頂空進(jìn)樣器是氣相色譜法中一種方便快捷的樣品前處理方法，其原理是將待測樣品置入一密閉的容器中，通過加熱升溫使揮發(fā)性組分從樣品基體中揮發(fā)出來，在氣液(或氣固)兩相中達(dá)到平衡，直接抽取頂部氣體進(jìn)行色譜分析，從而檢驗(yàn)樣品中揮發(fā)性組分的成分和含量。
影響高效氣相色譜儀靜態(tài)頂空進(jìn)樣分析的因素有樣品性質(zhì)、樣品量、平衡溫度、平衡時(shí)間、頂空樣品瓶和密封蓋等。
一、樣品性質(zhì)：
靜態(tài)頂空進(jìn)樣分析最大的優(yōu)點(diǎn)是不需對樣品作復(fù)雜的處理，而直接取其頂空氣體進(jìn)行分析，但樣品性質(zhì)仍然對分析結(jié)果有直接影響。樣品是指置于頂空樣品瓶中的原樣品，而非進(jìn)入氣相色譜儀的揮發(fā)物，因此，要考慮整個頂空樣品瓶中的樣品性質(zhì)。
1、氣體樣品：
對于氣體樣品，頂空樣品瓶中只有氣相，沒有凝聚相(液相或固相)，與普通氣相色譜分析沒有太大區(qū)別。氣體樣品的采樣溫度和樣品保存溫度可能不同，一般后者低于前者。在相對低溫下保存樣品時(shí)，有些組分可能會冷凝，分析時(shí)要在平衡溫度下放置一定時(shí)間，使樣品達(dá)到均勻的氣相，以消除部分組分冷凝帶來的誤差。
2、液體和固體樣品：
將液體樣品轉(zhuǎn)換為氣體需要一定時(shí)間，氣化不*會使頂空樣品與原樣品的組成不同，從而影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確度，應(yīng)在一定溫度下平衡足夠的時(shí)間。
對于液體和固體樣品，頂空樣品瓶中有氣液或氣固兩相，甚至氣液固三相共存。頂空氣體中各組分的含量既與其本身的揮發(fā)性有關(guān)，又與樣品基質(zhì)有關(guān)，特別是在樣品基質(zhì)中溶解度大的組分的基質(zhì)效應(yīng)更為明顯。頂空氣體的組成與原樣品的組成不同，對定量分析的影響尤為嚴(yán)重，標(biāo)準(zhǔn)樣品不能僅用待測物的標(biāo)準(zhǔn)品配制，還必須有與原樣品相同或相似的基質(zhì)。
減少基質(zhì)效應(yīng)的方法有利用鹽析作用、在有機(jī)溶劑中加入水、調(diào)節(jié)溶液pH值、粉碎固體樣品和稀釋樣品等。
(1)利用鹽析作用：
鹽析是指在水溶液中加入無機(jī)鹽來改變揮發(fā)性組分的分配系數(shù)。實(shí)驗(yàn)表明，鹽濃度小于5%時(shí)幾乎沒有作用。常用高濃度鹽甚至飽和鹽。
鹽析對極性組分的影響遠(yuǎn)大于對非極性組分的影響。
(2)在有機(jī)溶劑中加入水：
在有機(jī)溶劑中加入水(水要與所用有機(jī)溶劑相溶)，可減小有機(jī)物在有機(jī)溶劑中的溶解度，增大其在頂空氣體中的含量。
(3)調(diào)節(jié)溶液pH值：
對于酸和堿，通過控制溶液pH值可改變其解離度或使其它待測物的揮發(fā)性變得更大些。
(4)粉碎固體樣品：
物質(zhì)在固體中的擴(kuò)散系數(shù)比在液體中小，固體樣品中揮發(fā)物的擴(kuò)散速度很慢，往往需要很長時(shí)間才能達(dá)到平衡，盡量用小顆粒的固體樣品有利于縮短平衡時(shí)間。
一般的粉碎方法會造成樣品損失，多用冷凍粉碎技術(shù)來制備固體樣品。
用水或有機(jī)溶劑浸潤樣品，可減小固體表面對待測物的吸附作用。
(5)稀釋樣品：
稀釋樣品是減小基質(zhì)效應(yīng)的常用方法，但會降低分析靈敏度。
二、樣品量：
樣品量是指頂空樣品瓶中的樣品體積。樣品量直接決定相比，對分析結(jié)果影響很大。
