顶空气相色谱法

方法提要

在恒温密闭容器中，水样中的挥发性有机物在气、液两相间分配，达到平衡，取气相分析。本方法选用极性聚乙二醇弹性石英毛细管柱分离苯系物，顶空气相色谱-氢火焰离子化检测器测定水中的苯系物。

方法适用于工业废水及地表水中苯、甲苯、乙苯、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯、异丙苯、苯乙烯等 8 种苯系物的测定。方法检出限在 0.07～ 0.23μg/L 之间，8 次测定相对标准偏差在 2.98%～4.91%，加标回收率在 95.1%～102%之间。

仪器

气相色谱仪 配氢火焰离子化检测器 (FID) 。

顶空进样器 Headspace Samplers-TurboMatrix。

色谱柱 SGE 公司的 BP20，30m × 0.32mm i.d，0.5μm 膜厚弹性石英毛细管柱，或相类似的毛细管柱。

20mL 顶空进样瓶。

25μL、50μL、100μL、1000μL 等气密性微量注射器。

试剂

空白试剂水 蒸馏水在氮气流下煮沸 30min 后使用。

氯化钠 (NaCl) 600℃烘 3h 后使用。

甲醇 农残级。

混合苯系物标准 苯、甲苯、乙苯、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯、异丙苯、苯乙烯 购自国家环境保护总局标准样品研究所或有质量保证的标准物质供应商。

替代物标准 氟苯、4-溴氟苯 (100μg/mL) 。

载气 高纯氮气，纯度 99.999%，通过一个装有 5A 分子筛、活性炭、硅胶的净化管净化。燃气 氢气。

助燃气 空气。

样品采集与保存

参见 82.9.2。

分析步骤

1) 水样预处理。量取 6.00mL 空白水或水样置于已盛有 2.0g NaCl 的 20mL 顶空瓶中，加入 10.0μg/mL 替代物标准 5.0μL，盖上带有硅橡胶垫的铝盖，迅速用封口钳封口，摇匀。按选定的工作条件进行顶空气相色谱检测。

2) 校准曲线标准系列配制。取 6 个顶空瓶，分别称取 2.0gNaCl 于各顶空瓶中，加入6.0mL 空白试 剂 水，再分 别 加 入 0μL、3.0μL、6.0μL、12.0μL、30.0μL、60.0μL 的10.0μg / mL 混合标准溶液，及 5.0μL、10.0μg / mL 的氟苯、4-溴氟苯混合替代物溶液，迅速加盖密封，得到标准系列浓度为 0.00ng/mL、5.00ng/mL、10.0ng/mL、20.0ng/mL、50.0ng / mL、100ng / mL，待分析。

3) 色谱分析条件。汽化室温度，200℃ ，不分流进样。检测器温度，250℃ 。柱前压，0.55 ×105Pa。氢气流速，38mL / min空气流速，380mL / min尾吹气 30mL / min。柱箱温度，初温 30℃，保持 6min，以 4℃ /min 升至 80℃，再以 10℃ /min 升至 200℃，保持5min。BP20，30m × 0.32mm i.d，0.5μm 膜厚弹性石英毛细管柱，或相类似的毛细管柱。

4) 顶空分析条件。顶空平衡温度 70℃ 取样针温度 80℃ 传输线温度 110℃ 样品加热时间 20min进样时间为 0.15min。

5) 色谱图的考察。

图82.3 苯系物标准气相色谱图

定性与定量分析

1) 定性分析。采用与标准样品中目标物保留时间相比较的方式对样品中目标物进行定性分析，样品目标物保留时间应在标准目标物保留时间的 3 倍标准偏差之内。对有干扰存在或高含量试样，需要用性质不同的第二根柱或气相色谱-质谱色谱进一步确证。

2) 定量分析。校准曲线法: 推荐标准曲线的最低浓度为 3 倍检出限，最高浓度应在标准曲线的线性范围内，标准系列至少为五个浓度水平，操作按顶空-气相色谱法的预处理步骤，通过浓度与对应峰面积进行线性回归，建立校准曲线。回归方程可以利用随机的色谱工作站或 EXCEL 软件建立。试样中苯系物浓度计算参见公式 (82.13) 。

3) 持续校正。至多测定 20 个试样，应用一个或更多的标准样品 (标准系列中等浓度) ，对标准曲线进行验证，偏差不超过 15%，否则应重新配制标准曲线。

方法性能指标

按实验方法，分别配制 8 个浓度为 0.52ng/mL 苯系物混合标准样，按选定的工作条件分析，分别计算方法的检出限和精密度。检出限的计算以 8 个 0.52μg/L 标准样品的峰面积的 3 倍标准偏差所对应的浓度作为方法的检出限。各组分的精密度、检出限见表82.17。加标回收率见表82.18。

