張霞，徐淑浩，李國智，李勤書，龍雨蛟，朱雪峰，葉茵

(紅云紅河煙草(集團)有限責任公司， 云南 昆明 650023)

0 引言

頂空進樣具有適用范圍廣、樣品處理簡便快捷、進樣重現(xiàn)性好等特點，其與氣相色譜、液相色譜聯(lián)用技術(shù)已被廣泛應用于環(huán)境、食品、醫(yī)療衛(wèi)生等各領(lǐng)域產(chǎn)品質(zhì)量控制及科學研究之中[1-4].周建剛等[2]建立頂空單液滴微萃取法萃取富集水體中六氯苯，用高效液相色譜法進行測定的分析方法.馬茜文等[3]將分子印跡涂層用于植物樣品中植物激素的頂空固相微萃取，并與氣相色譜聯(lián)用，建立茉莉酸類植物激素的分離分析方法.胡為等[4]采用頂空全二維氣相色譜-飛行時間質(zhì)譜技術(shù)建立花生油中花生油香精摻偽鑒別方法.

目前，頂空與氣相色譜聯(lián)用技術(shù)得以廣泛應用，使聯(lián)用儀器的整體質(zhì)量性能越來越受重視，對其性能進行試驗驗證具有重要意義. JJG 700—2016《氣相色譜儀檢定規(guī)程》以氣相色譜直接進樣模式對氣相色譜儀的性能進行檢定[5].氣相色譜儀性能驗證方法和儀器的維護保養(yǎng)已有一些研究[6-10]，而針對靜態(tài)頂空進樣-氣相色譜-FID一體化性能確認和檢測方法鮮見報道.在靜態(tài)頂空-氣相色譜儀性能及檢測方法確認中，最大難點是如何測定由頂空進樣器導入氣相色譜柱及檢測器的實際進樣量.

馮雪等[11]結(jié)合生物制品行業(yè)儀器周期符合性檢驗要求，建立氣相色譜-頂空自動進樣器性能確認的檢測方法.趙迎晨等[12]采用排水收集氣體法，以氮氣中的甲烷作為標準物質(zhì)測定頂空-氣相色譜FID的檢出限和定量重復性,對推進靜態(tài)頂空-氣相色譜-FID整機性能確認研究發(fā)揮了重要作用.然而，該方法操作的專業(yè)性較強，對操作精準度要求較高，所需材料設(shè)備不具普遍性.張艷[13]提到液上氣相色譜法測定氣液平衡，即用氣相色譜直接測定在密閉容器中達到氣液兩相平衡時氣相組成的方法.該方法由Wichter和Hala于1963年最先提出，在氣液平衡相關(guān)數(shù)據(jù)測定和溶液熱力學研究中得到很好應用.王永華等[14]從恒溫密閉體系的質(zhì)量平衡出發(fā)，推導出氣、液等體積和非等體積條件下，靜態(tài)頂空的兩次相平衡和多次相平衡原理，其理論關(guān)系式應用于水中氯代苯含量[15]和分配常數(shù)[16]的測定.

本研究基于靜態(tài)頂空相平衡基本原理[14-16]及YC/T267—2008《煙用白乳膠乙酸乙烯酯的測定 頂空-氣相色譜法》[17]技術(shù)方法，用兩次相平衡測定乙酸乙烯酯標準溶液在靜態(tài)頂空條件下的氣液分配常數(shù)，進而確定由頂空導入氣相色譜柱的乙酸乙烯酯實際進樣量，提出測定頂空實際進樣量的新方法；參照JJG 700—2016《氣相色譜儀檢定規(guī)程》技術(shù)要求[5]，對靜態(tài)頂空-氣相色譜-FID檢測限進行確認.與文獻報道[5,11-12]相比較，該方法的操作簡便，對材料設(shè)備要求具有普遍性，可行度較高；解決了準確測定頂空實際進樣量的難題，且所計算的FID檢測限考慮了頂空進樣器影響因素，更符合實際的檢測狀態(tài)，為儀器設(shè)備維修、保養(yǎng)、搬遷后或周期核查及樣品檢測結(jié)果可靠性確認提供參考.

1 靜態(tài)頂空兩次相平衡基本原理

在一定溫度下的密閉容器中，試樣中的揮發(fā)性組分在氣相(頂空)和基質(zhì)(液相或固相)之間存在分配平衡，將揮發(fā)性組分在氣液兩相中濃度之比定義為氣液分配常數(shù).根據(jù)質(zhì)量平衡方程、氣液分配常數(shù)及氣相色譜定量原理，可推導出氣液非等體積條件下靜態(tài)頂空分析的兩次相平衡原理[14]及氣液分配常數(shù)[16]基本關(guān)系式：

(1)

(2)

式(1)中：K為氣液分配常數(shù)；A1為第一次相平衡時，氣相色譜測定的氣相中揮發(fā)性組分峰面積；A2為第二次相平衡時，氣相色譜測定的氣相中揮發(fā)性組分峰面積；R為液氣相比，R=VL/Vg(VL、Vg為液、氣相體積).