樣品性質(zhì)、分析目的和方法是決定樣品量的主要因素。
進(jìn)樣量是通過進(jìn)樣時(shí)間(壓力平衡系統(tǒng))或定量管(壓力控制定量管系統(tǒng))來控制的，它受溫度和壓力等因素的影響。事實(shí)上，絕對進(jìn)樣量沒有多大意義，重要的是進(jìn)樣量的重現(xiàn)性，只要保證進(jìn)樣條件重現(xiàn)，就能保證重現(xiàn)的進(jìn)樣量。即使在定量分析中，一般也不需要知道絕對進(jìn)樣量。
靜態(tài)頂空進(jìn)樣分析一般只從一個頂空樣品瓶中取樣一次。做平行實(shí)驗(yàn)時(shí)，要制備幾份樣品分別置于不同的頂空樣品瓶中，每份樣品的體積是否重現(xiàn)會影響分析結(jié)果。待測組分的分配系數(shù)越小，樣品體積波動所造成的結(jié)果誤差越大。反之，分配系數(shù)越大，影響越小。實(shí)際工作中，樣品的分配系數(shù)往往是未知的，任何時(shí)候都應(yīng)盡量使各份樣品的體積一致。
樣品體積還與頂空樣品瓶的容積有關(guān)。樣品體積的上限是頂空樣品瓶容積的80%，以使有足夠的頂空體積便于取樣。常以頂空樣品瓶容積的50%為樣品體積。
三、平衡溫度：
樣品的平衡溫度與蒸氣壓有關(guān)，影響分配系數(shù)。一般來說，平衡溫度越高，蒸氣壓越高，頂空氣體的濃度越高，分析靈敏度越高。待測組分的沸點(diǎn)越低，對溫度越敏感。然而，在靜態(tài)頂空進(jìn)樣分析中，溫度改變只影響分配系數(shù)，并不影響相比。對于給定的樣品體系，相比是常數(shù)。當(dāng)分配系數(shù)>>相比時(shí)，溫度影響非常明顯。當(dāng)分配系數(shù)<<相比時(shí)，溫度升高使分配系數(shù)減小，但分配系數(shù)和相比的變化很小，頂空氣體的濃度變化很小。
平衡溫度應(yīng)根據(jù)分析對象選擇。實(shí)際工作中，一般在滿足分析靈敏度的條件下選擇較低的平衡溫度。溫度過高可能導(dǎo)致某些組分分解和氧化，使頂空氣體的壓力太高。頂空氣體壓力過高會對下一步加壓提出更高要求，可能引起系統(tǒng)漏氣。
靜態(tài)頂空進(jìn)樣分析中必須保證溫度重現(xiàn)。除了平衡溫度，取樣管、定量環(huán)以及與氣相色譜儀的連接管路都要嚴(yán)格控制溫度，這些溫度一般要高于平衡溫度，以避免樣品的吸附和冷凝。
四、平衡時(shí)間：
平衡時(shí)間一般比分析時(shí)間長，分析周期主要由平衡時(shí)間決定，縮短平衡時(shí)間是提高靜態(tài)頂空氣相色譜分析速度的關(guān)鍵。平衡時(shí)間本質(zhì)上取決于待測組分分子從樣品基質(zhì)到氣相的擴(kuò)散速度。擴(kuò)散速度越快，擴(kuò)散系數(shù)越大，所需平衡時(shí)間越短。
1、平衡時(shí)間的確定：
由于樣品性質(zhì)千差萬別，平衡時(shí)間很難預(yù)測，一般通過實(shí)驗(yàn)來測定。在5～10個頂空樣品瓶中裝上同一樣品，每個頂空樣品瓶采用不同的平衡時(shí)間，然后進(jìn)行氣相色譜分析，用待測物的峰面積對平衡時(shí)間作圖，可確定所需平衡時(shí)間。
平衡時(shí)間一般不小于30min，以保證樣品溶液的氣液或氣固兩相有足夠的時(shí)間達(dá)到平衡。平衡時(shí)間也不宜過長，一般不超過60min，否則可能使頂空樣品瓶的氣密性變差，導(dǎo)致定量準(zhǔn)確性降低。
2、縮短平衡時(shí)間的方法：
(1)提高溫度：
