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一文帶你了解頂空進(jìn)樣器的原理、特點(diǎn)與操作步驟

2026

02-28

07:21:07

 37

來源：南京杰島科學(xué)儀器有限公司

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。

使用頂空進(jìn)樣技術(shù)可以免除冗長繁瑣的樣品前處理過程，避免有機(jī)溶劑對分析造成的干擾、減少對色譜柱及進(jìn)樣口的污染。

一、基本原理

頂空進(jìn)樣分為溶液頂空和固體頂空。前者是將樣品溶解于適當(dāng)溶劑中，置頂空瓶中保溫一定時(shí)間，使殘留溶劑在兩相中達(dá)到氣液平衡 , 定量取氣體進(jìn)樣測定。固體頂空就是直接將固體樣品置頂空瓶中，置一定溫度下保溫一定時(shí)間，使殘留溶劑在兩相中達(dá)到氣固平衡，定量取氣體進(jìn)樣測定。

二、頂空進(jìn)樣器特點(diǎn)

目前，頂空分析方法有手工方式、氣密針進(jìn)樣方式、平衡式加壓系統(tǒng)、定量環(huán)加壓系統(tǒng)、靜態(tài)-動態(tài)補(bǔ)償式這五種進(jìn)樣方式。下面就是這幾種進(jìn)樣方式各自的特點(diǎn)。

(一) 手工方式（烘箱或水浴法）Manual Injection

1、樣品加熱后達(dá)到熱平衡狀態(tài)

2、用注射器將樣品抽出

3、迅速拿到氣相上進(jìn)樣分析

(二) 氣密針進(jìn)樣方式 Gas-Tight Syringe Injection

1、樣品加熱后達(dá)到熱平衡狀態(tài)

2、通過可加熱氣密針將樣品抽出

3、移動到氣相進(jìn)樣分析

(三) 平衡式加壓系統(tǒng) Balanced-Pressure System

1、樣品加熱后達(dá)到熱平衡狀態(tài)

2、用導(dǎo)管通入載氣加壓

3、樣品隨載氣一起進(jìn)樣

(四) 定量環(huán)加壓系統(tǒng)Pressure-Loop System

1、樣品加熱后達(dá)到熱平衡狀態(tài)

2、加壓將樣品引入定量環(huán)

3、閥將樣品打入傳輸通道進(jìn)樣

(五) 靜態(tài)-動態(tài)補(bǔ)償式——AutoHS頂空進(jìn)樣器

1、采用的技術(shù)為樣品提取提供了更多的手段

2、吹掃模式

3、恒定模式

4、多次頂空模式

5、溫度漸進(jìn)模式

三、如何正確操作頂空進(jìn)樣器

(一) 操作步驟

1、設(shè)置參數(shù)并放置樣品。設(shè)置“樣品”、“閥箱”、“ 管路”溫度。樣品為50度，閥箱130度，管路140度。溫度穩(wěn)定后放入樣品，平衡30分鐘后進(jìn)行下面的操作。

2、進(jìn)樣前吹洗。設(shè)置吹洗壓力為0.2-0.3Mpa。按吹洗鍵，約30s后關(guān)閉。

3、準(zhǔn)備進(jìn)樣。先將取樣管扎入相應(yīng)的瓶內(nèi)，再將進(jìn)樣管扎至色譜進(jìn)樣口。觀察頂空進(jìn)樣器壓力示數(shù)，由小變大。待穩(wěn)定時(shí)，調(diào)節(jié)“載氣調(diào)節(jié)”旋鈕使壓力示數(shù)增加一個(gè)格（0.02Mpa）。

4、進(jìn)樣、開始采樣。按“進(jìn)樣”同時(shí)操作色譜儀開始采樣。聽到“咔”然后“砰”的聲音。2s-3s后取出取樣管。

5、拔出進(jìn)樣管。聽到“砰”的一聲此時(shí)進(jìn)樣燈滅，拔出進(jìn)樣管。將“載氣調(diào)節(jié)”歸零。

6、吹洗30s后完成本次進(jìn)樣。

(二) 操作使用注意事項(xiàng)

1、由于進(jìn)入頂空的載氣同時(shí)進(jìn)入GC，所以用于頂空的氣體也應(yīng)凈化。

2、頂空瓶加熱溫度，定量管溫度，傳輸線溫度應(yīng)由小到大，傳輸線小于等于進(jìn)樣口的溫度。

3、應(yīng)用頂空時(shí)，GC氣體總流量應(yīng)是頂空的氣流加上GC氣流量，計(jì)算分流比時(shí)應(yīng)注意。可以用流量計(jì)測量后計(jì)算。

4、時(shí)間設(shè)置中，樣品充滿定量管的時(shí)間應(yīng)充分，定量管的平衡時(shí)間不應(yīng)太長，進(jìn)樣的時(shí)間應(yīng)足夠長。

