顶空技术与气相色谱分析

赵敏 0 2023-01-31

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顶空分析

我们在生活中，特别是装修中，会经常听到“挥发性有机化合物”（VOC），其测定背后所对应的技术就是顶空。

“顶空分析”，就是对固体或者液体顶部空间内的物质进行分析，这种分析的思路甚至比气相色谱出现的还早。现在，顶空不仅仅是一种样品前处理技术，也是气相色谱的一种特殊的进样技术。

顶空技术的发展

有关GC 和顶空进样相结合的第一个文献记载，是Bovijn 及其同事在1958年阿姆斯特丹研讨会上发表的有关连续监测高压电站水中氢含量的报告。

1960年，W. H. Stahl 及其同事还使用顶空进样对密封罐和软包装中的气体进行了气相色谱分析，以测定其氧气含量。在当时，“顶空”一词还只是用来定义密封罐中的少量气体，但Stahl 率先将其与GC结合使用。软包装中的气体样品可直接用1 mL的皮下注射注射器采集，而容器是金属罐的则需要先被专门的工具打孔。

1962 年左右，贝克曼仪器公司推出了一种特殊的顶空进样器，用于金属采样罐或其他容器的顶空中的氧气含量的分析。

1962年，Curry 等人首次提出了顶空技术半自动化的可能性。

1964年，Machata 阐述了一种能够用于测定血液中乙醇的半自动系统。此开创性的工作使得静态HS-GC 技术得到了显著进步。

顶空分析的特点

与常见的液体进样相比，顶空是直接的气体进样，因而在样品的挥发性成分测定中具有不可比拟的优势。

顶空技术不局限于挥发性成分的测定，其本质是将待测成分提取至顶空相，借助固相微萃取（SPME）、吹扫捕集等技术，同样可以实现邻苯二甲酸酯等熔点较高的化合物的提取。

顶空技术还可以与冷凝/冷聚焦技术配合，实现痕量或是微量分析物的测定，而上述这些操作均有相关的配套仪器完成。

众所周知， 稳定性和 重复性是考察一个分析方法可行性的重要指标，而 定量限和 检出限又是分析方法选择的主要关注点。相对于人工操作的前处理，顶空这种靠仪器分析的情况，对于分析方法来讲，上述参数更为可控。这是顶空分析的又一优势。

另外，在顶空分析中，加热、萃取、甚至是反应等步骤都是在仪器内的顶空瓶中完成的。这从一方面来讲，减少了人员操作中一些繁琐的步骤和剧毒化学品的接触，如衍生化等，可谓是一项具有前景的绿色分析技术！

顶空-气相色谱分析步骤

1.平衡：将样品（液体或固体）放置在不会充满的容器中，其上保留有气体体积，然后将容器（通常是小瓶）封闭。接下来，将该小瓶在恒定温度下恒温，直到两相之间达到平衡。

2.样品转移：样品平衡后，将一定体积的气相（顶部空间）对着载气流进入色谱柱中，按常规方法对其进行分析。样品转移可以手动转移（例如，使用气密注射器），也可以自动转移（对样品瓶加压，通过控制进样时间或进样体积使顶空组分转移至色谱柱）。

很可惜，相对于气相色谱的其它技术，关于顶空这项技术较为详细的理论和实践的介绍，目前国内外相关书籍非常罕见，论文也很少。

这导致分析中实际上使用顶空进行操作的操作人员对这项技术的认知很有限，然而现实工作中这一技术在许多大型实验室仪器上的应用范围也很小。

责任编辑：展源

审　　核：何发

顶空技术与气相色谱分析

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