氣相色譜的進樣裝置：頂空進樣器

在氣相色譜分析中，進樣時候常見的樣品形態為液體或者氣體。實際樣品（如蔬菜）經過溶劑提取、過濾、萃取、濃縮和定容等前處理步驟之后變為溶液中的組份成為液體樣品；水質、土壤和固體廢棄物等中的易揮發組份（經處理后）、大氣和工廠廢氣、天然氣等化工氣體等則作為氣體樣品。樣品形態和性質的不同會使得其引入進樣口的方式不同，催生出多種多樣的樣品引入裝置。

常見的樣品引入裝置包括微量進樣器和氣密型進樣針、多通閥、熱解吸裝置、吹掃捕集裝置、頂空進樣器和固相微萃取等。

1 頂空分析和頂空進樣器

1.1 基本原理和工作過程

頂空分析（Static HeadSpace Analysis ，HS/靜態頂空）的原理是將待測樣品（液體或固體）置入一可密閉的容器（樣品瓶）中；一定溫度條件下，待測樣品中的揮發性組分進入到樣品瓶內的氣相空間中，同時，氣相空間中的部分揮發性組分又重新回到待測樣品中；一定時間后，系統達到動態平衡，樣品瓶內氣相空間中的揮發性組分濃度保持固定不變，且與待測樣品中的揮發性組分原始濃度成一定比例；此時，抽取樣品瓶內氣相空間中的部分氣體進行色譜分析，可以測定樣品中揮發性組分的組成和含量。由于待測樣品（液體或固體）一般位于樣品瓶底部，氣相空間位于樣品瓶頂部，因此，該種分析模式稱之為頂空分析。頂空進樣器是依據頂空分析原理，用以完成樣品平衡、取樣和與氣相色譜儀聯用進樣的裝置。

1.2 頂空分析的特點與應用范圍

頂空分析法可以不經過其它前處理技術直接測定液體、固態基質中的揮發性物質，如血液中的酒精含量、飲用水中三氯甲烷和四氯化碳、水中苯系物等，免除了萃取等前處理過程對操作者帶來的有機物污染，同時消除了基體干擾，提高了測定靈敏度，在天然產物、環境監測、制藥工程、交通執法中有著廣泛的應用。

下圖為使用頂空進樣器與氣相色譜儀聯用，測定血液中的酒精含量：

2 與吹掃捕集（P&T）、動態頂空(DHS)的關系

由于在取樣分析時，樣品瓶保持密封狀態，揮發性組分在樣品瓶內的氣相空間和待測樣品（液體或固體）中處于動態平衡，在兩者中的濃度保持固定不變，頂空分析一般稱之為“靜態頂空”（Static HeadSpace Analysis），區別于吹掃捕集分析（Purge and Trap ，P&T）和動態頂空分析（Dynamic HeadSpace Analysis，DHS）。

吹掃捕集裝置在取樣分析時氣體連續通過樣品進行吹掃，并將樣品瓶頂部的揮發物帶入裝有吸附材料的吸附管（捕集阱）中進行富集（捕集），從原理上而言，吹掃捕集法使用惰性氣體吹掃樣品及帶走樣品瓶頂部揮發物的過程是一種非平衡態的連續萃取，由于氣體的吹掃破壞了密閉容器中的兩相平衡，樣品中揮發性組分在頂部氣相部分的分壓趨于零，使得揮發性組分持續從液相逸出，區別于“靜態頂空”分析密閉容器（樣品瓶）中揮發性組分在氣相和液相（或者固相）部分達到揮發-溶解動態平衡，吹掃捕集在很多文獻中稱之為“動態頂空”。

實際中，有另外一類產品稱之為“動態頂空”，其與吹掃捕集裝置類似，主要區別是吹掃捕集裝置在吹掃過程中需要將惰性氣體通入樣品中并對樣品鼓泡，而動態頂空裝置將惰性氣體持續通過樣品上方的頂空空間，而不采用鼓泡的方式；此種情況下，動態頂空不僅適用于液體樣品，也適用于固體或者黏性材料。

3 小結

目前生產頂空進樣器的廠家很多，儀器操作簡便，自動化程度高，在儀器原理上各有特點，如取樣原理采用氣密針、平衡壓力或者壓力回路模式等。

頂空分析、頂空進樣器與氣相色譜、氣質聯用儀的聯用非常廣泛，涉及到的相關標準很多，具有前處理簡單、靈敏度高、操作便捷等特點，如《HJ 1067-2019 水質 苯系物的測定 頂空_氣相色譜法》、《GAT 842-2019 血液酒精含量的檢驗方法》等中均推薦使用頂空-氣相色譜法進行目標物分析。隨著相關行業的發展，頂空分析及其設備將會出現在更多的實驗室中。

文章來源：氣相色譜分析