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氣相色譜儀頂空進樣概述（一）

山東朱氏藥業(yè)集團有限公司2022/10/7 23:58:47

**節(jié) 概述




氣相色譜儀分析中約60％的時間用于樣品預處理，10％～15％的時間用于色譜分析，其它時間用于數(shù)據(jù)處理等，如何加快和簡化樣品預處理是提高氣相色譜儀分析效率的關(guān)鍵。樣品預處理的方法很多，當只對復雜樣品中的揮發(fā)性組分感興趣時，頂空進樣往往是一種非常簡便而有效的分析方法。

所謂頂空進樣是取樣品基質(zhì)（液體或固體）上方的氣相部分進行氣相色譜分析。頂空進樣技術(shù)出現(xiàn)于1939年，比氣相色譜儀早。1958年用氣相色譜儀頂空進樣分析水中的氫氣含量�，F(xiàn)在，頂空進樣已是普遍使用的氣相色譜技術(shù)。

根據(jù)取樣和進樣方式不同，頂空進樣可分為靜態(tài)頂空進樣和動態(tài)頂空進樣。




第二節(jié) 氣相色譜儀靜態(tài)頂空進樣




氣相色譜儀靜態(tài)頂空進樣是將液體或固體樣品溶液密封在一個容器中（平衡瓶即頂空樣品瓶），在一定溫度下（平衡溫度）加熱一段時間（平衡時間），使氣液或氣固兩相達到平衡，然后取氣相部分進入氣相色譜儀進行分析。靜態(tài)頂空進樣又稱平衡頂空進樣或一次氣相萃取進樣。

一、工作原理：

將液體或固體樣品溶液置于一個恒溫密封的頂空樣品瓶中，使其中的揮發(fā)性組分逸出，在達到氣液或氣固分配平衡后，定量采集取氣相部分進入氣相色譜儀進行分析，通過測定樣品基質(zhì)上方的氣體成分來測定這些組分在原樣品中的含量。

設(shè)頂空樣品瓶中裝有的液體樣品的體積為V0，原始樣品濃度為C0。當在一定溫度下達到氣液平衡時，氣相體積為Vg，氣相中的樣品濃度為Cg；液相體積為Vl，液相中的樣品濃度為Cl。則：

平衡常數(shù)K = Cl/Cg

相比β = Vg/Vl

當在一定溫度下達到氣液平衡時，可以認為液體體積不變，即：

       Vl = V0

由于頂空樣品瓶是密封的，樣品不會逸出，所以：

       V0×C0 = Vl×C0

                   = Vg×Cg + Vl×Cl

                   = Vl×Cg×β + Vl×Cg×K

                   = Vl×Cg×（K + β）

       C0 = Cg×（K + β）

對于一個給定的平衡系統(tǒng)，在一定條件下，K和β均為常數(shù)，故得：

       Cg = C0×K′

式中：K′= 1/（K + β）也為常數(shù)。

這就是說，在平衡狀態(tài)下，氣相中的樣品濃度Cg與樣品的原始濃度C0成正比。當用氣相色譜儀分析得到Cg后，就可計算出C0。這就是氣相色譜儀靜態(tài)頂空進樣分析的理論依據(jù)。

二、進樣方式：

靜態(tài)頂空進樣有注射器進樣、平衡式加壓進樣和定量環(huán)加壓進樣等方式。

1、注射器進樣：

由注射器取樣，為了減少揮發(fā)性組分在注射器中的冷凝，一般在注射器的外部套有溫度控制裝置。每次進樣前應用氣體清洗進樣器，盡可能消除系統(tǒng)的記憶效應。

（1）特點：

適用性廣，易清洗。

壓力難以控制，進樣量準確度較差。

當加熱條件下頂空氣體的壓力太大時，在注射器拔出頂空樣品瓶的瞬間會造成揮發(fā)性組分損失。

適用于香精、香料和煙草等揮發(fā)性含量較大樣品的分析。

（2）注意事項：

1）注射器必須是可加熱的：

樣品由頂空樣品瓶吸出到氣相色譜儀進樣口的過程中，其溫度不能發(fā)生改變。因此，注射器必須是可加熱的，否則將造成樣品在注射器內(nèi)再冷凝。

2）樣品揮發(fā)會影響重現(xiàn)性：

樣品由頂空樣品瓶吸出到氣相色譜儀進樣口的過程中，由于樣品在頂空樣品瓶內(nèi)與常壓下存在壓力差，將造成樣品流失。因此，需將注射器的溫度設(shè)定的比頂空樣品瓶高，這樣可zui大限度的減少壓力差所帶來的誤差。

