AgilentG1888頂空進(jìn)樣器培訓(xùn)課件

1、1安捷倫安捷倫G1888頂空進(jìn)樣培訓(xùn)頂空進(jìn)樣培訓(xùn)楊力博、周德恭楊力博、周德恭2011-1221 頂空相關(guān)背景知識(shí)介紹頂空相關(guān)背景知識(shí)介紹v1.1 名字介紹 英文：headspace ,原指罐頭食品盒中頂部的氣體；衍生為樣品基質(zhì)上方的氣體。樣品基質(zhì)上方的氣體。 頂空分析：就是取樣品基質(zhì)上方的氣體進(jìn)行 的分析3v1.2 應(yīng)用介紹 檢測(cè)復(fù)雜組分中的揮發(fā)性組分，例如司機(jī)血液中的酒精含量，廢水中的有機(jī)揮發(fā)物； 經(jīng)常用來(lái)檢測(cè)產(chǎn)品的殘留溶劑OVI Organic volatile impurities/ residual solventsSynthetics China4v1.3 原理介紹v1.3.1 頂空

2、分析的步驟 取樣 進(jìn)樣 GC分析作為頂空部分最關(guān)鍵的就是取樣和進(jìn)樣過(guò)程取樣： 取的是氣體，用氣體做用氣體做“溶劑溶劑”萃取樣品萃取樣品 中的揮發(fā)性組分中的揮發(fā)性組分進(jìn)樣： 進(jìn)的是氣體，含有產(chǎn)品中揮發(fā)性物質(zhì)的氣體Synthetics China5v1.3.2 頂空分析的原理 頂空分析是通過(guò)樣品基質(zhì)上方的氣體成分來(lái)測(cè)定這些組分在原樣中的含量。 這是一種間接地測(cè)定方法，其基本的理論依據(jù)：在一定條件下，氣相和凝聚相（液相或在一定條件下，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：6v1.4 頂空技術(shù)的分類(lèi) 頂空技術(shù)依據(jù)其不同的取樣和進(jìn)樣方式可分為： 靜態(tài)頂空靜態(tài)頂空：將樣品放

3、置在一密閉容器中，在一定溫度下放置一段時(shí)間使氣液兩相達(dá)到平衡，取氣相部分進(jìn)入GC分析，有稱(chēng)平衡頂空或者一次氣相萃取。 動(dòng)態(tài)頂空：動(dòng)態(tài)頂空：在樣品中連續(xù)通入惰性氣體，揮發(fā)性組分即隨該萃取氣體中樣品中溢出，然后通過(guò)一個(gè)吸附裝置（補(bǔ)集器）將樣品濃縮，最后再將樣品解吸進(jìn)入氣譜分析。這是一種連續(xù)的多次氣相萃取，直到樣品中的揮發(fā)性組分完全萃取出來(lái)7方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)靜態(tài)頂空1、樣品基質(zhì)（如水）的干擾極小2、儀器較簡(jiǎn)單，不需要吸附裝置3、揮發(fā)性樣品組分不會(huì)丟失1、靈敏度稍低2、難以分析較高沸點(diǎn)的樣品動(dòng)態(tài)頂空1、可將揮發(fā)性組分全部萃取出來(lái)，并在捕集裝置中濃縮后分析2、靈敏度較高3、比靜態(tài)頂空應(yīng)用范圍更廣，使 用于沸

4、點(diǎn)較高的組分1、樣品基質(zhì)可能干擾分析2、儀器較復(fù)雜3、吸附和解吸可能造成樣 品組分的丟失8v1.5 靜態(tài)頂空v1.5.1 靜態(tài)頂空的原理:頂空進(jìn)樣技術(shù)基于三個(gè)物理定律，v道爾頓定律道爾頓定律-理想氣體混合在一起的總壓等于各個(gè)組分分壓之和。v羅氏定律羅氏定律-在恒定溫度下，溶解在一定體積溶劑中的氣體或液體量直接正比于溶液上方的蒸汽相的分壓。v亨利定律亨利定律-頂空中一種溶質(zhì)的分壓與這種溶質(zhì)在溶液中的摩爾含量成正比。這三個(gè)定律提供了我們放入瓶中的物質(zhì)與瓶?jī)?nèi)頂空相中物質(zhì)之間的關(guān)系。一般地，頂空中被分析物的濃度正比于溶液中被分析物的濃度。9當(dāng)在一定溫度下達(dá)到氣液平衡時(shí)有 K=CL/Cg, CoVL=C

