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顶空进样器的原理、特点与操作步骤
2018.10.10   点击49次

顶空进样器是气相色谱法中一种方便快捷的样品前处理方法,其原理是将待测样品置入一密闭的容器中,通过加热升温使挥发性组分从样品基体中挥发出来,在气液(或气固)两相中达到平衡,直接抽取顶部气体进行色谱分析,从而检验样品中挥发性组分的成分和含量。

使用顶空进样技术可以免除冗长繁琐的样品前处理过程,避免有机溶剂对分析造成的干扰、减少对色谱柱及进样口的污染。

一、基本原理

顶空进样分为溶液顶空和固体顶空。前者是将样品溶解于适当溶剂中,置顶空瓶中保温一定时间,使残留溶剂在两相中达到气液平衡 , 定量取气体进样测定。固体顶空就是直接将固体样品置顶空瓶中,置一定温度下保温一定时间,使残留溶剂在两相中达到气固平衡,定量取气体进样测定。

二、顶空进样器特点 

目前,顶空分析方法有手工方式、气密针进样方式、平衡式加压系统、定量环加压系统、静态-动态补偿式这五种进样方式。下面就是这几种进样方式各自的特点。

(一) 手工方式(烘箱或水浴法)Manual Injection

1、样品加热后达到热平衡状态

2、用注射器将样品抽出

3、迅速拿到气相上进样分析

(二) 气密针进样方式 Gas-Tight Syringe Injection

1、样品加热后达到热平衡状态

2、通过可加热气密针将样品抽出

3、移动到气相进样分析

(三) 平衡式加压系统 Balanced-Pressure System

1、样品加热后达到热平衡状态

2、用导管通入载气加压

3、样品随载气一起进样

(四) 定量环加压系统Pressure-Loop System

1、样品加热后达到热平衡状态

2、加压将样品引入定量环

3、阀将样品打入传输通道进样

(五) 静态-动态补偿式——AutoHS顶空进样器

1、采用专利的技术为样品提取提供了更多的手段

2、吹扫模式

3、恒定模式

4、多次顶空模式

5、温度渐进模式

三、如何正确操作顶空进样器

(一) 操作步骤

1、设置参数并放置样品。设置“样品”、“阀箱”、“ 管路”温度。样品为50度,阀箱130度,管路140度。温度稳定后放入样品,平衡30分钟后进行下面的操作。

2、进样前吹洗。设置吹洗压力为0.2-0.3Mpa。按吹洗键,约30s后关闭。

3、准备进样。先将取样管扎入相应的瓶内,再将进样管扎至色谱进样口。观察顶空进样器压力示数,由小变大。待稳定时,调节“载气调节”旋钮使压力示数增加一个格(0.02Mpa)。

4、进样、开始采样。按“进样”同时操作色谱仪开始采样。听到“咔”然后“砰”的声音。2s-3s后取出取样管。

5、拔出进样管。听到“砰”的一声此时进样灯灭,拔出进样管。将“载气调节”归零。

6、吹洗30s后完成本次进样。

(二) 操作使用注意事项

1、由于进入顶空的载气同时进入GC,所以用于顶空的气体也应净化。

2、顶空瓶加热温度,定量管温度,传输线温度应由小到大,传输线小于等于进样口的温度。

3、应用顶空时,GC气体总流量应是顶空的气流加上GC气流量,计算分流比时应注意。可以用流量计测量后计算。

4、时间设置中,样品充满定量管的时间应充分,定量管的平衡时间不应太长,进样的时间应足够长。

5、顶空进样器的压力调节如果是手动的话,建完方法后应记录样品加压和载气压力值,以免由于阀状态的变化引起压力变化。

四、怎么清洗顶空进样器

无特殊情况下,清洗顶空进样器主要用纯水、甲醇或无水乙醇等冲洗或超声清洗,污染严重可用棉签轻轻擦拭,不可用力过度,避免破坏内表面产生活性点,然后放置到烘箱70度烘干后干燥冷却密封存放即可。

清洗步骤如下

1、设置传送带温度为60℃,设置样品定量管和传送管温度为Off。

2、一旦样品定量管和传送管温度冷却到低于60℃,关闭通往顶空进样器的气体,拆下出口端的放空管线。

3、在传送带中插入一个空的样品瓶。

4、用手提起样品瓶。

5、用一次性注射器抽取约6ml的纯净水注射进HSS放空管。

6、降低样品瓶然后取出来。重复步骤3到5(注射两到三次将清洗彻底)。

7、再设置一个空样品瓶并提起,然后使用一次性注射器注射足够的空气将水吹扫出来。

8、讲传送管一端插入一个烧杯或类似容器中,并使用一次性注射器从HSS气体管出口注入约10ml水,然后注入约10ml甲醇。

9、使用一次性注射器注射足够的空气以吹扫出水。

10、重新安装好管线并打开气流。然后,切换样品瓶到Load-INJ反复几十次以将水和甲醇全部吹出样品阀和管线。

五、顶空分析仪的功能与特性 

顶空分析,由于操纵气体,取样技术也有所不同。如果不定量或者仅仅以限定样品作为对象,用通常的液体进样注射器就行了,气密性注射器也可以,但是可以想像要完全除掉浓缩成分或注射器气密面出来的残余成分并非很容易。由于此缘故,进行了代替注射器的方法开发。

 (一) 样品小玻璃瓶

在实验室最常用的东西有三角烧瓶。现今,在顶空分析中可使用的器皿不少。特别要注意有关耐压性方面的安全问题。可燃性有机溶剂基体比较危险。作为替代物,可以使用结核菌素用的带橡皮盖的瓶子,但是在顶空分析中通常被考虑的专用小玻璃如图所示(有专利保护的部分,不能制造、买卖同一或类似产品)。

用这种构造的小玻璃瓶,由基体产生的蒸气压不会使小玻璃瓶封口鼓起,可以进行高精度的分析,另外,隔垫按气密性、耐热性和表面编码的分类,有多种可以向用户提供,而且,为了保证样品的温度控制和自动分析的可靠性,小玻璃瓶的外径、高度、内部容积应按固定标准进行生产。

(二) 取样方法

如上所述,作为替代利用注射器的方法,采用了在取样时对小玻璃瓶加压,利用其压力将气相部份(顶空相)导出小玻璃瓶的方法称为平衡压力进样法。作为最出色的装置在与分离系统的压力达到平衡时,把顶空相直接导入柱子。

作为其它方法,也有加压后,通过保温的气体取样阀的回路把顶空从大气中分离出来后,及从前的阀同样地变换回路导入柱子的方法,后一种方式因为反一个大气压的气体样品再次返回分离系统的柱头压中而导致峰的展宽。对于毛细管柱分析是不适合的。其优点是仅知道回路体积。顶空相因为不是原来大气压(首先决定于体积和温度),正确地使用何种方法必须由采样的体积判断。我们认为由于可动面的拼合和作为回路开始部分的金属与分析成分接触时产生的问题,会对分析结果产生干扰。

顶空进样技术在药品领域已成为必要的分析手法之一,从分析的精密度、重现性、操作文献来看,近年来,顶空分析的必要性日益增加。同时,食品和环境分析领域也将是顶空技术的重要应用领域。

本文来自:化学先生
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