Headspace_gas_chromatography_for_dissolved_gas_measurement
ヘッドスペースガスクロマトグラフィーは、分離と分析のためにガスクロマトグラフィーカラムに直接注入された、平衡状態にされた液体または固体を含む密閉容器の上部または「ヘッド」からのヘッドスペースガスを使用します 。このプロセスでは、最も揮発性の高い（蒸気として最も容易に存在する）物質のみがカラムに到達します。この手法は、ポリマー、食品および飲料、血中アルコール濃度、環境変数、化粧品、および医薬品成分の分析に一般的に適用されます。
コンテンツ
1 序章
2 RSKSOP-175分析方法
2.1 計算
2.1.1 実用的な考慮事項
3 他の方法とテクニック
4 参考文献
5 参考文献
序章
化学者は、「標準温度と圧力」または「STP」というフレーズを使用して、0°Cの温度と1気圧の圧力で作業していることを伝えます（国際純正応用化学連合）。これらの条件下では、固体、液体、気体の3つの物質の状態が3つすべてが異なる状態ですが、固体と気体の両方が液体に溶解（または分散）する可能性が生物圏で最も一般的に発生する液体は水です。大気のすべての成分は、ある程度水に溶解することができます。大気の安定した天然成分の大部分は、窒素、酸素、二酸化炭素、ガス状の水、アルゴン、およびその他の微量気体です。
主にSTPの気相に存在する材料（つまり、「周囲蒸発試験条件下で6か月以内に95重量％以上蒸発する」）は、「揮発性」と呼ばれます。多くの天然および人工（人為的）材料は、STPの2つの州で安定しており、「半揮発性」という称号を獲得しています。水溶液中に時々見られる天然に存在する揮発性物質はメタンです。水自体は半揮発性です。人工または人為的化学物質もこれらのクラスで発生します。揮発性の人為的化学物質の例には、冷媒のクロロフルオロカーボン（CFC）とハイドロフルオロカーボン（HCFC）が含まれます。半揮発性人為的物質は、石油留分などの混合物として、またはトリクロロエチレン（TCE）などの純粋な化学物質として存在する可能性が
水溶液の溶存ガス含有量を分析する必要が溶存ガスは水生生物と直接相互作用するか、溶液から揮発する可能性があります（後者はヘンリーの法則で説明されています）。これらのプロセスは、溶解した物質の性質に応じて、健康に悪影響を与える可能性のある曝露をもたらす可能性が地下水にはさまざまな溶存ガスが自然に発生し、湖、小川、川の健康の尺度となる可能性が溶存ガスは、燃料や塩素化された流出場所からの人体汚染の結果としても発生します。そのため、ヘッドスペースガスクロマトグラフィーは、汚染された帯水層で自然の生分解プロセスが発生しているかどうかを判断する方法を提供します。たとえば、燃料の炭化水素はメタンに分解されます。トリクロロエチレンなどの塩素系溶剤は、エテンと塩化物に分解します。これらの化合物を検出することで、生分解プロセスが発生しているかどうか、場合によってはどの程度の速度で発生しているかを判断できます。 地球から抽出された天然ガスには、メタン、エタン、プロパン、ブタンなどの低分子量の炭化水素化合物も多く含まれています。たとえば、メタンはウェストバージニア州の多くの井戸で発見されています。
RSKSOP-175分析方法
ヘッドスペース分析で最も広く使用されている方法の1つは、米国環境保護庁（USEPA）によって説明されています。もともとはオクラホマ州エイダのRSカーUSEPA研究所によって、メタン、エタン、エタンを「高品質で防御可能で文書化された測定方法」として開発されました RSKSOP-175は標準操作手順（SOP）です。水中の溶存ガスを検出および定量化するためにUSEPAによって採用された非公式の方法。この方法は、溶存水素、メタン、エチレン、エタン、プロパン、ブタン、アセチレン、窒素、亜酸化窒素、および酸素を定量化するために使用されてきました。このメソッドでは、ガスクロマトグラフカラム（GC）に注入されたヘッドスペースガスを使用して、水サンプルの元の濃度を決定します。