式(2)中：K為氣液分配常數(shù)；Mg1為第一次相平衡時，氣相色譜測定的氣相中揮發(fā)性組分質(zhì)量；Mg2為第二次相平衡時，氣相色譜測定的氣相中揮發(fā)性組分質(zhì)量；R為液氣相比.

同理，還可推導出以下基本關(guān)系式：

(3)

(4)

式(3)中：C0為液相中揮發(fā)性組分的初始濃度；Cg1為第一次相平衡時氣相中揮發(fā)性組分濃度；K為氣液分配常數(shù)；R為液氣相比.

式(4)中：Mg1為第一次相平衡時氣相中揮發(fā)性組分質(zhì)量；M0為液相中揮發(fā)性組分初始質(zhì)量；K為氣液分配常數(shù)；R為液氣相比.

從式(1)～(4)可知，在同一平衡、色譜操作條件下，同一體系樣品通過兩次相平衡測定揮發(fā)性組分的氣液分配常數(shù)K，就可測定氣相中揮發(fā)性組分的濃度或質(zhì)量，最終確定由頂空導入氣相色譜檢測器的進樣量及檢測限.

2 實驗部分

2.1 儀器及試劑G1888頂空進樣器，20 mL頂空瓶，頂空瓶蓋啟壓器(美國安捷倫公司)，6890氣相色譜儀/FID及化學工作站(美國安捷倫公司).乙酸乙烯酯標準品，含量99.9%(德國埃倫斯托弗博士公司)；N,N-二甲基甲酰胺，含量99.8%，分析純(四川西隴化工有限公司).

2.2 頂空/氣相色譜/FID操作條件按YC/T 267—2008《煙用白乳膠乙酸乙烯酯的測定 頂空-氣相色譜法》執(zhí)行[17].靜態(tài)頂空條件：定量環(huán)體積3.0 mL，樣品平衡溫度80 ℃，樣品環(huán)溫度100 ℃，傳輸線溫度120 ℃，樣品平衡時間為低速振蕩30.0 min，樣品瓶加壓壓力138 kPa，加壓時間0.20 min，充氣時間0.20 min，樣品環(huán)平衡時間0.05 min，進樣時間1.00 min.

氣相色譜儀條件：色譜柱為VOC柱(60 m×0.32 mm×1.8 μm)(美國Agilent科技有限公司).進樣口溫度150 ℃；分流比20∶1；柱流速2.5 mL/min；程序升溫：100 ℃(保持8.00 min)，以15 ℃/min上升至180 ℃(保持10.00 min)；載氣為99.999 9%氦氣.FID檢測器條件：溫度250 ℃，氫氣40 mL/min，空氣450 mL/min，尾吹氣(氦氣)30 mL/min.

2.3 標準物質(zhì)及溶液配制根據(jù)儀器常規(guī)檢測項目及YC/T 267—2008《煙用白乳膠乙酸乙烯酯的測定 頂空-氣相色譜法》技術(shù)要求，選擇乙酸乙烯酯標準品為儀器性能確認標準物質(zhì)，并以N,N-二甲基甲酰胺為溶劑；制備乙酸乙烯酯濃度約為1.5 mg/L的N,N-二甲基甲酰胺溶液為標準溶液.

2.4 實驗方法

2.4.1 氣液平衡常數(shù) 按照2.2頂空/氣相色譜/FID操作條件，準確移取1.0 mL 乙酸乙烯酯濃度為1.5 mg/L的N,N-二甲基甲酰胺溶液于20 mL頂空瓶中，密封瓶口，制備7杯平行樣，依次進行第一次頂空相平衡及氣相色譜/FID測定乙酸乙烯酯峰面積，連續(xù)測定7次；待第一次頂空相平衡氣相色譜測定完畢及頂空瓶溫度降至室溫后，重新更換頂空瓶蓋進行第二次頂空相平衡及氣相色譜/FID測定乙酸乙烯酯峰面積；分別記錄每次頂空兩次相平衡氣相色譜/FID測得的乙酸乙烯酯峰面積，根據(jù)式(1)計算乙酸乙烯酯在頂空相平衡過程中的氣液分配常數(shù)K值，取7次平行測定結(jié)果的算術(shù)平均值為最終結(jié)果.

2.4.2 基線噪聲及基線漂移 按照2.2頂空/氣相色譜/FID操作條件，記錄基線30 min.選取乙酸乙烯酯出峰時間段(0～8 min)基線中噪聲最大峰-峰高對應的信號值為儀器的基線噪聲；由于JJG 700—2016《氣相色譜儀檢定規(guī)程》氣相色譜儀的計量性能要求中基線漂移記錄的基線為30 min，故選取0～30 min基線偏離起始點最大響應信號值為儀器信號漂移.

