影响高效气相色谱仪静态顶空进样分析的因素

　　影响高效气相色谱仪静态顶空进样分析的因素有样品性质、样品量、平衡温度、平衡时间、顶空样品瓶和密封盖等。

　　一、样品性质：

　　静态顶空进样分析最大的优点是不需对样品作复杂的处理，而直接取其顶空气体进行分析，但样品性质仍然对分析结果有直接影响。样品是指置于顶空样品瓶中的原样品，而非进入气相色谱仪的挥发物，因此，要考虑整个顶空样品瓶中的样品性质。

　　1、气体样品：

　　对于气体样品，顶空样品瓶中只有气相，没有凝聚相（液相或固相），与普通气相色谱分析没有太大区别。气体样品的采样温度和样品保存温度可能不同，一般后者低于前者。在相对低温下保存样品时，有些组分可能会冷凝，分析时要在平衡温度下放置一定时间，使样品达到均匀的气相，以消除部分组分冷凝带来的误差。

　　2、液体和固体样品：

　　将液体样品转换为气体需要一定时间，气化不完全会使顶空样品与原样品的组成不同，从而影响分析结果的准确度，应在一定温度下平衡足够的时间。

　　对于液体和固体样品，顶空样品瓶中有气液或气固两相，甚至气液固三相共存。顶空气体中各组分的含量既与其本身的挥发性有关，又与样品基质有关，特别是在样品基质中溶解度大的组分的基质效应更为明显。顶空气体的组成与原样品的组成不同，对定量分析的影响尤为严重，标准样品不能仅用待测物的标准品配制，还必须有与原样品相同或相似的基质。

　　减少基质效应的方法有利用盐析作用、在有机溶剂中加入水、调节溶液pH值、粉碎固体样品和稀释样品等。

　　（1）利用盐析作用：

　　盐析是指在水溶液中加入无机盐来改变挥发性组分的分配系数。实验表明，盐浓度小于5%时几乎没有作用。常用高浓度盐甚至饱和盐。

　　盐析对极性组分的影响远大于对非极性组分的影响。

　　（2）在有机溶剂中加入水：

　　在有机溶剂中加入水（水要与所用有机溶剂相溶），可减小有机物在有机溶剂中的溶解度，增大其在顶空气体中的含量。

　　（3）调节溶液pH值：

　　对于酸和碱，通过控制溶液pH值可改变其解离度或使其它待测物的挥发性变得更大些。

　　（4）粉碎固体样品：

　　物质在固体中的扩散系数比在液体中小，固体样品中挥发物的扩散速度很慢，往往需要很长时间才能达到平衡，尽量用小颗粒的固体样品有利于缩短平衡时间。

　　一般的粉碎方法会造成样品损失，多用冷冻粉碎技术来制备固体样品。

　　用水或有机溶剂浸润样品，可减小固体表面对待测物的吸附作用。

　　（5）稀释样品：

　　稀释样品是减小基质效应的常用方法，但会降低分析灵敏度。

　　二、样品量：

　　样品量是指顶空样品瓶中的样品体积。样品量直接决定相比，对分析结果影响很大。

　　样品性质、分析目的和方法是决定样品量的主要因素。

　　进样量是通过进样时间（压力平衡系统）或定量管（压力控制定量管系统）来控制的，它受温度和压力等因素的影响。事实上，绝对进样量没有多大意义，重要的是进样量的重现性，只要保证进样条件重现，就能保证重现的进样量。即使在定量分析中，一般也不需要知道绝对进样量。

　　静态顶空进样分析一般只从一个顶空样品瓶中取样一次。做平行实验时，要制备几份样品分别置于不同的顶空样品瓶中，每份样品的体积是否重现会影响分析结果。待测组分的分配系数越小，样品体积波动所造成的结果误差越大。反之，分配系数越大，影响越小。实际工作中，样品的分配系数往往是未知的，任何时候都应尽量使各份样品的体积一致。

　　样品体积还与顶空样品瓶的容积有关。样品体积的上限是顶空样品瓶容积的80%，以使有足够的顶空体积便于取样。常以顶空样品瓶容积的50%为样品体积。

　　三、平衡温度：

　　样品的平衡温度与蒸气压有关，影响分配系数。一般来说，平衡温度越高，蒸气压越高，顶空气体的浓度越高，分析灵敏度越高。待测组分的沸点越低，对温度越敏感。然而，在静态顶空进样分析中，温度改变只影响分配系数，并不影响相比。对于给定的样品体系，相比是常数。当分配系数>>相比时，温度影响非常明显。当分配系数<<相比时，温度升高使分配系数减小，但分配系数和相比的变化很小，顶空气体的浓度变化很小。

　　平衡温度应根据分析对象选择。实际工作中，一般在满足分析灵敏度的条件下选择较低的平衡温度。温度过高可能导致某些组分分解和氧化，使顶空气体的压力太高。顶空气体压力过高会对下一步加压提出更高要求，可能引起系统漏气。