水のサンプルは、ヘッドスペースのないバイアルのフィールドに収集され、揮発性ガスの漏れを最小限に抑えるためにテフロンセプタムまたはクリンプトップで覆われています。分析物の損失をさらに最小限に抑えるために、ボトルを逆さまに保管することは有益です。分析を開始する前に、サンプルを室温に戻し、温度を記録します。実験室では、水を高純度のヘリウムで置き換えることによってヘッドスペースが作成されます。次に、溶解したガスをヘッドスペースに平衡化するために、ボトルを最低5分間逆さまに振とうします。手動で注入する場合は、残りの分析のためにボトルを逆さまにしておく必要があることに注意することが重要です。次に、既知の量のヘッドスペースガスがガスクロマトグラフィーカラムに注入されます。自動化されたプロセスも利用できます。個々の成分（ガス）は、熱伝導度検出器（TCD）、水素炎イオン化検出器（FID）、または電子捕獲型検出器（ECD）のいずれかによって分離および検出されます。サンプルの既知の温度、ボトルの容量、ヘッドスペース内のガスの濃度（GCで決定）、およびヘンリーの法則定数を使用して、元の水サンプルの濃度が計算されます。
ガスクロマトグラフィーで使用されるヘッドスペースバイアル
の相
計算
サンプルの既知の温度、ボトルの容量、ヘッドスペース内のガスの濃度（GCで決定）、およびヘンリーの法則定数を使用して、元の水サンプルの濃度が計算されます。元の水サンプルの総ガス濃度（TC）は、ヘッドスペースの濃度を決定し、これを分圧に変換してから、気相に分配された水濃度（C AH）と水に残っている濃度を解くことによって計算されます。フェーズ（C A）。元のサンプルのガスの総濃度（TC）は、気相で分配された濃度（C AH）と水相に残っている濃度（C A）の合計です。T C = C A H + C A
{ TC = C_ {AH} + C_ {A}}
ヘンリーの法則によれば、溶存ガスのモル分率（x g）は、平衡状態でのガスの分圧（p g）をヘンリーの法則定数（H）で割ったものに等しくなります。ガス溶解係数は、ヘンリーの法則定数を計算するために使用されます。Xg = p g / H { x_ {g} = p_ {g} / H}
方程式を操作し、各相の体積、水のモル濃度（55.5 mol / L）、およびガス分析物の分子量（MW）を代入すると、最終的な方程式が解かれます。T C =（（ 55.5m o l / L ）。∗ p g /
H∗ M W（（ g/ o l ）。 ∗10 3m g /
g + [ （（ Vh /（（ Vb − V h
）。] ∗ C g ∗（（ M W （（ g/ o l
）。 / （（ 22.4L / mo l ）。
）。 ∗ [ 273K /（（ T+ 273 K
）。 ] ∗10 3m g / g { TC =（55.5mol / L）* p_ {g} / H * MW（g / mol）* 10 ^ {3} mg / g + lbrack（V_ {h} /（V_ {b} -V_ { h}） rbrack * C_ {g} *（MW（g / mol）/（22.4L / mol））* lbrack 273K /（T + 273K） rbrack * 10 ^ {3} mg / g}
ここで、V bはボトルの容量、 Vhはヘッドスペースの容量です。Cgはガスの体積濃度です。完全な計算例については、RSK-175SOPを参照して
実用的な考慮事項
この方法の主な懸念事項の1つは、再現性です。計算の性質上、この方法は一定の温度と正確な体積に依存しています。ガスを手動でGCにスパイクする場合、分析者がこれを行う速度と技術が再現性に影響します。1人のアナリストがバイアルからガスを取り出して機器に注入するのが速い場合は、準備したキャリブレーションで同じアナリストを実行することが重要です。そうしないと、エラーが発生する可能性が高くなります。ヘッドスペースオートサンプラーはこのエラーの一部を取り除くことができますが、機器の一定の熱と変動する温度が問題になります。【独自の研究？]
他の方法とテクニック
RSKSOP-175より前は、EPAはメソッド3810（1986）を使用していましたが、それ以前はメソッド5020でした。 ただし、一部のラボではメソッド3810がまだ使用されています。
その他のヘッドスペースGCメソッドには次のものが
ASTMD4526-12 およびASTMD8028-17
EPA 5021A
ペンシルベニア州環境保護局（PA-DEP）3686（#BOL 6019）
参考文献
Sithersingh、MJ; ニューハンプシャー州雪（2012年）。「第9章：ヘッドスペース-ガスクロマトグラフィー」。プールでは、C。（編）。ガスクロマトグラフィー。エルゼビア。pp。221–34。ISBN 9780123855404。
参考文献
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