AgilentG顶空进样器培训教程.pptx

11 顶空相关背景知识介绍v1.1 名字介绍 英文：headspace,原指罐头食品盒中顶部的气体；衍生为样品基质上方的气体。顶空分析：就是取样品基质上方的气体进行 的分析第1页/共32页21.2 应用介绍 检测复杂组分中的挥发性组分，例如司机血液中的酒精含量，废水中的有机挥发物；经常用来检测产品的残留溶剂OVI Organic volatile impurities/residual solvents第2页/共32页Synthetics China31.3 原理介绍1.3.1 顶空分析的步骤 取样 进样 GC分析作为顶空部分最关键的就是取样和进样过程取样：取的是气体，用气体做“溶剂”萃取样品 中的挥发性组分进样：进的是气体，含有产品中挥发性物质的气体第3页/共32页Synthetics China41.3.2 顶空分析的原理 顶空分析是通过样品基质上方的气体成分来测定这些组分在原样中的含量。这是一种间接地测定方法，其基本的理论依据：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：第4页/共32页51.4 顶空技术的分类 顶空技术依据其不同的取样和进样方式可分为：静态顶空：将样品放置在一密闭容器中，在一定温度下放置一段时间使气液两相达到平衡，取气相部分进入GC分析，有称平衡顶空或者一次气相萃取。动态顶空：在样品中连续通入惰性气体，挥发性组分即随该萃取气体中样品中溢出，然后通过一个吸附装置（补集器）将样品浓缩，最后再将样品解吸进入气谱分析。这是一种连续的多次气相萃取，直到样品中的挥发性组分完全萃取出来第5页/共32页6方法优点缺点静态顶空1、样品基质（如水）的干扰极小2、仪器较简单，不需要吸附装置3、挥发性样品组分不会丢失1、灵敏度稍低2、难以分析较高沸点的样品动态顶空1、可将挥发性组分全部萃取出来，并在捕集装置中浓缩后分析2、灵敏度较高3、比静态顶空应用范围更广，使 用于沸点较高的组分1、样品基质可能干扰分析2、仪器较复杂3、吸附和解吸可能造成样 品组分的丢失第6页/共32页71.5 静态顶空1.5.1 静态顶空的原理:顶空进样技术基于三个物理定律，道尔顿定律-理想气体混合在一起的总压等于各个组分分压之和。罗氏定律-在恒定温度下，溶解在一定体积溶剂中的气体或液体量直接正比于溶液上方的蒸汽相的分压。亨利定律-顶空中一种溶质的分压与这种溶质在溶液中的摩尔含量成正比。这三个定律提供了我们放入瓶中的物质与瓶内顶空相中物质之间的关系。一般地，顶空中被分析物的浓度正比于溶液中被分析物的浓度。第7页/共32页8当在一定温度下达到气液平衡时有 K=CL/Cg,CoVL=CgVg+CLVL,推出Cg=Co/(KVg/VL)，其中：Cg：气体样品的浓度 Co：样品的原始浓度 VL:样品体积 Vg:气相体积 K:分配系数 即在平衡状态下，气相的组成与样品原来的组成为正比关系。当用GC分析得到Cg后，就可以算出原来样品的量第8页/共32页必须维持恒定的Vg/VL比来获得重复性.(每次使用瓶的体积、样品量和瓶中剩余空间都要一样.)Vg/VL比越小,气相中的目标物成分越大,Cg越大,灵敏度越好.K值(分配系数)越小,Cg越大,灵敏度越好.提高样品瓶温度,水溶性样品基体中加入矿物盐,基体中加入极性相差较大的另一种溶剂.Synthetics China9第9页/共32页Synthetics China101.5.2 静态顶空技术的适用范围 欲检测的被分析物在230以下挥发；要分析的样品是固态的、膏状的或液态的，都必须进行样品前处理后才能进入GC进样口的。操作环境很难进行可靠的样品前处理的样品。