氣相色譜頂空進樣器的參數優化

    使用SHS時，一般需要將樣品置于密封的容器 中，在受控的水浴上（中）仔細加熱，直至揮發性物質在氣液（固）兩相中的濃度達到平衡。欲分析的化合物的濃度在兩相之間的分配系數如下式所示：

    K = Cl / Cg

    其中： Cl和Cg分別為平衡時揮發性物質在液相和氣相中的濃度1。移 取氣相中整數體積的氣體注入氣相色譜中。

    本文將介紹在一般的分析中選擇最優化的參數時所能獲得的最大精密度和靈敏度。討論的參數如下：

    1．樣品制備步驟

    2．頂空進樣器的控制參數：

    a．樣品平衡時間和平衡時樣品的攪拌震蕩效果

    b．頂空瓶和傳輸線的溫度。

    以下所有的比較實驗都采用Varian公司的 頂空進樣器“Genesis”來進行。

    此處所討論的大多數原理都適合簡單的頂空氣相色譜，即那些使用氣密性注射器從密封的頂空瓶中手動抽取 氣體的進樣器。

    Genesis自動頂空進樣器相比于手動技術能夠提供更多的優點。通過軟件 用戶能夠建立四個方法。用戶能夠對任何方法中的某個參數進行編輯，而頂空進樣器則按照這些參數進行自動設定。之后氣相色譜按照被分析物質的特點進行分析條 件的最優化。另一個優點是自動建立方法，包括自動分析50個樣品、每個樣品恒定加熱以及通過加熱的 定量環來移取氣體，確保結果的重復性。

    使用儀器

    儀器：帶有Varian Genesis自動 頂空進樣器的Varian3400氣相色譜。安裝有SPI進 樣器和FID檢測器。SHS系統的傳輸線直 接連接到SPI的載氣輸入口，并由Genesis的 流量控制器控制色譜柱的流量。帶有應用功能擴展包的GC Star工作站進行數據采集。

    色譜柱：

    30m×0.32mm涂有膜厚為0.5μm的聚乙烯醇（DB-WAX）固定液，Varian貨號：

    JW-123703-30
   
    30m×0.53mm涂 有膜厚為1.5μm的聚甲基硅氧烷（DB-1） 固定液，Varian貨號：

    JW-125103-20 
   
    頂空進樣 器：

    頂空瓶22ml，定量管500μL

    影響頂空結果的參數

    樣品制備：雖然靜態頂空對樣品的制備要求很低，但仍有些步驟能夠提高靈敏度和精密度。

    進行頂空分析的樣品都含有揮發性物質，所以在進行樣品處理時要避免此類物質的損失。將樣品裝滿容器可 以避免揮發損失。從樣品容器中取樣之前，需要先對頂空瓶和傳輸線進行吹掃。

    頂空瓶中氣液兩相的體積比是影響靈敏度的一個參數。本文只討論水溶液中的有機物在氣液兩相的相對濃 度，而此參數的影響遠超過本文所討論的內容。從圖一的曲線我們可以看出當分配比（K）很小的時候， 氣液兩相的比例是非常重要的。

    隨著樣品體積的增加，比面積則變小。因此大體積的樣品在傳輸時就能減少揮發性物質的損失，結果的精密 度更佳。

    對于那些在水中分配比很高的樣品，通過加入鹽能夠降低分配比進而提高靈敏度（圖2）。另一方面，對于非水溶性的樣品如土壤，可以通過加入水將非水溶性的有機物質驅趕到氣相中。

    由Genesis控制的參數：當樣品制備方法 建立之后，用戶需要權衡Genesis控制的參數。樣品和傳輸線的溫度、平衡時間和平衡時的攪拌效 果都是非常重要的。利用方法優化和Genesis的方法時間特性表，能夠對這些參數進行自動研究。

    本研究中討論兩個樣品——樣品1為工業和環境實驗室監測的水中有機物，樣品2為從肇事 司機的血液樣本中濃縮出的含有乙醇和正丙醇（內標）的水溶液。以上分析方法的細節請參見相關的標準。2，3

    表1列出了采用一系列方法測定樣品1中揮發性物質的結果。設定的參數包括：平衡時間（無攪拌）、攪拌時間、閥和傳輸線溫度和樣品溫度。從表中可 以看出使用攪拌能使響應值更快達到平衡。另外采用攪拌，總的響應值相比之下也較高。

    增加樣品溫度很明顯對水溶性的1，4-二氧六環（高分配比）的響應值有利，但對于TCE（三 氯乙烯）和苯則相反，其實這兩類物質的氣相濃度只與分配比有關而增加樣品溫度本質上是無影響的。閥和傳輸線溫度一般稍高于樣品溫度以免揮發性物質冷凝，但 過高的溫度不僅無用而且還使三種物質的響應值都下降。這是因為高溫使樣品氣體體積膨脹，進入定量管的相對濃度變小所致。

    圖3所示的是在充分的平衡時間的情況下比較攪 拌和不攪拌的響應值，可見攪拌的精密度更佳。

    總之，復雜基體中的揮發性物質的分配比決定了靜態頂空參數的優化方法。對于所有的樣品，在短時間內攪 拌能獲得最大的靈敏度和精密度。

    表1 水中苯（40ppm）、三氯乙烯（TCE 21ppm）和1，4-二氧六環（120ppm）的方法優化數據

參數      響應值

     苯      三氯乙烯      1，4-二氧六環

平衡時間（分鐘）
                 
5      931615      90132      2228
15      1002743      95580      2382
25      1063889      96719      2437
35      1041154      93831      2515

攪拌時間（分鐘）
                 
0      877172      84787      2149
5      1378595      126735      2441
10      1375029      125684      2486
15      1350010      123436      2508
20      1351027      122405      2475

閥和傳輸線溫度（℃）
                 
150      1363546      124389      2489
175      1268374      115303      2381
200      1166163      104936      2310
225      1111997      99940      2217
樣品溫度a（℃）                 
50      1468070      127741      2454
60      1594045      136013      3909
70      1516439      119456      6806
80      1331058      106941      7875