa, 
com pausa no fluxo
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Detectores eletroquímicos
http://www.ijcambria-webshop.com/mall/Flow%20Cells.aspx
http://www.basinc.com/products/ec/working.php
27
Detectores eletroquímicos
Célula em fluxo para FIA, HPLC e UHPLC com eletrodo de diamante 
dopado com boro (BDD) para tióis, tioéteres e outros compostos com enxofre
Apresentajanela de potencial mais ampla e menos problemas de contaminação de superfície.
http://www.esainc.com/products/type/hplc_systems/cells/BDD
 http://view6.workcast.net/register?pak=5014367272211653&referrer=ST
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Simplifying difficult life science analyses with UHPLC electrochemical detection
Webinar available to view on-demand http://view6.workcast.net/register?pak=5014367272211653&referrer=ST
Often the preferred HPLC approach for the sensitive and selective determination of analytes in complex biological matrices can only be achieved using an electrochemical detector. This will be demonstrated looking at the relationship between biological processes that work through oxidation-reduction reactions and how changes in these processes using electrochemical detection with liquid chromatography can be monitored. A new electrochemical detection platform with several advanced features that simplify operation with HPLC and UHPLC techniques will be featured, with a focus on systems that provide data used for brain research on learning and memory, neurotransmitter and free radical biomarker levels involved in neurodegenerative diseases, and the efficacy of neuro-active therapeutics for the treatment of neurological conditions. 
Key Learning Objectives:
Liquid Chromatography with electrochemical detection as a technique to mimic biological processes 
Learn more about (U)HPLC electrochemical detection solutions for research in neuroscience and free radical biology 
Who Should Attend
Life Science researchers in neuroscience
Life Science researchers in neurodegenerative disease
People involved in neuro-active therapeutics
Detectores eletroquímicos
http://www.bvt.cz/home/products
http://www.spectrotech.com.tw/esa/cell.htm
http://www.edaq.com/product_
details_page.php?product_no=ET066
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Sistema FIA comercial
Sistema FIAlab 2500 
+espectrofotômetro diode array Ocean Optics (não mostrado)
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System Components:
• LabCD Disc
• GENESIS Liquid handling station
• LabCD Incubator
• LabCD Stacker
• Temp-controlled LabCD Carriers
• LabCD ULTRA Reader
• Software: GUI, Modified Magellan
and Gemini
Sistema FIA comercial
Equipamento simples com confluência de amostra e reagente
Reação química em fluxo
Andamento da reação química em FIA
Uma amostra (incoloar, vista comovermelha) é injetada em um 
fluido transportador que consiste no reagente (incolor, visto como azul).
Durante a movimentação do fluído, ocorre dispersão da amostra no reagente, permitindo a reação e formação do produto (amarelo) nas interfaces.
Um detector colocado mais à frente no fluxo registra a variação de parâmetro físico-químico que seja função da concentração do produto.
Amostra
Detector em fluxo
Resposta do detector em fluxo
A resposta do detector apresenta formato de pico, seguido de uma cauda
A altura e a área do pico são proporcionais à concentração
tempo
Resposta
Exemplo de método fotométrico
Determinação de cloreto por FIA
Volume injetado: 30 L
Vazão de 0,8 mL/min
Faixa de 5 a 75 ppm de Cl-
Freqüência: 120 injeções/hora
Medições em quadruplicata
tempo
FIA – registro (1982, CENA-USP)
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System Components:
• LabCD Disc
• GENESIS Liquid handling station
• LabCD Incubator
• LabCD Stacker
• Temp-controlled LabCD Carriers
• LabCD ULTRA Reader
• Software: GUI, Modified Magellan
and Gemini
Injeção e Dispersão
Uma amostra colorida (que não precisa reagir para ser detectada) apresenta o perfil A ao ser injetada, com altura Cº
Durante o trânsito pelo circuito, a dispersão aumenta gradualmente.
B representa condição governada pelo perfil parabólico de deslocamento do líquido (v0 rente à parede do tubo), sendo Cmax a altura do pico
C corresponde à condição de prevalência da dispersão radial por difusão, com perfil gaussiano, alcançada com geometria apropriada dos tubos
FIA – dispersão por difusão
http://www.ifh.uni-karlsruhe.de/lehre/envflu_i/related_resources/animations.htm
Espécie colorida inserida na tubulação do sistema FIA 
Fluxo parado, para observar somente o efeito da difusão 
vs. tempo
t=0
h=C0
t=x
h=Cmax
Cálculo da Dispersão (em FIA):
D = C0/Cmax
FIA – dispersão por difusão e conveção
http://www.ifh.uni-karlsruhe.de/lehre/envflu_i/related_resources/animations.htm
Espécie colorida inserida na tubulação do sistema FIA 
Deslocamento lento no tubo com efeito combinado da difusão e convecção vs. tempo 
(mas desprezando a queda de velocidade rente à parede) 
FIA – dispersão por difusão e conveção
http://www.ifh.uni-karlsruhe.de/lehre/envflu_i/related_resources/animations.htm
Espécie colorida inserida na tubulação do sistema FIA 
Deslocamento lento no tubo com efeito combinado da difusão e convecção vs. tempo 
considerando o perfil parabólico de redução de velocidade o centro do tubo em direção à parede) 
Dispersão da amostra - convecção
Convecção - perfil parabólico
Q=0,3-3,0 mL min-1
R-0,3 mm
Dispersão da amostra - difusão
Difusão axial
Difusão radial
Dispersão da amostra - difusão
Os processos de difusão axial e radial se dão simultaneamente, vez que o movimento das moléculas é aleatório
http://www.ifh.uni-karlsruhe.de/lehre/envflu_i/related_resources/animations.htm
Injeção, Dispersão e Tempo
O coeficiente de dispersão D da amostra corresponde à razão h0 / h
tempo
No  escolhido,
Absorve Não Absorve
carreador
Injeção, Dispersão e Tempo
Ao longo do pico observa-se gradiente de concentração contínuo, apresentando coeficientes de dispersão D variando de 0 a C0/ Cmax
D = 2 significa diluição da amostra à metade (com reagente)
Distingue-se sistemas com dispersão:
	Limitada 	(1 < D < 2)
	Média		(2 < D < 10)
	Grande		(10 < D < 10.000)
Para preservar a sensibilidade, é vantajoso limitar a dispersão em FIA
Exceção, quando se quer diluir amostras muito concentradas
Dispersão Limitada
Para conseguir dispersão limitada, o percurso entre o injetor e o detector tem que ser curto.
	Dispersão limitada é vantajosa para medidas de 
	pH, condutividade, amperometria, voltametria, 
	AA, ICP e outras, quando não dependem 
	de reação em fluxo
Dispersão Média
Dispersão média resulta em picos com 10 a 50% da altura 
que apresentariam sem dispersão.
Amplamente utilizada em FIA quando se necessita de reação entre amostra e reagente durante a análise
Tipicamente, bobinas de reação (de comprimento variável)
ou confluências entre reagente e amostra após o injetor resultam em dispersão média
Dispersão Média
Tipicamente, bobinas de reação (de comprimento variável)
ou confluências entre reagente e amostra após o injetor resultam em dispersão média
Dispersão Alta
Dispersão alta corresponde às condições em que o pico tem menos que 10% da altura que apresentaria sem dispersão.
Obtida usando circuito longo (alternativa à pausa, para reações lentas) ou com misturador, extração por membrana, injeção de volumes reduzidos.
Reduz a frequência analítica.
Útil para diluir amostra muito concentrada em linha
Efeito do volume de amostra injetado
À medida que D se aproxima de 1, aumento no volume de amostra traz pouca melhora na sensibilidade, mas alonga o tempo de análise de forma linear.
Tipicamente, trabalha-se com 50 a 100 L sob vazões de 1 ou 2 mL/min em tubos de 0,5 mm de diâmetro.
Efeito do comprimento do circuito
Pode-se controlar o tempo de reação e a dispersão variando o comprimento do tubo entre o injetor e o detector (mantidos constantes os demais parâmetros)
FIA – observação de picos duplos
Injeção de volumes grandes de amostra em percursos curtos
de linha única de reagente podem levar ao aparecimento de
picos duplos do produto medido no detector
Mistura ineficiente de reagente e amostra
Reagente Amostra Reagente
Reagente Produto Amostra Produto Reagente
Injeção de volumes grandes de amostra em percursos curtos
de linha única de reagente podem levar ao aparecimento de
picos duplos do produto medido no detector
Motivo: dispersão insuficiente para promover a reação na região central do plug de amostra
Efeito da geometria do circuito
Pode-se aumentar a transferência radialde massa sem alongar demais o circuito alterando a geometria do circuito percorrido
Efeito da geometria do circuito
Formato do pico após 500 cm de 
tubo de 0,5 mm linear ou em bobina
Efeito da geometria do circuito
Numa bobina recheada com esferas, as interfaces são mais nítidas, ou seja há mistura radial mais eficiente sem aumento exagerado da dispersão
IMPORTANTE: para reações lentas, não é necessário aguardar que se completem
Confluência de Reagentes e Amostra
Confluências permitem melhorar a mistura sem grande aumento na dispersão, em comparação com a intercalação da amostra num fluxo de reagente
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Confluência de Reagentes e Amostra
H2O
molibdato
ác. ascórbico
amostra
mL/min
Exemplo: Determinação de fosfato em água.
Um dos métodos FIA mais usados
Freqüência: 80 a/h
Se for usado injetor 
de múltiplos canais economiza-se reagentes
Injeção em fluxo mono-segmentado
C. Pasquini http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0103-50531999000600018&script=sci_arttext
A – fluxo não segmentado
B – fluxo multi-segmentado
C – fluxo mono-segmentado
Sinal típico para fluxo 
mono-segmentado 
sem remoção das bolhas
Separação em fluxo – difusão gasosa
Transferência do analito pela membrana
Unidade com membrana tubular
montada em tubo concêntrico
Unidade com membrana plana
(0,01 a 0.2 mm de espessura)
Princípio: permeação, diálise ou difusão 
de espécies através de membranas 
a) porosas (Teflon, Oxyphan, Celgard),
b) não porosas (silicone) ou
c) de troca iônica (Nafion)
- a e b hidrófobas: analitos voláteis
 -a e b hidrófilas: meléculas pequenas
c íons (cátions, no caso de Nafion)
Usos: extração, diluição, 
acumulação, amostragem
Separação em fluxo – difusão gasosa
Membrana permeável a gases (Teflon ou silicone)
na interface entre os dois fluxos.
Amosta com carbonado/bicarbonato libera CO2 em contato com o ácido
CO2 difunde ou permeia através da membrana e é coletado num fluxo de água com indicador, cuja variação de cor é detectada
Separação em fluxo – difusão gasosa
GDU com fita de Teflon
Serve para transferir de uma fase líquida para outra,
 CO2, H2S, SO2, O3, Cl2,, compostos voláteis em geral
Extração com solvente
Após a confluência das fases aquosa e orgânica, há alternância de pequenas regiões hidrofílicas e lipofílicas. No percurso pela bobina (de Teflon), espécies neutras se acumulam na fase orgânica
Muito útil para hormônios e produtos farmacêuticos, revolucionou a separação por extração vez que minimiza o consumo de solventes e a exposição do operador aos vapores (sistema fechado)
Extração líquido-líquido
Materiais e geometria são importantes para viabilizar a extração 
líquido-líquido. Ex.: Membrana (permeável) de Teflon ajuda a guiar
fase orgânica
Mais sobre extração líquido/líquido em fluxo: http://www.quimicanova.sbq.org.br/qn/qnol/1998/vol21n1/v21_n1_%20%2810%29.pdf
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Titulação em fluxo
A
tempo
Ruzicka & Hansen, Anal. Chim. Acta, 1980, 114, 29
Sol. de HCl titulada com NaOH 0,1 M
indicador: azul de bromotimol
Geração eletrodialítica - ácidos/bases/tampões