第10页/共32页Synthetics China111.5.3 进样方式手动进样：一定温度下达到平衡后采用气密注射器（普通的不可用）从容器中抽取顶空气体样品注射入GC分析自动进样：A、采用注射器进样 采用气密自动注射器和增加了样品的加热和平衡模块 B、压力平衡顶空进样系统 C、压力控制定量管进样系统第11页/共32页122 影响顶空分析的因数样品的性质样品量平衡温度平衡时间样品瓶第12页/共32页132.1 样品性质 顶空气体中各组分的含量不仅与其本身的挥发性有关，还与基质有关系，特别是那些在样品基质中溶解度大（分配系数大）的组分，基质效应更为显著。这是顶空进样的一大特点，即顶空气体的组成与原样的组成不同，这对定量分析的影响非常严重，因此标准品必须与样品相同或者相似的基质，否则定量分析误差较大。减少基质效应：加盐、加水、调pH、固体粉碎、稀释等。第13页/共32页142.2 样品量 在顶空GC中，进样量是通过进样时间或者定量管来控制的，还受温度和压力的影响。顶空分析绝对进样量是无重要意义的，重要的是进样量的重现性，即要保证进样条件的完全重现顶空瓶中的样品体积对分析结果的影响很大，样品量需依据样品体系的性质来确定。cg=co/(K)，K=Cs/Cg =Vg/Vs 对于某一的平衡系统，K与样品浓度成正比，与顶空气体的浓度成正比。即样品体积增大，减小，cg增大，灵敏度增大。K时，样品体积的改变对分析灵敏度的影响很小 K时，影响很大。第14页/共32页152.2 样品量样品量的重现性：待测组分的分配系数越小（在凝聚相中的溶解度越大），样品量波动对结果的影响越大，实际分析，分配系数一般未知，故需保证样品量的一致性样品瓶的容积 样品体积的上限是样品瓶的80%，以便有足够的顶空体积，常采用50%样品瓶体积。总之：样品性质、分析目的和方法决定样品体积的主要因数第15页/共32页162.3 平衡温度 样品的平衡温度与蒸汽压直接相关，影响分配系数。一般来说，温度也高、蒸汽压越高、顶空气体的浓度越高，分析灵敏度就越高。待测组分沸点越低，对温度越敏感，从这一角度，平衡温度高些，有利于缩短平衡时间。但是，平衡温度只影响分配系数K，对相比无影响。顶空气体浓度与K成反比 cg=co/(K)，K=Cs/Cg =Vg/Vs K时，温度影响非常明显 K时，温度升高，K降低，但是K+变化很小，因此顶 空气体的浓度变化也很小 实际分析中往往是在满足灵敏度的条件下，选择较低的平衡温度。过高的温度会导致某些组分的分解、氧化（样品瓶中有空气），还可能使顶空气体的压力过高，特别是有机溶剂（故要选择高沸点的有机溶剂），过高的顶空气体压力会导致系统漏气。第16页/共32页172.4 平衡时间 平衡时间本质上取决于被测组分分子从样品基质到气相的扩散速度。扩散速度越快，所需平衡时间越短。另外，扩散系数又与分子尺寸、介质黏度和温度有关。温度越高、黏度越低，扩散系数越大。所以提高温度可以缩短平衡时间。缩短平衡时间可以采用搅拌的方法，机械振动搅拌或者电磁搅拌。分配系数大的样品，采用搅拌影响较小。第17页/共32页182.5 样品瓶2.5.1 样品瓶 顶空样品瓶要求体积准确、能承受一定的压力、密封性好、对样品无吸附作用。现在一般使用硼硅玻璃制造。样品瓶体积一般522mL,一般根据仪器要求和样品确定体积。液体一般使用10mL。仪器因数要考虑色谱柱口径的大小、进样体积等。第18页/共32页192.5.2 密封盖 密封盖由塑料或者金属加密封垫组成。有可多次使用的螺旋盖和一次性的压盖。密封垫有三种硅橡胶（耐高温性能好、丁基橡胶（价格低）、氟橡胶（惰性好），为防止密封垫对样品组分的吸附，现多用内衬聚四氟乙烯或铝的密封垫。必要时应通过空白分析确认密封垫中不挥发物对样品分析的干扰。