頂空氣相色譜分析講解學(xué)習(xí)

1、頂空氣相色譜分析1.什么是頂空色譜AHSAuto headspace1939年出現(xiàn)頂空分析年出現(xiàn)頂空分析1967年年P(guān)E第一臺用于第一臺用于GC的自動頂空進(jìn)樣器的自動頂空進(jìn)樣器1958年頂空分析水中的氫氣年頂空分析水中的氫氣所謂頂空（所謂頂空（headspace)GCheadspace)GC分析就是取樣品基質(zhì)分析就是取樣品基質(zhì)（固體和液體）上方的氣相部分進(jìn)行色譜分析。（固體和液體）上方的氣相部分進(jìn)行色譜分析。也稱之為液上色譜分析。也稱之為液上色譜分析。頂空分析出現(xiàn)于頂空分析出現(xiàn)于19391939年，比年，比GCGC早。由于早。由于GCGC是專門是專門用于氣體或揮發(fā)性物質(zhì)的，所以用于氣體或揮發(fā)性

2、物質(zhì)的，所以GCGC和和Headspace Headspace AnalysisAnalysis的結(jié)合是很自然的。的結(jié)合是很自然的。19581958年用頂空年用頂空GCGC分分析水中氫氣含量，析水中氫氣含量，19621962年出現(xiàn)商品化頂空進(jìn)樣器。年出現(xiàn)商品化頂空進(jìn)樣器?，F(xiàn)在，頂空現(xiàn)在，頂空GCGC已成為普遍使用的技術(shù)，它可以用已成為普遍使用的技術(shù)，它可以用于藥物（中藥或西藥）中的溶劑殘留、聚合材料于藥物（中藥或西藥）中的溶劑殘留、聚合材料中的殘留溶劑和單體、廢水中的揮發(fā)性有機物、中的殘留溶劑和單體、廢水中的揮發(fā)性有機物、食品中的氣味成分、血液中的揮發(fā)性成分等的分食品中的氣味成分、血液中的揮發(fā)

3、性成分等的分析。析。頂空GC分析基本原理理論依據(jù)：在一定條件下氣相和凝聚相（液相或理論依據(jù)：在一定條件下氣相和凝聚相（液相或固相）之間存在著分配平衡。固相）之間存在著分配平衡。 一容積為一容積為V V、裝有體積為、裝有體積為VoVo濃度為濃度為CoCo的液體的液體樣品的密封容器樣品的密封容器, , 在一定溫度下達(dá)到平衡時，氣在一定溫度下達(dá)到平衡時，氣相體積為相體積為VgVg，液相體積為，液相體積為VsVs，氣相樣品濃度為，氣相樣品濃度為CgCg，液相中樣品濃度為液相中樣品濃度為Cs, Cs, 則：則： 平衡常數(shù)平衡常數(shù)K=Cs/CgK=Cs/Cg 相比相比=Vg/Vs =Vg/Vs V=Vs+

4、Vg=Vo+Vg V=Vs+Vg=Vo+Vg 因為是密封容器，所以因為是密封容器，所以 CoVo=CoVs=CsVs+CgVgCoVo=CoVs=CsVs+CgVg = KCgVs + CgVg = KCgVs + CgVg Co=KCg+CgVg/Vs=KCg+Cg=Cg(K+ Co=KCg+CgVg/Vs=KCg+Cg=Cg(K+） Cg=Co/(K+ Cg=Co/(K+）K K CoCo 因此，在平衡狀態(tài)下，氣相組成與樣品原因此，在平衡狀態(tài)下，氣相組成與樣品原組成為正比關(guān)系。組成為正比關(guān)系。頂空氣相色譜分析的優(yōu)點固相萃取和液相萃取時不可避免地帶入共萃固相萃取和液相萃取時不可避免地帶入共萃