2.4.3 檢測限 按照實驗方法2.4.1測定出氣液分配常數(shù)K值，然后代入式(3)或式(4)計算乙酸乙烯酯/N,N-二甲基甲酰胺標準溶液在頂空相平衡時氣相中乙酸乙烯酯的濃度Cg1或質(zhì)量Mg1.再根據(jù)頂空定量環(huán)3 mL、氣相色譜分流/不分流進樣口分流比(1∶20)、頂空液氣相比R(1∶19)，計算由頂空導入FID檢測器的乙酸乙烯酯實際進樣量，并按關(guān)系式(5)計算檢測限.

(5)

式(5)中：DFID為FID檢測限，g/s；N為基線噪聲，pA(或mV)；W為乙酸乙烯酯實際進樣量，g；A為乙酸乙烯酯峰面積的算術(shù)平均值，pA·s(或mV·s).

3 結(jié)果與討論

3.1 氣液分配常數(shù)按照實驗方法2.4.1，平行測定7次乙酸乙烯酯濃度為1.5 mg/L的N,N-二甲基甲酰胺標準溶液，記錄兩次相平衡后測得的乙酸乙烯酯峰面積并計算氣液分配常數(shù)K值.濃度為1.5 mg/L乙酸乙烯酯標準樣品的氣相色譜圖如圖1所示，兩次相平衡測定的乙酸乙烯酯峰面積和氣液分配常數(shù)K如表1所示.

圖1 乙酸乙烯酯氣相色譜圖

表1 兩次相平衡乙酸乙烯酯氣液分配常數(shù)測定結(jié)果

由圖1可知，乙酸乙烯酯色譜峰的保留時間為4.603 min，可與空氣峰有效分離，準確定量色譜峰積分面積.由表1可知，乙酸乙烯酯在N,N-二甲基甲酰胺中氣液分配常數(shù)的相對標準偏差為2.58%，測定方法的精密度較高、重復性較好，結(jié)果穩(wěn)定.

3.2 基線噪聲及基線漂移按照實驗方法2.4.2，基線噪聲N及基線漂移測試色譜圖如圖2所示，基線噪聲N(0～8 min)及基線漂移(0～30 min)結(jié)果如表2所示.

圖2 基線噪聲及基線漂移測試色譜圖

表2 基線噪聲及基線漂移結(jié)果

由表2可知，基線噪聲和基線漂移的測試結(jié)果很好的滿足技術(shù)要求.

3.3 檢測限按照實驗方法2.4.3，依次計算頂空進樣量W及FID檢測限D(zhuǎn)FID，結(jié)果如表3所示.結(jié)果表明，頂空進樣量W的算術(shù)平均值為1.44×10-9g；FID檢測限D(zhuǎn)FID的算術(shù)平均值為0.19 ng/s，小于0.5 ng/s，符合JJG 700—2016《氣相色譜儀檢定規(guī)程》技術(shù)要求，同時此臺頂空/氣相色譜/FID儀器靈敏度高，符合YC/T267—2008《煙用白乳膠乙酸乙烯酯的測定 頂空-氣相色譜法》技術(shù)要求.

表3 基線噪聲及基線漂移結(jié)果

3.4 重復性依照 YC/T267—2008《煙用白乳膠乙酸乙烯酯的測定 頂空-氣相色譜法》實驗方法及JJG 700—2016 《氣相色譜儀檢定規(guī)程》技術(shù)要求，對乙酸乙烯酯濃度為1.5 mg/L的N,N-二甲基甲酰胺標準溶液進行7次平行測定，記錄乙酸乙烯酯色譜峰保留時間T和峰面積A；以乙酸乙烯酯保留時間的相對標準偏差為定性重復性，以乙酸乙烯酯峰面積的相對標準偏差為定量重復性，測定結(jié)果如表4所示.

表4 基線噪聲及基線漂移結(jié)果

由表4可知，定性重復性為0.06%，定量重復性為0.27%，符合JJG 700—2016 《氣相色譜儀檢定規(guī)程》技術(shù)要求，儀器的穩(wěn)定性較好.

4 結(jié)論

采用兩次相平衡方法，測定乙酸乙烯酯在N,N-二甲基甲酰胺中氣液分配常數(shù)、頂空實際進樣量、基線噪聲、檢測限以及定性定量重復性，建立靜態(tài)頂空-氣相色譜-FID一體化性能確認方法；操作簡單，結(jié)果可靠.將該方法應用于實際工作中的檢測儀器和項目，對儀器的一體化性能和乙酸乙烯酯的檢測方法進行確認，性能指標完全符合JG 700—2016 《氣相色譜儀檢定規(guī)程》的技術(shù)要求.