分子擴(kuò)散系數(shù)與分子尺寸、介質(zhì)粘度和溫度有關(guān)。溫度越高，粘度越低，擴(kuò)散系數(shù)越大，提高溫度可縮短平衡時(shí)間。
(2)減少樣品體積：
氣體樣品或可全部轉(zhuǎn)化為氣體的液體樣品所需平衡時(shí)間短些。液體樣品的平衡時(shí)間除了與樣品性質(zhì)和溫度有關(guān)，還與樣品體積有關(guān)。樣品體積越大，所需平衡時(shí)間越長。而樣品體積又與分析靈敏度要求有關(guān)。對于分配系數(shù)小的組分，加大樣品體積可大大提高分析靈敏度，但所需平衡時(shí)間增加。對于分配系數(shù)大的組分，加大樣品體積對提高分析靈敏度甚微，可用小的樣品體積來達(dá)到縮短平衡時(shí)間的目的。
(3)采用重疊平衡：
自動頂空進(jìn)樣器具有此功能，可預(yù)設(shè)時(shí)間程序進(jìn)行自動分析。
(4)攪拌：
實(shí)驗(yàn)表明，對于分配系數(shù)小的樣品，攪拌可使平衡時(shí)間縮短一半以上。但對于分配系數(shù)大的樣品，影響小的多。
固體樣品所需平衡時(shí)間長，除了提高溫度可縮短平衡時(shí)間，減小固體顆粒尺寸和增大比表面可有效縮短平衡時(shí)間。將固體樣品溶解在適當(dāng)?shù)娜軇┲谢蛴萌軇┙櫣腆w樣品，也可縮短平衡時(shí)間。
五、頂空樣品瓶：
頂空樣品瓶大多采用硼硅玻璃材質(zhì)，其惰性能滿足絕大部分樣品的分析。
1、頂空樣品瓶的要求：
(1)體積準(zhǔn)確。
(2)能承受一定壓力。
(3)密封性能良好。
(4)對樣品無吸附作用等。
2、頂空樣品瓶真實(shí)體積的確定：
定量分析時(shí)要涉及到相比的準(zhǔn)確值，這就要知道頂空樣品瓶的準(zhǔn)確體積。簡單方法是先用天平稱量空瓶重量，然后充滿水再稱量，根據(jù)水在稱量溫度下的密度，可計(jì)算出頂空樣品瓶的準(zhǔn)確體積。對同一批頂空樣品瓶，可準(zhǔn)確測定其中5個的真實(shí)體積，用其平均體積作為該批頂空樣品瓶的真實(shí)體積。
3、頂空樣品瓶的選用：
頂空樣品瓶的體積有5～22mL多種。
(1)根據(jù)氣相色譜分析要求而定。
(2)根據(jù)樣品情況而定。液體樣品多用10mL左右的頂空樣品瓶，因?yàn)榉治鲮`敏度取決于待測組分在頂空氣體中的濃度，而不是樣品量。固體樣品因?yàn)闃悠繁旧淼捏w積大，要用大些的頂空樣品瓶。
(3)根據(jù)色譜柱要求而定。填充柱或毛細(xì)管柱分流進(jìn)樣時(shí)，進(jìn)樣體積一般為0.5～2mL，要用大體積頂空樣品瓶。毛細(xì)管柱不分流進(jìn)樣時(shí)，進(jìn)樣體積一般不超過0.25mL，小體積的頂空樣品瓶足以滿足要求。
4、頂空樣品瓶的清洗：
頂空樣品瓶最好只用一次。若反復(fù)使用，一定要清潔干凈。清洗方法是先用洗滌劑清洗，然后用蒸餾水清洗，再用純甲醇沖洗，最后置于烘箱中烘干。
六、密封蓋：
頂空樣品瓶的密封蓋由金屬蓋和密封墊組成。
1、金屬蓋：
金屬蓋有可多次使用的螺旋蓋和一次性使用的壓蓋。目前多采用一次性使用的鋁質(zhì)壓蓋。
2、密封墊：
密封墊主要采用硅橡膠、氟橡膠和丁基橡膠材質(zhì)。
(1)硅橡膠墊：耐高溫性能好。
(2)氟橡膠墊：惰性好。為防止密封墊對樣品組分的吸附，目前多用聚四氟乙烯密封墊。
(3)丁基橡膠墊：價(jià)格低。
密封墊在刺穿一次后可能會漏氣而失去保護(hù)作用。在制備樣品時(shí)，要將樣品全部加入頂空樣品瓶后再密封。需要從一個頂空樣品瓶多次進(jìn)樣時(shí)，最好連續(xù)進(jìn)行，不要把扎穿過密封墊的頂空樣品瓶放置一段時(shí)間后再用。