5、gVg+CLVL ,推出推出Cg=Co/(KVg/VL)，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(shù) 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(dāng)用GC分析得到Cg后，就可以算出原來(lái)樣品的量v必須維持恒定的Vg/VL比來(lái)獲得重復(fù)性.(每次使用瓶的體積、樣品量和瓶中剩余空間都要一樣.)vVg/VL比越小,氣相中的目標(biāo)物成分越大, Cg越大,靈敏度越好.vK值(分配系數(shù))越小, Cg越大,靈敏度越好.提高樣品瓶溫度,水溶性樣品基體中加入礦物鹽,基體中加入極性相差較大的另一種溶劑.Synthetics China10Synthe

6、tics China111.5.2 靜態(tài)頂空技術(shù)的適用范圍v 欲檢測(cè)的被分析物在230以下?lián)]發(fā)；v 要分析的樣品是固態(tài)的、膏狀的或液態(tài)的，都必須進(jìn)行樣品前處理后才能進(jìn)入GC進(jìn)樣口的。v操作環(huán)境很難進(jìn)行可靠的樣品前處理的樣品。Synthetics China121.5.3 進(jìn)樣方式v手動(dòng)進(jìn)樣：一定溫度下達(dá)到平衡后采用氣密注射器（普通的不可用）從容器中抽取頂空氣體樣品注射入GC分析v自動(dòng)進(jìn)樣： A、采用注射器進(jìn)樣 采用氣密自動(dòng)注射器和增加了樣品的加熱和平衡模塊 B、壓力平衡頂空進(jìn)樣系統(tǒng) C、壓力控制定量管進(jìn)樣系統(tǒng)132 影響頂空分析的因數(shù)v樣品的性質(zhì)v樣品量v平衡溫度v平衡時(shí)間v樣品瓶14v2.1

7、 樣品性質(zhì) 頂空氣體中各組分的含量不僅與其本身的揮發(fā)性有關(guān)，還與基質(zhì)有關(guān)系，特別是那些在樣品基質(zhì)中溶解度大（分配系數(shù)大）的組分，基質(zhì)效應(yīng)更為顯著。這是頂空進(jìn)樣的一大特點(diǎn)，即頂空氣體的組成與原樣的組成不同，這對(duì)定量分析的影響非常嚴(yán)重，因此標(biāo)準(zhǔn)品必須與樣品相同或者相似的基質(zhì)，否則定標(biāo)準(zhǔn)品必須與樣品相同或者相似的基質(zhì)，否則定量分析誤差較大量分析誤差較大。 減少基質(zhì)效應(yīng)： 加鹽、加水、調(diào)pH、固體粉碎、稀釋等。15v2.2 樣品量 v在頂空GC中，進(jìn)樣量是通過(guò)進(jìn)樣時(shí)間或者定量管來(lái)控制的，還受溫度和壓力的影響。頂空分析絕對(duì)進(jìn)樣量是無(wú)重要意義的，重要的是進(jìn)樣量的重現(xiàn)性重現(xiàn)性，即要保證進(jìn)樣條件的完全重現(xiàn)v頂

8、空瓶中的樣品體積樣品體積對(duì)分析結(jié)果的影響很大，樣品量需依據(jù)樣品體系的性質(zhì)來(lái)確定。 cg=co/(K)，K=Cs/Cg =Vg/Vs 對(duì)于某一的平衡系統(tǒng)，K與樣品濃度成正比，與頂空氣體的與頂空氣體的濃度成正比。濃度成正比。即樣品體積增大，即樣品體積增大， 減小，減小，cg增大，靈敏度增增大，靈敏度增大。大。 K時(shí)，樣品體積的改變對(duì)分析靈敏度的影響很小時(shí)，樣品體積的改變對(duì)分析靈敏度的影響很小 K時(shí)，影響很大。時(shí)，影響很大。 16v2.2 樣品量v樣品量的重現(xiàn)性樣品量的重現(xiàn)性：待測(cè)組分的分配系數(shù)越?。ㄔ谀巯嘀械娜芙舛仍酱螅瑯悠妨坎▌?dòng)對(duì)結(jié)果的影響越大，實(shí)際分析，分配系數(shù)一般未知，故需保證樣品量的一

