顶空气相色谱分析讲解学习

1、顶空气相色谱分析1.什么是顶空色谱AHSAuto headspace1939年出现顶空分析年出现顶空分析1967年年PE第一台用于第一台用于GC的自动顶空进样器的自动顶空进样器1958年顶空分析水中的氢气年顶空分析水中的氢气所谓顶空（所谓顶空（headspace)GCheadspace)GC分析就是取样品基质分析就是取样品基质（固体和液体）上方的气相部分进行色谱分析。（固体和液体）上方的气相部分进行色谱分析。也称之为液上色谱分析。也称之为液上色谱分析。顶空分析出现于顶空分析出现于19391939年，比年，比GCGC早。由于早。由于GCGC是专门是专门用于气体或挥发性物质的，所以用于气体或挥发性

2、物质的，所以GCGC和和Headspace Headspace AnalysisAnalysis的结合是很自然的。的结合是很自然的。19581958年用顶空年用顶空GCGC分分析水中氢气含量，析水中氢气含量，19621962年出现商品化顶空进样器。年出现商品化顶空进样器。现在，顶空现在，顶空GCGC已成为普遍使用的技术，它可以用已成为普遍使用的技术，它可以用于药物（中药或西药）中的溶剂残留、聚合材料于药物（中药或西药）中的溶剂残留、聚合材料中的残留溶剂和单体、废水中的挥发性有机物、中的残留溶剂和单体、废水中的挥发性有机物、食品中的气味成分、血液中的挥发性成分等的分食品中的气味成分、血液中的挥发

3、性成分等的分析。析。顶空GC分析基本原理理论依据：在一定条件下气相和凝聚相（液相或理论依据：在一定条件下气相和凝聚相（液相或固相）之间存在着分配平衡。固相）之间存在着分配平衡。 一容积为一容积为V V、装有体积为、装有体积为VoVo浓度为浓度为CoCo的液体的液体样品的密封容器样品的密封容器, , 在一定温度下达到平衡时，气在一定温度下达到平衡时，气相体积为相体积为VgVg，液相体积为，液相体积为VsVs，气相样品浓度为，气相样品浓度为CgCg，液相中样品浓度为液相中样品浓度为Cs, Cs, 则：则： 平衡常数平衡常数K=Cs/CgK=Cs/Cg 相比相比=Vg/Vs =Vg/Vs V=Vs+

4、Vg=Vo+Vg V=Vs+Vg=Vo+Vg 因为是密封容器，所以因为是密封容器，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，在平衡状态下，气相组成与样品原因此，在平衡状态下，气相组成与样品原组成为正比关系。组成为正比关系。顶空气相色谱分析的优点固相萃取和液相萃取时不可避免地带入共萃固相萃取和液相萃取时不可避免地带入共萃

5、取物干扰分析。顶空分析可看成是气相萃取取物干扰分析。顶空分析可看成是气相萃取方法，大大减小样品基质对分析的干扰。方法，大大减小样品基质对分析的干扰。顶空分析有不同的模式，可适合各种样品。顶空分析有不同的模式，可适合各种样品。顶空分析的灵敏度能满足法规的要求。顶空分析的灵敏度能满足法规的要求。与与 GC GC 的定量分析能力相结合，顶空的定量分析能力相结合，顶空 GC GC 完完全能够进行准确的定量分析。全能够进行准确的定量分析。顶空分析的特点简单方便污染小简单方便污染小可自动化可自动化线性范围窄，在线性范围窄，在0.1%-1%以下以下优点优点：缺点缺点：基体干扰小基体干扰小顶空气相色谱样品放入