pH- and Concentration-Programmable Electrodialytic Buffer Generator, Anal. Chem. 2012, 84, 59–66
Os três canais sobrepostos são separados por 
duas membranas 
de troca iônica:
uma catiônica, feita de
tetrafluoroetileno sulfonado
Deixa passar cátions e bloqueia ânions
uma aniônica
Cada canal tem um eletrodo de platina. 
A corrente aplicada entre os lados opostos de uma membrana determina o nº de mols que permeia
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Geração eletrodialítica - ácidos/bases/tampões
pH- and Concentration Programmable Electrodialytic Buffer Generator 
Y. Chen, B. L. Edwards, 
P K. Dasgupta. K. Srinivasan
Anal. Chem. 2012, 84, 59–66
(c) icat = ian não há eletrólise no eletrodo central, só nos outros dois
Controla-se as correntes de introdução 
de cátions e ânions no canal central
66
Sistema FIA / SIA
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System Components:
• LabCD Disc
• GENESIS Liquid handling station
• LabCD Incubator
• LabCD Stacker
• Temp-controlled LabCD Carriers
• LabCD ULTRA Reader
• Software: GUI, Modified Magellan
and Gemini
Componentes para SIA
Bomba de seringa
(bureta de pistão)
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System Components:
• LabCD Disc
• GENESIS Liquid handling station
• LabCD Incubator
• LabCD Stacker
• Temp-controlled LabCD Carriers
• LabCD ULTRA Reader
• Software: GUI, Modified Magellan
and Gemini
Sequential Injection Analysis - SIA
Utiliza de seringa e válvula sob controle de microprocessador
para aspirar amostra e reagentes, misturar por reversão de fluxo,
 deslocar o produto ao detector e limpar o circuito
Válvulas de injeção para FIA/SIA
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System Components:
• LabCD Disc
• GENESIS Liquid handling station
• LabCD Incubator
• LabCD Stacker
• Temp-controlled LabCD Carriers
• LabCD ULTRA Reader
• Software: GUI, Modified Magellan
and Gemini
SIA
Cmax
Tmax
C0
T0
C0
Injeção seqüencial de 
amostra e reagente
Dispersão controlada
na reversão
SAI permite controle preciso dos períodos de tempo e volumes
Sequential Injection Analysis - SIA
Utiliza reversão de fluxo com auxílio de seringa e 
válvula sob controle de microprocessador.
Válvula de Injeção para FIA
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System Components:
• LabCD Disc
• GENESIS Liquid handling station
• LabCD Incubator
• LabCD Stacker
• Temp-controlled LabCD Carriers
• LabCD ULTRA Reader
• Software: GUI, Modified Magellan
and Gemini
FIA de nitrato
40 mm
 Cadmium
 microcolumn
Fiber Optic Flow Cell
Sample
Reactor coil
Determinação espectrofotométrica de nitrato após redução do nitrato a nitrito em coluna de cádmio sobre grãos de cobre, seguida de formação de diazocomposto colorido a 540 nm por reação com sulfanilamida
74
System Components:
• LabCD Disc
• GENESIS Liquid handling station
• LabCD Incubator
• LabCD Stacker
• Temp-controlled LabCD Carriers
• LabCD ULTRA Reader
• Software: GUI, Modified Magellan
and Gemini
FIA de nitrato
540nm
3
-
BLANK
1000
2000
3000
4000
TIME, seconds
A
ppb NO
540nm
A
m L INJECTED
5
10
20
30
40
TIME, seconds
75
System Components:
• LabCD Disc
• GENESIS Liquid handling station
• LabCD Incubator
• LabCD Stacker
• Temp-controlled LabCD Carriers
• LabCD ULTRA Reader
• Software: GUI, Modified Magellan
and Gemini
FIA com parada de fluxo
Para reações lentas, pode-se colocar a bobina de reação em banho aquecido ou com ultrassom.
A reação não precisa se completar.
Alternativamente, pode-se parar o fluxo e monitorar a cinética da reação (soped flow)
DETECTOR
Análise de amônia por SIA
Automação por SIA do método clássico de Berthelot
( 705 nm)
Chao-Hsiang Wu, L. Scampavia, J. Ruzicka & B. Zamost, Analyst 126, 291 (2001)
Análise de amônia por SIA
HYPOCHLORITE
SALICYLATE
Holding Coil
Flow Cell
Waste
SAMPLE
Reagentes e amostra são introduzidos seqüencialmente na bobina
Análise de amônia por SIA
Produto é bombeado para a cubeta em fluxo
Holding Coil
Flow Cell
Waste
Medição é realizada diretamente ou por parada de fluxo (melhor)
Análise de amônia por SIA
Cubeta é esvaziada e sistema fica pronto para próxima análise
SPACER
Holding Coil
Flow Cell
Waste
FIA com parada de fluxo
Exemplo de método cinético:
Determinação de glicose
Glucose + 2H2O + O2 Gluconic Acid + H2O2
2 H2O2 + 4-Aminoantipyrine + p-Hydroxybenzene Sulfonate Quinoneimine Dye + 4H2O
GLUCOSE OXIDASE
PEROXIDASE
GLUCOSE
SAMPLE
BLANK
ANALYTE
FLOW
DELAY TIME
81
Enzymatic assay of glucose, monitored at 505 nm
is carried out by reaction rate measurement
during a stopped flow period lasting 20 seconds,
while data are collected for construction of a calibration 
curve. Using a single stream flow scheme, a FIAlab®-2500 
Instrument and associated software, a series of standards 
containing 500, 1000, 1500, 2000 and 2500 ppm glucose 
were injected, yielding response curves shown on the right.
Trocadores de amostras
trocador de amostras
com bomba peristáltica
trocador de amostras
82
System Components:
• LabCD Disc
• GENESIS Liquid handling station
• LabCD Incubator
• LabCD Stacker
• Temp-controlled LabCD Carriers
• LabCD ULTRA Reader
• Software: GUI, Modified Magellan
and Gemini
Propulsores para Análise em Fluxo
Propulsores de fluido:alternativas
Temporal variations in flow rates. a - constant; b - pulsating; c- sinusoidal;
d - linearly variable; e - reversed; f - intermittent; g - pulsed flows; 
Q - volumetricflow rate.
Propulsores de fluido: alternativas
Bomba de ar para aquário
Serve para pressurizar frasco com fluido carregador
Uma válvula de agulha ou tubo capilar permite regular a vazão
Bombas de seringa
http://www.univentor.com/product.asp?ProductID=13&Section=Syringe%20Pumps
Bomba se seringa (bomba de infusão)
A seringa demanda recarga periódica
Torneira de 3 vias na saída auxilia
Propulsores piezo para Análise em Fluxo
vídeos:
http://youtu.be/fEmrFQYOvD8
bomba piezo com auto-ajuste
http://youtu.be/evF0nQUiWx0
Bartels Mikrotechnik Micropumps
Propulsores de fluido
Bomba de pistão motorizada
(Lee Company, modelo LPV, motor bipolar)
Vazão e volume programáveis. Válvulas externas
0,05 a 0,75 mL de capacidade
Bombas e Válvulas solenóide
Bomba solenóide e válvulas de estrangulamento
http://halmapr.com/news/biochem/
Bombas e Válvulas solenóide
Bombas solenóide de diafragma
desloca volume constante a cada acionamento, p.ex., 50 L 
Válvulas de entrada e saída inclusas 
Precisão: 3%
Tempo de resposta: 0,25 ms
Material interte, PEEK
Durabilidade >10 milhões de ciclos
http://www.theleeco.com/EFSWEB2.NSF/d56166959694023e852563a9005dafda/0bec3f2962088c3e8525642200641dea!OpenDocument
Válvulas solenóide de controle
Válvulas solenóide de 2 ou 3 vias
Diversas dimensões e materiais inertes
Tempo de resposta: 0,25 a 2 ms
Freqüências até 200 Hz
Durabilidade: >5 milhões de ciclos
Servem p.ex. para controlar fluxos e 
configurar injetores de amostra
http://www.theleeco.com/EFSWEB2.NSF/718e08fb9bda8e258525634e004152f8/950c70b498b8e3d285256370006dd093!OpenDocument
FIA com multicomutação
FIA com multicomutação – det. lactato
http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0103-50532005000100007&script=sci_arttext
Multicommutated flow system for spectrophotometric
 L(+)lactate determination in alcoholic fermented sugar cane juice using enzymatic reaction
J. Braz. Chem. Soc.2005,16 (1), 46-49
Figure 1. Flow diagram of the system: V1, V2 and V3 = three-way
solenoid valves; y = joint device machined in acrylic; B = reaction coil, 100 cm length, 0.8 mm inner diameter; G = debubble chamber, inner volume 80 μL; DET = spectrophotometer detector at 510 nm; P = peristaltic pump; Cs = 0.2 mol L-1 tris buffer solution, flow rate at 33 μL s-1; S = sample; R = enzymatic and chromogenic solution; y = gas bubble removing channel, flow rate at 10 μL s-1; W = waste. The solid and dashed lines into the valves symbols indicated the flow pathway when valves were switched on and off, respectively. T1, T2 and T3 = valves V1, V2 and V3 timing course valves, respectively; Ss and Ms = sampling and measuring steps, respectively. The shadow surfaces indicated that the related valve was switched on. 
Procedimento empregando multicomutação em fluxo e reação enzimática para determinação espectrofotométrica de L(+)lactato proveniente da fermentação alcoólica de vinho (mosto de cana de açúcar) O método espectrofotométrico foi baseado na reação com a enzima lactato oxidase, seguida pela reação com a enzima peroxidase e posterior condensação entre 4-clorofenol e 4 –aminoantipirina. O módulo de análise foi constituído por um conjunto de três válvulas solenóides, bomba peristáltica, espectrofotômetro e microcomputador equipado com interface de controle. Um programa escrito em QuickBASIC 4.5 foi desenvolvido para controlar as válvulas solenóides e realizar aquisição de dados. Amostras na faixa de concentração de 5,0 a 100,0 mg L-1 de L(+)lactato foram analisadas usando uma solução contendo 150 UI de lactato oxidase e 200 UI de peroxidase. Outras características analíticas tais como, desvio padrão relativo de 2% (n = 15) para uma amostra típica contendo 38,5 mg L-1 de L(+)lactato; freqüência de amostragem de 36 determinações por hora; e baixo consumo de reagentes (1,0 mg de 4-clorofenol e 0,1 mg 4-aminoantipirina) por determinação também foram obtidas
93
FIA com multicomutação – det. lactato
Efeito do tempo de reação com a enzima lactato oxidase, seguida pela reação com a enzima peroxidase e posterior condensação entre 4-clorofenol e 4 –aminoantipirina
16 L de amostra (100 mg/L de lactato ) e 6,6 L de reagente. 
Tempo escolhido: 45 s (stopped flow); 
Operação a 36 determinações por hora 
Procedimento empregando multicomutação em fluxo e reação enzimática para determinação espectrofotométrica de L(+)lactato proveniente da fermentação alcoólica de vinho (mosto de cana de açúcar) O método espectrofotométrico foi baseado na reação com a enzima lactato oxidase, seguida pela reação com a enzima peroxidase e posterior condensação entre 4-clorofenol e 4 –aminoantipirina. O módulo de análise foi constituído por um conjunto de três válvulas solenóides, bomba peristáltica, espectrofotômetro e microcomputador equipado com interface de controle. Um programa escrito em QuickBASIC 4.5 foi desenvolvido para controlar as válvulas solenóides e realizar aquisição de dados. Amostras na faixa de concentração de 5,0 a 100,0 mg L-1 de L(+)lactato foram analisadas usando uma solução contendo 150 UI de lactato oxidase e 200 UI de peroxidase. Outras características analíticas tais como, desvio padrão relativo de 2% (n = 15) para uma amostra típica contendo 38,5 mg L-1 de L(+)lactato; freqüência de amostragem de 36 determinações por hora; e baixo consumo de reagentes (1,0 mg de 4-clorofenol e 0,1 mg 4-aminoantipirina) por determinação também foram obtidas
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Propulsores de fluido
Pipetador automático programável
(Rainin EDP Plus, com microprocessador)
Vazão e volume programáveis
Volume total selecionável, trocando cilindro/pistão
Batch Injection Analysis - BIA
Injeta-se a amostra diretamente sobre o detetor, imerso em 
banho de volume grande, no qual a amostra se dispersa 
Eletrodo de gota de mercúrio em
célula voltamétrica convencional
Fases da dispersão da amostra (corante) injetada
Adaptador de fluxo
do eletrodo de Hg
AA em sucos por BIA amperométrico
A - BIA de padrões de ácido ascórbico
B - BIA de suco de laranja 
C - BIA após destruição enzimática de AA com
 ascorbato oxidase (de pepino)
DE DONATO, A.; PEDROTTI, J.; GUTZ, I.G.R. Electroanalysis, 1999, 11, 1124-1129 
Resíduos de disparos de armas por BIA-ASV
Tartan tape for sampling on shooters hands
Tape is glued on a Nylon screen
10 mL 0.1 mol/L HCl 
interface
10 mL Chloroform
 
