頂空進(jìn)樣器-氣相色譜儀的分析結果與哪些因素有關(guān)，以下進(jìn)行簡(jiǎn)要分析說(shuō)明。以下內容參考《色譜分析方法及應用》劉虎威主編。

(一)樣品的性質(zhì) 

頂空 GC 大的優(yōu)點(diǎn)就是不需對樣品作復雜的處理，而直接取其頂空氣體進(jìn)行分析，我們不用把新樣品中不揮發(fā)組分對 GC 分析的影響。但是樣品的性質(zhì)仍然對分析結果有直接影響。這里所說(shuō)的樣品是指置于樣品瓶中的“原樣品”，而非進(jìn)入 GC 的“揮發(fā)物”，因此要考慮整個(gè)樣品瓶中的樣品性質(zhì)。 

對于氣體樣品或者在一定條件下能全部轉換為蒸氣的樣品，樣品瓶中只有氣相，而沒(méi)有凝聚相。那么，這種樣品與普通 GC 分析就沒(méi)有太大區別了。要注意的是氣體樣品的采樣溫度和樣品保存溫度可能不同，常常是后者低于前者。在相對低溫下保存樣品時(shí)，有些組分就可能會(huì )冷凝，所以在分析時(shí)，要在平衡溫度下放置一定的時(shí)間，使樣品達到均勻的氣相，以消除部分樣品組分冷凝帶來(lái)的誤差。如果是將液體樣品轉換為氣體，那么這個(gè)轉換過(guò)程是需要一定時(shí)間的，不像普通 GC 中進(jìn)樣口的樣品汽化那么快，不完全的汽化會(huì )使頂空樣品與原樣品的組成不同，從而影響分析結果的準確度，故也應在一定的溫度下平衡足夠的時(shí)間。 

液體和固體樣品較為復雜一些，這時(shí)樣品瓶中起碼有氣一液或氣－固兩相，甚至氣一液一固三相共存。頂空氣體中各組分的含量既與其本身的揮發(fā)性有關(guān)，又與樣品基質(zhì)有關(guān)。特別是那些在樣品基質(zhì)中溶解度大(分配系數大)的組分，“基質(zhì)效應”更為明顯。這是頂空進(jìn)樣的一大特點(diǎn)，即頂空氣體的組成與原樣品中的組成不同，這對定量分析的影響尤為嚴重。因此，標準樣品不能僅用待測物的標準品配制，還必須有與原樣品相同或相似的基質(zhì)，否則，定量誤差將會(huì )很大。 

實(shí)際應用中有一些消除或減少基質(zhì)效應的方法，主要是： 

(l)利用鹽析作用 即在水溶液中加入無(wú)機鹽(如氯化鈉)來(lái)改變揮發(fā)性組分的分配系數。實(shí)驗證明，鹽濃度小于 5%時(shí)幾乎沒(méi)有作用，故常用高濃度的鹽，甚至用飽和濃度。需要指出的是，鹽析作用對極性組分的影響遠大于對非極性組分的影響。 

(2)在有機溶液中加入水，當然，水要與所用有機溶劑相溶。這可以減小有機物在有機溶劑中的溶解度，增大其在頂空氣體中的含量。比如，測定聚合物中的 2-乙基己基丙烯酸酯殘留量時(shí)，樣品溶于二甲基乙酰胺中，然后加入水，分析靈敏度可提高數百倍。(3)調節溶液的 pH 對于堿和酸，通過(guò)控制 pH 可使其解離度改變，或使其巾待測物的揮發(fā)性變得更一大，從而有利于分析。 

(4)固體樣品的粉碎 物質(zhì)在固體中的擴散系數要比在液體中小 l 到 2 個(gè)數量級。固體樣品中揮發(fā)物的擴散速度很慢，往往需要很長(cháng)時(shí)間才能達到平衡。盡量采樣小顆粒的固體樣品有利于縮短平衡時(shí)間。但是要注意，一般的粉碎方法會(huì )造成樣品損失。比如研磨發(fā)熱，揮發(fā)性組分就會(huì )丟失。故頂空 GC 中多用冷凍粉碎技術(shù)來(lái)制備固體樣品。同時(shí)，用水或有機溶劑浸潤樣品(三相體系)，也可以減小固體表面對待測物的吸附作用。 