5、取物干擾分析。頂空分析可看成是氣相萃取取物干擾分析。頂空分析可看成是氣相萃取方法，大大減小樣品基質(zhì)對分析的干擾。方法，大大減小樣品基質(zhì)對分析的干擾。頂空分析有不同的模式，可適合各種樣品。頂空分析有不同的模式，可適合各種樣品。頂空分析的靈敏度能滿足法規(guī)的要求。頂空分析的靈敏度能滿足法規(guī)的要求。與與 GC GC 的定量分析能力相結(jié)合，頂空的定量分析能力相結(jié)合，頂空 GC GC 完完全能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的定量分析。全能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的定量分析。頂空分析的特點簡單方便污染小簡單方便污染小可自動化可自動化線性范圍窄，在線性范圍窄，在0.1%-1%以下以下優(yōu)點優(yōu)點：缺點缺點：基體干擾小基體干擾小頂空氣相色譜樣品放入

6、內(nèi)部結(jié)構(gòu)加熱電磁閥壓力調(diào)節(jié)頂空氣相色譜的分類n頂空頂空GCGC通常包括三個過程：取樣、通常包括三個過程：取樣、進(jìn)樣和進(jìn)樣和GCGC分析。分析。n根據(jù)取樣和進(jìn)樣方式不同，頂空分根據(jù)取樣和進(jìn)樣方式不同，頂空分析可分為靜態(tài)頂空析可分為靜態(tài)頂空GCGC分析和動態(tài)頂分析和動態(tài)頂空空GCGC分析。分析。頂空氣相色譜的分類 靜態(tài)頂空靜態(tài)頂空 手動進(jìn)樣手動進(jìn)樣 注射器進(jìn)樣（上海金凱德注射器進(jìn)樣（上海金凱德DJ-200TDJ-200T） 定量管進(jìn)樣定量管進(jìn)樣 自動進(jìn)樣裝置自動進(jìn)樣裝置 注射器進(jìn)樣（島津注射器進(jìn)樣（島津HSS-3A/2BHSS-3A/2B） 壓力平衡頂空進(jìn)樣（壓力平衡頂空進(jìn)樣（PEPE的的HS-1

7、00)HS-100) 壓力控制定量管進(jìn)樣壓力控制定量管進(jìn)樣 動態(tài)頂空（吹掃動態(tài)頂空（吹掃- -捕集）捕集）注射器進(jìn)樣定量管進(jìn)樣注射器進(jìn)樣與普通自動進(jìn)樣器類似，只是增加了加熱功能，并且采用氣密注射器。 壓力平衡頂空進(jìn)樣壓力控制定量管進(jìn)樣吹掃-捕集1.樣品管2.玻璃篩板3.吸附捕集器4.吹掃氣入口5.放空6.儲液瓶7.六通閥8.GC載氣9.可選擇的除水裝置和或冷阱10.GC靜態(tài)與動態(tài)頂空分析過程靜態(tài)與動態(tài)頂空分析過程第二第二步步取樣分析取樣分析加熱平衡加熱平衡第一步第一步吹掃捕集吹掃捕集第一步第一步熱解析熱解析-檢測檢測第二步第二步清洗清洗第三步第三步靜態(tài)頂空分析過程靜態(tài)頂空分析過程動態(tài)頂空分析過

8、程動態(tài)頂空分析過程靜態(tài)和動態(tài)頂空氣相色譜分析的特點 靜態(tài)頂空氣相色譜分析靜態(tài)頂空氣相色譜分析 動態(tài)頂空氣相色譜分析動態(tài)頂空氣相色譜分析 兩相間存在平衡的問題兩相間存在平衡的問題不 需 要 用 氣 體 吹 掃不 需 要 用 氣 體 吹 掃 樣品存在于平衡的氣相中樣品存在于平衡的氣相中樣品用氣密性注射器進(jìn)樣樣品用氣密性注射器進(jìn)樣沒有兩相間存在平衡問題沒有兩相間存在平衡問題要用氣體吹掃液相或固相要用氣體吹掃液相或固相用吸附劑吸附樣品并濃縮用吸附劑吸附樣品并濃縮（或用冷阱富集）樣品從（或用冷阱富集）樣品從吸附劑上脫附進(jìn)入色譜柱吸附劑上脫附進(jìn)入色譜柱靜態(tài)頂空VS動態(tài)頂空靜態(tài)頂空氣相色譜n靜態(tài)頂空氣相色譜