6、内部结构加热电磁阀压力调节顶空气相色谱的分类n顶空顶空GCGC通常包括三个过程：取样、通常包括三个过程：取样、进样和进样和GCGC分析。分析。n根据取样和进样方式不同，顶空分根据取样和进样方式不同，顶空分析可分为静态顶空析可分为静态顶空GCGC分析和动态顶分析和动态顶空空GCGC分析。分析。顶空气相色谱的分类 静态顶空静态顶空 手动进样手动进样 注射器进样（上海金凯德注射器进样（上海金凯德DJ-200TDJ-200T） 定量管进样定量管进样 自动进样装置自动进样装置 注射器进样（岛津注射器进样（岛津HSS-3A/2BHSS-3A/2B） 压力平衡顶空进样（压力平衡顶空进样（PEPE的的HS-1

7、00)HS-100) 压力控制定量管进样压力控制定量管进样 动态顶空（吹扫动态顶空（吹扫- -捕集）捕集）注射器进样定量管进样注射器进样与普通自动进样器类似，只是增加了加热功能，并且采用气密注射器。 压力平衡顶空进样压力控制定量管进样吹扫-捕集1.样品管2.玻璃筛板3.吸附捕集器4.吹扫气入口5.放空6.储液瓶7.六通阀8.GC载气9.可选择的除水装置和或冷阱10.GC静态与动态顶空分析过程静态与动态顶空分析过程第二第二步步取样分析取样分析加热平衡加热平衡第一步第一步吹扫捕集吹扫捕集第一步第一步热解析热解析-检测检测第二步第二步清洗清洗第三步第三步静态顶空分析过程静态顶空分析过程动态顶空分析过

8、程动态顶空分析过程静态和动态顶空气相色谱分析的特点 静态顶空气相色谱分析静态顶空气相色谱分析 动态顶空气相色谱分析动态顶空气相色谱分析 两相间存在平衡的问题两相间存在平衡的问题不 需 要 用 气 体 吹 扫不 需 要 用 气 体 吹 扫 样品存在于平衡的气相中样品存在于平衡的气相中样品用气密性注射器进样样品用气密性注射器进样没有两相间存在平衡问题没有两相间存在平衡问题要用气体吹扫液相或固相要用气体吹扫液相或固相用吸附剂吸附样品并浓缩用吸附剂吸附样品并浓缩（或用冷阱富集）样品从（或用冷阱富集）样品从吸附剂上脱附进入色谱柱吸附剂上脱附进入色谱柱静态顶空VS动态顶空静态顶空气相色谱n静态顶空气相色谱

9、分析：是将样品密封在一个容静态顶空气相色谱分析：是将样品密封在一个容器中，在一定温度下放置一段时间，使两相达到器中，在一定温度下放置一段时间，使两相达到平衡，然后取气相进行分析。平衡，然后取气相进行分析。n工作原理：样品置于温度调节装置中，在预定温工作原理：样品置于温度调节装置中，在预定温度下处理一定时间，使样品相与气相达到平衡，度下处理一定时间，使样品相与气相达到平衡，随后载气流将顶空气体的一个等分试样导入色谱随后载气流将顶空气体的一个等分试样导入色谱柱，各挥发性成分在色谱中按常规方法被分离，柱，各挥发性成分在色谱中按常规方法被分离，由此可以确定原样品中各挥发性成分的种类及其由此可以确定原样

10、品中各挥发性成分的种类及其浓度。浓度。静态顶空制样装置1:1:恒温液出口；恒温液出口；2:2:注射器入口；注射器入口；3:3:恒温器；恒温器；4:4:放置样品口；放置样品口；5:5:恒温液入口；恒温液入口；6:6:样品样品 自动进样装置：A: 采用自动注射器取样进样B: 压力控制定量管进样:采用运载气体通过压力控制取样进样静态顶空色谱的应用静态顶空色谱的应用 特点：特点：操作方便，简单，快速，清洁，易实现自 动化。 应用领域：应用领域： 一般痕量分析 HS-GC和DGC都可实现对超低浓度待分离成分的测定。对水中卤化氢的测定，含量在微克每升水平，可通过HS-GC完成测定（图9-6 ），啤酒中二元