Extraction of
lead residues
Total analysis time, 5 min
E / V
BIA - ASV
i
98
Abstract
 
	The analysis of lead in gunshot residues (GSR) sampled on the hands of shooters is rendered faster, simpler and less expensive by a new batch injection analysis (BIA) system, based on stripping voltammetry with mercury drop electrode. The widely appreciated advantages of mercury drop electrodes, such as instant and reproducible renovation and high hydrogen overvoltage, have not yet been explored in BIA with any of the commercial automatic electrode stands because in all of them the drop hangs at the tip of a glass capillary pointing downward. The limitation was overcome with a simple "J" shaped adapter with low dead volume that directs onto the drop, the sample flow emerging from the tip of a programmable micropipettor – of standard use in BIA. Differential pulse anodic stripping voltammetry (DPASV) was used for the determinations, with hydrochloric acid (1 M or 100 mM) as supporting electrolyte. Oxygen removal was disregarded since a detection limit of 10 ng/mL (~1x10-7 M) was outreaching for the aimed application, and the maximum sample injection period of 25 seconds for 100 L of analyte was appropriate for the accumulation of metal amalgam at a potential of –0.60 V vs. Ag/AgCl. DPASV was performed by scanning from –0.60 to –0.30 V. Determinations were made at a frequency of 20 injections per hour. To sample the GSR, the following methods were evaluated: the washing of the hands with a proper electrolyte; the application of wet cotton swabs and thecollection with adhesive tapes. The first one is effective and simple, but clean HCldil solution must be available on site. Sampling by the third procedure is the most practical in the field; for storage, the tapes with GSR are glued on strips of polyethylene screen; prior to BI-ASV determination, a dissolution/extraction step (with a chloroform/HCl 100 mM biphasic system) was introduced. It was demonstrated that by sampling the shooter's hand with multiple adhesive tape strips, a valuable mapping of the GSR distribution can be obtained. 
Experimental
 