9、分析：是將樣品密封在一個容靜態(tài)頂空氣相色譜分析：是將樣品密封在一個容器中，在一定溫度下放置一段時間，使兩相達(dá)到器中，在一定溫度下放置一段時間，使兩相達(dá)到平衡，然后取氣相進(jìn)行分析。平衡，然后取氣相進(jìn)行分析。n工作原理：樣品置于溫度調(diào)節(jié)裝置中，在預(yù)定溫工作原理：樣品置于溫度調(diào)節(jié)裝置中，在預(yù)定溫度下處理一定時間，使樣品相與氣相達(dá)到平衡，度下處理一定時間，使樣品相與氣相達(dá)到平衡，隨后載氣流將頂空氣體的一個等分試樣導(dǎo)入色譜隨后載氣流將頂空氣體的一個等分試樣導(dǎo)入色譜柱，各揮發(fā)性成分在色譜中按常規(guī)方法被分離，柱，各揮發(fā)性成分在色譜中按常規(guī)方法被分離，由此可以確定原樣品中各揮發(fā)性成分的種類及其由此可以確定原樣

10、品中各揮發(fā)性成分的種類及其濃度。濃度。靜態(tài)頂空制樣裝置1:1:恒溫液出口；恒溫液出口；2:2:注射器入口；注射器入口；3:3:恒溫器；恒溫器；4:4:放置樣品口；放置樣品口；5:5:恒溫液入口；恒溫液入口；6:6:樣品樣品 自動進(jìn)樣裝置：A: 采用自動注射器取樣進(jìn)樣B: 壓力控制定量管進(jìn)樣:采用運載氣體通過壓力控制取樣進(jìn)樣靜態(tài)頂空色譜的應(yīng)用靜態(tài)頂空色譜的應(yīng)用 特點：特點：操作方便，簡單，快速，清潔，易實現(xiàn)自 動化。 應(yīng)用領(lǐng)域：應(yīng)用領(lǐng)域： 一般痕量分析 HS-GC和DGC都可實現(xiàn)對超低濃度待分離成分的測定。對水中鹵化氫的測定，含量在微克每升水平，可通過HS-GC完成測定（圖9-6 ），啤酒中二元

11、酮的測定，被鑒別出的兩種化合物濃度都在1225g/L水平。 對于固體樣品，可以對于固體樣品，可以加入液體改性劑來克加入液體改性劑來克服固體表面的強吸附服固體表面的強吸附性、減少平衡時間提性、減少平衡時間提高靈敏度，如對咖啡高靈敏度，如對咖啡粉中粉中1,2-1,2-二氯乙烯的二氯乙烯的濃度分析。濃度分析。 超痕量分析 解決待測樣品濃度太低的辦法是低溫積聚法，即通過低溫捕集將頂空樣品中的待分離成分與大量氣體分開，可在色譜柱前增加一個小低溫捕集器，使揮發(fā)性成分被濃縮。 在樣品瓶中反應(yīng)在樣品瓶中反應(yīng) 在樣品瓶頂空進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，是不揮發(fā)前體物在樣品瓶頂空進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，是不揮發(fā)前體物質(zhì)分子產(chǎn)生揮發(fā)性衍生物

12、，或者消除其他可質(zhì)分子產(chǎn)生揮發(fā)性衍生物，或者消除其他可能干擾能干擾HS-GCHS-GC分析的某些樣品成分。分析的某些樣品成分。 應(yīng)用：應(yīng)用：應(yīng)用低溫積聚和減少樣品成分的方法應(yīng)用低溫積聚和減少樣品成分的方法分析啤酒樣品，在樣品液中添加氫氧化鈉溶分析啤酒樣品，在樣品液中添加氫氧化鈉溶液，可消除游離酸和酯的干擾。液，可消除游離酸和酯的干擾。 奶油巧克力中乳脂的測定。 通過添加甲醇和甲醇鈉，利用酯交換反應(yīng)使甘油丁酸酯轉(zhuǎn)為揮發(fā)性的丁酸甲酯。 泡菜中乳酸含量的測泡菜中乳酸含量的測定，通過添加甲醇和硫定，通過添加甲醇和硫酸氫鈉，使其中的游離酸氫鈉，使其中的游離酸轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性甲酯。酸轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性甲酯。 非平衡