此外，稀釋樣品也是減小基質(zhì)效應的常用方法，但其代價(jià)是減低了靈敏度。

后，樣品中的水分也是一個(gè)影響因素。雖然靜態(tài)頂空樣品中水分含量常沒(méi)有動(dòng)態(tài)頂空那么大，但水溶液樣品在濃度較高時(shí)，水蒸氣會(huì )影響 GC 分離結果。 

(二)樣品量 

樣品量是指頂空樣品瓶中的樣品體積，有時(shí)也指進(jìn)入 GC 的樣品量。其實(shí)后者應稱(chēng)為進(jìn)樣量。 

在頂空 GC 分析中，進(jìn)樣量是通過(guò)進(jìn)樣時(shí)間（壓力平衡系統）或定量環(huán)大小以及定量環(huán)內壓力（壓力控制定量環(huán)系統）來(lái)控制的，它還受溫度和壓力等因素的影響。事實(shí)上，頂空 GC 分析中絕對進(jìn)樣量沒(méi)有多大意義，重要的是進(jìn)樣量的重現性，只要能保證進(jìn)樣條件的完全重現，也就保證了盡量量的重現性。 

當在一定溫度下達到氣液平衡時(shí)有：

K=CL/Cg；

Co·VL=Cg·Vg+CL·VL ；

推出

Cg=Co/(K＋Vg/VL)，

Cg=Co/(K＋β)，

其中

      Cg：氣體樣品的濃度     Co：樣品的原始濃度      VL:樣品體積  

Vg:氣相體積             K: 分配系數              β：Vg/VL

即在平衡狀態(tài)下，氣相的組成與樣品原來(lái)的組成為正比關(guān)系。當用GC分析得到Cg后，就可以算出原來(lái)樣品的量。

頂空樣品瓶中的樣品體積對分析結果影響很大，因為它直接決定相比 β。對于一個(gè)給定的氣液平衡系統，K 和 C0 為常數，β 與頂空氣體中的濃度成正比。也可是說(shuō)，樣品體積 VL 增大時(shí)，β 減小，Cg 增大，因而靈敏度增加。但對具體的樣品體系，還要看 K的大小。換言之，K>>β 時(shí)，樣品體積的改變對分析靈敏度影響很小。而當 K<<β 時(shí)，影響就很大。

比如，分析水溶液中的二氧六環(huán)和環(huán)已烷，用 20mL 的樣品瓶在 60℃平衡。此時(shí)二氧六環(huán)的 K 為 642，而環(huán)己烷則為 0.04。當樣品量由 1mL 變?yōu)?5mL 時(shí)，二氧六環(huán)的分析靈敏度(峰面積)只提高了 1.3% ，而環(huán)己烷卻提高了 452%。所以，樣品量要依據樣品體系的性質(zhì)來(lái)確定。 

與樣品量有關(guān)的另一個(gè)問(wèn)題是其重現性。因為靜態(tài)頂空 GC 往往只從一個(gè)樣品瓶中取樣一次。要做平行實(shí)驗時(shí)，則需要制備幾份樣品分別置于不同樣品瓶中。這時(shí)每份樣品的體積是否重現也影響分析結果。待測組分的分配系數越小(在凝聚相中的溶解度越大)，即K值小，則β的大小就比較重要，即樣品體積波動(dòng)所造成的結果誤差就越大；反之，分配系數越大，即K>>β，這種影響就越小。然而，在實(shí)際工作中，樣品體系的分配系數往往是未知的，因此我們建議任何時(shí)候都要盡量使各份樣品的體積相互一致。 

具體分析時(shí)，樣品體積還與樣品瓶的容積有關(guān)。樣品體積的上限是充滿(mǎn)樣品瓶容積的 80％，以便有足夠的頂空體積便于取樣。常采用樣品瓶容積的 50%為樣品體積。有時(shí)只用幾微升樣品。樣品性質(zhì)、分析目的和方法是決定樣品體積的主要因素。 

(三)平衡溫度 

樣品的平衡溫度與蒸氣壓直接相關(guān)，它影響分配系數。一般來(lái)說(shuō)，溫度越高，蒸氣壓越高， 

頂空氣體的濃度越高，分析靈敏度就越高。待測組分的沸點(diǎn)越低，對溫度越敏感。因此，頂空 GC 特別適合于分析樣品中的低沸點(diǎn)成分。單就這個(gè)角度，平衡溫度高一些對分析是有利的，它可以縮短平衡時(shí)間。 