	A 663 VA StandTM from Metrohm was used throughout, combined with a Polarecord E626 (Metrohm), was used for all the voltammetric measurements. An Ag/AgCl reference electrode and a platinum auxiliary electrode were used. For the BI determinations, it was employed a programmable micropipettor EDP PlusTM, Rainin, on titrate mode, providing 100 L injections at the slowest rate of 4 L s-1. Differential pulse anodic stripping voltammetry with pulses of 50 mV per 60 ms was applied. The electrodeposition potential of –0.60 V vs. Ag/AgCl was maintained during 25 seconds, in synchronization with sample injection. The potential ramp was started at –0.60 V with a scan rate of 2 mV s-1 until the potential of –0.30 V is reached. The peak related to the reoxidation of lead was observed around –0.42 V. Exploratory scans up to –0.05 V eventually revealed a smaller peak at –0.22 V related to the presence of copper in GSR from certain types of ammunition. Due to the secondary importance of this information and also because of the dependence on the sampling method, the determination of this element was disregarded.
Considering that commercial mercury drop electrodes have their glass capillaries oriented downward, putting the drop out of direct reach from the downward flow produced by the micropipettor, it was decided to design a J-shaped adapter to redirect the flow upwards, onto the Hg drop. The larger end of this device, which can be seen on Figure 1, is attached to the top of the cell and the other end is pressure fitted to the glass capillary. The adapter is built with simple and inexpensive materials, such as micropipettor disposable tips and small sections of Tygon and silicone tubing, for connections. 
	For the generation of samples, volunteer policemen shooters have employed two different types of guns: a revolver, TAURUS .38 special stainless-steel, and a semi-automatic pistol, TAURUS .38 ACP, both with jacketed ammunition. 
Mapeamento de resíduos de chumbo
(0,35 ± 0,07)
(0,44 ± 0,02)
(0,45 ± 0,04)
(0,41 ± 0,03)
(0,35 ± 0,07)
< d.l.
Pb/strip, in µg
DE DONATO, A.; GUTZ, I.G.R. (2000)
8th Intern. Conf. on Flow Analysis, Warsaw, Abstract O-42
99
Abstract
 
	The analysis of lead in gunshot residues (GSR) sampled on the hands of shooters is rendered faster, simpler and less expensive by a new batch injection analysis (BIA) system, based on stripping voltammetry with mercury drop electrode. The widely appreciated advantages of mercury drop electrodes, such as instant and reproducible renovation and high hydrogen overvoltage, have not yet been explored in BIA with any of the commercial automatic electrode stands because in all of them the drop hangs at the tip of a glass capillary pointing downward. The limitation was overcome with a simple "J" shaped adapter with low dead volume that directs onto the drop, the sample flow emerging from the tip of a programmable micropipettor – of standard use in BIA. Differential pulse anodic stripping voltammetry (DPASV) was used for the determinations, with hydrochloric acid (1 M or 100 mM) as supporting electrolyte. Oxygen removal was disregarded since a detection limit of 10 ng/mL (~1x10-7 M) was outreaching for the aimed application, and the maximum sample injection period of 25 seconds for 100 L of analyte was appropriate for the accumulation of metal amalgam at a potential of –0.60 V vs. Ag/AgCl. DPASV was performed by scanning from –0.60 to –0.30 V. Determinations were made at a frequency of 20 injections per hour. To sample the GSR, the following methods were evaluated: the washing of the hands with a proper electrolyte; the application of wet cotton swabs and the collection with adhesive tapes. The first one is effective and simple, but clean HCldil solution must be available on site. Sampling by the third procedure is the most practical in the field; for storage, the tapes with GSR are glued on strips of polyethylene screen; prior to BI-ASV determination, a dissolution/extraction step (with a chloroform/HCl 100 mM biphasic system) was introduced. It was demonstrated that by sampling the shooter's hand with multiple adhesive tape strips, a valuable mapping of the GSR distribution can be obtained. 
Experimental
 