13、靜態(tài)頂空氣相色非平衡靜態(tài)頂空氣相色譜譜 研究熱敏性樣品時，高溫長研究熱敏性樣品時，高溫長時間平衡會導(dǎo)致成分發(fā)生變時間平衡會導(dǎo)致成分發(fā)生變化，因此采用非平衡靜態(tài)頂化，因此采用非平衡靜態(tài)頂空法制樣。如對生洋蔥的特空法制樣。如對生洋蔥的特征性氣味成分的分析。征性氣味成分的分析。 用用HS-GCHS-GC進(jìn)行圖樣分析進(jìn)行圖樣分析/ /指紋識別指紋識別 根據(jù)圖譜的顯著特性，識別特殊樣品。如根據(jù)圖譜的顯著特性，識別特殊樣品。如辨別優(yōu)質(zhì)薄荷油和變質(zhì)薄荷油；生番茄、辨別優(yōu)質(zhì)薄荷油和變質(zhì)薄荷油；生番茄、番茄汁和蔬菜汁（番茄汁為主要成分）的番茄汁和蔬菜汁（番茄汁為主要成分）的分析圖譜區(qū)別。分析圖譜區(qū)別。6.血液中

14、乙醇含量測定a.標(biāo)樣 b.酒后駕車司機的血樣乙醇丙醇7、聚苯乙烯中苯乙烯單體的分析苯乙烯內(nèi)標(biāo)8、啤酒中揮發(fā)性成分分析1.乙醇；2.正丙醇；3.乙酸乙酯；4.異丁醇；5.正丁醇（內(nèi)標(biāo)）；6. 3一甲基丁醇；7. 2一甲基丁醇；8.乙酸異丁酯；9.丁酸乙酯；10.乙酸異戊酯；11.己酸乙酯； 12.辛酸乙酯min02468101214pA050100150200250 FID1 A, (WYJXXGX0010.D) 0.985 1.196 1.450 1.710 1.825 1.894 4.234 7.664 10.7839、原料藥中溶劑殘留分析限度要求：甲醇（0.3%）、乙醇（ 0.5%）、異丙

15、醇（ 0.5%）、二氯甲烷（ 0.06%）、苯（ 0.0002%）、甲苯（ 0.089%）DMSO甲苯苯甲醇、乙醇、異丙醇、二氯甲烷影響靜態(tài)頂空氣相色譜的因素n樣品的性質(zhì)樣品的性質(zhì)n進(jìn)樣量進(jìn)樣量n平衡溫度平衡溫度n平衡時間平衡時間n與樣品瓶有關(guān)的因素：樣品瓶、密封墊與樣品瓶有關(guān)的因素：樣品瓶、密封墊動態(tài)頂空技術(shù) 吹掃捕集 動態(tài)頂空制樣：樣品經(jīng)過惰性氣體（吹掃氣體）的連續(xù)吹掃，可使其中的揮發(fā)性成分完全進(jìn)入氣相。用流動的氣體將樣品中的揮發(fā)性成分“吹掃”出來，再用一個捕集器將吹掃出來的物質(zhì)吸附下來，然后經(jīng)熱解吸將樣品送入GC進(jìn)行分析。因此稱為吹掃捕集（purge trap)進(jìn)樣技術(shù)。 動態(tài)頂空氣相色

16、譜工作原理 揮發(fā)性成分惰性氣體流進(jìn)入低溫或者裝有揮發(fā)性成分惰性氣體流進(jìn)入低溫或者裝有吸附劑的捕集器，待分析揮發(fā)性成分被收集在吸附劑的捕集器，待分析揮發(fā)性成分被收集在捕集器中，吸附結(jié)束后，快速加熱捕集器，用捕集器中，吸附結(jié)束后，快速加熱捕集器，用載氣將其中被濃縮的或者被吸附的待分析氣體載氣將其中被濃縮的或者被吸附的待分析氣體吹掃出來，直接進(jìn)入氣相色譜分析。吹掃出來，直接進(jìn)入氣相色譜分析。 動態(tài)頂空萃取動態(tài)頂空萃取吹掃捕集吹掃捕集熱解吸熱解吸GCGC分析分析進(jìn)樣過程初始狀態(tài)加壓進(jìn)樣吹掃電磁閥電磁閥壓力調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)電磁閥電磁閥電磁閥電磁閥壓力調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)電磁閥電磁閥壓力調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)操