9、致性v樣品瓶的容積 樣品體積的上限是樣品瓶的80%，以便有足夠的頂空體積，常采用50%樣品瓶體積。 總之：樣品性質(zhì)、分析目的和方法決定樣品體積的主要因數(shù)17v2.3 平衡溫度 樣品的平衡溫度與蒸汽壓直接相關(guān)，影響分配系數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，溫度也高、蒸汽壓越高、頂空氣體的濃度越高，分析靈敏度就越高。待測(cè)組分沸點(diǎn)越低，對(duì)溫度越敏感，從這一角度，平衡溫度高些，有利于縮短平衡時(shí)間。 但是，平衡溫度只影響分配系數(shù)K，對(duì)相比無(wú)影響。頂空氣體濃度與無(wú)影響。頂空氣體濃度與K成反比成反比 cg=co/(K)，K=Cs/Cg =Vg/Vs K時(shí)，溫度影響非常明顯時(shí)，溫度影響非常明顯 K時(shí)，溫度升高，時(shí)，溫度升高，K降低

10、，但是降低，但是K+ 變化很小，因此頂變化很小，因此頂 空氣體的空氣體的濃度變化也很小濃度變化也很小 實(shí)際分析中往往是在滿(mǎn)足靈敏度的條件下，選擇較低的平衡溫度。過(guò)高實(shí)際分析中往往是在滿(mǎn)足靈敏度的條件下，選擇較低的平衡溫度。過(guò)高的溫度會(huì)導(dǎo)致某些組分的分解、氧化（樣品瓶中有空氣），還可能使頂?shù)臏囟葧?huì)導(dǎo)致某些組分的分解、氧化（樣品瓶中有空氣），還可能使頂空氣體的壓力過(guò)高，特別是有機(jī)溶劑（故要選擇高沸點(diǎn)的有機(jī)溶劑），空氣體的壓力過(guò)高，特別是有機(jī)溶劑（故要選擇高沸點(diǎn)的有機(jī)溶劑），過(guò)高的頂空氣體壓力會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)漏氣。過(guò)高的頂空氣體壓力會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)漏氣。18v2.4 平衡時(shí)間 平衡時(shí)間本質(zhì)上取決于被測(cè)組分分子從

11、樣品基質(zhì)到氣相的擴(kuò)散速度。擴(kuò)散速度越快，所需平衡時(shí)間越短。另外，擴(kuò)散系數(shù)又與分子尺寸、介質(zhì)黏度和溫度有關(guān)。溫度越高、黏度越低，擴(kuò)散系數(shù)越大。所以提高溫度可以縮短平衡時(shí)間。 縮短平衡時(shí)間可以采用攪拌的方法，機(jī)械振動(dòng)攪拌或者電磁攪拌。分配系數(shù)大的樣品，采用攪拌影響較小。19v2.5 樣品瓶v2.5.1 樣品瓶 頂空樣品瓶要求體積準(zhǔn)確、能承受一定的壓力、密封性好、對(duì)樣品無(wú)吸附作用。現(xiàn)在一般使用硼硅玻璃制造。 樣品瓶體積一般522mL,一般根據(jù)儀器要求和樣品確定體積。液體一般使用10mL。儀器因數(shù)要考慮色譜柱口徑的大小、進(jìn)樣體積等。20v2.5.2 密封蓋 密封蓋由塑料或者金屬加密封墊組成。有可多次使

12、用的螺旋蓋和一次性的壓蓋。 密封墊有三種硅橡膠（耐高溫性能好、丁基橡膠（價(jià)格低）、氟橡膠（惰性好），為防止密封墊對(duì)樣品組分的吸附，現(xiàn)多用內(nèi)襯聚四氟乙烯或鋁的密封墊。必要時(shí)應(yīng)通過(guò)空白分析確認(rèn)密封墊中不揮發(fā)物對(duì)樣品分析的干擾。213 G1888頂空進(jìn)樣器氣路系統(tǒng)：v3.1頂空進(jìn)樣器的主氣路部件共包括以下各部件：5個(gè)閥3個(gè)加熱區(qū)壓力傳感器樣品定量環(huán)取樣探針管路與接頭22v3.2頂空分析流程頂空進(jìn)樣器的分析過(guò)程可分為五個(gè)步驟： 加熱平衡 樣品瓶加壓 填充樣品定量環(huán) 定量環(huán)平衡 進(jìn)樣233.2.1備用模式載氣:流過(guò)樣品閥的2、 3端口，經(jīng)過(guò)傳輸線(xiàn)進(jìn)入GC進(jìn)樣口。樣品瓶加壓氣路:由前置壓力調(diào)節(jié)器控制，流經(jīng)