	A 663 VA StandTM from Metrohm was used throughout, combined with a Polarecord E626 (Metrohm), was used for all the voltammetric measurements. An Ag/AgCl reference electrode and a platinum auxiliary electrode were used. For the BI determinations, it was employed a programmable micropipettor EDP PlusTM, Rainin, on titrate mode, providing 100 L injections at the slowest rate of 4 L s-1. Differential pulse anodic stripping voltammetry with pulses of 50 mV per 60 ms was applied. The electrodeposition potential of –0.60 V vs. Ag/AgCl was maintained during 25 seconds, in synchronization with sample injection. The potential ramp was started at –0.60 V with a scan rate of 2 mV s-1 until the potential of –0.30 V is reached. The peak related to the reoxidation of lead was observed around –0.42 V. Exploratory scans up to –0.05 V eventually revealed a smaller peak at –0.22 V related to the presence of copper in GSR from certain types of ammunition. Due to the secondary importance of this information and also because of the dependence on the sampling method, the determination of this element was disregarded.
Considering that commercial mercury drop electrodes have their glass capillaries oriented downward, putting the drop out of direct reach from the downward flow produced by the micropipettor, it was decided to design a J-shaped adapter to redirect the flow upwards, onto the Hg drop. The larger end of this device, which can be seen on Figure 1, is attached to the top of the cell and the other end is pressure fitted to the glass capillary. The adapter is built with simple and inexpensive materials, such as micropipettor disposable tips and small sections of Tygon and silicone tubing, for connections. 
	For the generation of samples, volunteer policemen shooters have employed two different types of guns: a revolver, TAURUS .38 special stainless-steel, and a semi-automatic pistol, TAURUS .38 ACP, both with jacketed ammunition. 
Detector amperométrico em fluxo
20 mm
A
B
C
D
E
F
G
H
Eletrodo renovável de 
gota de mercúrio
Detector amperométrico em fluxo
1
2
3
4
Adaptadores para eletrodo de gota de mercúrio
Cavicchioli, A.; Daniel, D.; Gutz, I. G. R.; Electroanal. 
Detector amperométrico em fluxo
Mini air
pump
Electrolyte
solution
Amperometric
cell
Sample or
reference solution
V
1
V
2
V
3
Air
Vacuum
Waste
Mini air
pump
Loop
T
1
T
2
Detector voltamétrico em fluxo
180 s 
Determination of Cu(II) in inorganic fertilizer by Flow RPA (standard addition method). 
(a) sample and Cu(II) addition of b) 0.63 ; c) 1.27; d) 1.90; e) 2.52; f) 3.15 mg L-1. 
Conditions: accumulation time: 2.36 s; Eaccum: -0.30 V; Estripping: +0.20 V; carrier solution: 0.010 mol L-1 HNO3; flow rate: 1.0 mL min-1.
Detector voltamétrico em fluxo
Carrier
TiO2 
Suspension
Peristaltic
 Pump
Degasser
Debubbler
Fan
Exhaust
Sample injector
(manual or automatic)
Hg lamp 
Medium Pressure 
400 W 
10 cm bulb
PTFE Coil
1 mm id 
HMDE
Detail of flow adaptor
ASV cell
detail of photoreactor
Pré-tratamento fotocatalítico - FIA
A. Cavicchioli and I.G.R. Gutz, Anal. Chim. Acta 445 (2001) 127
Determinação de metais pesados por detecção voltamétrica em eletrodo de gota de mercúrio (MDE)
Pré-tratamento fotocatalítico, em fluxo, de amostras utilizando suspensão de TiO2Detector voltamétrico em fluxo
Determination of Cd (II) a facial lotion formulated with EDTA, 
surfactants and other organic components. 
Spiking with certified 30 ppb Cd standard 
600
1200
Tempo de 
digestão 
(
s
)
Altura
do
sinal analítico
(%)
0
0
100
a
b
600
1200
Tempo de 
digestão 
(
s
)
Altura
do
sinal analítico
(%)
0
0
100
a
b
50
600
1200
Signal recovery (%)
0
0
a
b
600
1200
0
100
b
50
Digestion time (s) 
TiO2 mediated UV photodecomposition 
Photodecomposition by UV without TiO2 
CAVICCHIOLI, A.; GUTZ, I.G.R. (2001)
In-line TiO2-assisted photodigestion of organic matter in aqueous solution for voltammetric flow analysis of heavy metals in water samples
Anal. Chim. Acta, 445, 127-138.
FIA - Stripping Voltammetry
FA-differential pulse stripping voltammograms for A) 0.100 mol L-1 acetate/acetic acid buffer and B) 6.0 x 10-7 mol L-1 Cd(II) and 7.2 x 10-7 mol L-1 Pb(II) in HNO3 0.010 mol L-1. Conditions: deposition potential: -0.8 V; deposition time: 60 s; scan rate: 5 mV s-1: amplitude: 50 mV; working electrode: Metrohm MME drop size "3"; carrier solution: acetate buffer; sample volume: 200 L; flow rate: 1.2 mL min-1.
-0.8
-0.2
E/V
time
Pre-concentration
batch - with stirring
FA - with flow on
stripping
107
Detector amperométrico em fluxo
Célula em fluxo com eletrodo de ouro
Célula em fluxo. (a) Blocos de acrílico, (b) Parafusos, (c) Espaçador (silicone), (d) Fatia de CD-R de ouro, (e) Eletrodo de referência (Ag/AgCl), (f) Eletrodo auxiliar (agulha de aço), (g) Área do eletrodo (definida pelo espaçador), (h) Entrada, (i) Saída.
material do eletrodo 
CD-R de ouro
109
FIA amperométrico – efeito da vazão
Solução de prometazina: 1,03 10-3 mol L-1 em H2SO4 0,1 mol L-1. Potencial aplicado: 0,900 V vs. Ag/AgCl. Alça de amostragem: 300  L. Vazão:
1,5 - 7,5 mL min-1.
Determinação de prometazina em Fenergan
FIA amp. repetibilidade
 Solução 1,0 10-5 mol L-1 de prometazina em 0,1 mol L-1 de H2SO4. Alça de amostragem: 300 L. Potencial aplicado: 0,900 V vs. Ag/AgCl. Vazão de 2,0 mL min-1. DPR: 1,1%. Freqüencia analítica: 70 determinações por hora. 
Determinação de prometazina em Fenergan
Célula espectroeletroquímica em fluxo
DANIEL, D.; GUTZ, I.G.R. (2001)
Long-optical-path thin-layer spectroelectrochemical flow cell with inexpensive gold electrodes
Electroanalysis 13 (8-9), 681-685.
FIA com detector espectroeletroquímico
Pump
Diode array Spectro-
photometer
Syringe
Injector
Sample
 Potentiostat
h
Waste
 Microcomputer
Cell
Detector espectroeletroquímico
wavelength (nm)
Absorbance
 
0,0
0,3
0,6
0,9
0,0
0,1
0,2
0,3
1,2
 
 
Corrent (mA)
 
Absorbance (430 nm)
 
Absorbance (514 nm)
Corrent and Absorbance
Potential (V) vs. Ag/AgCl
Promethazine 6,40 10-4 mol L-1 in H2SO4 (0,1 mol L-1). 
Flow rate: 2 mL min -1. Sample loop: 300 L.
Potential (V) 
FIA espectroeletroquímico
0
500
1000
1500
2000
2500
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
 
 
Absorbance (514 nm)
Time (s)
0,0
3,0x10
-4
6,0x10
-4
9,0x10
-4
0
30
60
90
120
 
 
Current
m
A)
Conc. (mol/L) 
0,0
3,0x10
-4
6,0x10
-4
9,0x10
-4
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
 
Absorbance (514 nm)
Eletrodo desligado. Signal do pigmento do remédio, a ser subtraído
0
500
1000
1500
2000
2500
0
30
60
90
120
 