表82.17 方法精密度及检出限

表82.18 方法的准确度

分离机制：吸附色谱、分配色谱

固定相的聚集状态：气-液色谱法、气-固色谱法

操作形式：柱色谱、填充柱色谱、毛细管柱色谱

固定液一般是高沸点液体，在室温下呈固态或也太，在操作温度下为液态

要求：蒸汽压不低于10Pa，热稳定性好；选择性高；对试样中各组分由足够的溶解能力

分类：

固定液的选择：

载体：

载体钝化：

吸附剂：石墨化炭黑、硅胶、氧化铝、分子筛

高分子多孔微球：耐高温、色谱峰形对称；无柱流失现象，寿命长；一般按极性顺序分离，极性大先出

净化管：硅胶和分子筛可以消除水分，装有活性铜基催化剂的柱管和装有105型钯催化剂的柱管可降低氧含量，采用5A分子筛净化器可消除微量烃，净化管中填料应该经常更换

结构简单、不破坏样品、通用性强、灵敏度低

检测原理：测定纯载气与色谱柱中载气的热导差值产生信号

使用注意事项：

灵敏度高、响应快、噪声小、线性范围宽，样品被破坏且只能测定含碳化合物，适宜痕量组分分析

检测原理：离子化室、火焰喷嘴、发射极、收集极。加热使被测组分电离产生的离子在电场作用下定向运动形成电流

使用注意事项：

高选择性、高灵敏度，只对含有强电负性元素响应

结构和原理：放射源辐射氮气产生电子和正离子，形成电流，电负性原子捕获电子与正离子反应形成中性粒子，降低电流，产生信号

使用注意事项：

低柱温有利于分离

分离方程式：

增加k，分离度增加但是峰变宽；增加n，峰变锐，改善分离度；增加α，分离选择性增加而提高分离度

对一些挥发性或热稳定性差的物质，需进行预处理

按材质：金属、玻璃、弹性熔融石英（FSOT）

按制备方法：开管型、填充型

按内壁状态：

按内径：

对于高效薄膜毛细管柱，液相传质阻抗小，影响柱效的主要是气相传质阻抗，为了降低该项，选用氢气氦气作为载气

流路系统与填充柱没有本质差别，主要区别是在进样系统增加分流装置，在柱后增加尾吹起供气装置

拉制、柱表面处理、固定液涂渍

柱外效应对分离效率和定量结果影响很大，在进样部分要有特殊处理装置

HS-GC：取样品上方的气相部分进行分析，一般过程包括：加热平衡、取样、进样、气相色谱分析。柑橘取样和进样不同可分为静态顶空气相色谱法和动态顶空气相色谱法

根据《中国药典》要求，色谱法用于药物分析时，需按各品种项下要求对色谱系统进行适用性试验，即用规定的对照品溶液或系统适用性试验液进行试验，以判定所用色谱系统是否符合规定

由于同一检测器对相同质量的不同物质具有不同的响应值，因此不能用峰面积来直接计算物质的量，需要引入校正因子的概念。

相对校正因子 ：被测物质i与标准物质s的绝对校正因子之比

1.归一化法：

简便、定量结果与进样量无关，操作条件变化对结果影响小但是必须在一个分析周期内测定所有组分，且检测器对它们都有信号，不能用于微量杂质测定

气相色谱基础知识

一、气相色谱的分离基本原理是什么？

1.利用混合物中各组分在流动相和固定相中具有不同的溶解和解吸能力，或不同的吸附和脱附能力或其他亲和性能作用的差异。

2.当两相作相对运动时样品各组分在两相中反复多次受到各种作用力的作用，从而使混合物中各组分获得分离。

二、简述气相色谱仪的基本组成。

基本部件包括5个组成部分。

1.气路系统；2.进样系统3.分离系统4.检测系统5.记录系统。

简述气相色谱法的特点？

1、高分离效能；

2、高选择性；

3、高灵敏度；

4、快速；

5、应用广泛。

三、什么叫保留时间？

从进样开始至每个组分流出曲线达极大值所需的时间，可作为色谱峰位置的标志，此时间称为保留时间，用t表示。

四、什么是色谱图？

进样后色谱柱流出物通过检测器系统时，所产生的响应信号时间或载气流出气体积的叫曲线图称为色谱图。

五、什么是色谱峰？峰面积？

1、色谱柱流出组分通过检测器系统时所产生的响应信号的微分曲线称为色谱峰。

2、出峰到峰回到基线所包围的面积，称为峰面积。

六、怎样测定载气流速？

高档色谱仪上均安装有自动测试装置，无自动测试装置可用皂膜流量计测，将皂膜流量计连接在测检测出口（也可将色谱柱与检测器断开皂膜流量计测接在色谱柱一端），测试每分钟的流速。测完后色谱升温压力表指示会升高，原因是温度升高色谱柱对气体的阻力增加，不要把压力调下来，当色谱温度升高稳流指示不会改变。测试载气流速在室温下测试。