5、頂空進(jìn)樣器的壓力調(diào)節(jié)如果是手動的話，建完方法后應(yīng)記錄樣品加壓和載氣壓力值，以免由于閥狀態(tài)的變化引起壓力變化。

四、怎么清洗頂空進(jìn)樣器

無特殊情況下，清洗頂空進(jìn)樣器主要用純水、甲醇或無水乙醇等沖洗或超聲清洗，污染嚴(yán)重可用棉簽輕輕擦拭，不可用力過度，避免破壞內(nèi)表面產(chǎn)生活性點(diǎn)，然后放置到烘箱70度烘干后干燥冷卻密封存放即可。

清洗步驟如下

1、設(shè)置傳送帶溫度為60℃，設(shè)置樣品定量管和傳送管溫度為Off。

2、一旦樣品定量管和傳送管溫度冷卻到低于60℃,關(guān)閉通往頂空進(jìn)樣器的氣體，拆下出口端的放空管線。

3、在傳送帶中插入一個(gè)空的樣品瓶。

4、用手提起樣品瓶。

5、用一次性注射器抽取約6ml的純凈水注射進(jìn)HSS放空管。

6、降低樣品瓶然后取出來。重復(fù)步驟3到5(注射兩到三次將清洗)。

7、再設(shè)置一個(gè)空樣品瓶并提起，然后使用一次性注射器注射足夠的空氣將水吹掃出來。

8、講傳送管一端插入一個(gè)燒杯或類似容器中，并使用一次性注射器從HSS氣體管出口注入約10ml水，然后注入約10ml甲醇。

9、使用一次性注射器注射足夠的空氣以吹掃出水。

10、重新安裝好管線并打開氣流。然后，切換樣品瓶到Load-INJ反復(fù)幾十次以將水和甲醇全部吹出樣品閥和管線。

五、頂空分析儀的功能與特性

頂空分析，由于操縱氣體，取樣技術(shù)也有所不同。如果不定量或者僅僅以限定樣品作為對象，用通常的液體進(jìn)樣注射器就行了，氣密性注射器也可以，但是可以想像要除掉濃縮成分或注射器氣密面出來的殘余成分并非很容易。由于此緣故，進(jìn)行了代替注射器的方法開發(fā)。

(一) 樣品小玻璃瓶

在實(shí)驗(yàn)室#@*常用的東西有三角燒瓶。現(xiàn)今，在頂空分析中可使用的器皿不少。特別要注意有關(guān)耐壓性方面的安全問題。可燃性有機(jī)溶劑基體比較危險(xiǎn)。作為替代物，可以使用結(jié)核菌素用的帶橡皮蓋的瓶子，但是在頂空分析中通常被考慮的專用小玻璃如圖所示（有保護(hù)的部分，不能制造、買賣同一或類似產(chǎn)品）。

用這種構(gòu)造的小玻璃瓶，由基體產(chǎn)生的蒸氣壓不會使小玻璃瓶封口鼓起，可以進(jìn)行高精度的分析，另外，隔墊按氣密性、耐熱性和表面編碼的分類，有多種可以向用戶提供，而且，為了保證樣品的溫度控制和自動分析的可靠性，小玻璃瓶的外徑、高度、內(nèi)部容積應(yīng)按固定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)。

(二) 取樣方法

如上所述，作為替代利用注射器的方法，采用了在取樣時(shí)對小玻璃瓶加壓，利用其壓力將氣相部份（頂空相）導(dǎo)出小玻璃瓶的方法稱為平衡壓力進(jìn)樣法。作為#@*出色的裝置在與分離系統(tǒng)的壓力達(dá)到平衡時(shí)，把頂空相直接導(dǎo)入柱子。

作為其它方法，也有加壓后，通過保溫的氣體取樣閥的回路把頂空從大氣中分離出來后，及從前的閥同樣地變換回路導(dǎo)入柱子的方法，后一種方式因?yàn)榉匆粋€(gè)大氣壓的氣體樣品再次返回分離系統(tǒng)的柱頭壓中而導(dǎo)致峰的展寬。對于毛細(xì)管柱分析是不適合的。其優(yōu)點(diǎn)是僅知道回路體積。頂空相因?yàn)椴皇窃瓉泶髿鈮海ㄊ紫葲Q定于體積和溫度），正確地使用何種方法必須由采樣的體積判斷。我們認(rèn)為由于可動面的拼合和作為回路開始部分的金屬與分析成分接觸時(shí)產(chǎn)生的問題，會對分析結(jié)果產(chǎn)生干擾。

頂空進(jìn)樣技術(shù)在藥品領(lǐng)域已成為必要的分析手法之一，從分析的精密度、重現(xiàn)性、操作文獻(xiàn)來看，近年來，頂空分析的必要性日益增加。同時(shí)，食品和環(huán)境分析領(lǐng)域也將是頂空技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域。

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