 
Current (
m
A)
Time (s)
Conc. (mol/L) 
Curvas amperométricas e absorciométricas para Prometazina
Promethazine in H2SO4 (0.1 mol L-1). 
Potential: 0.850 V. Flow rate: 2 mL min -1. Sample loop: 300 L.
Miniaturização de sistemas em fluxo
Miniaturização de sistemas 
em fluxo
Redução dos custos (produção em massa)
Portabilidade dos instrumentos
Menor consumo de amostra e reagentes
Possibilidade de uso in vivo
Compatibilidade com microssistemas analíticos totais 
Menor geração de resíduos
Menor consumo de energia
Maior rapidez das análises
Micro FIA
Wenbin Du http://www.css.zju.edu.cn/~imas/wbdu
Micro FIA
Wenbin Du - China 
http://www.css.zju.edu.cn/~imas/wbdu/mtas04.pdf
Sequentially injected 20, 40, 60, 80, 100 μM Fe(II) standards 
Sampling time, 2 s; injection time for carrier, 10 s; 
sampling flow-rate, 0.38 μL/min.
Sequentially injected 20, 40, 60, 80, 100 μM Fe(II)
Highest sampling throughput of 1000 h-1.
Sampling time, 0.08 s; injecting time for carrier, 3.4 s; 
sampling flow-rate 0.5 μL/min
􀁺 Sample consumption: 0.6-13 nL
􀁺 Sample throughput: 300-1000 h-1
􀁺 Sample/carrier/reagent flow-rate: 0.5/0.5/0.87 μL/min
􀁺 Volume of LCW flow-cell: 40 nL
􀁺 Effective path length of LCW flow-cell: 17 mm
􀁺 Repeatability: 0.6% RSD (n=18)
􀁺 Linear range: 1- 100 μmol/L Fe(II)
􀁺 Limit of detection (LOD) for Fe(II): 0.1 μmol/L
Sistema microfluídico e lab-on-chip
http://en.wikipedia.org/wiki/Lab_on_a_chip
Dispositivo simples
Dispositivos complexos
http://machinedesign.com/article/flu-bug-finder-on-a-chip-1006
Genotyper integrates fluidic and thermal components such as heaters, temperature sensors, and addressable valves to perform two independent serial biochemical reactions, followed by an electrophoretic separation. Integration of multiple steps of biological assays on a single device provides significant advantages in terms of sample/reagent consumption, process automation, analysis speed and efficiency, and contamination reduction. 
The key components (phase change valves, thermally isolated reaction chambers, gel electrophoresis, and pulsed drop motion) of this device are electronically addressable and simple to operate, properties that could eventually lead to autonomous operation. 
The device's compact design and mass-production technology make it an attractive platform for a variety of genetic analyses. 
Ultimately, the Genotyper will be fully portable, even connecting wirelessly, and thus able to track the spread of existing or emerging flu strains around the world. "We are still working with experimental prototypes, not devices ready for mass manufacture," says Ron Larson, Professor of Chemical Engineering at the U of M and one of the device's developers. 
Genotyper identifies flu type through a process resembling the genetic fingerprinting used in DNA identification. The process uses standard biochemical assays, only miniaturized. 
First, the influenza RNA (its genetic material) is converted to DNA using the same biological processes that the HIV virus uses to convert RNA to DNA, thereby replicating itself and eluding the immune system. Then, a segment of the DNA is amplified thousands or millions of times by reverse transcription polymerase chain reaction, and enzymes are released that "digest" or cut that DNA in a sequence-specific manner. 
The DNA is stained and pushed through a polymer gel matrix by an electric field. The DNA pieces move at rates controlled by their size. One type of flu, for example, would have DNA that is not cut by the enzyme, while another is cut. So, DNA bands are formed whose locations tell if the DNA is cut or not. This provides a "fingerprint" that distinguishes the type of flu. 
Different types of DNA strands can be tested and identified using the same device by simply using different reagents. To demonstrate the Genotyper's versatility, researchers tested DNA from a human, a mouse, and from a strain of influenza. The entire device would be about the size of a TV remote control. 
Presently, there are different versions of the device measuring between 1 and 2 in. in length and width. The chip does not yet include a purification unit, and there is still a need for external "readers" to see the DNA bands. Some versions require external air pressure while others generate pressure on the chip. The devices are made by bonding silicon and glass-substrate components. 
The Genotyper will remain in the research and development phase until its reliability can be established.
119
Lab-on-chip
http://machinedesign.com/article/flu-bug-finder-on-a-chip-1006
Genotyper – micro laboratório bioquímico 
Aquecimento, resfriamento e válvulas controladas por software
Aplicação em vista: distinção entre tipos de vírus da gripe em 2 h. 
Converte RNA em DNA, amplifica, cora e separa por eletroforese em gel
http://machinedesign.com/article/flu-bug-finder-on-a-chip-1006Genotyper integrates fluidic and thermal components such as heaters, temperature sensors, and addressable valves to perform two independent serial biochemical reactions, followed by an electrophoretic separation. Integration of multiple steps of biological assays on a single device provides significant advantages in terms of sample/reagent consumption, process automation, analysis speed and efficiency, and contamination reduction. 
The key components (phase change valves, thermally isolated reaction chambers, gel electrophoresis, and pulsed drop motion) of this device are electronically addressable and simple to operate, properties that could eventually lead to autonomous operation. 
The device's compact design and mass-production technology make it an attractive platform for a variety of genetic analyses. 
Ultimately, the Genotyper will be fully portable, even connecting wirelessly, and thus able to track the spread of existing or emerging flu strains around the world. "We are still working with experimental prototypes, not devices ready for mass manufacture," says Ron Larson, Professor of Chemical Engineering at the U of M and one of the device's developers. 
Genotyper identifies flu type through a process resembling the genetic fingerprinting used in DNA identification. The process uses standard biochemical assays, only miniaturized. 
First, the influenza RNA (its genetic material) is converted to DNA using the same biological processes that the HIV virus uses to convert RNA to DNA, thereby replicating itself and eluding the immune system. Then, a segment of the DNA is amplified thousands or millions of times by reverse transcription polymerase chain reaction, and enzymes are released that "digest" or cut that DNA in a sequence-specific manner. 
The DNA is stained and pushed through a polymer gel matrix by an electric field. The DNA pieces move at rates controlled by their size. One type of flu, for example, would have DNA that is not cut by the enzyme, while another is cut. So, DNA bands are formed whose locations tell if the DNA is cut or not. This provides a "fingerprint" that distinguishes the type of flu. 
Different types of DNA strands can be tested and identified using the same device by simply using different reagents. To demonstrate the Genotyper's versatility, researchers tested DNA from a human, a mouse, and from a strain of influenza. The entire device would be about the size of a TV remote control. 
Presently, there are different versions of the device measuring between 1 and 2 in. in length and width. The chip does not yet include a purification unit, and there is still a need for external "readers" to see the DNA bands. Some versions require external air pressure while others generate pressure on the chip. The devices are made by bonding silicon and glass-substrate components. 
The Genotyper will remain in the research and development phase until its reliability can be established.
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Célula microfluidica com eletrodos
D. Daniel and I. G. R. Gutz, Electrochemistry Communications 5 (2003) 782
Célula microfluídica com dois eletrodos ouro, construído 
com secção de CD de ouro e máscaras de toner impressas a laser
Célula microfluídica com um eletrodo de ouro, construído com 
secção de CD de ouro e máscaras de toner impressas a laser
Célula microfluidica – produção simples
Desenho do espaçador, em escala 1:1, utilizando software gráfico
Impressão à laser do desenho em papel 
não adesivo
As máscaras de toner são recortadas do papel não adesivo
Célula microfluidica - produção
Fatias de CD-R, com superfície de Au exposta, são recortadas com tesoura
As máscaras de toner são fixadas à superfície do CD-R
Célula microfluidica - produção
Os protótipos são levados à prensa térmica para transferência da máscara de toner, por 90 segundos à 120C
O papel não adesivo é facilmente removido e orifícios são feitos para permitir passagem de solução na célula
Para completar a célula, outro pedaço de CD-R é sobreposto e o conjunto, levado à prensa por 150 segundos à 150C
Protótipo FIA amp. em operação 
Áreas não impressas funcionam como microcanais
Espessura mínima: 7m
 Espessura máxima:  45 m (8 camadas)
Largura mínima: 100 m (ou 200 m para 8 camadas)
Célula com microreator fotocatalítico
(1) Entrada
(2) Eletrodo referência (Ag/AgCl)
(3) UV-LED (365 nm)
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
4) Saída (eletrodo auxiliar, aço-inox)
(5) Au-CDtrodo (área:0,01 cm2; 
 volume: 19 µL)
Eletrodo de Au modificado 
com TiO2
Eficiência do reator fotocatalítico
(A) Voltamogramas cíclicos obtidos em diferentes tempos de exposição; (B) Curva de ipa vs. tempo de exposição. Radiação UV: 365 nm. Solução Cu-EDTA [1,0/2,0] 10-3 mol L-1, em eletrodo modificado. Eletrólito suporte: tampão HAc/NaAc 0,1 mol L-1 (pH= 4,7). V: 50 mV s-1. 
D. Daniel and I.G.R. Gutz, Electrochem. Commun. 9 (2007) 522
A
B