17、作參數(shù)/影響因素1.1.溫度：樣品吹掃溫度、捕集器溫度、連接溫度：樣品吹掃溫度、捕集器溫度、連接管路溫度管路溫度2. 2. 吹掃流速和吹掃時間吹掃流速和吹掃時間特點及應(yīng)用n重現(xiàn)性非常好。應(yīng)用于各個領(lǐng)域，如對水重現(xiàn)性非常好。應(yīng)用于各個領(lǐng)域，如對水中揮發(fā)性有機化合物的測定，可檢測到水中揮發(fā)性有機化合物的測定，可檢測到水中微克每升含量水平的揮發(fā)性成分。中微克每升含量水平的揮發(fā)性成分。水中有機物分析（EPA502.2)頂空相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)頂空相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)SF/Z JD0107001-2010 SF/Z JD0107001-2010 血液中乙醇的測定血液中乙醇的測定 頂空氣相色頂空氣相色譜法譜法YC/T 207

18、-2006YC/T 207-2006卷煙條與盒包裝紙中揮發(fā)性有機化合物卷煙條與盒包裝紙中揮發(fā)性有機化合物的測定的測定 頂空頂空- -氣相色譜法氣相色譜法GB/T 14943 94 GB/T 14943 94 食品容器、包裝材料用聚氯乙烯樹食品容器、包裝材料用聚氯乙烯樹脂及成型品中殘留，脂及成型品中殘留，1 1，1 1 二氯乙烷的分析方法二氯乙烷的分析方法GB/T 4615-2008 GB/T 4615-2008 聚氯乙烯樹脂聚氯乙烯樹脂 殘留氯乙烯單體含量殘留氯乙烯單體含量的測定的測定 氣相色譜法氣相色譜法GA/T 105-1995 GA/T 105-1995 血、尿中乙醇、甲醇、正丙醇等的定

19、血、尿中乙醇、甲醇、正丙醇等的定量分析量分析GB/T 5750.8-2006 GB/T 5750.8-2006 生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗方法生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗方法 YBB_0015-2003_YBB_0015-2003_偏二氯乙烯單體測定法偏二氯乙烯單體測定法美國EPA方法EPA方法樣品基質(zhì)分析對象進(jìn)樣方式色譜柱檢測器501飲用水三鹵代甲烷吹掃-捕集直接進(jìn)樣靜態(tài)頂空非極性大口徑毛細(xì)柱ELCDECD502.28021飲用水、廢水、固體廢棄物揮發(fā)性有機物吹掃-捕集直接進(jìn)樣靜態(tài)頂空弱極性或非極性大口徑毛細(xì)柱ELCDPID524.1524.2624，80248260 CLP飲用水廢水固體廢棄物揮發(fā)性有機物吹

20、掃-捕集直接進(jìn)樣靜態(tài)頂空弱極性或非極性大口徑毛細(xì)柱MSD601飲用水、廢水揮發(fā)性鹵代烴吹掃-捕集靜態(tài)頂空弱極性或非極性大口徑毛細(xì)柱E L C D P I D ECD602503.18020飲用水、廢水固體廢棄物揮發(fā)性芳烴和不飽和烴吹掃-捕集靜態(tài)頂空弱極性或非極性大口徑毛細(xì)柱PID應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域石油化工：高聚物單體涂料等中的可揮發(fā)性有機物測定石油化工：高聚物單體涂料等中的可揮發(fā)性有機物測定食品行業(yè)：酒、醋、醬油的質(zhì)量控制、包裝材料中乙醛殘留量、包食品行業(yè)：酒、醋、醬油的質(zhì)量控制、包裝材料中乙醛殘留量、包裝用復(fù)合膜溶劑殘留量分析裝用復(fù)合膜溶劑殘留量分析香料香精：啤酒、茶葉中的香味分析香料香精：啤酒、茶葉中