七、怎样控制载气流速？

载气流速的控制主要靠气路上高压钢瓶上的减压阀减压，然后经仪器的稳压阀稳压，再经稳流阀以达到控制载气流量稳定，减压阀给出的压力要高出稳压后的压力。非程序升温色谱一般没有稳流阀，只靠稳压阀控制流速。

八、气相色谱分析怎样测其线速度？

1、一般测定线速度实际上是测定色谱柱的死时间；

2、甲烷作为不滞留物，测定甲烷的保留时间（TCD检测器以空气峰），

3、用色谱柱的长度除以甲烷的保留时间得到色谱柱的平均线速度。

九、气相色谱分析中如何选择载气流速的最佳操作条件？

在色谱分析中，选择好最佳的载气流速可获得塔板高度的最小值。因此，从速率理论关于峰形扩张公式可求出最佳流速值。通常色谱柱内径4mm，可用流速为30ml/min

十、气相色谱分析中如何选择载气的最佳操作条件？

1、载气的性质对柱效和分析时间有影响；

2、用相对分子质量小的载气时，最佳流速和最小塔板高度都比相对分子质量大的载气时优越；

3、用轻载气有利于提高分析速度，但柱效较低；

4、低速时，最好用，这样既能提高柱效，又能减小噪声；

5、另外，选择载气又要从检测器的灵敏度考虑。

十一、气相色谱分析中如何选择气化室温度的最佳操作条件？

1、气化室温度控制在使样品瞬间气化而不造成样品分解为最佳。

2、一般规律是气化室温度高于样品的沸点温度并要求保持气化温度恒定就可用峰高定量。

十二、色谱分析中，气、液、固样品各用什么进样器进样？

气体样品进样：用注射器进样；用气体定量管进样，常用六通阀。

液体样品进样：微量注射器。

固体样品进样：固体样品溶解后用微量注射器进样，顶空进样法。

十三、气相色谱分析中如何选择柱温的最佳操作条件？

1、一般采用柱温为被分析物的平均沸点左右或稍低一点；

2、柱温不能高于固定液最高使用温度，低于样品分解温度；

3、特殊情况下柱温也可以低于柱温很多（环己酮中环己基过氧化氢色谱分析中环己酮沸点160多度，用55度柱温峰型和出峰速度都很好）。

十四、在气相色谱分析中如何选择柱形、柱径和柱长的最佳操作条件？

1、缩小柱子的直径对提高柱效率，提高分离度是有利的，但直径太小，对分析速度不利；

2、柱子直径与柱曲率半径相差越大越好；

3、一般填充柱柱长多用2左右，毛细管柱十几、几十米左右。

十五、热导检测器使用时应注意什么？

1、温度，热导池温度应高于或接近柱温，防止样品冷凝；

2、热丝，为避免热丝氧化，要先通载气，再通桥流，关闭时要先关桥流再关

十六、载气热导池的基本结构有几种？

1、热导池检测器是不锈钢制成池体、池槽和热敏元件所组成的；

2、基本结构有三种：直通型；扩散型；半扩散型。

十七、热导池检测器温度如何控制？

1、热导池检测器温度要求高于柱温，防止分离物质冷凝污染。

2、更重要的是控温精度要求能控制在此。0、05以内。

十八、简述气相色谱检测器的性能指标？

1、灵敏度；2、敏感度；3、线性范围；4、稳定性。

十九、简述热导检测器的分析原理？

1、热导检测器是基于不同的物质有不同的热导系数。

2、在未进样时，两池孔的钨丝温度和阻值减小是相等的。

3、在进样时，载气经参比池，而载气带着试样组分流经测量池，由于被组分与载气组成的混合气体的热导系数与载气的热导系数不同。

4、因此测量池中的钨丝温度发生变化使两池孔中的两根钨丝阻值有了差异。

5、通过电桥测出这个差异，从而测出被测组分含量。

二十、氢焰检测器的注意事项是什么？

1、离子头绝缘要好，外壳要接地；

2、氢焰离子化检测器使用温度应大于是100度；

3、离子头的喷嘴和收集极，在使用一定时间后应进行清洗。

二十一、氢火焰氢火焰离子检测器的基本原理？

1、氢火焰检测器是根据色谱流出物中可燃性有机物在氢一氧火焰中发生电离的原理而制成的；

2、由于在火焰附近存在着由收集极和发射极之间所造成的静电场；

3、当被测组分燃烧生成离子，在电场作用下定向移动而形成离子流，经微电流放大器放大，然后到记录仪记录。（目前氢火焰离子检测器的基本原理说法有两种，一种是在火燃的作用下离子化，另一种是在电场作用下离子化。）