然而，在頂空 GC 中，溫度的改變只影響分配系數 K，并不影響相比 β。如前所述，我們必須同時(shí)考慮這兩個(gè)參數。對于給定的樣品體系，β 是常數，頂空氣體的濃度與分配系數 K 成反比。如上所述，當 K>>β 時(shí)，溫度的影響非常明顯。當 K<<β 時(shí)。溫度升高使 K 降低，但 K+β 的變化很小，因此頂空氣體的濃度變化也很小。比如，我們分析一個(gè)水溶液中的甲醇、甲乙酮、甲苯、正己烷和四氯乙烯，表 6-3 給出了這一體系在不同溫度下的分配系數 K值。用 6mL 的樣品瓶，樣品體積為 1mL，這時(shí)相比為 5。表中同時(shí)列出了 1/(K+β)值。假設各組分在原樣品中的濃度相同，那么，80℃的平衡溫度與 40℃相比，甲醇在頂空氣體中的濃度將增加 5. 15 倍，甲乙酮增加 2.61 倍，甲苯只增加 25％，而正己烷和四氯乙烯則分別增加 2. 6％和 10.4％?？梢?jiàn)，溫度的影響因組分的不同而異。對于甲醇和甲乙酮，提高平衡溫度可大大提高分析靈敏度；對于甲苯和四氯乙烯則影響甚微，對于正己烷，其影響完全可以忽略。因此，平衡溫度應根據分析對象來(lái)選擇。 

實(shí)際工作中往往是在滿(mǎn)足靈敏度的條件下(還可通過(guò)其他方法提高分析靈敏度!)選擇較低的平衡溫度。這是因為，過(guò)高的溫度可能導致某些組分的分解和氧化(樣品瓶中有空氣)，還可以使頂空氣體的壓力太高，特別是使用有機溶劑時(shí)(故應選擇較高沸點(diǎn)的有機溶劑)。過(guò)高的頂空氣體壓力會(huì )對下一步加壓提出更高要求，這也可能引起儀器系統的漏氣。 

加熱爐內溫度波動(dòng)的影響，對于某些樣品，如乙醇，在不同溫度下，其分配系數變化大。如果溫度波動(dòng)大，則難以做好重復性。而對于正己烷（n-hexane），則不同溫度下，其K值變化小，即對溫度波動(dòng)不敏感，可能會(huì )更容易做好重復性。

除了平衡溫度外，取樣管、定量管，以及與 GC 的連接管都要嚴格控制溫度。這些溫度往往要高于平衡溫度，以避免樣品的吸附和冷凝。 

(四)平衡時(shí)間 

平衡時(shí)間本質(zhì)上取決于被測組分分子從樣品基質(zhì)到氣相的擴散速度。擴散速度越快，即分子擴散系數越大，所需平衡時(shí)間越短。另外，擴散系數義與分子尺寸、介質(zhì)黏度及溫度有關(guān)。溫度越高，黏度越低，擴散系數越大。所以，提高溫度可以縮短平衡時(shí)間。 

由于樣品的性質(zhì)千差萬(wàn)別，所以平衡時(shí)間很難預測。一般要通過(guò)實(shí)驗來(lái)測定。方法是用一系列樣品瓶(5～10)裝上同一樣品，每個(gè)樣品瓶采用不同的平衡時(shí)間，然后進(jìn)行 GC 分析。用待測物的峰面積 A 對平衡時(shí)間 t 作圖，就可確定所需平衡時(shí)間。當平衡時(shí)間超過(guò)后，峰面積基本不再增加，證明樣品達到了平衡。  

氣體樣品或可以全部轉化為氣體的液體樣品所需平衡時(shí)間要短一些 (氣體分子擴散系數是液體分子擴散系數的 104～105倍)，一般 10min 左右即可。液體樣品的情況比較復雜一些，除了與樣品性質(zhì)、溫度有關(guān)外，平衡時(shí)間還取決于樣品體積。體積越大，所需平衡時(shí)間越長(cháng)。 

而樣品體積又與分析靈敏度要求有關(guān)。如前所述，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，所需平衡時(shí)間相應增加。對于分配系數大的組分，加大樣品體積對提高靈敏度作用甚微，故可用小的樣品體積來(lái)達到縮短平衡時(shí)間的目的。 