antes da fotólise: pico do cobre bloqueado pela presença de EDTA 
fotólise em andamento: 
pico do cobre apresenta recuperação gradual
127
LabCD discs
128
System Components:
• LabCD Disc
• GENESIS Liquid handling station
• LabCD Incubator
• LabCD Stacker
• Temp-controlled LabCD Carriers
• LabCD ULTRA Reader
• Software: GUI, Modified Magellan
and Gemini
LabCD
LabCD
Estação de manipulação de líquidos
Dispensador automático de 8 canais (seringas), nL a mL
Lab Admet
132
System Components:
• LabCD Disc
• GENESIS Liquid handling station
• LabCD Incubator
• LabCD Stacker
• Temp-controlled LabCD Carriers
• LabCD ULTRA Reader
• Software: GUI, Modified Magellan
and Gemini
Analisador centrífugo COBAS Fara (Roche)
Uses onboard programs to control robotic sample arms to draw samples and work with removeable racks. Sample is automatically introduced into rotor and prepared to preset temperature and incubated and spun in rotor. 
COBAS (Roche)
Analisador automático Advia 2400 (Bayer)
Microvolume sample technology
Minimal sample volume requirements provide sample management efficiency. 
Reagent storage area
Onboard refrigerated storage for 46 one or two reagent chemistries provides the capacity to consolidate a large menu of tests on the system. 
Automation-ready sample probe
Swings 180° away from system to provide direct sampling from the ADVIA WorkCell or ADVIA LabCell Modular Automation System. 
Open-system capability
100 channels, 62 available for 
user-defined applications. 
Innovative optical system
Specialized incubation fluid and concavity diffraction grating maximizes result accuracy 
while using microvolume samples. 
ADVIA 2400 Universal Rack Handler
Analisador automático Advia 1650 (Bayer)
Analisador automático Advia 2400 (Bayer)
Analisador automático Advia 2400 (Bayer)
Overview
Type of System 
Random continuous access, batch, discrete processing 
Throughput Rate 
2400 tests/hour, 1800 tests/hour colorimetric, 600 tests/hour ISE 
Sample handling 
Sample Tubes
5 mL, 7 mL, 10 mL, 2 mL sample cups, microcontainer tubes 
Sample Tray 
84 samples, positive sample identification 
Bar Codes 
Interleaved 2 of 5, code 39, code 128, Codabar (NW7) 
Analisador automático Advia 2400 (Bayer)
STAT Positions 
up to 84 positions 
Auto-repeat 
Automatic repeat testing from the retained pre-diluted sample or original sample 
Auto-dilution 
Automatic dilution from retained pre-diluted sample 
Automation Ready 
Probe swings 180 degrees away from system to access laboratory automation* 
Analisador automático Advia 2400 (Bayer)
Microvolume technology:
Samples
Automatic sample pre-dilution
All samples diluted 1:5 (30 µL sample + 120 µL saline generates 15 test results), different dilutions possible
Pre-dilution tray: 120 dilution cups 
Original sample volume 
2 to 30 µL; system uses an average of 2-3 µL per test 
Sample probes 
2 probes manage pre-dilution and distribution to reaction tray; probes have liquid level sense 
Pre-diluted Sample: Retained until results are available 
Analisador automático Advia 2400 (Bayer)
Microvolume technology:
Reagents
Average Reagent volume: 80-120 µl per test 
70 ml Wedge capacity840 tests per wedge 
Storage capacity on-board 20,000 tests average; 32,200 tests maximum 
Reaction area 
Reaction Tray : 340 reusable plastic cuvettes
Cuvette Optical Path Length: 6 mm 
Reaction Bath Inert fluorocarbon oil circulation system, 37°C 
Photometer 
14 fixed wavelengths (340, 410, 451, 478, 505, 545, 571, 596, 658, 694, 751, 805, 845 and 884) 
Analisador automático Advia 2400 (Bayer)
Photometer 
Light Source: 12V, 50W halogen lamp, cooled by forced water circulation
Assay Methods: Endpoint, rate reaction, 2-point rate, multi-point homogeneous immunoassay 
Reaction Times: 3, 4, 5, 10, 15 and 20 minutes 
Automatic Correction: Serum blank, cell blank, measurement point change, sample volume change in reassay 
Point Forwarding: Automatically extends linerarity for over assay range samples 
Analisador automático Advia 2400 (Bayer)
Reagent Handling 
Reagent Tray: 2 trays, 50 positions each, refrigerated
Reagent Capacity On-board: 46 colorimetric methods 
Dispensing System: 2 probes with liquid level sensing 
Reagent Wedges: 20, 70 ml bar-code labeled wedges, 85 to 840 tests/wedge 
Reagent Dilutions: Capability to dilute concentrated reagents on-board 
Analisador automático Advia 2400 (Bayer)
General Chemistry
Acid Phosphatase
Alanine Aminotransferase*
Albumin*
Alkaline Phosphatase AMP*
Alkaline Phosphatase DEA*
Amylase*~
Aspartate Aminotransferase*
Bilirubin-Direct*
Bilirubin-Total*
Calcium*~
Carbon Dioxide*
Cholesterol*
Chloride*~
Creatine Kinase~
Creatinine*~
Creatinine, Enzyme*
Direct LDL Cholesterol*
Gamma-Glutamyltransferase*
Glucose-Hexokinase*~
Glucose-Oxidase*~
HDL Cholesterol II*
Inorganic Phosphorus*~
Iron*
Lactate#~
Lactate Dehydrogenase L-P*
Lactate Dehydrogenase P-L*
Lipase*
Analisador automático Advia 2400 (Bayer)
General Chemistry
Magnesium*~
Potassium*~
Sodium*~
TIBC†
Total Protein*
Triglycerides*
Urea Nitrogen*~
Uric Acid*~
Urinary Protein* 
Special Chemistry 
Ammonia# 
Cholinesterase* 
HbA1c (whole blood)
Microalbumin* 
Pancreatic Amylase* 
Prealbumin 
† Under Development
* Plasma Qualified
~ Urine Qualified
# Plasma Only
¬ Urine Only 
Analisador automático Advia 2400 (Bayer)
Specific Proteins
Alpha-1 Antitrypsin*
Anti-Streptolysin O
Apolipoprotein A1*
Apolipoprotein B*
C3
C4
CRP
CRP- Wide Range*
Haptoglobin†
IgA*
IgG*
IgM*
Rheumatoid Factor
Transferrin* 
Drugs of Abuse/Toxicology
Acetaminophen†
Amphetamines†*
Barbiturates†*
Benzodiazepines†*
Cannabinoids†*
Cocaine Metabolite†*
Ethyl Alcohol†
Methadone†*
Opiates†*
Phencyclidine†*
Propoxyphene†*
Salicylate† 
Analisador automático Advia 2400 (Bayer)
TDM-Therapeutic Drug Monitoring
Carbamazepine*
Digoxin*
Gentamicin*
Lithium†
Phenobarbital*
Phenytoin*
Theophylline*
Tobramycin†
Valproic Acid*
Vancomycin† 
Analisador automático Advia 2400 (Bayer)
Open system capability 
Channels: 100 channels; 62 open for user-defined applications 
ISE: Indirect simultaneous measurement of Na, K, Cl 
Sample Volume 22µL for all three tests 
Priming: Automatic priming cycle
Electrode Life: Guaranteed for at least 30,000 samples
Throughput Rate: 600 tests/hour 
Analisador automático Advia 2400 (Bayer)
Calibration Stability: Average 14-30 days 
 Auto-Calibration: User-defined time interval or with new reagent wedge
Calibration/Control Tray: 61 refrigerated positions for calibrators, controls and diluents 
Water Requirements: 40 liters Deionized water per hour 
Estação de manipulação de líquidos
Estação automatizada trabalha com 96 pipetadores para transferir líquidos de uma micro placa para outra
Robôs para laboratório – uso analítico
Robots para laboratório – uso analítico
Braço e Sistema da Zymark Corporation
Balança
Expansão
Instrumento 
Analítico
Porta
Amostras
Agitador
Impressora
Estação de trabalho com coletor de frações, 
dispensador, diluidor e extrator
 Outros eqtos. 
de laborat.
Controle
Interface
Dedos
Condicio-
nador de
amostras
Mãos
Extras
Robots para laboratório
Zymark Benchmate, equipado com braço, balança, filtros, dispensadores de líquidos, suportes de tubos. Usado na ind. farmacêutica em aplicações analíticas, teste de dissolução de comprimidos, etc.
http://blake.montclair.edu/~olsenk/robot.htm
Robots para laboratório – uso em síntese
Síntese de traçadores radioativos de 18F com Robot Zymark 
http://umrcea.cyceron.fr/article.php3?id_article=50
Robots para laboratório
Preços e usos de braços de robot para laboratório
Braços de robot industriais são mais caros e 
usados em laboratório somente quando necessário
Robots para laboratório
Aplicabilidade de braços de robot para laboratório
Configuração de sistemas automatizados
Balanço entre os fatores a considerar ao definir um sistema automatizado
 Baixa complexidade
 Alta confiabilidade
 Custo moderado
 Baixa flexibilidade
 Baixa complexidade
 Confiabilidade média
 Custo baixo
 Flexibilidade mínima
 Alta complexidade
 Alta confiabilidade
 Custo muito alto
 Alta flexibilidade
 Alta complexidade
 Confiabilidade baixa
 Custo alto
 Flexibilidade mínima
http://blake.montclair.edu/~olsenk/robot.htm
Automação de cultura de células
Sistema robotizado SelecT - http://lab-robotics.org/Philly/documents/VS_LRIG_050922.pdf
Automação de cultura de células
Automação de cultura de células
http://lab-robotics.org/Philly/documents/VS_LRIG_050922.pdf
Análise de amônia por SIA
Automação por SIA do método clássico de Berthelot
( 705 nm)
Chao-Hsiang Wu, L. Scampavia, J. Ruzicka & B. Zamost, Analyst 126, 291 (2001)
Análise de amônia por SIA
HYPOCHLORITE
SALICYLATE
Holding Coil
Flow Cell
Waste
SAMPLE
Reagentes e amostra são introduzidos seqüencialmente na bobina
Análise de amônia por SIA
Produto é bombeado para a cubeta em fluxo
Holding Coil
Flow Cell
Waste
Medição é realizada diretamente ou por parada de fluxo (melhor)
Análise de amônia por SIA
Cubeta é esvaziada e sistema fica pronto para próxima análise
SPACER
Holding Coil
Flow Cell
Waste
Análise de amônia por SIA – modo cinético
Medição do azul de indofenol formado, 
a 705 nm, por stopped flow
STOP FLOW
Bombas e Válvulas solenóide
Bombas solenóide deslocam volume constante a cada acionamento.
Ex. bomba de diafragma ajustável 
0,5 a 5 L por pulso, bidirecional 
Válvulas de entrada e saída externas)
Precisão: 2%
Frequência: até 900 ciclos/min ou 4 mL/min
Material interte, PEEK
Durabilidade: 10 milhões de ciclos
http://www.burkert.com.au/products_data/datasheets/DS7616-Standard-EU-EN.pdf
fotoeletrocatalítico
Curvas de fração de Cu(II) recuperado em função do tempo de exposição à radiação UV (365 nm) e do potencial aplicado ao eletrodo. Solução Cu-EDTA [0,6/1,2] 10-3 mol L-1. Eletrólito suporte: tampão HAc/NaAc 0,1 mol L-1 (pH= 4,7).
Efeito do controle do potencial do eletrodo
Determinação de produto gasoso
 