第19页/共32页203 G1888顶空进样器气路系统：3.1顶空进样器的主气路部件共包括以下各部件：5个阀3个加热区压力传感器样品定量环取样探针管路与接头第20页/共32页213.2顶空分析流程顶空进样器的分析过程可分为五个步骤：加热平衡 样品瓶加压 填充样品定量环 定量环平衡 进样第21页/共32页223.2.1备用模式载气:流过样品阀的2、3端口，经过传输线进入GC进样口。样品瓶加压气路:由前置压力调节器控制，流经校准过的限流器，一个电磁阀，一三通，取样阀的端口6和1，定量环，取样阀的端口4和5及样品探针。阀状态:S1打开 S2关闭 取样阀=OFF时间事件:气相分析时间,样品瓶平衡时间载气流量进入GC 气体清洗定量环和探针 第22页/共32页233.2.2样品瓶加压载气流量进入GC 探针插在样品瓶中阀状态:S1改变,S2关闭 取样阀=OFF 时间事件:瓶加压 样品瓶在平衡时间 内被加热后,进行加压 当样品瓶升至探针 上时,样品瓶加压阀S1 关闭.然后，在“加压平衡时间“时打开，再在下一步骤前关闭。第23页/共32页243.2.3填充样品定量环载气流量进入GC探针插在样品瓶中阀状态:S1关闭,S2打开 取样阀=OFF时间事件:环填充为使样品填充定量环，先打开出口阀，加压的顶空流量反吹样品定量环，流经三通，电磁阀和出口管线放至实验室环境。当定量环填充时间结束后 出口阀关闭。第24页/共32页253.2.4定量环平衡载气流量进入GC探针插在样品瓶中阀状态:S1关闭,S2关闭 取样阀=OFF时间事件:环平衡当出口阀关闭后,可编制程序使气体在新的温度下短时间内达到平衡 第25页/共32页263.2.5进样载气流量进入GC探针插在样品瓶中阀状态 S1关闭 S2关闭 取样阀=ON时间事件:进样在进进样期间，取样阀切换，以使载气流路从端口2流至端口1，流经样品定量环，经过端口4至端口3，然后通过传输线进入GC进样口。进样以后，进样器转换至备用状态。第26页/共32页273.3、顶空进样器工作流程 3.3.1移动样品盘链步进马达带动样品盘链从1号位（基本位）至指定的样品瓶位。3.3.2样品瓶放入仪器烘箱遮闭门和升降机同步使样品瓶放至仪器烘箱3.3.3加热及平衡样品样品瓶被加热第27页/共32页283.3.4把平衡好的样品瓶移至样品探针位置升降机令样品瓶提升使样品探针进入样品瓶3.3.5从样品瓶上部空间提取挥发组分电磁阀动作使载气对样品瓶加压和使样品充满样品环。3.3.6传送样品至GC进样口载气清扫整个样品流路：从六通阀至样品环传输线、色谱仪进样口。第28页/共32页294、顶空软件操作参见Agilent 7890A-G1888HSS操作SOP第29页/共32页305、维护与注意事项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.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。瓶平衡时间(验证获得)、瓶加压时间(小于1分钟)、环填充时间(小于1分钟)、环平衡时间(0.1分钟左右)、进样时间(1分钟)、气相运行时间(依具体情况定)6个时间参数的设置是重点.第30页/共32页4.温度设定时不可过高，以免破坏顶空仪，缩短使用寿命。样品瓶温度至少低于溶剂沸点15,同时要考虑不相溶液体的共沸情况.不挥发或不易挥发样品不宜用顶空方法进行测定。5.由于顶空仪需和气相色谱仪联合使用，因此需要注意顶空仪参数与气相色谱仪参数的相互统一，如气相色谱仪的汽化室温度要高于传送带温度，以方便样品的气化。6.瓶体积的恒定对重复性有影响,同时要考虑瓶高度和探针高度的关系.7.衬管采用2mm会优化峰型.8.进样针、探针和定量环容易断;探针不能吸到液体样,容易污染气路,注意维护.31第31页/共32页Synthetics China32感谢您的观赏！第32页/共32页