二十二、在气固色谱中，常用的固定相有哪些？

1、活性炭；2、氧化铝；3、硅胶；4、分子筛；5、高分子多孔小球。

色谱柱固定液选择原则是什么？

1、相似相溶原则；

2、利用分子间特殊作用力原则；

3、利用混合固定液原则。

什么是固定相？

在色谱柱内不能移动而能起分离作用的物质称为固定相。

二十三、色谱固定相分几类？

1、一类为具有吸附性的多孔固体物质称吸附剂；

2、一类是能起分离作用的液体物质称为固定液。

二十四、常用的固体吸附固定相有哪些？

常用的固体吸附固定相有：吸附剂、高分子多孔小球、化学键合固定相。

二十五、气相色谱选择固定液的要求是什么？

1、热稳定性好，蒸汽压低，色谱温度下呈液态；

2、试样在固定液中有足够的溶解能力；

3、选择性高；

4、具有化学惰性。

二十六、气相色谱用载体应具备哪些特性？

1、应具有大的比表面积；

2、应具有化学惰性；

3、载体形状规则；

4、要有较大的机械强度。

二十七、简述色谱柱管的预处理？

1、将截取所需长度的不锈钢管弯成所需形状；

2、用10％热碱洗去油污，用自来水洗净；

3、用10％盐酸洗去管内金属氧化物；

4、先用水后用乙醇冲洗，烘干后待用。

二十八、色谱柱的载体是如何涂渍的？

1、根据配比先称取一定量的固定液，溶解在有机溶剂中；

2、加入载体，溶剂应把载体没入，轻轻搅拌；

3、用红外灯照射使溶剂蒸发，溶剂挥发后涂渍完毕；

二十九、怎样老化色谱柱？

1、在室温下，将柱子接真空泵的一端接在色谱仪的气化室上，另一端放空；

2、通载气在室温下吹0、5，使柱中空气被吹干净；

3、然后升温，在高于使用温度20－30度的温度下保持12－24。

4、降至室温，完成老化，接检测器。

三十、为什么老化色谱柱？

1、新填的色谱柱中有残余的溶剂和固定液中的一部分低分子量的物质及其它易挥发杂质，所以老化。

2、另一个目的是可以使固定液均匀地涂在载体上。

三十一、色谱定量分析常用有几种方法？

内标法；外标法；归一化法。

三十二、气相色谱法定量依据是什么？

1、检测器产生的响应信号大小与进入检测器组分的量成正比。因此只要色谱柱能将试样中所有

2、组分完全分离，

3、记录系统正确记录

4、准确测量色谱面积就可以进行定量。

三十三、什么是校正因子？

1、校正因子是相对响应的倒数，它与峰面积的乘积正比于物质的量。

2、即进入检测器中组分的量与检测器产生的相应色谱峰之间的关系。

三十四、在气相色谱分析中，如何测定定量校正因子？

1、准确称量被测组分和标准物质，混合后，在实验条件下进行分析，分别测量相应的峰面积。

2、然后计算质量校正因子；摩尔校正因子，如果数次的测量值接近，可取平均值

三十五、气相色谱永久性气体的分析采用的仪器和试剂如何？

1、仪器：热导池检测器；皂膜流量计；秒表。

2、试剂：13或5分子筛；（60－80目）；使用前预先在高温炉内，于350度活化4小时后备用。纯氧气、氮气、甲烷、一氧化碳装入球胆或聚乙烯取样袋中。氢气装在高压钢瓶内。

三十六、高效液相色谱法在使用中有什么特点？

1、分离效能高；

2、检测灵敏度高；

3、分析速度快；

4、选择性高。

三十七、高效液相色谱法的适用范围？

适于分析1、沸点高、2、相对分子量大、3、受热易分解的不稳定有机化合物、4、生物活性物质5、以及多种天然产物。

三十八、高效液相色谱检测器按检测的对象分哪几类？

1、整体性质检测器；

2、溶质性质检测器。

三十九、高效液相色谱检测器按适用性分哪几类？

1、选择性检测器；

2、通用型检测器。

四十、进行液相色谱分析时，评价检测器要强调哪几点？

1、噪声

2、基线漂移；

3、灵敏度；

4、线性范围；

5、检测器的池体积。

四十一、高效液相色谱分析常用的进样器有哪几种？

1、注射器进样装置；

2、六通阀进样装置。

四十二、在高效液相色谱仪分析中，如何处理色谱柱柱管？

使用前柱管先用1、氯仿、甲醇、水依次清洗，2、再用50％的对柱内壁作3、钝化处理。钝化时使在柱管内至少滞留10Min。以在内壁形成纯化的氧化涂层。

四十三、在高效液相色谱分析中，填充色谱柱的方法有几种？是什么？

有2种，根据固定相微粒的大小有干法和湿法两种。

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