13、校準(zhǔn)過(guò)的限流器，一個(gè)電磁閥，一三通，取樣閥的端口6和1，定量環(huán)，取樣閥的端口4和5及樣品探針。閥狀態(tài) :S1打開(kāi) S2關(guān)閉 取樣閥=OFF時(shí)間事件:氣相分析時(shí)間, 樣品瓶平衡時(shí)間載氣流量進(jìn)入GC 氣體清洗定量環(huán)和探針 243.2.2樣品瓶加壓載氣流量進(jìn)入GC 探針插在樣品瓶中閥狀態(tài): S1改變,S2關(guān)閉 取樣閥=OFF 時(shí)間事件:瓶加壓 樣品瓶在平衡時(shí)間 內(nèi)被加熱后,進(jìn)行加壓 當(dāng)樣品瓶升至探針 上時(shí),樣品瓶加壓閥S1 關(guān)閉.然后，在“加壓平衡時(shí)間“時(shí)打開(kāi)， 再在下一步驟前關(guān)閉。 253.2.3填充樣品定量環(huán)載氣流量進(jìn)入GC探針插在樣品瓶中閥狀態(tài) : S1關(guān)閉,S2打開(kāi) 取樣閥=OFF時(shí)間事件:

14、環(huán)填充為使樣品填充定量環(huán)， 先打開(kāi)出口閥，加壓的頂空流量反吹樣品定量環(huán)，流經(jīng)三通，電磁閥和出口管線(xiàn)放至實(shí)驗(yàn)室環(huán)境。當(dāng)定量環(huán)填充時(shí)間結(jié)束后 出口閥關(guān)閉。 263.2.4定量環(huán)平衡載氣流量進(jìn)入GC探針插在樣品瓶中閥狀態(tài) : S1關(guān)閉,S2關(guān)閉 取樣閥=OFF時(shí)間事件:環(huán)平衡當(dāng)出口閥關(guān)閉后,可編制程序使氣體在新的溫度下短時(shí)間內(nèi)達(dá)到平衡 273.2.5進(jìn)樣載氣流量進(jìn)入GC探針插在樣品瓶中閥狀態(tài) S1關(guān)閉 S2關(guān)閉 取樣閥=ON時(shí)間事件:進(jìn)樣在進(jìn)進(jìn)樣期間，取樣閥切換，以使載氣流路從端口2流至端口1，流經(jīng)樣品定量環(huán)，經(jīng)過(guò)端口4至端口3，然后通過(guò)傳輸線(xiàn)進(jìn)入GC進(jìn)樣口。進(jìn)樣以后，進(jìn)樣器轉(zhuǎn)換至備用狀態(tài) 。 28

15、3.3、頂空進(jìn)樣器工作流程 v3.3.1移動(dòng)樣品盤(pán)鏈步進(jìn)馬達(dá)帶動(dòng)樣品盤(pán)鏈從1號(hào)位（基本位）至指定的樣品瓶位。v3.3.2樣品瓶放入儀器烘箱遮閉門(mén)和升降機(jī)同步使樣品瓶放至儀器烘箱v3.3.3加熱及平衡樣品樣品瓶被加熱29v3.3.4把平衡好的樣品瓶移至樣品探針位置升降機(jī)令樣品瓶提升使樣品探針進(jìn)入樣品瓶v3.3.5從樣品瓶上部空間提取揮發(fā)組分電磁閥動(dòng)作使載氣對(duì)樣品瓶加壓和使樣品充滿(mǎn)樣品環(huán)。v3.3.6傳送樣品至GC進(jìn)樣口載氣清掃整個(gè)樣品流路：從六通閥至樣品環(huán)傳輸線(xiàn)、色譜儀進(jìn)樣口。304、頂空軟件操作v參見(jiàn)Agilent 7890A-G1888HSS操作SOP315、維護(hù)與注意事項(xiàng)1.由于進(jìn)入頂空的載氣同時(shí)進(jìn)入GC，所以用于頂空的氣體也應(yīng)凈化。2.頂空瓶加熱溫度，定量管溫度，傳輸線(xiàn)溫度應(yīng)由小到大，傳輸線(xiàn)小于等于進(jìn)樣口的溫度。3.時(shí)間設(shè)置中，樣品充滿(mǎn)定量管的時(shí)間應(yīng)充分，定量管的平衡時(shí)間不應(yīng)太長(zhǎng)，進(jìn)樣的時(shí)間應(yīng)足夠長(zhǎng)。瓶平衡時(shí)間(驗(yàn)證獲得)、瓶加壓時(shí)間(小于1分鐘)、環(huán)填充時(shí)間(小于1分鐘)、環(huán)平衡時(shí)間(0.1分鐘左右)、進(jìn)樣時(shí)間(1分鐘)、氣相運(yùn)行時(shí)間(依具體情況定)6個(gè)時(shí)間參數(shù)的設(shè)置是重點(diǎn)