3）交叉污染問題：

在兩次進樣之間持續(xù)通惰性氣體（氮氣或氦氣）吹洗注射器，可避免樣品之間的交叉污染，避免出現(xiàn)鬼峰。

4）注射器與氣相色譜儀進樣口的對準：

通過精密的步進馬達和先進的位置記憶軟件系統(tǒng)，確保注射器與氣相色譜儀進樣口位置的準確定位。

2、平衡式加壓進樣：

待樣品中的揮發(fā)性組分達到分配平衡時，對頂空樣品瓶內(nèi)施加一定的氣壓將頂空氣體壓到載氣流中。

平衡式加壓進樣系統(tǒng)的死體積小。

平衡式加壓進樣靠時間程序來控制分析過程，很難計算出具體的進樣量，進樣誤差較大。

3、定量環(huán)加壓進樣：

由定量環(huán)、壓力控制閥和氣體傳輸管路等組成，靠對頂空樣品瓶內(nèi)施加一定的氣壓將頂空氣體壓到六通閥的定量環(huán)中，然后用載氣將定量環(huán)內(nèi)的頂空氣體進到色譜柱中。

具有很好的重現(xiàn)性，適合定量分析。

由于系統(tǒng)管路較長，揮發(fā)性組分易在管壁上吸附，一般將管路加熱到較高的溫度。

三、特點：

 1、優(yōu)點：

（1）不需對樣品作復雜的處理，而直接取其頂空氣體進行分析，大大減少了樣品基質(zhì)對分析的干擾。

（2）采用氣體進樣，分析速度快，靈敏度高。

（3）無溶劑萃取，操作簡便。

（4）有多種模式，適用于多種樣品形態(tài)。

2、缺點：

有時必須進行大體積的氣體進樣，樣品的蒸氣體積過大，揮發(fā)性組分峰初始帶寬較大，影響分離效能。特別是對于組成復雜的樣品，蒸氣中的大量水分往往有損于色譜柱，限制了氣相色譜儀的使用。

四、影響靜態(tài)頂空進樣分析的因素：

影響靜態(tài)頂空進樣分析的因素有樣品性質(zhì)、樣品量、平衡溫度、平衡時間、頂空樣品瓶和密封蓋等。

1、樣品性質(zhì)：

靜態(tài)頂空進樣分析*大的優(yōu)點是不需對樣品作復雜的處理，而直接取其頂空氣體進行分析，但樣品性質(zhì)仍然對分析結(jié)果有直接影響。樣品是指置于頂空樣品瓶中的原樣品，而非進入氣相色譜儀的揮發(fā)物，因此，要考慮整個頂空樣品瓶中的樣品性質(zhì)。

（1）氣體樣品：

對于氣體樣品，頂空樣品瓶中只有氣相，沒有凝聚相（液相或固相），與普通氣相色譜分析沒有太大區(qū)別。氣體樣品的采樣溫度和樣品保存溫度可能不同，一般后者低于前者。在相對低溫下保存樣品時，有些組分可能會冷凝，分析時要在平衡溫度下放置一定時間，使樣品達到均勻的氣相，以消除部分組分冷凝帶來的誤差。

（2）液體和固體樣品：

將液體樣品轉(zhuǎn)換為氣體需要一定時間，氣化不完全會使頂空樣品與原樣品的組成不同，從而影響分析結(jié)果的準確度，應在一定溫度下平衡足夠的時間。

對于液體和固體樣品，頂空樣品瓶中有氣液或氣固兩相，甚至氣液固三相共存。頂空氣體中各組分的含量既與其本身的揮發(fā)性有關(guān)，又與樣品基質(zhì)有關(guān)，特別是在樣品基質(zhì)中溶解度大的組分的基質(zhì)效應更為明顯。頂空氣體的組成與原樣品的組成不同，對定量分析的影響尤為嚴重，標準樣品不能僅用待測物的標準品配制，還必須有與原樣品相同或相似的基質(zhì)。

減少基質(zhì)效應的方法有利用鹽析作用、在有機溶劑中加入水、調(diào)節(jié)溶液pH值、粉碎固體樣品和稀釋樣品等。

1）利用鹽析作用：

鹽析是指在水溶液中加入無機鹽來改變揮發(fā)性組分的分配系數(shù)。實驗表明，鹽濃度小于5％時幾乎沒有作用。常用高濃度鹽甚至飽和鹽。

鹽析對極性組分的影響遠大于對非極性組分的影響。

2）在有機溶劑中加入水：

在有機溶劑中加入水（水要與所用有機溶劑相溶），可減小有機物在有機溶劑中的溶解度，增大其在頂空氣體中的含量。

3）調(diào)節(jié)溶液pH值：

對于酸和堿，通過控制溶液pH值可改變其解離度或使其它待測物的揮發(fā)性變得更大些。

4）粉碎固體樣品：

物質(zhì)在固體中的擴散系數(shù)比在液體中小，固體樣品中揮發(fā)物的擴散速度很慢，往往需要很長時間才能達到平衡，盡量用小顆粒的固體樣品有利于縮短平衡時間。

一般的粉碎方法會造成樣品損失，多用冷凍粉碎技術(shù)來制備固體樣品。

用水或有機溶劑浸潤樣品，可減小固體表面對待測物的吸附作用。

5）稀釋樣品：

稀釋樣品是減小基質(zhì)效應的常用方法，但會降低分析靈敏度。