　　静态顶空进样分析中必须保证温度重现。除了平衡温度，取样管、定量环以及与气相色谱仪的连接管路都要严格控制温度，这些温度一般要高于平衡温度，以避免样品的吸附和冷凝。

　　四、平衡时间：

　　平衡时间一般比分析时间长，分析周期主要由平衡时间决定，缩短平衡时间是提高静态顶空气相色谱分析速度的关键。平衡时间本质上取决于待测组分分子从样品基质到气相的扩散速度。扩散速度越快，扩散系数越大，所需平衡时间越短。

　　1、平衡时间的确定：

　　由于样品性质千差万别，平衡时间很难预测，一般通过实验来测定。在5～10个顶空样品瓶中装上同一样品，每个顶空样品瓶采用不同的平衡时间，然后进行气相色谱分析，用待测物的峰面积对平衡时间作图，可确定所需平衡时间。

　　平衡时间一般不小于30min，以保证样品溶液的气液或气固两相有足够的时间达到平衡。平衡时间也不宜过长，一般不超过60min，否则可能使顶空样品瓶的气密性变差，导致定量准确性降低。

　　2、缩短平衡时间的方法：

　　（1）提高温度：

　　分子扩散系数与分子尺寸、介质粘度和温度有关。温度越高，粘度越低，扩散系数越大，提高温度可缩短平衡时间。

　　（2）减少样品体积：

　　气体样品或可全部转化为气体的液体样品所需平衡时间短些。液体样品的平衡时间除了与样品性质和温度有关，还与样品体积有关。样品体积越大，所需平衡时间越长。而样品体积又与分析灵敏度要求有关。对于分配系数小的组分，加大样品体积可大大提高分析灵敏度，但所需平衡时间增加。对于分配系数大的组分，加大样品体积对提高分析灵敏度甚微，可用小的样品体积来达到缩短平衡时间的目的。

　　（3）采用重叠平衡：

　　自动顶空进样器具有此功能，可预设时间程序进行自动分析。

　　（4）搅拌：

　　实验表明，对于分配系数小的样品，搅拌可使平衡时间缩短一半以上。但对于分配系数大的样品，影响小的多。

　　固体样品所需平衡时间长，除了提高温度可缩短平衡时间，减小固体颗粒尺寸和增大比表面可有效缩短平衡时间。将固体样品溶解在适当的溶剂中或用溶剂浸润固体样品，也可缩短平衡时间。

　　五、顶空样品瓶：

　　顶空样品瓶大多采用硼硅玻璃材质，其惰性能满足绝大部分样品的分析。

　　1、顶空样品瓶的要求：

　　（1）体积准确。

　　（2）能承受一定压力。

　　（3）密封性能良好。

　　（4）对样品无吸附作用等。

　　2、顶空样品瓶真实体积的确定：

　　定量分析时要涉及到相比的准确值，这就要知道顶空样品瓶的准确体积。简单方法是先用天平称量空瓶重量，然后充满水再称量，根据水在称量温度下的密度，可计算出顶空样品瓶的准确体积。对同一批顶空样品瓶，可准确测定其中5个的真实体积，用其平均体积作为该批顶空样品瓶的真实体积。

　　3、顶空样品瓶的选用：

　　顶空样品瓶的体积有5～22mL多种。

　　（1）根据气相色谱分析要求而定。

　　（2）根据样品情况而定。液体样品多用10mL左右的顶空样品瓶，因为分析灵敏度取决于待测组分在顶空气体中的浓度，而不是样品量。固体样品因为样品本身的体积大，要用大些的顶空样品瓶。

　　（3）根据色谱柱要求而定。填充柱或毛细管柱分流进样时，进样体积一般为0.5～2mL，要用大体积顶空样品瓶。毛细管柱不分流进样时，进样体积一般不超过0.25mL，小体积的顶空样品瓶足以满足要求。

　　4、顶空样品瓶的清洗：

　　顶空样品瓶最好只用一次。若反复使用，一定要清洁干净。清洗方法是先用洗涤剂清洗，然后用蒸馏水清洗，再用纯甲醇冲洗，最后置于烘箱中烘干。

　　六、密封盖：

　　顶空样品瓶的密封盖由金属盖和密封垫组成。

　　1、金属盖：

　　金属盖有可多次使用的螺旋盖和一次性使用的压盖。目前多采用一次性使用的铝质压盖。

　　2、密封垫：

　　密封垫主要采用硅橡胶、氟橡胶和丁基橡胶材质。

　　（1）硅橡胶垫：耐高温性能好。

　　（2）氟橡胶垫：惰性好。为防止密封垫对样品组分的吸附，目前多用聚四氟乙烯密封垫。

　　（3）丁基橡胶垫：价格低。

　　密封垫在刺穿一次后可能会漏气而失去保护作用。在制备样品时，要将样品全部加入顶空样品瓶后再密封。需要从一个顶空样品瓶多次进样时，最好连续进行，不要把扎穿过密封垫的顶空样品瓶放置一段时间后再用。