11、酮的测定，被鉴别出的两种化合物浓度都在1225g/L水平。 对于固体样品，可以对于固体样品，可以加入液体改性剂来克加入液体改性剂来克服固体表面的强吸附服固体表面的强吸附性、减少平衡时间提性、减少平衡时间提高灵敏度，如对咖啡高灵敏度，如对咖啡粉中粉中1,2-1,2-二氯乙烯的二氯乙烯的浓度分析。浓度分析。 超痕量分析 解决待测样品浓度太低的办法是低温积聚法，即通过低温捕集将顶空样品中的待分离成分与大量气体分开，可在色谱柱前增加一个小低温捕集器，使挥发性成分被浓缩。 在样品瓶中反应在样品瓶中反应 在样品瓶顶空进行化学反应，是不挥发前体物在样品瓶顶空进行化学反应，是不挥发前体物质分子产生挥发性衍生物

12、，或者消除其他可质分子产生挥发性衍生物，或者消除其他可能干扰能干扰HS-GCHS-GC分析的某些样品成分。分析的某些样品成分。 应用：应用：应用低温积聚和减少样品成分的方法应用低温积聚和减少样品成分的方法分析啤酒样品，在样品液中添加氢氧化钠溶分析啤酒样品，在样品液中添加氢氧化钠溶液，可消除游离酸和酯的干扰。液，可消除游离酸和酯的干扰。 奶油巧克力中乳脂的测定。 通过添加甲醇和甲醇钠，利用酯交换反应使甘油丁酸酯转为挥发性的丁酸甲酯。 泡菜中乳酸含量的测泡菜中乳酸含量的测定，通过添加甲醇和硫定，通过添加甲醇和硫酸氢钠，使其中的游离酸氢钠，使其中的游离酸转化为挥发性甲酯。酸转化为挥发性甲酯。 非平衡

13、静态顶空气相色非平衡静态顶空气相色谱谱 研究热敏性样品时，高温长研究热敏性样品时，高温长时间平衡会导致成分发生变时间平衡会导致成分发生变化，因此采用非平衡静态顶化，因此采用非平衡静态顶空法制样。如对生洋葱的特空法制样。如对生洋葱的特征性气味成分的分析。征性气味成分的分析。 用用HS-GCHS-GC进行图样分析进行图样分析/ /指纹识别指纹识别 根据图谱的显著特性，识别特殊样品。如根据图谱的显著特性，识别特殊样品。如辨别优质薄荷油和变质薄荷油；生番茄、辨别优质薄荷油和变质薄荷油；生番茄、番茄汁和蔬菜汁（番茄汁为主要成分）的番茄汁和蔬菜汁（番茄汁为主要成分）的分析图谱区别。分析图谱区别。6.血液中

14、乙醇含量测定a.标样 b.酒后驾车司机的血样乙醇丙醇7、聚苯乙烯中苯乙烯单体的分析苯乙烯内标8、啤酒中挥发性成分分析1.乙醇；2.正丙醇；3.乙酸乙酯；4.异丁醇；5.正丁醇（内标）；6. 3一甲基丁醇；7. 2一甲基丁醇；8.乙酸异丁酯；9.丁酸乙酯；10.乙酸异戊酯；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、原料药中溶剂残留分析限度要求：甲醇（0.3%）、乙醇（ 0.5%）、异丙

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、异丙醇、二氯甲烷影响静态顶空气相色谱的因素n样品的性质样品的性质n进样量进样量n平衡温度平衡温度n平衡时间平衡时间n与样品瓶有关的因素：样品瓶、密封垫与样品瓶有关的因素：样品瓶、密封垫动态顶空技术 吹扫捕集 动态顶空制样：样品经过惰性气体（吹扫气体）的连续吹扫，可使其中的挥发性成分完全进入气相。用流动的气体将样品中的挥发性成分“吹扫”出来，再用一个捕集器将吹扫出来的物质吸附下来，然后经热解吸将样品送入GC进行分析。因此称为吹扫捕集（purge trap)进样技术。 动态顶空气相色

