氣相色譜儀頂空進樣概述（二）

2、樣品量：

樣品量是指頂空樣品瓶中的樣品體積。樣品量直接決定相比，對分析結果影響很大。

樣品性質、分析目的和方法是決定樣品量的主要因素。

進樣量是通過進樣時間（壓力平衡系統）或定量管（壓力控制定量管系統）來控制的，它受溫度和壓力等因素的影響。事實上，進樣量沒有多大意義，重要的是進樣量的重現性，只要保證進樣條件重現，就能保證重現的進樣量。即使在定量分析中，一般也不需要知道進樣量。

靜態頂空進樣分析一般只從一個頂空樣品瓶中取樣一次。做平行實驗時，要制備幾份樣品分別置于不同的頂空樣品瓶中，每份樣品的體積是否重現會影響分析結果。待測組分的分配系數越小，樣品體積波動所造成的結果誤差越大。反之，分配系數越大，影響越小。實際工作中，樣品的分配系數往往是未知的，任何時候都應盡量使各份樣品的體積一致。

樣品體積還與頂空樣品瓶的容積有關。樣品體積的上限是頂空樣品瓶容積的80%，以使有足夠的頂空體積便于取樣。常以頂空樣品瓶容積的50%為樣品體積。

3、平衡溫度：

樣品的平衡溫度與蒸氣壓有關，影響分配系數。一般來說，平衡溫度越高，蒸氣壓越高，頂空氣體的濃度越高，分析靈敏度越高。待測組分的沸點越低，對溫度越敏感。然而，在靜態頂空進樣分析中，溫度改變只影響分配系數，并不影響相比。對于給定的樣品體系，相比是常數。當分配系數>>相比時，溫度影響非常明顯。當分配系數<<相比時，溫度升高使分配系數減小，但分配系數和相比的變化很小，頂空氣體的濃度變化很小。

平衡溫度應根據分析對象選擇。實際工作中，一般在滿足分析靈敏度的條件下選擇較低的平衡溫度。溫度過高可能導致某些組分分解和氧化，使頂空氣體的壓力太高。頂空氣體壓力過高會對下一步加壓提出更高要求，可能引起系統漏氣。

靜態頂空進樣分析中必須保證溫度重現。除了平衡溫度，取樣管、定量環以及與氣相色譜儀的連接管路都要嚴格控制溫度，這些溫度一般要高于平衡溫度，以避免樣品的吸附和冷凝。

4、平衡時間：

平衡時間一般比分析時間長，分析周期主要由平衡時間決定，縮短平衡時間是提高靜態頂空氣相色譜分析速度的關鍵。平衡時間本質上取決于待測組分分子從樣品基質到氣相的擴散速度。擴散速度越快，擴散系數越大，所需平衡時間越短。

（1）平衡時間的確定：

由于樣品性質千差萬別，平衡時間很難預測，一般通過實驗來測定。在5～10個頂空樣品瓶中裝上同一樣品，每個頂空樣品瓶采用不同的平衡時間，然后進行氣相色譜分析，用待測物的峰面積對平衡時間作圖，可確定所需平衡時間。

平衡時間一般不小于30min，以保證樣品溶液的氣液或氣固兩相有足夠的時間達到平衡。平衡時間也不宜過長，一般不超過60min，否則可能使頂空樣品瓶的氣密性變差，導致定量準確性降低。

（2）縮短平衡時間的方法：

1）提高溫度：

分子擴散系數與分子尺寸、介質粘度和溫度有關。溫度越高，粘度越低，擴散系數越大，提高溫度可縮短平衡時間。

2）減少樣品體積：

氣體樣品或可全部轉化為氣體的液體樣品所需平衡時間短些。液體樣品的平衡時間除了與樣品性質和溫度有關，還與樣品體積有關。樣品體積越大，所需平衡時間越長。而樣品體積又與分析靈敏度要求有關。對于分配系數小的組分，加大樣品體積可大大提高分析靈敏度，但所需平衡時間增加。對于分配系數大的組分，加大樣品體積對提高分析靈敏度甚微，可用小的樣品體積來達到縮短平衡時間的目的。

3）采用重疊平衡：

自動頂空進樣器具有此功能，可預設時間程序進行自動分析。

4）攪拌：

實驗表明，對于分配系數小的樣品，攪拌可使平衡時間縮短一半以上。但對于分配系數大的樣品，影響小的多。

固體樣品所需平衡時間長，除了提高溫度可縮短平衡時間，減小固體顆粒尺寸和增大比表面可有效縮短平衡時間。將固體樣品溶解在適當的溶劑中或用溶劑浸潤固體樣品，也可縮短平衡時間。

5、頂空樣品瓶：

頂空樣品瓶大多采用硼硅玻璃材質，其惰性能滿足絕大部分樣品的分析。

（1）頂空樣品瓶的要求：

1）體積準確。

2）能承受一定壓力。

3）密封性能良好。

4）對樣品無吸附作用等。

（2）頂空樣品瓶真實體積的確定：

定量分析時要涉及到相比的準確值，這就要知道頂空樣品瓶的準確體積。簡單方法是先用天平稱量空瓶重量，然后充滿水再稱量，根據水在稱量溫度下的密度，可計算出頂空樣品瓶的準確體積。對同一批頂空樣品瓶，可準確測定其中5個的真實體積，用其平均體積作為該批頂空樣品瓶的真實體積。