 
 
 
 
FIA-GV com aquecimento da bobina de reação
(a) Entrada de água destilada; (b) Bomba peristáltica; (c) Atenuador de pulsação; (d) Injetor duplo ; (e) Confluência em Y; (f) Bobinas de Reação (4,5 m); (g) Recipiente coletor de gases; (h) Balança de precisão (1 mg); (i) Tubo para descarga periódica de gases; (j) Efluente; (k) Aquecimento (l) Resfriamento.
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(g)
( j )
(h)
( i )
(k)
(l)
(f)
(f)
168
System Components:
• LabCD Disc
• GENESIS Liquid handling station
• LabCD Incubator
• LabCD Stacker
• Temp-controlled LabCD Carriers
• LabCD ULTRA Reader
• Software: GUI, Modified Magellan
and Gemini
Determinação de produto gasoso
 Balança semi-analítica Ohaus GT-480: Comunicação Serial
 Protocolo de Transferência: RS-232
Aquisição de dados com LabView
169
System Components:
• LabCD Disc
• GENESIS Liquid handling station
• LabCD Incubator
• LabCD Stacker
• Temp-controlled LabCD Carriers
• LabCD ULTRA Reader
• Software: GUI, Modified Magellan
and Gemini
Determinação de produto gasoso
Materiais e geometria são importantes para viabilizar a extração 
líquido-líquido. Ex.: Membrana (permeável) de Teflon ajuda a guiar
fase orgânica
1% Cl2 = 0,954 mL O2
(nas seguintes condições experimentais:
P= 698,9 mmHg; PH2O= 24mmHg; T=297K)
170
System Components:
• LabCD Disc
• GENESIS Liquid handling station• LabCD Incubator
• LabCD Stacker
• Temp-controlled LabCD Carriers
• LabCD ULTRA Reader
• Software: GUI, Modified Magellan
and Gemini
Micro FIA
http://www.css.zju.edu.cn/~imas/wbdu
Conectores, tubos, manifolds
Miniature System of 
Tubing And Connectors 
(MINSTAC – Lee Company)
Para tubos de 0,4 a 2 mm
pressão de até 8 bar 
http://www.theleeco.com/EFSWEB2.NSF/4c8c908c6ad08610852563a9005dae17/75268d0917f93f60852574db00564662!OpenDocument
Manifolds comerciais
valve block, 8-valve manifold, fluid resistor, liquid dispense plate
 www.rothermelassociates.com/ photo22.htm 
Opções adicionais de propulsores de fluido
Microválvula solenoide
(Lee Company, modelo LPV, motor bipolar)
Volume fixo por pulso, a partir de 10 nL
Inclui válvulas. Frequências até 1200 Hz
Durabilidade: >200 milhões de ciclos
líquidos não abrasivos filtrados (10 m)
Usado tb. em impressoras de jato de tinta
Bombas e Válvulas solenóide
Válvulas solenóide servem para dispensar volumes bem determinados se o fluido estiver sob pressão constante.
Bombas solenóide deslocam volume constante a cada acionamento.
Materiais aderentes ou adsorvíveis (proteínas) ou partículas podem comprometer seu bom funcionamento
Manipulação de líquidos sem contato com peças
http://www.sonic.net/~dylan/tech_non_contact.html
Dispersão da amostra - difusão
Os processos de Difusão axial e radial se dão simultaneamente, vez que o movimento das moléculas é aleatório
http://cronodon.com/BioTech/Diffusion.html