16、谱工作原理 挥发性成分惰性气体流进入低温或者装有挥发性成分惰性气体流进入低温或者装有吸附剂的捕集器，待分析挥发性成分被收集在吸附剂的捕集器，待分析挥发性成分被收集在捕集器中，吸附结束后，快速加热捕集器，用捕集器中，吸附结束后，快速加热捕集器，用载气将其中被浓缩的或者被吸附的待分析气体载气将其中被浓缩的或者被吸附的待分析气体吹扫出来，直接进入气相色谱分析。吹扫出来，直接进入气相色谱分析。 动态顶空萃取动态顶空萃取吹扫捕集吹扫捕集热解吸热解吸GCGC分析分析进样过程初始状态加压进样吹扫电磁阀电磁阀压力调节压力调节压力调节压力调节电磁阀电磁阀电磁阀电磁阀压力调节压力调节电磁阀电磁阀压力调节压力调节操

17、作参数/影响因素1.1.温度：样品吹扫温度、捕集器温度、连接温度：样品吹扫温度、捕集器温度、连接管路温度管路温度2. 2. 吹扫流速和吹扫时间吹扫流速和吹扫时间特点及应用n重现性非常好。应用于各个领域，如对水重现性非常好。应用于各个领域，如对水中挥发性有机化合物的测定，可检测到水中挥发性有机化合物的测定，可检测到水中微克每升含量水平的挥发性成分。中微克每升含量水平的挥发性成分。水中有机物分析（EPA502.2)顶空相关的标准顶空相关的标准SF/Z JD0107001-2010 SF/Z JD0107001-2010 血液中乙醇的测定血液中乙醇的测定 顶空气相色顶空气相色谱法谱法YC/T 207

18、-2006YC/T 207-2006卷烟条与盒包装纸中挥发性有机化合物卷烟条与盒包装纸中挥发性有机化合物的测定的测定 顶空顶空- -气相色谱法气相色谱法GB/T 14943 94 GB/T 14943 94 食品容器、包装材料用聚氯乙烯树食品容器、包装材料用聚氯乙烯树脂及成型品中残留，脂及成型品中残留，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 聚氯乙烯树脂聚氯乙烯树脂 残留氯乙烯单体含量残留氯乙烯单体含量的测定的测定 气相色谱法气相色谱法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 生活饮用水标准检验方法生活饮用水标准检验方法 YBB_0015-2003_YBB_0015-2003_偏二氯乙烯单体测定法偏二氯乙烯单体测定法美国EPA方法EPA方法样品基质分析对象进样方式色谱柱检测器501饮用水三卤代甲烷吹扫-捕集直接进样静态顶空非极性大口径毛细柱ELCDECD502.28021饮用水、废水、固体废弃物挥发性有机物吹扫-捕集直接进样静态顶空弱极性或非极性大口径毛细柱ELCDPID524.1524.2624，80248260 CLP饮用水废水固体废弃物挥发性有机物吹

20、扫-捕集直接进样静态顶空弱极性或非极性大口径毛细柱MSD601饮用水、废水挥发性卤代烃吹扫-捕集静态顶空弱极性或非极性大口径毛细柱E L C D P I D ECD602503.18020饮用水、废水固体废弃物挥发性芳烃和不饱和烃吹扫-捕集静态顶空弱极性或非极性大口径毛细柱PID应用领域应用领域石油化工：高聚物单体涂料等中的可挥发性有机物测定石油化工：高聚物单体涂料等中的可挥发性有机物测定食品行业：酒、醋、酱油的质量控制、包装材料中乙醛残留量、包食品行业：酒、醋、酱油的质量控制、包装材料中乙醛残留量、包装用复合膜溶剂残留量分析装用复合膜溶剂残留量分析香料香精：啤酒、茶叶中的香味分析香料香精：啤酒、茶叶中