（3）頂空樣品瓶的選用：

頂空樣品瓶的體積有5～22mL多種。

1）根據氣相色譜分析要求而定。

2）根據樣品情況而定。液體樣品多用10mL左右的頂空樣品瓶，因為分析靈敏度取決于待測組分在頂空氣體中的濃度，而不是樣品量。固體樣品因為樣品本身的體積大，要用大些的頂空樣品瓶。

3）根據色譜柱要求而定。填充柱或毛細管柱分流進樣時，進樣體積一般為0.5～2mL，要用大體積頂空樣品瓶。毛細管柱不分流進樣時，進樣體積一般不超過0.25mL，小體積的頂空樣品瓶足以滿足要求。

（4）頂空樣品瓶的清洗：

頂空樣品瓶最好只用一次。若反復使用，一定要清潔干凈。清洗方法是先用洗滌劑清洗，然后用蒸餾水清洗，再用純甲醇沖洗，最后置于烘箱中烘干。

6、密封蓋：

頂空樣品瓶的密封蓋由金屬蓋和密封墊組成。

（1）金屬蓋：

金屬蓋有可多次使用的螺旋蓋和一次性使用的壓蓋。目前多采用一次性使用的鋁質壓蓋。

（2）密封墊：

密封墊主要采用硅橡膠、氟橡膠和丁基橡膠材質。

1）硅橡膠墊：耐高溫性能好。

2）氟橡膠墊：惰性好。為防止密封墊對樣品組分的吸附，目前多用聚四氟乙烯密封墊。

3）丁基橡膠墊：價格低。

密封墊在刺穿一次后可能會漏氣而失去保護作用。在制備樣品時，要將樣品全部加入頂空樣品瓶后再密封。需要從一個頂空樣品瓶多次進樣時，zui好連續進行，不要把扎穿過密封墊的頂空樣品瓶放置一段時間后再用。

五、靜態頂空進樣分析常用技術：

靜態頂空進樣分析常用技術有多次頂空萃取技術、反吹技術、冷凍富集技術、衍生化反應技術和定量分析技術等。

1、多次頂空萃取技術：

靜態頂空進樣一般只對一個樣品取樣一次。如果在*次取樣后，讓樣品在相同條件下再達到平衡，進行第二次取樣，由于已取了一次樣，盡管分配系數保持不變，整個樣品的組成已發生了變化，第二次頂空氣體的組成與*次不同，第二次分析所得相同組分的峰面積會比*次小。因此，作重復進樣分析時，最好同時用幾個頂空樣品瓶，每個頂空樣品瓶進樣一次。

若從另一個角度看問題，從同一頂空樣品瓶重復取樣進行分析，原樣品中待測組分的濃度會逐次減小，直到最后被完全萃取。這樣，每次分析所得峰面積之和就對應原樣品中該組分的總濃度。由于待測組分最后被完全萃取，不會有樣品基質效應影響分析。這是多次頂空萃取技術的基本思路。

采用多次頂空萃取技術將樣品中的待測組分全部萃取完，時間會相當長。多次頂空萃取技術可用于定量分析，多用于理論研究。

2、反吹技術：

反吹技術是改變氣相色譜柱中的載氣流動方向，將柱頭滯留的高沸點和極性組分吹出色譜柱。反吹技術在靜態頂空進樣分析中很重要，可縮短分析時間，保護色譜柱。

靜態頂空進樣的分析對象多為易揮發組分，當對高沸點組分不感興趣時，可采取反吹技術將其放空。在固體樣品的分析中，所用溶劑或分散劑常比待測組分沸點高，采用反吹技術可消除這些溶劑峰。

3、冷凍富集技術：

當頂空氣體中待測組分的濃度太低（可能由于原樣品的濃度太低，也可能由于組分的蒸氣壓太低）或檢測器靈敏度不能滿足分析要求，需要加大進樣體積時，冷凍富集技術是靜態頂空進樣分析常用的提高靈敏度的方法。

 冷凍富集技術與冷柱上進樣中的冷凍聚焦技術類似，不同之處是頂空樣品是氣體，冷阱的作用主要是使這些氣體冷凝而富集。冷凍富集主要用于毛細管柱靜態頂空進樣分析，方法是用液氮或液態二氧化碳使柱箱、色譜柱或色譜柱入口端的一段處于低溫，當大體積的頂空氣體進入色譜柱時先冷凝下來，然后升高柱溫使之氣化，使初始樣品譜帶變窄，從而消除大體積氣體很容易使色譜柱超載的問題。通常毛細管柱頂空進樣體積為0.25mL左右，采用冷凍富集技術后，進樣體積可達1～2mL，使分析靈敏度提高。

4、衍生化反應技術：

靜態頂空進樣分析可用于監測產生揮發性產物的反應。通過某些化學反應將極性、不揮發或難揮發的組分變成揮發性組分，然后用氣相色譜靜態頂空進樣進行分析。在靜態頂空進樣分析中，頂空樣品瓶就是一個反應器，只要將反應試劑和必要的催化劑加入到頂空樣品瓶中，控制溫度和反應時間，可實現在線反應靜態頂空進樣分析。