主题：【分享】气相色谱的样品引入装置：顶空进样器（三）

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发表于：2023/02/28 10:32:32 楼主管理分享倒序浏览只看楼主回复私聊

在气相色谱分析中，进样时候常见的样品形态为液体或者气体。实际样品（如蔬菜）经过溶剂提取、过滤、萃取、浓缩和定容等前处理步骤之后变为溶液中的组份成为液体样品；水质、土壤和固体废弃物等中的易挥发组份（经处理后）、大气和工厂废气、天然气等化工气体等则作为气体样品。样品形态和性质的不同会使得其引入进样口的方式不同，催生出多种多样的样品引入装置。

常见的样品引入装置包括微量进样器和气密型进样针、多通阀、热解吸装置、吹扫捕集装置、顶空进样器和固相微萃取等。公众号往期文章已更新关于微量进样器和气密型进样针、多通阀、热解吸装置、吹扫捕集装置的相关内容。

1 顶空进样器原理概述

顶空分析（Static HeadSpace Analysis ，HS/静态顶空）的原理是将待测样品（液体或固体）置入一可密闭的容器（样品瓶）中；一定温度条件下，待测样品中的挥发性组分进入到样品瓶内的气相空间中，同时，气相空间中的部分挥发性组分又重新回到待测样品中；一定时间后，系统达到动态平衡，样品瓶内气相空间中的挥发性组分浓度保持固定不变，且与待测样品中的挥发性组分原始浓度成一定比例；此时，抽取样品瓶内气相空间中的部分气体进行色谱分析，可以测定样品中挥发性组分的组成和含量。由于待测样品（液体或固体）一般位于样品瓶底部，气相空间位于样品瓶顶部，因此，该种分析模式称之为顶空分析。顶空进样器是依据顶空分析原理，用以完成样品平衡、取样和与气相色谱仪联用进样的装置。

在实际的仪器实践过程中，不同厂家顶空进样器“抽取样品瓶内气相空间中的部分气体进行色谱分析”的方法不同，大致可以分为气密针筒式、压力回路式和平衡压力式三种。另外，采用固相微萃取技术的顶空萃取，也认为是一种特殊的方法，本节不再涉及

本文主要介绍使用气密针筒进行顶空分析的原理和使用等内容。

2 气密针筒式顶空进样器

2.1 基本原理

气密针筒式顶空进样器就是在顶空瓶内气液两相在一定的温度和时间达到平衡后，使用气密针直接抽取样品瓶内气相空间中的气体进行色谱分析的模式。其简单示意图如下：

2.2 商业化的仪器

简单的气密针筒式顶空进样器通过水浴锅、顶空瓶、气密针即可实现，商业化的仪器一般指整个工作流程可自动化实现的仪器，会在上述流程上添加各种功能，主要为热氮气源（用以清洗气密针、提供顶空瓶加压气源等），气密针加热装置，顶空瓶涡旋、震荡功能，以及最重要的自动进样机构（进样塔）。简而言之，类似于液体自动进样器，区别是将液体自动进样器的2mL样品瓶更换为20mL顶空瓶（或者更大），10μL微量注射器更换为气密针（量程一般为（1-5）mL）。

2.2.1 自动进样机构（进样塔）

自动进样机构（进样塔）可已完成气密针的各种功能，通过进样塔角度旋转，完成顶空瓶的转移，气密针的清洗、取样和进样等功能。

2.2.2 热氮气源

气密针筒式顶空进样器上一般会提供一个气路接口，用以连接氮气源；氮气在仪器内部的腔体同时会有加热功能，用以清洗气密针、提供顶空瓶加压气源等，下图：

洗针时，气密针扎入洗针口抽取氮气，然后排空；反复多次可除去气密针内的样品残留和污染。同时，干净的气密针也可以从洗针口抽取一定体积的氮气，然后扎入顶空瓶内，对顶空瓶进行加压，从而实现加压取样。

2.2.3 气密针加热装置

顶空瓶内样品一般是在较高的温度下进行平衡，因此，需要对抽取顶空瓶内样品的气密针也进行加热，避免气态样品受热冷凝。下图为气密针加热装置，气密针安装于加热装置内部，整体再安装在进样塔中，通电加热。

2.2.4 辅助功能

多数厂家的气密针筒式顶空进样器会附带如磁力搅拌、涡旋等功能，以满足不同标准和应用场景的需求。

2.3 仪器示例

以下视频为意大利HTA公司的HT2000H顶空进样器的工作流程展示，视频来源为HTA公司官网。

3 小结

采用气密针筒式的顶空进样器，常见的国外厂家为HTA，国内厂家为郑州克莱克特。该种模式的仪器与液体自动进样器相同，操作简单便捷，由于采用了进样塔转动进样，因此不单独占用进样口；同时，往往还可以更换模块，一般会附加液体进样、溶液稀释、样品配置等功能模块。

需要注意的是，使用气密针筒式的顶空进样器，气密针从顶空瓶中抽取气相空间中的气体之后，由于针尖与大气相通，因此样品气的压力会发生变化（顶空瓶内样品气高温下气压较高），从而引发样品参数的变化，可以使用具有开关阀的气密针来解决。另外，如果是使用气密针手动取样，气密针筒的温度控制也是一个较为严重的问题