縮短液體樣品平衡時(shí)間的另一個(gè)有效辦法是采用攪拌技術(shù)?，F代儀器一般具備此功能，或者 

是機械振動(dòng)攪拌，或者是電磁攪拌，而且還有幾擋攪拌速度，可根據樣品的豁度來(lái)選擇。實(shí)驗證明，對于分配系數小，在凝聚相中溶解度小的樣品，采樣攪拌方法可使平衡時(shí)間縮短一半以上。但對于分配系數大的樣品，影響相對小得多。 

固體樣品所需平衡時(shí)間更長(cháng)。除了提高溫度可以縮短平衡時(shí)間外，減小固體顆粒尺寸，增大比表面可以有效地縮短平衡時(shí)間。此外，將固體樣品溶解在適當的溶劑中.或用溶劑浸潤固體樣品，都是實(shí)際工作中常用的方法。 

(五)與樣品瓶有關(guān)的因素 

1.樣品瓶 

頂空 GC 樣品瓶的要求是體積準確、能承受一定的壓力、密封性能良好、對樣品無(wú)吸附作用。 

雖然過(guò)去人們也曾用過(guò)普通玻璃瓶，但現在大都用硼硅玻璃制成的頂空樣品瓶，其惰性能滿(mǎn) 

足絕大部分樣品的分析。 

在定量分析時(shí)，要涉及到相比 β 的準確值，這就要求我們知道樣品瓶的準確體積(容積)，要求高的應用不應簡(jiǎn)單地采用生產(chǎn)廠(chǎng)家的標稱(chēng)體積。一個(gè)簡(jiǎn)單的方法是先用天平稱(chēng)量空瓶重量，然后充滿(mǎn)水再稱(chēng)量。根據水在稱(chēng)量溫度下的密度(如 25℃時(shí)為 0.9971g/L)即可計算出樣品瓶的準確體積。實(shí)驗證明，市售的頂空樣品瓶其標稱(chēng)體積與真實(shí)體積之間有 1%左右的誤差。對同一批樣品瓶，可以準確測定其中 5 個(gè)的真實(shí)體積，使用其平均體積作為一該批樣品瓶的真實(shí)體積即可。 

頂空樣品瓶好只用一次。若要反復使用，就一定要保證清潔干凈！建議的清洗方法是：先 

用洗滌劑清洗(太臟的瓶子可用洗液浸泡)，然后用蒸餾水洗，再用色譜純甲醇沖洗，后置于烘箱中烘干。對于新購的樣品瓶，一般可不經(jīng)清洗直接使用，但要注意供貨商的信譽(yù)。如果是次使用一個(gè)新的供貨商的產(chǎn)品，好先作一次空白分析，以證實(shí)樣品瓶是否干凈。 

2.密封蓋 

密封蓋由塑料或金屬蓋加密封墊組成。有可多次使用的螺旋蓋和一次使用的壓蓋兩種?，F在儀器多采用一次性使用的鋁質(zhì)壓蓋，使用壓蓋器壓緊后可以保證密封性能。 

密封墊的材料主要有三種，即硅橡膠、丁基橡膠和氟橡膠。丁基橡膠墊價(jià)格低，硅橡膠墊耐高溫性能好，氟橡膠墊惰性好。為了防止密封墊對樣品組分的吸附，現在多用內襯聚四氟乙烯的密封墊，選用時(shí)要看分析條件(溫度)和樣品具體情況而定。常規分析可用價(jià)格低的丁基橡膠墊，痕量分析則好用有內襯的硅橡膠墊。必要時(shí)，通過(guò)空白分析來(lái)確證密封墊中的揮發(fā)物不干擾分析。 

密封墊在刺穿一次(取樣)之后，就可能會(huì )漏氣，而且內襯墊扎穿之后就失去了保護作用，橡膠基體有可能吸附樣品組分。所以，需要從一個(gè)樣品瓶多次進(jìn)樣時(shí)，好連續進(jìn)行，不要把扎穿過(guò)密封墊的樣品瓶放置一段時(shí)間后再用。相應地，在制備樣品時(shí)，要將樣品全部加入后再密封。比如加內標物時(shí)，若密封好再往瓶中加，就要扎穿密封墊，這對分析是不利的。